WO2017208313A1 - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

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WO2017208313A1
WO2017208313A1 PCT/JP2016/065953 JP2016065953W WO2017208313A1 WO 2017208313 A1 WO2017208313 A1 WO 2017208313A1 JP 2016065953 W JP2016065953 W JP 2016065953W WO 2017208313 A1 WO2017208313 A1 WO 2017208313A1
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light source
source device
incident
emitted
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PCT/JP2016/065953
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修 堀江
Original Assignee
Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details

Definitions

  • the present invention relates to a light source device including a solid-state light source such as a semiconductor laser and a projector using the same.
  • Patent Document 1 describes a projector provided with a laser light source.
  • the projector includes a light source device, a display element that modulates light from the light source device to form an image, and a projection lens that projects an image formed by the display element.
  • the light source device includes a light source unit, a condensing optical system, a diffusion plate, a columnar rod, and a condensing lens.
  • the light source unit includes a laser light source that emits laser light.
  • a condensing optical system, a diffusion plate, a rod, and a condensing lens are arranged in this order in the traveling direction of the laser light emitted from the light source unit.
  • the condensing optical system condenses the laser light from the light source unit and makes it incident on the incident surface of the rod.
  • Light incident from the incident surface of the rod propagates through the rod and is emitted from the exit surface.
  • the condensing lens condenses the light emitted from the exit surface of the rod and enters the image forming area of the display element.
  • a plurality of light source units each emitting laser light of the same color can be arranged in parallel in the light source device in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the rod. In this case, the laser light from each light source unit is made incident on the incident surface of the rod using a plurality of reflecting mirrors.
  • the light source unit is disposed on the incident surface side of the rod, and the emission direction of the light source unit and the emission direction of the rod (the optical axis direction of the light source device) are Configured to match. For this reason, a large space is required in the optical axis direction, and there is a problem that the apparatus becomes large. Also, in order to increase the brightness, a plurality of light source units are arranged in parallel. In this case, the portion of the light source units arranged in parallel is larger than the rod. Therefore, a space (dead space) that is not effectively used is generated. Such a dead space is also a factor in increasing the size of the apparatus.
  • the light guide body includes a columnar light guide body, one of both end faces of the light guide body is an entrance surface, and the other is an exit surface.
  • a plurality of light source parts that emit in a first direction that is opposite to the light source, and the light emitted from each of the plurality of light source parts is folded back toward the emission direction to enter the light guide.
  • a light source device having light folding means for making it incident on a surface.
  • the light source device a display element that modulates light output from the light source device to form an image, a projection lens that projects an image formed by the display element, A projector is provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a light source device according to a first embodiment of the present invention.
  • the light source device includes light source units 1a and 1b, condenser lenses 2a and 2b, reflection mirrors 3a, 3b, 4a and 4b, a diffuser plate 5, a light pipe 6 and lenses 7 to 9.
  • the light source device includes light source units 1a and 1b, condenser lenses 2a and 2b, reflection mirrors 3a, 3b, 4a and 4b, a diffuser plate 5, a light pipe 6 and lenses 7 to 9.
  • FIG. 1 for the sake of convenience, only a trace of a part of the light rays is shown.
  • the light source unit 1a includes solid light sources 11a and 12a that emit light of the same color and a reflection mirror 13a.
  • the solid light sources 11a and 12a have the same structure, and include, for example, a plurality of laser diodes (LDs) that output laser light having a center wavelength in a wavelength region of a predetermined color.
  • LDs laser diodes
  • the reflection mirror 13a is a mirror having a stripe structure in which reflection areas and transmission areas are alternately arranged.
  • a stripe-shaped mirror can be formed by vapor-depositing a band-shaped reflective region on a transparent substrate at a predetermined interval.
  • Each row of LDs of the solid-state light source 11a and each transmission region of the reflection mirror 13a have a one-to-one correspondence, and the laser light emitted from the LD of each row passes through the corresponding transmission region of the reflection mirror 13a.
  • Each row of LDs of the solid-state light source 12a and each reflection region of the reflection mirror 13a have a one-to-one correspondence, and the laser light emitted from the LD of each row has a transmission region defined by the corresponding reflection region of the reflection mirror 13a. The reflected laser beam is reflected in the same direction as the traveling direction.
  • the laser light transmitted through the transmission region and the laser light reflected by the reflection region are output light of the light source unit 1a, and this output light is incident on the condenser lens 2a.
  • the light source unit 1b outputs light of the same color as the light source unit 1a, and includes solid light sources 11b and 12b and a reflection mirror 13b.
  • the portion composed of the solid light sources 11b and 12b and the reflection mirror 13b has the same structure as the portion composed of the solid light sources 11a and 12a and the reflection mirror 13a.
  • the laser light emitted from the solid light source 11b is transmitted through each transmission region of the reflection mirror 13b, and the laser light emitted from the solid light source 12b is the same as the traveling direction of the laser light transmitted through the transmission region in each reflection region of the reflection mirror 13b. Reflected in the direction.
  • the laser light transmitted through the transmission region and the laser light reflected by the reflection region are output light of the light source unit 1b, and this output light is incident on the condenser lens 2b.
  • the laser light that has passed through the condenser lens 2 a passes through the reflecting mirrors 3 a and 4 a and the diffusion plate 5 in order and enters the incident surface of the light pipe 6.
  • the laser light that has passed through the condenser lens 2 b passes through the reflecting mirrors 3 b and 4 b and the diffusion plate 5 in order and enters the incident surface of the light pipe 6.
  • Each of the light source units 1a and 1b can be called a light source unit.
  • the condensing lenses 2a and 2b and the reflecting mirrors 3a, 3b, 4a and 4b can be called light folding means.
  • the length of the first optical path from the light source unit 1 a to the incident surface of the light pipe 6 is the same as the length of the second optical path from the light source unit 1 b to the incident surface of the light pipe 6.
  • the condensing angle of the condensing lens 2a (the angle given by 2 ⁇ when the angle between the optical axis and the outermost light beam of the light beam is ⁇ ) is the same as that of the condensing lens 2b.
  • the incident angle of the central ray of the light beam incident on the incident surface of the light pipe 6 in the first optical path is the same as the incident angle of the central beam of the light beam incident on the incident surface of the light pipe 6 in the second optical path.
  • the light pipe 6 is composed of a columnar light guide, and one of both end faces of the light guide is an entrance surface, and the other is an exit surface.
  • the light enters the entrance surface, and light propagates through the light guide and exits.
  • An optical element (light uniformizing element) emitted from the surface.
  • the light is reflected a plurality of times inside the light guide so that a uniform surface light source can be formed on the exit surface.
  • the condensing lens 2 a condenses the laser light from the light source unit 1 a and makes it incident on the incident surface of the light pipe 6.
  • the condensing lens 2 b condenses the laser light from the light source unit 1 b and makes it incident on the incident surface of the light pipe 6. You may comprise so that the condensing position of each condensing lens 2a, 2b on the entrance plane of the light pipe 6 may become the same.
  • the lenses 7 to 9 constitute a telecentric lens whose exit pupil is at infinity. The light that has passed through the telecentric lens is the output light of the light source device.
  • the space around the light pipe 6 that has been set as a dead space is utilized, and the light source units 1a and 1b are arranged in this space.
  • size reduction of an apparatus can be achieved.
  • the laser light emitted from each of the light source units 1 a and 1 b is folded back and incident on the incident surface of the light pipe 6. In this way, the apparatus can be miniaturized by folding the optical path.
  • FIG. 2 shows a configuration of a light source device as a comparative example.
  • the light source device includes light source units 101a and 101b, condensing lenses 102a and 102b, and reflecting mirrors 103a and 103b in place of the light source units 1a and 1b, the condensing lenses 2a and 2b, and the reflecting mirrors 3a and 3b. Is the same as shown in FIG.
  • the light source units 101a and 101b have the same configuration as the light source units 1a and 1b, respectively, but are arranged in the space on the incident surface side of the light pipe 6.
  • the condensing lens 102a and the reflecting mirror 103a are arranged in this order in the traveling direction of the laser light emitted from the light source unit 101a.
  • the condensing lens 102b and the reflecting mirror 103b are arranged in this order in the traveling direction of the laser light emitted from the light source unit 101b.
  • the condensing lens 102 a condenses the laser light from the light source unit 101 a and causes the laser light to enter the first region of the incident surface of the light pipe 6.
  • the condensing lens 102 b condenses the laser light from the light source unit 101 b and causes the laser light to enter the second region of the incident surface of the light pipe 6.
  • the reflection mirror 103a reflects the laser light from the condenser lens 102a toward the reflection mirror 4a.
  • the reflection mirror 103b reflects the laser light from the condenser lens 102b toward the reflection mirror 4b.
  • the reflection mirrors 4a and 4b, the diffusion plate 5, the light pipe 6 and the lenses 7 to 9 shown in FIG. 2 are the same as those shown in FIG.
  • the light source device of the comparative example there is a dead space 100a between the light source unit 101a and the light source unit 101b. Further, since the light source units 101 a and 101 b are larger than the light pipe 6, there are dead spaces 100 b and 100 c around the light pipe 6. Due to these dead spaces 100a to 100c, there is a problem that the light source device is enlarged. Further, since the light source units 101 a and 101 b and the condenser lenses 102 a and 102 b are arranged in the space on the incident surface side of the light pipe 6, there is a problem that the light source device is enlarged in the longitudinal direction of the light pipe 6.
  • the light source unit 1a and the condensing lens 2a are arranged in a space that is the dead space 100b, and the light source unit 1b and the condensing lens 2b are It is arranged in the space that was supposed to be the dead space 100c.
  • the light source device can be downsized by arranging the light source units 1a and 1b and the condenser lenses 2a and 2b by utilizing the dead spaces 100b and 100c. Further, according to the light source device shown in FIG.
  • the laser light emitted from each of the light source units 1 a and 1 b is folded and incident on the incident surface of the light pipe 6, so that the direction of the optical axis A ⁇ b> 1 (or the light pipe 6 In the longitudinal direction), the light source device can be made smaller than the comparative example shown in FIG.
  • the two light source units 1a and 1b are arranged so as to face each other with the light pipe 6 interposed therebetween, but the present invention is not limited to this. If light from the light source unit can be incident on the incident surface of the light pipe 6 without interference by parts such as a mirror constituting the light folding means, the light source units 1a and 1b are arranged around the light pipe 6. It may be arranged at any position. Further, the number of light source units arranged around the light pipe 6 is not limited to two. If light from the light source unit can be incident on the incident surface of the light pipe 6 without interference by components such as a mirror constituting the light folding means, three or more light source units are placed around the light pipe 6. You may arrange.
  • the light guide constituting the light pipe 6 may have a reflective surface having a tapered shape such that the cross-sectional area of the light guide portion increases from the incident surface toward the exit surface.
  • a projector has a restriction called etendue defined by the product of a cross-sectional area of a light beam and a divergence angle (solid angle determined by light).
  • etendue defined by the product of a cross-sectional area of a light beam and a divergence angle (solid angle determined by light).
  • the etendue on the irradiation side is given by an integrated value of the area of the light source and the divergence angle of the light emitted from the light source, and the etendue on the acquisition side is taken in determined by the area of the display element and the F number of the projection lens. It is given as an integrated value with a corner (solid angle).
  • the etendue on the irradiation side is given by an integrated value of the area of the surface light source formed on the exit surface of the light pipe 6 and the divergence angle of the light emitted from the exit surface.
  • the area of the surface light source is slightly increased, but the divergence angle of the light emitted from the emission surface can be reduced.
  • the divergence angle of the light emitted from the emitting surface can be controlled in accordance with the taper angle.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a light source device according to the second embodiment of the present invention.
  • the light source device includes light source units 21a and 21b, condenser lenses 22a and 22b, reflection mirrors 23a, 23b, 24a, 24b and 34, a diffuser plate 25, a light pipe 26, lenses 27 to 32, and a dichroic mirror. 33 and a fluorescent wheel 35.
  • the light source device includes light source units 21a and 21b, condenser lenses 22a and 22b, reflection mirrors 23a, 23b, 24a, 24b and 34, a diffuser plate 25, a light pipe 26, lenses 27 to 32, and a dichroic mirror. 33 and a fluorescent wheel 35.
  • FIG. 3 for the sake of convenience, only a part of the ray trajectory is shown.
  • the light source units 21a and 21b are excitation light sources for exciting the phosphor, and emit excitation light of the same color.
  • the light source unit 21a includes solid light sources 211a and 212a that emit excitation light of the same color and a reflection mirror 213a.
  • the solid light sources 211a and 212a have the same structure, and include, for example, a plurality of laser diodes (LDs) that output blue laser light having a center wavelength in a blue wavelength region.
  • LDs laser diodes
  • (n (rows) ⁇ m (columns)) of blue LDs formed on a holding member provided with a heat radiating portion is used.
  • the reflection mirror 213a is a mirror having a stripe structure in which reflection areas and transmission areas are alternately arranged.
  • a stripe-shaped mirror can be formed by vapor-depositing a band-shaped reflective region on a transparent substrate at a predetermined interval.
  • Each row of blue LDs of the solid-state light source 211a and each transmission region of the reflection mirror 213a have a one-to-one correspondence, and the blue laser light emitted from the blue LD of each row passes through the corresponding transmission region of the reflection mirror 213a. pass.
  • Each row of blue LDs of the solid-state light source 212a and each reflection region of the reflection mirror 213a have a one-to-one correspondence, and the blue laser light emitted from the blue LD of each row is reflected by the corresponding reflection region of the reflection mirror 213a.
  • the blue laser light that has passed through the transmission region is reflected in the same direction as the traveling direction.
  • the blue laser light transmitted through the transmission region and the blue laser light reflected by the reflection region are output light of the light source unit 21a, and this output light is incident on the condenser lens 22a.
  • the light source unit 21b includes solid light sources 211b and 212b and a reflection mirror 213b.
  • the portion composed of the solid light sources 211b and 212b and the reflection mirror 213b has the same structure as the portion composed of the solid light sources 211a and 212a and the reflection mirror 213a.
  • the blue laser light emitted from the solid light source 211b is transmitted through each transmission region of the reflection mirror 213b, and the blue laser light emitted from the solid light source 212b is transmitted through the transmission region in each reflection region of the reflection mirror 213b. Reflected in the same direction as the direction.
  • the blue laser light transmitted through the transmission region and the blue laser light reflected by the reflection region are output light of the light source unit 21b, and this output light is incident on the condenser lens 22b.
  • the blue laser light that has passed through the condenser lens 22 a passes through the reflecting mirrors 23 a and 24 a and the diffusion plate 25 in order, and enters the incident surface of the light pipe 26.
  • the blue laser light that has passed through the condenser lens 22b sequentially passes through the reflection mirrors 23b and 24b and the diffusion plate 25 and enters the incident surface of the light pipe 26.
  • Each of the light source units 21a and 21b can be called a light source unit.
  • the condensing lenses 22a and 22b and the reflecting mirrors 23a, 23b, 24a, and 24b can be referred to as light folding means.
  • the length of the first optical path from the light source unit 21 a to the incident surface of the light pipe 26 is the same as the length of the second optical path from the light source unit 21 b to the incident surface of the light pipe 26.
  • the condensing angle of the condensing lens 22a is the same as that of the condensing lens 22b.
  • the incident angle of the central ray of the light beam incident on the incident surface of the light pipe 26 in the first optical path is the same as the incident angle of the central ray of the light beam incident on the incident surface of the light pipe 26 in the second optical path.
  • the light pipe 26 is composed of a columnar light guide, and one of both end faces of the light guide is an entrance surface, and the other is an exit surface. Light is incident from the entrance surface and emitted through the light guide. An optical element (light uniformizing element) emitted from the surface. The light is reflected a plurality of times inside the light guide so that a uniform surface light source can be formed on the exit surface.
  • a light tunnel having a hollow interior and an inner surface made of a mirror, a rod having a polygonal column made of a transparent material such as glass, or the like can be used.
  • the condensing lens 22 a condenses the laser light from the light source unit 21 a and makes it incident on the incident surface of the light pipe 26.
  • the condensing lens 22 b condenses the laser light from the light source unit 21 b and makes it incident on the incident surface of the light pipe 26. You may comprise so that the condensing position of each condensing lens 22a, 22b on the entrance plane of the light pipe 26 may become the same.
  • the lenses 27 and 28 and the dichroic mirror 33 are arranged in this order in the traveling direction of the blue laser light (blue excitation light) emitted from the emission surface of the light pipe 26.
  • the lenses 27 and 28 are condensing lenses.
  • the dichroic mirror 33 has a reflection / transmission characteristic that reflects light in the blue wavelength region of the visible light wavelength region and transmits light in other wavelength regions.
  • the blue laser light from the light pipe 26 is reflected by the dichroic mirror 33 after passing through the lenses 27 and 28.
  • the lenses 29 to 31 and the fluorescent wheel 35 are arranged in this order.
  • the lenses 29 to 31 are condensing lenses.
  • the fluorescent wheel 35 includes a rotatable circular substrate and a phosphor portion formed along the circumferential direction on the circular substrate.
  • the central portion of the circular substrate is supported by the output shaft of the rotary motor, and the rotary motor rotates the circular substrate.
  • the phosphor part includes a phosphor that can be excited by blue laser light from the dichroic mirror 33.
  • a yellow phosphor that emits yellow fluorescence, a green phosphor that emits green fluorescence, or the like can be used.
  • a green phosphor is used.
  • the blue laser light from the dichroic mirror 33 passes through the lenses 29 to 31 and then enters the phosphor portion of the fluorescent wheel 35.
  • Green fluorescent light (diverging light) emitted from the phosphor part passes through the lenses 29-30.
  • the green fluorescence that has passed through the lenses 29 to 30 passes through the dichroic mirror 33.
  • the lens 32 and the reflection mirror 34 are arranged in this order in the traveling direction of the green fluorescence (transmitted light) from the dichroic mirror 33.
  • the lens 32 is a condenser lens.
  • the lenses 27 to 32 collect the blue laser light emitted from the emission surface of the light pipe 26 on the phosphor part of the fluorescent wheel 35. Further, the lenses 29 to 32 act so as to collect the green fluorescence (diverged light) emitted from the phosphor portion. The green fluorescence that has passed through the lens 32 is reflected by the reflection mirror 34. The reflected light (green fluorescence) from the reflection mirror 34 is the output of the light source device.
  • a lens for obtaining a parallel light beam may be disposed in the optical path of green fluorescence that has passed through the lens 32. Also in the light source device of this embodiment, there exists an effect similar to 1st Embodiment. Further, the modification and improvement described in the first embodiment can also be applied to the light source device of the present embodiment.
  • a projector of the present invention includes at least one light source device to which any of the first and second embodiments described above is applied, a display element that forms an image by modulating light output from the light source device, A projection lens that projects an image formed by the display element.
  • a display element a liquid crystal display panel or DMD (digital mirror device) can be used.
  • the shape of the exit surface of the light pipe 6 may be matched with the panel shape of the display element of the projector.
  • it is necessary to comprise so that p-polarized light or s-polarized light may be irradiated to a liquid crystal display panel.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a light source device used in the projector.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a projector including the light source device shown in FIG.
  • the light source device 51 includes a red light source 52, a blue light source 53, a green light source 54, and dichroic mirrors 55 and 56. Both the red light source 52 and the blue light source 53 apply the first embodiment described above.
  • a red LD is used for the red light source 52, and a blue LD is used for the blue light source 53.
  • the green light source 54 applies the second embodiment described above.
  • the dichroic mirror 55 has a reflection / transmission characteristic of reflecting light in the blue wavelength region of the visible light wavelength region and transmitting light in the other wavelength regions.
  • the dichroic mirror 56 has reflection / transmission characteristics that reflects light in the red wavelength region of the visible light wavelength region and transmits light in other wavelength regions.
  • the dichroic mirror 55 is disposed at a position where the optical axis of the green light source 54 and the optical axis of the blue light source 53 are orthogonal to each other. Green light emitted from the green light source 54 enters one surface of the dichroic mirror 55, and blue light emitted from the blue light source 53 enters the other surface of the dichroic mirror 55.
  • the angle formed by the optical axis of the green light source 54 and one surface of the dichroic mirror 55 is 45 °, and the angle formed by the optical axis of the blue light source 53 and the other surface of the dichroic mirror 55 is 45 °.
  • Green light from the green light source 54 passes through the dichroic mirror 55.
  • Blue light from the blue light source 53 is reflected by the dichroic mirror 55 in the same direction as the transmitted green light. That is, the dichroic mirror 55 emits first composite light in which green light and blue light are mixed.
  • the dichroic mirror 56 is disposed at a position where the optical axis of the green light source 54 and the optical axis of the red light source 52 are orthogonal to each other.
  • the first composite light (blue / green) from the dichroic mirror 55 is incident on one surface of the dichroic mirror 56, and the red light emitted from the red light source 52 is incident on the other surface of the dichroic mirror 56.
  • the angle formed by the optical axis of the green light source 54 and one surface of the dichroic mirror 56 is 45 °, and the angle formed by the optical axis of the red light source 52 and the other surface of the dichroic mirror 56 is 45 °.
  • the first composite light from the dichroic mirror 55 passes through the dichroic mirror 56.
  • Red light from the red light source 52 is reflected by the dichroic mirror 56 in the same direction as the transmitted first composite light. That is, the dichroic mirror 56 emits the second composite light (white light) obtained by mixing the first composite light (blue / green) and the red light. This second composite light (white light) is the output light of the light source device 51.
  • the projector shown in FIG. 5 is a three-plate projector and includes the light source device 51 shown in FIG. In FIG. 5, for convenience, each part of the light source device 51 is not shown.
  • White light from the light source device 51 enters the light pipe 501.
  • incident light is multiple-reflected internally, and as a result, light with uniform brightness is emitted.
  • Light (white light) emitted from the light pipe 501 enters a TIR (Total Internal Reflection) prism 505 via lenses 502 and 503 and a reflection mirror 504.
  • a light tunnel having a hollow interior and an inner surface made of a mirror, a rod having a polygonal column formed of a transparent material such as glass, or the like can be used.
  • the TIR prism 505 is a total reflection prism assembly having a total reflection surface therein, and includes two triangular prisms.
  • One triangular prism is a right-angle prism, and has first and second surfaces that form a right-angle side and a third surface that forms an oblique side.
  • the other triangular prism has first to third surfaces constituting each line segment of the triangle.
  • the third surface of the right-angle prism is disposed so as to face the first surface of the other triangular prism.
  • the first surface of the right-angle prism is the entrance surface of the TIR prism 505.
  • the color prism 506 is disposed so as to face the second surface of the right-angle prism.
  • the second surface of the other triangular prism is the exit surface of the TIR prism 505 and is parallel to the second surface of the right-angle prism.
  • a projection lens 510 is disposed on the exit surface side.
  • Light (white light) from the reflection mirror 504 enters the incident surface of the TIR prism 108.
  • the light incident on the TIR prism 108 is totally reflected by the internal total reflection surface and is emitted from the second surface of the right-angle prism.
  • Light emitted from the second surface enters the color prism 506.
  • the color prism 506 includes a plurality of prisms and has first to fourth surfaces.
  • the first surface faces the second surface of the right-angle prism of the TIR prism 505.
  • the red display panel 508 is disposed to face the second surface
  • the green display panel 507 is disposed to face the third surface
  • the blue display panel 509 is opposed to the fourth surface.
  • red light is emitted from the second surface
  • green light is emitted from the third surface
  • blue light is emitted from the fourth surface.
  • a DMD digital mirror device
  • a liquid crystal display panel may be used as the display panels 507 to 509.
  • DMDs are used as the display panels 507 to 509.
  • Each of the display panels 507 to 509 has an image forming area including a plurality of micromirrors arranged in a matrix.
  • the micromirror is configured such that the angle changes according to the drive voltage, and the reflection angle differs between when the drive voltage indicating the on state is supplied and when the drive voltage indicating the off state is supplied.
  • Red light emitted from the second surface enters the red display panel 508.
  • the red display panel 508 spatially modulates the incident red light to form a red image.
  • Red image light enters the second surface of the color prism 506 from the red display panel 508.
  • the red image light incident from the second surface is emitted from the first surface.
  • the red image light emitted from the first surface is incident on the second surface of the right-angle prism of the TIR prism 505.
  • the green light emitted from the third surface enters the green display panel 507.
  • the green display panel 507 spatially modulates the incident green light to form a green image.
  • Green image light is incident on the third surface of the color prism 506 from the green display panel 507.
  • the green image light incident from the third surface is emitted from the first surface.
  • the green image light emitted from the first surface is incident on the second surface of the right-angle prism of the TIR prism 505.
  • Blue light emitted from the fourth surface enters the blue display panel 509.
  • the blue display panel 509 spatially modulates the incident blue light to form a blue image.
  • Blue image light enters the fourth surface of the color prism 506 from the blue display panel 509.
  • the blue image light incident from the fourth surface is emitted from the first surface.
  • the blue image light emitted from the first surface is incident on the second surface of the right-angle prism of the TIR prism 505.
  • the red image light, the green image light, and the blue image light incident from the second surface of the right-angle prism are emitted toward the projection lens 510 from the emission surface.
  • the projection lens 510 projects the red image, the green image, and the blue image formed on the red display panel 508, the green display panel 507, and the blue display panel 509, respectively, onto the screen.
  • the projection lens 510 is an enlarged projection optical system composed of a plurality of lenses.
  • the present invention can take the forms as shown in the following supplementary notes 1 to 6, but is not limited to these forms.
  • Appendix 1 It consists of a columnar light guide, and one of both end faces of the light guide is an entrance surface, and the other is an exit surface. Light enters from the entrance surface and propagates through the light guide and the exit surface. More optical elements A plurality of light source units arranged so as to surround the outer periphery of the light guide, each emitting light of the same color in a first direction that is opposite to the emission direction of the emission surface; A light source device comprising: a light return unit configured to return light emitted from each of the plurality of light source units so as to be directed in the emission direction and to enter the incident surface of the light guide.
  • the light folding unit is a light source device that collects light from the plurality of light source units and causes the light to enter the same region on the incident surface of the light guide.
  • the light guide has a tapered reflecting surface configured such that a cross-sectional area of a portion through which light propagates increases from the incident surface side toward the exit surface side.
  • the plurality of light source units each emit excitation light having a center wavelength in a wavelength region of a predetermined color; Among visible light, a dichroic mirror that reflects light of the predetermined color and transmits light other than the predetermined color; A phosphor part formed with a phosphor that emits fluorescence when excited by the excitation light, and The dichroic mirror is a light source device that reflects light emitted from the emission surface of the light guide toward the phosphor part, and the fluorescence emitted from the phosphor part passes through the dichroic mirror.
  • Appendix 6 The light source device according to any one of appendices 1 to 5; A display element that modulates the light output from the light source device to form an image; And a projection lens that projects an image formed by the display element.

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Abstract

デッドスペースを有効に活用した小型で高輝度の光源装置を提供する。光源装置は、柱状の導光体よりなり、該導光体の両端面の一方が入射面とされ、他方が射出面とされ、入射面より入射し光が導光体内部を伝搬して射出面より射出される光学素子（６）と、導光体の外周を囲むように配置され、それぞれが同じ色の光を射出面の射出方向とは反対の方向である第１の方向に向けて射出する複数の光源部（１ａ、１ｂ）と、複数の光源部それぞれから射出された光を上記射出方向に向かうように折り返して導光体の入射面に入射させる光折り返し手段（３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ）と、を有する。

Description

光源装置およびプロジェクター
　本発明は、半導体レーザー等の固体光源を備えた光源装置およびそれを用いたプロジェクターに関する。
　特許文献１に、レーザー光源を備えたプロジェクターが記載されている。このプロジェクターは、光源装置と、光源装置からの光を変調して画像を形成する表示素子と、表示素子によって形成された画像を投射する投射レンズと、を有する。
　光源装置は、光源ユニット、集光光学系、拡散板、柱状のロッドおよび集光レンズを備える。光源ユニットは、レーザー光を射出するレーザー光源を含む。光源ユニットより射出したレーザー光の進行方向に、集光光学系、拡散板、ロッドおよび集光レンズがこの順番で配置されている。
　集光光学系は、光源ユニットからのレーザー光を集光してロッドの入射面に入射させる。ロッドの入射面より入射した光は、ロッド内部を伝搬して射出面より射出される。集光レンズは、ロッドの射出面より射出した光を集光して表示素子の画像形成領域に入射させる。
　プロジェクターの高輝度化のために、上記光源装置において、ロッドの長手方向と直交する方向に、それぞれが同じ色のレーザー光を射出する複数の光源ユニットを並列に配置することもできる。この場合は、複数の反射ミラーを用いて各光源ユニットからのレーザー光をロッドの入射面に入射させる。
特開２０１５－２１６３８３号公報
　特許文献１に記載されたプロジェクターに用いられる光源装置においては、光源ユニットは、ロッドの入射面側に配置されており、光源ユニットの射出方向とロッドの射出方向（光源装置の光軸方向）が一致するように構成されている。このため、光軸方向に大きなスペースが必要とされ、装置が大型化するという問題がある。
　また、高輝度化を図るために、複数の光源ユニットが並列に配置されるが、この場合は、ロッドに比較して、並列に配置された光源ユニットの部分が大きくなるために、ロッドの周囲に、有効活用されない空間（デッドスペース）が生じる。このようなデッドスペースも、装置の大型化を招く要因である。
　本発明の目的は、デッドスペースを有効に活用した小型で高輝度の光源装置およびそれを用いたプロジェクターを提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、柱状の導光体よりなり、該導光体の両端面の一方が入射面とされ、他方が射出面とされ、前記入射面より入射し光が前記導光体内部を伝搬して前記射出面より射出される光学素子と、前記導光体の外周を囲むように配置され、それぞれが同じ色の光を前記射出面の射出方向とは反対の方向である第１の方向に向けて射出する複数の光源部と、前記複数の光源部それぞれから射出された光を前記射出方向に向かうように折り返して前記導光体の前記入射面に入射させる光折り返し手段と、を有する、光源装置が提供される。
　本発明の別の態様によれば、上記光源装置と、該光源装置から出力された光を変調して画像を形成する表示素子と、該表示素子により形成された画像を投射する投射レンズと、を有する、プロジェクターが提供される。
本発明の第１の実施形態である光源装置の構成を示す模式図である。 比較例である光源装置の構成を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態である光源装置の構成を示す模式図である。 本発明の他の実施形態であるプロジェクターに用いられる光源装置の構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態であるプロジェクターの構成を示すブロック図である。
　次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態による光源装置の構成を示す模式図である。
　図１を参照すると、光源装置は、光源ユニット１ａ、１ｂ、集光レンズ２ａ、２ｂ、反射ミラー３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、拡散板５、ライトパイプ６およびレンズ７～９を有する。なお、図１には、便宜上、一部の光線の軌跡しか示されていない。
　光源ユニット１ａは、同じ色の光を射出する固体光源１１ａ、１２ａと反射ミラー１３ａを含む。固体光源１１ａ、１２ａは同じ構造のものであって、例えば、所定の色の波長域に中心波長を有するレーザー光を出力する複数のレーザーダイオード（ＬＤ）を有する。ここでは、（ｎ（行）×ｍ（列））個のＬＤが放熱部を備えた保持部材上に形成されたものが用いられる。
　反射ミラー１３ａは、反射領域と透過領域を交互に配置したストライプ構造のミラーである。例えば、帯状の反射領域を所定の間隔で透明基板上に蒸着することでストライプ構造のミラーを形成することができる。
　固体光源１１ａのＬＤの各列と反射ミラー１３ａの各透過領域とは１対１で対応しており、各列のＬＤより射出したレーザー光は、反射ミラー１３ａの対応する透過領域を通過する。固体光源１２ａのＬＤの各列と反射ミラー１３ａの各反射領域とは１対１で対応しており、各列のＬＤより射出したレーザー光は反射ミラー１３ａの対応する反射領域によって、透過領域を透過したレーザー光の進行方向と同じ方向に反射される。透過領域を透過したレーザー光と反射領域で反射されたレーザー光とが光源ユニット１ａの出力光であり、この出力光は集光レンズ２ａに入射する。
　光源ユニット１ｂは、光源ユニット１ａと同じ色の光を出力するものであって、固体光源１１ｂ、１２ｂ及び反射ミラー１３ｂを含む。これら固体光源１１ｂ、１２ｂ及び反射ミラー１３ｂからなる部分は、上記の固体光源１１ａ、１２ａ及び反射ミラー１３ａからなる部分と同じ構造である。固体光源１１ｂより射出したレーザー光は反射ミラー１３ｂの各透過領域を透過し、固体光源１２ｂより射出したレーザー光は反射ミラー１３ｂの各反射領域で、透過領域を透過したレーザー光の進行方向と同じ方向に反射される。透過領域を透過したレーザー光と反射領域で反射されたレーザー光が光源ユニット１ｂの出力光であり、この出力光は集光レンズ２ｂに入射する。
　集光レンズ２ａを通過したレーザー光は、反射ミラー３ａ、４ａ及び拡散板５を順次通過してライトパイプ６の入射面に入射する。同様に、集光レンズ２ｂを通過したレーザー光は、反射ミラー３ｂ、４ｂ及び拡散板５を順次通過してライトパイプ６の入射面に入射する。
　光源ユニット１ａ、１ｂはそれぞれ光源部と呼ぶことができる。集光レンズ２ａ、２ｂおよび反射ミラー３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂは、光折り返し手段と呼ぶことができる。
　光源ユニット１ａからライトパイプ６の入射面までの第１の光路の長さは、光源ユニット１ｂからライトパイプ６の入射面までの第２の光路の長さと同じである。集光レンズ２ａの集光角（光軸と光束の最も外側の光線とのなす角度をθとするとき、２θで与えられる角度）は、集光レンズ２ｂのそれと同じである。第１の光路でライトパイプ６の入射面に入射する光束の中心光線の入射角は、第２の光路でライトパイプ６の入射面に入射する光束の中心光線の入射角と同じである。
　ライトパイプ６は、柱状の導光体よりなり、導光体の両端面の一方が入射面とされ、他方が射出面とされ、入射面より入射し光が導光体内部を伝搬して射出面より射出される光学素子（光均一化素子）である。光が導光体内部で複数回反射されることで、均一な面光源を射出面に形成することができる。ライトパイプ６として、内部を中空にして内面をミラーで構成したライトトンネルや、ガラス等の透明な材料で多角柱を形成したロッドなどを用いることができる。
　集光レンズ２ａは、光源ユニット１ａからのレーザー光を集光してライトパイプ６の入射面に入射させる。集光レンズ２ｂは、光源ユニット１ｂからのレーザー光を集光してライトパイプ６の入射面に入射させる。ライトパイプ６の入射面上の集光レンズ２ａ、２ｂそれぞれの集光位置が同じなるように構成されてもよい。
　レンズ７～９は、射出瞳が無限遠にあるテレセントリックレンズを構成する。このテレセントリックレンズを通過した光が光源装置の出力光である。
　本実施形態の光源装置によれば、デッドスペースとされていたライトパイプ６の周囲の空間を活用し、この空間に光源ユニット１ａ、１ｂを配置する。これにより、装置の小型化を図ることができる。
　また、光源ユニット１ａ、１ｂそれぞれから射出したレーザー光を折り返してライトパイプ６の入射面に入射させる。このように、光路を折り返することで、装置の小型化を図ることができる。
　以下、比較例を挙げて、小型化の効果について、具体的に説明する。
　図２に、比較例である光源装置の構成を示す。この光源装置は、光源ユニット１ａ、１ｂ、集光レンズ２ａ、２ｂ、反射ミラー３ａ、３ｂに代えて、光源ユニット１０１ａ、１０１ｂ、集光レンズ１０２ａ、１０２ｂ、反射ミラー１０３ａ、１０３ｂを備え、それ以外は、図１に示したものと同じである。
　光源ユニット１０１ａ、１０１ｂはそれぞれ、光源ユニット１ａ、１ｂと同じ構成であるが、ライトパイプ６の入射面側の空間に配置されている。光源ユニット１０１ａより射出したレーザー光の進行方向に、集光レンズ１０２ａおよび反射ミラー１０３ａがこの順番で配置されている。同様に、光源ユニット１０１ｂより射出したレーザー光の進行方向に、集光レンズ１０２ｂおよび反射ミラー１０３ｂがこの順番で配置されている。
　集光レンズ１０２ａは、光源ユニット１０１ａからのレーザー光を集光してライトパイプ６の入射面の第１の領域内に入射させる。集光レンズ１０２ｂは、光源ユニット１０１ｂからのレーザー光を集光してライトパイプ６の入射面の第２の領域内に入射させる。
　反射ミラー１０３ａは、集光レンズ１０２ａからのレーザー光を反射ミラー４ａに向けて反射する。反射ミラー１０３ｂは、集光レンズ１０２ｂからのレーザー光を反射ミラー４ｂに向けて反射する。
　図２に示した反射ミラー４ａ、４ｂ、拡散板５、ライトパイプ６およびレンズ７～９は、図１に示したものと同じであり、同じ配置になっている。
　上記の比較例の光源装置においては、光源ユニット１０１ａと光源ユニット１０１ｂとの間にデッドスペース１００ａがある。また、ライトパイプ６と比較して、光源ユニット１０１ａ、１０１ｂの部分が大きいため、ライトパイプ６の周囲にデッドスペース１００ｂ、１００ｃがある。これらデッドスペース１００ａ～１００ｃのために、光源装置が大型化するという問題がある。
　また、光源ユニット１０１ａ、１０１ｂおよび集光レンズ１０２ａ、１０２ｂがライトパイプ６の入射面側の空間に配置されているため、光源装置がライトパイプ６の長手方向に大型化するという問題がある。
　これに対して、図１に示した光源装置によれば、光源ユニット１ａおよび集光レンズ２ａは、デッドスペース１００ｂとされていた空間に配置され、また、光源ユニット１ｂおよび集光レンズ２ｂは、デッドスペース１００ｃとされていた空間に配置されている。このようにデッドスペース１００ｂ、１００ｃを活用して光源ユニット１ａ、１ｂおよび集光レンズ２ａ、２ｂを配置することで、光源装置の小型化を図ることができる。
　また、図１に示した光源装置によれば、光源ユニット１ａ、１ｂそれぞれから射出したレーザー光を折り返してライトパイプ６の入射面に入射させることで、光軸Ａ１の方向（またはライトパイプ６の長手方向）において、図２に示した比較例よりも、光源装置を小さくすることができる。
　上述した本実施形態の光源装置において、２個の光源ユニット１ａ、１ｂがライトパイプ６を挟んで対向するように配置されているが、これに限定されない。光折り返し手段を構成するミラー等の部品が干渉することなく光源ユニットからの光をライトパイプ６の入射面に入射させることができるのであれば、光源ユニット１ａ、１ｂは、ライトパイプ６の周囲のどの位置に配置されてもよい。
　また、ライトパイプ６の周囲に配置される光源ユニットの数は２個に限定されない。光折り返し手段を構成するミラー等の部品が干渉することなく光源ユニットからの光をライトパイプ６の入射面に入射させることができるのであれば、３個以上の光源ユニットをライトパイプ６の周囲に配置してもよい。
　また、ライトパイプ６を構成する導光体は、入射面から射出面に向かって導光部分の断面積が増大するようなテーパー形状の反射面を有してもよい。これにより、以下のような作用効果を奏する。
　一般に、プロジェクターにおいては、光束の断面積と発散角（光が定める立体角）との積で定義されるエテンデューと呼ばれる制約がある。光源からの光を投射光として効率よく利用するためには、照射側のエテンデューを取込側のエテンデュー以下にする必要がある。ここで、照射側のエテンデューは、光源の面積とその光源より射出した光の発散角との積算値で与えられ、取込側のエテンデューは、表示素子の面積と投射レンズのＦナンバーで決まる取り込み角（立体角）との積算値で与えられる。
　図１に示した光源装置において、照射側のエテンデューは、ライトパイプ６の射出面に形成される面光源の面積とその射出面より射出した光の発散角との積算値で与えられる。ライトパイプ６の反射面をテーパー形状にすると、面光源の面積がわずかに増大するものの、射出面より射出される光の発散角を小さくすることができる。テーパー形状の反射面を備えたライトパイプ６においては、テーパーの角度に応じて射出面より射出される光の発散角を制御できることから、テンデューに対して融通が利くという効果がある。
　（第２の実施形態）
　図３は、本発明の第２の実施形態による光源装置の構成を示す模式図である。
　図３を参照すると、光源装置は、光源ユニット２１ａ、２１ｂ、集光レンズ２２ａ、２２ｂ、反射ミラー２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、３４、拡散板２５、ライトパイプ２６、レンズ２７～３２、ダイクロイックミラー３３および蛍光ホイール３５を有する。なお、図３には、便宜上、一部の光線の軌跡しか示されていない。
　光源ユニット２１ａ、２１ｂは、蛍光体を励起するための励起用光源であって、同じ色の励起光を射出する。
　光源ユニット２１ａは、同じ色の励起光を射出する固体光源２１１ａ、２１２ａと反射ミラー２１３ａを含む。固体光源２１１ａ、２１２ａは同じ構造のものであって、例えば、青色の波長域に中心波長を有する青色レーザー光を出力する複数のレーザーダイオード（ＬＤ）を備える。ここでは、（ｎ（行）×ｍ（列））個の青色ＬＤが放熱部を備えた保持部材上に形成されたものが用いられる。
　反射ミラー２１３ａは、反射領域と透過領域を交互に配置したストライプ構造のミラーである。例えば、帯状の反射領域を所定の間隔で透明基板上に蒸着することでストライプ構造のミラーを形成することができる。
　固体光源２１１ａの青色ＬＤの各列と反射ミラー２１３ａの各透過領域とは１対１で対応しており、各列の青色ＬＤより射出した青色レーザー光は、反射ミラー２１３ａの対応する透過領域を通過する。固体光源２１２ａの青色ＬＤの各列と反射ミラー２１３ａの各反射領域とは１対１で対応しており、各列の青色ＬＤより射出した青色レーザー光は反射ミラー２１３ａの対応する反射領域によって、透過領域を透過した青色レーザー光の進行方向と同じ方向に反射される。透過領域を透過した青色レーザー光と反射領域で反射された青色レーザー光とが光源ユニット２１ａの出力光であり、この出力光は集光レンズ２２ａに入射する。
　光源ユニット２１ｂは、固体光源２１１ｂ、２１２ｂ及び反射ミラー２１３ｂを含む。これら固体光源２１１ｂ、２１２ｂ及び反射ミラー２１３ｂからなる部分は、上記の固体光源２１１ａ、２１２ａ及び反射ミラー２１３ａからなる部分と同じ構造である。固体光源２１１ｂより射出した青色レーザー光は反射ミラー２１３ｂの各透過領域を透過し、固体光源２１２ｂより射出した青色レーザー光は反射ミラー２１３ｂの各反射領域で、透過領域を透過した青色レーザー光の進行方向と同じ方向に反射される。透過領域を透過した青色レーザー光と反射領域で反射された青色レーザー光が光源ユニット２１ｂの出力光であり、この出力光は集光レンズ２２ｂに入射する。
　集光レンズ２２ａを通過した青色レーザー光は、反射ミラー２３ａ、２４ａ及び拡散板２５を順次通過してライトパイプ２６の入射面に入射する。同様に、集光レンズ２２ｂを通過した青色レーザー光は、反射ミラー２３ｂ、２４ｂ及び拡散板２５を順次通過してライトパイプ２６の入射面に入射する。
　光源ユニット２１ａ、２１ｂはそれぞれ光源部と呼ぶことができる。集光レンズ２２ａ、２２ｂおよび反射ミラー２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂは、光折り返し手段と呼ぶことができる。
　光源ユニット２１ａからライトパイプ２６の入射面までの第１の光路の長さは、光源ユニット２１ｂからライトパイプ２６の入射面までの第２の光路の長さと同じである。集光レンズ２２ａの集光角は、集光レンズ２２ｂのそれと同じである。第１の光路でライトパイプ２６の入射面に入射する光束の中心光線の入射角は、第２の光路でライトパイプ２６の入射面に入射する光束の中心光線の入射角と同じである。
　ライトパイプ２６は、柱状の導光体よりなり、導光体の両端面の一方が入射面とされ、他方が射出面とされ、入射面より入射し光が導光体内部を伝搬して射出面より射出される光学素子（光均一化素子）である。光が導光体内部で複数回反射されることで、均一な面光源を射出面に形成することができる。ライトパイプ２６として、内部を中空にして内面をミラーで構成したライトトンネルや、ガラス等の透明な材料で多角柱を形成したロッドなどを用いることができる。
　集光レンズ２２ａは、光源ユニット２１ａからのレーザー光を集光してライトパイプ２６の入射面に入射させる。集光レンズ２２ｂは、光源ユニット２１ｂからのレーザー光を集光してライトパイプ２６の入射面に入射させる。ライトパイプ２６の入射面上の集光レンズ２２ａ、２２ｂそれぞれの集光位置が同じなるように構成されてもよい。
　ライトパイプ２６の射出面より射出した青色レーザー光（青色励起光）の進行方向に、レンズ２７、２８およびダイクロイックミラー３３がこの順番で配置されている。レンズ２７、２８は集光レンズである。ダイクロイックミラー３３は、可視光の波長域のうち、青色の波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する反射透過特性を有する。ライトパイプ２６からの青色レーザー光は、レンズ２７、２８を通過した後、ダイクロイックミラー３３で反射される。
　ダイクロイックミラー３３からの青色レーザー光（反射光）の進行方向に、レンズ２９～３１および蛍光ホイール３５がこの順番で配置されている。レンズ２９～３１は、集光レンズである。
　蛍光ホイール３５は、回転可能な円形基板と、この円形基板上に周方向に沿って形成された蛍光体部と、を有する。円形基板の中心部は回転モーターの出力軸に支持されており、回転モーターが、円形基板を回転させる。蛍光体部は、ダイクロイックミラー３３からの青色レーザー光によって励起可能な蛍光体を含む。蛍光体として、黄色蛍光を放出する黄色蛍光体や緑色蛍光を放出する緑色蛍光体などを用いることができる。ここでは、緑色蛍光体が用いられる。
　ダイクロイックミラー３３からの青色レーザー光は、レンズ２９～３１を通過した後、蛍光ホイール３５の蛍光体部に入射する。蛍光体部から放出された緑色蛍光（発散光）は、レンズ２９～３０を通過する。レンズ２９～３０を通過した緑色蛍光は、ダイクロイックミラー３３を透過する。ダイクロイックミラー３３からの緑色蛍光（透過光）の進行方向に、レンズ３２および反射ミラー３４がこの順番で配置されている。レンズ３２は、集光レンズである。
　レンズ２７～３２のうち、レンズ２７～３１は、ライトパイプ２６の射出面より射出した青色レーザー光を蛍光ホイール３５の蛍光体部上に集光する。また、レンズ２９～３２は、蛍光体部から放出された緑色蛍光（発散光）を集光するように作用する。レンズ３２を通過した緑色蛍光は、反射ミラー３４で反射される。反射ミラー３４からの反射光（緑色蛍光）が、光源装置の出力である。レンズ３２を通過した緑色蛍光の光路中に、平行光束を得るためのレンズが配置されてもよい。
　本実施形態の光源装置においても、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
　また、本実施形態の光源装置においても、第１の実施形態で説明した変形や改善を適用することができる。
　（プロジェクター）
　本発明のプロジェクターは、上述した第１および第２の実施形態のいずれかを適用した少なくとも一つの光源装置と、この光源装置から出力された光を変調して画像を形成する表示素子と、この表示素子により形成された画像を投射する投射レンズと、を有する。表示素子として、液晶表示パネルやＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を用いることができる。ライトパイプ６の射出面の形状は、プロジェクターの表示素子のパネル形状に合わせても良い。なお、表示素子に液晶表示パネルを適用する場合は、ｐ偏光又はｓ偏光の光が液晶表示パネルに照射されるように構成する必要がある。
　以下、プロジェクターの実施形態について具体的に説明する。
　図４は、プロジェクターに用いられる光源装置の構成を示すブロック図である。図５は、図４に示した光源装置を備えるプロジェクターの構成を示すブロック図である。
　図４に示すように、光源装置５１は、赤光源５２、青光源５３、緑光源５４およびダイクロイックミラー５５、５６を有する。赤光源５２および青光源５３はいずれも、上述した第１の実施形態を適用したものである。赤光源５２には赤色ＬＤが用いられ、青光源５３には、青色ＬＤが用いられている。緑光源５４は、上述した第２の実施形態を適用したものである。
　ダイクロイックミラー５５は、可視光の波長域のうち、青色の波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する反射透過特性を有する。ダイクロイックミラー５６は、可視光の波長域のうち、赤色の波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する反射透過特性を有する。
　ダイクロイックミラー５５は、緑光源５４の光軸と青光源５３の光軸とが直交する位置に配置されている。緑光源５４より射出された緑色光はダイクロイックミラー５５の一方の面に入射し、青光源５３より射出された青色光はダイクロイックミラー５５の他方の面に入射する。緑光源５４の光軸とダイクロイックミラー５５の一方の面とのなす角度は４５°であり、青光源５３の光軸とダイクロイックミラー５５の他方の面とのなす角度は４５°である。
　緑光源５４からの緑色光は、ダイクロイックミラー５５を透過する。青光源５３からの青色光は、ダイクロイックミラー５５にて、透過した緑色光と同じ方向に向けて反射される。すなわち、ダイクロイックミラー５５は、緑色光と青色光とを混合した第１の複合光を射出する。
　ダイクロイックミラー５６は、緑光源５４の光軸と赤光源５２の光軸とが直交する位置に配置されている。ダイクロイックミラー５５からの第１の複合光（青・緑）はダイクロイックミラー５６の一方の面に入射し、赤光源５２より射出された赤色光はダイクロイックミラー５６の他方の面に入射する。緑光源５４の光軸とダイクロイックミラー５６の一方の面とのなす角度は４５°であり、赤光源５２の光軸とダイクロイックミラー５６の他方の面とのなす角度は４５°である。
　ダイクロイックミラー５５からの第１の複合光は、ダイクロイックミラー５６を透過する。赤光源５２からの赤色光は、ダイクロイックミラー５６にて、透過した第１の複合光と同じ方向に向けて反射される。すなわち、ダイクロイックミラー５６は、第１の複合光（青・緑）と赤色光とを混合した第２の複合光（白色光）を射出する。この第２の複合光（白色光）が、光源装置５１の出力光である。
　図５に示すプロジェクターは、３板型のプロジェクターであって、図４に示した光源装置５１を有する。図５において、便宜上、光源装置５１の各部は示されていない。
　光源装置５１からの白色光は、ライトパイプ５０１に入射する。ライトパイプ５０１では、入射光が内部で多重反射し、その結果、輝度が均一な光が射出される。ライトパイプ５０１より射出した光（白色光）は、レンズ５０２、５０３および反射ミラー５０４を介してＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム５０５に入射する。ライトパイプ５０１として、内部を中空にして内面をミラーで構成したライトトンネルや、ガラス等の透明な材料で多角柱を形成したロッドなどを用いることができる。
　ＴＩＲプリズム５０５は、内部に全反射面を備えた全反射プリズムアセンブリであって、２個の三角プリズムを含む。一方の三角プリズムは、直角プリズムであって、直角をなす辺を構成する第１及び第２の面と斜辺を構成する第３の面とを有する。他方の三角プリズムは、三角形の各線分を構成する第１乃至第３の面を有する。直角プリズムの第３の面は、他方の三角プリズムの第１の面と対向するように配置されている。直角プリズムの第１の面がＴＩＲプリズム５０５の入射面である。
　カラープリズム５０６が、直角プリズムの第２の面と対向するように配置されている。他方の三角プリズムの第２の面は、ＴＩＲプリズム５０５の出射面であり、直角プリズムの第２の面と平行である。この出射面側に、投射レンズ５１０が配置されている。
　反射ミラー５０４からの光（白色光）は、ＴＩＲプリズム１０８の入射面に入射する。ＴＩＲプリズム１０８に入射した光は、内部の全反射面で全反射されて直角プリズムの第２の面より射出する。この第２の面より射出した光は、カラープリズム５０６に入射する。
　カラープリズム５０６は、複数のプリズムからなり、第１乃至第４の面を有する。第１の面は、ＴＩＲプリズム５０５の直角プリズムの第２の面と対向する。赤用表示パネル５０８が、第２の面と対向して配置され、緑用表示パネル５０７が、第３の面と対向して配置され、青用表示パネル５０９が、第４の面と対向する。カラープリズム５０６では、第１の面より入射した白色光のうち、赤色光は第２の面より射出し、緑色光は第３の面より射出し、青色光は第４の面より射出する。ここで、表示パネル５０７～５０９として、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）や液晶表示パネルを用いてもよい。ここでは、表示パネル５０７～５０９としてＤＭＤが用いられる。
　表示パネル５０７～５０９はそれぞれ、マトリクス状に配置された複数の微小ミラーからなる画像形成領域を有する。微小ミラーは、駆動電圧に応じて角度が変化するように構成されており、オン状態を示す駆動電圧が供給された場合とオフ状態を示す駆動電圧が供給された場合とで反射角度が異なる。映像信号に応じて各微小ミラーをオンオフ制御することで、入射光束を空間的に変調して画像を形成する。
　第２の面より射出した赤色光は、赤用表示パネル５０８に入射する。赤用表示パネル５０８は、入射した赤色光を空間的に変調して赤色画像を形成する。赤色画像光が、赤用表示パネル５０８からカラープリズム５０６の第２の面に入射する。カラープリズム５０６では、第２の面より入射した赤色画像光は、第１の面より射出される。この第１の面より射出した赤色画像光は、ＴＩＲプリズム５０５の直角プリズムの第２の面に入射する。
　第３の面より射出した緑色光は、緑用表示パネル５０７に入射する。緑用表示パネル５０７は、入射した緑色光を空間的に変調して緑色画像を形成する。緑色画像光が、緑用表示パネル５０７からカラープリズム５０６の第３の面に入射する。カラープリズム５０６では、第３の面より入射した緑色画像光は、第１の面より射出される。この第１の面より射出した緑色画像光は、ＴＩＲプリズム５０５の直角プリズムの第２の面に入射する。
　第４の面より射出した青色光は、青用表示パネル５０９に入射する。青用表示パネル５０９は、入射した青色光を空間的に変調して青色画像を形成する。青色画像光が、青用表示パネル５０９からカラープリズム５０６の第４の面に入射する。カラープリズム５０６では、第４の面より入射した青色画像光は、第１の面より射出される。この第１の面より射出した青色画像光は、ＴＩＲプリズム５０５の直角プリズムの第２の面に入射する。
　ＴＩＲプリズム５０５では、直角プリズムの第２の面より入射した赤色画像光、緑色画像光および青色画像光は、出射面より投射レンズ５１０に向けて射出される。投射レンズ５１０は、赤用表示パネル５０８、緑用表示パネル５０７および青用表示パネル５０９それぞれで形成された赤色画像、緑色画像および青色画像を重ねてスクリーン上に投射する。投射レンズ５１０は、複数のレンズからなる拡大投射光学系である。
　また、本発明は、以下の付記１～６のような形態をとり得るが、これら形態に限定されない。
［付記１］
　柱状の導光体よりなり、該導光体の両端面の一方が入射面とされ、他方が射出面とされ、前記入射面より入射し光が前記導光体内部を伝搬して前記射出面より射出される光学素子と、
　前記導光体の外周を囲むように配置された、それぞれが同じ色の光を前記射出面の射出方向とは反対の方向である第１の方向に向けて射出する複数の光源部と、
　前記複数の光源部それぞれから射出された光を前記射出方向に向かうように折り返して前記導光体の前記入射面に入射させる光折り返し手段と、を有する、光源装置。
［付記２］
　付記１に記載の光源装置において、
　前記光折り返し手段は、前記複数の光源部からの光をそれぞれ集光して前記導光体の前記入射面上の同じ領域内に入射させる、光源装置。
［付記３］
　付記１または２に記載の光源装置において、
　前記導光体の前記入射面側に、前記複数の光源部からの光を拡散させる拡散板を有する、光源装置。
［付記４］
　付記１から３のいずれか一つに記載の光源装置において、
　前記導光体は、光が伝搬する部分の断面積が前記入射面側から前記射出面側に向けて増大するように構成されたテーパー形状の反射面を有する、光源装置。
［付記５］
　付記１から４のいずれか一つに記載の光源装置において、
　前記複数の光源部がそれぞれ所定の色の波長域に中心波長を有する励起光を射出し、
　可視光のうち、前記所定の色の光を反射し、前記所定の色以外の光を透過するダイクロイックミラーと、
　前記励起光によって励起されて蛍光を放出する蛍光体が形成された蛍光体部と、をさらに有し、
　前記ダイクロイックミラーは、前記導光体の前記射出面より射出した光を前記蛍光体部に向けて反射し、前記蛍光体部より放出された前記蛍光が前記ダイクロイックミラーを透過する、光源装置。
［付記６］
　付記１から５のいずれか一つに記載の光源装置と、
　前記光源装置から出力された光を変調して画像を形成する表示素子と、
　前記表示素子により形成された画像を投射する投射レンズと、を有する、プロジェクター。
　１ａ、１ｂ　光源ユニット
　２ａ、２ｂ　集光レンズ
　３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、１３ａ、１３ｂ　反射ミラー
　５　拡散板
　６　ライトパイプ
　７～９　レンズ
　１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ　固体光源

Claims (6)

  1. 　柱状の導光体よりなり、該導光体の両端面の一方が入射面とされ、他方が射出面とされ、前記入射面より入射し光が前記導光体内部を伝搬して前記射出面より射出される光学素子と、
    　前記導光体の外周を囲むように配置され、それぞれが同じ色の光を前記射出面の射出方向とは反対の方向である第１の方向に向けて射出する複数の光源部と、
    　前記複数の光源部それぞれから射出された光を前記射出方向に向かうように折り返して前記導光体の前記入射面に入射させる光折り返し手段と、を有する、光源装置。
  2. 　請求項１に記載の光源装置において、
    　前記光折り返し手段は、前記複数の光源部からの光をそれぞれ集光して前記導光体の前記入射面上の同じ領域内に入射させる、光源装置。
  3. 　請求項１または２に記載の光源装置において、
    　前記導光体の前記入射面側に、前記複数の光源部からの光を拡散させる拡散板を有する、光源装置。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の光源装置において、
    　前記導光体は、光が伝搬する部分の断面積が前記入射面側から前記射出面側に向けて増大するように構成されたテーパー形状の反射面を有する、光源装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか一項に記載の光源装置において、
    　前記複数の光源部がそれぞれ所定の色の波長域に中心波長を有する励起光を射出し、
    　可視光のうち、前記所定の色の光を反射し、前記所定の色以外の光を透過するダイクロイックミラーと、
    　前記励起光によって励起されて蛍光を放出する蛍光体が形成された蛍光体部と、をさらに有し、
    　前記ダイクロイックミラーは、前記導光体の前記射出面より射出された光を前記蛍光体部に向けて反射し、前記蛍光体部より放出された前記蛍光が前記ダイクロイックミラーを透過する、光源装置。
  6. 　請求項１から５のいずれか一項に記載の光源装置と、
    　前記光源装置から出力された光を変調して画像を形成する表示素子と、
    　前記表示素子により形成された画像を投射する投射レンズと、を有する、プロジェクター。
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