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(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】
(24)【登録日】2024-02-13
(45)【発行日】2024-02-21
(54)【発明の名称】光源装置及び画像投射装置
(51)【国際特許分類】
G03B 21/14 20060101AFI20240214BHJP
F21S 2/00 20160101ALI20240214BHJP
F21V 7/30 20180101ALI20240214BHJP
F21V 9/32 20180101ALI20240214BHJP
F21V 9/40 20180101ALI20240214BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20240214BHJP
H04N 5/74 20060101ALI20240214BHJP
【ＦＩ】
G03B21/14 A
F21S2/00 311
F21S2/00 340
F21S2/00 390
F21V7/30
F21V9/32
F21V9/40 200
G03B21/00 F
H04N5/74 Z
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2019200038
(22)【出願日】2019-11-01
(65)【公開番号】P2021071691
(43)【公開日】2021-05-06
【審査請求日】2022-09-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100088856
【弁理士】
【氏名又は名称】石橋 佳之夫
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼野 洋平
(72)【発明者】
【氏名】藤田 和弘
(72)【発明者】
【氏名】中村 果澄
【審査官】村上 遼太
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３３１９９０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－０６６８１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１４０１１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１３０２６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１６９７２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１０２３６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０６５７７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２５０２８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１５７０９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１５１１８０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／１５４３７１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２００７／０１３２２１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２９９７５７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２１Ｋ ９／００－９／９０
Ｆ２１Ｓ ２／００－４５／７０
Ｆ２１Ｖ １／００－１５／０４
Ｇ０２Ｂ ５／００－５／１３６
Ｇ０３Ｂ２１／００－２１／１０
２１／１２－２１／１３
２１／１３４－２１／３０
３３／００－３３／１６
Ｈ０４Ｎ ５／６６－５／７４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
行及び列をなして配置される複数のレーザダイオードと前記レーザダイオードの出射面側にカップリングレンズが設けられた光源ユニットで構成され、第１の色光を出射する励起光源と、前記第１の色光を集光光束として射出する第１の光学系と、
前記第１の光学系から射出された前記第１の色光を反射する反射面を有する光学部材と、
前記光学部材の反射面で反射された前記第１の色光が入射し、反射面と正のパワーを有する第２の光学系と、
前記第２の光学系から射出された前記第１の色光が入射し、入射した前記第１の色光を反射する反射機能、および入射した前記第１の色光の少なくとも一部を前記第１の色光とは異なる波長の第２の色光に変換して出射する波長変換機能を有する波長変換ユニットと、を備え、
前記光学部材の前記反射面上における前記第１の色光の中心を点Ｐとし、
前記波長変換ユニットで反射された前記第１の色光の光束を光束Ｑとした場合に、
前記点Ｐと前記光束Ｑが交わらず、
前記光学部材の反射面で反射された前記第１の色光が前記第２の光学系に入射する位置は、前記第２の光学系の光軸に対して前記第１の光学系が位置する側にずれた位置であり、
前記光束Ｑが前記第２の光学系に入射する位置は、前記第２の光学系の光軸に対して前記第１の光学系が位置する側と反対側にずれた位置であり、
前記波長変換ユニットで反射された前記第１の色光と、前記波長変換ユニットから射出される前記第２の色光の光路上に、屈折光学系と光ミキシング素子を有し、
前記第２の光学系と前記屈折光学系の間に、前記波長変換ユニットで反射された前記第１の色光の集光部がある光源装置。
【請求項2】
前記集光部に最も近い光学素子は、前記光学部材である請求項１記載の光源装置。
【請求項3】
前記集光部の位置は、前記光学部材の反射面又は前記光学部材の反射面を含む仮想平面よりも前記屈折光学系側である請求項１又は２記載の光源装置
【請求項4】
前記第１の光学系の射出側の光学素子の外径をＤ１、第２の光学系の入射側光学素子の外径をＤ２としたときに、以下の式
０．１＜Ｄ１／Ｄ２＜０．６
を満足する請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置。
【請求項5】
前記光ミキシング素子の長さをＬｉｎｔ、光ミキシング素子の開口部の短辺方向の長さをＳＥとしたときに、以下の式
６＜Ｌｉｎｔ／ＳＥ＜１２
を満足する請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置。
【請求項6】
前記第１の色光の光束は発散光として前記屈折光学系より射出され、前記光ミキシング素子の短辺方向に沿って、前記光ミキシング素子の入射側面に対し角度を持って入射する請求項１乃至５のいずれかに記載の光源装置。
【請求項7】
前記光ミキシング素子はインテグレータロッドであり、前記インテグレータロッドを構成する４面の反射面のうち、面積の大きい反射面に第１の色光の５０％以上の光線が初めに入射する請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置。
【請求項8】
前記レーザダイオードから出射する前記第１の色光の行方向と列方向の発散角のうち大きい方向の発散角をθとし、
隣り合う前記レーザダイオードのピッチをｐとし、
前記レーザダイオードの発光点から前記カップリングレンズまでの距離をＬとした場合に、
前記レーザダイオードの配置間隔が以下の式
１≦ｐ／Ｌｔａｎθ≦４
を満足する請求項１乃至７のいずれかに記載の光源装置。
【請求項9】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置から出射された光を画像表示素子へ導く照明光学系と、
前記照明光学系により導かれた光を用いて前記画像表示素子により生成された画像を投影する投射光学系と、を備えた画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源装置及び画像投射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
今日、様々な映像を拡大投影するプロジェクタ（画像投射装置）が広く普及している。プロジェクタは、光源から出射された光をデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）又は液晶表示素子といった空間光変調素子に集光させ、映像信号により変調された空間光変調素子からの出射光をスクリーン上にカラー映像として表示させるものである。
【0003】
従来、プロジェクタの光源には主に高輝度の超高圧水銀ランプ等が用いられてきたが、寿命が短いため、メンテナンスを頻繁に行う必要があった。近年、超高圧水銀ランプに変えてレーザ光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源等を使用したプロジェクタが増加している。レーザ光源やＬＥＤ光源は、超高圧水銀ランプと比較して寿命が長く、また、その単色性により色再現性も良い。
【0004】
プロジェクタでは、ＤＭＤ等の画像表示素子に、例えば色の三原色である赤色・緑色・青色の三色光を照射することにより映像を形成している。この三色の全てをレーザ光源で生成することも可能であるが、緑色レーザや赤色レーザの発光効率が青色レーザに比べて低いため、好ましくない。そのため、青色レーザを励起光として蛍光体に照射し、蛍光体で波長変換された蛍光光から赤色光と緑色光を生成する方法が用いられている。
【0005】
蛍光体には、数十［Ｗ］の励起光が集光されて照射されるため、焼損又は温度上昇による効率低下及び経年変化が生じる。このため、蛍光体層を形成した円板を回転させることにより、励起光の照射位置が一点に集中しないようにしている。この円板は、蛍光体ホイールと呼ばれる。蛍光体ホイールでは、蛍光体が円板の外周に沿って、扇形状又は円環形状に形成されている。
【0006】
上述のようなＤＭＤ及び蛍光体ホイールを用いた光源装置として、装置全体を簡素化するために、蛍光体ホイールの一部を透過板とすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術では、蛍光体ホイールを透過した励起光をミラーで複数回反射させて蛍光光と同じ方向に導いている。これによって励起光及び蛍光光が同一光路に合成され、ＤＭＤに照射される構成となっている。
【0007】
さらに、上述のようなＤＭＤ及び蛍光体ホイールを用いた光源装置として、装置全体を小型化するために、蛍光体ホイールの一部を反射板とすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された技術では、励起光を蛍光光と同じ方向に蛍光体ホイールで反射させ、反射した励起光が励起光源に戻らないように、１／４波長板のような位相差板及び偏光分離素子を用いて光路を分離している。これによって、励起光及び蛍光光が同一光路に合成され、ＤＭＤに照射される構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特許第４７１１１５６号公報
【文献】特許第５８１７１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、上述した特許文献１においては、励起光の光路が迂回しているため、装置全体が大型化する。一方、上述した特許文献２においては、位相差板と偏光分離素子を用いるため、コストが高くなる。また、蛍光体ホイールに向かう励起光の光路と、蛍光体ホイールから反射する励起光の光路とが位相差板や偏光分離素子における同一箇所を透過する。このため、これらの光学素子上の集光密度が上がり破損等の原因となり、信頼性が低下する。
【0010】
本発明は、小型化及び低コスト化を図ることができる光源装置、画像投射装置及び光源光学系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】
【0011】
本発明に係る光源装置は、第１の色光を出射する励起光源と、前記励起光源から出射された前記第１の色光を反射する反射面を有する光学部材と、前記光学部材で反射された前記第１の色光が入射し、前記第１の色光の少なくとも一部を前記第１の色光とは異なる波長の第２の色光に変換して出射する波長変換部材を有する波長変換ユニットと、を備え、前記光学部材の前記反射面上における前記第１の色光の中心を点Ｐとし、前記波長変換ユニットから出射される前記第１の色光の光束を光束Ｑとした場合に、前記点Ｐと前記光束Ｑが交わらないことを特徴としている。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、小型化及び低コスト化を図ることができる光源装置、画像投射装置及び光源光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図2】本発明に係る光源装置の別の実施形態を模式的に示す光学配置図である。
【図3】本発明に係る光源装置のさらに別の実施形態を模式的に示す光学配置図である。
【図4】本発明に係る光源装置のさらに別の実施形態を模式的に示す光学配置図である。
【図5】本発明に係る光源装置のさらに別の実施形態を模式的に示すもので、図５Ａは光学配置図、図５Ｂは光源装置中のロッドインテグレータを入射開口面側から見た対面図、図５Ｃは前記ロッドインテグレータを出射開口部面から見た対面図である。
【図7】前記ロッドインテグレータの光学特性ついて説明するための模式図である。
【図8】本発明に適用可能なロッドインテグレータの別の例を示す模式図である。
【図9】本発明に係る光源装置の第１実施形態およびこれを備えたプロジェクタ装置の実施形態を模式的に示す光学配置図である。
【図11】第１実施形態に係る光源装置が有する光源ユニットの要部の説明図である。
【図12】第１実施形態に係る光源装置が有するダイクロイックミラーの構成の一例を示す正面図である。
【図14】第１実施形態に係る光源装置が有するカラーホイールの概略構成を示すもので、図１４Ａは青色光及び蛍光光の入射方向から示す正面図、図１４Ｂは青色光及び蛍光光の入射方向に直交する方向から示す側面図である。
【図15】第１実施形態に係る光源装置が有するライトトンネルを示すもので、１５Ａは入射開口部への光の入射の例を示す模式図、図１５Ｂは前記ライトトンネルの入射開口部への光の入射の別の例を示す模式図である。
【図17】第２実施形態に係る光源装置に適用可能なダイクロイックミラーの構成の一例を示す正面図である。
【図20】前記第４実施形態に係る光源装置が有する蛍光体ユニットの構成を模式的に示す側面図である。
【図21】本発明に係る光源装置の第５実施形態を模式的に示す光学配置図である。
【図22】前記光源装置の第５実施形態の変形例を模式的に示す光学配置図である。
【図23】本発明に係る光源装置の第６実施形態を模式的に示す光学配置図である。
【図24】本発明に係る光源装置におけるライトトンネルへの入射とスクリーン上の輝度むらとの関係を示す説明図である。
【図25】本発明に適用可能な光ミキシング素子の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）及び蛍光体ホイールを用いた光源装置として、装置全体を小型化するために蛍光体ホイールの一部を反射板とするものが知られている。この光源装置では、蛍光体ホイールで励起光を蛍光光と同じ方向に反射させ、反射した励起光が励起光源に戻らないように、光路上に１／４波長板のような位相差板及び偏光分離素子を配置している。
【0015】
このような構成を有する光源装置においては、励起光の光路上に位相差板及び偏光分離素子が配置されることから、装置の小型化が制約され、コスト高になる。また、蛍光体ホイールに向かう励起光の光路と、蛍光体ホイールから反射される励起光の光路とが位相差板や偏光分離素子の同一箇所を透過する。このため、これらの光学素子上の集光密度が上がって破損等の原因となり、光源装置の信頼性が低下する。
【0016】
本発明者らは、このような光源装置内の構造が装置本体の小型化及び低コスト化を阻害する要因になると共に、信頼性の低下の要因となっていることに着目した。そして、蛍光体ホイールに向かう励起光の光路と、蛍光体ホイールが反射する励起光の光路とが重ならないようにすることが、装置本体の小型化、低コスト化及び信頼性の向上に寄与することを見出し、本発明に至った。
【0017】
本発明は、励起光を出射する光源と、光源から出射された励起光を反射する反射面を有する光学部材と、光学部材で反射された励起光が入射し、励起光の少なくとも一部を励起光とは異なる波長の蛍光光に変換して出射する波長変換部材を有する波長変換ユニットと、を備えた光源装置において、光学部材の反射面上に投影される励起光の投影像中心を点Ｐとし、波長変換ユニットから出射される励起光の光束を光束Ｑとした場合に、点Ｐと光束Ｑが交わらないように配置することを骨子とする。
【0018】
本発明によれば、波長変換ユニットから出射された励起光の光束が、光源から出射された励起光の投影像中心に交わらないことから、励起光が光学部材上の同一箇所を透過するのを防止できる。よって、集光密度の上昇に起因して光学部材が破損することを抑制でき、装置の信頼性を向上することができる。また、波長変換ユニットから出射される励起光の光路を分離するために位相差板や偏光分離素子等の特別な光学素子を用意する必要がない。よって、部品点数を低減でき、製造コストを低減すると共に装置を小型化することができる。
【0019】
図１は、本発明に係る光源装置１００の概要を示す。図１Ａは、本発明に係る光源装置１００の構成要素を示す。図１Ｂは、光源装置１００が有するダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａに投影される励起光の様子を示す。図１Ｂは、光源１０１からの励起光の進行方向に沿って反射面１０２ａを見ている。
【0020】
図１Ａに示すように、光源装置１００は、励起光源からなる光源１０１、光学部材の一例を構成するダイクロイックミラー１０２を有する。光源装置１００はまた、波長変換ユニットの一例である蛍光体ユニット１０３及び光ミキシング素子の一例であるロッドインテグレータ１０４を有してなる。
【0021】
本発明に係る光源装置１００は、図１に示す構成に限定されず、適宜変更が可能である。例えば、光源装置１００は、光源１０１、ダイクロイックミラー１０２及び蛍光体ユニット１０３のみを備えていてもよい。これらの光源１０１、ダイクロイックミラー１０２及び蛍光体ユニット１０３を有する光源装置１００のうち、光源１０１を除いた構成要素によって「光源光学系」が構成される。
【0022】
光源１０１は、励起光（後の説明で「第１の色光」ということもある）を出射する。ダイクロイックミラー１０２は、光源１０１から出射する励起光を反射して蛍光体ユニット１０３に導く反射面１０２ａを有している。ダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａ以外の部分は、光源１０１から出射する励起光及び後述する蛍光体ユニット１０３から出射される蛍光光を透過する光学特性を有していてよい。
【0023】
蛍光体ユニット１０３は、励起光を反射又は拡散反射する第１の領域と、励起光の少なくとも一部を励起光とは異なる波長の蛍光光（「第２の色光」ということもある）に変換して出射する第２の領域とを有している。蛍光体ユニット１０３は、励起光が入射すると、励起光と蛍光光とを順次切り替えて励起光の入射面側（図１に示す上方側）に出射する。ロッドインテグレータ１０４は、蛍光体ユニット１０３から出射する励起光と蛍光光が入射するように設けられ、入射した励起光と蛍光光をミキシングし均質化して光源装置１００の外部に出射する。
【0024】
図１Ａは、光源１０１から出射された励起光の光路上に、蛍光体ユニット１０３の第１の領域が存在する場合を示している。光源１０１から出射された励起光は、ダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａで蛍光体ユニット１０３側に反射される。反射面１０２ａで反射された励起光は、蛍光体ユニット１０３の第１の領域で、励起光の入射面側に反射される。蛍光体ユニット１０３による励起光の反射先にロッドインテグレータ１０４が配置されている。
【0025】
このように励起光の光路が形成される光源装置１００において、ダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａ上における励起光の中心を点Ｐとする。蛍光体ユニット１０３から出射する励起光の光束を光束Ｑとする。光源装置１００においては、これら点Ｐと光束Ｑとが交わらないように、ダイクロイックミラー１０２、蛍光体ユニット１０３及びロッドインテグレータ１０４を配置している。
【0026】
反射面１０２ａ上における励起光の中心点Ｐ、すなわち投影される励起光の投影像中心については、以下のように定義される。
（１）反射面１０２ａ上に投影される励起光の投影範囲の光強度分布が、線対称又は点対称の場合。
励起光の投影範囲の最小外接円の中心を投影像中心とする。
（２）反射面１０２ａ上に投影される励起光の投影範囲の光強度分布が、線対称又は点対称以外の場合、すなわち、上記（１）以外の場合。
図１Ｂに示すように、反射面１０２ａ上に投影される励起光の総エネルギーをＡとし、その投影範囲を任意の半径ｒの円で切り出し、その円内に含まれる光の総エネルギーをＢとする。Ｂ／Ａが９３％以上（Ｂ／Ａ≧９３％）、かつ、円内のエネルギー密度が最大となる半径ｒ´の円の中心を投影像中心とする。
（１）反射面１０２ａ上に投影される励起光の投影範囲の光強度分布が、線対称又は点対称の場合。
励起光の投影範囲の最小外接円の中心を投影像中心とする。
（２）反射面１０２ａ上に投影される励起光の投影範囲の光強度分布が、線対称又は点対称以外の場合、すなわち、上記（１）以外の場合。
図１Ｂに示すように、反射面１０２ａ上に投影される励起光の総エネルギーをＡとし、その投影範囲を任意の半径ｒの円で切り出し、その円内に含まれる光の総エネルギーをＢとする。Ｂ／Ａが９３％以上（Ｂ／Ａ≧９３％）、かつ、円内のエネルギー密度が最大となる半径ｒ´の円の中心を投影像中心とする。
【0027】
なお、励起光の投影範囲とは、反射面１０２ａ上に投影される励起光のエネルギー分布において、最大エネルギーの１／ｅ２以上のエネルギーを持つ範囲を示す。また、エネルギー密度は、「円内に含まれるエネルギー」を「円の面積」で除算すること、すなわち、
エネルギー密度＝円内に含まれるエネルギー／円の面積
で求められる。このように定義される励起光の投影像中心Ｐは、光源装置１００内に備えられた全ての光源１０１を点灯した状態で判定されるものとする。
エネルギー密度＝円内に含まれるエネルギー／円の面積
で求められる。このように定義される励起光の投影像中心Ｐは、光源装置１００内に備えられた全ての光源１０１を点灯した状態で判定されるものとする。
【0028】
蛍光体ユニット１０３から出射する励起光の光束Ｑは、励起光の伝播方向と垂直な面上の励起光のエネルギー分布において、最大エネルギーの１／ｅ２以上のエネルギーを持つ範囲を通る光線の束のことをいう。
【0029】
本発明の実施形態に係る光源装置１００によれば、蛍光体ユニット１０３から出射された励起光の光束Ｑが、光源１０１から出射された励起光の反射面１０２ａ上における中心であり励起光の投影像中心に交わらない。よって、励起光がダイクロイックミラー１０２上の同一箇所を透過することを防止でき、集光密度の上昇に起因するダイクロイックミラー１０２の破損を抑制することができる。また、蛍光体ユニット１０３から出射される励起光の光路を分離するために位相差板や偏光分離素子等の特別な光学素子を用意する必要がない。よって、部品点数を低減でき、製造コストを低減すると共に装置を小型化することができる。
【0030】
図１に示す光源装置１００では、蛍光体ユニット１０３が、励起光と蛍光光を順次切り替えて出射する場合、すなわち、励起光と蛍光光を時分割して出射する場合について説明している。しかしながら、蛍光体ユニット１０３はかかる構成に限定されず、励起光及び蛍光光を同時に出射するように構成してもよい。
【0031】
例えば、蛍光体ユニット１０３は、上述した第１、第２の領域に代えて、励起光の一部を反射すると共に、励起光の他部を励起光とは異なる蛍光光に変換する領域すなわち第３の領域を有している。この第３の領域に設けられた波長変換部材により励起光の反射及び蛍光光に対する変換を行う。この蛍光体ユニット１０３は、静止蛍光体ユニットと呼ばれることがある。蛍光体ユニット１０３は、励起光が入射すると、励起光と蛍光光とを併せて励起光の入射面側（図１に示す上方側）に出射する。このような蛍光体ユニット１０３を備える場合においても、時分割式の蛍光体ユニット１０３を使用する場合と同様の効果を得ることができる。
【0032】
また、図１に示す光源装置１００において、蛍光体ユニット１０３から出射される励起光及び蛍光光の一方又は双方をロッドインテグレータ１０４に導く導光手段を備えてもよい。例えば、導光手段は、集光レンズや屈折レンズで構成され、蛍光体ユニット１０３とロッドインテグレータ１０４との間の光路上に配置される。前記導光手段を備えることにより、蛍光体ユニット１０３から出射される励起光及び／又は第二の色光をロッドインテグレータ１０４に効率的に導き、光の利用効率を高めることができる。
【0033】
本発明の実施形態に係る光源装置１００において、ロッドインテグレータ１０４の位置は、入射する励起光及び／又は蛍光光の利用効率を向上するために適宜変更可能である。図２は、本発明に係る光源装置の別の実施形態を示す。図２において、図１に示す実施形態と共通する構成については、同一の符号を付与し、説明を簡略化する。図２においては、ダイクロイックミラー１０２の表面に反射面１０２ａを形成した場合について示している。以下に示す図面でも同様である。
【0034】
図２に示すように、ダイクロイックミラー１０２から蛍光体ユニット１０３上に投影される励起光の投影像中心を点Ｒとした場合について考える。この場合、ロッドインテグレータ１０４は、蛍光体ユニット１０３の出射面１０３ａにおける点Ｒの垂線上に配置されることが好ましい。このようにロッドインテグレータ１０４を配置すると、蛍光光が蛍光体ユニット１０３の出射面１０３ａに垂直に出射する場合、蛍光光側効率よくロッドインテグレータ１０４に入射し、蛍光光の光利用効率が向上する。
【0035】
本発明の実施形態に係る光源装置１００において、ダイクロイックミラー１０２と蛍光体ユニット１０３との間の光路上に集光素子を配置してもよい。この集光素子は、ダイクロイックミラー１０２で反射された励起光を集光し、蛍光体ユニット１０３から出射する蛍光光を略平行化する。集光素子は、例えば集光レンズで構成することができる。
【0036】
図３は、本発明に係る光源装置のさらに別の実施形態を示す。図３において、図１に示す実施形態と共通する構成については、同一の符号を付与し、その説明を省略する。図３に示す光源装置１００では、ダイクロイックミラー１０２と蛍光体ユニット１０３との間の光路上に集光素子としての集光レンズ１０５を備えている。集光レンズ１０５は、ダイクロイックミラー１０２で反射された励起光を集光する一方、蛍光体ユニット１０３から出射する蛍光光を略平行化する。
【0037】
ここで、ダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａで反射し、集光レンズ１０５に入射する励起光が投影する集光レンズ１０５の入射面１０５ａ上の投影像中心と、前記反射面１０２ａ上の点Ｐとを結ぶ直線をＬ１とする。また、集光レンズ１０５で集光され、蛍光体ユニット１０３に入射する励起光の入射面１０３ｂと直線Ｌ１との交点を点Ｓとする。光源装置１００においては、点Ｓと、蛍光体ユニット１０３上に投影される励起光の投影像中心である点Ｒとが異なる位置に配置されている。このように集光レンズ１０５を設けることにより、蛍光体ユニット１０３から出射した後に発散する励起光及び蛍光光が平行化される。よって、これらの光をロッドインテグレータ１０４に効率よく入射させることができ、光利用効率を高めることができる。
【0038】
図３に示す光源装置１００において、前記直線Ｌ１は、蛍光体ユニット１０３の入射面１０３ｂに垂直に交わることが好ましい。直線Ｌ１が蛍光体ユニット１０３の入射面１０３ｂに垂直に交わるように構成すると、ダイクロイックミラー１０２と蛍光体ユニット１０３との間の距離を短縮でき、光源装置１００全体の寸法を小型化できる。
【0039】
厚みをもつ光学素子を光が透過する場合、光が入射する面が入射面、光が出射する面が出射面である。例えば、図３に示す集光レンズ１０５において、ダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａからの反射光が入射する面が入射面１０５ａであり、この入射面１０５ａから集光レンズ１０５内を透過し、蛍光体ユニット１０３側に出射する面が出射面１０５ｂである。
【0040】
本発明の実施形態に係る光源装置１００において、集光レンズ１０５とロッドインテグレータ１０４との間に屈折光学素子を配置してもよい。屈折光学素子は、集光素子である集光レンズ１０５で平行化された励起光及び／又は蛍光光を集光してロッドインテグレータ１０４に導く。屈折光学素子は、例えば、屈折レンズで構成される。図４は、このような構成の本発明の実施形態に係る光源装置１００を示す。図４において、図３に示す実施形態と共通する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0041】
図４に示す光源装置１００では、集光レンズ１０５とロッドインテグレータ１０４との間の光路上に、屈折光学素子としての屈折レンズ１０６を備えている。屈折レンズ１０６は、集光素子である集光レンズ１０５で平行化された励起光及び／又は蛍光光を屈折させて集光し、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａに導く。このように屈折レンズ１０６を設けることにより、集光レンズ１０５で平行化された励起光及び／又は蛍光光を効率よくロッドインテグレータ１０４に入射させることができ、光利用効率が向上する。
【0042】
図４に示す光源装置１００において、ロッドインテグレータ１０４に入射される励起光及び／又は蛍光光の均質化、均一化の観点からロッドインテグレータ１０４の配置位置を選択することが好ましい。具体的には、ロッドインテグレータ１０４の内周断面が長方形の場合、ロッドインテグレータ１０４に入射する励起光等の楕円形断面の長辺が、ロッドインテグレータ１０４の内周断面長辺に対応するように配置するとよい。
【0043】
さらに、図４に示す光源装置１００において、ダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａにおける励起光のケラレを抑制する観点から、光源１０１の配置を選択することが好ましい。具体的には、光源１０１の発光面が長方形状の場合、励起光の幅が狭くなるように配置することが好ましい。
【0044】
図５は、本発明に係る光源装置のさらに別の実施形態を示す。図５において、図４に示す実施形態と共通する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図５Ｂは、光源装置１００が有するロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａの説明図、図５Ｃは、光源装置１００が有する光源１０１の説明図である。図５Ｂは、蛍光体ユニット１０３側からロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａを見た図である。図５Ｃは、ダイクロイックミラー１０２側から光源１０１の発光面を見た図である。
【0045】
図５に示す光源装置１００において、屈折レンズ１０６により屈折され集光された励起光及び／又は蛍光光が投影されるロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａ上の投影像中心を点Ｔとする。この点Ｔと、蛍光体ユニット１０３上に投影される励起光の投影像中心である点Ｒとを結ぶ直線を直線Ｌ２とする。一方、図５Ｂに示すように、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａは、長辺ＬＥ１と短辺ＳＥ１とを有する長方形状を有している。また、図５Ｃに示すように、光源１０１の発光面１０１ａは、長辺ＬＥ２と短辺ＳＥ２とを有する長方形状である。
【0046】
光源装置１００においては、直線Ｌ１と直線Ｌ２とを含む面、すなわち、図５Ａに示す紙面を含む平面と、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａの短辺ＳＥ１が略平行であることが好ましい。すなわち、図５Ｂに示すロッドインテグレータ１０４の短辺ＳＥ１が図５Ａに示す図の紙面と平行になるようにロッドインテグレータ１０４を配置することが好ましい。このようにロッドインテグレータ１０４を配置することにより、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａの長辺ＬＥ１に対応する内側面に当たるように励起光等を入射させることができる。よって、ロッドインテグレータ１０４内部における励起光等の反射回数を増やして励起光等を均一化し、励起光等における色むらの発生を抑制することができる。
【0047】
また、光源装置１００においては、直線Ｌ１と直線Ｌ２とを含む面、すなわち、図５Ａの紙面を含む平面と、光源１０１の発光面１０１ａの短辺ＳＥ２が略平行であることが好ましい。すなわち、図５Ｃに示す発光面１０１ａの短辺ＳＥ２が図５Ａに示す図における紙面と平行になるように光源１０１を配置することが好ましい。このように光源１０１を配置すると、直線Ｌ１と直線Ｌ２を含む面の延在方向に延びる光束の幅を狭くでき、ダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａにおけるケラレを抑制でき、光利用効率の低下を抑制できる。また、蛍光体ユニット１０３で反射した光のダイクロイックミラー１０２との干渉を回避し、光利用効率の低下を抑制できる。
【0048】
本発明の実施例に係る光源装置１００において、ロッドインテグレータ１０４は、屈折レンズ１０６との関係で配置を選択することが好ましい。例えば、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａへの投影像中心と、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａへの蛍光光の投影像中心と、屈折レンズ１０６の光軸とが一点で交わることが好ましい。
【0049】
図６は、本発明のさらに別の実施形態に係る光源装置１００の概要を示す。図６において、図５に示す実施形態と共通する構成には、同一の符号を付し、その説明を省略する。図６Ａは、光源装置１００における励起光の光路を示し、図６Ｂは、光源装置１００における蛍光光の光路を示す。図６においては、説明の便宜上、光の伝播方向に沿って配置される一対の集光レンズ１０５１、１０５２を示している。
【0050】
図６に示す光源装置１００において、屈折レンズ１０６で集光された励起光と蛍光光の、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａ上の投影像中心は、上述した点Ｔであるものとする。また、屈折レンズ１０６は、その光軸ＬＡが点Ｔを通過するように配置されている。このため、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａ上に投影される励起光及び蛍光光の投影像中心と、屈折レンズ１０６の光軸ＬＡとが一点で交わっている。これにより、励起光及び蛍光光を、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａの中心付近に入射させ、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａによる光のケラレを抑制して、光利用効率を高めることができる。また、部品の公差により光源装置１００内の光学素子同士がずれた場合も、光利用効率の低下を抑制できる。
【0051】
本発明の実施形態に係る光源装置１００における屈折レンズ１０６の配置は、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａに対して入射する励起光及び蛍光光の角度を一定範囲に設定する観点から選択することが好ましい。なお、入射開口部１０４ａに対する光線の角度とは、入射開口部１０４ａに平行な面の法線と光線のなす角をいう。光源装置１００では、入射開口部１０４ａに対して最も大きな角度で入射する励起光の光線の入射角が、入射開口部１０４ａに対して最も大きな角度で入射する蛍光光の光線の入射角よりも小さく設定されることが好ましい。
【0052】
図６Ａに示すように、入射開口部１０４ａに対して最も大きな角度で入射する励起光の光線の入射角を角度θ１とする。図６Ｂに示すように、入射開口部１０４ａに対して最も大きな角度で入射する蛍光光の光線の入射角を角度θ２とする。光源装置１００においては、角度θ１を角度θ２より小さく設定することが好ましい。励起光の入射角θ１を蛍光光の入射角θ２より小さく設定することにより、光源装置１００の後段に配置される光学系における光のケラレを抑制でき、光利用効率を高めることができる。
【0053】
なお、本発明に係る光源装置１００においては、励起光の入射角θ１と蛍光光の入射角θ２とを同一角度に設定してもよい。励起光の入射角θ１を蛍光光の入射角θ２と同一角度とすることにより、ＤＭＤやスクリーンに投影される励起光と蛍光光の分布を略同じにすることができ、励起光等における色むらの発生を抑制できる。
【0054】
本発明の実施形態に係る光源装置１００において、ロッドインテグレータ１０４の光学特性は、上述した励起光の入射角θ１と蛍光光の入射角θ２との関係で設定することが好ましい。例えば、光源装置１００のロッドインテグレータ１０４をガラスロッドインテグレータで構成し、その全反射条件が励起光の入射角θ１及び第二の色光の入射角θ２より大きくなるように設定することが好ましい。
【0055】
本発明の実施形態に係る光源装置１００が有するロッドインテグレータ１０４の光学特性ついて、図７を参照しながら説明する。図７において、ロッドインテグレータ１０４は、ガラスロッドインテグレータである。ロッドインテグレータ１０４における全反射条件は、角度θｇｌａｓｓであるものとする。この場合、角度θｇｌａｓｓは、励起光の入射角θ１及び蛍光光の入射角θ２よりも大きく設定される。これにより、ロッドインテグレータ１０４内部における励起光等の損失を防止できるので、光利用効率を高めることができる。
【0056】
本発明の実施形態に係る光源装置１００において、光ミキシング素子を構成するロッドインテグレータ１０４は、図８に示すように、入射開口部１０４ａが出射開口部１０４ｂよりも小さいテーパ形状とすることが好ましい。このようにロッドインテグレータ１０４をテーパ形状とすると、ロッドインテグレータ１０４からの光の出射角が小さくなり、光源装置１００の後段の光学系における光のケラレが抑制され、光利用効率が高まる。
【0057】
次に、本発明に係る光源光学系、光源装置及び画像投射装置のいくつかの実施形態について説明する。以下に示す複数の実施形態は、本発明に係る光源光学系、光源装置及び画像投射装置の一例を示したものであり、適宜変更が可能である。また、それぞれの実施の形態を適宜組み合わせることも可能である。
【0058】
（第１実施形態）
図９は、本発明の第１実施形態に係る光源装置２０を備えたプロジェクタ装置（「画像投射装置」ともいう）１を示す概略構成図である。図９に示すように、プロジェクタ装置１は、筐体１０と、光源装置２０と、照明光学系３０と、画像形成素子（「画像表示素子」ともいう）４０と、投射光学系５０と、冷却装置６０とを有している。
図９は、本発明の第１実施形態に係る光源装置２０を備えたプロジェクタ装置（「画像投射装置」ともいう）１を示す概略構成図である。図９に示すように、プロジェクタ装置１は、筐体１０と、光源装置２０と、照明光学系３０と、画像形成素子（「画像表示素子」ともいう）４０と、投射光学系５０と、冷却装置６０とを有している。
【0059】
筐体１０は、光源装置２０と、照明光学系３０と、画像形成素子４０と、投射光学系５０と、冷却装置６０とを収納する。光源装置２０は、例えば、ＲＧＢの各色に対応する波長を含んだ光を出射する。なお、光源装置２０の内部構成については、後に詳細に説明する。
【0060】
照明光学系３０は、後述する光源装置２０のライトトンネル２９が均一化した光で画像形成素子４０を略均一に照明する。照明光学系３０は、例えば、１枚以上のレンズや１面以上の反射面等を有している。
【0061】
画像形成素子４０は、照明光学系３０により照明される光、すなわち、光源装置２０の光源光学系からの光を変調することにより画像を形成する。画像形成素子４０は、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）や液晶表示素子で構成される。画像形成素子４０は、照明光学系３０から照射される青色光、緑色光、赤色光、黄色光と同期して微小鏡面を駆動させ、カラー画像を生成する。
【0062】
投射光学系５０は、画像形成素子４０が形成したカラー画像を、図示しないスクリーンすなわち被投影面に拡大投影する。投射光学系５０は、例えば、１枚以上のレンズを有している。冷却装置６０は、プロジェクタ装置１内の熱を帯びる各素子及び装置を冷却する。
【0063】
【0064】
図１０Ａに示すように、光源装置２０は、光の伝搬方向に順に配置されたレーザ光源（励起光源）２１、カップリングレンズ２２、第１の光学系２３、光学部材の一例であるダイクロイックミラー２４を有する。光源装置２０はさらに、第２の光学系２５、波長変換ユニットの一例である蛍光体ユニット２６、屈折光学系２７及び光ミキシング素子の一例であるライトトンネル２９を有する。
【0065】
図１０では、説明の便宜上、カラーホイールを省略している。図９に示すように、屈折光学系２７とライトトンネル２９との間にカラーホイール２９が配置されている。図９に示すように、本実施の形態では、カラーホイール２８を光源装置２０の構成要素として説明している。しかしながら、光源装置２０の構成については、これに限定されず、カラーホイール２８を含めない構成としてもよい。
【0066】
図１０に示すように、レーザ光源２１は、例えば、複数のレーザ光を出射する光源がアレイ状に配置されている。レーザ光源２１は、例えば、発光強度の中心が４５５［ｎｍ］の青色帯域の光すなわち青色レーザ光を出射する。以下、青色レーザ光を、単に青色光と称する。レーザ光源２１から出射される青色光は、偏光方向が一定の方向である直線偏光であり、後述する蛍光体ユニット２６が有する蛍光体を励起させる励起光としても用いられる。
【0067】
なお、レーザ光源２１から出射される光は、後述する蛍光体を励起させることができる波長の光であればよく、青色波長帯域の光に限定されるものではない。また、レーザ光源２１は、複数の光源を有するものとしたが、これに限定されるものではなく、１個の光源で構成されるものでもよい。レーザ光源２１は、基板上に複数の光源がアレイ状に配置して構成することができるが、これに限定されるものではなく、その他の配置構成であってもよい。
【0068】
カップリングレンズ２２は、レーザ光源２１から出射された青色光を入射し、平行光すなわちコリメート光に変換するレンズである。なお、以下において、平行光とは、完全に平行化された光に限らず、略平行化された光を含むものとする。カップリングレンズ２２の数は、レーザ光源２１の光源の数に対応し、レーザ光源２１の光源の数の増減に応じて増減する。
【0069】
本実施の形態に係る光源装置２０においては、これらのレーザ光源２１とカップリングレンズ２２とで光源ユニットを構成する。例えば、レーザ光源２１は、行及び列をなして配置される複数のレーザダイオードで構成される。光源ユニットは、これらのレーザダイオードと、レーザダイオードの出射面側に配置されたカップリングレンズ２２とで構成される。
【0070】
図１１は、第１実施形態に係る光源装置２０が有する光源ユニットの要部を示す。図１１に示すように、光源ユニットにおいて、カップリングレンズ２２は、レーザダイオード２１Ａに対向して配置される。光源ユニットにおいて、各レーザダイオード２１Ａから出射する青色光の発散角のうち、行方向又は列方向のうち大きい方向の発散角をθとする。隣り合うレーザダイオード２１ＡのピッチをＰとし、レーザダイオード２１Ａの発光点からカップリングレンズ２２までの距離をＬとする。各レーザダイオード２１Ａの配置間隔（Ｐ／Ｌｔａｎθ）は、以下に示す（式１）を満たすように設定される。
１ ≦ Ｐ／Ｌｔａｎθ ≦ ４ ・・・（式１）
１ ≦ Ｐ／Ｌｔａｎθ ≦ ４ ・・・（式１）
【0071】
最も好ましくは、各レーザダイオード２１Ａの配置間隔は、以下の（式２）を満たすように設定される。
Ｐ／Ｌｔａｎθ ＝ ２ ・・・（式２）
（式２）を満たすことにより、レーザ光源２１の発光面を小さくしつつ、各レーザダイオード２１Ａの光を、対応するカップリングレンズ２２のみに入射させることができる。これにより、隣接するカップリングレンズ２２に対する入射を防止でき、光の利用効率の低下を抑制できる。
Ｐ／Ｌｔａｎθ ＝ ２ ・・・（式２）
（式２）を満たすことにより、レーザ光源２１の発光面を小さくしつつ、各レーザダイオード２１Ａの光を、対応するカップリングレンズ２２のみに入射させることができる。これにより、隣接するカップリングレンズ２２に対する入射を防止でき、光の利用効率の低下を抑制できる。
【0072】
なお、光源ユニットが備える複数のレーザダイオード２１Ａは、同一の基板に配置されることが好ましい。複数のレーザダイオード２１Ａを同一の基板に配置すると、光源ユニットから出射される光の領域を小さくでき、光路上の各種の光学素子における光のケラレを抑制して、光利用効率を高めることができる。
【0073】
図９において、第１の光学系２３は、全体として正のパワーを有しており、レーザ光源２１側から蛍光体ユニット２６側に向かって順に配置された、大口径レンズ２３ａと負レンズ２３ｂを有してなる。大口径レンズ２３ａは、大口径素子を構成していて、正のパワーを有し、カップリングレンズ２２から出射された平行光を集光及び合成するレンズである。大口径レンズ２３ａと負レンズ２３ｂにより構成される第１の光学系２３は、カップリングレンズ２２から略平行光となって入射した青色光の光束を収束させながらダイクロイックミラー２４に導く。
【0074】
ダイクロイックミラー２４は、第１の光学系２３から出射される青色光の伝播方向に対して傾斜して配置されている。具体的には、第１の光学系２３から出射される青色光の伝播方向前端側が下方に下がって傾斜した状態で配置されている。ダイクロイックミラー２４は、第１の光学系２３により略平行光とされた青色光を反射する一方、蛍光体ユニット２６により変換された蛍光光すなわち第２の色光を透過する光学特性を備えている。ダイクロイックミラー２４には、上述した光学特性を持たせるために、例えば、光学的なコーティングが施される。
【0075】
図１２は、第１実施形態に係る光源装置２０が有するダイクロイックミラー２４の構成の一例を示す。図１２は、第１の光学系２３側から出射される青色光の入射方向から見たダイクロイックミラー２４を示している。図１２に示すように、ダイクロイックミラー２４は、２つの領域２４Ａ、２４Ｂに分割されている。以下、説明の便宜上、領域２４Ａ、２４Ｂを、それぞれ第１の領域２４Ａ、第２の領域２４Ｂと呼ぶ。
【0076】
第１の領域２４Ａは、第１の光学系２３の負レンズ２３ｂから出射される青色光を反射する一方、後述する蛍光体ユニット２６の蛍光体により青色光から変換された蛍光光を透過する光学特性を有している。第１の領域２４Ａは、図１に示す反射面１０２ａを構成する。第２の領域２４Ｂは、これらの青色光及び蛍光光を透過する光学特性を有している。
【0077】
第１の領域２４Ａは、第１の光学系２３の光軸上に配置される一方、第２の光学系２５の光軸上に配置されず、第１の光学系２３側に近づく態勢で配置されている。一方、第２の領域２４Ｂは、第２の光学系２５の光軸上に配置されず、第２の光学系２５の光軸よりも、第１の光学系２３から遠ざかる態勢で配置されている。
【0078】
第２の光学系２５は、全体として正のパワーを有しており、レーザ光源２１の側から蛍光体ユニット２６の側に向かって順に、正レンズ２５Ａと正レンズ２５Ｂとを有している。第２の光学系２５は、ダイクロイックミラー２４で反射した青色光を集光して蛍光体ユニット２６に導く。また、第２の光学系２５は、蛍光体ユニット２６から放出される蛍光光を平行化する。なお、第２の光学系２５は、集光素子の一例を構成する。
【0079】
蛍光体ユニット２６には、第２の光学系２５から導かれた青色光が入射する。蛍光体ユニット２６は、第２の光学系２５から出射された青色光を反射させる機能と、青色光を励起光として作用させて蛍光体により青色光とは異なる波長域の蛍光光に変換する機能とを切り替える。蛍光体ユニット２６で変換される蛍光光は、例えば、発光強度の中心が５５０［ｎｍ］の黄色の波長域の光である。
【0080】
図１３は、第１実施形態に係る光源装置２０が有する蛍光体ユニット２６を示す。図１３Ａは、蛍光体ユニット２６を青色光の入射方向から示しており、図１３Ｂは、蛍光体ユニット２６を青色光の入射方向と直交する方向から示している。図１３は蛍光体ユニット２６の構成の一例を示すもので、これに限定されることなく適宜変更が可能である。
【0081】
図１３に示すように、蛍光体ユニット２６は、基板をなす円盤部材２６Ａと、駆動部をなす駆動モータ２６Ｃとを有している。駆動モータ２６Ｃは、円盤部材２６Ａの中心を通り、円盤部材２６Ａの平面に垂直な直線を回転軸２６Ｂとして有している。円盤部材２６Ａの素材は任意であるが、例えば、透明基板やアルミニウムなどの金属基板を用いることができる。
【0082】
蛍光体ユニット２６の円盤部材２６Ａは、周方向の大部分、第１実施形態では２７０°よりも大きい角度範囲が蛍光領域２６Ｄに区画されている。円盤部材２６Ａの周方向の小部分、第１実施形態では９０°よりも小さい角度範囲が励起光反射領域２６Ｅに区画されている。励起光反射領域２６Ｅは、ダイクロイックミラー２４で反射された励起光を反射又は拡散反射する第１の領域の一例を構成する。蛍光領域２６Ｄは、ダイクロイックミラー２４で反射された励起光を変換して蛍光光を出射する領域の一例を構成する。蛍光領域２６Ｄは、下層側から上層側に向かって順に積層された、反射コート２６Ｄ１と、蛍光体層２６Ｄ２と、反射防止コート（ＡＲコート）２６Ｄ３で構成されている。
【0083】
反射コート２６Ｄ１は、蛍光体層２６Ｄ２から出射する蛍光光の波長領域の光を反射する特性を有している。円盤部材２６Ａを反射率が高い金属基板で構成した場合には、反射コート２６Ｄ１を省略することも可能である。言い換えると、円盤部材２６Ａに反射コート２６Ｄ１の機能を持たせることも可能である。
【0084】
蛍光体層２６Ｄ２としては、例えば、蛍光体材料を有機・無機のバインダ内に分散させたもの、蛍光体材料の結晶を直接形成したもの、Ｃｅ：ＹＡＧ系などの希土類蛍光体を用いることができる。蛍光体層２６Ｄ２は、励起光の少なくとも一部を励起光とは異なる波長の蛍光光に変換して出射する波長変換部材の一例を構成する。蛍光体層２６Ｄ２から出射する蛍光光の波長帯域は、例えば、黄色、青色、緑色、赤色の波長帯域とすることができる。第１実施形態では、黄色の波長帯域を有する蛍光光を用いている。また、本実施例では波長変換素子として蛍光体を用いているが、燐光体や、非線形光学結晶などを用いてもよい。
【0085】
反射防止コート２６Ｄ３は、蛍光体層２６Ｄ２の表面における光の反射を防止する特性を有している。
【0086】
励起光反射領域２６Ｅには、第２の光学系２５から導かれた青色光の波長領域の光を反射する特性を有する反射コート２６Ｅ１が積層されている。したがって、励起光反射領域２６Ｅは反射面になっている。円盤部材２６Ａを反射率が高い金属基板で構成した場合には、反射コート２６Ｅ１を省略することも可能である。言い換えると、円盤部材２６Ａ自体に反射コート２６Ｅ１の機能を持たせることも可能である。
【0087】
蛍光体ユニット２６に対して青色光（「第１の色光」という）を照射しながら円盤部材２６Ａを駆動モータ２６Ｃによって回転駆動すると、蛍光体ユニット２６に対する青色光の照射位置が時間とともに移動する。その結果、蛍光体ユニット２６に入射した青色光の一部分が、波長変換領域である蛍光領域２６Ｄで青色光とは波長の異なる蛍光光（「第２の色光」という）に変換されて出射される。一方、蛍光体ユニット２６に入射した青色光の他部分は、励起光反射領域２６Ｅで青色光のままで反射されて出射される。ここでいう「青色光の一部分」及び「青色光の他部分」とは、時間軸上で区分された一部と他の部分という意味である。
【0088】
蛍光領域２６Ｄと励起光反射領域２６Ｅの数や範囲等には自由度があり、種々の設計変更が可能である。例えば、各２つの蛍光領域と励起光反射領域とを周方向に９０°間隔となるように交互に配置してもよい。
【0089】
図１０に戻り、光源装置２０の構成について説明を続ける。屈折光学系２７は、第２の光学系２５から出射された青色光及び蛍光光を集光するレンズで構成される。蛍光体ユニット２６から出射された光は、ダイクロイックミラー２４を透過した後、屈折光学系２７で屈折されて集光され、カラーホイール２８に入射する（図９参照）。カラーホイール２８は、蛍光体ユニット２６により生成された青色光及び蛍光光を、所望の色に分離する。
【0090】
図１４は、第１実施形態に係る光源装置２０が有するカラーホイール２８の概略構成を示す。図１４Ａは、カラーホイール２８を青色光及び蛍光光の入射方向から示しており、図１４Ｂは、カラーホイール２８を青色光及び蛍光光の入射方向と直交する方向から示している。図１４に示すように、カラーホイール２８は、円環形状部材２８Ａと、その駆動部として、回転軸２８Ｂを中心に円環形状部材２８Ａを回転駆動する駆動モータ２８Ｃを有している。
【0091】
円環形状部材２８Ａは、円周方向に沿って区画された複数の領域、すなわち、拡散領域２８Ｄと、３つのフィルタ領域２８Ｒ、２８Ｇ及び２８Ｙを有している。拡散領域２８Ｄは、蛍光体ユニット２６から出射された青色光を透過及び拡散させるための領域である。フィルタ領域２８Ｒは、蛍光体ユニット２６から出射された蛍光光のうち赤色成分の波長域を含む光を透過させる領域である。同様に、フィルタ領域２８Ｇ、２８Ｙは、それぞれ蛍光体ユニット２６から出射された蛍光光のうち緑色成分及び黄色成分の波長域を含む光を透過させる領域である。
【0092】
以上の説明では、カラーホイール２８が、蛍光光のうち赤色成分、緑色成分、黄色成分の光をそれぞれ透過させる領域を有するものとしている。しかしながら、カラーホイール２８の構成は、これに限定されるものではなく、例えば、蛍光光のうち、赤色成分及び緑色成分の光をそれぞれ透過させる領域を有するものとしてもよい。
【0093】
カラーホイール２８における各領域の面積割合は、プロジェクタ装置１の設計仕様に基づく。カラーホイール２８における拡散領域２８Ｄは、蛍光体ユニット２６から出射される青色光が透過する。したがって、蛍光体ユニット２６の円盤部材２６Ａの全面積に対する励起光反射領域２６Ｅの面積の割合と、カラーホイール２８の全面積に対する拡散領域２８Ｄの面積の割合とを一致させるとよい。
【0094】
駆動モータ２８Ｃは円環形状部材２８Ａを円周方向に回転駆動する。円環形状部材２８Ａが円周方向に回転すると、蛍光体ユニット２６から出射された青色光は、拡散領域２８Ｄ、フィルタ領域２８Ｒ、２８Ｇ及び２８Ｙへ順次入射する。蛍光体ユニット２６から出射された青色光および蛍光光が、カラーホイール２８を透過することによって、青色光、緑色光、赤色光及び黄色光が順次出射される。カラーホイール２８の各領域を透過した光は、ライトトンネル２９へ入射される。
【0095】
ライトトンネル２９は、４つのミラーが四角柱の内側になるように形成された光学素子で、四角柱の一端から入射した光を内部のミラーで複数回反射させることで光の分布を均一化する光ミキシング素子である。ライトトンネル２９は、屈折光学系２７で集光された光青色光及び蛍光光が入射するように配置されている。第１実施形態では、光ミキシング素子の一例としてライトトンネル２９を用いているが、これに限定されず、ロッドインテグレータやフライアイレンズ等を用いることも可能である。
【0096】
図１５は、第１実施形態に係る光源装置２０が有するライトトンネル２９の２つの例を、入射開口部２９Ａを光の入射方向から示している。図１５は、ライトトンネル２９の入射開口部２９Ａ上の青色光の投影範囲を示している。ライトトンネル２９は、図１５に示すように、僅かに傾いて配置されている。ライトトンネル２９の傾き角は、光源装置２０に求められる性能によって変わる。
【0097】
第１実施形態に係る光源装置２０の光源ユニットは、前述の通り、レーザダイオード２１Ａがアレイ状に配置されたレーザ光源２１を有している。図１５Ａ、図１５Ｂに示すように、レーザダイオード２１Ａから出射され、ライトトンネル２９の入射開口部２９Ａに投影される青色光等の投影断面は楕円形状になる。図１５Ａに示す例では、入射開口部２９Ａ上に投影される青色光等の楕円形状投影断面の長軸が入射開口部２９Ａの短辺と略平行になるように配置されている。このように入射開口部２９Ａ上の青色光等の投影範囲を設定することにより、ライトトンネル２９による青色光等のケラレを抑制することができる。
【0098】
入射開口部２９Ａ上の青色光等の投影範囲は、図１５Ｂに示すように、楕円形状投影断面の長軸が入射開口部２９Ａの長辺と略平行になるように配置してもよい。ここでいう楕円形状は、投影範囲の縦方向の強度分布の半値全幅（ＦＷＨＭ）と、横方向の強度分布の半値全幅（ＦＷＨＭ）とに差があるような形状のことをいう。つまり、等方的な強度分布を持たない形状のことである。
【0099】
このような構成を有する光源装置２０における青色光の光路（以下、適宜「青色光光路」という）について、以下のように説明する。青色光光路とは、図１０Ａに示すレーザ光源２１が出射した励起光のうち、蛍光体ユニット２６の励起光反射領域２６Ｅ(図１３Ａ参照)で反射する光が進行する光路をいう。
【0100】
レーザ光源２１から出射された青色光は、カップリングレンズ２２により平行光に変換される。カップリングレンズ２２から出射された青色光は、第１の光学系２３の大口径レンズ２３ａによって集光及び合成された後、負レンズ２３ｂを経て集光光としてダイクロイックミラー２４に入射する。ダイクロイックミラー２４は、入射光を第１の領域２４Ａで反射し、この反射光は第２の光学系２５に向かう。第１の領域２４Ａは、レーザ光源２１から出射された青色光を反射する反射面１０２ａを構成する（図１参照）。上述した励起光の投影像中心の点Ｐは、第１の領域２４Ａに形成される。
【0101】
上述したように、ダイクロイックミラー２４の第１の領域２４Ａは、第２の光学系２５の光軸に対して第１の光学系２３側にずれて配置されている。このため、青色光光路は、第２の光学系２５、具体的には正レンズ２５Ａの第１の光学系２３側の一部に入射する。そして、青色光は、第２の光学系２５の光軸に角度を有した状態で近づくように進み、第２の光学系２５、具体的には正レンズ２５Ｂから出射する。第２の光学系２５から出射した青色光は、蛍光体ユニット２６に入射する。
【0102】
蛍光体ユニット２６に向かう青色光が励起光反射領域２６Ｅに入射すると、青色光は励起光反射領域２６Ｅで正反射される。励起光反射領域２６Ｅで正反射された青色光は、第２の光学系２５、具体的には正レンズ２５Ｂの第１の光学系２３側とは反対側の一部に入射する。そして、青色光は、第２の光学系２５の光軸に対して角度を有した状態で遠ざかるように進み、第２の光学系２５、具体的には、正レンズ２５Ａから出射する。
【0103】
第２の光学系２５の正レンズ２５Ａから出射した青色光は、ダイクロイックミラー２４の第２の領域２４Ｂを透過する。蛍光体ユニット２６から正反射された青色光の光束あるいは第２の光学系２５から出射してダイクロイックミラー２４の第２の領域２４Ｂを透過した青色光の光束は、前記励起光の光束Ｑを構成する。上述のように、ダイクロイックミラー２４の第２の領域２４Ｂは、励起光及び蛍光光を透過する光学特性を有している。このため、青色光の光束（光束Ｑ）がダイクロイックミラー２４と交わる場合であっても、光利用効率の低下を抑制できる。
【0104】
ダイクロイックミラー２４の第２の領域２４Ｂを透過した青色光は、屈折光学系２７に入射する。青色光は、屈折光学系２７の光軸に対し角度を有した状態で近づくように進み、図９に示すカラーホイール２８を介してライトトンネル２９に入射する。青色光はライトトンネル２９の内部で複数回反射され、均一化された後、光源装置２０の外部に配置された照明光学系３０に入射する。
【0105】
次に、本実施の形態に係る光源装置２０における蛍光光の光路（以下、適宜「蛍光光路」という）について、図１０Ｂを参照して説明する。図１０Ｂでは、説明の便宜上、蛍光光の光路の一部を省略している。蛍光光路とは、レーザ光源２１が出射した励起光のうち、蛍光体ユニット２６の蛍光領域２６Ｄで波長変換される光が進行する光路をいう。
【0106】
レーザ光源２１から出射された青色光が蛍光体ユニット２６に導かれるまでは、蛍光光路は、上述した青色光光路と同様である。ここで、蛍光体ユニット２６に入射した青色光は、蛍光領域２６Ｄに入射するものとする。蛍光領域２６Ｄに入射した青色光は、蛍光体に対する励起光となって蛍光体により波長変換され、例えば、黄色の波長域を含む蛍光光になると共に、反射コート２６Ｄ１及び蛍光体層２６Ｄ２によりランバート反射される。
【0107】
蛍光領域２６Ｄによってランバート反射された蛍光光は、第２の光学系２５によって平行光に変換される。第２の光学系２５から出射した蛍光光は、ダイクロイックミラー２４を透過し、屈折光学系２７に入射する。蛍光光は、屈折光学系２７の光軸に対し角度を有した状態で近づくように進み、カラーホイール２８を経てライトトンネル２９に入射する。蛍光光は、ライトトンネル２９の内部で複数回反射され均一化された後、光源装置２０の外部に配置された照明光学系３０に入射する。
【0108】
このように第１実施形態に係る光源装置２０においては、レーザ光源２１から出射される青色光の光路を、蛍光体ユニット２６の反射前と反射後とで異ならせている。より具体的に説明すると以下のとおりである。レーザ光源２１からダイクロイックミラー２４の第１の領域２４Ａ上に投影される青色光の投影像中心の点を定める。この投影像中心の点を、図１では点Ｐで示している。この点Ｐと、蛍光体ユニット２６から反射する青色光の光束（図１に示す光束Ｑ）とが交わらないように、青色光光路を形成している。このように構成することにより、青色光がダイクロイックミラー２４上の同一箇所を透過するのを防止し、集光密度の上昇に起因してダイクロイックミラー２４が破損することを抑制し、信頼性を高めることができる。
【0109】
また、蛍光体ユニット２６から出射される青色光の光路を分離するために位相差板や偏光ビームスプリッターなどからなる偏光分離素子等の特別な光学素子を用意する必要がない。よって、部品点数を低減でき、製造コストを低減すると共に光源装置２０を小型化することができる。さらに、位相差板や偏光分離素子等の偏光を操作する光学部品を使用しないので、光学部品の反射率、透過率及び吸収率等による光利用効率の低下を抑制することができる。
【0110】
第１実施形態に係る光源装置２０において、レーザ光源２１から出射される青色光は、偏光方向が一定の方向である直線偏光である。また、複数のレーザ光源２１を有する光源ユニットは、直線偏光の向きが全て同じになるように配置し、光源ユニットから出射する光の直線偏光の向きを揃えている。直線偏光の向きは、光源ユニットを配置する向きで決定できる。
【0111】
図１５Ａ、図１５Ｂでわかるように、ライトトンネル２９の傾きに合わせて光源ユニットを傾けると直線偏光の向きが変わってしまう。直線偏光の向きが変わってしまう状況の下で、偏光分離素子等により偏光を操作する構成である場合、偏光分離素子を透過する際に光利用効率が低下することがあり得る。第１実施形態に係る光源装置２０においては、偏光を操作する構成を採用しないため、レーザ光源２１の傾きに起因して光利用効率が低下するのを防止することができる。
【0112】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る光源装置２０１は、ダイクロイックミラーの構成が第１実施形態に係る光源装置２０と相違する。以下、図１６に示す第２実施形態に係る光源装置２０１の構成を、第１実施形態に係る光源装置２０との相違点を中心に説明する。図１６Ａは、光源装置２０１における青色光の光路を示しており、図１６Ｂは、光源装置２０１における蛍光光の光路を示している。図１６において、前記第１実施形態と共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図１６Ｂでは、説明の便宜上、蛍光光の光路の一部を省略している。
第２実施形態に係る光源装置２０１は、ダイクロイックミラーの構成が第１実施形態に係る光源装置２０と相違する。以下、図１６に示す第２実施形態に係る光源装置２０１の構成を、第１実施形態に係る光源装置２０との相違点を中心に説明する。図１６Ａは、光源装置２０１における青色光の光路を示しており、図１６Ｂは、光源装置２０１における蛍光光の光路を示している。図１６において、前記第１実施形態と共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図１６Ｂでは、説明の便宜上、蛍光光の光路の一部を省略している。
【0113】
図１６に示す光源装置２０１は、ダイクロイックミラー２４１の構成のみが第１実施形態に係る光源装置２０と相違する。ダイクロイックミラー２４１は、第１実施形態のダイクロイックミラー２４と同様に傾斜して配置される一方、ダイクロイックミラー２４よりも長さ短くなっている。ダイクロイックミラー２４の寸法が短いことから、光源装置２０を小型化することができる。ダイクロイックミラー２４１は、前記ダイクロイックミラー２４の一部である第１の領域２４Ａと同様の光学特性を有している。
【0114】
図１７は、第２実施形態に係る光源装置２０１が有するダイクロイックミラー２４１の構成の一例を示す。図１７は、第１の光学系２３側から出射される青色光（励起光）の入射方向から見たダイクロイックミラー２４１を示している。ダイクロイックミラー２４１は、単一の領域２４１Ａのみで構成されている。
【0115】
領域２４１Ａは、第２実施形態における前記第１の領域２４Ａと同様に、第１の光学系２３から出射される青色光を反射し、蛍光体ユニット２６の蛍光体により青色光から変換された蛍光光を透過する光学特性を有している。領域２４１Ａは、第１の領域２４Ａと同一の位置に配置されている。すなわち、領域２４１Ａは、第１の光学系２３の光軸上に配置されている。しかし、領域２４１Ａは、第２の光学系２５の光軸よりも第１の光学系２３側にずれた位置に配置されている。
【0116】
このような構成を有する光源装置２０１における青色光光路及び蛍光光路について、図１６Ａ及び図１６Ｂを参照して説明する。図１６Ａに示すように、レーザ光源２１から出射された青色光は、蛍光体ユニット２６の励起光反射領域２６Ｅで反射され、第２の光学系２５に出射される。ここまでは、第１実施形態の青色光光路と同様である。第２実施形態に係る光源装置２０１では、第２の光学系２５から出射された青色光はダイクロイックミラー２４１を透過しない。蛍光体ユニット２６から出射する青色光の光束（図１Ａに示す光束Ｑに相当する）は、ダイクロイックミラー２４と交わらない。一方、蛍光光路は、図１６Ｂに示すように、第１実施形態の蛍光光路と同様である。
【0117】
第２実施形態に係る光源装置２０１においては、レーザ光源２１から出射される青色光の光路を、蛍光体ユニット２６の反射前と反射後とで異ならせている。したがって、第１実施形態に係る光源装置２０と同様に、光源装置の信頼性を高めるとともに、小型化及び低コスト化を図ることができる。
【0118】
特に、光源装置２０１では、第２の光学系２５の幅よりもダイクロイックミラー２４１の幅を小さくすることができるため、光源装置２０１のサイズを小さくすることができる。さらに、蛍光体ユニット２６で反射した青色光の光路がダイクロイックミラー２４１を透過しないため、ダイクロイックミラー２４１の透過率に起因する光利用効率の低下を抑制できる。
【0119】
（第３実施形態）
次に、図１８に示す第３実施形態に係る光源装置２０２について説明する。光源装置２０２は、第１光源ユニットと第２光源ユニットを有する点、第２光源ユニットからの励起光を第１光源ユニットからの励起光に合成する偏光光学部品を有する点で、第２実施形態に係る光源装置２０１と相違する。第１光源ユニットは、レーザ光源２１及びカップリングレンズ２２からなる。第２光源ユニットは、レーザ光源２１１及びカップリングレンズ２２１からなる。
次に、図１８に示す第３実施形態に係る光源装置２０２について説明する。光源装置２０２は、第１光源ユニットと第２光源ユニットを有する点、第２光源ユニットからの励起光を第１光源ユニットからの励起光に合成する偏光光学部品を有する点で、第２実施形態に係る光源装置２０１と相違する。第１光源ユニットは、レーザ光源２１及びカップリングレンズ２２からなる。第２光源ユニットは、レーザ光源２１１及びカップリングレンズ２２１からなる。
【0120】
図１８Ａは、第３実施形態に係る光源装置２０２における青色レーザ光の光路を示しており、図１８Ｂは、第３実施形態に係る光源装置２０２における蛍光光の光路を示している。図１８において、前記第２実施形態と共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図１８Ｂでは、説明の便宜上、蛍光光の光路の一部を省略している。
【0121】
図１８に示すように、光源装置２０２は、第２光源ユニットを構成するレーザ光源２１１及びカップリングレンズ２２１を有している。第２光源ユニットは、レーザ光源２１１から出射されるレーザ光が、第１光源ユニットのレーザ光源２１から出射されるレーザ光と直交するように配置されている。
【0122】
レーザ光源２１１は、レーザ光源２１と同様の構成を有している。すなわち、レーザ光源２１１は、複数のレーザ光を出射する光源としてレーザダイオードがアレイ状に配置されており、例えば、発光強度の中心が４５５［ｎｍ］の青色光を出射する。レーザ光源２１、２１１は、いずれもＰ偏光を出射するように構成されている。カップリングレンズ２２１は、前記カップリングレンズ２２と同様に、レーザ光源２１１から出射された青色光を入射し、平行光すなわちコリメート光に変換するレンズである。
【0123】
光源装置２０２は、偏光光学部品を構成する１／２波長板２２２及び偏光分離素子２２３を有している。１／２波長板２２２は、複数のカップリングレンズ２２１に対向して配置されている。１／２波長板２２２は、レーザ光源２１１から出射される青色光のＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換する。偏光分離素子２２３は、レーザ光源２１から出射される青色光及びレーザ光源２１１から出射される青色光の光路上に配置されている。偏光分離素子２２３は、青色光のＳ偏光成分を反射する一方、青色光のＰ偏光成分を透過する光学特性を有している。
【0124】
レーザ光源２１から出射された青色光のＰ偏光成分は、偏光分離素子２２３を透過し、第１の光学系２３の大口径レンズ２３ａに入射される。一方、レーザ光源２１１から出射される青色光のＰ偏光成分は、１／２波長板２２２によりＳ偏光に変換された後、偏光分離素子２２３により反射され、第１の光学系２３の大口径レンズ２３ａに入射される。このようにして第２光源ユニットからの青色の励起光が、第１光源ユニットからの青色の励起光に合成される。
【0125】
このような構成を有する光源装置２０２の青色光光路及び蛍光光路について、図１８を参照して説明する。図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、偏光分離素子２２３により合成され、第１の光学系２３の大口径レンズ２３ａに入射された後の青色光光路及び蛍光光路は、第２実施形態と同様である。
【0126】
第３実施形態に係る光源装置２０２では、レーザ光源２１から出射される青色光の光路を、蛍光体ユニット２６の反射前と反射後とで異ならせている。よって、第２実施形態に係る光源装置２０１と同様に、信頼性に優れると共に、小型化及び低コスト化を図ることができる。特に、光源装置２０２では、第１光源ユニットからの励起光に第２光源ユニットからの励起光を合成することから、励起光の輝度を高めて、光利用効率を向上することができる。また、偏光光学部品を構成する１／２波長板２２２及び偏光分離素子２２３で偏光を操作することから、光源から出射される光の偏光成分の混在の有無に関わらず、光路の分離及び合成を実現することができる。
【0127】
（第４実施形態）
次に、図１９に示す第４実施形態に係る光源装置２０３について説明する。光源装置２０３は、前記蛍光体ユニット２６とは異なる蛍光体ユニット２６１を有する点で、第２実施形態に係る光源装置２０１と相違する。以下、第４実施形態に係る光源装置２０３の構成について、第２実施形態に係る光源装置２０１との相違点を中心に説明する。
次に、図１９に示す第４実施形態に係る光源装置２０３について説明する。光源装置２０３は、前記蛍光体ユニット２６とは異なる蛍光体ユニット２６１を有する点で、第２実施形態に係る光源装置２０１と相違する。以下、第４実施形態に係る光源装置２０３の構成について、第２実施形態に係る光源装置２０１との相違点を中心に説明する。
【0128】
図１９Ａは、光源装置２０３における青色レーザ光の光路を示しており、図１９Ｂは、光源装置２０３における蛍光光の光路を示している。図１９Ａ、図１９Ｂにおいて、前記第２実施形態と共通の構成については、同一の符号を付与して説明を省略する。図１９Ｂにおいては、説明の便宜上、蛍光光の光路の一部を省略している。
【0129】
第４実施形態に係る光源装置２０３は、回転駆動される前記蛍光体ユニット２６の代わりに、回転駆動しない蛍光体ユニット（以下、適宜「静止蛍光体ユニット」という）２６１を有いている。静止蛍光体ユニット２６１は、レーザ光源２１から出射される青色光（励起光）の一部をそのまま反射させる一方、青色光の他部を蛍光光に変換して出射させる。
【0130】
図２０は、第４実施形態に係る光源装置２０３が有する静止蛍光体ユニット２６１の構成を示す。図２０は、静止蛍光体ユニット２６１を青色光の入射方向に対して直交する方向から示している。図２０に示すように、静止蛍光体ユニット２６１は、励起光を反射する反射部材２６１ａの上に、波長変換部材である蛍光体２６１ｂが積層されて構成されている。例えば、反射部材２６１ａ及び蛍光体２６１ｂは、平面視にて矩形状を有している。蛍光体２６１ｂは、反射部材２６１ａ上に塗布される。
【0131】
蛍光体２６１ｂは、入射した青色光（励起光）のうち、例えば、８０％を蛍光光に変換する。静止蛍光体ユニット２６１に青色光が入射した場合、青色光の８０％は、蛍光体２６１ｂに対して励起光として作用し、蛍光体２６１ｂにより波長変換される。これにより、例えば、発光強度の中心が５５０［ｎｍ］の黄色の波長域を含む蛍光光となると共に、蛍光体２６１ｂ及び反射部材２６１ａの作用によりランバート反射される。
【0132】
静止蛍光体ユニット２６１に入射した青色光（励起光）の例えば２０％は、励起光としては作用せず、反射部材２６１ａによって反射される。したがって、静止蛍光体ユニット２６１に青色光が入射すると、青色光と蛍光光が同時に出射される。
【0133】
このように構成された光源装置２０３における青色光光路及び蛍光光路について、図１９を参照して説明する。図１９に示すように、光源装置２０３における青色光光路及び蛍光光路は、静止蛍光体ユニット２６１における波長変換及び反射を除き、第２実施形態と同様である。
【0134】
第４実施形態に係る光源装置２０３においては、レーザ光源２１から出射される青色光の光路を、静止蛍光体ユニット２６１の反射前と反射後とで異ならせている。したがって、第２実施形態に係る光源装置２０１と同様に、信頼性に優れ、小型化及び低コスト化を図ることができる。特に、光源装置２０３では、静止蛍光体ユニット２６１により、青色光と蛍光光とが同時に出射されることから、蛍光体ユニットを回転駆動する必要がなく、装置の製造コストを低減することができる。回転駆動用のモータを省略することができるので、静音化を図ると共に、モータの寿命に起因する信頼性の低下を防止することができる。
【0135】
（第５実施形態）
次に、図２１に示す第５実施形態に係る光源装置を説明する。前記実施形態の構成と同じ構成には共通の符号を付している。図２１に示すように、複数のレーザ光源２１が出射する光束が束なってダイクロイックミラー２４に導かれる。各光源２１から出射する各光束は、それぞれに対応するカップリングレンズ２２によって集光されてほぼ平行光束とされ第１の光学系２３に導かれる。第１の光学系２３は、各カップリングレンズ２２から出射した複数の光束の束をさらに集光して、全光束幅より細くしダイクロイックミラー２４に導く。
次に、図２１に示す第５実施形態に係る光源装置を説明する。前記実施形態の構成と同じ構成には共通の符号を付している。図２１に示すように、複数のレーザ光源２１が出射する光束が束なってダイクロイックミラー２４に導かれる。各光源２１から出射する各光束は、それぞれに対応するカップリングレンズ２２によって集光されてほぼ平行光束とされ第１の光学系２３に導かれる。第１の光学系２３は、各カップリングレンズ２２から出射した複数の光束の束をさらに集光して、全光束幅より細くしダイクロイックミラー２４に導く。
【0136】
前記光束の束は、ダイクロイックミラー２４で反射された後も、全光束幅は大きくならず、第２の光学系２５を通過して蛍光体ユニット２６の反射面近傍で最も集光し、蛍光体ユニット２６の反射領域において正反射される。蛍光体ユニット２６の反射領域で反射された後の光束は、広がりながら再度第２の光学系２５に到達する。第２の光学系２５は、その集光機能により、正レンズ２５Ａの出射面上での光束幅より小さくなるように最適化されている。
【0137】
第２の光学系２５は、第２の光学系２５を出射した光束がダイクロイックミラーを通過する際に、光束幅がいったん細くなる箇所（ＳＰ）を設けている。つまり、複数の光源２１から発する複数の光束からなる全光束幅Ａが、第１の光学系２３により集光され、ダイクロイックミラー２４の反射部で光束幅Ａより小さい光束幅Ｂとする。第２の光学系２５により、蛍光体ユニット２６近傍に集光反射され、再び第２の光学系２５へ向かう際に光束幅が一旦広がる。広がった光束幅を、第２の光学系の集光機能により再び集光し、第２の光学系２５と屈折光学系２７との間に集光部ＳＰを設けている。
【0138】
このように、蛍光体ユニット２６で反射された光束に、第２の光学系２５と屈折光学系２７との間で集光部をＳＰ設けたことを本実施形態の特徴としている。このように構成とすることにより、波長変換ユニット２６から出射される光束が、ダイクロイックミラー２４の第１の領域２４Ａ、図１に示す実施形態では青色光を反射する反射面１０２ａとの干渉をなくすことができる。もって、効率の高い明るい照明装置を提供できるとともに、光路上で光束幅を狭めて光源ユニットの筐体を小さくすることも可能となり装置の小型化にも寄与する。
【0139】
また、前記集光部ＳＰに最も近い光学素子は、ダイクロイックミラー２４であり、かかる構成とすることで、より小型化に寄与する。
【0140】
また、前記集光部ＳＰの位置は、ダイクロイックミラー２４の反射面、あるいは、反射面を含む仮想平面を通過後の光束位置である。このような構成により、光束が最も集光する場所を、ダイクロイックミラー２４の第２の領域２４Ｂの位置から避けることができる。ダイクロイックミラー２４は基本的に透過と反射であるため光の吸収はない。しかし、透過基板の材質によっては光の吸収あり、また、ゴミ等の異物が表面に付着するとそこに集光した光が届くと異物が燃焼して表面の透過率が低下し、破損などの危険性もある。よって、図２１に示す実施形態では、集光部ＳＰの位置をダイクロイックミラー２４の位置から避けている。
【0141】
【0142】
図２２において、複数の光源２２から発する複数の光束からなる全光束幅Ａは、第１の光学系２３により集光され、ダイクロイックミラー２４１の反射部で光束幅Ａより小さい光束幅Ｂになる。さらに、第２の光学系２５により、蛍光体ユニット２６近傍に集光され、蛍光体ユニット２６で反射される。光束が蛍光体ユニット２６から再び第２の光学系２５へ向かう際に、一旦広がった光束幅を再び第２の光学系２５の集光機能により、集光部ＳＰに集光する。集光部ＳＰは、第２の光学系２５と屈折光学系２７との間に位置するように各光学素子設けており、かかる構成を有することをこの実施形態の特徴としている。
【0143】
蛍光体ユニット２６で反射した青色の光束の幅が、ダイクロイックミラー２４１の近傍で最も小さくなるようにしているので、光束とダイクロイックミラー２４１との干渉をなくすことができる。もって、高効率で明るい照明装置を提供できるとともに、光路上で光束幅を狭めることにより、光源ユニットの筐体を小さくすることができ、装置の小型化にも寄与する。
【0144】
（第６実施形態）
図２３は、第５実施形態に係る光源装置を示す。本実施形態において、前記実施形態の構成と共通の構成については、同一の符号を付する。図２３において、複数の光源２１より射出された励起光は、各光源２１に対応したコリメータレンズ２２により略平行光となって第１の光学系２３に入射する。各光源２１から射出された光線の束を光束と呼ぶ。第１の光学系２３は正の屈折力を有する大口径レンズ２３ａと負レンズ２３ｂより構成されている。前記光束は、正レンズ２３ａにより光束の幅を大幅に小さくなり、負レンズ２３ｂに入射する。
図２３は、第５実施形態に係る光源装置を示す。本実施形態において、前記実施形態の構成と共通の構成については、同一の符号を付する。図２３において、複数の光源２１より射出された励起光は、各光源２１に対応したコリメータレンズ２２により略平行光となって第１の光学系２３に入射する。各光源２１から射出された光線の束を光束と呼ぶ。第１の光学系２３は正の屈折力を有する大口径レンズ２３ａと負レンズ２３ｂより構成されている。前記光束は、正レンズ２３ａにより光束の幅を大幅に小さくなり、負レンズ２３ｂに入射する。
【0145】
負レンズ２３ｂの外径をＤ１とする。一般的には負レンズ２３ｂにより、前記光束を略平行光にするが、負レンズ２３ｂからの射出光の光束を集光光とし、この光束を反射しようとする場合に反射面を小型化することができる。また、励起光が第２の光学系２５と光ミキシング素子の間で集光するように、光学素子の特性を最適化すると、波長変換部材である蛍光体ユニット１０３で反射された励起光が前記反射面と干渉するのを防ぐことができる。
【0146】
前記負レンズ２３ａの外径をＤ１、後述する第２の光学系２５の励起光の入射側レンズの外径をＤ２としたときに、条件式（１）を満たすようにすることが望ましい。条件式（１）は第１の光学系２３の集光具合を示す式である。第１の光学系２３で大きく集光させることにより、反射面面積を小さくすることができ、蛍光光の光利用効率の向上、青光路の干渉を避けることができる。
【0147】
条件式（１）
０．１＜Ｄ１／Ｄ２＜０．６
０．１＜Ｄ１／Ｄ２＜０．６
【0148】
条件式（１）の上限値を上回ると、青光路を分離することが困難となるため、効率が低下するとともに、光軸のずらし量を大きくする必要があって、光ミキシング素子入射側面でのスポットの歪みが大きくなり、青色光の利用効率が低下する。条件式（１）の下限値を下回ると、集光度合いが増すことにより、波長変換素子上のエネルギー密度が大きくなり、変換効率が低下する。
【0149】
負レンズ２３ｂより射出された光束は、ダイクロイックミラー２４１の反射面２４１Ａにより反射され、第２の光学系２５に入射される。第２の光学系２５は正レンズ２５Ａと平凸レンズ２５Ｂより構成される。正レンズ２５Ａの外径をＤ２とする。第２の光学系２５に入射される光束は、正レンズ２５Ａの片側から入射し、正レンズ２５Ｂを通過し、蛍光体ユニット１０３に入射する。蛍光体ユニット１０３は、前述した通り、青色の反射部と蛍光体部に領域が別れている。反射部においては励起光を反射し、蛍光体部においては、前記励起光により波長の異なる光を放出する。蛍光体ユニット１０３が回転することにより、順次反射部と蛍光体部に切り替わり、時分割で励起光と蛍光を放出する。
【0150】
ここでは青色反射の場合のみについて説明する。蛍光体ユニット１０３により反射された励起光は正レンズ２５Ｂを逆向きに透過し、正レンズ２５Ａを透過して第２の光学系２５から射出される。第２の光学系２５より射出された励起光は正レンズ２７に入射する。第２の光学系２５より射出された光束は、正レンズ２５Ａと正レンズ２７の間で一度集光する。正レンズ２７に入射した励起光は、光ミキシング素子２９の短辺方向に沿って、光ミキシング素子２９の入射側面に対して角度を持って入射する。つまり、光ミキシング素子２９を構成する４面の反射面のうち、面積の大きい反射面に第１の色光の５０％以上の光線を初めに入射させる。これにより、光ミキシング素子２９内での反射回数を増やすことができ、光ミキシング素子２９の長さが短くても光を均一化することが可能になる。
【0151】
前記光ミキシング素子２９の開口サイズの短辺方向の長さをＳＥ、長辺方向の長さをＬＥ、光ミキシング素子の長さをＬｉｎｔとすると、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。
【0152】
条件式（２）
６＜Ｌｉｎｔ／ＳＥ＜１２
６＜Ｌｉｎｔ／ＳＥ＜１２
【0153】
条件式（２）の上限を上回ると、スクリーン上での照度ムラを低減させることができるが、装置が大型化してしまうため望ましくない。条件式（２）の下限を下回ると、小型化することは可能となるが、スクリーン上の照度ムラが大きくなってしまうため望ましくない。
【0154】
また、本発明に係る光源装置の実施形態では、励起光が光ミキシング素子に対して斜めに入射するので、光ミキシング素子のサイズによってはライトトンネル出口で輝度むらが生じることがある。これがそのままスクリーン上の輝度むらとなるので、スクリーン上の画像を見やすくするようにこの輝度むらを生じさせることが好ましい。例えば、一般的には投影映像に生じる輝度むらは、左右方向よりも上下方向の方が好ましく、また、人の目線に近い下側が明るい方が見やすい。よって、図２４に示すように、スクリーン上の下方向が明るくなるように、励起光を光ミキシング素子に入射させることが好ましい。
【0155】
以下に第１の光学系２３と第２の光学系２５のレンズデータを示す。表中の面番号に＊がついているものは非球面を示している。
実施例における記号の意味は以下の通りである。
ｆ：全系の焦点距離
Ｒ：曲率半径(非球面にあっては近軸曲率半径)
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｋ：非球面の円錐定数
Ａｉ：ｉ次の非球面定数
実施例における記号の意味は以下の通りである。
ｆ：全系の焦点距離
Ｒ：曲率半径(非球面にあっては近軸曲率半径)
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｋ：非球面の円錐定数
Ａｉ：ｉ次の非球面定数
【0156】
非球面形状は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)：Ｃ、光軸からの高さ：Ｈ、円錐定数：Ｋ、上記各次数の非球面係数を用い、Ｘを光軸方向における非球面量として、周知の式
で表され、近軸曲率半径と円錐定数、非球面係数を与えて形状を特定する。
【0157】
【0158】
非球面係数
【0159】
集光レンズのデータは以下の通りである。第２の光学系（集光光学系）の励起光の入射側頂点から３２ｍｍの間隔をあけて配置されている。
【0160】
第１の光学系２３の射出側のレンズ２３ｂの外径は１４．０ｍｍ、第２の光学系（集光光学系）２５の入射側のレンズ２５ａの外径は２３．５ｍｍである。故にＤ１／Ｄ２ ＝０．５９６であり条件式（１）を満たしている。図２５に本実施の形態における光ミキシング素子の概要図を示す。光ミキシング素子の短辺方向の開口サイズはＳＥ３．４ｍｍ、長辺方向の開口サイズはＬＥ５．７ｍｍ、長さLintは２５ｍｍである。
【0161】
以上説明した各実施形態では、本発明の好適な実施例を示しており、本発明はこれら実施形態の構成に限定されるものではない。特に、各実施形態で例示した各部の具体的形状および数値は、本発明を実施するに際して行う具体化の一例にすぎず、本発明の技術的範囲がこれらに限定的されるものではない。本発明は、特許請求の範囲の各請求項に記載した技術思想を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。
【符号の説明】
【0162】
１ ：プロジェクタ装置（画像投射装置」
１０ ：筐体
２０ ：光源装置
２１ ：レーザ光源
２１Ａ ：レーザダイオード
２２ ：カップリングレンズ
２３ ：第１の光学系
２３ａ ：大口径レンズ
２３ｂ ：負レンズ
２４ ：ダイクロイックミラー
２４Ａ ：領域（第１の領域）
２４Ｂ ：領域（第１の領域）
２５ ：第２の光学系
２５Ａ、２５Ｂ：正レンズ
２６ ：蛍光体ユニット
２７ ：屈折光学系
２８ ：カラーホイール
２９ ：ライトトンネル
２９Ａ ：入射開口部
３０ ：照明光学系
４０ ：画像形成素子
５０ ：投射光学系
６０ ：冷却装置
１００ ：光源装置
１０１ ：光源
１０１ａ ：発光面
１０２ ：ダイクロイックミラー
１０２ａ ：反射面
１０３ ：蛍光体ユニット
１０３ａ ：出射面
１０３ｂ ：入射面
１０４ ：ロッドインテグレータ
１０４ａ ：入射開口部
１０４ｂ ：出射開口部
１０５ ：集光レンズ
１０５ａ ：入射面
１０５ｂ ：出射面
１０６ ：屈折レンズ
２０１、２０２、２０３：光源装置
２１１ ：レーザ光源
２２１ ：カップリングレンズ
２２２ ：１／２波長板
２２３ ：偏光分離素子
２４１ ：ダイクロイックミラー
２４１Ａ ：領域
２６１ ：蛍光体ユニット（静止蛍光体ユニット）
２６１ａ ：反射部材
２６１ｂ ：蛍光体
１０ ：筐体
２０ ：光源装置
２１ ：レーザ光源
２１Ａ ：レーザダイオード
２２ ：カップリングレンズ
２３ ：第１の光学系
２３ａ ：大口径レンズ
２３ｂ ：負レンズ
２４ ：ダイクロイックミラー
２４Ａ ：領域（第１の領域）
２４Ｂ ：領域（第１の領域）
２５ ：第２の光学系
２５Ａ、２５Ｂ：正レンズ
２６ ：蛍光体ユニット
２７ ：屈折光学系
２８ ：カラーホイール
２９ ：ライトトンネル
２９Ａ ：入射開口部
３０ ：照明光学系
４０ ：画像形成素子
５０ ：投射光学系
６０ ：冷却装置
１００ ：光源装置
１０１ ：光源
１０１ａ ：発光面
１０２ ：ダイクロイックミラー
１０２ａ ：反射面
１０３ ：蛍光体ユニット
１０３ａ ：出射面
１０３ｂ ：入射面
１０４ ：ロッドインテグレータ
１０４ａ ：入射開口部
１０４ｂ ：出射開口部
１０５ ：集光レンズ
１０５ａ ：入射面
１０５ｂ ：出射面
１０６ ：屈折レンズ
２０１、２０２、２０３：光源装置
２１１ ：レーザ光源
２２１ ：カップリングレンズ
２２２ ：１／２波長板
２２３ ：偏光分離素子
２４１ ：ダイクロイックミラー
２４１Ａ ：領域
２６１ ：蛍光体ユニット（静止蛍光体ユニット）
２６１ａ ：反射部材
２６１ｂ ：蛍光体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】