JP6690259B2

JP6690259B2 - 光源装置及びプロジェクター

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Publication number: JP6690259B2
Application number: JP2016015778A
Authority: JP
Inventors: 千種 ▲高▼木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2036-01-29
Also published as: JP2017134331A

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクターに関するものである。

プロジェクター用の光源装置として、レーザー光を射出する固体光源を用いたものが提案されている。端面発光型のレーザー素子を用いれば固体光源の高出力化が容易であると考えられる。

通常、レーザー素子等の固体光源は、ベース基板上に設けられたサブマウントの一面に搭載されている（例えば、特許文献１）。サブマウントは、例えば緩衝材としても用いられる。サブマウント上に設けられた固体光源からは、サブマウントの一面と平行な方向にレーザー光が射出される。特許文献２には、プリズムによって、射出方向と垂直な方向にレーザー光の光路を折り曲げることが開示されている。

特開２００４−３１９９１５号公報米国特許出願公開第２００３／００４３５８２号明細書

プリズムは、プリズムの端部とベース基板とが互いに干渉しないように、ベース基板から所定の間隔をおいて配置しなければならない。また、固体光源から射出されたレーザー光は発散光である。そのため、レーザー光のベース基板と垂直な方向の発散角によっては、レーザー光のうち一部の成分はプリズムに入射できず、後段の光学系で利用できない、という課題がある。

また、レーザー光のうちベース基板に近づくように進む成分の一部は、プリズムの反射面で反射した後、プリズムの入射面の裏面で反射されるため、後段の光学系で利用することができない、という課題がある。そのような成分は、例えば後段のコリメータレンズによって平行化できない。

そこで、充分に厚いサブマウントを用いることで、レーザー光の発光点を高くすることが考えられる。しかし、サブマウントは主に窒化アルミやアルミナ等のセラミックが主材料であるため、他の一般的な金属材料より高価であり、サブマウントの厚さが増すほどコストが高くなる。また、サブマウントの厚さが増すと熱抵抗が大きくなり、固体光源に対する冷却効率が低下する。そのため、厚いサブマウントを用いることは好ましくない。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、サブマウントの厚みの増加が低減され、かつ、固体光源からの光の利用効率が高い光源装置及び該光源装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の一つとしている。

本発明の一態様における光源装置は、第１の面を有するベース部と、前記第１の面の上に設けられ、前記ベース部とは反対側に第２の面を有する少なくとも一つのマウント部と、を含むベース基板と、前記少なくとも一つのマウント部のうち一のマウント部の上に設けられ、前記マウント部とは反対側に第３の面を有するサブマウントと、前記第３の面に設けられ、前記第３の面に対して略平行に光を射出する固体光源と、前記光の光路上に設けられ、前記光が入射する光入射面と、前記光入射面に対して傾斜した光反射面とを有するプリズムと、を備え、前記マウント部の熱伝導率は、前記サブマウントの熱伝導率よりも高く、前記第１の面を含む平面を基準面としたとき、前記光反射面は、前記光入射面を通過した前記光を前記基準面から遠ざける方向へ反射させるように設けられており、前記プリズムの前記基準面側の端部と前記基準面との距離は、前記第２の面と前記基準面との距離以下であり、前記プリズムは、前記光入射面の前記ベース部とは反対側の端部に連続する傾斜面を有し、前記傾斜面は、前記光入射面に対して前記光反射面とは反対側へ傾斜している。

この構成によれば、プリズムの端部が第２の面よりも基準面側に近いため、プリズムに対して固体光源が嵩上げされた状態になる。これにより、固体光源からの光のうち、光反射面で反射した後、光入射面の裏面で反射する成分の割合を低減することができる。よって、光の利用効率を向上させることができる。さらに、サブマウントの厚みの増加を低減することができる。

また、本発明の一態様の光源装置において、前記サブマウントは、前記プリズムの前記光入射面に対向する端面を有し、前記マウント部は、前記光入射面側に位置する第１の側面を有し、前記端面と前記第１の側面とは互いに面一とされている構成としてもよい。

この構成によれば、ベース基板に対するサブマウント部のアライメントが容易である。

また、本発明の一態様の光源装置において、前記少なくとも一つのマウント部は、互いに隣り合う第１のマウント部と第２のマウント部とを含み、前記プリズムの前記端部は、前記第１のマウント部と前記第２のマウント部との間に配置されており、前記第１のマウント部は、前記プリズムの前記光入射面側に位置する第１の側面を有し、前記第２のマウント部は、前記プリズムの前記光反射面側に位置する第２の側面を有し、前記第１のマウント部の前記第１の側面と、前記第２のマウント部の前記第２の側面との間の間隔は、前記プリズムの前記光入射面と前記光反射面との間の最大幅よりも小さい構成としてもよい。

この構成によれば、プリズムとべース基板との間に形成される無駄な空間が小さくなり、ベース基板の冷却効率が高くなる。

また、本発明の一態様の光源装置において、前記第２の側面は、前記光反射面と略平行である構成としてもよい。

この構成によれば、プリズムとベース基板との間に形成される無駄な空間が小さくなり、ベース基板の冷却効率が高くなる。

また、本発明の一態様の光源装置において、前記ベース基板の熱伝導率は、前記サブマウントの熱伝導率よりも高い構成としてもよい。

この構成によれば、サブマウント上に搭載された固体光源に対する冷却性能を高めることができる。

また、本発明の一態様の光源装置において、前記ベース部と前記マウント部とは、互いに別体で構成されていてもよい。

この構成によれば、ベース部とマウント部とのうち少なくとも一方の形成材料の選択の自由度が高いため、固体光源に対する冷却性能を高めることが容易である。

本発明の一態様におけるプロジェクターは、上記の光源装置と、前記光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、前記光変調装置によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えている。

この構成によれば、光の利用効率が高い光源装置を備えているため、明るい画像を投写できるプロジェクターを提供することができる。

また、本発明の一態様のプロジェクターにおいて、前記光源装置は、前記固体光源から射出された光を蛍光光に変換する波長変換素子をさらに備える構成としてもよい。

この構成によれば、プロジェクターが波長変換素子を備えているため、所望の明るさや色調を実現することができる。

第１実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す図。第１実施形態における回転蛍光板を説明するために示す図、（ａ）は回転蛍光板の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ａ１断面図。アレイ光源の概略構成を示す斜視図。図３のＡ２−Ａ２断面斜視図。アレイ光源の要部構成を示す、図３のＡ２−Ａ２の断面図。アレイ光源における１つの固体光源周辺の構成を拡大して示す断面図。溝部の変形例を示す断面図。第２実施形態に係るプロジェクターの光源装置が備えるアレイ光源の要部を示す図。第３実施形態におけるプロジェクターの光学系を示す図。第４実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す図。第４実施形態における回転蛍光板を説明するために示す図であって、（ａ）は回転蛍光板の正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ３−Ａ３断面図。ベース基板の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す図である。
図２は、第１実施形態における回転蛍光板を説明するために示す図である。図２（ａ）は回転蛍光板の正面図であり、図２（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ａ１断面図である。

まず、第１実施形態に係る光源装置５５０及びプロジェクター１０００の構成を説明する。

「プロジェクター」
第１実施形態に係るプロジェクター１０００は、図１に示すように、照明装置１００、色分離導光光学系２００、液晶光変調装置（光変調装置）４００Ｒ，液晶光変調装置４００Ｇ，液晶光変調装置４００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム５００及び投写光学系６００を備える。

照明装置１００は、光源装置５５０、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を備える。光源装置５５０は、アレイ光源１０、集光光学系２０、回転蛍光板（波長変換素子）３０、モーター５０及びコリメート光学系６０を備えている。

アレイ光源１０は、励起光として青色光（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）を射出する一つ以上のレーザー光源からなる。４４５ｎｍ以外の波長（例えば、４６０ｎｍ）の青色光を射出するレーザー光源を用いることもできる。

集光光学系２０は、第１レンズ２２を備える。集光光学系２０は、アレイ光源１０から回転蛍光板３０までの光路中に配置され、青色光を略集光した状態で蛍光体層４２に入射させる。第１レンズ２２は、凸レンズからなる。

回転蛍光板３０は図１及び図２に示すように、モーター５０により回転可能な円板４０上に、蛍光体層４２が円板４０の周方向に沿って設けられてなる。回転蛍光板３０は、青色光が入射する側とは反対の側に向けて赤色光及び緑色光からなる蛍光光を射出する。

円板４０は、青色光を透過する材料からなる。円板４０の材料としては、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等を用いることができる。

アレイ光源１０からの青色光は、円板４０側から蛍光体層４２に入射する。蛍光体層４２と円板４０との間には、青色光を透過し蛍光光を反射するダイクロイック膜４４が設けられている。
蛍光体層４２は、波長が約４４５ｎｍの青色光によって励起される。蛍光体層４２は、アレイ光源１０からの青色光の一部を蛍光光に変換し、かつ、青色光の残りの一部を変換せずに通過させる。蛍光体層４２は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅを含有する層からなる。

コリメート光学系６０は、図１に示すように、第１レンズ６２と第２レンズ６４とを備え、回転蛍光板３０からの光を略平行化する。第１レンズ６２及び第２レンズ６４は、凸レンズからなる。

第１レンズアレイ１２０は、コリメート光学系６０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。複数の第１小レンズ１２２は、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１小レンズ１２２に対応する複数の第２小レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２の像を各液晶光変調装置４００Ｒ，液晶光変調装置４００Ｇ，液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第２小レンズ１３２は照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束を、直線偏光に変換する。
偏光変換素子１４０は、回転蛍光板３０からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過させるとともに、他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板とを有している。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を集光して各液晶光変調装置４００Ｒ，液晶光変調装置４００Ｇ，液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域の近傍に重畳させる。第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０及び重畳レンズ１５０は、画像形成領域において、回転蛍光板３０からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０，ダイクロイックミラー２２０、反射ミラー２３０，反射ミラー２４０，反射ミラー２５０及びリレーレンズ２６０，リレーレンズ２７０を備える。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれが対応する液晶光変調装置４００Ｒ，液晶光変調装置４００Ｇ，液晶光変調装置４００Ｂに導光する。
色分離導光光学系２００と、各液晶光変調装置４００Ｒ，液晶光変調装置４００Ｇ，液晶光変調装置４００Ｂとの間にはそれぞれ、集光レンズ３００Ｒ，集光レンズ３００Ｇ，集光レンズ３００Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を通過させ、緑色光成分及び青色光成分を反射するダイクロイックミラーである。
ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。

ダイクロイックミラー２１０を通過した赤色光は、反射ミラー２３０で反射され、集光レンズ３００Ｒを通過して赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射され、集光レンズ３００Ｇを通過して緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー２２０を通過した青色光は、リレーレンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、射出側の反射ミラー２５０、集光レンズ３００Ｂを経て青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

液晶光変調装置４００Ｒ，液晶光変調装置４００Ｇ，液晶光変調装置４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成する。なお、図示を省略したが、各集光レンズ３００Ｒ，集光レンズ３００Ｇ，集光レンズ３００Ｂと各液晶光変調装置４００Ｒ，液晶光変調装置４００Ｇ，液晶光変調装置４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置され、各液晶光変調装置４００Ｒ，液晶光変調装置４００Ｇ，液晶光変調装置４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が配置されている。

クロスダイクロイックプリズム５００は、液晶光変調装置４００Ｒ，液晶光変調装置４００Ｇ，液晶光変調装置４００Ｂ各々から射出された各画像光を合成してカラー画像を形成する。このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。

（アレイ光源）
次に、第１実施形態におけるアレイ光源について詳しく説明する。
図３は、アレイ光源の概略構成を示す斜視図である。
図４は、図３のＡ２−Ａ２断面斜視図である。
図５は、アレイ光源の要部構成を示す、図３のＡ２−Ａ２の断面図である。
図６は、光源装置における１つの固体光源周辺の構成を拡大して示す断面図である。

図３に示したＸＹＺ直交座標系に基づいて部材の位置関係を説明する。このＸＹＺ直交座標系において、ベース基板１００Ａの厚み方向をＺ方向、ベース基板１００Ａの面方向において互いに直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とする。複数の固体光源１１０は、アレイ状に配置されており、Ｘ方向、Ｙ方向がそれぞれ固体光源１１０の配列方向である。

図３に示すように、本実施形態では、Ｘ方向に５つの固体光源１１０が配列されており、Ｙ方向に５つの固体光源１１０が配列されている。固体光源１１０の数は合計２５個である。なお、固体光源１１０の端面から光が射出され、射出された光の進行方向は概略−Ｘ方向になっている。

図３から図６に示すように、アレイ光源１０は、ベース基板１００Ａと、複数のサブマウント１０３と、複数の固体光源１１０と、プリズムユニット１０８と、枠部材１０７と、複数の電極部１０９Ａ，電極部１０９Ｂと、不図示のコリメートレンズアレイと、を備えている。

ベース基板１００Ａは、ベース部１０１Ａと複数のマウント部１０１Ｂとを含む。ベース基板１００Ａは、一枚の基材からなり、ベース部１０１Ａと複数のマウント部１０１Ｂとは一体に形成されている。

本実施形態では、ベース部１０１Ａとマウント部１０１Ｂとが一体成形されているが、図１２に示したように、ベース部１０１Ａとマウント部１０１Ｂとが別体で構成されていてもよい。ベース部１０１Ａは第１の面１０１ａを有し、マウント部１０１Ｂは第１の面１０１ａに支持されている。第１の面１０１ａは、特許請求の範囲に記載の第１の面に相当する。一方で、本実施形態のようにベース部１０１Ａとマウント部１０１Ｂとが一体成形されている場合、互いに隣り合っている２つのマウント部１０１Ｂの間に形成されている溝部１０６の底面、および当該底面を含む平面を第１の面１０１ａとみなす。

マウント部１０１Ｂは、図４に示すように、ベース部１０１Ａとは反対側に第２の面１０１ｂを有している。本実施形態においては、ベース基板１００Ａは５つの溝部１０６（溝部１０６ａ〜１０６ｅ）を備えている。以下の説明において、溝部１０６ａ〜１０６ｅを区別しないときは、単に溝部１０６と称する。各溝部１０６は、Ｙ方向に延在するとともにＸ方向に互いに所定の間隔をおいて設けられている。また、複数のマウント部１０１Ｂのうち互いに隣り合っている２つのマウント部１０１Ｂをそれぞれ、第１のマウント部１０１Ｂ_１および第２のマウント部１０１Ｂ_２と称する。

第１のマウント部１０１Ｂ_１および第２のマウント部１０１Ｂ_２との間に位置する溝部１０６は、図６に示すように、第１のマウント部１０１Ｂ_１の第１の側面１１ａと、ベース部１０１Ａの第１の面１０１ａと、第２のマウント部１０１Ｂ_２の第２の側面１１ｂと、を有している。

第１の面１０１ａを基準面Ｎとしたとき、後述するプリズム１１３は基準面Ｎ側に頂部ｇ（端部）を有している。頂部ｇは、第１のマウント部１０１Ｂ_１の第１の側面１１ａと第２のマウント部１０１Ｂ_２の第２の側面１１ｂとの間に位置している。つまり、頂部ｇは、第１のマウント部１０１Ｂ_１と第２のマウント部１０１Ｂ_２との間に位置している。第１のマウント部１０１Ｂ_１の第１の側面１１ａとともに溝部１０６を構成する第２のマウント部１０１Ｂ_２の第２の側面１１ｂが、プリズム１１３の光反射面１１３ｂに対向するとともに光反射面１１３ｂと略平行に形成されている。マウント部１０１Ｂ_１の第１の側面１１ａは、特許請求の範囲に記載の第１の側面に相当する。第２のマウント部１０１Ｂ_２の第２の側面１１ｂは、特許請求の範囲に記載の第２の側面に相当する。

溝部１０６は、Ｙ方向と垂直な断面形状が楔形状をなす。プリズム１１３のＹ方向と垂直な断面形状も楔形状をなす。つまり、溝部１０６の断面形状は、プリズム１１３の断面形状に倣った形に形成されている。そのため、ベース基板１００Ａとプリズム１１３とが互いに干渉しない程度に、プリズム１１３とベース基板１００Ａとの間に形成される無駄な空間を小さくすることができる。言い換えれば、ベース基板１００Ａのうち比較的薄い領域の割合が小さくなり、その結果、全体の体積が大きくなる。よって、ベース基板１００Ａの冷却性能の向上を図ることができる。従って、溝部１０６の断面形状はプリズム１１３の断面形状に倣っていることが望ましい。

なお、溝部１０６の形状は上述した形状に限られず、例えば図７に示すように、断面視矩形状とされていてもよい。

図６に示すように、Ｘ方向（プリズム１１３の延在方向と直交する方向）におけるプリズム１１３の光入射面１１３ａと光反射面１１３ｂとの間隔の最大値をプリズム１１３の最大幅Ｗ１と称する。Ｘ方向で隣り合う一方の第１のマウント部１０１Ｂ_１の第１の側面１１ａと、第２のマウント部１０１Ｂ_２の第２の側面１１ｂとの間隔の最大値を溝部１０６の最大幅Ｗ２と称する。本実施形態では、最大幅Ｗ２は最大幅Ｗ１よりも小さい。この構成によれば、ベース基板１００Ａの冷却性能をさらに高めることができる。

なお、プリズム１１３の最大幅Ｗ１は、頂部ｇとは反対側のプリズム１１３の端部の幅である。

ベース基板１００Ａは、例えばシリコンからなる半導体基板を母材にしている。マウント部１０１Ｂを含むベース基板１００Ａの熱伝導率は、後述するサブマウント１０３の熱伝導率よりも高い。これにより、サブマウント１０３上に搭載される固体光源１１０で発生する熱を、ベース基板１００Ａを通して効率的に排出することができる。

第１のマウント部１０１Ｂ_１の第１の側面１１ａは、プリズム１１３の光入射面１１３ａに対向し、第２のマウント部１０１Ｂ_２の第２の側面１１ｂはプリズム１１３の光反射面１１３ｂに対向する。

図３に示すように、各マウント部１０１Ｂの第２の面１０１ｂの上に複数のサブマウント１０３が設けられている。サブマウント１０３は、主に窒化アルミやアルミナ等のセラミックスで形成されている。

サブマウント１０３は、図６に示すように、プリズム１１３の光入射面１１３ａに対向する端面１０３ｂを有している。第１のマウント部１０１Ｂ_１に設けられたサブマウント１０３は、端面１０３ｂが第１のマウント部１０１Ｂ_１の第１の側面１１ａと互いに面一となるように位置決めされている。サブマウント１０３は第１のマウント部１０１Ｂ_１とは反対側に第３の面１０３ａを有している。第３の面１０３ａには、固体光源１１０が設けられている。

固体光源１１０は、プリズム１１３の光入射面１１３ａに対向する光射出面１１０ａを有している。固体光源１１０は、サブマウント１０３の端面１０３ｂと面一になるように実装されている。この構成により、サブマウント１０３上に実装された固体光源１１０をプリズム１１３により近づけることができる。固体光源１１０をプリズム１１３に接近させることで、固体光源１１０からの射出光を効率よくプリズム１１３に入射させることができるため、後段の光学系で利用できる成分の割合を高めることができる。

複数の固体光源１１０は、図３及び図４に示すように複数のサブマウント１０３上にそれぞれ実装されている。ベース基板１００Ａ上に仮想的に設定された５つの領域Ｒ１〜Ｒ５のそれぞれに５個の固体光源１１０が設けられている。複数の固体光源１１０は、マウント部１０１ＢＹの延在方向（Ｙ方向）に沿って互いに所定の間隔、例えば５ｍｍの間隔をおいて配置されている。本実施形態では、領域Ｒ１〜Ｒ５に対応する固体光源列Ｍ１〜Ｍ５が構成されている。以下の説明において、固体光源列Ｍ１〜Ｍ５を区別しないときは、単に固体光源列Ｍと称する。１つの固体光源列Ｍは、対応するマウント部１０１Ｂに設けられた５つの固体光源１１０によって構成される。

固体光源１１０は、−Ｘ方向に、かつ第３の面１０３ａに対して略平行に光を射出する。固体光源１１０から射出された光は、プリズム１１３の光入射面１１３ａに入射することになる。

ベース基板１００Ａ上には、枠部材１０７を介してプリズムユニット１０８が配置されている。

枠部材１０７は、図３に示すようにベース基板１００Ａの面法線方向から見た形状が矩形状を呈している。枠部材１０７は、５つの溝部１０６ａ〜１０６ｅと５つの固体光源列Ｍ１〜Ｍ５とを取り囲む大きさを有する。枠部材１０７は、Ｘ方向に延在する側壁１０７Ｃを有している。側壁１０７Ｃには、一対の電極部１０９Ａ及び電極部１０９Ｂが、固体光源列Ｍ１〜Ｍ５ごとに設けられている。電極部１０９Ａが固体光源１１０の陽極に電気的に接続され、電極部１０９Ｂが固体光源１１０の陰極に電気的に接続されている。

プリズムユニット１０８は、カバー部材１１２と、カバー部材１１２の一面側に設けられた複数のプリズム１１３とを有する。複数のプリズム１１３はカバー部材１１２と一体に形成されている。

プリズム１１３は、ベース基板１００Ａ上に設けられた固体光源列Ｍ１〜Ｍ５ごとに設けられ、対応する固体光源列Ｍを構成する複数の固体光源１１０から射出された光の光路上に位置する。プリズム１１３は、固体光源列Ｍに沿ってＹ方向に延在し、当該延在方向に交差する断面形状が略三角形状を呈する。

プリズム１１３は、固体光源１１０からの射出光が入射する光入射面１１３ａと、光入射面１１３ａから入射した光を反射させる光反射面１１３ｂと、光入射面１１３ａのカバー部材１１２側に位置する傾斜面１１３ｃとを有している。光入射面１１３ａと光反射面１１３ｂとは略４５°の角をなしている。プリズム１１３は、固体光源１１０から射出された光がプリズム１１３の光入射面１１３ａに対して垂直に入射するように配置されている。

光反射面１１３ｂは、光入射面１１３ａを通過した光を基準面Ｎから遠ざける方向へ反射させるように傾斜している。傾斜面１１３ｃは、光入射面１１３ａに連続するとともに光入射面１１３ａに対して光反射面１１３ｂとは反対側へ傾斜している。

なお、プリズム１１３は、少なくとも光入射面１１３ａおよび光反射面１１３ｂを有していれば、傾斜面１１３ｃを有しない形状でもよく、断面形状が直角三角形状であってもよい。

本実施形態では、図５及び図６に示すように、複数のプリズム１１３のそれぞれの頂部ｇが対応する溝部１０６内に入り込んだ状態となっている。具体的に、図６に示すように、プリズム１１３の頂部ｇと基準面Ｎとの距離Ｌ１は、マウント部１０１Ｂの第２の面１０１ｂと基準面Ｎとの距離Ｌ２よりも短い（Ｌ１＜Ｌ２）。

なお、このような構成に限られず、距離Ｌ１は距離Ｌ２と等しくてもよい。つまり、基準面Ｎを高さの基準としたとき、プリズム１１３の頂部ｇの高さが第２の面１０１ｂの高さと一致していてもよい。この構成によっても、従来と比較して、固体光源１１０から射出された光のうち多くの成分をプリズム１１３に入射させることができる。よって、光の利用効率が向上する。

プリズムユニット１０８と枠部材１０７とベース基板１００Ａとによって囲まれた、密閉された空間Ｋ（図５）が形成されている。本実施形態の場合、空間Ｋの内部には、不活性ガスが充填されている。不活性ガスは、特に限定されず、例えば、窒素が挙げられる。空間Ｋ内を真空にしてもよい。

以上述べた本実施形態のプロジェクター１０００では、アレイ光源１０のベース基板１００Ａに設けられた溝部１０６に、プリズム１１３の頂部ｇを収容させることができる。これにより、従来技術と比較して、プリズム１１３に対して固体光源１１０が嵩上げされた状態になり、プリズム１１３に対して固体光源１１０の発光点を高くしたのと同じ状態になる。そのため、サブマウント１０３を厚くする必要がなくなるとともに、固体光源１１０からの光のうち、光反射面１１３ｂで反射した後、光入射面１１３ａの裏面で反射する成分の割合が低減される。よって、光の利用効率が向上する。

さらに、距離Ｌ２を大きくし、かつ、距離Ｌ１を小さくすれば、サブマウント１０３を薄くすることができるため、固体光源１１０に対する冷却効率の向上と照明装置１００のコスト削減とを図ることができる。

さらに、プリズム１１３は傾斜面１１３ｃを備えているため、光反射面１１３ｂによって反射された光のうち光入射面１１３ａの裏面で反射される成分の割合を低減することができる。したがって、後段の光学系で利用できる成分の割合を高めることができる。あるいは、サブマウント１０３を薄くすることができる。

また、固体光源１１０から射出された光を蛍光に変換する回転蛍光板３０を備えるため、所望の明るさや色調を実現できる。

なお、本実施形態では、ベース基板１００Ａを構成するベース部１０１Ａとマウント部１０１Ｂとが一体成形されているが、これに限られず、前述したようにベース部１０１Ａとマウント部１０１Ｂとが別体で構成されていてもよい。この場合、ベース部１０１Ａとマウント部１０１Ｂとを互いに熱伝導率の異なる材料で形成することが可能である。例えば、サブマウント１０３やマウント部１０１Ｂよりも熱伝導率の高い材料からなるベース部１０１Ａとすることで、固体光源１１０に対する冷却性能をさらに高めることができる。

［第２実施形態］
以下に示す第２実施形態に係るプロジェクターの光源装置の基本構成は、上記第１実施形態と略同様であるが、ベース基板に対するサブマウント及び固体光源の配置位置が異なる。よって、以下の説明では異なる点について詳しく説明し、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範疇に属するものと了解される。

図８は、第２実施形態に係るプロジェクターの光源装置が備えるアレイ光源の要部を示す図である。
本実施形態のアレイ光源１０ｂにおいては、サブマウント１０３及び固体光源１１０は、図８に示すように、マウント部１０１Ｂの第２の面１０１ｂ上において溝部１０６側の縁１０６ｂよりもマウント部１０１Ｂの少し内側に配置されている。上述した第１実施形態では、サブマウント１０３の端面１０３ｂ及び固体光源１１０の光射出面１１０ａが溝部１０６の第１の側面１１ａと面一になるように配置されていたが、本実施形態ではこれらが面一になっていない。

但し、光射出面１１０ａがあまり縁１０６ｂから離れた内側に配置されてしまうと射出光の一部がたとえばマウント部１０１Ｂによって遮光されてしまうおそれがある。そのため、固体光源１１０は、固体光源１１０から所定の放射角度で射出される射出光がサブマウント１０３やマウント部１０１Ｂによって遮られない位置に配置する。

本実施形態によっても、サブマウント１０３を厚くする必要がなくなるとともに、固体光源１１０からの光のうち、光反射面１１３ｂで反射した後、光入射面１１３ａの裏面で反射する成分の割合が低減される。よって、光の利用効率が向上する。

［第３実施形態］
以下に示す第３実施形態に係るプロジェクターの投写光学系周辺の構造は、上記第１実施形態と略同様であるが、照明装置の構造が異なる。よって、以下の説明では先の実施形態とは異なる点について詳しく説明し、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範疇に属するものと了解される。

図９は、第３実施形態におけるプロジェクターの光学系を示す図である。
本実施形態におけるプロジェクター１００２は、図９に示すように、プロジェクター１０００におけるＲＧＢを含む光を射出する照明装置１００の代わりに、照明装置１０２と第２照明装置７００とを備える。

照明装置１０２は照明光として赤色光（Ｒ）及び緑色光（Ｇ）を含む光を射出し、第２照明装置７００は青色光（Ｂ）を射出する。

照明装置１０２は、光源装置５５１、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を備える。光源装置５５１は、アレイ光源１０、集光光学系２０、回転蛍光板（波長変換素子）３２、モーター５０及びコリメート光学系６０を備えている。

回転蛍光板３２が備える蛍光体層４６は、アレイ光源１０からの青色光を赤色光及び緑色光を含む光に変換する。具体的には、蛍光体層４６は第１実施形態における蛍光体層４２よりも厚く、蛍光体層４６に入射した青色光は蛍光体層４６を通過することなく赤色光及び緑色光を含む光に変換される。

第２照明装置７００は、第２光源装置７１０、集光光学系７２０、散乱板７３０、偏光変換インテグレーターロッド７４０及び集光レンズ７５０を備える。第２光源装置７１０は、アレイ光源１０と同様の構成をなす。

第２光源装置７１０は、青色光（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）を射出するレーザー光源である。

集光光学系７２０は、第１レンズ７２２を備える。集光光学系７２０は、青色光を略集光した状態で散乱板７３０に入射させる。第１レンズ７２２は、凸レンズからなる。

散乱板７３０は、第２光源装置７１０からの青色光を散乱し、回転蛍光板３２から射出された蛍光光に似た配光分布を有する青色光とする。散乱板７３０としては、例えば、マイクロレンズアレイを用いることができる。

偏光変換インテグレーターロッド７４０は、第２光源装置７１０からの青色光の面内光強度分布を均一にし、かつ、当該青色光を直線偏光光に変換する。偏光変換インテグレーターロッド７４０は、インテグレーターロッドと、当該インテグレーターロッドの入射面側に配置され、青色光が入射する小孔を有する反射板と、射出面側に配置される反射型偏光板とを有する。なお、偏光変換インテグレーターロッドの代わりに、レンズインテグレーター光学系及び偏光変換素子を用いることもできる。

集光レンズ７５０は、偏光変換インテグレーターロッド７４０からの光を集光して液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域近傍に入射させる。

色分離導光光学系２０２は、ダイクロイックミラー２１０、反射ミラー２２２，反射ミラー２３０，反射ミラー２５０を備える。色分離導光光学系２０２は、照明装置１０２からの光を赤色光及び緑色光に分離し、赤色光及び緑色光をそれぞれが対応する液晶光変調装置４００Ｒ，液晶光変調装置４００Ｇに導光する。さらに、色分離導光光学系２０２は、第２照明装置７００からの青色光を液晶光変調装置４００Ｂに導光する。プロジェクター１００２も、アレイ光源１０を含む光源装置５５１を備えているため、明るい表示が可能である。

［第４実施形態］
図１０は、第４実施形態に係るプロジェクター１００４の光学系を示す図である。
図１１は、第４実施形態における回転蛍光板３４を説明するために示す図であって、図１１（ａ）は回転蛍光板３４の正面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ３−Ａ３断面図である。

第３実施形態に係るプロジェクター１００２と共通する部材には同じ符号を付し、説明を省略する。図１０に示すように、本実施形態のプロジェクター１００４は、プロジェクター１００２（図９）における照明装置１０２の代わりに照明装置１０４を備える。

照明装置１０４は照明光として赤色光及び緑色光を含む蛍光光を射出する。

照明装置１０４は、光源装置５５２、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を備える。光源装置５５２は、アレイ光源１０、コリメート光学系７０、回転蛍光板（波長変換素子）３４、モーター５０、ダイクロイックミラー８０及びコリメート集光光学系９０を備えている。

アレイ光源１０からの青色光は、蛍光体層４６側から回転蛍光板３４に入射する。図１１（ａ），（ｂ）に示すように、蛍光体層４６と円板４０との間には可視光を反射する反射膜４５が設けられている。そのため、青色光が入射する側に向けて蛍光光が射出される。なお、励起光を透過する材料からなる円板を用いる必要はなく、金属のように不透明な材料からなる円板を用いてもよい。

アレイ光源１０は、光軸が照明光軸１０４ａｘと直交するように配置されている。
コリメート光学系７０は、第１レンズ７２を備え、アレイ光源１０からの光を略平行化する。第１レンズ７２は、凸レンズからなる。

ダイクロイックミラー８０は、コリメート光学系７０からコリメート集光光学系９０までの光路中に、アレイ光源１０の光軸及び照明光軸１０４ａｘのそれぞれに対して４５°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー８０は、青色光を反射し、赤色光及び緑色光を通過させる。

コリメート集光光学系９０は、ダイクロイックミラー８０からの青色光を略集光した状態で蛍光体層４６に入射させる機能と、回転蛍光板から射出された蛍光光を略平行化する機能とを有する。コリメート集光光学系９０は、それぞれが凸レンズからなる第１レンズ９２及び第２レンズ９４を備える。プロジェクター１００４も、アレイ光源１０を含む光源装置５５２を備えているため、明るい表示が可能である。

上記各実施形態においては回転蛍光板を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。固定された基材の上に蛍光体層を設けてもよい。

上記各実施形態においては、光変調装置として液晶光変調装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いてもよい。

本発明の照明装置を自動車のヘッドランプ、照明機器等に適用することもできる。

１１ａ…第１の側面、１１ｂ…第２の側面、３０，３２，３４…回転蛍光板（波長変換素子）、１００…照明装置（光源装置）、１００Ａ…ベース基板、１０１Ａ…ベース部、１０１ａ…第１の面、１０１Ｂ…マウント部、１０１ｂ…第２の面、１０３…サブマウント、１０３ａ…第３の面、１０３ｂ…端面、１１０…固体光源、１１３…プリズム、１１３ａ…光入射面、１１３ｂ…光反射面、６００…投写光学系、１０００，１００２，１００４…プロジェクター、Ｌ１…プリズムの端部と基準面との距離、Ｌ２…マウント部の第２の面と基準面との距離、Ｎ…基準面、ｇ…頂部（端部）、Ｗ１…最大幅

Claims

第１の面を有するベース部と、前記第１の面の上に設けられ、前記ベース部とは反対側に第２の面を有する少なくとも一つのマウント部と、を含むベース基板と、
前記少なくとも一つのマウント部のうち一のマウント部の上に設けられ、前記マウント部とは反対側に第３の面を有するサブマウントと、
前記第３の面に設けられ、前記第３の面に対して略平行に光を射出する固体光源と、
前記光の光路上に設けられ、前記光が入射する光入射面と、前記光入射面に対して傾斜した光反射面とを有するプリズムと、を備え、
前記マウント部の熱伝導率は、前記サブマウントの熱伝導率よりも高く、
前記第１の面を含む平面を基準面としたとき、
前記光反射面は、前記光入射面を通過した前記光を前記基準面から遠ざける方向へ反射させるように設けられており、前記プリズムの前記基準面側の端部と前記基準面との距離は、前記第２の面と前記基準面との距離以下であり、
前記プリズムは、前記光入射面の前記ベース部とは反対側の端部に連続する傾斜面を有し、前記傾斜面は、前記光入射面に対して前記光反射面とは反対側へ傾斜している、光源装置。
前記サブマウントは、前記プリズムの前記光入射面に対向する端面を有し、
前記マウント部は、前記光入射面側に位置する第１の側面を有し、
前記端面と前記第１の側面とは互いに面一とされている、請求項１に記載の光源装置。
前記少なくとも一つのマウント部は、互いに隣り合う第１のマウント部と第２のマウント部とを含み、
前記プリズムの前記端部は、前記第１のマウント部と前記第２のマウント部との間に配置されており、
前記第１のマウント部は、前記プリズムの前記光入射面側に位置する第１の側面を有し、
前記第２のマウント部は、前記プリズムの前記光反射面側に位置する第２の側面を有し、
前記第１のマウント部の前記第１の側面と、前記第２のマウント部の前記第２の側面との間の間隔は、前記プリズムの前記光入射面と前記光反射面との間の最大幅よりも小さい、請求項１に記載の光源装置。
前記第２の側面は、前記光反射面と略平行である、請求項３に記載の光源装置。
前記ベース基板の熱伝導率は、前記サブマウントの熱伝導率よりも高い、請求項１から４のいずれか一項に記載の光源装置。
前記ベース部と前記マウント部とは、互いに別体で構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の光源装置。
請求項１から６のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えたプロジェクター。
前記光源装置は、前記固体光源から射出された光を蛍光光に変換する波長変換素子をさらに備える請求項７に記載のプロジェクター。