JP6828268B2 - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

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。

近年、プロジェクターに用いられる光源装置の光源として、高輝度且つ高出力な光が得られる半導体レーザーが注目されている。高輝度化に伴い、半導体レーザーの数を増加させると光束幅が大きくなるために集光レンズの口径が大きくなってしまう。集光レンズの大型化は、光源装置の大型化、材料のコストアップにつながってしまう。

そこで、例えば、下記特許文献１には、複数の半導体レーザーを２次元的に配列したアレイ光源と、凸レンズと凹レンズとで構成され、該アレイ光源から射出された光線束の幅を調整するアフォーカル光学系とを備えたプロジェクター用の光源装置が開示されている。

特開２０１２−１３７７４４号公報

ところで、半導体レーザーを実装する場合、アライメントに多少のばらつき（実装誤差）が生じるおそれがあるが、上記アフォーカル光学系は縮小倍率が大きいほど実装誤差の影響を受けやすい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、縮小倍率の大きいアフォーカル系を用いることなく光線束の幅を縮小して集光レンズの大型化を回避できる、光源装置及びプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明の第１態様に従えば、複数の発光素子を有し、第１の光線束を射出する第１の領域と第２の光線束を射出する第２の領域とが第１方向に並ぶ光射出領域を含む１つの光源部と、前記第１の光線束の光路上に、前記１つの光源部側から順番に設けられた、波長分離素子、第１の集光光学系、及び波長変換素子と、前記第２の光線束の光路上に、前記１つの光源部側から順番に設けられた、波長選択性偏光素子、第１の位相差素子、第２の集光光学系、及び反射素子と、前記１つの光源部と前記波長選択性偏光素子との間の前記第２の光線束の光路上に設けられた第２の位相差素子と、を備え、前記反射素子で反射した前記第２の光線束は、前記第２の集光光学系と前記第１の位相差素子とをこの順に透過して前記波長選択性偏光素子で反射され、前記波長変換素子から射出された蛍光光は、前記第１の集光光学系と前記波長分離素子と前記波長選択性偏光素子とにこの順に入射し、前記波長選択性偏光素子は、前記蛍光光を、前記蛍光光の偏光状態によらず透過させ、前記光源部は、前記第１の領域に配置された前記複数の発光素子と、前記第２の領域に配置された前記複数の発光素子とを支持する本体部を有し、前記波長分離素子は、前記１つの光源部の前記光射出領域における前記第１の領域に対向して配置され、前記波長選択性偏光素子は、前記１つの光源部の前記光射出領域における前記第２の領域に対向して配置され、前記第２の光線束は、前記波長選択性偏光素子において前記波長分離素子に向けて反射される励起用成分を含み、前記波長分離素子は、前記第１の光線束と前記第２の光線束の前記励起用成分とを合成し、前記第１集光光学系は、前記波長分離素子において合成された光を集光して前記波長変換素子に入射させ、前記１つの光源部と前記波長分離素子との間には、位相差素子が設けられない光源装置が提供される。

第１態様に係る光源装置は、光源部の光射出領域を２つの領域に分けて、一方の光（第１の光線束）を第１の集光光学系により波長変換素子に導き、他方の光（第２の光線束）を第２の集光光学系により反射素子に導くことができる。第１の集光光学系に入射する第１の光線束の幅と、第２の集光光学系に入射する第２の光線束の幅が、第１の光線束と第２の光線束とを合わせた光線束の幅よりも小さいので、第１の集光光学系及び第２の集光光学系として有効径の小さいレンズを採用できる。よって、第１の集光光学系及び第２の集光光学系を小型化できる。

上記第１態様において、前記第２の光線束は、前記波長選択性偏光素子で前記波長分離素子に向けて反射される励起用成分を含み、前記波長分離素子は、前記第１の光線束の波長帯の光に対する偏光分離機能をさらに有し、前記第１の光線束と、前記波長選択性偏光素子で反射された前記励起用成分とを合成するのが好ましい。
この構成によれば、第２の光線束の一部を、波長変換素子を励起する励起光として利用することができる。

上記第１態様において、前記光源部と前記波長選択性偏光素子との間の前記第２の光線束の光路上に設けられた第２の位相差素子をさらに備え、前記第２の位相差素子の光学軸の方向が可変であるのが好ましい。
この構成によれば、第２の位相差板の回転角度を適切に設定することにより、第２の光線束の偏光状態を変化させることができる。よって、第２の光線束における励起用成分の割合を調整することができる。反射素子で反射され、さらに波長選択性偏光素子で反射された光と、波長選択性偏光素子を透過した蛍光光と、の割合は、励起用成分の割合に依存するため、回転角度を調整することにより、光源装置から射出された光の色温度を調整することができる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様に係る光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。

第２態様に係るプロジェクターによれば小型化を図ることができる。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図。 光源装置の概略構成を示す図。 光源部の概略構成を示す斜視図。 第２実施形態の光源装置の概略構成を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１実施形態）
（プロジェクター）
まず、本実施形態に係るプロジェクターについて説明する。図１は本実施形態のプロジェクター１の概略構成を示す図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、照明装置１００、色分離導光光学系２００、光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム５００及び投射光学系６００を備える。

本実施形態において、照明装置１００は、白色の照明光ＷＬを色分離導光光学系２００に向けて射出する。照明装置１００は、光源装置１０と、均一化照明光学系１３とを含む。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０，２２０、反射ミラー２３０，２４０，２５０及びリレーレンズ２６０，２７０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光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導光する。
色分離導光光学系２００と、光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，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。
反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。
反射ミラー２４０，２５０は青色光成分を反射する反射ミラーである。

光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，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ものである。なお、図示を省略したが、各集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと各光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置され、各光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，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る。

クロスダイクロイックプリズム５００は、各光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ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、投射光学系６００によってスクリーンＳＣＲ上に拡大投写される。

（光源装置）
次に、上記光源装置１０の構成について説明する。
図２は光源装置１０の概略構成を示す図である。
図２に示すように、光源装置１０は、光源部１１と、ホモジナイザー光学系１２と、第１の位相差板１５と、第２の位相差板１６と、第３の位相差板１７と、第１の偏光分離素子１８と、第２の偏光分離素子１９と、第１の集光光学系２０と、第２の集光光学系２１と、蛍光体素子２２と、拡散反射素子２３とを備えている。

本実施形態において、第１の偏光分離素子１８は特許請求の範囲の「波長分離素子」に相当し、第２の偏光分離素子１９は特許請求の範囲の「波長選択性偏光素子」に対応し、蛍光体素子２２は特許請求の範囲の「波長変換素子」に相当し、拡散反射素子２３は特許請求の範囲の「反射素子」に相当する。また、第１の位相差板１５は特許請求の範囲の「第１の位相差素子」に相当し、第２の位相差板１６は特許請求の範囲の「第２の位相差素子」に相当する。

本実施形態において、光源部１１は、第１光線束Ｋ１を射出する第１の領域Ａ１と、第２光線束Ｋ２を射出する第２の領域Ａ２とを含む。図２において、第１の領域Ａ１における光軸を符号ａｘ１で示し、第２の領域Ａ２における光軸を符号ａｘ２で示す。光軸ａｘ１は第１光線束Ｋ１の主光線と一致している。光軸ａｘ２は第２光線束Ｋ２の主光線と一致している。

以下、図面においてＸＹＺ座標系を用いて説明することがある。図２において、光源装置１０における照明光軸１００ａｘと平行な方向がＸ方向であり、光源部１１の光軸ａｘ１，ａｘ２と平行な方向がＹ方向であり、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ直交する方向がＺ方向である。

第１光線束Ｋ１の主光線の光路上に、光源部１１の第１の領域Ａ１から順番に、ホモジナイザー光学系１２と、第１の偏光分離素子１８と、第１の集光光学系２０と、蛍光体素子２２とが設けられている。
光源部１１の第２の領域Ａ２と、ホモジナイザー光学系１２と、第２の位相差板１６と、第２の偏光分離素子１９と、第１の位相差板１５と、第２の集光光学系２１と、拡散反射素子２３とは、第２光線束Ｋ２の主光線の光路上に順次並んで配置されている。
また、蛍光体素子２２と、第１の集光光学系２０と、第１の偏光分離素子１８と、第３の位相差板１７と、第２の偏光分離素子１９とは、照明光軸１００ａｘ上に順次並んで配置されている。なお、光軸ａｘ１，ａｘ２と照明光軸１００ａｘとは、同一面内にある。光軸ａｘ１，ａｘ２は照明光軸１００ａｘと直交している。

図３は光源部１１の概略構成を示す斜視図である。光源部１１は、複数の発光部４０を有している。発光部４０は特許請求の範囲の「発光素子」に相当する。
図３に示すように、光源部１１は、本体部２０Ａと、複数の支持部材２０Ｂと、該支持部材２０Ｂに支持された複数の発光部４０とを備える。

複数の支持部材２０Ｂは、本体部２０Ａの側面２０Ａ１に取り付けられている。各支持部材２０Ｂは、側面２０Ａ１の上下方向において、各々の間隔を均等とするように配置されている。

本体部２０Ａは、支持部材２０Ｂとともに、発光部４０で生じた熱を放出させるヒートシンクとして機能する。

各支持部材２０Ｂは板状の部材であって、上面２０Ｂ１を有する。上面２０Ｂ１の平面形状は略矩形状であって、Ｘ方向に長辺を有し、Ｙ方向に短辺を有している。上面２０Ｂ１はＸＹ平面と平行である。

本実施形態において、複数の発光部４０は、それぞれ半導体レーザーから構成される。
複数の発光部４０は、支持部材２０Ｂの上面２０Ｂ１においてＸ方向に一次元的に実装されている。各発光部４０は青色（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）の光ビームからなる光線ＢＬを射出する。

光源部１１は第１光線束Ｋ１と第２光線束Ｋ２とを射出する。第１光線束Ｋ１は、第１の領域Ａ１に配置された複数の発光部４０から射出された複数の光線ＢＬからなる。第２光線束Ｋ２は、第２の領域Ａ２に配置された複数の発光部４０から射出された複数の光線ＢＬからなる。そのため、第１光線束Ｋ１及び第２光線束Ｋ２は、互いに同じ波長帯の光となる。
また、第１光線束Ｋ１及び第２光線束Ｋ２は互いに同じ光束幅を有している。第１光線束Ｋ１の光量及び第２光線束Ｋ２の光量はそれぞれ光源部１１から射出される全光量の５０％ずつに相当する。
本実施形態において、第１光線束Ｋ１は特許請求の範囲の「第１の光線束」に対応し、第２光線束Ｋ２は特許請求の範囲の「第２の光線束」に対応する。

なお、発光部４０としては、４４５ｎｍ以外の波長（例えば、４６０ｎｍ）の青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。図３では、便宜上、最下段の支持部材２０Ｂ上に配置された発光部４０から射出された光線ＢＬのみを図示する。

本実施形態において、複数の発光部４０は、各発光部４０から射出される光線ＢＬの主光線ＢＬａがＹ方向と平行となるように、上面２０Ｂ１に実装されている。また、各発光部４０の遅軸方向はＸ方向と平行であり、速軸方向はＺ方向と平行である。

一つの発光部４０から射出された光線ＢＬは、図示しない一対のシリンドリカルレンズによって平行化される。光線ＢＬはまず、一対のシリンドリカルレンズのうち前段のシリンドリカルレンズによって速軸方向において平行化され、次に、後段のシリンドリカルレンズによって遅軸方向において平行化される。これにより、光線ＢＬの断面形状は、略円形状となる。一対のシリンドリカルレンズはコリメート光学系を構成している。

第１光線束Ｋ１及び第２光線束Ｋ２は、ホモジナイザー光学系１２に入射する。ホモジナイザー光学系１２は、フライアイレンズ１２ａとフライアイレンズ１２ｂとを含む。

ホモジナイザー光学系１２を透過した第１光線束Ｋ１は、第１の偏光分離素子１８に入射する。第１の偏光分離素子１８は波長選択性を有する偏光分離素子から構成される。具体的に、第１の偏光分離素子１８は、第１光線束Ｋ１の波長帯の光（青色光）に対する偏光分離機能を有するとともに、第１光線束Ｋ１とは波長帯が異なる蛍光光ＹＬを、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。

本実施形態において、第１光線束Ｋ１を構成する各光線ＢＬは直線偏光（第１の偏光分離素子１８に対するＳ偏光成分）である。そのため、第１光線束Ｋ１は第１の偏光分離素子１８で反射して蛍光体素子２２へと向かう。第１の偏光分離素子１８は、後述するように第２の偏光分離素子１９で反射された後に第３の位相差板１７を透過したＰ偏光成分の光線束ＢＬｐ´を透過させる。第１の偏光分離素子１８を透過した光線束ＢＬｐ´は、第１の偏光分離素子１８で反射された第１光線束Ｋ１と合成されて励起光Ｅとなる。

励起光Ｅは第１の集光光学系２０に入射する。第１の集光光学系２０は、励起光Ｅを蛍光体素子２２の蛍光体層３３に向けて集光させる。本実施形態では、第１の集光光学系２０の焦点位置に蛍光体素子２２の蛍光体層３３が配置されている。

第１の集光光学系２０はホモジナイザー光学系１２と協働して、蛍光体層３３上での励起光Ｅによる照度分布を均一化する。第１の集光光学系２０は、例えばピックアップレンズ２０ａ，２０ｂから構成される。

蛍光体素子２２は、蛍光体層３３と、蛍光体層３３を支持する基板３５と、蛍光体層３３を基板３５に固定する固定部材３６とを含む。

蛍光体層３３は、励起光Ｅを吸収して黄色の蛍光光ＹＬに変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよく、２種以上の材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いてもよい。

基板３５の蛍光体層３３を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３８が配置されている。

蛍光体層３３と基板３５との間には、反射部３７が設けられている。蛍光体層３３で生成された蛍光光ＹＬのうち、一部の蛍光光ＹＬは、反射部３７によって第１の集光光学系２０に向けて反射され、蛍光体層３３の外部へと射出される。また、蛍光体層３３で生成された蛍光光ＹＬのうち、他の一部の蛍光光ＹＬは、反射部３７を介さずに蛍光体層３３の外部へと直接射出される。このようにして、第１の集光光学系２０に向かって蛍光体層３３から蛍光光ＹＬが射出される。

蛍光体層３３から射出された蛍光光ＹＬは、第１の集光光学系２０、第１の偏光分離素子１８、第３の位相差板１７を透過する。

一方、ホモジナイザー光学系１２を透過した第２光線束Ｋ２は、第２の位相差板１６に入射する。

第２の位相差板１６は、例えば、Ｙ軸の周りに回転可能とされた１／２波長板である。第２の位相差板１６の回転角度を変化させることで該第２の位相差板１６の光学軸の方向が変化する。

本実施形態において、第２光線束Ｋ２を構成する各光線ＢＬは直線偏光である。そのため、第２の位相差板１６を透過した第２光線束Ｋ２は、第２の偏光分離素子１９に対するＳ偏光成分（以下、光線束ＢＬｓと称す）とＰ偏光成分（以下、光線束ＢＬｐと称す）とを所定の比率で含む光となる。したがって、第２の位相差板１６の回転角度を適切に設定することにより、第２光線束Ｋ２におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分との比率を変化させることができる。

第２の偏光分離素子１９は波長選択性を有する偏光分離素子から構成される。具体的に、第２の偏光分離素子１９は、第２光線束Ｋ２の波長帯の光（青色光）に対する偏光分離機能を有するとともに、第２光線束Ｋ２とは波長帯が異なる蛍光光ＹＬを、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有する。

光線束ＢＬｐは、第２の偏光分離素子１９を透過して拡散反射素子２３に向かう。光線束ＢＬｓは、第２の偏光分離素子１９で反射して蛍光体素子２２に向かう。つまり、光線束ＢＬｓは、蛍光体層３３の励起に用いられる。

第２の偏光分離素子１９で反射した光線束ＢＬｓは、第３の位相差板１７に入射する。第３の位相差板１７は、第２の偏光分離素子１９と第１の偏光分離素子１８との間の光路中に配置された１／２波長板（λ／２板）から構成される。光線束ＢＬｓは、第３の位相差板１７を透過することによって、第１の偏光分離素子１８にＰ偏光として入射する光線束ＢＬｐ´に変換される。

Ｐ偏光成分の光線束ＢＬｐ´は第１の偏光分離素子１８を透過し、該第１の偏光分離素子１８で反射されたＳ偏光成分の第１光線束Ｋ１と合成されることで上記励起光Ｅを生成する。励起光Ｅは上述のように第１の集光光学系２０を介して蛍光体素子２２に入射する。

一方、第２の偏光分離素子１９を透過した光線束ＢＬｐは、第１の位相差板１５に入射する。第１の位相差板１５は、第２の偏光分離素子１９と拡散反射素子２３との間の光路中に配置された１／４波長板（λ／４板）から構成される。光線束ＢＬｐは、第１の位相差板１５を透過することによって円偏光の光線束ＢＬｃに変換される。第１の位相差板１５を透過した光線束ＢＬｃは、第２の集光光学系２１に入射する。

第２の集光光学系２１は、光線束ＢＬｃを拡散反射素子２３に向けて集光させる。第２の集光光学系２１は、例えばピックアップレンズ２１ａ，２１ｂから構成されている。また、第２の集光光学系２１はホモジナイザー光学系１２と協働して、拡散反射素子２３上での光線束ＢＬｃによる照度分布を均一化する。本実施形態では、第２の集光光学系２１の焦点位置に拡散反射素子２３が配置されている。

拡散反射素子２３は、第２の集光光学系２１から射出された光線束ＢＬｃを第２の偏光分離素子１９に向けて拡散反射させる。拡散反射素子２３で反射した光を光線束ＢＬｃ´と称する。拡散反射素子２３としては、拡散反射素子２３に入射した光線束ＢＬｃをランバート反射させるものを用いることが好ましい。

拡散反射素子２３は、例えば光反射性を持つ部材の表面に凹凸を形成した拡散反射板からなる。拡散反射素子２３によって反射され、第２の集光光学系２１を再び透過した円偏光の光線束ＢＬｃ´は、再び第１の位相差板１５を透過して、Ｓ偏光の光線束ＢＬｓ´となる。Ｓ偏光の光線束ＢＬｓ´（青色光）は、第２の偏光分離素子１９で反射され、該第２の偏光分離素子１９を透過した蛍光光ＹＬと合成されることで、白色の照明光ＷＬを生成する。
このようにして生成された白色の照明光ＷＬは均一化照明光学系１３に入射する。

ところで、本実施形態では、例えば光源部１１から射出される全光量のうちの２０％を拡散反射素子２３に入射させるとともに８０％を蛍光体素子２２に入射させることで、白色の照明光ＷＬを生成している。しかし、上述のように第２光線束Ｋ２は光源部１１から射出される全光量のうちの５０％に相当する。そこで、第２の位相差板１６を通過した第２光線束Ｋ２における光線束ＢＬｓと光線束ＢＬｐとの割合が６：４となるように、第２の位相差板１６の回転角度が設定されている。これにより、白色の照明光ＷＬを良好に生成することができる。

第２の偏光分離素子１９で反射された光ＢＬｓ´と、第２の偏光分離素子１９を透過した蛍光光ＹＬと、の割合は、光線束ＢＬｓと光線束ＢＬｐとの割合に依存するため、第２の位相差板１６の回転角度を調整することにより、照明光ＷＬの色温度を調整することができる。

本実施形態の光源装置１０においては、光源部１１の光射出領域を２つの同じ大きさの領域（第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２）に分けて、一方の光（第１光線束Ｋ１）を第１の集光光学系２０により蛍光体素子２２に導き、他方の光（第２光線束Ｋ２）を第２の集光光学系２１により拡散反射素子２３に導くようにしている。

この構成によれば、第１の集光光学系２０に入射する第１光線束Ｋ１の幅と、第２の集光光学系２１に入射する第２光線束Ｋ２の幅が、第１光線束Ｋ１と第２光線束Ｋ２とを合わせた光線束の幅よりも小さいので、第１の集光光学系２０及び第２の集光光学系２１として有効径の小さいレンズを採用できる。よって、第１の集光光学系２０及び第２の集光光学系２１を小型化できる。また、第１の集光光学系２０及び第２の集光光学系２１を備えた光源装置１０の小型化が可能である。

また、本実施形態において、第１光線束Ｋ１及び第２光線束Ｋ２が互いに同じ光束幅を有するため、第１の集光光学系２０及び第２の集光光学系２１として同じサイズの光学系を使用することができる。よって、第１の集光光学系２０及び第２の集光光学系２１として別々のサイズの光学系を用いる場合と比べて、コストを低減することができる。

また、光源部１１において、複数の発光部４０（半導体レーザー）を実装する場合、アライメントに多少のばらつき（実装誤差）が生じるおそれがある。本実施形態によれば、アフォーカル光学系を用いていないので、複数の発光部４０に生じる実装誤差の影響を受けにくい。

図１に戻って、均一化照明光学系１３は、フライアイレンズ１２５、フライアイレンズ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を含む。

偏光変換素子１４０は、照明光ＷＬの偏光方向を揃える。偏光変換素子１４０は、例えば、偏光分離膜と位相差板とミラーとから構成されている。

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光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍で互いに重畳させる。フライアイレンズ１２５、フライアイレンズ１３０、及び重畳レンズ１５０は、照明光ＷＬ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。

以上述べたように、本実施形態のプロジェクター１によれば、集光光学系の大型化を回避した光源装置１０を備えるので、該プロジェクター１の小型化が可能である。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る光源装置について説明する。以下、第１実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細の説明については省略若しくは簡略化する。

図４は本実施形態の光源装置１１０の概略構成を示す図である。
図４に示すように、光源装置１１０は、光源部１１と、ホモジナイザー光学系１２と、第１の位相差板１５と、第２の位相差板１６と、第１の偏光分離素子１１８と、第２の偏光分離素子１９と、第１の集光光学系２０と、第２の集光光学系２１と、回転ホイール１１９とを備えている。本実施形態において、回転ホイール１１９は、蛍光体素子１２２と、拡散反射素子１２３とを含む。本実施形態において、第１の偏光分離素子１１８は特許請求の範囲の「波長分離素子」に対応し、蛍光体素子１２２は特許請求の範囲の「波長変換素子」に対応し、拡散反射素子１２３は特許請求の範囲の「反射素子」に対応する。

本実施形態において、光源部１１の第１の領域Ａ１と、ホモジナイザー光学系１２と、第１の偏光分離素子１１８と、第１の集光光学系２０と、蛍光体素子１２２とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。

光源部１１の第２の領域Ａ２と、ホモジナイザー光学系１２と、第２の位相差板１６と、第２の偏光分離素子１９と、第１の位相差板１５と、第２の集光光学系２１と、拡散反射素子１２３とは、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。
また、第１の偏光分離素子１１８と第２の偏光分離素子１９とは、照明光軸１００ａｘ上に順次並んで配置されている。

ホモジナイザー光学系１２を透過した第１光線束Ｋ１は、第１の偏光分離素子１１８に入射する。第１の偏光分離素子１１８は、第１光線束Ｋ１の波長帯の光（青色光）に対する偏光分離機能を有するとともに、蛍光光ＹＬを偏光状態にかかわらず反射させる色分離機能を有する。

本実施形態において、第１光線束Ｋ１を構成する各光線ＢＬは直線偏光（第１の偏光分離素子１１８に対するＰ偏光成分）である。そのため、第１光線束Ｋ１は第１の偏光分離素子１１８を透過して蛍光体素子２２へと向かう。第１の偏光分離素子１１８は、後述するように第２の偏光分離素子１９で反射されたＳ偏光成分の光線束ＢＬｓを反射させる。

第２の偏光分離素子１９で反射された光線束ＢＬｓは、第１の偏光分離素子１１８を透過した第１光線束Ｋ１と合成されることで励起光Ｅ´となる。

第１の集光光学系２０は、励起光Ｅ´を回転ホイール１１９の蛍光体層３３に向けて集光させる。本実施形態では、第１の集光光学系２０の焦点位置に回転ホイール１１９の蛍光体層３３が配置されている。

本実施形態において、回転ホイール１１９は、円板１２０と、円板１２０を回転駆動させるモーター１２１と、円板１２０上にリング状に設けられた蛍光体素子１２２と、円板１２０上にリング状に設けられた拡散反射素子１２３とを備える。蛍光体素子１２２は、拡散反射素子１２３に対して、円板１２０の径方向外側に配置されている。

円板１２０は、例えば、放熱性に優れた金属部材からなる。蛍光体素子１２２は、蛍光体層１２２ａと、円板１２０と蛍光体層１２２ａとの間に設けられた反射部１２２ｂとを備える。
このような構成に基づき、蛍光体素子１２２は、蛍光体層１２２ａで生成された蛍光光ＹＬを第１の集光光学系２０に向けて射出する。

本実施形態では、モーター１２１により円板１２０を回転させることで蛍光体層１２２ａに対する励起光Ｅ´の入射位置が変化する。これにより、同一領域に励起光Ｅ´が集中的に入射することによる蛍光体層１２２ａの劣化を抑制できる。

蛍光体層１２２ａから射出された蛍光光ＹＬは、第１の集光光学系２０及び第１の偏光分離素子１１８を経由して、第２の偏光分離素子１９を透過する。

第２の偏光分離素子１９に対する第２光線束Ｋ２のＳ偏光成分（光線束ＢＬｓ）は、第一実施形態と同様、第２の偏光分離素子１９により反射されることで第１の偏光分離素子１１８を透過して第１光線束Ｋ１とともに励起光Ｅ´を生成する。第２光線束Ｋ２のＰ偏光成分（光線束ＢＬｐ）は、第一実施形態と同様、第２の偏光分離素子１９及び第１の位相差板１５を透過することで、光線束ＢＬｃとして第２の集光光学系２１に入射する。光線束ＢＬｓは、特許請求の範囲の「励起用成分」に対応する。

光線束ＢＬｃは、第２の集光光学系２１により拡散反射素子１２３上に集光される。拡散反射素子１２３は、第一実施形態の拡散反射素子２３と同様の構成を有する。

本実施形態では、モーター１２１により円板１２０を回転させることで拡散反射素子１２３に対する光線束ＢＬｃの入射位置が変化する。これにより、同一領域に光線束ＢＬｃが集中的に入射することによる拡散反射素子１２３の劣化を抑制できる。

拡散反射素子１２３によって反射され、第２の集光光学系２１を再び透過した円偏光の光線束ＢＬｃ´は、再び第１の位相差板１５を透過して、Ｓ偏光の光線束ＢＬｓ´となる。Ｓ偏光の光線束ＢＬｓ´（青色光）は、第２の偏光分離素子１９で反射され、該第２の偏光分離素子１９を透過した蛍光光ＹＬと合成されることで、白色の照明光ＷＬを生成する。

本実施形態の光源装置１１０によれば、円板１２０上に蛍光体素子１２２及び拡散反射素子１２３が設けられた回転ホイール１１９を備えるため、第１の集光光学系２０及び第２の集光光学系２１を照明光軸１００ａｘ（Ｘ方向）に沿って配置することができる。よって、第一実施形態の構成に比べてＸ方向におけるサイズを小型化できる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、一つの光源部１１の光射出領域を２つの領域（第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２）に分けて、各領域から第１光線束Ｋ１及び第２光線束Ｋ２を射出する場合を例に挙げたが、二つの光源部から第１光線束及び第２光線束をそれぞれ射出する構成を採用してもよい。

また、上記実施形態では、偏光分離機能及び波長選択機能を有した第１の偏光分離素子１８を用いて第２光線束Ｋ２の一部を励起光Ｅとして利用する場合を例示した。しかし、第２光線束Ｋ２の一部を励起光Ｅとして利用しない場合、第１の偏光分離素子１８に代えて、波長選択機能のみを有するダイクロイックミラーを用いてもよい。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。

また、上記実施形態では、本発明による光源装置をプロジェクターに応用する例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置を自動車用ヘッドライトなどの照明器具にも適用することができる。

１…プロジェクター、１０…光源装置、１１…光源部、１５…第１の位相差板（第１の位相差素子）、１６…第２の位相差板（第２の位相差素子）、１８…第１の偏光分離素子、１９…第２の偏光分離素子、２０…第１の集光光学系、２１…第２の集光光学系、２２…蛍光体素子（波長変換素子）、２３…拡散反射素子（反射素子）、４０…発光部（発光素子）、１１０…光源装置、１１８…第１の偏光分離素子、１２２…蛍光体素子（波長変換素子）、１２３…拡散反射素子（反射素子）、４００Ｒ…光変調装置、４００Ｇ…光変調装置、４００Ｂ…光変調装置、６００…投射光学系、Ａ１…第１の領域、Ａ２…第２の領域、ＢＬ…光線、Ｋ１…第１光線束（第１の光線束）、Ｋ２…第２光線束（第２の光線束）、ＷＬ…照明光、ＹＬ…蛍光光。

Claims (6)

1. 複数の発光素子を有し、第１の光線束を射出する第１の領域と第２の光線束を射出する第２の領域とが第１方向に並ぶ光射出領域を含む１つの光源部と、
   前記第１の光線束の光路上に、前記１つの光源部側から順番に設けられた、波長分離素子、第１の集光光学系、及び波長変換素子と、
   前記第２の光線束の光路上に、前記１つの光源部側から順番に設けられた、波長選択性偏光素子、第１の位相差素子、第２の集光光学系、及び反射素子と、
   前記１つの光源部と前記波長選択性偏光素子との間の前記第２の光線束の光路上に設けられた第２の位相差素子と、を備え、
   前記反射素子で反射した前記第２の光線束は、前記第２の集光光学系と前記第１の位相差素子とをこの順に透過して前記波長選択性偏光素子で反射され、
   前記波長変換素子から射出された蛍光光は、前記第１の集光光学系と前記波長分離素子と前記波長選択性偏光素子とにこの順に入射し、
   前記波長選択性偏光素子は、前記蛍光光を、前記蛍光光の偏光状態によらず透過させ、
   前記光源部は、前記第１の領域に配置された前記複数の発光素子と、前記第２の領域に配置された前記複数の発光素子とを支持する本体部を有し、
   前記波長分離素子は、前記１つの光源部の前記光射出領域における前記第１の領域に対向して配置され、
   前記波長選択性偏光素子は、前記１つの光源部の前記光射出領域における前記第２の領域に対向して配置され、
   前記第２の光線束は、前記波長選択性偏光素子において前記波長分離素子に向けて反射される励起用成分を含み、
   前記波長分離素子は、前記第１の光線束と前記第２の光線束の前記励起用成分とを合成し、
   前記第１集光光学系は、前記波長分離素子において合成された光を集光して前記波長変換素子に入射させ、
   前記１つの光源部と前記波長分離素子との間には、位相差素子が設けられない
   光源装置。
2. 前記第１の光線束及び前記第２の光線束は互いに同じ光束幅を有する
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２の位相差素子の光学軸の方向が可変である
   請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第１方向において前記波長分離素子及び前記波長選択性偏光素子の間に設けられた第３の位相差素子をさらに備え、
   前記励起用成分は、前記第３の位相差素子を透過することで前記波長分離素子を透過する偏光方向の光に変換される
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記波長変換素子は、前記波長分離素子に対して前記１つの光源部と反対方向に配置され、
   前記反射素子は、前記波長選択性偏光素子に対して前記１つの光源部と反対方向に配置され、
   前記波長変換素子及び前記反射素子は、回転可能な円板上にリング状にそれぞれ設けられており、
   前記波長変換素子は、前記反射素子に対して、前記円板の径方向の異なる位置に配置され、
   前記第１の集光光学系及び前記第２の集光光学系は、前記波長選択性偏光素子における前記蛍光光の射出方向に沿って配置される
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
   前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
   プロジェクター。

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