JP6885375B2 - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

プロジェクターに用いられる光源装置として、発光素子から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。下記の特許文献１には、波長変換作用を有するロッド状のセラミック体と、励起光を射出する発光ダイオード（ＬＥＤ）と、を備え、セラミック体の側面から励起光を入射させ、セラミック体の端面から変換光を取り出す形態の照明装置が開示されている。

特表２０１７−５３６６６４号公報

特許文献１に記載されているように、ＬＥＤから射出された光を波長変換部材に入射させることにより、ＬＥＤから射出された光の波長とは異なる波長の光を得ることができる。例えば波長変換部材が黄色蛍光体を含んでいる場合、ＬＥＤから射出された青色光から黄色光を得ることができる。ところが、プロジェクター用光源装置として必要な白色光を得るためには、特許文献１の照明装置とは別に、青色光を射出する光源、青色光と黄色光とを合成する光合成素子等の光学系を別途設けなければならない。その結果、光源装置が大型化するという課題があった。また、白色以外の色光を得る場合においても、蛍光と他の色光とを合成するための光学系に起因して光源装置が大型化するという課題があった。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光源装置は、第１波長帯の第１の光を射出する光源と、前記光源から射出された前記第１の光のうちの一部の光が入射され、前記一部の光を導光する導光部と、蛍光体を含み、前記光源から射出された前記第１の光のうちの他の一部の光が入射し、前記他の一部の光を、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２の光に変換する波長変換部と、を備える。前記導光部は、互いに対向する第１端面および第２端面と、前記第１端面および前記第２端面と交差する第１側面と、を有する。前記波長変換部は、互いに対向する第３端面および第４端面と、前記第３端面および前記第４端面と交差する第２側面と、を有する。前記導光部の前記第１側面と前記波長変換部の前記第２側面とは、互いに対向して配置され、前記第１側面に回折格子が設けられ、前記一部の光は、前記回折格子を介して前記第１側面から前記導光部に入射し、前記他の一部の光は、前記第２側面から前記波長変換部に入射し、前記一部の光と前記第２の光とは、前記導光部の前記第１端面の法線方向または前記波長変換部の前記第３端面の法線方向に射出される。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記回折格子は、臨界角未満の入射角で前記導光部に入射する前記一部の光を臨界角以上の回折角で回折させてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記光源は、前記導光部の前記第１側面に対向して設けられ、前記一部の光を射出する第１発光ダイオードと、前記波長変換部の前記第２側面に対向して設けられ、前記他の一部の光を射出する第２発光ダイオードと、を有していてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記回折格子は、前記導光部の前記第１側面において、前記第１発光ダイオードの光照射領域に対向する位置に設けられていてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置においては、前記導光部の前記第１側面において、前記光照射領域と前記第１端面との間の領域に前記回折格子が設けられていなくてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記導光部は、前記第２端面に設けられた第１反射部を有し、前記波長変換部は、前記第４端面に設けられた第２反射部を有し、前記導光部の前記第１端面から射出された前記一部の光と、前記波長変換部の前記第１端面から射出された前記第２の光と、を合成する光合成素子をさらに備え、前記一部の光と前記第２の光とは、前記光合成素子から射出されてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記波長変換部は、前記第３端面に設けられた反射部を有し、前記波長変換部の前記第４端面および前記導光部の前記第２端面に対向して設けられ、少なくとも前記波長変換部の前記第４端面から射出された前記第２の光を前記導光部の前記第２端面に導く導光部材をさらに備え、前記一部の光と前記第２の光とは、前記導光部の前記第１端面から射出されてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１波長帯は青色波長帯であり、前記第２波長帯は黄色波長帯であってもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、互いに対向する第５端面および第６端面と、前記第５端面および前記第６端面と交差する第３側面と、を有し、前記他の一部の光を、前記第１波長帯、前記第２波長帯とは異なる第３波長帯の第３の光に変換する第２波長変換部と、前記導光部の前記第１端面から射出された前記一部の光と、前記波長変換部の前記第３端面から射出された前記第２の光と、前記第２波長変換部の前記第５端面から射出された前記第３の光と、を合成する光合成素子と、をさらに備えてもよく、前記導光部は、前記第２端面に設けられた第１反射部を有し、前記波長変換部は、前記第４端面に設けられた第２反射部を有し、前記第２波長変換部は、前記第６端面に設けられた第３反射部を有し、前記一部の光と前記第２の光と前記第３の光とは、前記光合成素子から射出されてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１波長帯は青色波長帯であり、前記第２波長帯は緑色波長帯であり、前記第３波長帯は赤色波長帯であってもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の光源装置の概略構成図である。 図２のIII−III線に沿う光源装置の断面図である。 図２のIV−IV線に沿う光源装置の断面図である。 第１変形例の光源装置の断面図である。 第２変形例の光源装置の断面図である。 第２実施形態の光源装置の概略構成図である。 第３実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第３実施形態の光源装置の概略構成図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、光変調装置として液晶パネルを用いたプロジェクターの一例である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１は、第１実施形態のプロジェクター１の概略構成図である。
第１実施形態のプロジェクター１は、スクリーン（被投射面）ＳＣＲ上にカラー画像を投射する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。

図１に示すように、プロジェクター１は、光源装置２と、均一照明光学系４０と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６と、を備えている。

光源装置２は、照明光ＷＬを均一照明光学系４０に向けて射出する。光源装置２の詳細な構成については、後で詳しく説明する。

均一照明光学系４０は、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備えている。インテグレーター光学系３１は、第１レンズアレイ３１ａと、第２レンズアレイ３１ｂと、を備えている。均一照明光学系４０は、光源装置２から射出された照明光ＷＬの強度分布を、被照明領域である光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれにおいて均一化する。均一照明光学系４０から射出された照明光ＷＬは、色分離光学系３へ入射する。

色分離光学系３は、白色の照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１ダイクロイックミラー７ａと、第２ダイクロイックミラー７ｂと、第１反射ミラー８ａと、第２反射ミラー８ｂと、第３反射ミラー８ｃと、第１リレーレンズ９ａと、第２リレーレンズ９ｂと、を備えている。

第１ダイクロイックミラー７ａは、光源装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）とに分離する。第１ダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過するとともに、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２ダイクロイックミラー７ｂは、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。第２ダイクロイックミラー７ｂは、分離された緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。

第１反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、第１ダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２反射ミラー８ｂおよび第３反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置され、第２ダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに向けて反射する。また、緑色光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー７ｂによって光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１リレーレンズ９ａおよび第２リレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２ダイクロイックミラー７ｂの光射出側に配置されている。第１リレーレンズ９ａおよび第２リレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長いことに起因した青色光ＬＢの照明分布の違いを修正する。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側および射出側には、偏光板（図示せず）がそれぞれ配置され、特定の方向の直線偏光のみを通過させる構成となっている。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ、フィールドレンズ１０Ｇ、フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ、フィールドレンズ１０Ｇ、およびフィールドレンズ１０Ｂは、それぞれの光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、光変調装置４Ｂに入射する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの主光線を平行化する。

合成光学系５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂから射出された画像光が入射することにより、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学装置６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられる。

投射光学装置６は、複数の投射レンズから構成されている。投射光学装置６は、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上に画像が表示される。

以下、光源装置２について説明する。
図２は、光源装置２の概略構成図である。図３は、図２のIII−III線に沿う光源装置の断面図である。図４は、図２のIV−IV線に沿う光源装置の断面図である。

図２に示すように、光源装置２は、導光ロッド５１（導光部）と、波長変換ロッド５８（波長変換部）と、光源５３と、プリズム５４と、光合成素子５５と、角度変換素子５６と、コリメーターレンズ５７と、を備えている。

第１実施形態の光源装置２は、蛍光体を少なくとも含む１本の波長変換ロッド５８を有している。波長変換ロッド５８は、光源５３から射出された光のうちの一部の光が入射され、第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２の光に変換する。

導光ロッド５１は、四角柱状の形状を有し、互いに対向する第１端面５１ａおよび第２端面５１ｂと、第１端面５１ａおよび第２端面５１ｂに交差する４つの側面５１ｃ１，５１ｃ２，５１ｃ３，５１ｃ４と、を有する。４つの側面５１ｃ１，５１ｃ２，５１ｃ３，５１ｃ４の全体が、特許請求の範囲の第１側面に対応する。同様に、波長変換ロッド５８は、四角柱状の形状を有し、互いに対向する第３端面５８ａおよび第４端面５８ｂと、第３端面５８ａおよび第４端面５８ｂに交差する４つの側面５８ｃ１，５８ｃ２，５８ｃ３，５８ｃ４と、を有する。４つの側面５８ｃ１，５８ｃ２，５８ｃ３，５８ｃ４の全体が、特許請求の範囲の第２側面に対応する。波長変換ロッド５８の第３端面５８ａの中心と第４端面５８ｂの中心とを通る軸を光源装置２の光軸Ｊ１と定義する。光源装置２からの光は、光軸Ｊ１の方向に射出される。

本実施形態では、導光ロッド５１と波長変換ロッド５８とは、略同一の寸法を有している。導光ロッド５１の長手方向（第１端面５１ａの法線方向）の寸法Ａは、導光ロッド５１の幅方向（側面５１ｃの法線方向）の寸法Ｂよりも長い。例えば寸法Ａは、寸法Ｂの１０倍〜数１０倍程度である。波長変換ロッド５８についても、導光ロッド５１と同様である。

なお、導光ロッド５１および波長変換ロッド５８のそれぞれは、必ずしも四角柱状の形状を有していなくてもよく、三角柱などの他の多角形状であってもよい。もしくは、導光ロッド５１および波長変換ロッド５８のそれぞれは、円柱状であってもよい。導光ロッド５１および波長変換ロッド５８のそれぞれが円柱状である場合、導光ロッド５１および波長変換ロッド５８のそれぞれは、互いに平行な第１端面および第２端面と、第１端面および第２端面に直交する１つの側面と、を有する。

導光ロッド５１と波長変換ロッド５８とは、導光ロッド５１の側面５１ｃ１と波長変換ロッド５８の側面５８ｃ１とが対向する向きで、間隔をおいて配置されている。以下、説明の都合上、導光ロッド５１から光が射出される側の端面を第１端面５１ａと称し、第１端面５１ａと反対側を向く端面を第２端面５１ｂと称する。また、波長変換ロッド５８から光が射出される側の端面を第３端面５８ａと称し、第３端面５１ａと反対側を向く端面を第４端面５８ｂと称する。

図３および図４に示すように、光源５３は、第１光源５３１と、第２光源５３２と、を備えている。図２に示すように、第１光源５３１は、導光ロッド５１の側面５１ｃ３と波長変換ロッド５８の側面５８ｃ３とに跨がって設けられている。第２光源５３２は、導光ロッド５１の側面５１ｃ４と波長変換ロッド５８の側面５８ｃ４とに跨がって設けられている。光源５３は、第１波長帯の第１の光を射出する。

第１光源５３１と第２光源５３２とは、同一の構成を有し、基板５３３と、導光ロッド５１および波長変換ロッド５８と対向する基板５３３の一面に実装された複数の発光ダイオード６１，６２（ＬＥＤ）と、を備えている。本実施形態では、各光源が７個のＬＥＤ６１，６２を備えているが、ＬＥＤ６１，６２の個数は特に限定されない。各ＬＥＤ６１，６２は、第１波長帯の第１の光を射出する。第１波長帯は、例えば４００ｎｍ〜４８０ｎｍの青色波長帯であり、ピーク波長は例えば４４５ｎｍである。すなわち、第１の光は、青色光である。なお、各光源５３１，５３２は、基板５３３とＬＥＤ６１，６２の他、導光板、拡散板、レンズ等の他の光学部材を有していてもよい。

複数のＬＥＤ６１，６２は、導光ロッド５１の側面５１ｃ３および側面５１ｃ４、波長変換ロッド５８の側面５８ｃ３および側面５８ｃ４のそれぞれに対向して設けられている。図２に示すように、複数のＬＥＤ６１，６２は、２列に配列されている。一部のＬＥＤ６１は、導光ロッド５１の長手方向に沿って配列され、残りのＬＥＤ６２は、波長変換ロッド５８の長手方向に沿って配列されている。以下、導光ロッド５１の長手方向に沿って配列されたＬＥＤ６１を第１ＬＥＤ６１と称し、波長変換ロッド５８の長手方向に沿って配列されたＬＥＤ６２を第２ＬＥＤ６２と称する。複数の第１ＬＥＤ６１は、導光ロッド５１の第１端面５１ａから遠く、第２端面５１ｂに近い位置に配置されている。

第１ＬＥＤ６１から射出された光ＬＢは、導光ロッド５１の内部を伝播した後、導光ロッド５１から射出され、照明光の一部を構成する青色光として機能する。一方、第２ＬＥＤ６２から射出された光ＬＥは、波長変換ロッド５８に入射した後、波長変換ロッド５８の蛍光体を励起させる励起光として機能する。このように、第１ＬＥＤ６１から射出された光ＬＢの機能と第２ＬＥＤ６２から射出された光ＬＥの機能は互いに異なるため、第１ＬＥＤ６１と第２ＬＥＤ６２とは、青色光もしくは励起光としてそれぞれ最適化された互いに異なる波長の光を射出してもよいし、いずれの機能でも共通に用いられる同じ波長の光を射出してもよい。

導光ロッド５１は、例えばガラス等の透光性材料で構成されている。導光ロッド５１は、光源５３の第１ＬＥＤ６１から射出された光ＬＢが入射され、入射された光ＬＢを導光する。図３に示すように、導光ロッド５１の４つの側面のうち、第１ＬＥＤ６１および第２ＬＥＤ６２に対向する側面５１ｃ３および側面５１ｃ４に、回折格子５１ｆが設けられている。回折格子５１ｆは、多数の凹凸が光の波長と同程度のピッチで周期的に形成された構成を有する。導光ロッド５１を構成する透光性材料に凹凸が直接形成された回折格子５１ｆが用いられてもよいし、個別に作製された回折格子５１ｆが導光ロッド５１に接合されていてもよい。

回折格子５１ｆの凹凸のパターンは、臨界角未満の入射角で導光ロッド５１に入射する光を臨界角以上の回折角で回折させるように設計されている。また、導光ロッド５１を構成する透光性材料の屈折率は、高いことが望ましい。高屈折率材料が用いられることによって、導光ロッド５１の内部を伝播する光の臨界角を大きくすることができる。

図２において、符号Ｓの１点鎖線で示す円は、第１ＬＥＤ６１から射出される光ＬＢが照射される領域（光照射領域）であり、さらに回折格子５１ｆが設けられた領域を示している。このように、回折格子５１ｆは、導光ロッド５１の側面５１ｃ３および側面５１ｃ４において、第１ＬＥＤ６１の光照射領域Ｓに対応して設けられている。また、複数の第１ＬＥＤ６１は、導光ロッド５１の第２端面５１ｂに近い位置にのみ配置されているため、導光ロッド５１の側面５１ｃ３および側面５１ｃ４は、光照射領域Ｓよりも第１端面５１ａ寄りの位置に回折格子５１ｆが設けられていない領域Ｔを有する。すなわち、導光ロッド５１の側面５１ｃ３および側面５１ｃ４において、光照射領域Ｓと第１端面５１ａとの間の領域には回折格子５１ｆが設けられていない。

波長変換ロッド５８は、光源５３の第２ＬＥＤ６２から射出された光ＬＥが入射され、入射された光ＬＥを、第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２の光ＬＹに変換する。波長変換ロッド５８は、第２ＬＥＤ６２からの光ＬＥを第２波長帯の第２の光ＬＹに波長変換するセラミック蛍光体（多結晶蛍光体）から構成されている。第２波長帯は、例えば４９０〜７５０ｎｍの黄色波長帯である。すなわち、第２の光ＬＹは、黄色の蛍光である。波長変換ロッド５８は、多結晶蛍光体に代えて、単結晶蛍光体から構成されていてもよい。もしくは、波長変換ロッド５８は、蛍光ガラスから構成されていてもよい。もしくは、波長変換ロッド５８は、ガラスや樹脂からなるバインダー中に多数の蛍光体粒子が分散された材料から構成されていてもよい。したがって、第２波長帯のピーク波長は、第１波長帯のピーク波長よりも長い。

具体的には、波長変換ロッド５８は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体から構成されている。賦活剤としてのセリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例に挙げると、波長変換ロッド５８の材料として、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法、ゾルゲル法等の湿式法により得られるＹ−Ａｌ−Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法、火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等を用いることができる。

導光ロッド５１は、導光ロッド５１の第２端面５１ｂに設けられたミラー６３（第１反射部）を有する。波長変換ロッド５８は、波長変換ロッド５８の第４端面５８ｂに設けられたミラー６３（第２反射部）を有する。本実施形態では、図２に示すように、導光ロッド５１と波長変換ロッド５８とに跨がって共通のミラー６３が設けられているが、ミラーは、導光ロッド５１と波長変換ロッド５８とで個別に設けられていてもよい。ミラー６３は、金属膜や誘電体多層膜から構成されている。

図２に示すように、プリズム５４は、導光ロッド５１の第１端面５１ａに設けられている。プリズム５４は、直角二等辺三角形の断面を有する三角柱状プリズムから構成されており、光入射端面５４ａと反射面５４ｃと光射出端面５４ｂとを有する。プリズム５４は、入射した光ＬＢの光路を９０°折り曲げて射出させる機能を有する。すなわち、プリズム５４は、導光ロッド５１の第１端面５１ａから射出された光ＬＢを反射面５４ｃで反射させることにより光路を曲げ、光射出端面５４ｂから射出させる。

光合成素子５５は、プリズム５４の光射出端面５４ｂおよび波長変換ロッド５８の第３端面５８ａに対向して設けられている。光合成素子５５は、ダイクロイックミラー５５１が内部に設けられたダイクロイックプリズムから構成されている。光合成素子５５は、直方体状の形状を有し、光入射端面５５ａおよび光入射端面５５ｂと、光射出端面５５ｃと、を有する。ダイクロイックミラー５５１は、青色波長帯の光を反射し、黄色波長帯の光を透過させる特性を有する。これにより、光合成素子５５は、導光ロッド５１の第１端面５１ａから射出された青色の光ＬＢと、波長変換ロッド５８の第３端面５８ａから射出された黄色の蛍光ＬＹと、を合成する。青色の光ＬＢと黄色の蛍光ＬＹとからなる白色の合成光ＬＷは、光合成素子５５から射出される。

角度変換素子５６は、光合成素子５５の光射出端面５５ｃの光射出側に設けられている。角度変換素子５６は、合成光ＫＷが入射する光入射端面５６ａと、合成光ＬＷが射出する光射出端面５６ｂと、を有するテーパーロッドから構成されている。角度変換素子５６は、四角錐台状の形状を有し、光軸Ｊ１に垂直な断面積が合成光ＬＷの進行方向に沿って広がっており、光射出端面５６ｂの面積は光入射端面５６ａの面積よりも大きい。これにより、合成光ＬＷは、角度変換素子５６の内部を進行する間に、側面５６ｃで全反射する毎に光軸Ｊ１に平行な方向に角度を変える。このようにして、角度変換素子５６は、光射出端面５６ｂにおける合成光ＬＷの拡散角を光入射端面５６ａにおける合成光ＫＷの拡散角よりも小さくする。

角度変換素子５６は、光入射端面５６ａが光合成素子５５の光射出端面５５ｃに対向するように光合成素子５５に固定されている。すなわち、角度変換素子５６と光合成素子５５とは光学接着剤（図示略）を介して接触しており、角度変換素子５６と光合成素子５５との間に空隙（空気層）は設けられていない。なお、角度変換素子５６は、例えば任意の支持部材によって光合成素子５５に直接接触するように固定されていてもよい。いずれにしても、角度変換素子５６と光合成素子５５との間に空隙が設けられていないことが望ましい。角度変換素子５６の屈折率と光合成素子５５の屈折率とは、できるだけ一致させることが望ましい。

なお、角度変換素子５６として、テーパーロッドに代えて、複合放物面型集光器（Compound Parabolic Concentrator, ＣＰＣ）が用いられてもよい。角度変換素子５６としてＣＰＣを用いた場合も、テーパーロッドを用いた場合と同様の効果が得られる。

コリメーターレンズ５７は、角度変換素子５６の光射出端面５６ｂの光射出側に設けられている。コリメーターレンズ５７は、角度変換素子５６から射出された合成光ＬＷを平行化する。すなわち、角度変換素子５６によって角度分布が変換された合成光ＬＷの平行度は、コリメーターレンズ５７によってさらに高められる。コリメーターレンズ５７は、凸レンズで構成されている。なお、角度変換素子５６のみで十分な平行度が得られている場合、必ずしもコリメーターレンズ５７は設けられていなくてもよい。

以下、上記構成の光源装置２における光の振る舞いについて説明する。
図３に示すように、導光ロッド５１の側面５１ｃ３および側面５１ｃ４に回折格子５１ｆが設けられているため、第１ＬＥＤ６１から射出された光ＬＢは、回折格子５１ｆを介して側面５１ｃ３および側面５１ｃ４のそれぞれから導光ロッド５１に入射する。この際、回折格子５１ｆは、臨界角未満の入射角θ１で導光ロッド５１に入射する光ＬＢを臨界角θｃ以上の回折角θ２で回折させる。すなわち、θ１＜θｃ≦θ２である。これにより、導光ロッド５１に入射する光ＬＢは、光路を第１端面５１ａの側に曲げられ、導光ロッド５１の各側面で全反射を繰り返しつつ、第１端面５１ａに向かって進む。

なお、導光ロッド５１に入射した後、導光ロッド５１の第２端面５１ｂの側に向かって進む光ＬＢも僅かに存在するが、その光ＬＢは、第２端面５１ｂに設けられたミラー６３で反射するため、第１端面５１ａに向かって進む。

その後、図２に示すように、導光ロッド５１の第１端面５１ａから射出された光ＬＢは、プリズム５４の反射面５４ｃで反射して光路を曲げ、光合成素子５５に入射する。なお、プリズム５４と光合成素子５５とは直接接触しないように、プリズム５４と光合成素子５５との間に間隙（空気層）が設けられていることが望ましい。プリズム５４と光合成素子５５との間に間隙が設けられることによって、プリズム５４と光合成素子５５との界面近傍に進んだ光のうち、臨界角未満の入射角で界面に入射した光がプリズム５４や光合成素子５５の外部に漏れることが抑えられ、光利用効率を高めることができる。

一方、図４に示すように、第２ＬＥＤ６２から射出された光ＬＥが波長変換ロッド５８に入射すると、波長変換ロッド５８に含まれる蛍光体が励起され、任意の発光点Ｐ１から蛍光ＬＹが発せられる。蛍光ＬＹは、任意の発光点Ｐ１から全ての方向に向かって進むが、各側面に向かった蛍光ＬＹは、全反射を繰り返しつつ、第３端面５８ａもしくは第４端面５８ｂに向かって進む。第３端面５８ａに向かった蛍光ＬＹは、第３端面５８ａから光合成素子５５に入射する。一方、第４端面５８ｂに向かった蛍光ＬＹは、ミラー６３で反射し、第３端面５８ａに向かって進む。

図２に示すように、光合成素子５５に入射した光ＬＢは、ダイクロイックミラー５５１で反射する。一方、光合成素子５５に入射した蛍光ＬＹは、ダイクロイックミラー５５１を透過する。その結果、青色の光ＬＢと黄色の蛍光ＬＹとが合成され、白色の合成光ＬＷが光合成素子５５の光射出端面５５ｃから射出される。光合成素子５５から射出された合成光ＬＷは、角度変換素子５６とコリメーターレンズ５７とによって平行化された後、光源装置２から射出される。光源装置２から射出された合成光ＬＷ（照明光ＷＬ）は、図１に示すように、インテグレーター光学系３１に向かって進む。

本実施形態の光源装置２においては、青色の光ＬＢを射出する導光ロッド５１と黄色の蛍光ＬＹを射出する波長変換ロッド５８とが側面同士で対向するように配置され、波長変換ロッド５８の第３端面５８ａに光合成素子５５が配置され、導光ロッド５１と波長変換ロッド５８の側面５１ｃ３，５８ｃ３および側面５１ｃ４，５８ｃ４に対向して第１光源５３１および第２光源５３２が設けられているため、白色光を射出可能な小型の光源装置２を実現することができる。

本実施形態の光源装置２は、第１ＬＥＤ６１から射出された光ＬＢを導光ロッド５１によって光合成素子５５に導く構成を有しているため、例えば紫外ＬＥＤと青色蛍光体との組み合わせのような青色光を発光可能な蛍光体光源を別途用意することなく、青色光を単純な構成で効率良く得ることができる。また、回折格子５１ｆを用いて光ＬＢを導光ロッド５１の内部において第１端面５１ａの側に曲げているため、この点においても、青色光を効率良く利用することができる。

仮に導光ロッドの各側面の全面にわたって回折格子が設けられていたとすると、導光ロッドの内部を伝播する青色光が回折格子に入射した際に回折格子を通して導光ロッドの外部に逃げてしまう虞がある。その点、第１実施形態の光源装置２によれば、回折格子５１ｆは第１ＬＥＤ６１の光照射領域Ｓに対応した位置に選択的に設けられ、光照射領域Ｓと第１端面５１ａとの間の領域に回折格子５１ｆが設けられていないため、導光ロッド５１の内部を伝播する光ＬＢが導光ロッド５１の外部に逃げる恐れが少なく、光ＬＢを効率良く利用することができる。

また、一般にＬＥＤから射出される光は、半導体レーザーから射出される光に比べて拡散角が大きい。そのため、ＬＥＤを用いた光源は、半導体レーザーを用いた光源に比べて、光源の発光面積と光源からの光の立体角との積で決まるエテンデューが大きくなる。光源装置のエテンデューの増加は、光源装置より後段の光学系で取り込むことができない光を増加させ、プロジェクターとしての光利用効率の低下を引き起こす。そのため、プロジェクター用の光源装置として用いる場合、エテンデューは極力小さいことが望ましい。

その観点からすると、本実施形態の光源装置２の場合、光源５３が第１ＬＥＤ６１および第２ＬＥＤ６２から構成されており、各ＬＥＤから射出された拡散角の大きい光は、面積が広い側面から導光ロッド５１および波長変換ロッド５８にそれぞれ入射する。一方、導光ロッド５１からの光ＬＢと波長変換ロッド５８からの蛍光ＬＹとの白色の合成光ＬＷは、ロッドの側面に比べて面積が十分に狭い端面に相当する大きさの光合成素子５５の光射出端面５５ｃから射出される。このように、本実施形態によれば、発光面積を実質的に縮小することができ、エテンデューの小さい光源装置２を実現することができる。その結果、この光源装置２をプロジェクター１に用いることによって、光源装置２の後段の光学系での光利用効率を高めることができる。

本実施形態の場合、導光ロッド５１から青色の光ＬＢが射出され、波長変換ロッド５８から黄色の蛍光ＬＹが射出され、これらが合成されて白色光が得られるため、光ＬＢの光量と蛍光ＬＹの光量とのバランスを調整することにより、白色光のホワイトバランスを調整することができる。具体的なホワイトバランスの調整方法としては、例えば光源装置２に光ＬＢおよび蛍光ＬＹの各々の光量を検出するセンサーを備えておき、センサーが検出した各光量の標準値からのずれに応じて、第１ＬＥＤ６１や第２ＬＥＤ６２に供給する電力を適宜調整する構成としてもよい。また、設計段階でのホワイトバランスの調整方法としては、第１ＬＥＤ６１や第２ＬＥＤ６２の数を調整してもよいし、導光ロッド５１や波長変換ロッド５８の長さや太さを調整してもよい。

本実施形態の光源装置２においては、光合成素子５５の光射出側に角度変換素子５６が設けられているため、光合成素子５５から射出された合成光ＬＷを平行化することができる。さらに、角度変換素子５６の光射出側にコリメーターレンズ５７が設けられているため、合成光ＬＷの平行度をさらに高めることができる。これにより、光源装置２の後段の光学系における光利用効率を高めることができる。

本実施形態の光源装置２においては、導光ロッド５１の第２端面５１ｂおよび波長変換ロッド５８の第４端面５８ｂにミラー６３が設けられているため、光ＬＢや蛍光ＬＹが第２端面５１ｂや第４端面５８ｂの側から射出されることが抑えられる。これにより、光ＬＢや蛍光ＬＹの利用効率を高めることができる。

導光ロッド５１の側面５１ｃ１と波長変換ロッド５８の側面５８ｃ１との間に、間隙（空気層）に代えて、例えば金属膜等からなる反射膜が設けられていてもよい。ただし、導光ロッド５１と波長変換ロッド５８との間に金属膜からなる反射膜が設けられていた場合、各ロッドの内部を伝播する光が反射膜で反射する際に光の損失が生じ、光の照度均一性を高めるために光の反射回数を多くする程、光の損失が大きくなるという問題がある。

これに対して、本実施形態の光源装置２によれば、導光ロッド５１と波長変換ロッド５８との間に間隙（空気層）が設けられているため、各ロッド５１，５８の第１側面５１ｃ１，５８ｃ１における光の反射は光損失を伴わない全反射となる。これにより、光利用効率を高めることができる。その観点から、第１側面５１ｃ１，５８ｃ１以外の側面についても、できるだけ反射膜が設けられていないことが望ましい。

本実施形態のプロジェクター１は、上述した光源装置２を備えているため、小型化が図れるとともに、光利用効率に優れる。

なお、本実施形態における導光ロッド５１および光源５３は、以下に示す構成を有していてもよい。

［第１変形例］
図５は、第１変形例の光源装置２２の断面図であり、図３と同じ位置の断面に相当する。よって、図５において、図３と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図５に示すように、第１変形例の光源装置２２において、光源２３は、導光ロッド５１の側面５１ｃ３に対向する第１ＬＥＤ６１を有する第１光源５３１を備えている。そして、導光ロッド５１の側面５１ｃ４に対向する側には、光源２３が設けられていない。第１ＬＥＤ６１の配置に対応して、回折格子５１ｆは、導光ロッド５１の側面５１ｃ３に設けられており、側面５１ｃ４には設けられていない。

［第２変形例］
図６は、第２変形例の光源装置２４の断面図であり、図３と同じ位置の断面に相当する。よって、図６において、図３と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図６に示すように、第２変形例の光源装置２４において、光源２５は、導光ロッド５１の側面５１ｃ３に対向する複数の第１ＬＥＤ６１を有する第１光源２５１と、導光ロッド５１の側面５１ｃ４に対向する複数の第１ＬＥＤ６１を有する第２光源２５２と、を有している。ただし、側面５１ｃ３に対向する複数の第１ＬＥＤ６１と側面５１ｃ４に対向する複数の第１ＬＥＤ６１とでは、導光ロッド５１の長手方向における位置がずれており、互い違いに配置されている。回折格子５１ｆは、第１ＬＥＤ６１の光照射領域に対応して設けられ、隣り合う回折格子５１ｆの間に回折格子５１ｆが設けられていない領域Ｔが存在する。

［第３変形例］
第３変形例の光源装置として、導光ロッド５１と波長変換ロッド５８とでＬＥＤを兼用してもよい。すなわち、一つのＬＥＤが導光ロッド５１と波長変換ロッド５８との双方に跨がって配置され、各ロッド５１，５８に対向するように配置されていてもよい。導光ロッド５１には、ＬＥＤの光照射領域に対応して回折格子が設けられている。この場合、ＬＥＤから射出された光のうち、導光ロッド５１に入射した光ＬＢは、白色の合成光を構成する青色光として機能する。また、波長変換ロッド５８に入射した光は、蛍光体を励起させる励起光として機能する。そのため、ＬＥＤから射出される光の波長は、双方の機能を果たすように設定される。

上記３つの変形例の光源装置においても、青色の光ＬＢを効率良く利用することができ、第１実施形態の光源装置２と同様の効果が得られる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図７を用いて説明する。
第２実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、各ロッドの配置やプリズムの構成と光の経路とが第１実施形態と異なる。そのため、光源装置の全体構成の説明は省略する。
図７は、第２実施形態の光源装置２６の概略構成図である。
図７において、図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図７に示すように、第２実施形態の光源装置２６は、導光ロッド５１と、波長変換ロッド５８と、光源２７と、プリズム２８（導光部材）と、角度変換素子５６と、コリメーターレンズ５７と、を備えている。第２実施形態の光源装置２６は、１本の波長変換ロッド５８を有している。第２実施形態の光源装置２６は、第１実施形態の光源装置２と異なり、光合成素子５５を備えていない。

第１実施形態の光源装置２においては、導光ロッド５１の第１端面５１ａと波長変換ロッド５８の第３端面５８ａとが各ロッドの長手方向の同じ側に配置され、導光ロッド５１の第２端面５１ｂと波長変換ロッド５８の第４端面５８ｂとが同じ側に配置されていた。これに対して、第２実施形態の光源装置２６においては、導光ロッド５１の第１端面５１ａ（光射出端面）と波長変換ロッド５８の第４端面５８ｂとが同じ側に配置され、導光ロッド５１の第２端面５１ｂと波長変換ロッド５８の第３端面５８ａ（光射出端面）とが同じ側に配置されている。

プリズム２８は、波長変換ロッド５８の第３端面５８ａと導光ロッド５１の第２端面５１ｂとに跨がって設けられている。プリズム２８は、直角二等辺三角形の断面を有する三角柱状プリズムから構成されており、光入出射端面２８ａｂと２つの反射面２８ｃ，２８ｄとを有する。プリズム２８は、入射した蛍光ＬＹの光路を１８０°折り曲げて射出させる機能を有する。すなわち、プリズム２８は、光入出射端面２８ａｂから入射した光ＬＹを２つの反射面２８ｃ，２８ｄで順次反射させることにより光路を１８０°折り曲げ、光入出射端面２８ａｂから射出させる。

波長変換ロッド５８は、波長変換ロッド５８の第４端面５８ｂに設けられたミラー２９（反射部）を有する。ミラー２９は、波長変換ロッド５８の第４端面５８ｂに形成された金属膜や誘電体多層膜から構成されている。

角度変換素子５６は、導光ロッド５１の第１端面５１ａに設けられている。角度変換素子５６は、合成光ＬＷが入射する光入射端面５６ａと、合成光ＬＷが射出する光射出端面５６ｂと、を有するテーパーロッドから構成されている。角度変換素子５６は、光入射端面５６ａが導光ロッド５１の第１端面５１ａに対向するように導光ロッド５１に固定されている。すなわち、角度変換素子５６と導光ロッド５１とは光学接着剤（図示略）を介して接触しており、角度変換素子５６と導光ロッド５１との間に空隙（空気層）は設けられていない。なお、角度変換素子５６は、例えば任意の支持部材によって導光ロッド５１に直接接触するように固定されていてもよい。いずれにしても、角度変換素子５６と導光ロッド５１との間に空隙が設けられていないことが望ましい。角度変換素子５６の屈折率と導光ロッド５１の屈折率とは、できるだけ一致させることが望ましい。
光源装置２６のその他の構成は、第１実施形態と同様である。

以下、第２実施形態の光源装置２６における光の振る舞いについて説明する。
第２ＬＥＤ６２から射出された光が波長変換ロッド５８に入射すると、波長変換ロッド５８に含まれる蛍光体が励起され、任意の発光点から蛍光ＬＹが発せられる。蛍光ＬＹは、任意の発光点から全ての方向に向かって進むが、側面に向かった蛍光ＬＹは、側面での全反射を繰り返しつつ、第３端面５８ａもしくは第４端面５８ｂに向かって進む。第３端面５８ａに向かった蛍光ＬＹは、プリズム２８に入射する。一方、第４端面５８ｂに向かった蛍光ＬＹは、ミラー２９で反射し、第３端面５８ａに向かって進む。

プリズム２８に入射した蛍光ＬＹは、プリズム２８の反射面２８ｃ，２８ｄで反射することによって光路が折り返され、第２端面５１ｂから導光ロッド５１に入射する。

第１ＬＥＤ６１から射出された青色の光ＬＢは、回折格子５１ｆを介して導光ロッド５１に入射する。このとき、回折格子５１ｆは、臨界角未満の入射角で導光ロッド５１に入射する光ＬＢを臨界角以上の回折角で回折させる。これにより、導光ロッド５１に入射した光ＬＢは、光路を第３端面５８ａの側に大きく曲げられ、導光ロッド５１の各側面で全反射を繰り返しつつ、第１端面５１ａに向かって進む。

また、導光ロッド５１に入射した蛍光ＬＹは、光ＬＢとともに導光ロッド５１の内部を導光し、光ＬＢと蛍光ＬＹとからなる白色の合成光ＬＷが導光ロッド５１の第１端面５１ａから射出される。導光ロッド５１から射出された合成光ＬＷは、角度変換素子５６とコリメーターレンズ５７とによって平行化された後、光源装置２６から射出される。光源装置２６から射出された合成光ＬＷ（照明光ＷＬ）は、図１に示すように、インテグレーター光学系３１に向かって進む。

なお、導光ロッド５１に入射した光ＬＢの多くは、回折格子５１ｆによって光路を曲げられて第１端面５１ａに向かって進むが、第２端面５１ｂに向かって進む光ＬＢも僅かに存在する。第２端面５１ｂに向かって進んだ光ＬＢは、プリズム２８によって光路が折り返され、波長変換ロッド５８に入射する。この場合、光ＬＢが蛍光体の励起に使われた場合には蛍光ＬＹに波長変換されるため、特に問題となることはない。また、光ＬＢが蛍光体の励起に使われなかったとしても、波長変換ロッド５８の第４端面５８ｂのミラー２９で反射した後、プリズム２８を経て導光ロッド５１に再度戻ってくるため、特に問題となることはない。

光ＬＢを反射し、黄色の蛍光ＬＹを透過させるダイクロイックミラーが、導光ロッド５１の第２端面５１ｂもしくは波長変換ロッド５８の第３端面５８ａに設けられていてもよい。その場合、第１ＬＥＤ６１から射出された光ＬＢが波長変換ロッド５８に入射することが抑えられる。

第２実施形態においても、白色光を射出するコンパクトな光源装置２６を実現できる、エテンデューが小さい光源装置２６を実現できる、青色光を発光可能な蛍光体光源を別途用意することがない、等の第１実施形態と同様の効果が得られる。

第２実施形態の光源装置２６においても、第１実施形態で例示した第１〜第３変形例の構成を有していてもよい。したがって、導光ロッド５１と波長変換ロッド５８とでＬＥＤを兼用してもよい。また、本実施形態では、波長変換ロッド５８から射出された光を導光ロッド５１に入射させる導光部材として、プリズム２８を用いたが、例えばミラー等の他の導光部材を用いることもできる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図８を用いて説明する。
第１実施形態では液晶プロジェクターの例を挙げたが、第３実施形態では、マイクロミラー型の光変調装置を備えたプロジェクターの一例を挙げて説明する。
図８は、第３実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図８において、図１と共通の構成要素には、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図８に示すように、第３実施形態のプロジェクター１１は、光源装置１２と、インテグレーター光学系３１と、重畳光学系３３と、フィールドレンズ１０と、導光光学系１３と、マイクロミラー型の光変調装置１４と、投射光学装置１５と、を備えている。

第３実施形態では、青色光、緑色光、および赤色光を時分割で射出する色順次駆動（カラーシーケンシャル）方式の光源装置１２が用いられる。光源装置１２の詳細な構成については、後述する。

フィールドレンズ１０は、重畳光学系３３から射出された光を平行化する。フィールドレンズ１０は、凸レンズから構成されている。

導光光学系１３は、内部全反射プリズム（ＴＩＲプリズム）から構成されている。導光光学系１３は、光源装置１２から射出された赤色光、緑色光、および青色光を透過させ、光変調装置１４に時分割で入射させるとともに、光変調装置１４から射出された画像光を全反射させ、投射光学装置１５に導く。

マイクロミラー型の光変調装置１４として、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）が用いられる。ＤＭＤは、複数のマイクロミラーがマトリクス状に配列された構成を有する。ＤＭＤは、複数のマイクロミラーの傾斜方向を切り換えることにより、入射光の反射方向を、投射光学装置１５に入射する方向と投射光学装置１５に入射しない方向との間で高速に切り替える。このように、光変調装置１４は、光源装置１２から射出された赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢを順次変調し、緑色画像、赤色画像、および青色画像を生成する。

投射光学装置１５は、緑色画像、赤色画像、および青色画像をスクリーンに投射する。投射光学装置１５は、例えば複数の投射レンズにより構成されている。

以下、光源装置１２について説明する。
図９は、第３実施形態の光源装置１２の概略構成図である。
図９において、図２と共通の構成要素には、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図９に示すように、第３実施形態の光源装置１２は、導光ロッド５１と、第１波長変換ロッド１７１（波長変換部）と、第２波長変換ロッド１７２（第２波長変換部）と、光源１８と、第１プリズム５４１と、第２プリズム５４２と、光合成素子１９と、角度変換素子５６と、コリメーターレンズ５７と、を備えている。第２実施形態の光源装置１２は、波長変換ロッドとして、緑色光を射出する第１波長変換ロッド１７１と、赤色光を射出する第２波長変換ロッド１７２と、を有する。

第２波長変換ロッド１７２は、四角柱状の形状を有し、互いに対向する第５端面１７２ａおよび第６端面１７２ｂと、第５端面１７２ａおよび第６端面１７２ｂに交差する４つの側面１７２ｃ１，１７２ｃ２と、を有する。４つの側面１７２ｃ１，１７２ｃ２の全体が、特許請求の範囲の第３側面に対応する。なお、図示の都合上、４つの側面のうち、２つの側面１７２ｃ１，１７２ｃ２のみに符号を付している。

導光ロッド５１と第１波長変換ロッド１７１とは、導光ロッド５１の側面５１ｃ１と第１波長変換ロッド１７１の側面１７１ｃ１とが対向する向きで、間隔をおいて配置されている。第１波長変換ロッド１７１と第２波長変換ロッド１７２とは、第１波長変換ロッド１７１の側面１７１ｃ２と第２波長変換ロッド１７２の側面１７２ｃ１とが対向する向きで、間隔をおいて配置されている。

光源１８は、基板１８１と、導光ロッド５１、第１波長変換ロッド１７１および第２波長変換ロッド１７２と対向する基板１８１の一面に実装された複数の発光ダイオード６１，７２，７３（ＬＥＤ）と、を備えている。本実施形態では、光源１８が１５個のＬＥＤ６１，７２，７３を備えているが、ＬＥＤ６１，７２，７３の個数は特に限定されない。各ＬＥＤ６１，７２，７３は、第１波長帯の第１の光を射出する。第１波長帯は、例えば４００ｎｍ〜４８０ｎｍの青色波長帯であり、ピーク波長は例えば４４５ｎｍである。すなわち、第１の光は、青色光である。なお、光源１８は、基板１８１とＬＥＤ６１，７２，７３の他、導光板、拡散板、レンズ等の他の光学部材を有していてもよい。

複数のＬＥＤ６１，７２，７３は、導光ロッド５１の側面、第１波長変換ロッド１７１の側面および第２波長変換ロッド１７２の側面のそれぞれに対向して設けられ、３列に配列されている。一部のＬＥＤ６１は、導光ロッド５１の長手方向に沿って配列されている。他の一部のＬＥＤ７２は、第１波長変換ロッド１７１の長手方向に沿って配列されている。残りのＬＥＤ７３は、第２波長変換ロッド１７２の長手方向に沿って配列されている。以下、本実施形態では、導光ロッド５１の長手方向に沿って配列されたＬＥＤを第１ＬＥＤ６１と称する。第１波長変換ロッド１７１の長手方向に沿って配列されたＬＥＤを第２ＬＥＤ７２と称する。第２波長変換ロッド１７２の長手方向に沿って配列されたＬＥＤを第３ＬＥＤ７３と称する。

第１ＬＥＤ６１から射出された光は、導光ロッド５１の内部を伝播した後、導光ロッド５１から射出され、照明光の一部を構成する青色光として機能する。また、第２ＬＥＤ７２から射出された光は、第１波長変換ロッド１７１に入射し、第１波長変換ロッド１７１の蛍光体を励起させる励起光として機能する。第３ＬＥＤ７３から射出された光は、第２波長変換ロッド１７２に入射し、第２波長変換ロッド１７２の蛍光体を励起させる励起光として機能する。

このように、第１ＬＥＤ６１、第２ＬＥＤ７２、および第３ＬＥＤ７３から射出された光は機能がそれぞれ異なるため、第１ＬＥＤ６１、第２ＬＥＤ７２および第３ＬＥＤ７３は、青色光もしくは励起光としてそれぞれ最適化された互いに異なる波長の光を射出してもよいし、いずれの機能でも共通に用いられる同じ波長の光を射出してもよい。

第１波長変換ロッド１７１は、第２ＬＥＤ７２から射出された光（第１の光のうちの他の一部の光）を、第１波長帯（青色波長帯）とは異なる第２波長帯の蛍光ＬＧ（第２の光）に変換する。第２波長帯は、例えば５００〜５７０ｎｍの緑色波長帯である。すなわち、第２の光は、緑色の蛍光である。具体的には、第１波長変換ロッド１７１は、例えばＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋系蛍光体、Ｙ_３Ｏ_４：Ｅｕ^２＋系蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋系蛍光体、Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋系蛍光体、（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕ^２＋系蛍光体等の緑色蛍光体材料から構成されている。

第２波長変換ロッド１７２は、第３ＬＥＤ７３から射出された光（第１の光のうちの他の一部の光）を、第１波長帯（青色波長帯）および第２波長帯（緑色波長帯）とは異なる第３波長帯の蛍光ＬＲ（第３の光）に変換する。第３波長帯は、例えば６００〜８００ｎｍの赤色波長帯である。すなわち、第３の光は、赤色の蛍光である。具体的には、第２波長変換ロッド１７２は、例えば賦活剤としてＰｒ、Ｅｕ、Ｃｒのいずれかが分散された（Ｙ_１−ｘ，Ｇｄ_ｘ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２からなるＹＡＧ系蛍光体（Ｐｒ：ＹＡＧ，Ｅｕ：ＹＡＧ，Ｃｒ：ＹＡＧのいずれか）から構成されている。なお、賦活剤は、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｃｒから選ばれる一種が含まれていてもよいし、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｃｒから選ばれる複数種が含まれた共賦活の賦活剤であってもよい。

導光ロッド５１は、導光ロッド５１の第２端面５１ｂに設けられたミラー７５（第１反射部）を有する。第１波長変換ロッド１７１は、第１波長変換ロッド１７１の第４端面１７１ｂに設けられたミラー７５（第２反射部）を有する。第２波長変換ロッド１７２は、第２波長変換ロッド１７２の第６端面１７２ｂに設けられたミラー７５（第３反射部）を有する。本実施形態では、図９に示すように、導光ロッド５１、第１波長変換ロッド１７１および第２波長変換ロッド１７２の全てに共通のミラー７５が設けられているが、ミラー７５は、ロッド毎に個別に設けられていてもよい。ミラー７５は、各ロッドの端面に形成された金属膜や誘電体多層膜から構成されている。

第１プリズム５４１は、導光ロッド５１の第１端面５１ａに設けられている。第１プリズム５４１は、導光ロッド５１の第１端面５１ａから射出された青色光ＬＢを反射面５４１ｃで反射させることにより光路を９０°曲げ、光射出端面５４１ｂから射出させる。第２プリズム５４２は、第２波長変換ロッド１７２の第５端面１７２ａに設けられている。第２プリズム５４２は、第２波長変換ロッド１７２の第５端面１７２ａから射出された赤色光ＬＲを反射面５４２ｃで反射させることにより光路を９０°曲げ、光射出端面５４２ｂから射出させる。

光合成素子１９は、第１プリズム５４１の光射出端面５４１ｂ、第２プリズム５４２の光射出端面５４２ｂおよび第１波長変換ロッド１７１の第３端面１７１ａに対向して設けられている。光合成素子１９は、第１ダイクロイックミラー１９１と第２ダイクロイックミラー１９２とが互いに交差して設けられたダイクロイックプリズムから構成されている。第１ダイクロイックミラー１９１は、青色波長帯の光を反射し、緑色波長帯および赤色波長帯の光を透過させる特性を有する。第２ダイクロイックミラー１９２は、赤色波長帯の光を反射し、青色波長帯および緑色波長帯の光を透過させる特性を有する。これにより、光合成素子１９は、導光ロッド５１から射出された青色光ＬＢと、第１波長変換ロッド１７１から射出された緑色光ＬＧと、第２波長変換ロッド１７２から射出された赤色光ＬＲと、を合成する。

第３実施形態の光源装置１２においては、第１ＬＥＤ６１、第２ＬＥＤ７２および第３ＬＥＤ７３が時間順次に点灯する。したがって、第１ＬＥＤ６１の点灯期間において、第１ＬＥＤ６１から射出された青色光ＬＢは、回折格子５１ｆを介して導光ロッド５１に入射し、導光ロッド５１の内部を伝播した後、第１プリズム５４１を経て光合成素子１９に入射し、第１ダイクロイックミラー１９１で反射して、角度変換素子５６およびコリメーターレンズ５７を経て光源装置１２から射出される。

第２ＬＥＤ７２の点灯期間において、第２ＬＥＤ７２から射出された光は、第１波長変換ロッド１７１に入射し、第１波長変換ロッド１７１に含まれる蛍光体を励起させ、緑色光ＬＧを発生させる。緑色光ＬＧは、第１波長変換ロッド１７１の内部を伝播した後、光合成素子１９に入射し、第１ダイクロイックミラー１９１および第２ダイクロイックミラー１９２を透過して、角度変換素子５６およびコリメーターレンズ５７を経て光源装置１２から射出される。

第３ＬＥＤ７３の点灯期間において、第３ＬＥＤ７３から射出された光は、第２波長変換ロッド１７２に入射し、第２波長変換ロッド１７２に含まれる蛍光体を励起させ、赤色光ＬＲを発生させる。赤色光ＬＲは、第２波長変換ロッド１７２の内部を伝播した後、第２プリズム５４２を経て光合成素子１９に入射し、第２ダイクロイックミラー１９２で反射して、角度変換素子５６およびコリメーターレンズ５７を経て光源装置１２から射出される。

第３実施形態の光源装置１２においては、全体で３本のロッド５１，１７１，１７２を用いているが、各ロッド５１，１７１，１７２は、側面同士が対向するように配置され、光源１８が他の側面に対向するように配置されているため、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲの３色の色光を時分割で射出可能なコンパクトな光源装置１２を実現することができる。また、エテンデューが小さい光源装置１２を実現できる、青色光を発光可能な蛍光体光源を別途用意することがない、等の第１実施形態と同様の効果が得られる。

本実施形態のプロジェクター１１は、上記の効果を奏する光源装置１２を備えているため、小型化が図れるとともに、光利用効率に優れる。

第３実施形態の光源装置１２における導光ロッド５１および光源１８は、第１実施形態で例示した第１、第２変形例の構成を有していてもよい。

なお、第３実施形態では、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲの３色の色光を時分割で点灯させる光源装置１２の例を挙げたが、同一の構成で青色光、緑色光および赤色光を同時に点灯させ、これらの色光を光合成素子によって合成して白色光を得る光源装置として用いることもできる。その場合、図１に示したような３板式の液晶プロジェクターに本実施形態の光源装置を用いることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記第１実施形態では、波長変換ロッドが黄色の蛍光を射出する蛍光体を含んでいる例を挙げたが、波長変換ロッドが緑色の蛍光を射出する蛍光体と赤色の蛍光を射出する蛍光体とからなる２種類の蛍光体を含んでいてもよい。その場合、２種類の蛍光体は、波長変換ロッドの内部に均等に混在していてもよいし、領域を分けて偏在していてもよい。

上記実施形態では、白色光を射出する光源装置の例を挙げたが、本発明は白色以外の色光を射出する光源装置にも適用が可能である。例えば緑色光を射出する導光ロッドと赤色光を射出する波長変換ロッドとを備え、黄色光を射出する光源装置としてもよい。その場合であっても、本発明によれば、黄色光を射出するコンパクトな光源装置を実現することができる。

上記第１実施形態において、光合成素子としてダイクロイックプリズムを適用する実施形態を提示したが、光合成を行うことが可能な他の光学部材も適用可能である。例えば、内部に光散乱構造を持つ散乱体も光合成素子として適用可能である。散乱体の例としては、散乱粒子を包含するガラスや、異方性散乱層を含む光学部材などが挙げられる。

また、光源装置を構成する各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な構成については、上記実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。

上記第１実施形態においては、透過型の液晶プロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型の液晶プロジェクターにも適用することも可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過する形態であることを意味する。「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射する形態であることを意味する。

上記第１実施形態において、３つの液晶パネルを用いたプロジェクターの例を挙げたが、本発明は、１つの液晶ライトバルブのみを用いたプロジェクター、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。

上記実施形態では、本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限定されない。本発明による照明装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。

１，１１…プロジェクター、２，１２，２２，２４，２６…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ，１４…光変調装置、６，１５…投射光学装置、１８，２３，２５，２７，５３…光源、１９，５５…光合成素子、２８…プリズム（導光部材）、２９…ミラー（反射部）、５１…導光ロッド（導光部）、５１ａ…第１端面、５１ｂ…第２端面、５１ｃ１、５１ｃ２、５１ｃ３、５１ｃ４…側面、５１ｆ…回折格子、５８…波長変換ロッド（波長変換部）、５８ａ…第３端面、５８ｂ…第４端面、５８ｃ１、５８ｃ２、５８ｃ３、５８ｃ４…側面、６１…第１ＬＥＤ、６２…第２ＬＥＤ、６３…ミラー（第１反射部および第２反射部）、７５…ミラー（第１反射部、第２反射部および第３反射部）、１７１…第１波長変換ロッド（波長変換部）、１７２…第２波長変換ロッド（第２波長変換部）、１７２ａ…第５端面、１７２ｂ…第６端面、Ｓ…光照射領域、Ｔ…回折格子が設けられていない領域。

Claims (5)

1. 第１波長帯の第１の光を射出する光源と、
   前記光源から射出された前記第１の光のうちの一部の光が入射され、前記一部の光を導光する導光部と、
   蛍光体を含み、前記光源から射出された前記第１の光のうちの他の一部の光が入射し、前記他の一部の光を、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２の光に変換する波長変換部と、
   を備え、
   前記導光部は、互いに対向する第１端面および第２端面と、前記第１端面および前記第２端面と交差する第１側面と、を有し、
   前記波長変換部は、互いに対向する第３端面および第４端面と、前記第３端面および前記第４端面と交差する第２側面と、を有し、
   前記導光部の前記第１側面と前記波長変換部の前記第２側面とは、互いに対向して配置され、
   前記第１側面は、前記光源から射出された前記第１の光のうちの一部の光の光照射領域に対応して回折格子が設けられた領域と、前記光照射領域と前記第１端面との間の領域に対応して前記回折格子が設けられていない領域と、を有し、
   前記一部の光は、前記回折格子を介して前記第１側面から前記導光部に入射し、
   前記他の一部の光は、前記第２側面から前記波長変換部に入射し、
   前記波長変換部は、前記第３端面に設けられた反射部を有し、
   前記波長変換部の前記第４端面および前記導光部の前記第２端面に対向して設けられ、少なくとも前記波長変換部の前記第４端面から射出された前記第２の光を前記導光部の前記第２端面に導く導光部材をさらに備え、
   前記一部の光と前記第２の光とは、前記導光部の前記第１端面から射出され、
   前記導光部材は、前記第２の光を反射する反射面と、前記波長変換部の前記第４端面から射出される前記第２の光が入射するとともに前記反射面で反射した前記第２の光が射出する光入出射端面と、を有し、前記光入出射端面が前記第４端面および前記第２端面に対向して配置されるプリズムから構成される、光源装置。
2. 前記回折格子は、臨界角未満の入射角で前記導光部に入射する前記一部の光を臨界角以上の回折角で回折させる、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光源は、
   前記導光部の前記第１側面に対向して設けられ、前記一部の光を射出する第１発光ダイオードと、
   前記波長変換部の前記第２側面に対向して設けられ、前記他の一部の光を射出する第２発光ダイオードと、を有する、請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第１波長帯は青色波長帯であり、前記第２波長帯は黄色波長帯である、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光源装置。
5. 請求項１から請求項４まで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光変調装置と、
   前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備えた、プロジェクター。

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