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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022098642
(43)【公開日】2022-07-04
(54)【発明の名称】光源装置、プロジェクタ
(51)【国際特許分類】
G03B 21/14 20060101AFI20220627BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20220627BHJP
F21S 2/00 20160101ALI20220627BHJP
F21V 9/20 20180101ALI20220627BHJP
F21V 9/35 20180101ALI20220627BHJP
F21V 7/28 20180101ALI20220627BHJP
F21V 29/503 20150101ALI20220627BHJP
F21V 29/502 20150101ALI20220627BHJP
F21V 29/70 20150101ALI20220627BHJP
H04N 5/74 20060101ALI20220627BHJP
F21Y 115/30 20160101ALN20220627BHJP
【ＦＩ】
G03B21/14 A
G03B21/00 E
F21S2/00 340
F21V9/20
F21V9/35
F21V7/28 250
F21V29/503
F21V29/502 100
F21V29/70
H04N5/74 Z
F21Y115:30
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020212151
(22)【出願日】2020-12-22
(71)【出願人】
【識別番号】000102212
【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000729
【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】三浦 雄一
【テーマコード（参考）】
2K203
5C058
【Ｆターム（参考）】
2K203FA44
2K203FA45
2K203FA54
2K203FA62
2K203FB03
2K203GA22
2K203GA23
2K203GA25
2K203GA26
2K203GA27
2K203GA33
2K203GA35
2K203GA40
2K203HA03
2K203HA08
2K203HA14
2K203HA16
2K203HA28
2K203HA53
2K203HA67
2K203HA69
2K203HA79
2K203HA92
2K203HB22
2K203HB25
2K203LA02
2K203LA37
2K203MA04
2K203MA05
2K203MA32
5C058BA35
5C058EA12
5C058EA13
5C058EA51
(57)【要約】 （修正有）
【課題】装置全体を大型化することなく、効率と出射する光の均一性が向上された光源装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子１０ａを含み、第一偏光状態の励起光を出射する励起光源１０と、反射光と、蛍光を出射する波長変換部材１３と、励起光及び第一偏光状態の反射光を透過し、第二偏光状態の反射光及び蛍光を反射するか、励起光及び第一偏光状態の反射光を反射し、第一偏光状態とは異なる第二偏光状態の反射光及び蛍光を透過するダイクロイックミラー１４と、ダイクロイックミラー１４から波長変換部材１３に向かう光を、波長変換部材１３の主面上に集光する集光レンズ１５と、ダイクロイックミラー１４から出射された第一偏光状態の反射光を反射させる反射部材１２と、反射部材１２の内側の一部の箇所、又は反射部材１２の外側の箇所に形成され、励起光源から出射された励起光をダイクロイックミラーに向けて通過させる光通過領域１２ｂとを備える。
【選択図】図１
【解決手段】半導体レーザ素子１０ａを含み、第一偏光状態の励起光を出射する励起光源１０と、反射光と、蛍光を出射する波長変換部材１３と、励起光及び第一偏光状態の反射光を透過し、第二偏光状態の反射光及び蛍光を反射するか、励起光及び第一偏光状態の反射光を反射し、第一偏光状態とは異なる第二偏光状態の反射光及び蛍光を透過するダイクロイックミラー１４と、ダイクロイックミラー１４から波長変換部材１３に向かう光を、波長変換部材１３の主面上に集光する集光レンズ１５と、ダイクロイックミラー１４から出射された第一偏光状態の反射光を反射させる反射部材１２と、反射部材１２の内側の一部の箇所、又は反射部材１２の外側の箇所に形成され、励起光源から出射された励起光をダイクロイックミラーに向けて通過させる光通過領域１２ｂとを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体レーザ素子を含み、第一偏光状態の励起光を出射する励起光源と、
前記励起光が入射されると、前記励起光と同じ波長の反射光と、前記励起光とは異なる波長の蛍光を出射する波長変換部材と、
前記励起光源と前記波長変換部材との間の前記励起光の光路上に配置され、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を透過する一方、前記第一偏光状態とは異なる第二偏光状態の前記反射光及び前記蛍光を反射するか、又は、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を反射する一方、前記第一偏光状態とは異なる第二偏光状態の前記反射光及び前記蛍光を透過するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーと前記波長変換部材との間に配置され、前記ダイクロイックミラーから前記波長変換部材に向かう光を、前記波長変換部材の主面上に集光する集光レンズと、
前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上に配置され、前記ダイクロイックミラーから出射された前記第一偏光状態の前記反射光を反射させる反射部材と、
前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上の、前記反射部材の内側の一部の箇所、又は前記反射部材の外側の箇所に形成され、前記励起光源から出射された前記励起光を前記ダイクロイックミラーに向けて通過させる光通過領域とを備えることを特徴とする光源装置。
前記励起光が入射されると、前記励起光と同じ波長の反射光と、前記励起光とは異なる波長の蛍光を出射する波長変換部材と、
前記励起光源と前記波長変換部材との間の前記励起光の光路上に配置され、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を透過する一方、前記第一偏光状態とは異なる第二偏光状態の前記反射光及び前記蛍光を反射するか、又は、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を反射する一方、前記第一偏光状態とは異なる第二偏光状態の前記反射光及び前記蛍光を透過するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーと前記波長変換部材との間に配置され、前記ダイクロイックミラーから前記波長変換部材に向かう光を、前記波長変換部材の主面上に集光する集光レンズと、
前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上に配置され、前記ダイクロイックミラーから出射された前記第一偏光状態の前記反射光を反射させる反射部材と、
前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上の、前記反射部材の内側の一部の箇所、又は前記反射部材の外側の箇所に形成され、前記励起光源から出射された前記励起光を前記ダイクロイックミラーに向けて通過させる光通過領域とを備えることを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記ダイクロイックミラーは、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を反射し、前記蛍光及び前記第二偏光状態の前記反射光を透過することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項3】
前記ダイクロイックミラーは、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を透過し、前記蛍光及び前記第二偏光状態の前記反射光を反射することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項4】
前記反射部材は、主面上に反射面が形成された板状の部材であって、
前記光通過領域は、前記反射部材に設けられた透光窓、又は開口であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の光源装置。
前記光通過領域は、前記反射部材に設けられた透光窓、又は開口であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項5】
前記反射部材を前記反射面に直交する方向から見たときに、前記反射面の面積の合計値に対する前記光通過領域の面積の合計値の比率が２０％～５０％であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項6】
前記反射部材は、複数の要素ミラーからなり、
前記光通過領域は、前記要素ミラーの間隙によって形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の光源装置。
前記光通過領域は、前記要素ミラーの間隙によって形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項7】
前記励起光源と前記集光レンズとの間の前記励起光の光路上に配置された光拡散部材を備えることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項8】
前記光拡散部材は、拡散板、又はマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
【請求項9】
前記反射部材と前記光拡散部材とが一体的に構成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の光源装置。
【請求項10】
前記反射部材の反射面が、入射する前記第一偏光状態の前記反射光の光軸に対して直交するように配置されていることを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項11】
前記励起光源及び前記波長変換部材が載置されるヒートシンクと、
前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上に配置され、前記励起光を前記ダイクロイックミラーに向かうように反射させる折返しミラーとを備えることを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載の光源装置。
前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上に配置され、前記励起光を前記ダイクロイックミラーに向かうように反射させる折返しミラーとを備えることを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項12】
請求項１～１１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射される光が入射される光学系とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
前記光源装置から出射される光が入射される光学系とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、励起光源と波長変換部材とを備える光源装置、及びプロジェクタに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、プロジェクタや照明用の光源としては、励起光を出射する励起光源と、当該励起光の波長が変換されることで蛍光を出射する波長変換部材とを組み合わせて、白色光等のスペクトルがブロードな光を出射するように構成された光源装置が用いられている。
【0003】
そして、このような光源装置の例としては、青色の光を出射する半導体レーザ素子を発光素子とする励起光源と、青色の励起光が入射されることで黄色の蛍光を出射する波長変換部材とを組み合わせて、白色光を出射するように構成された光源装置が知られている（下記特許文献１及び下記特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１２－１３７７４４号公報
【特許文献2】特開２０１６－０９５４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明者は、励起光源と波長変換部材とを備える光源装置のさらなる改良について、鋭意検討を行っていたところ、従来の光源装置には、以下のような課題が存在することを見い出した。以下、図面を参照しながら説明する。
【0006】
図１０は、上記特許文献１に記載されている光源装置１００の構成を模式的に図示した図面である。図１０に示す光源装置１００は、励起光源１０１と、波長変換部材１０２と、拡散反射板１０３と、ダイクロイックミラー１０４と、集光レンズ（１０５ａ，１０５ｂ）と、波長板（１０６ａ，１０６ｂ）とを備える。
【0007】
以下の説明においては、図１０に示すように、励起光源１０１が出射する光Ｌ１１の光軸方向をＹ方向、集光レンズ１０５ａの光軸１０５ｃの方向をＺ方向とし、Ｙ方向及びＺ方向に直交する方向をＸ方向とする。
【0008】
また、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｚ方向」、「－Ｚ方向」のように、正負の符号を付して記載され、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｚ方向」と記載される。
【0009】
光源装置１００の励起光源１０１は、アレイ状に配置された複数の半導体レーザ素子１０１ａと、各半導体レーザ素子１０１ａに対応して配置された複数のコリメートレンズ１０１ｂとを備えている。励起光源１０１は、半導体レーザ素子１０１ａから出射されて、コリメートレンズ１０１ｂによってコリメートされた光Ｌ１１を励起光として出射する。なお、この例では、光源装置１００の励起光源１０１から出射される光Ｌ１１は、Ｓ偏光状態の青色の光である。
【0010】
光源装置１００のダイクロイックミラー１０４は、ガラス板の主面上に図示されない多層膜が形成されており、Ｓ偏光状態の青色の光を反射し、Ｐ偏光状態の青色の光、及び黄色の光を透過する透過・反射面１０４ａが形成されている。
【0011】
励起光源１０１から出射された光Ｌ１１は、波長板１０６ａに入射し、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とを含む光Ｌ１２に変換されて、波長板１０６ａから出射される。波長板１０６ａから出射された光Ｌ１２は、ダイクロイックミラー１０４に入射すると、光Ｌ１２に含まれるＰ偏光成分が、ダイクロイックミラー１０４を透過し、Ｐ偏光状態の光Ｌ１３として＋Ｙ方向に進行する。光Ｌ１２に含まれるＳ偏光成分は、ダイクロイックミラー１０４によって反射されて、Ｓ偏光状態の光Ｌ１４として－Ｚ方向に進行する。
【0012】
Ｐ偏光状態の光Ｌ１３は、波長板１０６ｂに入射すると、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とを含む光Ｌ１５に変換されて、波長板１０６ｂから出射される。波長板１０６ｂから出射された光Ｌ１５は、集光レンズ１０５ｂに入射し、拡散反射板１０３の反射面１０３ａに集光されて、拡散反射板１０３の反射面１０３ａによって拡散反射される。
【0013】
拡散反射板１０３の反射面１０３ａで拡散反射された光Ｌ１５は、集光レンズ１０５ｂに再び入射する。集光レンズ１０５ｂに再び入射した光Ｌ１５は、発散角を縮小するように屈折されて、集光レンズから１０５ｂから－Ｙ方向に向かって出射される。集光レンズ１０５ｂから出射された光Ｌ１５は、再び波長板１０６ｂに入射して、Ｓ偏光状態の光Ｌ１７に変換されて、波長板１０６ｂからダイクロイックミラー１０４に向かって出射される。
【0014】
波長板１０６ｂから出射されたＳ偏光状態の青色の光Ｌ１７は、ダイクロイックミラー１０４によって反射されて、＋Ｚ方向に進行する。
【0015】
一方、波長板１０６ａから出射された後、ダイクロイックミラー１０４によって反射されて－Ｚ方向に進行する光Ｌ１４は、集光レンズ１０５ａに入射する。集光レンズ１０５ａに入射した光Ｌ１４は、波長変換部材１０２の主面１０２ａ上に集光されるように屈折されて集光レンズ１０５ａから出射される。
【0016】
集光レンズ１０５ａから出射されて、波長変換部材１０２の主面１０２ａに入射した光Ｌ１４は、波長が変換されて、黄色の蛍光である光Ｌ１６として波長変換部材１０２から＋Ｚ側に出射される。波長変換部材１０２から出射された光Ｌ１６は、集光レンズ１０５ａに入射し、発散角を縮小するように屈折されて、集光レンズ１０５ａから＋Ｚ方向に出射される。
【0017】
集光レンズ１０５ａから出射された黄色の光Ｌ１６は、ダイクロイックミラー１０４に入射し、そのままダイクロイックミラー１０４を透過して、光Ｌ１７と同じく＋Ｚ方向に出射される。
【0018】
以上により、光源装置１００は、黄色の光Ｌ１６及び青色の光Ｌ１７からなる白色光を出射する。しかしながら、上記構成の光源装置１は、励起光源１０１と波長変換部材１０２とは別に、拡散反射板１０３が必要となり、さらには、集光レンズ（１０５ａ，１０５ｂ）と波長板（１０６ａ，１０６ｂ）をそれぞれ二つは設けなければならず、装置全体が大型化してしまうという問題があった。
【0019】
そこで、上記特許文献２に記載されているような、拡散反射板や波長板を備えず、集光レンズが一つで構成された光源装置の構成が提案されている。
【0020】
図１１は、上記特許文献２に記載されている光源装置１１０の構成を模式的に図示した図面であって、図１２は、図１１の光源装置１１０に搭載されるダイクロイックミラー１１４を、透過・反射面１１４ａに向かって見たときの平面図である。図１１に示す光源装置１１０は、励起光源１０１と、波長変換部材１０２と、ダイクロイックミラー１１４と、集光レンズ１０５とを備える。なお、光源装置１１０の励起光源１０１は、光源装置１００が備える励起光源１０１と同じ構成であって、励起光源１０１が出射する光Ｌ２１は、Ｓ偏光状態の青色の光である。
【0021】
ダイクロイックミラー１１４は、図１１及び図１２に示すように、多層膜による透過・反射面１１４ａが縞状に形成されている。そして、励起光源１０１は、光Ｌ２１がダイクロイックミラー１１４の透過・反射面１１４ａに入射するように、光源位置と光Ｌ２１の出射方向とが調整されている。
【0022】
励起光源１０１から出射された光Ｌ２１は、ダイクロイックミラー１１４の透過・反射面１１４ａによって反射されて、－Ｚ方向に進行する。－Ｚ方向に進行する光Ｌ２１は、集光レンズ１０５に入射して、波長変換部材１０２の主面１０２ａ上に集光されるように屈折されて、集光レンズ１０５から出射される。
【0023】
集光レンズ１０５から出射されて波長変換部材１０２の主面１０２ａに入射した光Ｌ２１は、波長変換部材１０２の主面１０２ａ、又は波長変換部材１０２の内部で反射されて、一部がＳ偏光状態の光Ｌ２２として、他の一部がＰ偏光状態の光Ｌ２３として＋Ｚ側に出射される。さらに、光Ｌ２１の他の一部は、波長変換部材１０２に含まれる蛍光体に入射し、波長変換されて、黄色の蛍光である光Ｌ２４として＋Ｚ側に出射される。なお、波長変換部材から出射される光には、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とを含む青色の光も出射されるが、説明の便宜のために、本明細書では、Ｓ偏光状態の光Ｌ２２とＰ偏光状態の光Ｌ２３とで光の進行については説明する。また、波長変換部材から各光が出射される原理については、「発明を実施するための形態」の説明において、図３を参照しながら詳述される。
【0024】
波長変換部材１０２から＋Ｚ側に出射された光（Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４）は、集光レンズ１０５に入射して、発散角が縮小されるように屈折されて、集光レンズ１０５から＋Ｚ方向に出射される。そして、集光レンズ１０５から出射されてダイクロイックミラー１１４に入射したＰ偏光状態の青色の光Ｌ２３と黄色の光Ｌ２４は、ダイクロイックミラー１１４を透過して＋Ｚ方向に出射される。
【0025】
集光レンズ１０５から出射された青色のＳ偏光状態の光Ｌ２２のうちの、ダイクロイックミラー１１４の透過・反射面１１４ａに入射した光Ｌ２２は、－Ｙ方向に反射される。一方、ダイクロイックミラー１１４の透過・反射面１１４ａとは異なる位置に入射した光Ｌ２２は、光Ｌ２３及び光Ｌ２４と同じく、＋Ｚ方向に出射される。
【0026】
以上により、光源装置１１０は、青色の光Ｌ２３、黄色の光Ｌ２４、及びダイクロイックミラー１１４の透過・反射面１１４ａとは異なる位置に入射した青色の光Ｌ２２からなる白色光を出射する。
【0027】
【0028】
ところが、上述したように、ダイクロイックミラー１１４の透過・反射面１１４ａが形成されていないところに入射した光Ｌ２２は、ダイクロイックミラー１１４を透過し、透過・反射面１１４ａが形成されているところに入射した光Ｌ２２は、透過・反射面１１４ａによって反射される。このため、光源装置１から出射される光は、光Ｌ２３と光Ｌ２４に対して、光Ｌ２２がさらに含まれる領域と、光Ｌ２２が含まれない領域が発生し、縞状の色ムラが発生してしまっていた。
【0029】
上述のようにして発生する色ムラは、光源装置１１０の用途によっては許容できる場合がある。しかしながら、プロジェクタ等の画像を投影する装置においては、僅かな色ムラに起因して、表示する画像に人が視認できる程の色ムラが生じてしまう可能性があり、上述したような色ムラが発生しない光源装置が求められていた。
【0030】
なお、インテグレータ光学系等の、光の均一性を向上させる部材を搭載することも考えられるが、新たな光学系を追加すると、光源装置全体が大型化してしまう。
【0031】
本発明は、上記課題に鑑み、装置全体を大型化することなく、効率と出射する光の均一性が向上された光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0032】
本発明の光源装置は、
半導体レーザ素子を含み、第一偏光状態の励起光を出射する励起光源と、
前記励起光が入射されると、前記励起光と同じ波長の反射光と、前記励起光とは異なる波長の蛍光を出射する波長変換部材と、
前記励起光源と前記波長変換部材との間の前記励起光の光路上に配置され、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を透過する一方、前記第一偏光状態とは異なる第二偏光状態の前記反射光及び前記蛍光を反射するか、又は、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を反射する一方、前記第一偏光状態とは異なる第二偏光状態の前記反射光及び前記蛍光を透過するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーと前記波長変換部材との間に配置され、前記ダイクロイックミラーから前記波長変換部材に向かう光を、前記波長変換部材の主面上に集光する集光レンズと、
前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上に配置され、前記ダイクロイックミラーから出射された前記第一偏光状態の前記反射光を反射させる反射部材と、
前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上の、前記反射部材の内側の一部の箇所、又は前記反射部材の外側の箇所に形成され、前記励起光源から出射された前記励起光を前記ダイクロイックミラーに向けて通過させる光通過領域とを備える。
半導体レーザ素子を含み、第一偏光状態の励起光を出射する励起光源と、
前記励起光が入射されると、前記励起光と同じ波長の反射光と、前記励起光とは異なる波長の蛍光を出射する波長変換部材と、
前記励起光源と前記波長変換部材との間の前記励起光の光路上に配置され、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を透過する一方、前記第一偏光状態とは異なる第二偏光状態の前記反射光及び前記蛍光を反射するか、又は、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を反射する一方、前記第一偏光状態とは異なる第二偏光状態の前記反射光及び前記蛍光を透過するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーと前記波長変換部材との間に配置され、前記ダイクロイックミラーから前記波長変換部材に向かう光を、前記波長変換部材の主面上に集光する集光レンズと、
前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上に配置され、前記ダイクロイックミラーから出射された前記第一偏光状態の前記反射光を反射させる反射部材と、
前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上の、前記反射部材の内側の一部の箇所、又は前記反射部材の外側の箇所に形成され、前記励起光源から出射された前記励起光を前記ダイクロイックミラーに向けて通過させる光通過領域とを備える。
【0033】
上記構成によれば、波長変換部材から出射された光は、ダイクロイックミラーによって、部分的に透過、又は反射されることがない。このため、光源装置の外側に向かって出射される光は、部分的に第一偏光状態と第二偏光状態の反射光が混在することや、部分的に反射光や蛍光が弱まることが無く、光路に応じて生じるような色ムラが発生しない。
【0034】
また、上記構成の光源装置は、励起光を分離して、波長変換部材に入射させる経路と、偏光状態を変換する経路とをそれぞれ別に構成することを要しない。
【0035】
さらに、ダイクロイックミラーによって蛍光や第二偏光状態の反射光と分離された第一偏光状態の反射光は、反射部材によって反射されて、再び波長変換部材に入射されることになる。すなわち、第一偏光状態の反射光は、一部を励起光として再利用することができる。
【0036】
上記光源装置において、
前記ダイクロイックミラーは、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を反射し、前記蛍光及び前記第二偏光状態の前記反射光を透過するものであっても構わない。
前記ダイクロイックミラーは、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を反射し、前記蛍光及び前記第二偏光状態の前記反射光を透過するものであっても構わない。
【0037】
また、上記光源装置において、
前記ダイクロイックミラーは、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を透過し、前記蛍光及び前記第二偏光状態の前記反射光を反射するものであっても構わない。
前記ダイクロイックミラーは、前記励起光及び前記第一偏光状態の前記反射光を透過し、前記蛍光及び前記第二偏光状態の前記反射光を反射するものであっても構わない。
【0038】
また、上記光源装置において、
前記反射部材は、主面上に反射面が形成された板状の部材であって、
前記光通過領域は、前記反射部材に設けられた透光窓、又は開口であっても構わない。
前記反射部材は、主面上に反射面が形成された板状の部材であって、
前記光通過領域は、前記反射部材に設けられた透光窓、又は開口であっても構わない。
【0039】
さらに、上記光源装置は、
前記反射部材を前記反射面に直交する方向から見たときに、前記反射面の面積の合計値に対する前記光通過領域の面積の合計値の比率が２０％～５０％であることが好ましい。
前記反射部材を前記反射面に直交する方向から見たときに、前記反射面の面積の合計値に対する前記光通過領域の面積の合計値の比率が２０％～５０％であることが好ましい。
【0040】
反射部材を反射面に直交する方向から見たときに、反射領域に対して光通過領域が小さすぎると、光通過領域を通過できる励起光の量が非常に少なくなってしまい、波長変換部材に到達できる光量が低下してしまう。また、反射面の面積に対して光通過領域の面積が大きすぎると、ダイクロイックミラーから出射される第一反射光を反射できる量が少なくなり、光の利用効率が低くなってしまう。したがって、反射部材を反射面に直交する方向から見たときに、反射面の面積の合計値に対する光通過領域の面積の合計値の比率が、上記の範囲内となっていることが好ましい。
【0041】
また、上記光源装置において、
前記反射部材は、複数の要素ミラーからなり、
前記光通過領域は、前記要素ミラーの間隙によって形成されていても構わない。
前記反射部材は、複数の要素ミラーからなり、
前記光通過領域は、前記要素ミラーの間隙によって形成されていても構わない。
【0042】
上記光源装置は、
前記励起光源と前記集光レンズとの間の前記励起光の光路上に配置された光拡散部材を備えていても構わない。
前記励起光源と前記集光レンズとの間の前記励起光の光路上に配置された光拡散部材を備えていても構わない。
【0043】
波長変換部材は、励起光が波長変換部材の主面に対して局所的に入射されると、励起光が入射された部分で集中的に熱が発生して温度が急激に上昇してしまい、蛍光体の変換効率の低下や波長変換部材の破損を生じさせてしまう。
【0044】
そこで、上記構成とすることで、励起光が拡散されて、励起光が波長変換部材の主面に対して局所的に入射されることを緩和することができ、蛍光体の変換効率の低下や波長変換部材の破損を抑制することができる。
【0045】
なお、光拡散部材は、入射した光を拡散させるように出射する機能を有するが、出射する光の発散角が大きすぎると、励起光が反射部材の光通過領域を通過できなくなる場合や、励起光の一部がダイクロイックミラーに入射されなくなる場合がある。このため、光拡散部材は、出射する光の発散角が０．５°～１０°となるように構成されていることが好ましく、１°～５°となるように構成されていることがより好ましい。ここで、発散角とは、光強度が最大となるエミッタの中心から光軸と平行に出射される主光線の１／ｅ2の光強度で進行する光線と、主光線とがなす角の２倍の角を指す。
【0046】
また、光拡散部材から出射される光の発散角が、上述の範囲内の場合であっても、光拡散部材と反射部材と光通過領域との距離が離れすぎていると、励起光が拡がりすぎて、励起光の一部が反射部材に当たってしまう。そこで、出射される光の発散角が上述の範囲内となるように光拡散部材が構成され、かつ、光拡散部材と反射部材との離間距離は、１０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがより好ましい。
【0047】
上記光源装置において、
前記光拡散部材は、拡散板、又はマイクロレンズアレイであっても構わない。
前記光拡散部材は、拡散板、又はマイクロレンズアレイであっても構わない。
【0048】
また、上記光源装置は、
前記反射部材と前記光拡散部材とが一体的に構成されていても構わない。
前記反射部材と前記光拡散部材とが一体的に構成されていても構わない。
【0049】
反射部材と光拡散部材とが一体的に構成されているとは、例えば、反射部材と、拡散板やマイクロレンズアレイ等とを貼り合わせた構成や、拡散板やマイクロレンズアレイの表面上に直接反射膜が形成されている構成等である。
【0050】
上記光源装置は、
前記反射部材の反射面が、入射する前記第一偏光状態の前記反射光の光軸に対して直交するように配置されていても構わない。
前記反射部材の反射面が、入射する前記第一偏光状態の前記反射光の光軸に対して直交するように配置されていても構わない。
【0051】
上記構成とすることで、ダイクロイックミラーから反射部材に向かって進行して反射部材に入射した光が、より確実にダイクロイックミラーに向かうように反射される。
【0052】
なお、ダイクロイックミラーと反射部材との距離が離れすぎると、集光レンズの光軸と非平行な光が、反射部材に反射された後、ダイクロイックミラーとは異なる方向に進行してしまい、損失となってしまう。このため、ダイクロイックミラーと反射部材との間の、第一偏光状態の反射光における光軸上の離間距離は、２００ｍｍ以内であることが好ましく、１５０ｍｍ以内であることがより好ましい。
【0053】
上記光源装置は、
前記励起光源及び前記波長変換部材が載置されるヒートシンクと、
前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上に配置され、前記励起光を前記ダイクロイックミラーに向かうように反射させる折返しミラーとを備えていても構わない。
前記励起光源及び前記波長変換部材が載置されるヒートシンクと、
前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上に配置され、前記励起光を前記ダイクロイックミラーに向かうように反射させる折返しミラーとを備えていても構わない。
【0054】
励起光源や波長変換部材は、多くの場合、動作時の発熱による温度上昇を抑制するために、ヒートシンクによる排熱機構が設けられる。ところが、励起光源と波長変換部材とを備える光源装置において、励起光源と波長変換部材それぞれに、個別にヒートシンクを設けると、ヒートシンクの配置領域の確保と、それぞれの排熱経路の確保等が必要となり装置全体が大型化してしまう。
【0055】
そこで、上記構成とすることで、励起光源と波長変換部材それぞれ個別のヒートシンクを設けて構成する必要がなくなり、排熱経路も共通化することができる。したがって、それぞれ個別のヒートシンクを備える光源装置に比べて、より小型の光源装置を構成することができる。
【0056】
ただし、励起光源と波長変換部材とが、同一面上に載置されて、光出射面が同じ方向に向くように構成される場合、励起光源から出射される励起光は、ダイクロイックミラーによる反射を含めて、少なくとも二回は反射されなければ、波長変換部材には入射されない。したがって、上記構成とすることで、折返しミラーとダイクロイックミラーによって励起光が二回反射されることになるため、励起光源から出射された励起光を、波長変換部材の主面へと導くことができる。
【0057】
なお、半導体レーザ素子や波長変換部材は、ヒートシンクに直接接触するように載置されていてもよく、グリス等を介して載置されていても構わない。
【0058】
上記光源装置は、
前記ダイクロイックミラーによって反射される光がＳ偏光であっても構わない。
前記ダイクロイックミラーによって反射される光がＳ偏光であっても構わない。
【0059】
一般的に物質表面における反射率は、Ｐ偏光状態の光よりもＳ偏光状態の光の方が高く、特に、入射角が３０°～８０°の範囲においては、Ｐ偏光状態の光に対する反射率とＳ偏光状態の光に対する反射率との差が大きくなる。そこで、上記構成とすることで、ダイクロイックミラーによって反射される光がＳ偏光状態の光となるため、ダイクロイックミラーによって反射される光がＰ偏光状態の光の場合よりもより多くの光が反射されることとなり、光の利用効率がより高い光源装置を構成することができる。
【0060】
本発明のプロジェクタは、
上記光源装置と、
前記光源装置から出射される光が入射される光学系とを備えることを特徴とする。
上記光源装置と、
前記光源装置から出射される光が入射される光学系とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0061】
本発明によれば、装置全体を大型化することなく、効率と出射する光の均一性が向上された光源装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0062】
【図1】光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【図2A】反射部材を反射面に向かって見たときの平面図である。
【図2B】反射部材を反射面に向かって見たときの平面図である。
【図3】波長変換部材の一構成例を模式的に示す断面図である。
【図4】光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【図5A】一体的に構成された拡散板と反射部材の一例を模式的に示す拡大図面である。
【図5B】一体的に構成された拡散板と反射部材の一例を模式的に示す拡大図面である。
【図6】プロジェクタの構成の一例を模式的に示す図面である。
【図7】光源装置の別実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【図8】光源装置の別実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【図9】光源装置の別実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【図10】上記特許文献１に記載されている光源装置の構成を模式的に図示した図面である。
【図11】上記特許文献２に記載されている光源装置の構成を模式的に図示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【0063】
以下、本発明の光源装置及びプロジェクタについて、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、図面上の個数は、実際の個数と必ずしも一致していない。
【0064】
［第一実施形態］
図１は、光源装置１の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。図１に示すように、光源装置１は、励起光源１０と、拡散板１１と、反射部材１２と、波長変換部材１３と、ダイクロイックミラー１４と、集光レンズ１５とを備える。
図１は、光源装置１の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。図１に示すように、光源装置１は、励起光源１０と、拡散板１１と、反射部材１２と、波長変換部材１３と、ダイクロイックミラー１４と、集光レンズ１５とを備える。
【0065】
以下の説明においては、図１に示すように、励起光源１０から出射されてダイクロイックミラー１４に到達するまでの励起光Ｌ１の光軸方向をＹ方向、集光レンズ１５の光軸１５ａの方向をＺ方向とし、Ｙ方向及びＺ方向に直交する方向をＸ方向とする。
【0066】
また、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｚ方向」、「－Ｚ方向」のように、正負の符号を付して記載され、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｚ方向」と記載される。
【0067】
［構造］
はじめに、光源装置１の構造について説明をした後、各光の進行態様に関する説明を行う。
はじめに、光源装置１の構造について説明をした後、各光の進行態様に関する説明を行う。
【0068】
（励起光源１０）
励起光源１０は、図１に示すように、アレイ状に配列された複数の半導体レーザ素子１０ａと、それぞれの半導体レーザ素子１０ａに対応するように配置された複数のコリメートレンズ１０ｂとを有する。なお、半導体レーザ素子１０ａとコリメートレンズ１０ｂは、Ｘ方向にも配列されているが、図面の都合上、隠れていて見えない。また、半導体レーザ素子１０ａとコリメートレンズ１０ｂは、それぞれ一つずつであっても構わない。
励起光源１０は、図１に示すように、アレイ状に配列された複数の半導体レーザ素子１０ａと、それぞれの半導体レーザ素子１０ａに対応するように配置された複数のコリメートレンズ１０ｂとを有する。なお、半導体レーザ素子１０ａとコリメートレンズ１０ｂは、Ｘ方向にも配列されているが、図面の都合上、隠れていて見えない。また、半導体レーザ素子１０ａとコリメートレンズ１０ｂは、それぞれ一つずつであっても構わない。
【0069】
第一実施形態の光源装置１が備える励起光源１０は、青色の光を出射する半導体レーザ素子１０ａが、Ｓ偏光状態（第一実施形態における第一偏光状態）となるように配置されている。青色以外の光を出射する半導体レーザ素子１０ａが搭載されていても構わない。また、半導体レーザ素子１０ａは、偏光状態がＰ偏光（第一実施形態における第二偏光状態）となるように配置されていても構わない。
【0070】
さらに、図１では、半導体レーザ素子１０ａとコリメートレンズ１０ｂとが、そのまま配列されて図示されているが、励起光源１０は、半導体レーザ素子１０ａとコリメートレンズ１０ｂとがパッケージングされた、例えば、ＣＡＮタイプの光源部材を配置して構成されていても構わない。さらに、励起光源１０は、複数の半導体レーザ素子１０ａと、複数のコリメートレンズ１０ｂが結合して構成されたレンズアレイとを備える、マルチダイパッケージタイプ（「ＭＤＰ」とも称される。）の光源部材で構成されていても構わない。
【0071】
（拡散板１１）
拡散板１１は、励起光源１０から出射された励起光Ｌ１が入射するように、励起光源１０と波長変換部材１３との間の励起光Ｌ１の光路上に配置されている。より詳細には、図１の例では、この拡散板１１は励起光源１０とダイクロイックミラー１４の間に配置されている。
拡散板１１は、励起光源１０から出射された励起光Ｌ１が入射するように、励起光源１０と波長変換部材１３との間の励起光Ｌ１の光路上に配置されている。より詳細には、図１の例では、この拡散板１１は励起光源１０とダイクロイックミラー１４の間に配置されている。
【0072】
第一実施形態の光源装置１が備える拡散板１１は、入射面（ここではＸＺ平面）に対してＹ方向に進行する光が入射されると、出射面から１°～２°程度の発散角を有してＹ方向に進行する光に変換する光拡散部材である。拡散板１１は、例えば、ガラス板の一主面に対してフロスト処理を施されて、凹凸形状が形成されることで作製される。
【0073】
なお、拡散板１１は、出射する光の発散角が０．５°～１０°となるように構成されていることが好ましく、１°～５°となるように構成されていることがより好ましい。図１においては、説明の便宜のために、拡散板１１から出射された励起光Ｌ１も平行光として図示されている。
【0074】
第一実施形態では、光拡散部材として拡散板１１を備えているが、光拡散部材は、例えば、微小なレンズが多数配列されたマイクロレンズアレイであっても構わない。また、後述される波長変換部材１３において、温度上昇による変換効率の低下が問題にならない程度であれば、拡散板１１等の光拡散部材が備えられていなくても構わない。
【0075】
（反射部材１２）
図２Ａは、図１の反射部材１２を反射面１２ａに向かって見たときの図面である。図１に示すように、反射部材１２は、ガラス基板１２ｃの＋Ｙ側の主面の一部に、金属膜による反射面１２ａが形成されており、図１及び図２Ａに示すように、金属膜が形成されていない部分が光通過領域としての透光窓１２ｂを構成している。なお、反射面１２ａは、金属膜以外に、例えば、誘電体多層膜等によって形成されていても構わない。
図２Ａは、図１の反射部材１２を反射面１２ａに向かって見たときの図面である。図１に示すように、反射部材１２は、ガラス基板１２ｃの＋Ｙ側の主面の一部に、金属膜による反射面１２ａが形成されており、図１及び図２Ａに示すように、金属膜が形成されていない部分が光通過領域としての透光窓１２ｂを構成している。なお、反射面１２ａは、金属膜以外に、例えば、誘電体多層膜等によって形成されていても構わない。
【0076】
後述されるが、波長変換部材１３から出射された光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）のうちのＳ偏光状態の反射光Ｌ２は、ダイクロイックミラー１４によって進行方向が変換されて反射部材１２に向かって進行する。反射部材１２に設けられている反射面１２ａは、このＳ偏光状態の反射光Ｌ２を再びダイクロイックミラー１４に向かって反射させる目的で設けられている。他方、透光窓１２ｂは、励起光源１０から出射された励起光Ｌ１を、そのまま透過させてダイクロイックミラー１４に導くために設けられている。
【0077】
透光窓１２ｂは、ガラス基板１２ｃの各主面の反射面１２ａが構成されていない領域に対して、例えば、フッ化マグネシウムによる無反射コーティングが施されて構成される。なお、反射部材１２は、励起光Ｌ１を後段の光学系に向かうように通過させる構成であれば、透光窓１２ｂの代わりに、開口が形成されていてもよい。
【0078】
図２Ｂは、図２Ａとは異なる構成の反射部材１２を反射面１２ａに向かって見たときの平面図である。第一実施形態における反射部材１２は、図２Ａに示すように、Ｘ方向に並んで進行してくる励起光Ｌ１が、同じ一つの透光窓１２ｂを通過するように構成されているが、透光窓１２ｂや開口の形状は任意であって、図２Ｂに示すように、それぞれの励起光Ｌ１に対して透光窓１２ｂや開口が形成されていても構わない。
【0079】
（波長変換部材１３）
波長変換部材１３は、励起光Ｌ１が入射されると、その一部を励起光Ｌ１とは異なる波長の蛍光Ｌ４に変換する。図３は、波長変換部材１３の一構成例を模式的に示す断面図である。図３に示すように、波長変換部材１３は、粒状の蛍光体１３ｃが、バインダ１３ｂによって固着され、板状に成形されて焼結された部材であって、当該部材が基板１３ｄ上に載置されている。主面１３ａは、平坦な面として説明するが、完全な平坦面でなくてもよく、凹凸形状が残っている粗面であってもよい。
波長変換部材１３は、励起光Ｌ１が入射されると、その一部を励起光Ｌ１とは異なる波長の蛍光Ｌ４に変換する。図３は、波長変換部材１３の一構成例を模式的に示す断面図である。図３に示すように、波長変換部材１３は、粒状の蛍光体１３ｃが、バインダ１３ｂによって固着され、板状に成形されて焼結された部材であって、当該部材が基板１３ｄ上に載置されている。主面１３ａは、平坦な面として説明するが、完全な平坦面でなくてもよく、凹凸形状が残っている粗面であってもよい。
【0080】
後述するように、励起光Ｌ１は、ダイクロイックミラー１４によって集光レンズ１５に向かう方向に進行方向が変換された後、集光レンズ１５を介して波長変換部材１３に導かれる。波長変換部材１３の主面１３ａに入射した励起光Ｌ１は、一部が主面１３ａで反射され、他の一部が蛍光体１３ｃ内、又はバインダ１３ｂ内に入射する。第一実施形態において、蛍光体１３ｃは、青色の励起光Ｌ１を取り込んで、黄色の蛍光Ｌ４を出射する材料で構成されている。
【0081】
（ダイクロイックミラー１４）
本実施形態において、ダイクロイックミラー１４は、励起光源１０から出射された励起光Ｌ１を反射して、集光レンズ１５に向かって進行方向を変換するミラー素子である。さらに、後述されるように、ダイクロイックミラー１４は、励起光Ｌ１に加えて、波長変換部材１３から出射されたＳ偏光状態の反射光Ｌ２を反射する一方、波長変換部材１３から出射されたＰ偏光状態の反射光Ｌ３と蛍光Ｌ４とを透過する機能を奏する。ダイクロイックミラー１４は、例えば、表面に誘電体多層膜が形成されてなる板状の光学素子で構成される。
本実施形態において、ダイクロイックミラー１４は、励起光源１０から出射された励起光Ｌ１を反射して、集光レンズ１５に向かって進行方向を変換するミラー素子である。さらに、後述されるように、ダイクロイックミラー１４は、励起光Ｌ１に加えて、波長変換部材１３から出射されたＳ偏光状態の反射光Ｌ２を反射する一方、波長変換部材１３から出射されたＰ偏光状態の反射光Ｌ３と蛍光Ｌ４とを透過する機能を奏する。ダイクロイックミラー１４は、例えば、表面に誘電体多層膜が形成されてなる板状の光学素子で構成される。
【0082】
（集光レンズ１５）
集光レンズ１５は、図１に示すように、ダイクロイックミラー１４から出射された励起光Ｌ１を、波長変換部材１３の主面に向かって集光すると共に、波長変換部材１３から出射された光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）の発散角を縮小する。詳細は後述される。
集光レンズ１５は、図１に示すように、ダイクロイックミラー１４から出射された励起光Ｌ１を、波長変換部材１３の主面に向かって集光すると共に、波長変換部材１３から出射された光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）の発散角を縮小する。詳細は後述される。
【0083】
［各光の進行について］
次に、励起光源１０から出射された励起光Ｌ１、及びこの励起光Ｌ１が波長変換部材１３に入射されることで得られた光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）のそれぞれの進行態様について詳細に説明する。
次に、励起光源１０から出射された励起光Ｌ１、及びこの励起光Ｌ１が波長変換部材１３に入射されることで得られた光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）のそれぞれの進行態様について詳細に説明する。
【0084】
励起光源１０から出射された励起光Ｌ１は、拡散板１１、及び反射部材１２に設けられた透光窓１２ｂを通過した後、ダイクロイックミラー１４に入射される。ダイクロイックミラー１４は、励起光源１０から出射された励起光Ｌ１を反射するように構成されているため、励起光Ｌ１は、ダイクロイックミラー１４で反射された後、集光レンズ１５に向かって進行する。
【0085】
集光レンズ１５を通過した励起光Ｌ１は、波長変換部材１３の主面１３ａに向かって集光された状態で進行し、波長変換部材１３内に入射される。
【0086】
図３に示すように、波長変換部材１３に入射された励起光Ｌ１の一部は、蛍光体１３ｃに取り込まれて励起光Ｌ１とは異なる波長の蛍光Ｌ４に変換され、蛍光体１３ｃから波長変換部材１３の外側、又はバインダ１３ｂ内に出射される。また、図３に示すように、波長変換部材１３に入射された励起光Ｌ１の別の一部は、バインダ１３ｂ内に入射され、蛍光体１３ｃの表面や、バインダ１３ｂ内に存在する気孔との界面で反射を繰り返し、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とを含む反射光となる。なお、バインダ１３ｂ内で反射を繰り返す反射光は、Ｓ偏光状態とＰ偏光状態の光のみならず、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とを有する様々な偏光状態の光を含む。しかし、説明の便宜のために、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とを有する光については、仮想的にＳ偏光成分とＰ偏光成分のそれぞれに分離し、バインダ１３ｂ内で反射を繰り返す光は、Ｓ偏光状態の反射光Ｌ２と、Ｐ偏光状態の反射光Ｌ３の二種類で構成されている光として説明される。
【0087】
これらの光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）は、直接、又は蛍光体１３ｃとバインダ１３ｂとの境界で反射したり、蛍光体１３ｃに取り込まれて新たな蛍光Ｌ４として出射されたりを繰り返してバインダ１３ｂ内を進行しながら主面１３ａに到達する。そして、主面１３ａに到達した光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）は、図１に示すように、主面１３ａから波長変換部材１３の外側へと出射され、集光レンズ１５に向かって進行する。
【0088】
集光レンズ１５は、波長変換部材１３から出射されて拡散するように進行する光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）が入射されると、光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）を集光レンズ１５の光軸１５ａに対して傾きが小さくなるように屈折して、ダイクロイックミラー１４に向かって出射する。図１では、集光レンズ１５によって、光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）が平行光に変換されるように図示されているが、光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）は、必ずしも平行光に変換されなくても構わない。
【0089】
上述したように、ダイクロイックミラー１４は、励起光源１０から出射された励起光Ｌ１と、波長変換部材１３から出射されたＳ偏光状態の反射光Ｌ２とを反射し、波長変換部材１３から出射されたＰ偏光状態の反射光Ｌ３と蛍光Ｌ４とを透過するように誘電体多層膜が形成されたミラーである。つまり、光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）は、ダイクロイックミラー１４によってＳ偏光状態の反射光Ｌ２と、Ｐ偏光状態の反射光Ｌ３及び蛍光Ｌ４とに分離される。
【0090】
ダイクロイックミラー１４によって分離されて、＋Ｚ方向に進行する、すなわち、ダイクロイックミラー１４を透過して進行する、Ｐ偏光状態の反射光Ｌ３と黄色の蛍光Ｌ４は、そのまま光源装置１の外側へと出射され、白色光として後段の光学系（不図示）に入射される。この白色光は、例えばプロジェクタ用の照明光として利用される。
【0091】
ダイクロイックミラー１４によって分離されて、反射部材１２に向かって進行する、すなわちダイクロイックミラー１４によって反射されて進行方向が変換されたＳ偏光状態の反射光Ｌ２は、一部が反射部材１２の反射面１２ａによって反射される。反射部材１２に向かって進行するＳ偏光状態の反射光Ｌ２の他の一部は、励起光源１０まで戻ったり、拡散板１１によって拡散されたりして、到達した各部材によって吸収される。
【0092】
反射部材１２の反射面１２ａによって反射されたＳ偏光状態の反射光Ｌ２は、再びダイクロイックミラー１４に向かって進行し、ダイクロイックミラー１４によって反射されて、再び波長変換部材１３に入射される。この反射光Ｌ２は、励起光Ｌ１と同じ波長の光であるため、励起光Ｌ１が波長変換部材１３に入射された場合と同様の理由により、光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）が生成される。そして、励起光源１０が消灯され、励起光Ｌ１とＳ偏光状態の反射光Ｌ２とが完全になくなるまで、上述の過程が繰り返される。
【0093】
上記構成とすることで、波長変換部材１３から出射されて光源装置１の外側に出射される反射光（Ｌ２，Ｌ３）は、波長変換部材１３から、光源装置１の外側に出射されるまでの間に、進行する経路によって透過率や反射率等の特性が異なるような光学系を通過しない。このため、光源装置１の外側に向かって出射される光は、部分的に反射光Ｌ２が混在することや、部分的に反射光Ｌ３や蛍光Ｌ４が弱まることが無く、光路に応じて生じるような色ムラが発生しない。
【0094】
光源装置１は、励起光Ｌ１を分離して、波長変換部材１３に入射させる経路と、偏光状態を変換する経路とをそれぞれ構成することを要しないため、装置全体を大型化させることなく構成することができる。
【0095】
さらに、光源装置１は、Ｓ偏光状態の反射光Ｌ２が、反射部材１２によって一部が再び波長変換部材１３に戻されることで、励起光Ｌ１として再利用されるため、光の無駄が最小限に抑えられる。
【0096】
図１に示すように、反射部材１２の反射面１２ａは、入射するＳ偏光状態の反射光Ｌ２の光軸、すなわち、Ｙ方向に対して直交するようにＸＺ平面上に配置されているが、ＸＺ平面に対して傾いて配置されていても構わない。例えば、ダイクロイックミラー１４から出射されて進行してくるＳ偏光状態の反射光Ｌ２をダイクロイックミラー１４に向かって反射できる構成であれば、反射部材１２の反射面１２ａは、ＸＺ平面に対して傾いていてもよく、さらには、曲面であっても構わない。
【0097】
また、反射部材１２の反射面１２ａで反射されたＳ偏光状態の反射光Ｌ２がダイクロイックミラー１４に戻りやすいように、ダイクロイックミラー１４と反射部材１２との間の、第一偏光状態の反射光における光軸上の離間距離は、２００ｍｍ以内であることが好ましく、１５０ｍｍ以内であることがより好ましい。
【0098】
反射部材１２の透光窓１２ｂは、通過する励起光Ｌ１の反射や吸収が問題とならない場合、無反射コーティングが施されていないガラス窓であっても構わない。具体的には、光透光部に相当する部分（第一実施形態では透光窓１２ｂ）は、入射する励起光のピーク波長に対して、透過率が８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。
【0099】
また、反射部材１２は、反射面１２ａに向かって見たときに、反射面１２ａの面積の合計値に対する透光窓１２ｂの面積の合計値の比率が３０％となるように形成されている。反射面１２ａの面積の合計値に対する透光窓１２ｂの面積の合計値の比率は、光の利用効率の観点から、２０％～５０％の範囲であることが好ましく、２５％～４０％の範囲であることがより好ましい。
【0100】
［第二実施形態］
本発明の光源装置１の第二実施形態の構成につき、第一実施形態とは異なる箇所を中心に説明する。
本発明の光源装置１の第二実施形態の構成につき、第一実施形態とは異なる箇所を中心に説明する。
【0101】
図４は、光源装置１の第二実施形態の構成を模式的に示す図面である。図４に示すように、第二実施形態の光源装置１は、励起光源１０を構成する半導体レーザ素子１０ａと、波長変換部材１３とが、同一のヒートシンク４１の同一面上に載置されている。そして、光源装置１を構成する各部材は、出射窓４０ａを備えるカバー部材４０とヒートシンク４１によって形成される空間内に収容されて封止されている。
【0102】
なお、第二実施形態の光源装置１が備える半導体レーザ素子１０ａと波長変換部材１３とは、ヒートシンク４１に直接載置されているが、グリス等の排熱効率を向上させる材料を介して載置されていても構わない。
【0103】
以下の説明においては、第一実施形態での説明とは一部異なり、図４に示すように、集光レンズ１５の光軸１５ａの方向をＹ方向、拡散板１１（反射部材１２）の反射面１２ａと直交する方向をＺ方向とし、Ｙ方向及びＺ方向に直交する方向をＸ方向とする。
【0104】
第二実施形態の光源装置１が備える波長変換部材１３は、半導体レーザ素子１０ａが載置されているヒートシンク４１の面と同じ面に載置されているため、半導体レーザ素子１０ａと同じく、＋Ｙ方向に光を出射する。
【0105】
また、光源装置１は、励起光源１０から出射されて＋Ｙ方向に向かっって進行する励起光Ｌ１を、－Ｚ方向に向かって進行するように反射する折返しミラー４２を備える。折返しミラー４２は、＋Ｙ側を向くように配置されている波長変換部材１３の主面１３ａに励起光Ｌ１を入射させるために、図４に示すように、ダイクロイックミラー１４と併せて二回反射させる目的で設けられている。
【0106】
第二実施形態の光源装置１が備える折返しミラー４２は、図４に示すように、回動機構４２ａと、調整ネジ４２ｂと、バネ４２ｃとを備えており、励起光Ｌ１が反射部材１２の透光窓１２ｂを通過するように、励起光Ｌ１の進行方向を微調整するための調整機構が構成されている。励起光Ｌ１の進行方向が調整された後は、樹脂等によって調整ネジ４２ｂのカバー部材４０の外側に出ている部分が固定されると共に、調整ネジ４２ｂのネジ穴が封止される。なお、図４に示される折返しミラー４２の構成は一例であって、励起光Ｌ１が進行する経路を調整できる機構であれば、例えば、球関節による角度調整機構等を採用しても構わない。また、調整ネジ４２ｂやバネ４２ｃは、それぞれ複数設けられていても構わない。
【0107】
第二実施形態の光源装置１は、拡散板１１と反射部材１２が一体的に構成されている。具体的には、図４に示すように、拡散板１１の－Ｚ側の主面に反射面１２ａが形成されて、拡散板１１が反射部材１２の機能を兼ねるように構成されている。
【0108】
図５Ａ及び図５Ｂは、一体的に構成された拡散板１１と反射部材１２の一例を模式的に示す拡大図面である。入射した励起光Ｌ１を拡散させるために設けられる凹凸形状は、図５Ａに示すように、拡散板１１（反射部材１２）の－Ｚ側の透光窓１２ｂの領域に設けられていてもよく、図５Ｂに示すように、拡散板１１（反射部材１２）の＋Ｚ側の主面全体にわたって設けられていても構わない。
【0109】
波長変換部材１３から＋Ｙ方向に出射された光（Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）は、集光レンズ１５によって拡がりが抑制され、ダイクロイックミラー１４によってＳ偏光状態の反射光Ｌ２と、Ｐ偏光状態の反射光Ｌ３及び蛍光Ｌ４とに分離される。
【0110】
ダイクロイックミラー１４によって反射されたＳ偏光状態の反射光Ｌ２は、拡散板１１（反射部材１２）に向かって＋Ｚ方向に進行し、反射面１２ａによって反射されて、再び波長変換部材１３に入射される。
【0111】
ダイクロイックミラー１４を透過したＰ偏光状態の反射光Ｌ３及び蛍光Ｌ４は、そのままカバー部材４０の出射窓４０ａから、光源装置１の外側へと出射される。
【0112】
上記構成とすることで、光源装置１は、波長変換部材１３と半導体レーザ素子１０ａを、同一のヒートシンク４１によって冷却することができるため、第一実施形態と比べて装置全体をさらに小型化することができる。これにより、都度、反射部材１２や集光レンズ１５等の配置位置を検討する必要がなくなり、プロジェクタ等の設計が容易となる。
【0113】
なお、図４の例では、拡散板１１と反射部材１２が一体的に構成されている場合について説明したが、折返しミラー４２を備えつつも拡散板１１と反射部材１２とは第一実施形態と同様に別体に構成されていても構わない。
【0114】
さらに、図４の例では、波長変換部材１３と半導体レーザ素子１０ａとがヒートシンク４１の同一面上に載置されている場合について説明した。しかし、波長変換部材１３と半導体レーザ素子１０ａとが同一のヒートシンク４１上に載置されていればよく、必ずしも同一面上に載置されていなくても構わない。
【0115】
［プロジェクタ］
本発明の光源装置１は、例えば、プロジェクタに利用できる。以下、プロジェクタの一実施形態につき、光源装置１が搭載される光源部の構成を中心に説明する。
本発明の光源装置１は、例えば、プロジェクタに利用できる。以下、プロジェクタの一実施形態につき、光源装置１が搭載される光源部の構成を中心に説明する。
【0116】
【0117】
光源装置１から出射された白色光Ｌｘは、色分解合成光学系５１に入射される。色分解合成光学系５１は、図示しないが、光分解光学系と、液晶パネルと、光合成光学系とを含む。光分解光学系が、入射された白色光Ｌｘを、Ｒ・Ｇ・Ｂの３色の光に分離して、それぞれの色ごとに設けられた液晶パネルに導かれ、液晶パネルにおいて、画像変調される。画像変調されたＲ・Ｇ・Ｂそれぞれの光は、光合成光学系で合成されて、画像表示光Ｌｚとして投影光学系５２によってスクリーン５３に投影される。
【0118】
［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。
以下、別実施形態につき説明する。
【0119】
〈１〉 図７は、光源装置１の別実施形態の構成を模式的に示す図面である。図７に示すように、本実施形態の光源装置１は、Ｓ偏光状態（本実施形態における第二偏光状態）の反射光Ｌ２と、蛍光Ｌ４が、ダイクロイックミラー１４によって反射されて光源装置１の外側に出射される。本実施形態における励起光源１０が備える半導体レーザ素子１０ａは、Ｐ偏光状態（本実施形態における第一偏光状態）の励起光Ｌ１を出射するように配置されている。
【0120】
ここでの説明においては、上述の説明とは一部異なり、図７に示すように、励起光源１０が出射する励起光Ｌ１の光軸方向をＺ方向、Ｐ偏光状態の反射光Ｌ３及び蛍光Ｌ４が光源装置１から出射される方向をＹ方向とし、Ｙ方向及びＺ方向に直交する方向をＸ方向とする。
【0121】
本実施形態の光源装置１が備える励起光源１０に搭載されている半導体レーザ素子１０ａは、Ｐ偏光状態の青色の励起光Ｌ１を出射する。そして、図７に示すように、ダイクロイックミラー１４は、Ｐ偏光状態の励起光Ｌ１を透過し、波長変換部材１３から出射される光のうちの、Ｐ偏光状態の反射光Ｌ３を透過し、Ｓ偏光状態の反射光Ｌ２と黄色の蛍光Ｌ４とを反射する。
【0122】
上記構成によれば、光源装置１を構成する部材は、全てＺ方向に配列して構成できるため、Ｐ偏光状態の反射光Ｌ３と蛍光Ｌ４とを出射するＹ方向に関しては、部材を配置するスペースが少なくなる。したがって、光源装置１から出射される光の進行方向に向かって配置される後段の光学部材のためのスペースをより広く確保することができる。
【0123】
〈２〉 図８は、光源装置１の別実施形態の構成を模式的に示す図面である。図８に示すように、拡散板１１と反射部材１２は、それぞれの複数の拡散板片１１ｎと要素ミラー１２ｎで構成されていても構わない。反射部材１２は、複数の要素ミラー１２ｎで構成される場合は、図８に示すように、それぞれの要素ミラー１２ｎが離間して配置されることで、光通過領域としての間隙１２ｄが形成される。
【0124】
上記構成によれば、配置構成は複雑となるが、拡散板１１、反射部材１２、折返しミラー４２を集約するように構成することができ、光源装置１全体を上述した各実施形態よりも、さらに小型化することができる。
【0125】
〈３〉 図９は、光源装置１の別実施形態の構成を模式的に示す図面である。図９に示すように、反射部材１２は、光通過領域にコリメートレンズ１０ｂが組み込まれて、励起光源１０に包含されていても構わない。本実施形態は、反射部材１２を別途設ける必要がないため、光源装置１の小型化に繋がる。
【0126】
〈４〉 上述した光源装置１及びプロジェクタ５０が備える構成は、あくまで一例であり、本発明は、図示された各構成に限定されない。
【符号の説明】
【0127】
１ ： 光源装置
１０ ： 励起光源
１０ａ ： 半導体レーザ素子
１０ｂ ： コリメートレンズ
１１ ： 拡散板
１１ｎ ： 拡散板片
１２ ： 反射部材
１２ａ ： 反射面
１２ｂ ： 透光窓
１２ｃ ： ガラス基板
１２ｄ ： 間隙
１２ｎ ： 要素ミラー
１３ ： 波長変換部材
１３ａ ： 主面
１３ｂ ： バインダ
１３ｃ ： 蛍光体
１３ｄ ： 基板
１４ ： ダイクロイックミラー
１５ ： 集光レンズ
１５ａ ： 光軸
４０ ： カバー部材
４０ａ ： 出射窓
４１ ： ヒートシンク
４２ ： 折返しミラー
４２ａ ： 回動機構
４２ｂ ： 調整ネジ
４２ｃ ： バネ
５０ ： プロジェクタ
５１ ： 色分解合成光学系
５２ ： 投影光学系
５３ ： スクリーン
１００ ： 光源装置
１０１ ： 励起光源
１０１ａ ： 半導体レーザ素子
１０１ｂ ： コリメートレンズ
１０２ ： 波長変換素子
１０２ａ ： 主面
１０３ ： 拡散反射板
１０３ａ ： 反射面
１０４ ： ダイクロイックミラー
１０４ａ ： 透過・反射面
１０５，１０５ａ，１０５ｂ ： 集光レンズ
１０６ａ，１０６ｂ ： 波長板
１１０ ： 光源装置
１１４ ： ダイクロイックミラー
１１４ａ ： 透過・反射面
１０ ： 励起光源
１０ａ ： 半導体レーザ素子
１０ｂ ： コリメートレンズ
１１ ： 拡散板
１１ｎ ： 拡散板片
１２ ： 反射部材
１２ａ ： 反射面
１２ｂ ： 透光窓
１２ｃ ： ガラス基板
１２ｄ ： 間隙
１２ｎ ： 要素ミラー
１３ ： 波長変換部材
１３ａ ： 主面
１３ｂ ： バインダ
１３ｃ ： 蛍光体
１３ｄ ： 基板
１４ ： ダイクロイックミラー
１５ ： 集光レンズ
１５ａ ： 光軸
４０ ： カバー部材
４０ａ ： 出射窓
４１ ： ヒートシンク
４２ ： 折返しミラー
４２ａ ： 回動機構
４２ｂ ： 調整ネジ
４２ｃ ： バネ
５０ ： プロジェクタ
５１ ： 色分解合成光学系
５２ ： 投影光学系
５３ ： スクリーン
１００ ： 光源装置
１０１ ： 励起光源
１０１ａ ： 半導体レーザ素子
１０１ｂ ： コリメートレンズ
１０２ ： 波長変換素子
１０２ａ ： 主面
１０３ ： 拡散反射板
１０３ａ ： 反射面
１０４ ： ダイクロイックミラー
１０４ａ ： 透過・反射面
１０５，１０５ａ，１０５ｂ ： 集光レンズ
１０６ａ，１０６ｂ ： 波長板
１１０ ： 光源装置
１１４ ： ダイクロイックミラー
１１４ａ ： 透過・反射面
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
