特許 6623595 光源装置およびプロジェクター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6623595

(24)【登録日】2019年12月6日

(45)【発行日】2019年12月25日

(54)【発明の名称】光源装置およびプロジェクター

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20191216BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20191216BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20191216BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20191216BHJP

【ＦＩ】

   G03B21/14 A

   G03B21/00 D

   F21S2/00 311

   F21S2/00 330

   H04N5/74 A

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-145873(P2015-145873)

(22)【出願日】2015年7月23日

(65)【公開番号】特開2017-26847(P2017-26847A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2018年6月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(74)【代理人】

【識別番号】100196058

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 彰雄

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100146835

【弁理士】

【氏名又は名称】佐伯 義文

(72)【発明者】

【氏名】秋山 光一

【審査官】 中村 直行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１３７７４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７３６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３２７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第８８７０３９０（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１１６４０５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｂ ２１／００ − ２１／６４

Ｈ０４Ｎ ５／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

励起光を射出する発光素子と、
前記発光素子から射出された前記励起光が入射する偏光分離素子と、
前記励起光のうち前記偏光分離素子を通過した第１の偏光成分が入射するピックアップ光学系と、
前記ピックアップ光学系を透過した前記第１の偏光成分が入射する波長変換素子と、
前記波長変換素子の前記ピックアップ光学系とは反対側に設けられた反射部と、
前記偏光分離素子と前記ピックアップ光学系との間の光路に設けられ、前記偏光分離素子を通過した前記第１の偏光成分と前記波長変換素子から射出された光とが入射し、前記ピックアップ光学系に入射する前記第１の偏光成分の光束幅を、前記偏光分離素子を通過した前記第１の偏光成分の光束幅よりも狭くするとともに、前記反射部によって前記波長変換素子から前記偏光分離素子側に向けて射出される光を前記第１の偏光成分とは逆向きに透過させるアナモフィックアフォーカル光学系と、を備えた、光源装置。

【請求項2】

前記波長変換素子が設けられた回転ホイールを備えた、請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記アナモフィックアフォーカル光学系は、前記回転ホイールの径方向と直交する方向と交差する方向の屈折力が、前記径方向と直交する方向の屈折力よりも大きい、請求項２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記アナモフィックアフォーカル光学系は、一対のシリンドリカルレンズを備えた、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。

【請求項5】

前記一対のシリンドリカルレンズは、凸レンズと凹レンズの対、もしくは凸レンズと凸レンズの対からなる、請求項４に記載の光源装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された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系と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光源装置から射出された光により光変調装置を照明し、光変調装置により得られた画像光を投射光学系によってスクリーン上に拡大投射するプロジェクターが広く知られている。この種のプロジェクターの光源には、超高圧水銀ランプなどの放電ランプが従来用いられていた。しかしながら、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、ランプから放射される紫外線が液晶パネルを劣化させる、などの課題がある。

【0003】

そこで、放電ランプに代わるプロジェクター用の光源として、高輝度、高出力の光が得られる半導体レーザーなどのレーザー光源が注目されている。レーザー光源は、従来の放電ランプ等に比べて、小型化が図れる、色再現性に優れる、瞬時点灯が可能である、長寿命である、等の利点を有している。例えば下記の特許文献１には、レーザー光源を用いた照明装置が開示されている。この照明装置においては、半導体レーザーから射出される光と、この光によって励起された蛍光体から発せられる蛍光と、が照明に利用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−４００９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の特許文献１において、照明装置の高輝度化を図るためには、励起光の強度を高める必要がある。しかしながら、高い強度の励起光を蛍光体上の小さい領域に集光させると、励起光の照射領域における光密度が高くなり、蛍光体の温度が上昇する。一般に、蛍光体は、温度上昇に伴って変換効率が低下する特性を有する。そのため、単に高い強度の励起光を照射しただけでは、照明装置を高輝度化することは難しい。逆に、励起光を蛍光体の広い領域に照射すれば、励起光の光密度が下がり、変換効率を高めることができる。ところが、励起光の照射領域を広げる程、後段の光学系でけられる蛍光の光量が多くなり、蛍光の利用効率が低下する。
以上、蛍光体を例に挙げて説明したが、上記の問題は蛍光体以外の波長変換素子にも共通の問題である。

【0006】

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、励起光の変換効率の低下および波長変換された光の利用効率の低下をともに抑制できる光源装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の光源装置を備え、高効率のプロジェクターを提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光源装置は、励起光を射出する発光素子と、前記発光素子から射出された前記励起光が入射する偏光分離素子と、前記励起光のうち前記偏光分離素子を通過した第１の偏光成分が入射するピックアップ光学系と、前記ピックアップ光学系を透過した前記第１の偏光成分が入射する波長変換素子と、前記波長変換素子の前記ピックアップ光学系とは反対側に設けられた反射部と、前記偏光分離素子と前記ピックアップ光学系との間の光路に設けられ、前記偏光分離素子を通過した前記第１の偏光成分と前記波長変換素子から射出された光とが入射し、前記ピックアップ光学系に入射する前記第１の偏光成分の光束幅を、前記偏光分離素子を通過した前記第１の偏光成分の光束幅よりも狭くするとともに、前記反射部によって前記波長変換素子から前記偏光分離素子側に向けて射出される光を前記第１の偏光成分とは逆向きに透過させるアナモフィックアフォーカル光学系と、を備える。

【0008】

本発明の一つの態様の光源装置は、偏光分離素子とピックアップ光学系との間の光路上に前記アナモフィックアフォーカル光学系を備えている。これにより、偏光分離素子からの射出光の光軸に垂直な面内におけるアナモフィックアフォーカル光学系の屈折力が大きい方向において、アナモフィックアフォーカル光学系とピックアップ光学系とを含む光学系の焦点距離は、ピックアップ光学系単独の焦点距離に比べて長くなる。このため、本発明の一つの態様の光源装置における波長変換素子上の励起光の照射領域は、アナモフィックアフォーカル光学系を備えていない場合の励起光の照射領域に比べて拡大される。これにより、励起光の光密度を下げ、変換効率の低下を抑制することができる。

【0009】

例えば蛍光体層を波長変換素子として用い、蛍光の射出領域を蛍光光源と考えることにする。上述したように、蛍光光源の形状は、アナモフィックアフォーカル光学系を備えていない場合の励起光の照射領域に比べて変形されている。ところが、波長変換素子から射出された蛍光がアナモフィックアフォーカル光学系を励起光の通過方向と逆方向に通過すると、たとえば、光源像は励起光が拡大された方向と同じ方向に同じ倍率で縮小される。そのため、光源像は、アナモフィックアフォーカル光学系を備えていない光源装置における光源像と同様になる。これにより、アナモフィックアフォーカル光学系の後段の光学系にけられる蛍光の量が減り、蛍光の利用効率の低下を抑制することができる。このように、本発明の一つの態様の光源装置によれば、励起光の変換効率の低下、蛍光の利用効率の低下をともに抑制することができる。

【0010】

本発明の一つの態様の光源装置は、前記波長変換素子が設けられた回転ホイールを備えていてもよい。
この構成によれば、波長変換素子の特定の箇所に励起光が連続的に照射されることがなくなる。また、回転ホイールの回転により波長変換素子が冷却されやすくなる。そのため、蛍光体の温度上昇が抑制される。これにより、励起光の変換効率を高めるとともに、蛍光体の寿命を延ばすことができる。

【0011】

本発明の一つの態様の光源装置において、前記アナモフィックアフォーカル光学系は、前記回転ホイールの径方向と直交する方向と交差する方向の屈折力が、前記径方向と直交する方向の屈折力よりも大きいことが望ましい。
この構成によれば、波長変換素子上の励起光の照射領域は、回転ホイールの径方向と直交する方向と交差する方向に拡大される。これにより、励起光の照射領域が回転ホイールの径方向と直交する方向、すなわち、回転ホイールの周方向に拡大される場合に比べて、波長変換素子の単位面積に単位時間あたり照射される励起光の光量をより下げることができ、蛍光体の温度上昇がさらに抑制される。

【0012】

本発明の一つの態様の光源装置において、前記アナモフィックアフォーカル光学系は、一対のシリンドリカルレンズを備えていてもよい。
この構成によれば、偏光分離素子からの射出光の光軸に垂直な面内において、１方向にのみ屈折力を持つアナモフィックアフォーカル光学系を構成することができる。

【0013】

本発明の一つの態様の光源装置において、前記一対のシリンドリカルレンズは、凸レンズと凹レンズの対、もしくは凸レンズと凸レンズの対からなる構成であってもよい。
この構成によれば、ピックアップ光学系に入射する第１の偏光成分の光束幅を、偏光分離素子を通過した第１の偏光成分の光束幅よりも狭くするアナモフィックアフォーカル光学系を簡易な構成で実現することができる。

【0014】

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、前記光源装置から射出された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系と、を備える。
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を備えているため、高効率のプロジェクターを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。

【図2】一実施形態の光源装置をシリンドリカルレンズの長手方向から見たときの概略構成図である。

【図3】一実施形態の光源装置を図２の方向と直交する方向から見たときの概略構成図である。

【図4】蛍光体ホイールの正面図である。

【図5】アナモフィックアフォーカル光学系の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
第１実施形態のプロジェクターは、本発明の一実施形態の光源装置と、３つの光変調装置と、を備えた液晶プロジェクターの例である。
以下、図面を用いて具体的に説明するが、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。

【0017】

［プロジェクターの全体構成］
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー画像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、赤色光用光変調装置４Ｒと、緑色光用光変調装置４Ｇと、青色光用光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６と、を備える。

【0018】

照明装置２は、光源装置２０と、均一照明光学系４０と、を備える。照明装置２は、色分離光学系３に向けて照明光ＷＬを射出する。光源装置２０の構成については、後で詳しく説明する。

【0019】

均一照明光学系４０は、ホモジナイザー光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備える。ホモジナイザー光学系３１は、第１のマルチレンズアレイ３１ａと、第２のマルチレンズアレイ３１ｂと、から構成されている。均一照明光学系４０は、光源装置２０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赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂ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に入射する。

【0020】

色分離光学系３は、照明装置２から射出された白色の照明光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のダイクロイックミラー７ａと、第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、第３の反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａと、第２のリレーレンズ９ｂと、を備えている。

【0021】

第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを含む光、に分離する機能を有する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過し、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを含む光を反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、第１のダイクロイックミラー７ａで反射した光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。

【0022】

第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されている。第１の反射ミラー８ａは、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを赤色光用光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、青色光ＬＢの光路中に配置されている。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを青色光用光変調装置４Ｂに向けて反射する。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂで反射し、緑色光用光変調装置４Ｇに向けて進む。

【0023】

第１のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、青色光ＬＢの光路中における第２の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のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲの光路長および緑色光ＬＧの光路長よりも長いことに起因する青色光ＬＢの光損失を補償する。

【0024】

赤色光用光変調装置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。緑色光用光変調装置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。青色光用光変調装置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。赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。また、液晶パネルの入射側および射出側には、図示しない一対の偏光板が配置されている。一対の偏光板は、特定の方向の直線偏光光を透過させる。

【0025】

赤色光用光変調装置４Ｒの入射側には、フィールドレンズ１０Ｒが配置されている。緑色光用光変調装置４Ｇの入射側には、フィールドレンズ１０Ｇが配置されている。青色光用光変調装置４Ｂの入射側には、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は、赤色光用光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行化する。フィールドレンズ１０Ｇは、緑色光用光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行化する。フィールドレンズ１０Ｂは、青色光用光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化する。

【0026】

合成光学系５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢのそれぞれ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系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。

【0027】

投射光学系６は、複数の投射レンズを含む投射レンズ群から構成されている。投射光学系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上には、拡大されたカラー画像が表示される。

【0028】

［光源装置］
以下、光源装置２０について説明する。
図２および図３に示すように、光源装置２０は、光源ユニット２１と、アフォーカル光学系２２と、ホモジナイザー光学系２３と、第１の位相差板２４と、偏光分離素子２５と、アナモフィックアフォーカル光学系２６と、第１のピックアップ光学系２７と、蛍光体層２８を備えた蛍光体ホイール２９と、第２の位相差板３５と、第２のピックアップ光学系３６と、回転拡散素子３７と、を備える。
本実施形態の蛍光体層２８は、特許請求の範囲の波長変換素子に対応する。

【0029】

光源ユニット２１、アフォーカル光学系２２、ホモジナイザー光学系２３、第１の位相差板２４、偏光分離素子２５、第２の位相差板３５、および第２のピックアップ光学系３６は、光軸ＡＸ０上に配置されている。アナモフィックアフォーカル光学系２６、および第１のピックアップ光学系２７は、光軸ＡＸ０と直交する光軸ＡＸ１上に配置されている。

【0030】

光源ユニット２１は、固体光源としての複数の半導体レーザー２１ａを備える。複数の半導体レーザー２１ａは、例えばアレイ状に配列されている。複数の半導体レーザー２１ａの各々は、青色光ＢＬを射出する。青色光ＢＬは、所定の振動方向を有する直線偏光である。光源ユニット２１は、複数の青色光ＢＬからなる光束Ｋ１を射出する。半導体レーザー２１ａの光射出側には、光を平行光束に変換するコリメーターレンズ（図示せず）が設けられている。
本実施形態の半導体レーザー２１ａは、特許請求の範囲の発光素子に対応する。

【0031】

光源ユニット２１から射出された光束Ｋ１は、アフォーカル光学系２２に入射する。アフォーカル光学系２２は、入射した光束Ｋ１の光束幅を縮小する縮小系のアフォーカル光学系である。光束幅を縮小する必要がない場合には、アフォーカル光学系２２は設けられていなくてもよい。アフォーカル光学系２２は、例えば凸レンズ２２ａ，凹レンズ２２ｂから構成される。

【0032】

ホモジナイザー光学系２３は、アフォーカル光学系２２から射出された光束Ｋ１の強度分布を、被照明領域である蛍光体層２８上および拡散反射板４６上において均一化する。ホモジナイザー光学系２３は、例えば第１のマルチレンズアレイ２３ａ，第２のマルチレンズアレイ２３ｂから構成される。第１のマルチレンズアレイ２３ａは、等ピッチで配列された複数のレンズ２３ａｍを有する。また、第２のマルチレンズアレイ２３ｂは、第１のマルチレンズアレイのレンズ２３ａｍと同じピッチで配列された複数のレンズ２３ｂｍを有する。

【0033】

第１の位相差板２４は、例えば回転可能とされた１／２波長板で構成される。半導体レーザー２１ａから射出された光は直線偏光であるため、第１の位相差板２４の回転角度を適切に設定することにより、第１の位相差板２４を透過した光を、偏光分離素子２５に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光とすることができる。すなわち、第１の位相差板２４を回転させることにより、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率を変化させることができる。

【0034】

偏光分離素子２５は、光軸ＡＸ０および光軸ＡＸ１に対して４５°の角度をなすように配置されている。偏光分離素子２５は、入射光のうちのＳ偏光成分を反射させ、入射光のうちのＰ偏光成分を透過させる。Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓは、偏光分離素子２５で反射して蛍光体ホイール２９に向かって進む。Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐは、偏光分離素子２５を透過して回転拡散素子３７に向かって進む。
本実施形態のＳ偏光成分は、特許請求の範囲の第１の偏光成分に対応する。

【0035】

偏光分離素子２５から射出されたＳ偏光成分の青色光ＢＬｓは、アナモフィックアフォーカル光学系２６に入射する。本実施形態の場合、アナモフィックアフォーカル光学系２６は、一対のシリンドリカルレンズ２６ａ，２６ｂで構成される。一対のシリンドリカルレンズ２６ａ，２６ｂはそれぞれ、シリンドリカル凸レンズ２６ａと、シリンドリカル凹レンズ２６ｂと、で構成される。なお、一対のシリンドリカルレンズは、２個のシリンドリカル凸レンズで構成されていてもよい。アナモフィックアフォーカル光学系２６は、第１のピックアップ光学系２７に入射する青色光ＢＬｓの光束幅Ｗ１を、偏光分離素子２５を通過した青色光ＢＬｓの光束幅Ｗ０よりも狭くする。本実施形態のアナモフィックアフォーカル光学系２６の特有の作用については後述する。

【0036】

アナモフィックアフォーカル光学系２６から射出された青色光ＢＬｓは、第１のピックアップ光学系２７に入射する。第１のピックアップ光学系２７は、青色光ＢＬｓを蛍光体ホイール２９上の蛍光体層２８に向けて集光させる。第１のピックアップ光学系２７は、例えば第１のピックアップレンズ２７ａ，第２のピックアップレンズ２７ｂから構成される。

【0037】

第１のピックアップ光学系２７から射出された光は、蛍光体ホイール２９に入射する。蛍光体ホイール２９は、蛍光を発する蛍光体層２８と、蛍光体層２８を支持する回転ホイール４３と、蛍光体層２８と回転ホイール４３との間に設けられた蛍光光を反射する反射膜４５と、回転ホイール４３を駆動する駆動モーター４４と、を備える。反射膜４５は、蛍光体層２８の第１のピックアップ光学系２７とは反対側に設けられ、蛍光体層２８から発せられた蛍光を第１のピックアップ光学系２７に向けて反射させる。すなわち、蛍光体ホイール２９は、反射型の回転蛍光板である。回転ホイール４３としては、例えば円板が用いられるが、回転ホイール４３の形状は円形に限定されない。蛍光体ホイール２９を回転軸方向から見たとき、蛍光体層２８は、回転ホイール４３の一面にリング状に設けられている。
本実施形態の反射膜４５は、特許請求の範囲の反射部に対応する。

【0038】

蛍光体層２８は、青色光ＢＬｓを吸収して黄色の蛍光に変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよく、２種以上の材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いてもよい。

【0039】

一方、偏光分離素子２５から射出されたＰ偏光の青色光ＢＬｐは、第２の位相差板３５に入射する。第２の位相差板３５は、例えば１／４波長板で構成される。青色光ＢＬｐは、第２の位相差板３５を透過することにより円偏光に変換される。第２の位相差板３５を透過した青色光ＢＬｐは、第２のピックアップ光学系３６に入射する。第２のピックアップ光学系３６は、入射光を回転拡散素子３７に向けて集光させる。第２のピックアップ光学系３６は、例えば第１のピックアップレンズ３６ａと、第２のピックアップレンズ３６ｂと、から構成される。

【0040】

回転拡散素子３７は、拡散反射板４６と、拡散反射板４６を回転させるための駆動モーター４７と、を備える。拡散反射板４６は、第２のピックアップ光学系３６から射出された円偏光の青色光ＢＬｃを偏光分離素子２５に向けて拡散反射させる。拡散反射板４６は、拡散反射板４６に入射した青色光ＢＬｃをランバート反射させることが好ましい。駆動モーター４７の回転軸は、光軸ＡＸ０と略平行に配置されている。これにより、拡散反射板４６は、拡散反射板４６に入射する光の光軸に交差する面内で回転可能となっている。拡散反射板４６は、回転軸の方向から見て、例えば円形に形成されているが、拡散反射板４６の形状は円板に限定されない。

【0041】

拡散反射板４６によって反射され、第２のピックアップ光学系３６を再度透過した円偏光の青色光ＢＬｐは、第２の位相差板３５を再度透過すると、Ｓ偏光の青色光ＢＬｓとなる。蛍光体層２８から射出された黄色の蛍光ＹＬと、回転拡散素子３７から射出された青色光ＢＬｓとは、偏光分離素子２５によって合成され、白色光ＷＬとなる。白色光ＷＬは、均一照明光学系４０のホモジナイザー光学系３１を構成する第１のマルチレンズアレイ３１ａに入射する。

【0042】

以下、アナモフィックアフォーカル光学系２６の作用について説明する。
以下の説明においては、直交座標系を設定する。一対のシリンドリカルレンズを光が透過する方向、すなわち、光軸ＡＸ１（図２参照）に平行な方向をｘ軸方向とし、光軸ＡＸ１に垂直な面内においてシリンドリカルレンズの母線と平行な方向をｚ軸とする。図２は光源装置２０をｚ軸方向から見た図であり、図３は光源装置２０をｙ軸方向から見た図である。ただし、図３については、実際には光源ユニット２１から偏光分離素子２５に至る光路は紙面に垂直となり、光源ユニット２１から第１の位相差板２４までの構成要素は紙面に垂直な方向に重なった位置関係にあるが、光源ユニット２１から第１の位相差板２４までの構成要素を図示するために、光源ユニット２１から偏光分離素子２５に至る光路を紙面の下側に折り曲げて示している。

【0043】

図５に示すように、本実施形態のアナモフィックアフォーカル光学系２６は、シリンドリカル凸レンズ２６ａと、シリンドリカル凹レンズ２６ｂと、からなる一対のシリンドリカルレンズで構成されている。したがって、アナモフィックアフォーカル光学系２６は、ｙ軸方向に屈折力を持ち、ｚ軸方向には屈折力を持っていない。したがって、図３に示すように、ｘｚ平面と平行な面において、偏光分離素子２５から射出された青色光ＢＬｓは、アナモフィックアフォーカル光学系２６によって屈折されることなく、第１のピックアップ光学系２７に入射し、第１のピックアップ光学系２７によって蛍光体層２８上に集光される。

【0044】

これに対して、図２に示すように、ｘｙ平面と平行な面において、偏光分離素子２５から射出された青色光ＢＬｓは、アナモフィックアフォーカル光学系２６によって屈折される。その結果、アナモフィックアフォーカル光学系２６を透過した後の青色光ＢＬｓの光束幅Ｗ１は、偏光分離素子２５を通過した後の青色光ＢＬｓの光束幅Ｗ０よりも狭くなる。これにより、第１のピックアップ光学系２７のｘｙ平面上での実効的な焦点距離は、アナモフィックアフォーカル光学系を備えていない光源装置における第１のピックアップ光学系の焦点距離に比べて長くなる。以下、アナモフィックアフォーカル光学系を備えていない光源装置を比較例の光源装置と称する。このため、比較例の光源装置における蛍光体層上の青色光の照射領域の形状が仮にｙ方向と平行な辺を持つ正方形であったとすると、本実施形態の光源装置２０における蛍光体層２８上の青色光の照射領域の形状は、正方形が一方向に拡大された長方形となる。

【0045】

比較例の光源装置における励起光照射領域である正方形の一辺の長さに対して、本実施形態の光源装置２０における励起光照射領域である長方形の長辺の長さがＡ（Ａ＞１）倍になったとする。このとき、本実施形態の光源装置２０における励起光照射領域の面積は、比較例の光源装置における励起光照射領域の面積のＡ倍に拡大される。その結果、本実施形態の光源装置２０における励起光の光密度は、比較例の光源装置における励起光の光密度の１／Ａ倍に低下する。これにより、励起光の照射による蛍光体層２８の温度上昇を抑制することができ、励起光の変換効率の低下を抑制することができる。

【0046】

特に本実施形態の場合、アナモフィックアフォーカル光学系２６を構成する一対のシリンドリカルレンズが屈折力を持つ方向が蛍光体ホイール２９の径方向に一致している。そのため、図４に示すように、蛍光体層２８上の励起光の照射領域Ｅは、回転ホイール４３の径方向Ｄに長辺を有する長方形となる。

【0047】

励起光が蛍光体層２８に照射される際には回転ホイール４３が回転しているため、励起光の照射領域Ｅは、蛍光体層２８上を回転ホイール４３の周方向に移動する。したがって、回転ホイール４３の回転中、蛍光体層２８の単位面積に単位時間あたり照射される励起光の光量は、照射領域Ｅの長手方向が径方向Ｄと平行な場合の方が、照射領域Ｅの長手方向が径方向Ｄと垂直な場合よりも小さい。このように、本実施形態の構成によれば、光密度を効率良く下げることができ、蛍光体層２８の温度上昇がさらに抑制される。

【0048】

なお、一対のシリンドリカルレンズが屈折力を持つ方向は、必ずしも回転ホイール４３の径方向に一致していなくてもよい。一対のシリンドリカルレンズは、回転ホイールの径方向と直交する方向と交差する方向に屈折力を有する構成であれば、少なくとも上記の効果を得ることができる。

【0049】

また、励起光の照射領域Ｅは、蛍光が射出する領域であり、蛍光光源とみなすことができる。本実施形態の場合、励起光の照射領域Ｅが長方形であるため、蛍光の射出領域、すなわち蛍光光源の形状も長方形である。蛍光体層２８から射出された蛍光がアナモフィックアフォーカル光学系２６を励起光の通過方向と逆方向に通過するとき、アナモフィックアフォーカル光学系２６は蛍光に対して励起光とは逆の作用を生じる。すなわち、蛍光の光源像は、励起光が拡大された方向と同じ方向に同じ倍率で縮小される。そのため、光源像の形状は、比較例の光源装置の場合と同様の正方形となる。すなわち、蛍光体層２８と共役関係にあるホモジナイザー光学系３１の第２のマルチレンズアレイ３１ｂの各レンズ上には正方形の光源像が形成される。これにより、ホモジナイザー光学系３１から射出された蛍光が偏光変換素子３２の遮光部にけられる割合が減り、蛍光の利用効率の低下を抑制することができる。

【0050】

以上説明したように、本実施形態の光源装置２０では、蛍光体層２８上での励起光の照射領域がアナモフィックアフォーカル光学系２６によって特定の方向に拡大されることにより、励起光の光密度が低下し、変換効率の低下を抑制することができる。また、第２のマルチレンズアレイ３１ｂ上での蛍光の光源像は、励起光が拡大された方向と同じ方向に同じ倍率で、アナモフィックアフォーカル光学系２６によって縮小されるので、蛍光の利用効率の低下を抑制することができる。このようにして、本実施形態の光源装置２０は、励起光の変換効率の低下および蛍光の利用効率の低下をともに抑制することができる。本実施形態のプロジェクター１はこのような光源装置２０を備えたことにより、高効率化を実現することができる。

【0051】

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。
例えば上記実施形態では、アナモフィックアフォーカル光学系は必ずしもシリンドリカルレンズで構成されていなくてもよい。アナモフィックアフォーカル光学系はトーリックレンズで構成されていてもよい。

【0052】

その他、光源装置およびプロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料などについては、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、本発明による光源装置を、液晶ライトバルブを用いたプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。

【0053】

上記実施形態では、本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、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。

【0054】

上記実施形態では、波長変換素子として蛍光体を用いたが、これに限られない。波長変換素子として、例えば量子ロッドを用いてもよい。

【符号の説明】

【0055】

１…プロジェクター、２…照明装置、４Ｒ…赤色光用光変調装置、４Ｇ…緑色光用光変調装置、４Ｂ…青色光用光変調装置、６…投射光学系、２０…光源装置、２１ａ…半導体レーザー（発光素子）、２５…偏光分離素子、２６…アナモフィックアフォーカル光学系、２６ａ…シリンドリカル凸レンズ、２６ｂ…シリンドリカル凹レンズ、２７…第１のピックアップ光学系、２８…蛍光体層（波長変換素子）、４３…回転ホイール、４５…反射膜（反射部）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】