JP2012173676A - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】小型化することが可能であり、かつ、寿命を長くすることが可能な光源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】励起光を生成する固体光源２０と、固体光源２０からの励起光を集光する集光レンズと、集光レンズからの励起光のうち少なくとも一部から蛍光を生成する蛍光層８４とを備える光源装置であって、固体光源２０における発光領域の縦横比は１より大きく、集光レンズは、入射面又は射出面のうち少なくとも一方がアナモフィック面からなるアナモフィック集光レンズ４０であることを特徴とする光源装置１０。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクターに関する。

従来、励起光を射出する固体光源と、励起光のうち少なくとも一部を蛍光に変換する蛍光層とを備える光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。従来の光源装置によれば、蛍光層を備えるため、特定波長の励起光を生成する固体光源を用いて、所望の色光（蛍光又は蛍光と励起光とが混合した光）を得ることが可能となる。

特開２００９−２７７５１６号公報

ところで、光源装置の技術分野においては、小型の光源装置が求められている。そこで、本発明の発明者は、固体光源からの励起光を集光する集光レンズを従来の光源装置に適用することにより、蛍光層上のより小さい範囲に励起光を入射させることを考えた。このような構成とすることにより、蛍光層を小型化することが可能となり、その結果、光源装置を小型化することが可能となるためである。

しかしながら、上記のような構成においては、後述する比較例に示すように、蛍光層に励起光が入射する領域の一部に過大な熱的負荷がかかって蛍光層の劣化や焼損を招くことがあり、光源装置の寿命を長くすることが困難となる場合があるという問題が判明した。この問題は、高輝度な固体光源（往々にして発光領域の縦横比が１より大きい固体光源）を用いる場合において特に顕著となり、この場合、蛍光層に入射する光の単位面積当たりの光強度（以下、「単位面積当たりの光強度」を単に「光強度」という。）が、局所的に１００Ｗ／ｍｍ^２を大きく超えてしまうこともある（後述する図７（ｃ）参照。）。

そこで、本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、小型化することが可能であり、かつ、寿命を長くすることが可能な光源装置を提供することを目的とする。また、このような光源装置を備え、小型化することが可能であり、かつ、光源装置交換の頻度を低くすることが可能なプロジェクターを提供することを目的とする。

［１］本発明の光源装置は、励起光を生成する固体光源と、前記固体光源からの励起光を集光する集光レンズと、前記集光レンズからの前記励起光のうち少なくとも一部から蛍光を生成する蛍光層とを備える光源装置であって、前記固体光源における発光領域の縦横比は１より大きく、前記集光レンズは、入射面又は射出面のうち少なくとも一方がアナモフィック面からなるアナモフィック集光レンズであることを特徴とする。

このため、本発明の光源装置によれば、集光レンズを備えるため、蛍光層上のより小さい範囲に励起光を入射させて蛍光層を小型化することが可能となり、その結果、光源装置を小型化することが可能となる。

また、本発明の光源装置によれば、集光レンズは、入射面又は射出面のうち少なくとも一方がアナモフィック面からなるアナモフィック集光レンズであるため、後述する実施形態に示すように、固体光源からの励起光が蛍光層に入射する範囲を調整して蛍光層に入射する励起光の入射位置を分散することが可能となり、蛍光層に励起光が入射する領域の一部に過大な熱的負荷がかかることを抑制して蛍光層の劣化や焼損を防ぐことが可能となり、その結果、光源装置の寿命を長くすることが可能となる。

したがって、本発明の光源装置は、小型化することが可能であり、かつ、寿命を長くすることが可能な光源装置となる。

また、本発明の光源装置によれば、従来の光源装置と同様に、蛍光層を備えるため、特定波長の励起光を生成する固体光源を用いて、所望の色光を得ることが可能となる。

なお、「発光領域の縦横比」とは、発光領域の最も幅が広い部位の長さを、最も幅が狭い部位の長さで割った値である。例えば、発光領域が四角形の場合においては、「発光領域の縦横比が１より大きい」とは、発光領域が正方形ではないことを表す。
また、「アナモフィック面」とは、ある方向（例えば縦方向）の曲率と、他の方向（例えば横方向）の曲率とが異なる面のことをいう。

本発明の光源装置においては、励起光のみを生成する固体光源だけでなく、励起光と色光とを兼ねる光を生成する固体光源も用いることができる。つまり、本発明の光源装置においては、固体光源が生成する光は、励起光として用いられるだけでなく色光としても用いられるものであってもよい。

［２］本発明の光源装置においては、前記固体光源は、前記発光領域の縦横比が３以上の半導体レーザーからなることが好ましい。

半導体レーザーにおいては、高出力のものほど発光領域の縦横比が大きくなる傾向があり、励起光の射出角度も大きくなる傾向があるため、本発明は、このような光源装置に好適に適用することができる。

［３］本発明の光源装置においては、前記蛍光層に前記励起光が入射する範囲を入射範囲とするとき、前記入射範囲の最大幅は、前記入射範囲の最小幅の２倍以下であることが好ましい。

このような構成とすることにより、後述する実施形態に示すように、蛍光層に入射する励起光の入射位置を一層分散することが可能となり、蛍光層に励起光が入射する領域の一部に過大な熱的負荷がかかることを一層抑制して蛍光層の劣化や焼損を防ぐことが可能となり、その結果、光源装置の寿命を一層長くすることが可能となる。

また、このような構成とすることにより、蛍光層で蛍光が生成される領域の方向依存性が小さくなるため、扱いやすい光を射出する光源装置とすることが可能となる。

なお、上記観点からは、入射範囲の最大幅と、入射範囲の最小幅とが近ければ近いほど好ましい。具体的には、入射範囲の最大幅は、入射範囲の最小幅の１．５倍以下であることが一層好ましく、１．１倍以下であることがより一層好ましい。

［４］本発明の光源装置においては、前記励起光がデフォーカス状態で前記蛍光層に入射するように構成されていることが好ましい。

このような構成とすることにより、蛍光層に入射する励起光の強度をより一層分散することが可能となり、蛍光層に励起光が入射する領域の一部に過大な熱的負荷がかかることをより一層抑制して蛍光層の劣化や焼損を防ぐことが可能となり、その結果、光源装置の寿命をより一層長くすることが可能となる。

［５］本発明の光源装置においては、前記アナモフィック面は、シリンドリカル面からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、比較的簡易な構成で、蛍光層に入射する励起光の入射位置を分散することが可能となる。

なお、「シリンドリカル面」とは、母線方向（ある方向）に沿う曲率が０である面であり、アナモフィック面の一種である。

［６］本発明の光源装置においては、前記アナモフィック面は、トーリック面からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、蛍光層に入射する励起光の入射位置を、細かく調整して分散することが可能となる。

なお、「トーリック面」とは、ある方向（例えば縦方向）の曲率と、他の方向（例えば横方向）の曲率とが異なる曲率であって、いずれの曲率も０ではない面であり、アナモフィック面の一種である。

［７］本発明の光源装置においては、前記アナモフィック集光レンズは、前記入射面及び前記射出面の両方の面がアナモフィック面からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、両面のアナモフィック面を用いて、蛍光層に入射する励起光の入射位置や範囲を調整することが可能となる。

［８］本発明の光源装置においては、前記アナモフィック集光レンズは、前記入射面又は前記射出面のうち一方の面がアナモフィック面からなり、他方の面が回転対称系の非球面からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、アナモフィック面及び回転対称系の非球面からなる面により、蛍光層に入射する励起光の入射位置や範囲を調整することが可能となる。

［９］本発明の光源装置においては、前記アナモフィック集光レンズより後段の光学要素は、上端部を含む一部及び下端部を含む一部が切り取られた形状からなることが好ましい。

光学要素の上端部及び下端部においては、通過する光量が小さいことや通過する光の質が悪いことが多いため、このような構成とすることにより、光利用効率を大きく低下させずに薄型の光源装置とすることが可能となる。

なお、「上端部」とは、光源装置の使用を想定する姿勢において、重力方向に沿って見たときに最上部となる部分のことをいい、「下端部」とは、光源装置の使用を想定する姿勢において、重力方向に沿って見たときに最下部となる部分のことをいう。

［１０］本発明のプロジェクターは、本発明の光源装置を備える照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置からの光を投写する投写光学系とを備えることを特徴とする。

本発明のプロジェクターによれば、小型化することが可能であり、かつ、寿命を長くすることが可能な本発明の光源装置を備えるため、小型化することが可能であり、かつ、光源装置交換の頻度を低くすることが可能となる。

［１１］本発明のプロジェクターにおいては、前記光変調装置として、１つの光変調装置を備える単板式プロジェクターであることが好ましい。

このような構成とすることにより、プロジェクターを単純な構成として、一層小型化することが可能となる。

実施形態１に係るプロジェクター１０００を説明するために示す図。 実施形態１における固体光源２０をアナモフィック集光レンズ４０側から見た図。 実施形態１における固体光源２０の発光強度特性及び蛍光体の発光強度特性を示すグラフ。 実施形態１に係る光源装置１０を説明するために示す図。 実施形態２に係る光源装置１２を説明するために示す図。 実施形態３に係る光源装置１４を説明するために示す図。 比較例に係る光源装置１６を説明するために示す図。 実施形態４に係るプロジェクター１００８を説明するために示す図。 変形例に係るプロジェクター１０１０の光学系を示す上面図。

以下、本発明の光源装置及びプロジェクターについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るプロジェクター１０００を説明するために示す図である。図１（ａ）はプロジェクター１０００の光学系を示す上面図であり、図１（ｂ）はプロジェクター１０００の光学系を示す側面図である。なお、図１において光源装置２０から蛍光生成部８０までの間に示す矢印は、固体光源２０の中央から射出された青色光の拡がり具合をおおまかに表すものである。後述する図４〜図９においても同様の矢印を図示している。
図２は、実施形態１における固体光源２０をアナモフィック集光レンズ４０側から見た図である。

図３は、実施形態１における固体光源２０の発光強度特性及び蛍光体の発光強度特性を示すグラフである。図３（ａ）は固体光源２０の発光強度特性を示すグラフであり、図３（ｂ）は蛍光層８４が含有する蛍光体の発光強度特性を示すグラフである。発光強度特性とは、光源であれば電圧を印加したときに、蛍光体であれば励起光が入射したときに、どのような波長の光をどの位の強度で射出するのかという特性のことをいう。グラフの縦軸は相対発光強度を表し、発光強度が最も強い波長における発光強度を１としている。グラフの横軸は波長を表す。

図４は、実施形態１に係る光源装置１０を説明するために示す図である。図４（ａ）は光源装置１０の光学系を示す上面図であり、図４（ｂ）は光源装置１０の光学系を示す側面図であり、図４（ｃ）は蛍光層８４に入射する青色光の光強度を示すグラフであり、図４（ｄ）は蛍光層８４に入射する青色光の面内光強度分布を示す図である。なお、図４（ｃ）の縦軸は、蛍光層８４に入射する青色光の光強度を表す。横軸は、照明光軸１００ａｘからの距離を表す。光強度の単位は「Ｗ／ｍｍ^２」であり、照明光軸からの距離の単位は「ｍｍ」である。単位については後述する図５〜図７においても同様である。

なお、光学系や各光学要素を説明する図面においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれｚ軸方向（図１（ａ）における照明光軸１００ａｘ方向）、ｘ軸方向（図１（ａ）における紙面に平行かつｚ軸に垂直な方向）及びｙ軸方向（図１（ａ）における紙面に垂直かつｚ軸に垂直な方向）として表示する。
図４（ｃ）における実線のグラフはｙ軸及びｚ軸に平行な平面（ｙｚ平面）における光強度を示し、破線のグラフはｘ軸及びｚ軸に平行な平面（ｘｚ平面）における光強度を示す。

実施形態１に係るプロジェクター１０００は、図１に示すように、照明装置１００と、液晶光変調装置４００と、投写光学系６００とを備える。プロジェクター１０００は、赤色光、緑色光及び青色光を原色として用いてフルカラー画像を投写する。また、プロジェクター１０００は、光変調装置として、１つの液晶光変調装置４００を備える単板式プロジェクターである。実施形態１に係るプロジェクター１０００及び光源装置１０（後述）は、ｙ軸方向が重力方向に沿う状態で用いられるように設計されている。
照明装置１００は、光源装置１０と、レンズインテグレーター光学系１１０とを備える。照明装置１００は、照明光として赤色光、緑色光及び青色光を含む光（つまり、白色光として用いることができる光）を射出する。

光源装置１０は、固体光源２０と、アナモフィック集光レンズ４０と、蛍光生成部８０と、コリメーター光学系９０とを備える。

固体光源２０は、半導体レーザーからなる。固体光源２０は、図１及び図２に示すように、基板２２及び発光部２４を有する。固体光源２０の出力は、例えば、１Ｗである。
なお、本発明の光源装置においては、固体光源を複数用いてもよい。

基板２２は、発光部２４を搭載する機能を有する。詳細な説明は省略するが、基板２２は、発光部２４への電力の供給を仲介する機能や、発光部２４で発生する熱を放熱する機能等を併せて有する。

発光部２４は、励起光と色光とを兼ねる青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ、図３（ａ）参照。）を生成する。固体光源２０は、当該発光部２４により励起光を生成することになる。当該発光部２４は、図２に示すように、長方形形状の発光領域を有し、発光領域の短辺方向に沿った拡がり角が発光領域の長辺方向に沿った拡がり角より大きくなるように構成されている。実施形態１においては、当該発光領域は、縦（ｙ軸方向）１８μｍ、横（ｘ軸方向）２μｍの大きさであるため、縦横比は９ということになる。このため、実施形態１に係る光源装置１０は、「固体光源における発光領域の縦横比は１より大きい」という条件を満たし、また、「発光領域の縦横比が３以上」という条件も満たす。なお、本発明において用いることが可能な固体光源は、上記固体光源２０に限られるものではない。

アナモフィック集光レンズ４０は、固体光源２０からの青色光を集光する。アナモフィック集光レンズ４０は、図１、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、入射面４２及び射出面４４の両方の面がアナモフィック面からなるアナモフィック集光レンズである。入射面４２及び射出面４４のアナモフィック面は、いずれもｙ軸方向に沿う（つまり、固体光源２０からの青色光の拡がり角が小さい方向に沿う）母線を有するシリンドリカル面からなる。なお、入射面４２は、曲面の曲率が異なる場所がある「非球面シリンドリカル面」からなり、射出面４４は、曲面の曲率がすべての場所で同じ「球面シリンドリカル面」からなる。

このため、実施形態１に係る光源装置１０においては、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示すように、拡がり角が大きい方向に沿う方向の青色光を強く屈折することで、蛍光層８４に入射する励起光（青色光）の入射位置を分散することが可能となる。このときのピーク強度（蛍光層に入射する光における光強度のうち最も高い強度）は、図４（ｃ）に示すように、約２２Ｗ／ｍｍ^２である。また、図４（ｄ）に示すように、入射範囲の最大幅は入射範囲の最小幅の２倍以下であり、さらにいえば、約１．０倍である。

蛍光生成部８０は、透明部材８２及び蛍光層８４を有する。蛍光生成部８０は、全体として正方形の板状の形状を有し、所定の位置（図１参照。）に固定されている。
透明部材８２は、蛍光層８４を担持する。透明部材８２は、例えば、光学ガラスからなる。なお、透明部材上には、集光レンズからの光を通過させ、蛍光を反射する層（例えば、誘電体多層膜）が形成されていてもよい。

蛍光層８４は、アナモフィック集光レンズ４０からの青色光がデフォーカス状態で入射する位置に配置され、当該青色光のうち一部から赤色光（発光強度のピーク：約６１０ｎｍ）及び緑色光（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ）を含む蛍光を生成する（図３（ｂ）参照。）。
このため、蛍光生成部８０は、蛍光の生成に関わることなく蛍光層８４を通過する青色光を、蛍光（赤色光及び緑色光）とともに含む光（つまり、白色光として用いることが可能な光）を射出することとなる。

蛍光層８４は、ＹＡＧ系蛍光体を含有する層からなる。なお、蛍光層としては、他の蛍光体（シリケート系蛍光体、ＴＡＧ系蛍光体等）を含有する蛍光層を用いることもできる。また、蛍光層として、集光光学系からの光を赤色光に変換する蛍光体（例えばＣａＡｌＳｉＮ_３赤色蛍光体）と、集光光学系からの光を緑色に変換する蛍光体（例えばβサイアロン緑色蛍光体）とを含有する蛍光層を用いることもできる。
なお、蛍光の生成に関わることなく蛍光層８４を通過する一部の青色光は、蛍光とともに射出される。このとき、青色光は蛍光層８４中で散乱又は反射されるため、蛍光とほぼ同様の分布（いわゆるランバーシャン分布）特性を有する光として蛍光生成部８０から射出される。

コリメーター光学系９０は、蛍光層８４からの光を略平行化する。コリメーター光学系９０は、図１に示すように、第１レンズ９２及び第２レンズ９４を備える。
第１レンズ９２及び第２レンズ９４は、両凸レンズからなる。なお、第１レンズ及び第２レンズの形状は、上記形状に限定されるものではなく、第１レンズと第２レンズとからなるコリメーター光学系が、蛍光層からの光を略平行化することが可能な形状であればよい。また、コリメーター光学系を構成するレンズの枚数は、１枚であってもよく、３枚以上であってもよい。
アナモフィック集光レンズ４０より後段の光学要素であるコリメーター光学系９０は、上端部を含む一部及び下端部を含む一部が切り取られた形状からなる。

レンズインテグレーター光学系１１０は、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を備える。
なお、上記のようなレンズインテグレーター光学系の代わりに他のインテグレーター光学系、例えば、インテグレーターロッドを備えるロッドインテグレーター光学系を用いることもできる。

照明装置１００においては、レンズインテグレーター光学系１１０を構成する光学要素は、コリメーター光学系９０と同様に、上端部を含む一部及び下端部を含む一部が切り取られた形状からなる。このため、照明装置１００は薄型の照明装置とすることが可能となる。また、当該照明装置１００を備えるプロジェクター１０００も、薄型のプロジェクターとすることが可能となる。

第１レンズアレイ１２０は、図１に示すように、光源装置１０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。第１レンズアレイ１２０は、光源装置１０からの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、複数の第１小レンズ１２２が照明光軸１００ａｘと直交する面内に複数行・複数列（実施形態１においては２行６列）のマトリクス状に配列された構成を有する。図示による説明は省略するが、第１小レンズ１２２の外形形状は、液晶光変調装置４００の画像形成領域の外形形状に関して略相似形である。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０における複数の第１小レンズ１２２に対応する複数の第２小レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、各第１小レンズ１２２の像を液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に結像させる機能を有する。第２レンズアレイ１３０は、複数の第２小レンズ１３２が照明光軸１００ａｘに直交する面内に複数行・複数列（実施形態１においては２行６列）のマトリクス状に配列された構成を有する。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光からなる光として射出する偏光変換素子である。
偏光変換素子１４０は、光源装置１０からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板とを有している。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を集光して液晶光変調装置４００の画像形成領域近傍に重畳させるための光学素子である。重畳レンズ１５０は、重畳レンズ１５０の光軸と照明光軸１００ａｘとが略一致するように配置されている。なお、重畳レンズは、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。

照明装置１００と液晶光変調装置４００との間には、後段集光レンズ３００が配置されている。照明装置１００からの光は、後段集光レンズ３００を通過し、液晶光変調装置４００に入射する。

液晶光変調装置４００は、カラーフィルターを有する液晶光変調装置である。当該カラーフィルターは、図示による詳しい説明は省略するが、誘電体多層膜等の色分離素子を用いて、後段集光レンズ３００からの光を画素ごとに、赤色光、緑色光及び青色光に分離する色分離光学系としての機能を有する。なお、色分離光学系としては他の色分離光学系を用いることもでき、例えば、「赤色光、緑色光及び青色光に対応し、それぞれ異なる角度を有する３枚のダイクロイックミラー」を備える色分離光学系等も用いることができる。

液晶光変調装置４００は、カラーフィルターを通過した光（元々は照明装置１００からの光）を画像情報に応じて変調する光変調装置であり、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成する。なお、図示を省略したが、後段集光レンズ３００と液晶光変調装置４００との間には入射側偏光板が介在配置され、液晶光変調装置４００と投写光学系６００との間には射出側偏光板が介在配置される。これら入射側偏光板、液晶光変調装置及び射出側偏光板によって、入射された各色光の光変調が行われる。
液晶光変調装置は、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。

液晶光変調装置４００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。

次に、実施形態に係る光源装置１０及びプロジェクター１０００の効果を説明する。

実施形態１に係る光源装置１０によれば、集光レンズ（アナモフィック集光レンズ４０）を備えるため、蛍光層８４上のより小さい範囲に励起光（青色光）を入射させて蛍光層８４を小型化することが可能となり、その結果、光源装置を小型化することが可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、集光レンズは、入射面又は射出面のうち少なくとも一方がアナモフィック面からなるアナモフィック集光レンズ４０であるため、固体光源からの励起光が蛍光層に入射する範囲を調整して蛍光層に入射する励起光の入射位置を分散することが可能となり、蛍光層に励起光が入射する領域の一部に過大な熱的負荷がかかることを抑制して蛍光層の劣化や焼損を防ぐことが可能となり、その結果、光源装置の寿命を長くすることが可能となる。

このため、実施形態１に係る光源装置１０は、小型化することが可能であり、かつ、寿命を長くすることが可能な光源装置となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、従来の光源装置と同様に、蛍光層８４を備えるため、特定波長の励起光を生成する固体光源を用いて、所望の色光を得ることが可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、入射範囲の最大幅が入射範囲の最小幅の２倍以下であるため、蛍光層に入射する励起光の入射位置を一層分散することが可能となり、蛍光層に励起光が入射する領域の一部に過大な熱的負荷がかかることを一層抑制して蛍光層の劣化や焼損を防ぐことが可能となり、その結果、光源装置の寿命を一層長くすることが可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、入射範囲の最大幅が入射範囲の最小幅の２倍以下であるため、蛍光層で蛍光が生成される領域の、方向依存性が小さくなるため、扱いやすい光を射出する光源装置とすることが可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、励起光がデフォーカス状態で蛍光層８４に入射するように構成されているため、蛍光層に入射する励起光の強度をより一層分散することが可能となり、蛍光層に励起光が入射する領域の一部に過大な熱的負荷がかかることをより一層抑制して蛍光層の劣化や焼損を防ぐことが可能となり、その結果、光源装置の寿命をより一層長くすることが可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、アナモフィック面は、シリンドリカル面からなるため、比較的簡易な構成で、蛍光層に入射する励起光の入射位置を分散することが可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、アナモフィック集光レンズ４０は、入射面４２及び射出面４４の両方の面がアナモフィック面からなるため、両面のアナモフィック面を用いて、蛍光層に入射する励起光の入射位置や範囲を調整することが可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、アナモフィック集光レンズ４０より後段の光学要素（コリメーター光学系９０）は、上端部を含む一部及び下端部を含む一部が切り取られた形状からなるため、光利用効率を大きく低下させずに薄型の光源装置とすることが可能となる。

実施形態１に係る光源装置１０においては、固体光源２０は、発光領域の縦横比が３以上の半導体レーザーからなり、本発明は、このような光源装置に好適に適用することができる。

実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、小型化することが可能であり、かつ、寿命を長くすることが可能な実施形態１に係る光源装置１０を備えるため、小型化することが可能であり、かつ、光源装置交換の頻度を低くすることが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、光変調装置として１つの光変調装置を備える単板式プロジェクターであるため、プロジェクターを単純な構成として、一層小型化することが可能となる。

［実施形態２］
図５は、実施形態２に係る光源装置１２を説明するために示す図である。図５（ａ）は光源装置１２の光学系を示す上面図であり、図５（ｂ）は光源装置１２の光学系を示す側面図であり、図５（ｃ）は蛍光層８４に入射する青色光の光強度を示すグラフであり、図５（ｄ）は蛍光層８４に入射する青色光の面内光強度分布を示す図である。なお、図５（ｃ）の縦軸は、蛍光層８４に入射する青色光の光強度を表す。横軸は、照明光軸１０２ａｘからの距離を表す。

実施形態２に係る光源装置１２は、基本的には実施形態１に係る光源装置１０と同様の構成を有するが、アナモフィック集光レンズの構成が実施形態１に係る光源装置１０の場合とは異なる。すなわち、実施形態２に係る光源装置１２においては、図５（ａ）に示すように、アナモフィック集光レンズ５０は、射出面５４がアナモフィック面からなり、入射面５２が回転対称系の非球面からなる。また、当該アナモフィック面（射出面５４）は、凹のトーリック面からなる。

このため、実施形態２に係る光源装置１２においては、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示すように、拡がり角が大きい方向に沿う方向の青色光を強く屈折するとともに、拡がり角が小さい方向に沿う方向の青色光をも屈折して、蛍光層８４に入射する励起光（青色光）の入射位置を分散することが可能となる。このときのピーク強度は、図５（ｃ）に示すように、約３３Ｗ／ｍｍ^２である。また、図５（ｄ）に示すように、入射範囲の最大幅は入射範囲の最小幅の２倍以下であり、さらにいえば約１．６倍である。

上記のように、実施形態２に係る光源装置１２は、アナモフィック集光レンズの構成が実施形態１に係る光源装置１０の場合とは異なるが、集光レンズを備え、当該集光レンズは、入射面又は射出面のうち少なくとも一方がアナモフィック面からなるアナモフィック集光レンズ５０であるため、実施形態１に係る光源装置１０と同様に、小型化することが可能であり、かつ、寿命を長くすることが可能な光源装置となる。

また、実施形態２に係る光源装置１２によれば、アナモフィック面がトーリック面からなるため、蛍光層に入射する励起光の入射位置を、細かく調整して分散することが可能となる。

また、実施形態２に係る光源装置１２によれば、アナモフィック集光レンズ５０は、入射面又は射出面のうち一方の面がアナモフィック面からなり、他方の面が回転対称系の非球面からなるため、アナモフィック面及び回転対称系の非球面からなる面により、蛍光層に入射する励起光の入射位置や範囲を調整することが可能となる。

なお、実施形態２に係る光源装置１２は、アナモフィック集光レンズの構成以外の点においては、実施形態１に係る光源装置１０と同様の構成を有するため、実施形態１に係る光源装置１０が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

［実施形態３］
図６は、実施形態３に係る光源装置１４を説明するために示す図である。図６（ａ）は光源装置１４の光学系を示す上面図であり、図６（ｂ）は光源装置１４の光学系を示す側面図であり、図６（ｃ）は蛍光層８４に入射する青色光の光強度を示すグラフであり、図６（ｄ）は蛍光層８４に入射する青色光の面内光強度分布を示す図である。なお、図６（ｃ）の縦軸は、蛍光層８４に入射する青色光の光強度を表す。横軸は、照明光軸１０４ａｘからの距離を表す。

実施形態３に係る光源装置１４は、基本的には実施形態２に係る光源装置１２と同様の構成を有するが、アナモフィック集光レンズの構成が実施形態２に係る光源装置１２の場合とは異なる。すなわち、実施形態３に係る光源装置１４においては、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、アナモフィック集光レンズ６０のアナモフィック面（射出面６４）は、凸のトーリック面からなる。

このため、実施形態３に係る光源装置１４においては、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示すように、拡がり角が大きい方向に沿う方向の青色光を強く屈折するとともに、拡がり角が小さい方向に沿う方向の青色光をも強く屈折して、蛍光層８４に入射する励起光（青色光）の入射位置を分散することが可能となる。このときのピーク強度は、図６（ｃ）に示すように、約２６Ｗ／ｍｍ^２である。また、図６（ｄ）に示すように、入射範囲の最大幅は入射範囲の最小幅の２倍以下であり、さらにいえば約１．０倍である。

上記のように、実施形態３に係る光源装置１４は、アナモフィック集光レンズの構成が実施形態２に係る光源装置１２の場合とは異なるが、集光レンズを備え、当該集光レンズは、入射面又は射出面のうち少なくとも一方がアナモフィック面からなるアナモフィック集光レンズ６０であるため、実施形態２に係る光源装置１２と同様に、小型化することが可能であり、かつ、寿命を長くすることが可能な光源装置となる。

なお、実施形態３に係る光源装置１４は、アナモフィック集光レンズの構成以外の点においては、実施形態２に係る光源装置１２と同様の構成を有するため、実施形態２に係る光源装置１２が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

［比較例］
図７は、比較例に係る光源装置１６を説明するために示す図である。図７（ａ）は光源装置１６の光学系を示す上面図であり、図７（ｂ）は光源装置１６の光学系を示す側面図であり、図７（ｃ）は蛍光層８４に入射する青色光の光強度を示すグラフであり、図７（ｄ）は蛍光層８４に入射する青色光の面内光強度分布を示す図である。なお、図７（ｃ）の縦軸は、蛍光層８４に入射する青色光の光強度を表す。横軸は、照明光軸１０６ａｘからの距離を表す。

比較例に係る光源装置１６は、基本的には実施形態１に係る光源装置１０に似た構成を有するが、一般的な集光レンズ（つまり、アナモフィック集光レンズではない集光レンズ）を備える点で実施形態１に係る光源装置１０の場合とは異なる。すなわち、比較例に係る光源装置１６は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、入射面７２及び射出面７４の両方の面が回転対称系の非球面からなる集光レンズ７０を備える。

比較例に係る光源装置１６においては、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示すように、蛍光層８４に入射する青色光の入射位置を分散することができず、青色光が入射する領域の一部に過大な熱的負荷がかかっている。特に図７（ｃ）に示すように、ピーク強度は、約１６０Ｗ／ｍｍ^２にまで高くなってしまっている。

上記のように、比較例に係る光源装置１６によれば、固体光源２０が発光領域の縦横比が３以上の高出力な半導体レーザーからなり、集光レンズが入射面７２及び射出面７４の両方の面が回転対称系の非球面からなる集光レンズ７０であるため、蛍光層に励起光が入射する領域の一部に過大な熱的負荷がかかって蛍光層の劣化や焼損を招くことがあり、光源装置の寿命を長くすることが困難となる場合がある。

［実施形態４］
図８は、実施形態４に係るプロジェクター１００８を説明するために示す図である。図８（ａ）はプロジェクター１００８の光学系を示す上面図であり、図８（ｂ）はプロジェクター１００８の光学系を示す側面図である。

実施形態４に係るプロジェクター１００８は、基本的には実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様の構成を有するが、アナモフィック集光レンズより後段の光学要素の構成が実施形態１に係るプロジェクター１０００の場合とは異なる。すなわち、実施形態４に係るプロジェクター１０００においては、図８（特に図８（ｂ））に示すように、コリメーター光学系９８及びレンズインテグレーター光学系１１８を構成する各光学要素が、上端部を含む一部及び下端部を含む一部が切り取られていない形状からなる。
なお、これに伴って、第１レンズアレイ１２１における複数の第１小レンズ１２２と、第２レンズアレイ１３１における複数の第２小レンズ１３２とは、１０行６列で配置されている。

プロジェクター１００８をこのような構成とすることにより、実施形態１に係るプロジェクター１０００と比較して薄型とすることはできないものの、蛍光層８４からの光を有効に利用して光利用効率を向上させることが可能となる。なお、実施形態４に係る光源装置１８は、コリメーター光学系の構成以外の点においては、実施形態１に係る光源装置１０と同様の構成を有するため、実施形態１に係る光源装置１０が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

上記のように、実施形態４に係るプロジェクター１００８は、アナモフィック集光レンズより後段の光学要素の構成が実施形態１に係るプロジェクター１０００の場合とは異なるが、小型化することが可能であり、かつ、寿命を長くすることが可能な実施形態４に係る光源装置１８を備えるため、実施形態１に係るプロジェクター１００８と同様に、小型化することが可能であり、かつ、光源装置交換の頻度を低くすることが可能となる。

なお、実施形態４に係るプロジェクター１００８は、アナモフィック集光レンズより後段の光学要素の構成以外の点においては、実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様の構成を有するため、実施形態１に係るプロジェクター１０００が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記各実施形態において記載した各構成要素の寸法、個数、材質及び形状は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。

（２）上記各実施形態においては、固体光源及び蛍光層として、青色光を生成する固体光源２０と、青色光の一部から赤色光及び緑色光を含む蛍光を生成する蛍光層８４とを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固体光源及び蛍光層として、紫色光又は紫外光を生成する固体光源と、紫色光又は紫外光から赤色光、緑色光及び青色光を含む色光を生成する蛍光層とを用いてもよい。

（３）上記各実施形態においては、「白色光として用いることができる光」を射出する光源装置１０としたが、本発明はこれに限定されるものではない。「白色光として用いることができる光」以外の光（例えば、赤色光及び緑色光からなる光や、特定の色光成分を多く含む光）を射出する光源装置としてもよい。

（４）上記各実施形態においては、発光強度のピークが約４６０ｎｍの青色光を生成する固体光源２０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、発光強度のピークが４４０ｎｍ〜４５０ｎｍの青色光を生成する固体光源を用いてもよい。このような構成とすることにより、蛍光体における蛍光生成効率を向上させることが可能となる。

（５）上記各実施形態においては、固体光源として半導体レーザーからなる固体光源２４を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固体光源として発光ダイオードからなる固体光源を用いてもよい。

（６）上記各実施形態においては、透過型のプロジェクターを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶光変調装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型の液晶光変調装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を得ることができる。

（７）上記各実施形態においては、プロジェクターの光変調装置として液晶光変調装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。光変調装置としては、一般に、画像情報に応じて入射光を変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置等を用いてもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。

（８）上記実施形態においては、１つの光変調装置を用いたプロジェクターを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。２つ以上の光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。以下に示す変形例は、その具体例である。図９は、変形例に係るプロジェクター１０１０の光学系を示す上面図である。変形例に係るプロジェクター１０１０は３つの液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを備えるプロジェクターである。符号２００で示すのは、色分離と導光とを行う色分離導光光学系であり、ダイクロイックミラー２１０，２２０、反射ミラー２３０，２４０，２５０、及びリレーレンズ２６０，２７０を備える。符号５００で示すのは光の進行方向を揃えるクロスダイクロイックプリズムである。上記の場合には、カラーフィルターを有しない液晶光変調装置を用いることができる。例えば、このようなプロジェクターに本発明を適用することもできる。

（９）本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも可能である。

（１０）上記各実施形態においては、本発明の光源装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の光源装置を他の光学機器（例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ、照明機器等。）に適用することもできる。

１０，１８…光源装置、２０…固体光源、２２…基板、２４…発光領域、４０，５０，６０…アナモフィック集光レンズ、７０…集光レンズ、８０…蛍光生成部、８２…透明部材、８４…蛍光層、９０，９８…コリメーター光学系、１００，１０８…照明装置、１００ａｘ，１０２ａｘ，１０４ａｘ，１０６ａｘ，１０８ａｘ…照明光軸、１１０，１１８…レンズインテグレーター光学系、１２０，１２１…第１レンズアレイ、１２２…第１小レンズ、１３０，１３１…第２レンズアレイ、１３２…第２小レンズ、１４０，１４１…偏光変換素子、１５０，１５１…重畳レンズ、２００…色分離導光光学系、２１０，２２０…ダイクロイックミラー、２３０，２４０，２５０…反射ミラー、２６０，２７０…リレーレンズ、３００，３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…後段集光レンズ、４００，４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶光変調装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写光学系、１０００，１００８，１０１０…プロジェクター、ＳＣＲ…スクリーン

Claims (11)

1. 励起光を生成する固体光源と、
   前記固体光源からの励起光を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズからの前記励起光のうち少なくとも一部から蛍光を生成する蛍光層とを備える光源装置であって、
   前記固体光源における発光領域の縦横比は１より大きく、
   前記集光レンズは、入射面又は射出面のうち少なくとも一方がアナモフィック面からなるアナモフィック集光レンズであることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記固体光源は、前記発光領域の縦横比が３以上の半導体レーザーからなることを特徴とする光源装置。
3. 請求項１又は２に記載の光源装置において、
   前記蛍光層に前記励起光が入射する範囲を入射範囲とするとき、
   前記入射範囲の最大幅は、前記入射範囲の最小幅の２倍以下であることを特徴とする光源装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置において、
   前記励起光がデフォーカス状態で前記蛍光層に入射するように構成されていることを特徴とする光源装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置において、
   前記アナモフィック面は、シリンドリカル面からなることを特徴とする光源装置。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置において、
   前記アナモフィック面は、トーリック面からなることを特徴とする光源装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の光源装置において、
   前記アナモフィック集光レンズは、前記入射面及び前記射出面の両方の面がアナモフィック面からなることを特徴とする光源装置。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載の光源装置において、
   前記アナモフィック集光レンズは、前記入射面又は前記射出面のうち一方の面がアナモフィック面からなり、他方の面が回転対称系の非球面からなることを特徴とする光源装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の光源装置において、
   前記アナモフィック集光レンズより後段の光学要素は、上端部を含む一部及び下端部を含む一部が切り取られた形状からなることを特徴とする光源装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の光源装置を備える照明装置と、
    前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
    前記光変調装置からの光を投写する投写光学系とを備えることを特徴とするプロジェクター。
11. 請求項１０に記載のプロジェクターにおいて、
    前記光変調装置として、１つの光変調装置を備える単板式プロジェクターであることを特徴とするプロジェクター。