JPWO2014073152A1 - 光源ユニット、光源装置、及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の冷却や光の取り扱いが容易となる光源ユニット、光源装置、及び画像表示装置を提供すること。【解決手段】本技術の一形態に係る光源ユニットは、１以上の固体光源（１３１）と、集光光学系（１３０）とを具備する。前記１以上の固体光源（１３１）は、所定の方向を光軸方向として所定波長域の光により励起されて前記所定波長域の光よりも長波長域の可視光を発する発光体を有し前記所定波長域の光と前記発光体からの可視光とを含む光を前記光軸方向に沿って出射可能な出射部の後方側に配置され、前記所定波長域の光を前記光軸方向と同じ方向に沿って出射する。前記集光光学系（１３０）は、前記１以上の固体光源から出射された前記所定波長域の光を前記出射部の後方側から前記発光体上に集光する。

Description

本技術は、光源ユニット、光源装置、及びこれらを用いた画像表示装置に関する。

最近、プレゼンテーション用、もしくはデジタルシネマ用プロジェクタに用いられる光源に、従来の水銀ランプ又はキセノンランプ等ではなく、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）といった固体光源を採用する製品が増えてきている。ＬＥＤ等の固定光源は寿命が長く従来のようなランプ交換が不要であり、また電源を入れて即時に点灯するといった利点を有する。

このようなプロジェクタとして、固体光源が直接光源として用いられるタイプがある。一方で、励起光により励起されて発光する蛍光体等の発光体が光源として用いられるタイプもある。この場合、固体光源は励起光を出射する励起光源として用いられる。

例えば特許文献１に記載の光源装置では、第１及び第２固体光源群から出射された青色光が、集光光学系により集光され、蛍光生成部へ照射される。蛍光生成部では青色光を励起光として赤色光及び緑色光を含む蛍光が生成される。これにより蛍光生成部から青色光、赤色光及び緑色光を含む白色光が出射される（特許文献１の図１及び図２等参照）。

特開２０１２−１１８３０２号公報

特許文献１に記載の光学系では、光軸方向が互いに異なるように第１及び第２固体光源群が配置される。各固体光源群から出射された青色光は、第１及び第２反射部により光の進行方向が揃えられて集光光学系に入射する。その入射方向に沿って集光光学系から蛍光生成部へ青色光が照射され、蛍光生成部から白色光が出射される。このように特許文献１に記載の光学系は複雑な構造となっている。このため固体光源部の冷却や青色光の取り扱いが難しい。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、光源の冷却や光の取り扱いが容易となる光源ユニット、光源装置、及び画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る光源ユニットは、１以上の固体光源と、集光光学系とを具備する。
前記１以上の固体光源は、所定の方向を光軸方向として所定波長域の光により励起されて前記所定波長域の光よりも長波長域の可視光を発する発光体を有し前記所定波長域の光と前記発光体からの可視光とを含む光を前記光軸方向に沿って出射可能な出射部の後方側に配置され、前記所定波長域の光を前記光軸方向と同じ方向に沿って出射する。
前記集光光学系は、前記１以上の固体光源から出射された前記所定波長域の光を前記出射部の後方側から前記発光体上に集光する。

この光源ユニットでは、所定波長域の光及び発光体からの可視光を含む光を出射可能な出射部の後方側に１以上の固体光源が配置される。そして１以上の固体光源から出射部の光軸方向と同じ方向で所定波長域の光が出射される。その光は集光光学系により出射部の発光体上に集光される。これにより１以上の固体光源を冷却するためのスペースを容易に確保することができる。また出射部の光軸方向と１以上の固体光源の光軸方向とが同じ方向となるので、所定波長域の光の取り扱いが容易となる。

前記集光光学系は、前記１以上の固体光源からの光を反射して集光する非球面反射面を有してもよい。
発光体への集光に非球面反射面が用いられることで、光源装置のコンパクト化を図ることができる。例えば高輝度化のために固体光源の数が増加する場合でも、集光光学系の大きさを抑えることができる。この結果、装置の大型化を抑えつつ高輝度化を達成することが可能となる。また非球面反射面が用いられることで、必要な輝度や形状に応じた構造を容易に実現することも可能となる。

前記集光光学系は、前記非球面反射面により反射された前記１以上の固体光源からの光を前記発光体へ反射する反射部材を有してもよい。
このような反射部材を設けることで、集光光学系の設計に関する自由度を増加させることができる。この結果、光源装置の小型化や所望の形状の実現等を図ることができる。

前記反射部材は、前記１以上の固体光源からの光を反射する反射面として、平面反射面、凹面反射面、及び凸面反射面のうちいずれか１つを有してもよい。
所望の形状の反射面を適宜選択することで、光源装置の小型化や所望の形状の実現等を図ることができる。

前記集光光学系は、前記１以上の固体光源からの光を集光する集光レンズを有してもよい。
このように１以上の固体光源からの光が集光レンズにより集光されてもよい。

前記集光光学系は、前記１以上の固体光源からの光を前記集光レンズへ導く、１以上の平面反射面を含む導光光学系を有してもよい。
このような導光光学系を用いることで、出射部の光軸方向と１以上の固体光源の光軸方向とが同じ方向に設定されてもよい。

前記光源ユニットは、さらに、前記光軸方向に垂直な面であり前記１以上の固体光源が配置される配置面を具備してもよい。
これにより配置面の後方側のスペースを、１以上の固体光源を冷却するためのスペースとして容易に確保することができる。このスペースに冷却部材等を配置することで、後方側から１以上の固体光源を冷却することができる。

前記配置面は、前記光軸方向から見た平面形状が多角形状であってもよい。
これにより必要な輝度や形状に応じて光源ユニットを構築することができる。

前記配置面は、前記光軸方向から見た平面形状が三角形状であってもよい。
これにより必要な輝度や形状に応じて光源ユニットを構築することができる。

前記光源ユニットは、さらに、前記１以上の固体光源、及び前記集光光学系を１つのユニットとして支持する支持部を具備してもよい。
支持部により１つのユニットとして支持されるので、その光源ユニットを複数配置することが容易となる。また種々の構成を有する光源ユニットを適宜組み合わせて配置することも可能となる。

本技術の一形態に係る光源装置は、出射部と、１以上の光源ユニットとを具備する。
前記出射部は、所定の方向を光軸方向として所定波長域の光により励起されて前記所定波長域の光よりも長波長域の可視光を発する発光体を有し前記所定波長域の光と前記発光体からの可視光とを含む光を前記光軸方向に沿って出射可能である。
前記１以上の光源ユニットは、１以上の固体光源と、集光光学系とを有する。
前記１以上の固体光源は、前記出射部の後方側に配置され前記所定波長域の光を前記光軸方向と同じ方向に沿って出射する。
前記集光光学系は、前記１以上の固体光源から出射された前記所定波長域の光を前記出射部の後方側から前記発光体上に集光する。

前記1以上の光源ユニットは、前記出射部から出射される光の光軸を対称にして配置される複数の光源ユニットであってもよい。
これにより高輝度化を図ることができる。

本技術の一形態に係る画像表示装置は、光源装置と、画像生成システムと、投射システムとを具備する。
前記光源装置は、出射部と、１以上の光源ユニットとを有する。
前記出射部は、所定の方向を光軸方向として所定波長域の光により励起されて前記所定波長域の光よりも長波長域の可視光を発する発光体を有し前記所定波長域の光と前記発光体からの可視光とを含む光を前記光軸方向に沿って出射可能である。
前記１以上の光源ユニットは、１以上の固体光源と、集光光学系とを有する。
前記１以上の固体光源は、前記出射部の後方側に配置され前記所定波長域の光を前記光軸方向と同じ方向に沿って出射する。
前記集光光学系は、前記１以上の固体光源から出射された前記所定波長域の光を前記出射部の後方側から前記発光体上に集光する。
前記画像生成システムは、画像生成素子と、照明光学系とを有する。
前記画像生成素子は、照射された光をもとに画像を生成する。
前記照明光学系は、前記画像生成素子に前記光源装置からの出射光を照射する
前記投射システムは、前記画像生成素子により生成された画像を投射する。

以上のように、本技術によれば、光源の冷却や光の取り扱いが容易となる。

本技術の第１の実施形態に係る光源装置の構成例を示す斜視図である。 図１（Ｂ）に示す光源装置を上方から見た平面図である。 光源装置による光の出射を説明するための概略的な構成図である。 集光ユニットの構成例を示す斜視図である。 集光ユニットの構成例を示す斜視図である。 図５に示す集光ユニットを上方から見た平面図である。 反射部材の一例を示す模式的な図である。 反射部材の一例を示す模式的な図である。 支持部に支持された平面反射部を拡大した拡大図である。 平面反射部の構成例を示す図である。 支持フレームの下部支持部に形成された軸支持孔を示す図である。 軸支持孔に挿入される軸部を示す斜視図である。 軸支持孔の貫通孔に軸部の挿入部が挿入された状態を示す図である。 挿入部が挿入された状態を示す断面図である。 具体的な実施例として挙げる集光ユニットの構成を示す図である。 その実施例における集光ユニットの構成を示す図である。 その実施例における複数のレーザ光源の数及び配置位置を示す図である。 その実施例における集光ユニットに関する各データを示す表である。 その実施例における集光ユニットに関する各データを示す表である。 図１５に示す集光ユニットを２つ並べた場合の構成例を示す図である。 図２に示す光源装置に対する冷却装置の配置例を示す模式的な図である。 本技術の第２の実施形態に係る集光ユニットの構成を示す図である。 本技術の第３の実施形態に係る集光ユニットの構成を示す図である。 本技術の第４の実施形態に係る集光ユニットの構成を示す図である。 図２４に示す集光ユニットを２つ並べた場合の構成例を示す図である。 本技術の第５の実施形態に係る集光ユニットの構成を示す図である。 本技術の第６の実施形態に係る集光ユニットの構成を示す図である。 集光ユニットが複数配置される他の構成例を示す模式的な図である。 本技術に係る画像表示装置としてのプロジェクタの構成例を示す模式的な図である。 本技術に係る集光光学系の変形例を示す模式的な図である。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞

＜光源装置＞
図１は、本技術の第１の実施形態に係る光源装置１００の構成例を示す斜視図である。この光源装置１００は、青色波長域のレーザ光、及び、そのレーザ光によって励起される蛍光物質から生じる赤色波長域から緑色波長域の光を合成して白色光を出射するタイプの、プロジェクタ用の光源装置である。

図１（Ａ）に示すように、光源装置１００は、底部に設けられたベース１と、ベース１に固定される側壁部２とを有する。また光源装置１００は、側壁部２に接続される前面部３及び上面部４と、上面部４に接続される蓋部５とを有する。これら側壁部２、前面部３、上面部４及び蓋部５により、光源装置１００の筐体部１０が構成される。

ベース１は、一方向に延びる細長い形状を有する。ベース１の細長く延びる長手方向が光源装置１００の左右方向となり、長手方向に直交する短手方向が前後方向となる。従って短手方向で対向する２つの長手部分の一方が前方側６となり、他方が後方側７となる。また長手方向及び短手方向の両方に直交する方向が、光源装置１００の高さ方向となる。図１に示す例では、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向が、それぞれ左右方向、前後方向及び高さ方向となる。

図１（Ｂ）は、前面部３、上面部４及び蓋部５の図示を省略した図であり、光源装置１００の内部の構成例を示す図である。図１（Ｂ）に示すように、側壁部２には、前方側６の中央に切り欠き９が形成され、また後方側７には開口１１が形成されている。側壁部２の前方側６の切り欠き９には、蛍光体ユニット２０が配置される。蛍光体ユニット２０は、出射面２１が前方側に向くように、切り欠き９を介してベース１に固定される。従って蛍光体ユニット２０から出射される光の光軸Ａは、ベース１の略中央を通ってｙ軸方向に沿って延在する。すなわち本実施形態ではｙ軸方向が所定の方向に相当し、その方向が光軸方向に設定されている。

蛍光体ユニット２０の後方側７には、２つの集光ユニット３０が配置される。集光ユニット３０は、蛍光体ユニット２０から出射される光の光軸Ａを対称にして配置される。後に詳しく説明するが、各集光ユニット３０は、青色レーザ光Ｂ１を出射可能な複数のレーザ光源３１を有する。図１（Ｂ）に示すように側壁部２の後方側７の開口１１に、複数のレーザ光源３１を有する２つの光源部３２が長手方向に並ぶように配置される。そして青色レーザ光Ｂ１が光軸Ａの光軸方向と同じ方向に沿って出射されるように、複数のレーザ光源３１が配置される。各集光ユニット３０は、複数のレーザ光源３１からの青色レーザ光Ｂ１を蛍光体ユニット２０に向けて集光する。

図１（Ａ）に示すように、上面部４は、２つの集光ユニット３０の上方に配置される。上面部４は、側壁部２及び２つの集光ユニット３０に接続される。前面部３は、蛍光体ユニット２０の上方に配置され、蛍光体ユニット２０、上面部４及びベース１に接続される。蓋部５は、２つの集光ユニット３０の中間部分を覆うように配置され、上面部４と接続される。

部材同士を固定及び接続する方法は限定されない。例えば所定の係合部を介して部材同士が係合され、ネジ留め等により部材同士が固定及び接続される。

図２は、図１（Ｂ）に示す光源装置１００を上方から見た平面図である。図２では、集光ユニット３０を１つのユニットとして支持する支持部３３の図示が省略されている。図３は、光源装置１００による光の出射を説明するための概略的な構成図である。

集光ユニット３０は、複数のレーザ光源３１を含む光源部３２と、複数のレーザ光源３１からの出射光である青色レーザ光Ｂ１を所定のポイント８に集光する集光光学系と、光源部３２（１以上の固体光源）及び集光光学系３４を１つのユニットとして支持する支持部３３とを有する。

複数のレーザ光源３１は、例えば、４００ｎｍ−５００ｎｍの波長範囲内に発光強度のピーク波長を有する青色レーザ光Ｂ１を発振可能な青色レーザ光源である。複数のレーザ光源３１は、蛍光体ユニット２０の後方側に配置され、所定波長域の光を光軸方向と同じ方向に沿って出射する１以上の固体光源に相当する。固体光源として、ＬＥＤ等の他の光源が用いられてもよい。また所定波長域の光も、青色レーザ光Ｂ１に限定されない。

集光光学系３４は、複数のレーザ光源３１から出射された青色レーザ光Ｂ１を、蛍光体ユニット２０の後方側から蛍光体２２上に集光する。本実施形態の集光光学系３４は、非球面反射面３５と、平面反射部３６とを有する。非球面反射面３５は、複数のレーザ光源３１からの出射光を反射して集光する。

平面反射部３６は、非球面反射面３５により反射された複数のレーザ光源３１からの光を蛍光体２２へ反射する。平面反射部３６は、複数のレーザ光源３１からの光を反射する反射面として平面反射面３７を有し、この平面反射面３７を用いて光を蛍光体２２へ反射する。これにより複数のレーザ光源３１からの青色レーザ光Ｂ１が、蛍光体ユニット２０が有する蛍光体２２上の所定のポイント８に集光される。

上記した支持部３３は、光源部３２、非球面反射面３５、及び平面反射部３６を１つのユニットとして支持することになる。集光ユニット３０は、本実施形態において光源ユニットに相当する。集光ユニット３０については、後に詳しく説明する。

蛍光体ユニット２０の内部には、図３に示す蛍光体ホイール２３が設けられる。蛍光体ホイール２３は、青色レーザ光Ｂ１を透過させる円盤形状の基板２４と、その基板２４の配置面２８上に設けられた蛍光体層２２とを有している。基板２４の中心には、蛍光体ホイール２３を駆動するモータ２５が接続され、蛍光体ホイール２３は、基板２４の中心を通る法線に回転軸２６を有し、回転軸２６を中心として回転可能に設けられている。

蛍光体ホイール２３の回転軸２６は、その延在方向が蛍光体ユニット２０の略中央を通る光軸Ａと同じ方向となるように設けられる。また回転軸２６は、蛍光体層２２の所定のポイント８が蛍光体ユニット２０の略中央（光軸Ａ上）に位置するように、光軸Ａとは異なる位置に配置される。図２に示すように、集光ユニット３０は、蛍光体ユニット２０の略中央に配置された所定のポイント８に青色レーザ光Ｂ１を集光する。

図３に示すように、蛍光体ホイール２３は、基板２４の２つの主面のうち、蛍光体層２２が設けられていない側の主面２７を集光ユニット３０側に向けるようにして配置されている。また、蛍光体ホイール２３は、集光ユニット３０により集光される青色レーザ光Ｂ１の焦点位置が蛍光体層２２上の所定のポイントに一致するように配置されている。

蛍光体層２２は、複数のレーザ光源３１からの光に励起されてその光の波長よりも長波長域の可視光を発する発光体に相当する。本実施形態では、蛍光体層２２は、約４４５ｎｍの中心波長を持つ青色レーザ光Ｂ１によって励起されて蛍光を発する蛍光物質を含んでいる。そして蛍光体層２２は、複数のレーザ光源３１が出射する青色レーザ光Ｂ１の一部を、赤色波長域から緑色波長域までを含む波長域の光（すなわち黄色光）に変換して出射する。

蛍光体層２２に含まれる蛍光物質としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体が用いられる。なお、蛍光物質の種類、励起される光の波長域、及び励起により発生される可視光の波長域は限定されない。

また、蛍光体層２２は、励起光の一部を吸収する一方、励起光の一部を透過させることにより、複数のレーザ光源３１から出射された青色レーザ光Ｂ１も出射することができる。これにより、蛍光体層２２から出射される光は、青色の励起光と黄色の蛍光との混色による白色光となる。このように励起光の一部を透過させるため、蛍光体層２２は、例えば光透過性を有する粒子状の物質であるフィラー粒子を含んでいてもよい。

モータ２５によって基板２４が回転することにより、レーザ光源３１は、蛍光体層２２上の照射位置を相対的に移動させながら、蛍光体層２２に励起光を照射する。これにより蛍光体ユニット２０により、蛍光体層２２を透過した青色レーザ光Ｂ２と、蛍光体層２２からの可視光である緑色光Ｇ２及び赤色光Ｒ２を含む光が出射光として出射される。蛍光体ホイール２３が回転することで、蛍光体層２２上の同一の位置に長時間励起光が照射されることによる劣化を避けることができる。

蛍光体ユニット２０は、本実施形態において出射部に相当する。なお蛍光体ユニット２０の構成は限定されず、例えば蛍光体ホイール２３が用いられなくてもよい。例えば他の保持部により蛍光体層２２が保持されて、そこに集光ユニット３０からの青色レーザ光が集光されてもよい。

図４及び図５は、集光ユニット３０の構成例を示す斜視図である。図５では、支持部３３の図示が省略されている。図６は、図５に示す集光ユニット３０を上方から見た平面図である。

上記したように集光ユニット３０は、光源部３２、非球面反射面３５、平面反射部３６、及びこれらを１つのユニットとして支持する支持部３３を有する。これらを１つのユニットとして一体的に支持可能であるのならば、支持部３３の形状や大きさは限定されない。典型的には、青色レーザ光Ｂ１が外部に漏れないように、筐体状を有する支持部３３が用いられる。これにより青色レーザ光Ｂ１の利用効率が向上する。

図５に示すように、本実施形態では、光源部３２として２８個のレーザ光源３１を有するレーザ光源アレイが用いられる。光源部３２は、開口３８が形成された板状のフレーム３９を有し、フレーム３９の裏面４０（後方側７の面）に、複数のレーザ光源３１が実装された実装基板４１が配置される。複数のレーザ光源３１は、フレーム３９の開口３８を介して、前方側６に向けて光軸Ａの光軸方向と同じ方向に沿って青色レーザ光Ｂ１を出射する。レーザ光源３１は、光源装置１００の左右方向（ｘ軸方向）に４つ、高さ方向（ｚ軸方向）に７つ並ぶように配置される。

フレーム３９の前面４２（前方側６の面）には、複数のレーザ光源３１の位置に応じて２８個のコリメータレンズ４３が配置される。コリメータレンズ４３は、回転対称非球面レンズであり、各レーザ光源３１から出射される青色レーザ光Ｂ１を略平行光束にする。本実施形態では、直線状に並ぶ４つのコリメータレンズ４３が一体的に形成されたレンズユニット４４が用いられる。このレンズユニット４４が高さ方向に沿って７つ配列される。レンズユニット４４は、フレーム３９に固定された固定部材４５により保持される。なお図面上においてコリメータレンズ４３をレーザ光源３１として説明を行う場合がある。

青色レーザ光Ｂ１が光軸Ａの光軸方向と同じ方向に沿って出射されるのであれば、光源部３２の構成は限定されず、例えばフレーム３９が用いられなくてもよい。レーザ光源３１の数や配列、コリメータレンズ４３の構成等も限定されない。例えばレンズユニット４４が用いられず、レーザ光源３１ごとにコリメータレンズが配置されてもよい。あるいは複数のレーザ光源３１からの光束が、１つのコリメータレンズによりまとめて略平行光束にされてもよい。なお、図面上では複数のレーザ光源３１（コリメータレンズ４３）から出射される青色レーザ光Ｂ１の一部の光束が図示されている。

複数のレーザ光源３１の前方側６には、非球面反射面３５を有する反射部材４８が配置される。反射部材４８は、非球面反射面３５が複数のレーザ光源３１と対向するように配置される。非球面反射面３５は、光軸方向に垂直な面であり複数のレーザ光源３１が配置される配置面４２の平面方向（ｘｚ面方向）に対して斜めに配置される。これにより青色レーザ光Ｂ１は、平面反射部３６に向けて反射される。反射部材４８としては、例えば反射ミラーが用いられる。

非球面反射面３５は、典型的には鏡面状の凹面反射面であり、複数のレーザ光源３１からの青色レーザ光Ｂ１を反射して集光可能なように形状が設計される。反射部材４８の材料は限定されず、例えば金属材料やガラス等が用いられる。

図７及び図８は、反射部材４８の一例を示す模式的な図である。反射部材４８が有する非球面反射面３５は、回転対称非球面であってもよいし、回転対称軸を有さない自由曲面であってもよい。複数のレーザ光源３１の位置、光を反射する方向及び集光の位置、非球面反射面３５に入射するレーザ光Ｂ１の光束の大きさや入射角度等をもとに、非球面反射面３５の形状は適宜設定される。

図８は、反射部材４８を非球面反射面３５の反対側の背面５０側から見た図である。また図８には、反射部材４８を互いに略直交する方向での断面図が図示されている。図８に示すように、反射部材４８は、背面５０側から見ると略矩形状の外形を有している（以下背面５０側から見た外形を単に外形と記載する）。また反射部材４８は、非球面反射面３５の形状に沿った断面形状を有している。

例えばコリメータレンズ４３により略平行光束にされた青色レーザ光Ｂ１の照射領域の大きさに合わせて、反射部材４８の外形形状は適宜変更することができる。例えば図８に示すように略矩形状の反射部材４８が用いられてもよいし、三角形状やその他多角形状の反射部材４８等が用いられてもよい。これにより、複数のレーザ光源３１らの光を集光するために集光レンズが用いられる場合よりも、反射部材４８の外形を適宜調整して小さくすることが可能となる。

例えば図８に示す反射部材４８の非球面反射面３５の全体にわたって青色レーザ光Ｂ１が照射されるとする。この場合、集光レンズを用いて当該青色レーザ光Ｂ１を集光させようとすると、少なくとも反射部材４８の外形を含むような大きさのレンズ（破線の円Ｇ参照）が必要となる。また反射部材４８の厚み（断面図参照）も、集光レンズが用いられる場合よりも小さくすることができる。この結果、集光光学系３４をコンパクトにすることが可能となり、光源装置１００の大型化を抑えることが可能となる。また一般的にレンズを用いた屈折系よりも、放物面形状を持つ反射面の方が、小型の集光光学系に向いていることは望遠鏡の光学系からも明らかである。

図６に示すように、反射部材４８は支持部材４９により支持される。図４に示すように支持部材４９は、支持部３３にネジ留めにより固定される。これにより反射部材４８は支持部３３により支持される。

図９は、支持部３３に支持された平面反射部３６を拡大した拡大図である。図１０は、平面反射部３６の構成例を示す図である。

平面反射部３６は、平面反射面３７を有する平面反射部材５２を含む。平面反射面３７は、非球面反射面３５により反射された青色レーザ光Ｂ１を蛍光体層２２上の所定のポイント８へ反射する。平面反射面３７は、典型的には鏡面である。平面反射部材５２としては、例えば反射ミラーが用いられる。平面反射部材５２の材料は限定されず、例えば金属材料やガラス等が用いられる。

また平面反射部３６は、平面反射部材５２を保持する部材保持部５４と、部材保持部５４の下部を回転可能及び傾動可能に支持する支持フレーム５５と、部材保持部５４の上部側で部材保持部５４及び支持フレーム５５を連結する連結部５６とを有する。本実施形態では、部材保持部５４、支持フレーム５５、及び連結部５６により平面反射面３７の位置及び角度を調整する調整機構５７が構成される。

図９及び図１０に示すように、部材保持部５４は板状でなり、一方の面のほぼ全体領域に凹部５８が形成されている。その凹部５８に板状の平面反射部材５２が嵌めこまれる。部材保持部５４は、高さ方向（ｚ軸方向）に沿って立設される。凹部５８が形成された面の法線方向、すなわち平面反射面３７の法線方向は、ｚ軸に直交する方向となる。

部材保持部５４の端部には、ｚ軸方向に延在する軸部６０が形成されている。軸部６０は、部材保持部５４と一体的に形成されており、例えば軸部６０が回転すると部材保持部５４も回転する。従って部材保持部５４に保持された平面反射部材５２も軸部６０と一体的に動く。すなわち部材保持部５４は、平面反射面３７を軸部６０と一体的に保持している。

図９及び図１０に示すように、軸部６０は、部材保持部５４の上下に直線状に並ぶようにそれぞれ形成される。部材保持部５４の上下には後に説明する取付部６１が形成され、その取付部６１に軸部６０が形成される。上下に形成される取付部６１同士、及び軸部６０同士は互いに同様の形状を有する。

２つの軸部６０のうち一方の軸部６０が支持フレーム５５に形成された軸支持孔６３に挿入される。他方の軸部６０は、平面反射面３７の角度を調整する際に操作される操作部６４として用いられる。操作部６４側の取付部６１に連結部５６が取り付けられる。例えば平面反射面３７の配置位置や集光ユニット３０の設計等をもとに、軸支持孔６３に挿入される軸部６０が適宜選択される。

部材保持部５４が形成される際には、その上下となる部分に同じ形状を有する軸部６０がそれぞれ形成される。すなわち軸部６０と操作部６４とを区別することなく同じ形状で形成すればよいので、部材保持部５４の製造コストを下げることができる。また軸支持孔６３に挿入される軸部６０を選択することが可能なので、部材保持部５４の取付に関する自由度を向上させることができる。

支持フレーム５５は、下部支持部６５と、上部支持部６６と、これらを連結する連結フレーム６７とを有する。下部支持部６５及び上部支持部６６は、ｚ軸方向において、部材保持部５４の下部及び上部と略等しい位置に、互いに対向するように配置される。連結フレーム６７はｚ軸方向に沿って延在して、下部支持部６５及び上部支持部６６を連結する。

下部支持部６５には、部材保持部５４の軸部６０を支持する軸支持孔６３が形成されている。軸支持孔６３に軸部６０が挿入されることで、部材保持部５４が回転可能及び傾動可能に支持される。以下、軸支持孔６３及び軸部６０の形状について詳しく説明する。

図１１は、支持フレーム５５の下部支持部６５に形成された軸支持孔６３を示す図である。図１１（Ａ）は下部支持部６５の斜視図であり、図１１（Ｂ）は軸支持孔６３を上方から見た平面図である。

図１１に示すように、軸支持孔６３は、下部支持部６５のｘ軸方向における端部に形成される。軸支持孔６３は、略球面形状に形成された凹部６８（球座）と、凹部６８の底部に形成された長円形状の貫通孔６９からなる。凹部６８は略半球形状に形成されている。また長円形状の貫通孔６９は、その長軸ｌが光源装置１００の前後方向であるｙ軸方向と一致するように形成される。短軸ｓは、光源装置１００の左右方向であるｘ軸方向と一致する。

図１２は、軸支持孔６３に挿入される軸部６０を示す斜視図である。軸部６０は、断面形状が円形状の挿入部７０、及び挿入部７０の上部に形成される球形部７１からなる。挿入部７０の断面の直径の大きさは、軸支持孔６３の貫通孔６９の短軸ｓの大きさに略等しい。球形部７１の形状は、軸支持孔６３の凹部６８に対応した略半球形状である。挿入部７０は、貫通孔６９に回転可能に挿入される。その際、球形部７１が軸支持孔６３の凹部６８に移動可能に支持される。

図１３は、軸支持孔６３の貫通孔６９に軸部６０の挿入部７０が挿入された状態を示す図である。図１３は、その状態を下部支持部６５の下方から見た図である。図１４は、挿入部７０が挿入された状態を示す断面図である。図１４（Ａ）は図１３のＡ−Ａ線断面図であり、図１４（Ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。

図１３において、貫通孔６９内の円形状の部分が挿入部７０である。この挿入部７０と、貫通孔６９との隙間に見えている部分が、凹部６８に載置されている軸部６０の球形部７１である。すなわち図１３の隙間７２は、図１４（Ｂ）の隙間７２に相当する。

図１４（Ａ）に示すように、貫通孔６９の短軸方向（ｘ軸方向）では、軸部６０の挿入部７０と貫通孔６９との間に隙間がない。従ってｘ軸方向に沿って軸部６０を傾動させることは出来ない。すなわち図１４（Ａ）に示す矢印Ｍ方向で球形部７１を凹部６８に対して回転させることはできない。

一方、図１４（Ｂ）に示すように、貫通孔６９の長軸方向（ｙ軸方向）では、軸部６０の挿入部７０と貫通孔６９との間に隙間７２がある。従って、軸部６０と貫通孔６９とが当接するまでの範囲において、ｙ軸方向に沿って軸部６０を傾動させることが可能である。すなわち図１４（Ｂ）に示す矢印Ｎ方向で球形部７１を凹部６８に対して回転させることができる。

このように本実施形態では、下部支持部６５に球形状の凹部６８及び長円状の貫通孔６９を有する軸支持孔６３が形成される。そして軸部６０に、貫通孔６９に挿入される挿入部７０と、凹部６８に支持される球形部７１が形成される。これにより、下部支持部６５が軸部６０を回転可能及び傾動可能に支持することが可能となる。

すなわち本実施形態では、図１０に示すように、軸部６０（軸Ｂ）を回転軸とした回転駆動系と、軸支持孔６３を基準とした軸Ｃを回転軸とした回転駆動系（傾動駆動系）の２軸駆動機構が実現される。これにより軸部６０の回転方向及び傾動方向において平面反射面３７の角度を調整することが可能となる。なお傾動方向は貫通孔６９の長軸ｌの方向であるｙ軸方向であるが、以下で説明する連結部５６に沿った傾動方向は、軸Ｃを回転軸とした回転方向になる。

なお図１１等に示すように、下部支持部６５のもう一方の端部にも、軸支持孔６３が形成されている。このように複数の軸支持孔６３が形成され、平面反射面３７の配置位置等をもとに、軸部６０が挿入される軸支持孔６３が適宜選択されてもよい。これにより集光ユニット３０の設計の自由度を向上させることができる。

貫通孔５９の長軸ｌの長さは、軸部６０を傾動させる角度に応じて設定されればよい。長軸ｌの長さを大きくすれば傾動可能な角度も大きくなる。長軸ｌの長さが小さいと傾動可能な角度は小さくなる。本実施形態では、長軸ｌがｙ軸方向と一致するように設定された。これによりｙ軸方向に軸部６０を傾動することが可能となった。しかしながら傾動方向をｙ軸方向とする場合に限定されず、長軸ｌの方向は適宜設定されてよい。これにより傾動可能な方向も適宜設定可能となる。

なお、軸部６０を回転可能及び傾動可能に支持するための構成は、上記のものに限定されず任意の構成が採用されてよい。また下部支持部６５を有する支持フレーム５５や軸部６０を有する部材保持部５４の材質等も限定されず、例えば金属やプラスチック等が適宜用いられてよい。

図９に示すように、支持フレーム５５は、フレーム支持部７４により支持される。フレーム支持部７４は、平面反射部３６等を１つのユニットとして支持する支持部３３に含まれる。本実施形態では、支持フレーム５５は、フレーム支持部７４に対して、光源装置１００の前後方向（ｙ軸方向）において移動可能に支持される。支持フレーム５５がｙ軸方向に移動すると、部材保持部５４と支持フレーム５５とが一体的に移動する。これにより平面反射面３７の位置が調整される。

支持フレーム５５を移動可能とするための移動機構の構成は限定されない。例えば支持フレーム５５をガイドするガイド部等が、フレーム支持部７４の上下に形成される。また移動方向に弾性力を発揮するバネ部材等が適宜用いられて移動機構が構成されてもよい。その他、任意の構成が採用されてよい。移動機構により、軸Ｄを駆動軸とする直線駆動機構が実現される。

図９及び図１０参照して連結部５６について説明する。上記したように連結部５６は、部材保持部５４の上部に形成された取付部６１に取り付けられる。取付部６１の上部には操作部６４（軸部６０）と、これに隣接する位置に突起部７５が形成されている。

図９等に示すように、連結部５６は、長方形の板部材の一方の端部が略９０度折り曲げられたＬ字形状を有する部材である。連結部５６は、平面部７６と、平面部７６に対して略９０度折り曲げられた先端部７７とを有する。連結部５６は、平面部７６が取付部６１及び支持フレーム５５の上部支持部６６上に位置するように配置される。また連結部５６は、先端部７７が取付部６１の前面７８側に位置するように配置される。

平面部７６の略中央には、平面部７６の長手方向に沿って開口８０が形成されている。この開口８０には、取付部６１に形成された突起部７５が、開口８０内を移動可能なように挿入される。平面部７６の先端部７７の反対側の端部にも、長手方向に沿って開口８１が形成されている。この開口８１には、ワッシャ８２を介してネジ８３が装着される。このネジ８３を介して連結部５６と支持フレーム５５の上部支持部６６とが接続される。

平面反射面３７の位置及び角度の調整は、ネジ８３が仮留めの状態で行われる。操作部６４が回転されることで、軸部６０を中心とした平面反射面３７の角度が調整される。これにより、左右方向での集光ポイント８の位置を調整することができる。また操作部６４を前後方向に移動させて軸部６０を傾動させることで、平面反射面３７の傾きを調整することができる。これにより、高さ方向での集光ポイント８の位置を調整することができる。また支持フレーム５５の前後方向における位置を調整することで、集光ポイント８のフォーカス位置を調整することができる。

これらの調整にともない連結部５６は移動する。例えば平面部７６に形成された開口８０に対する突起部７５の相対的な位置が変化する。また開口８１に対するネジ８３の相対的な位置が変化する（図９の連結部５６の動き参照）。さらにネジ８３を中心とした回転方向においても連結部５６は移動する。それぞれの移動量は、調整の仕方によって変わる。

調整が終了すると、ネジ８３が締められて連結部５６及び上部支持部６６がフレーム支持部７４に固定される。また図１０に示すように、連結部５６の先端部７７と取付部６１の背面とを挟み込むように固定部材８４が設けられる。これにより部材保持部５４が所定の位置及び角度にて固定される。この結果、平面反射面３７が所定の位置及び角度で固定される。なお、部材保持部５４を固定する方法は限定されない。

ここで本実施形態に係る集光ユニットの具体的な実施例を挙げる。この実施例についての以下の説明では、上記とは異なる方向に設定されたｘｙｚ座標が用いられている。

図１５及び図１６は、本実施例に係る集光ユニット１３０の構成を示す図である。図１６は、集光ユニット１３０を複数のレーザ光源１３１の背面側から斜めに見た図である。

図１５及び図１６に示すように、複数のレーザ光源１３１からの光束が、各レーザ光源１３１に設けられたコリメータレンズ１４３により略平行光束にされる。略平行光束にされた青色レーザ光Ｂ１は、光軸Ａの光軸方向と同じ方向に沿って進み、反射部材１４８の非球面反射面１３５により反射されて集光される。非球面反射面１３５により反射された青色レーザ光Ｂ１は、平面反射面１３７により反射されて蛍光体層１２２上の所定の集光ポイント１０８に集光される。

図１７は、複数のレーザ光源１３１の数及び配置位置を示す図である。図１７に示すｘｙｚ座標は、図１５に示すｘｙｚ座標と対応する座標である。図１７に示すように、本実施例では、複数のレーザ光源１３１として、ｘ軸方向に沿って４つ並び、ｙ軸方向に沿って７つ並ぶ合計２８個のレーザ光源アレイが用いられる。なおレーザ光源１３１の数は限定されない。

ｘ軸方向及びｙ軸方向におけるレーザ光源１３１の間隔は、ともに１１ｍｍである。コリメータレンズ１４３から射出する略平行光束のレーザ光Ｂ１の光束径は６ｍｍである。従って、ｘ軸方向で３９ｍｍ、ｙ軸方向で７２ｍｍの範囲において、略平行光束の青色レーザ光Ｂ１が非球面反射面１３５に向けて照射される。

図１８及び図１９は、集光ユニット１３０に関する各データを示す表である。表中の第１の光学系とは、複数のレーザ光源１３１からの出射される青色レーザ光Ｂ１の光束を略平行にする光学系のことである（図１５の符号１１１）。従って複数のコリメータレンズ１４３を含む光学系が第１の光学系１１１に相当する。第２の光学系は、第１の光学系１１１により略平行光束にされた複数のレーザ光源１３１からの青色レーザ光Ｂ１を所定のポイント１０８に集光するための光学系である（図１５の符号１１２）。従って非球面反射面１３５及び平面反射面１３７を含む光学系が第２の光学系１１２に相当する。

表中の物体側ＮＡは、各レーザ光源１３１からの青色レーザ光Ｂ１に対するコリメータレンズ１４３の開口数である。第１の光学系１１１の焦点距離ｆ１は、コリメータレンズ１４３の焦点距離である（単位はｍｍ）。第２の光学系１１２の焦点距離ｆ２は、非球面反射面１３５及び平面反射面１３７を含む光学系の焦点距離である（単位はｍｍ）。しかしながら平面反射面１３７の焦点距離は無限大（ｉｎｆｉｎｉｔｙ）であるので、焦点距離ｆ２は非球面反射面１３５の焦点距離となる。

第１の光学系１１１の第１の光学面は、アレイ開始面に相当し、２８個のレーザ光源１３１の出射面に相当する。面Ｓ１は、レーザ光源１３１を覆うカバーガラス１０５の光源側の面である（図１５参照）。面Ｓ２は、カバーガラス１０５の反対側の面、すなわちレーザ光Ｂ１が出射する側の面である。面Ｓ３は、コリメータレンズ１４３のレーザ光源１３１側の平面である。面Ｓ４は、コリメータレンズ１４３の非球面であり、この面がアレイ最終面となる。この面Ｓ４までは、第１の光学系１１１に含まれる面である。

面Ｓ５からは第２の光学系１１２に含まれる。面Ｓ５は、反射部材１４８の非球面反射面１３５である。面Ｓ６は、平面反射部材１５２の平面反射面１３７である。この面Ｓ６は、図１５のｘ軸及びｙ軸からなるｘｙ平面に対して偏心した偏心面として設定される。面Ｓ７は、蛍光体層１２２が配置される配置面１２８の反対側の面１２７である。第２の光学系１１２の第２の光源面は、蛍光体層１２２の青色レーザ光Ｂ１が入射する側の面である。

図１８の表では、各面の曲率半径（ｍｍ）、面間の間隔（ｍｍ）、及び波長が４４５ｎｍの青色レーザ光に対する屈折率ｎが記載されている。曲率半径及び間隔は、図１５に示すｚ軸を基準として正負の符号を付けて記載されている。なお曲率半径が無限大（ｉｎｆｉｎｉｔｙ）であるとはその面が平面であることを意味する。屈折率ｎは、カバーガラス１０５、コリメータレンズ１４３、及び配置面１２８を有する基板について記載されている。

図１９には、面Ｓ４及び面Ｓ５の非球面のデータと、面Ｓ６及び面Ｓ７の偏心設定のデータとが記載されている。本実施形態では、以下の式にて非球面が表わされる。なお式中のｃは曲率、Ｋはコーニック定数、Ａｉは補正係数である。

コリメータレンズ１４３の非球面である面Ｓ４は、図１９に示すコーニック定数Ｋと、補正係数Ａｉとを上記の式に代入することで表わされる。また曲率ｃは、図１８の曲率半径から求められる。非球面反射面であるＳ５は、コーニック定数Ｋが−１である放物面となっている。偏心面である面Ｓ６は、図１５に示すｘｙ平面に対してｙ軸時計回り方向に４０°偏心されている。面Ｓ７は回転されずｘｙ平面と平行に配置され、ｘ軸方向に１４．９７ｍｍシフトされている。

例えばこの実施例にて示した複数のレーザ光源１３１、非球面反射面１３５、及び平面反射面１３７を支持部により１つのユニットとして支持することにより、本技術に係る集光ユニット１３０を実現することができる。なお、この実施例で例示した各部の具体的形状や数値は、本技術を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本技術の技術的範囲が限定されるわけではない。

図２０は、図１５に示す集光ユニット１３０を２つ並べた場合の構成例を示す図である。これは図２に示す構成に対応するものである。２つの集光ユニット１３０は、蛍光体層１２２を通る軸Ａを対称にした２つの位置にそれぞれ配置されている。軸Ａは、蛍光体ユニット１２０から出射される光の光軸に相当する。このような構成により、レーザ光源１３１の数が倍の５６個となり、蛍光体層１２２から出射される白色光の高輝度化を図ることができる。

なお２つの集光ユニット１３０からの青色レーザ光Ｂ１が、１つの集光ポイント１０８に集光されてもよい。一方、それぞれの集光ポイント１０８が蛍光体層１２２上の異なる位置に設定されてもよい。これにより蛍光体層１２２の劣化を抑えることなできる。

例えば蛍光体ホイールの回転軸からの距離が互いに異なる位置に２つの集光ポイント１０８が設定される。これにより蛍光体ホイールが回転するときに、回転軸を中心とした２つの円周上にて青色レーザ光Ｂ１がそれぞれ集光することになる。これにより、蛍光体の飽和や燃焼等を防止することが可能となる。この考えは集光ユニットが増えた場合にも適用できる。

例えば５６個ものレーザ光源１３１からの光を集光レンズにて集光させようとすると、非常に大きなレンズが必要となる。しかしながら本実施形態では、非球面反射面１３５を用いた集光ユニット１３０が用いられるので、光源装置の大型化を抑えることができる。従って、装置の大型化を抑えながら、高輝度化を図ることが可能となる。

なお図２０に示す蛍光体ユニット１２０は、蛍光体層１２２からの出射される白色光Ｗの光束を略平行光束にすることが可能な、焦点距離が可変である出射光学系１８０を有する。

出射光学系１８０は、蛍光体層１２２から発光する光束を照明システム１５００（図２９参照）に取り込むための光学系である。図２０に示すように、蛍光体層１２２を通る軸Ａが集光ユニット１３０の光軸となる。蛍光体層１２２からは略ランバーシアンで光が発せられ、その発光光束が出射光学系１８０で略平行光束にされた後に、照明システム１５００に出射される。

上記したように出射光学系１８０の焦点距離は可変である。例えば出射光学系１８０を光軸方向に移動させるフォーカス機構が設けられる。これにより発光源から発光する光束を劣化なく効率的に照明システム１５００に取り込むことが可能となる。

本実施形態では、２つのレンズ１８１及び１８２により出射光学系１８０が構成されている。しかしながら出射光学系１８０及びフォーカス機構の構成は限定されない。

以上、本実施形態に係る光源装置１００では、青色レーザ光Ｂ１及び蛍光体２２からの可視光を含む光を出射可能な蛍光体ユニット２０の後方側に複数のレーザ光源３１が配置される。そして複数のレーザ光源３１から蛍光体ユニット２０の光軸方向と同じ方向で青色レーザ光Ｂ１が出射される。出射された青色レーザ光Ｂ１は集光光学系３４により蛍光体ユニット２０の蛍光体２２上に集光される。これにより複数のレーザ光源３１を冷却するためのスペースを容易に確保することができる。

例えば図２１に示すように、２つの光源部３２の後方側のスペース９０、すなわち複数のレーザ光源３１が配置される配置面４２の後方側のスペース９０を、冷却用のスペースとしてとして容易に確保すること可能となる。このスペース９０にヒートシンクや冷却ファン等の冷却部材９５を配置することで、後方側７から複数のレーザ光源３１を冷却することができる。

後方側７のスペース９０は、蛍光体ユニット２０からの白色光Ｗを受ける照明システム１５００の位置とは反対側になる。従って、照明システム１５００の構造や配置等に起因する制約を受けることなく、光源部３２を十分に冷却するために適当な構造を有する冷却部材９５を配置することができる。この結果、光源部３２を効率的に冷却することが可能となる。また２つの光源部３２の配置面４２が左右方向に並んで配置されているので、１つの冷却部材９５を用いて２つの光源部３２をともに冷却することも容易に可能となる。もちろん複数の冷却部材が用いられてもよい。

また蛍光体ユニット２０からの白色光Ｗの光軸方向と、複数のレーザ光源３１からの青色レーザ光Ｂ１の出射方向とが同じ方向となるので、青色レーザ光Ｂ１の取り扱いが容易となる。例えば光源装置１００の組み立て等や各部材の調整等を行う場合等において、青色レーザ光Ｂ１の進行方向を把握することが容易である。従って不意のレーザ光の照射等を防止する等の安全対策を容易に行うことが可能となる。また白色光Ｗの出射方向と青色レーザ光Ｂ１の出射方向とを合わせることで、光漏れに対する遮光対策も行いやすくなる。

また本実施形態では、蛍光体２２への集光に非球面反射面３５が用いられる。これにより光源装置１００のコンパクト化が可能となる。例えば高輝度化のためにレーザ光源３１の数が増加する場合でも、集光光学系３４の大きさを抑えることができる。この結果、装置の大型化を抑えつつ高輝度化を達成することが可能となる。また非球面反射面３５が用いられることで、必要な輝度や形状に応じた構造を容易に実現することも可能となる。

また本実施形態では、非球面反射面３５により反射された青色レーザ光Ｂ１を、蛍光体２２へ向けて反射する平面反射部材５２が用いられる。このような反射部材を設けることで、集光光学系３４の設計に関する自由度を増加させることができる。この結果、光源装置１００の小型化や所望の形状の実現等を図ることができる。従って白色光Ｗの光軸方向と複数のレーザ光源３１からの青色レーザ光Ｂ１の出射方向とを同じにする構成も容易に実現可能となる。

また本実施形態では、支持部３３により、複数のレーザ光源３１及び集光光学系３４が１つのユニットとして支持される。従ってユニット化された集光ユニット３０を複数配置することも容易となる。すなわちマルチユニットに対応することが可能となる。集光ユニット３０の形状等も柔軟に変更可能であるので、種々の構成を有する集光ユニット３０を、適宜組み合わせて様々な仕様に対応することも可能である。

＜第２の実施形態＞
本技術に係る第２の実施形態の光源装置について説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明した光源装置１００における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。

図２２は、本実施形態に係る集光ユニット２３０の構成を示す図である。本実施形態では、複数のレーザ光源２３１として、ｘ軸及びｙ軸方向のそれぞれに３つ並び中心が空いている合計８個のレーザ光源アレイが用いられる。図２２に示すように、この複数のレーザ光源２３１の対向する位置に非球面反射面２３５を有する反射部材２４８が配置される。反射部材２４８は、複数のレーザ光源２３１に比較的近い位置に、複数のレーザ光源２３１を覆うようにして配置される。

８個のレーザ光源２３１の略中心の空いている位置には、凹面反射面２３７を有する反射部材２５２が配置される。反射部材２５２は、凹面反射面２３７が非球面反射面２３５と対向するように配置される。非球面反射面２３５の略中央には図示しない開口が形成されており、その開口の向こう側（非球面反射面２３５の反対側）に、蛍光体層２２２上の所定の集光ポイント２０８が設定されている。

複数のレーザ光源２３１が配置される面の法線方向（ｚ軸方向）、すなわち蛍光体ユニットの光軸Ａの光軸方向と同じ方向に沿って略平行光束の青色レーザ光Ｂ１が出射される。青色レーザ光Ｂ１は非球面反射面２３５により反射部材２５２に向けて反射される。そして凹面反射面２３７により青色レーザ光Ｂ１は反射され、開口を通って集光ポイント２０８に集光される。

このように、非球面反射面２３５により反射された青色レーザ光Ｂ１を蛍光体２２２に向けて反射する反射面として凹面反射面２３７を有する反射部材２５２が用いられてもよい。所望の形状の反射面を適宜選択することで、光源装置の小型化や所望の形状の実現等を図ることができる。

＜第３の実施形態＞
図２３は、本技術に係る第３の実施形態の集光ユニット３３０の構成を示す図である。本実施形態に係る集光ユニット３３０は、第２の実施形態の集光ユニット２３０と略同様の構成となっている。集光ユニット２３０との主な差異は、複数のレーザ光源３３１の数、及び反射部材３５２の位置である。

本実施形態では、複数のレーザ光源３３１として、ｘ軸方向に沿って４つ並び、ｙ軸方向に沿って３つ並ぶ合計１２個のレーザ光源アレイが用いられる。そして図２３に示すように、１２個のレーザ光源３３１の略中心の位置であって、複数のレーザ光源３３１よりも非球面反射面３３５に近い位置に反射部材３５２が配置される。

複数のレーザ光源３３１が配置される面の法線方向（ｚ軸方向）、すなわち蛍光体ユニットの光軸Ａの光軸方向と同じ方向に沿って略平行光束の青色レーザ光Ｂ１が出射される。青色レーザ光Ｂ１は非球面反射面３３５により反射部材３５２に向けて反射される。そして凹面反射面３３７により青色レーザ光Ｂ１は反射され、図示しない開口を通って集光ポイント３０８に集光される。このような構成が採用されてもよい。

＜第４の実施形態＞
図２４は、本技術に係る第４の実施形態の集光ユニット４３０の構成を示す図である。本実施形態に係る集光ユニット４３０でも、凹面反射面４３７を有する反射部材４５２が用いられる。図２４に示すように、本実施形態では、複数のレーザ光源４３１及び非球面反射面４３５の位置からｘ軸方向で比較的遠い位置に、蛍光体層４２２上の集光ポイント４０８が設定されている。この集光ポイント４０８に青色レーザ光Ｂ１を集光させるために、反射部材４５２も非球面反射面４３５等から離れた位置に配置されている。なお複数のレーザ光源４３１としては、２８個のレーザ光源アレイが用いられている。このような構成が採用されてもよい。

図２５は、図２４に示す集光ユニット４３０を２つ用いた場合の構成例を示す図である。図２５に示すように、集光ユニット４３０は、蛍光体ユニット４２０から出射される光の光軸Ａを対称にして配置される。これによりレーザ光源４３１の数を増加させることが可能となり、出射される白色光の高輝度化を図ることができる。

例えば反射部材４５２の位置等を適宜設定することで、複数の集光光学系４３４を配置するための最適な構成を実現することができる。なお、図２５に示す２つの凹面反射面４３７Ａ及び４３７Ｂはともに球面である。例えば１つの球面からなる凹面反射面４２６が、２つの凹面反射面４３７Ａ及び４３７Ｂの代わりに用いられてもよい。

本実施形態のように、１つの集光光学系に１つの凹面反射面４３７が用いられる場合、集光光学系４３４ごとの調整が容易に可能となる。この場合、複数の凹面反射面４３７のそれぞれの位置や配置角度等を適宜調整可能な調整機構が用いられてもよい。これにより複数の集光光学系を容易に配置することが可能となる。

調整機構の構成は限定されない。例えば反射部材を保持する保持機構や当該保持機構を回転させたり移動させたりするガイド機構等が適宜用いられてよい。調整機構により反射部材が適正な位置に調整されて固定されてもよい。またアクチュエータ等を用いて、光源装置の動作中に反射部材の位置を調整可能な構成が採用されてもよい。

＜第５の実施形態＞
図２６は、本技術に係る第５の実施形態の集光ユニット５３０の構成を示す図である。本実施形態では、複数のレーザ光源５３１として、ｘ軸方向に４つ並び、ｙ軸方向に３つ並び、中心の２つ分が空いている合計１０個のレーザ光源アレイが用いられる。図２６に示すように、この複数のレーザ光源５３１の対向する位置に非球面反射面５３５を有する反射部材５４８が配置される。反射部材５４８は、複数のレーザ光源５３１に比較的近い位置に、複数のレーザ光源５３１を覆うようにして配置される。

１０個のレーザ光源５３１の略中心の空いている位置には、凸面反射面５３７を有する反射部材５５２が配置される。反射部材５５２は、複数のレーザ光源５３１よりも非球面反射面５３５に近い位置に配置される。

反射部材５５２は、凸面反射面５３７が非球面反射面５３５と対向するように配置される。非球面反射面５３５の略中央には図示しない開口が形成されており、その開口の向こう側（非球面反射面５３５の反対側）に、蛍光体層５２２上の所定の集光ポイント５０８が設定されている。

複数のレーザ光源５３１が配置される面の法線方向（ｚ軸方向）、すなわち蛍光体ユニットの光軸Ａの光軸方向と同じ方向に沿って略平行光束の青色レーザ光Ｂ１が出射される。青色レーザ光Ｂ１は非球面反射面５３５により反射部材５５２に向けて反射される。そして凸面反射面５３７により青色レーザ光Ｂ１は反射され、開口を通って集光ポイント５０８に集光される。

このように、非球面反射面５３５により反射された青色レーザ光Ｂ１を蛍光体５２２に向けて反射する反射面として凸面反射面５３７を有する反射部材５５２が用いられてもよい。所望の形状の反射面を適宜選択することで、光源装置の小型化や所望の形状の実現等を図ることができる。

＜第６の実施形態＞
図２７は、本技術に係る第６の実施形態の集光ユニット６３０の構成を示す図である。本実施形態に係る集光ユニット６３０は、第５の実施形態の集光ユニット５３０と略同様の構成となっている。集光ユニット５３０との主な差異は、複数のレーザ光源６３１の数である。

本実施形態では、複数のレーザ光源６３１として、ｘ軸及びｙ軸方向のそれぞれに３つ並び中心が空いている合計８個のレーザ光源アレイが用いられる。そして図２７に示すように、８個のレーザ光源６３１の略中心の位置に反射部材６５２が配置される。

複数のレーザ光源６３１が配置される面の法線方向（ｚ軸方向）、すなわち蛍光体ユニットの光軸Ａの光軸方向と同じ方向に沿って略平行光束の青色レーザ光Ｂ１が出射される。青色レーザ光Ｂ１は非球面反射面６３５により反射部材６５２に向けて反射される。そして凸面反射面６３７により青色レーザ光Ｂ１は反射され、開口を通って集光ポイント６０８に集光される。このような構成が採用されてもよい。

図２８は、集光ユニットが複数配置される他の構成例を示す模式的な図である。例えば図２８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、光軸Ａを対称にして、４つの集光ユニット７３０（８３０）が配置されてもよい。各集光ユニット７３０（８３０）において、光軸Ａ上の集光ポイントに光が集光するように適宜調整が行われる。配置される集光ユニットの数は限定されず、より多くの集光ユニットが配置されてもよい。

図２８（Ａ）では、複数のレーザ光源が配置される配置面として、その平面形状が矩形状であるものが用いられる。配置面の平面形状とは、複数のレーザ光源からの出射光の出射方向からみた平面形状である。例えば図５に示す光源部３２では、板状のフレーム３９の平面形状が配置面の平面形状に相当する。図２８に示すように、集光ユニット７３０の出射方向から見た外形も、配置面の形状に合わせて矩形状に形成されている。

図２８（Ｂ）では、複数のレーザ光源が配置される配置面として、その平面形状が三角形状であるものが用いられている。従って、集光ユニット８３０の外形も三角形状に形成することが可能となっている。集光光学系として非球面反射面が用いられるので、光源の数や配置等の自由度が高い。光源からの光束に応じて非球面反射面の形状や大きさ等を適宜設計することが可能だからである。その結果、図２８（Ｂ）に示すような三角形状の配置面に複数の光源が配置された光源を用いることができる。そして光軸方向から見た外形が三角形状である集光ユニットを実現することができる。

このように集光ユニットの形状を自由に設定できるので、集光ユニットの形状をマルチユニットに適したような形状にすることも容易となり、限られたスペースに複数の集光ユニットを配置することも可能となる。この結果、光源装置の小型化を図ることができる。

また、光軸Ａを中心に対称的に複数の集光ユニットを配置することで、集光ユニットの数や、種々の形状を有する集光ユニットの組み合わせに関して自由度を持たせることができる。その結果、様々な仕様に対応することが可能となる。なお、配置面の平面形状は、矩形や三角形状に限定されず、多角形状や円形状等であってもよい。必要な集光ユニットの形状に合わせて配置面の形状も適宜設定すればよい。

＜画像表示装置＞
本実施形態に係る画像表示装置について説明する。ここでは、上記の実施形態で説明した光源装置を搭載可能なプロジェクタを例に挙げて説明する。図２９は、そのプロジェクタの構成例を示す模式的な図である。

プロジェクタ２０００は、本技術に係る光源装置１０００（例えば上記の各実施形態で説明した光源装置）と、照明システム１５００と、投射システム１７００とを有する。照明システム１５００は、照射された光をもとに画像を生成する画像生成素子１５１０と、画像生成素子１５１０に光源装置１０００からの出射光を照射する照明光学系１５２０とを有する。投射システム１７００は、画像生成素子１５１０により生成された画像を投射する。

図２９に示すように、照明システム１５００は、インテグレータ素子１５３０と、偏光変換素子１５４０と、集光レンズ１５５０とを有する。インテグレータ素子１５３０は、二次元に配列された複数のマイクロレンズを有する第１のフライアイレンズ１５３１、及び、その各マイクロレンズに１つずつ対応するように配列された複数のマイクロレンズを有する第２のフライアイレンズ１５３２を含んでいる。

光源装置１０００からインテグレータ素子１５３０に入射する平行光は、第１のフライアイレンズ１５３１のマイクロレンズによって複数の光束に分割され、第２のフライアイレンズ１５３２における対応するマイクロレンズにそれぞれ結像される。第２のフライアイレンズ１５３２のマイクロレンズのそれぞれが、二次光源として機能し、輝度が揃った複数の平行光を、偏光変換素子１５４０に入射光として照射する。

インテグレータ素子１５３０は、全体として、光源装置１０００から偏光変換素子１５４０に照射される入射光を、均一な輝度分布に整える機能を有する。

偏光変換素子１５４０は、インテグレータ素子１５３０等を介して入射する入射光の、偏光状態を揃える機能を有する。この偏光変換素子１５４０は、例えば光源装置１０００の出射側に配置された集光レンズ１５５０等を介して、青色レーザ光Ｂ３、緑色光Ｇ３及び赤色光Ｒ３を含む出射光を出射する。

照明光学系１５２０は、ダイクロイックミラー１５６０及び１５７０、ミラー１５８０、１５９０及び１６００、リレーレンズ１６１０及び１６２０、フィールドレンズ１６３０Ｒ、１６３０Ｇ及び１６３０Ｂ、画像生成素子としての液晶ライトバルブ１５１０Ｒ、１５１０Ｇ及び１５１０Ｂ、ダイクロイックプリズム１６４０を含んでいる。

ダイクロイックミラー１５６０及び１５７０は、所定の波長域の色光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を透過させる性質を有する。図２９を参照して、例えば、ダイクロイックミラー１５６０が、赤色光Ｒ３を選択的に反射する。ダイクロイックミラー１５７０は、ダイクロイックミラー１５６０を透過した緑色光Ｇ３及び青色光Ｂ３のうち、緑色光Ｇ３を選択的に反射する。残る青色光Ｂ３が、ダイクロイックミラー１５７０を透過する。これにより、光源装置１０００から出射された光が、異なる色の複数の色光に分離される。

分離された赤色光Ｒ３は、ミラー１５８０により反射され、フィールドレンズ１６３０Ｒを通ることによって平行化された後、赤色光の変調用の液晶ライトバルブ１５１０Ｒに入射する。緑色光Ｇ３は、フィールドレンズ１６３０Ｇを通ることによって平行化された後、緑色光の変調用の液晶ライトバルブ１５１０Ｇに入射する。青色光Ｂ３は、リレーレンズ１６１０を通ってミラー１５９０により反射され、さらにリレーレンズ１６２０を通ってミラー１６００により反射される。ミラー１６００により反射された青色光Ｂ３は、フィールドレンズ１６３０Ｂを通ることによって平行化された後、青色光の変調用の液晶ライトバルブ１５１０Ｂに入射する。

液晶ライトバルブ１５１０Ｒ、１５１０Ｇ及び１５１０Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給する図示しない信号源（例えばＰＣ等）と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ１５１０Ｒ、１５１０Ｇ及び１５１０Ｂは、供給される各色の画像信号に基づき、入射光を画素毎に変調し、それぞれ赤色画像、緑色画像及び青色画像を生成する。変調された各色の光（形成された画像）は、ダイクロイックプリズム１６４０に入射して合成される。ダイクロイックプリズム１６４０は、３つの方向から入射した各色の光を重ね合わせて合成し、投射システム１７００に向けて出射する。

投射システム１７００は、複数のレンズ１７１０等を有し、ダイクロイックプリズム１６４０によって合成された光を図示しないスクリーンに照射する。これにより、フルカラーの画像が表示される。

本技術に係る光源装置１０００を備えることにより、プロジェクタ２０００の小型化を図ることができる。また光源装置１０００の形状等を適宜設定することで、プロジェクタ２０００の外形のデザイン性の向上等を図ることも可能となる。

＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

例えば図３０に示すように、集光光学系９３４として、複数のレーザ光源９３１からの光Ｂ１を集光する集光レンズ９５０を有するものが用いられてもよい。また複数のレーザ光源９３１からの光Ｂ１を当該集光レンズ９５０へ導く、１以上の平面反射面９６０を含む導光光学系９６５が用いられてもよい。蛍光体ユニットの光軸Ａの光軸方向と複数のレーザ光源９３１の光軸方向とが同じ方向に設定されるのであれば、上記のような集光レンズ９５０等を用いた構成も採用可能である。また双方の出射方向が同じ方向に設定されるのであれば、集光レンズ９５０の種類や導光光学系９６５の構成等は限定されない。

図２９に示すプロジェクタ２０００では、透過型液晶パネルを用いて構成された照明システム１５００が記載されている。しかしながら反射型液晶パネルを用いても照明システムを構成することは可能である。画像生成素子として、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等が用いられてもよい。さらには、ダイクロイックプリズム１６４０に代わり、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）やＲＧＢ各色の映像信号を合成する色合成プリズム、ＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム等が用いられてもよい。

また上記では、本技術に係る画像表示装置として、プロジェクタ以外の装置が構成されてもよい。また画像表示装置ではない装置に本技術に係る光源装置が用いられてもよい。

以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。

なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）所定の方向を光軸方向として所定波長域の光により励起されて前記所定波長域の光よりも長波長域の可視光を発する発光体を有し前記所定波長域の光と前記発光体からの可視光とを含む光を前記光軸方向に沿って出射可能な出射部の後方側に配置され、前記所定波長域の光を前記光軸方向と同じ方向に沿って出射する１以上の固体光源と、
前記１以上の固体光源から出射された前記所定波長域の光を前記出射部の後方側から前記発光体上に集光する集光光学系と
を具備する光源ユニット。
（２）（１）に記載の光源ユニットであって、
前記集光光学系は、前記１以上の固体光源からの光を反射して集光する非球面反射面を有する
光源ユニット。
（３）（２）に記載の光源ユニットであって、
前記集光光学系は、前記非球面反射面により反射された前記１以上の固体光源からの光を前記発光体へ反射する反射部材を有する
光源ユニット。
（４）（３）に記載の光源ユニットであって、
前記反射部材は、前記１以上の固体光源からの光を反射する反射面として、平面反射面、凹面反射面、及び凸面反射面のうちいずれか１つを有する
光学ユニット。
（５）（１）に記載の光源ユニットであって、
前記集光光学系は、前記１以上の固体光源からの光を集光する集光レンズを有する
光源ユニット。
（６）（５）に記載の光源ユニットであって、
前記集光光学系は、前記１以上の固体光源からの光を前記集光レンズへ導く、１以上の平面反射面を含む導光光学系を有する
光源ユニット。
（７）（１）から（６）のうちいずれか１つに記載の光源ユニットであって、さらに、
前記光軸方向に垂直な面であり前記１以上の固体光源が配置される配置面を
具備する光源ユニット。
（８）（７）に記載の光源ユニットであって、
前記配置面は、前記光軸方向から見た平面形状が多角形状である
光源ユニット。
（９）（７）又は（８）に記載の光源ユニットであって、
前記配置面は、前記光軸方向から見た平面形状が三角形状である
光源ユニット。
（１０）（１）から（９）のうちいずれか１つに記載の光源ユニットであって、さらに、
前記１以上の固体光源、及び前記集光光学系を１つのユニットとして支持する支持部を
具備する光源ユニット。

Ａ…光軸
Ｂ１…青色レーザ光
Ｇ２…緑色光
Ｒ２…赤色光
Ｗ…白色光
２０、１２０…蛍光体ユニット
２２、１２２、２２２、４２２、５２２…蛍光体層
３０、１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０、７３０、８３０…集光ユニット
３１、１３１、２３１、３３１、４３１、５３１、６３１、９３１…レーザ光源
３３…支持部
３４、４３４、９３４…集光光学系
３５、１３５、２３５、３３５、４３５、５３５、６３５…非球面反射面
３７、１３７…平面反射面
４２…配置面
５２、１５２…平面反射部材
１００、１０００…光源装置
２３７、３３７、４３７…凹面反射面
２５２、３５２、４５２、５５２、６５２…反射部材
５３７、６３７…凸面反射面
９５０…集光レンズ
９６０…平面反射面
９６５…導光光学系
１５００…照明システム
１５１０…画像生成素子
１５２０…照明光学系
１７００…投射システム
２０００…プロジェクタ

Claims (13)

1. 所定の方向を光軸方向として所定波長域の光により励起されて前記所定波長域の光よりも長波長域の可視光を発する発光体を有し前記所定波長域の光と前記発光体からの可視光とを含む光を前記光軸方向に沿って出射可能な出射部の後方側に配置され、前記所定波長域の光を前記光軸方向と同じ方向に沿って出射する１以上の固体光源と、
   前記１以上の固体光源から出射された前記所定波長域の光を前記出射部の後方側から前記発光体上に集光する集光光学系と
   を具備する光源ユニット。
2. 請求項１に記載の光源ユニットであって、
   前記集光光学系は、前記１以上の固体光源からの光を反射して集光する非球面反射面を有する
   光源ユニット。
3. 請求項２に記載の光源ユニットであって、
   前記集光光学系は、前記非球面反射面により反射された前記１以上の固体光源からの光を前記発光体へ反射する反射部材を有する
   光源ユニット。
4. 請求項３に記載の光源ユニットであって、
   前記反射部材は、前記１以上の固体光源からの光を反射する反射面として、平面反射面、凹面反射面、及び凸面反射面のうちいずれか１つを有する
   光学ユニット。
5. 請求項１に記載の光源ユニットであって、
   前記集光光学系は、前記１以上の固体光源からの光を集光する集光レンズを有する
   光源ユニット。
6. 請求項５に記載の光源ユニットであって、
   前記集光光学系は、前記１以上の固体光源からの光を前記集光レンズへ導く、１以上の平面反射面を含む導光光学系を有する
   光源ユニット。
7. 請求項１に記載の光源ユニットであって、さらに、
   前記光軸方向に垂直な面であり前記１以上の固体光源が配置される配置面を
   具備する光源ユニット。
8. 請求項７に記載の光源ユニットであって、
   前記配置面は、前記光軸方向から見た平面形状が多角形状である
   光源ユニット。
9. 請求項７に記載の光源ユニットであって、
   前記配置面は、前記光軸方向から見た平面形状が三角形状である
   光源ユニット。
10. 請求項１に記載の光源ユニットであって、さらに、
    前記１以上の固体光源、及び前記集光光学系を１つのユニットとして支持する支持部を
    具備する光源ユニット。
11. 所定の方向を光軸方向として所定波長域の光により励起されて前記所定波長域の光よりも長波長域の可視光を発する発光体を有し前記所定波長域の光と前記発光体からの可視光とを含む光を前記光軸方向に沿って出射可能な出射部と、
    前記出射部の後方側に配置され前記所定波長域の光を前記光軸方向と同じ方向に沿って出射する１以上の固体光源と、
    前記１以上の固体光源から出射された前記所定波長域の光を前記出射部の後方側から前記発光体上に集光する集光光学系と
    を有する１以上の光源ユニットと
    を具備する光源装置。
12. 請求項１１に記載の光源装置であって、
    前記1以上の光源ユニットは、前記出射部から出射される光の光軸を対称にして配置される複数の光源ユニットである
    光源装置。
13. （ａ）所定の方向を光軸方向として所定波長域の光により励起されて前記所定波長域の光よりも長波長域の可視光を発する発光体を有し前記所定波長域の光と前記発光体からの可視光とを含む光を前記光軸方向に沿って出射可能な出射部と、
    前記出射部の後方側に配置され前記所定波長域の光を前記光軸方向と同じ方向に沿って出射する１以上の固体光源と、
    前記１以上の固体光源から出射された前記所定波長域の光を前記出射部の後方側から前記発光体上に集光する集光光学系と
    を有する１以上の光源ユニットと
    を有する光源装置と、
    （ｂ）照射された光をもとに画像を生成する画像生成素子と、前記画像生成素子に前記光源装置からの出射光を照射する照明光学系とを有する画像生成システムと、
    （ｃ）前記画像生成素子により生成された画像を投射する投射システムと
    を具備する画像表示装置。