JP2021033151A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】明るく、スペックルノイズの少ない光源装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、第１面を有する基板と、第１面に対向して設けられ、第１面に交差する第１方向に沿って第１の光を射出する発光ダイオードと、第１方向に交差する方向に沿って第２の光を射出するレーザーダイオードと、第１面に対向して設けられ、レーザーダイオードから射出された第２の光を第１方向に導く第１光学素子と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

下記の特許文献１に、青色発光ダイオードと、青色レーザー光源と、蛍光体を有するカラーホイールと、を備え、青色発光ダイオードからの青色光と、蛍光体からの緑色光および赤色光と、を用いて画像形成素子を照明する光源装置が開示されている。下記の特許文献２に、発光ダイオード光源と、レーザー光源と、蛍光体と、を備え、発光ダイオード光源からの光を蛍光体の裏面から入射させ、レーザー光源からの光を蛍光体の表面から入射させる構成の車両用灯具が開示されている。下記の特許文献３には、蛍光体を含む波長変換部と、発光ダイオードと、レーザーダイオードと、を備え、発光ダイオードからの光とレーザーダイオードからの光との双方を波長変換部に照射する発光モジュールが開示されている。本明細書において、以下、発光ダイオードをＬＥＤと略記し、レーザーダイオードをＬＤと略記する。

国際公開第２０１２／１３７３０５号 特開２０１２−１６９０５０号公報 特開２０１８−４１７２３号公報

プロジェクター用光源としてＬＥＤを用いた場合、単位面積あたりの光源出力が不足し、明るい画像を投射可能なプロジェクターを実現することが難しい、という問題があった。そこで、この問題を解決するために、ＬＥＤよりも高輝度の光を射出可能なＬＤをプロジェクター用の光源装置として用いることが提案されている。ところが、照明光としてレーザー光を用いた場合、レーザー光の干渉性が高いことにより、スペックルノイズと呼ばれる斑点状の明るさムラが生じ、画像品質を低下させる、という問題があった。

特許文献１の光源装置の場合、青色レーザー光源からの光を照明光として用いておらず、蛍光体の励起光として用いていること、および、カラーホイールを用いて互いに異なる色の複数の光を時分割で射出することから、明るい画像を得ることが難しい、という問題を解決できない。また、特許文献２および特許文献３の発光装置をプロジェクターに適用したとしても、ＬＤからの光を蛍光体の励起光として用いているため、特許文献１の光源装置と同様、明るい画像を得ることが難しい、という問題を有している。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光源装置は、第１面を有する基板と、前記第１面に対向して設けられ、前記第１面に交差する第１方向に沿って第１の光を射出するＬＥＤと、前記第１方向に交差する方向に沿って第２の光を射出するＬＤと、前記第１面に対向して設けられ、前記ＬＤから射出された前記第２の光を前記第１方向に導く第１光学素子と、を備える。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記ＬＥＤから射出された前記第１の光を反射する反射素子をさらに備えていてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記ＬＥＤは、第１発光領域と第２発光領域とを有し、前記第１光学素子は、前記第１発光領域に隣り合う位置に設けられるとともに、前記第２発光領域に隣り合う位置に設けられていてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１発光領域と前記第２発光領域とは、互いに隣り合う位置に設けられていてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記第１面に対向して設けられ、前記ＬＤから射出された前記第２の光を前記第１方向に導く第２光学素子をさらに備え、前記第２光学素子は、前記第１発光領域に隣り合う位置に設けられるとともに、前記第２発光領域に隣り合う位置に設けられ、前記第２光学素子は、前記第１方向に見たときに、前記第１光学素子とは異なる位置に設けられていてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記ＬＤは、前記第１面および前記第１方向に交差する方向に沿って前記第２の光を射出し、前記ＬＤから射出された前記第２の光を前記第１光学素子に導く第３光学素子をさらに備えていてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記ＬＤは、前記第１面および前記第１方向に交差する方向に沿って前記第２の光を射出し、前記ＬＤから射出された前記第２の光を前記第１光学素子に導く第３光学素子と、前記ＬＤから射出された前記第２の光を前記第２光学素子に導く第４光学素子と、をさらに備えていてもよい。

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、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。

第１実施形態の光源装置の平面図である。 図１のII−II線に沿う光源装置の断面図である。 第２実施形態の光源装置の平面図である。 図３のIV−IV線に沿う光源装置の断面図である。 第３実施形態の光源装置の平面図である。 第３実施形態の変形例の光源装置の平面図である。 第４実施形態の光源装置の平面図である。 図７のVIII−VIII線に沿う光源装置の断面図である。 第５実施形態の光源装置の断面図である。 第６実施形態のプロジェクターの概略構成図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
図１は、第１実施形態の光源装置の平面図である。図２は、図１のII−II線に沿う光源装置の断面図である。
なお、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。

図１および図２に示すように、本実施形態の光源装置１１は、基板１２と、ＬＥＤ１３と、第１光学素子１４と、第１ＬＤ１５と、第２ＬＤ１６と、第１集光レンズ１７と、第２集光レンズ１８と、ピックアップ光学系１９と、を備えている。

基板１２は、第１面１２ａと、第１面１２ａとは異なる第２面１２ｂと、を有する。基板１２は、第１面１２ａに垂直な方向から見て、長方形の形状を有しているが、基板１２の形状は特に限定されない。基板１２は、ＬＥＤ１３と第１光学素子１４とを支持する。基板１２の構成材料は、特に限定されないが、熱伝導率が高い材料であることが望ましい。以下の説明において、基板１２の第１面１２ａに垂直な軸をＺ軸とし、第１面１２ａの長辺に平行な軸をＸ軸とし、第１面１２ａの短辺に平行な軸をＹ軸と定義する。

ＬＥＤ１３は、基板１２の第１面１２ａに対向して設けられている。ＬＥＤ１３は、基板１２の第１面１２ａに対向する面とは異なる面が光の射出面１３ａとされ、射出面１３ａからＺ軸方向（第１面１２ａに交差する第１方向）に沿って第１の光Ｌ１を射出する。第１の光Ｌ１は、例えば４４０〜５００ｎｍの波長域を有する青色のＬＤ光である。

ＬＥＤ１３は、第１発光領域１３Ａと、第２発光領域１３Ｂと、を有している。第１面１２ａに垂直な方向から見て、第１発光領域１３Ａと第２発光領域１３Ｂとは、第１光学素子１４を間に挟んでＸ軸方向に並んで配置されている。本実施形態において、第１発光領域１３Ａと第２発光領域１３Ｂのそれぞれは、個別のＬＥＤチップから構成されている。第１発光領域１３Ａと第２発光領域１３Ｂのそれぞれは、一辺の長さが例えば１〜数ｍｍ程度の四角形状の形状を有している。

第１光学素子１４は、基板１２の第１面１２ａに対向して設けられている。第１光学素子１４は、第１発光領域１３Ａに隣り合う位置に設けられるとともに、第２発光領域１３Ｂに隣り合う位置に設けられている。第１面１２ａに垂直な方向から見て、第１光学素子１４は、一辺の長さが例えば１〜数ｍｍ程度の四角形状の形状を有している。

第１光学素子１４は、基台２０と、２つのミラー２１Ａ，２１Ｂと、を有している。基台２０は、Ｙ軸方向から見て、上部が二等辺三角形の形状を有しており、２つの傾斜面を有している。基台２０の構成材料は、特に限定されないが、熱伝導率が高い材料であることが望ましい。２つのミラー２１Ａ，２１Ｂは、基台２０の各傾斜面に設けられている。第１ミラー２１Ａは、第１ＬＤ１５に対向して設けられ、第１ＬＤ１５から射出される第２の光Ｌ２を反射する。第２ミラー２１Ｂは、第２ＬＤ１６に対向して設けられ、第２ＬＤ１６から射出される第２の光Ｌ２を反射する。第１ミラー２１Ａおよび第２ミラー２１Ｂのそれぞれは、基台２０の傾斜面に形成された誘電体多層膜または金属膜から構成されている。

第１ＬＤ１５は、第１光学素子１４の第１ミラー２１Ａに向けて、Ｚ軸方向に交差する方向に沿って第２の光Ｌ２を射出する。第２ＬＤ１６は、第１光学素子１４の第２ミラー２１Ｂに向けて、Ｚ軸方向に交差する方向に沿って第２の光Ｌ２を射出する。したがって、第１ＬＤ１５および第２ＬＤ１６からの第２の光Ｌ２の射出方向は、基板１２の第１面１２ａに対して斜めに傾いている。第２の光Ｌ２は、例えば４６０ｎｍのピーク波長を有する青色のＬＤ光である。

第１集光レンズ１７は、第１ＬＤ１５から射出される第２の光Ｌ２の光路上に配置されている。第２集光レンズ１８は、第２ＬＤ１６から射出される第２の光Ｌ２の光路上に配置されている。第１ＬＤ１５から射出された第２の光Ｌ２は、第１集光レンズ１７によって集光され、第１発光領域１３Ａの上方を通過して第１ミラー２１Ａに入射する。第２ＬＤ１６から射出された第２の光Ｌ２は、第２集光レンズ１８によって集光され、第２発光領域１３Ｂの上方を通過して第２ミラー２１Ｂに入射する。第２の光Ｌ２は、第１ミラー２１Ａまたは第２ミラー２１Ｂによって反射され、Ｚ軸方向、すなわち第１の光Ｌ１と同じ方向に沿って進む。本実施形態の場合、図１に示すように、第１ＬＤ１５と第２ＬＤ１６とは、第１発光領域１３Ａ、第１光学素子１４および第２発光領域１３Ｂが並ぶ方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。

ピックアップ光学系１９は、ＬＥＤ１３および第１光学素子１４の光射出側に設けられている。ピックアップ光学系１９は、第１ピックアップレンズ１９１と、第２ピックアップレンズ１９２と、を有している。第１ピックアップレンズ１９１および第２ピックアップレンズ１９２のそれぞれは、凸レンズから構成されている。ピックアップ光学系１９は、第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２を略平行化し、後段の光学系に導く。図１に示すように、第１ピックアップレンズ１９１の中心および第２ピックアップレンズ１９２の中心は、第１光学素子１４の中心と略重なる位置に配置されている。

このように、本実施形態の光源装置１１においては、ＬＥＤ１３からの第１の光Ｌ１と、第１ＬＤ１５および第２ＬＤ１６からの第２の光Ｌ２と、を含む光がピックアップ光学系１９から射出される。したがって、本実施形態の光源装置１１は、ＬＥＤのみを備えた光源装置に比べて、輝度の高い光を射出することができる。この光源装置１１をプロジェクターに用いることにより、明るい画像を投射することができる。

また、本実施形態の光源装置１１においては、干渉性が高く、波長帯域が狭いＬＤ光からなる第２の光Ｌ２に、干渉性が低く、波長帯域が広いＬＥＤ光からなる第１の光Ｌ１が混ざるため、スペックルノイズが時間的に平均化され、ＬＤのみを備えた光源装置に比べて、スペックルノイズを低減することができる。これにより、光源装置１１をプロジェクターに用いた場合、斑点状の明るさムラが低減し、画像品質を向上させることができる。

また、第１光学素子１４が第１発光領域１３Ａと第２発光領域１３Ｂとの間に配置され、第１光学素子１４、第１発光領域１３Ａおよび第２発光領域１３Ｂのそれぞれが１〜数ｍｍ程度の大きさしか有していない。そのため、第１光学素子１４、第１発光領域１３Ａおよび第２発光領域１３Ｂの全体を一つの発光素子と見たとき、発光素子の発光面積は十分に小さい。これにより、エテンデューが小さい光源装置１１を実現することができる。

また、第１発光領域１３Ａおよび第２発光領域１３Ｂのそれぞれの中心はピックアップ光学系１９の光軸から外れた位置にあるが、ピックアップ光学系１９に対して第１発光領域１３Ａおよび第２発光領域１３Ｂが十分に小さく、第１発光領域１３Ａおよび第２発光領域１３Ｂの各中心の光軸からのずれは僅かであるため、ピックアップ光学系１９に対する第１発光領域１３Ａおよび第２発光領域１３Ｂの位置ずれの悪影響はほとんど生じることがない。また、第１の光Ｌ１は第１発光領域１３Ａおよび第２発光領域１３Ｂのそれぞれからランバート分布をもって射出されるが、特に第１光学素子１４の側に向けて大きな射出角で射出された光Ｌ１１は、第１光学素子１４の各ミラー２１Ａ，２１Ｂで反射する。これにより、ピックアップ光学系１９に入射させる第１の光Ｌ１の光量を増加させることができる。

なお、本実施形態では、第１ＬＤ１５と第２ＬＤ１６とは、第１発光領域１３Ａ、第１光学素子１４および第２発光領域１３Ｂが並ぶ方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。この構成に代えて、第１ＬＤ１５と第２ＬＤ１６とは、第１発光領域１３Ａ、第１光学素子１４および第２発光領域１３Ｂが並ぶ方向と交差する方向（例えばＹ軸方向）に沿って配置されていてもよい。その場合、第１光学素子１４のミラーは、例えばＹ軸方向に沿って並ぶ第１ＬＤ１５および第２ＬＤ１６からの第２の光Ｌ２を反射する向きに設けられる必要がある。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図３および図４を用いて説明する。
第２実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態の光源装置と同様であるため、共通部分に関する説明は省略する。
図３は、第２実施形態の光源装置の平面図である。図４は、図３のIV−IV線に沿う光源装置の断面図である。
図３および図４において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図３および図４に示すように、本実施形態の光源装置２２は、基板１２と、第１発光領域１３Ａおよび第２発光領域１３Ｂを有するＬＥＤ１３と、第１光学素子１４と、反射素子２３と、第１ＬＤ１５と、第２ＬＤ１６と、第１集光レンズ１７と、第２集光レンズ１８と、ピックアップ光学系１９と、を備えている。

反射素子２３は、基板１２の第１面１２ａに対向して設けられている。反射素子２３は、半球殻状の形状を有し、内面がＬＥＤ１３から射出された第１の光Ｌ１を反射させる反射面となっている。反射素子２３は、ＬＥＤ１３と第１光学素子１４とを囲むように設けられている。反射素子２３は、内面に反射膜が形成された構成であってもよいし、全体が反射性を有する材料で構成されていてもよい。反射素子２３は、ＬＥＤ１３から射出された第１の光Ｌ１を反射させる。

また、反射素子２３は、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とを射出させる第１開口部２３ｇと、第１ＬＤ１５からの第２の光Ｌ２と第２ＬＤ１６からの第２の光Ｌ２とを入射させる第２開口部２３ｈと、を有している。第１開口部２３ｇと第２開口部２３ｈとは、連続した一つの開口部となっている。
光源装置２２のその他の構成は、第１実施形態の光源装置１１と同様である。

本実施形態においても、輝度の高い光を射出することができ、プロジェクターに用いた際に明るい画像が得られる、スペックルノイズの発生を抑制できる、エテンデューが小さい光源装置２２を実現できる、等の第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、第１実施形態においては、各発光領域１３Ａ，１３Ｂから大きな射出角で射出された第１の光Ｌ１のうち、ミラー２１Ａ，２１Ｂが配置された側と異なる側に向かって進む第１の光Ｌ１は、ピックアップ光学系１９に入射されないおそれがある。これに対し、本実施形態の光源装置２２においては、反射素子２３がＬＥＤ１３の周囲を囲むように設けられているため、各発光領域１３Ａ，１３Ｂから大きな射出角で射出された第１の光Ｌ１が反射素子２３で反射した後、ミラー２１Ａ，２１ＢまたはＬＥＤ１３で反射して第１開口部２３ｇおよび第２開口部２３ｈから射出され、ピックアップ光学系１９に入射する。

このようにして、本実施形態の光源装置２２によれば、第１の光Ｌ１の損失が少なく、利用効率を高めることができる。また、光源装置２２から射出される光の角度分布を狭くすることができるため、後段の光学系における光のけられを低減することができる。

なお、本実施形態の光源装置２２において、各ＬＤ１５，１６からの第２の光Ｌ２が反射素子２３に遮られることなく、第１開口部２３ｇを通過してミラー２１Ａ，２１Ｂに入射する構成であれば、必ずしも第２開口部２３ｈが設けられていなくてもよい。ただし、第２の光Ｌ２を入射させるために第１開口部２３ｇを全体的に大きくすると、反射素子２３の面積が減り、第１の光Ｌ１の利用効率向上の効果が小さくなる。その点、本実施形態の構成によれば、第２開口部２３ｈが設けられているため、ミラー２１Ａ，２１Ｂに入射する第２の光Ｌ２の光量を確保しつつ、第１の光Ｌ１の利用効率を向上させることができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図５を用いて説明する。
第３実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態の光源装置と同様であるため、共通部分に関する説明は省略する。
図５は、第３実施形態の光源装置の平面図である。
図５において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の光源装置２４は、基板２５と、ＬＥＤ２６と、第１光学素子２７と、第１ＬＤ１５と、第２ＬＤ１６と、第３ＬＤ２８と、第４ＬＤ２９と、第１集光レンズ１７と、第２集光レンズ１８と、第３集光レンズ３１と、第４集光レンズ３２と、ピックアップ光学系１９と、を備えている。

ＬＥＤ２６は、それぞれが台形状の形状を有する第１発光領域２６Ａ、第２発光領域２６Ｂ、第３発光領域２６Ｃ、および第４発光領域２６Ｄを有し、全体として矩形環状の形状を有している。第１発光領域２６Ａと第２発光領域２６Ｂとは、互いに隣り合う位置に設けられている。第２発光領域２６Ｂと第３発光領域２６Ｃとは、互いに隣り合う位置に設けられている。第３発光領域２６Ｃと第４発光領域２６Ｄとは、互いに隣り合う位置に設けられている。第４発光領域２６Ｄと第１発光領域２６Ａとは、互いに隣り合う位置に設けられている。第１発光領域２６Ａ、第２発光領域２６Ｂ、第３発光領域２６Ｃ、および第４発光領域２６Ｄのそれぞれは、個別のＬＥＤチップから構成されていてもよいし、４つの発光領域全体が一体のチップとして構成されていてもよい。

第１光学素子２７は、四角錐状の形状を有し、四角錐の４つの傾斜面に対応して４つのミラー３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄが設けられている。第１ミラー３３Ａは、第１ＬＤ１５に対向して設けられ、第１ＬＤ１５から射出された第２の光Ｌ２を反射する。第２ミラー３３Ｂは、第２ＬＤ１６に対向して設けられ、第２ＬＤ１６から射出された第２の光Ｌ２を反射する。第３ミラー３３Ｃは、第３ＬＤ２８に対向して設けられ、第３ＬＤ２８から射出された第２の光Ｌ２を反射する。第４ミラー３３Ｄは、第４ＬＤ２９に対向して設けられ、第４ＬＤ２９から射出された第２の光Ｌ２を反射する。

また、第１光学素子２７は、第１発光領域２６Ａ、第２発光領域２６Ｂ、第３発光領域２６Ｃ、および第４発光領域２６Ｄのそれぞれに隣り合う位置に設けられている。

本実施形態の場合、第１ＬＤ１５と第３ＬＤ２８とは、Ｘ軸方向に沿って配置され、第２ＬＤ１６と第４ＬＤ２９とは、Ｙ軸方向に並んで配置されている。第１集光レンズ１７は、第１ＬＤ１５から射出される第２の光Ｌ２の光路上に配置されている。第２集光レンズ１８は、第２ＬＤ１６から射出される第２の光Ｌ２の光路上に配置されている。第３集光レンズ３１は、第３ＬＤ２８から射出される第２の光Ｌ２の光路上に配置されている。第４集光レンズ３２は、第４ＬＤ２９から射出される第２の光Ｌ２の光路上に配置されている。各ＬＤ１５，１６，２８，２９から射出された第２の光Ｌ２は、各集光レンズ１７，１８，３１，３２によって集光された後、各ミラー３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄによって反射され、Ｚ軸方向、すなわち第１の光Ｌ１と同じ方向に沿って進む。
光源装置２４のその他の構成は、第１実施形態の光源装置１１と同様である。

本実施形態においても、輝度の高い光を射出することができ、プロジェクターに用いた際に明るい画像が得られる、スペックルノイズの発生を抑制できる、エテンデューが小さい光源装置２４を実現できる、等の第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態の場合、光源装置２４が４個のＬＤ１５，１６，２８，２９を備えているため、第１実施形態に比べて、射出光に占める第２の光Ｌ２の光量を増やすことができ、射出光全体の強度を高めることができる。

［変形例］
上記実施形態の光源装置２４は、以下の構成を有していてもよい。
図６は、変形例の光源装置の平面図である。
図６において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図６に示すように、本変形例の光源装置３４において、ＬＥＤ３５は、それぞれが矩形状の第１発光領域３５Ａ、第２発光領域３５Ｂ、第３発光領域３５Ｃ、および第４発光領域３５Ｄを有している。第１光学素子２７は、第１発光領域３５Ａ、第２発光領域３５Ｂ、第３発光領域３５Ｃ、および第４発光領域３５Ｄのそれぞれに隣り合う位置に設けられている。また、上記実施形態と異なり、２つの発光領域同士は、隣り合う位置に設けられていない。第１発光領域３５Ａ、第２発光領域３５Ｂ、第３発光領域３５Ｃ、および第４発光領域３５Ｄのそれぞれは、個別のＬＥＤチップから構成されている。

本変形例においても、輝度の高い光を射出することができ、プロジェクターに用いた際に明るい画像が得られる、スペックルノイズの発生を抑制できる、エテンデューが小さい光源装置３４を実現できる、射出光の強度を高めることができる、といった第３実施形態と同様の効果が得られる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図７および図８を用いて説明する。
第４実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態の光源装置と同様であるため、共通部分に関する説明は省略する。
図７は、第４実施形態の光源装置の平面図である。図８は、図７のVIII−VIII線に沿う光源装置の断面図である。
図７および図８において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図７および図８に示すように、本実施形態の光源装置３６は、基板２５と、第１発光領域３７Ａおよび第２発光領域３７Ｂを有するＬＥＤ３７と、第１光学素子３８と、第２光学素子３９と、第１ＬＤ１５と、第２ＬＤ１６と、ピックアップ光学系１９と、を備えている。

基板２５の第１面２５ａに垂直な方向から見て、ＬＥＤ３７は、矩形ＫをＸ方向およびＹ方向に４分割した４つの領域のうち、一つの対角線上に並ぶ２つの発光領域、すなわち、図７の左上に位置する第１発光領域３７Ａと、図７の右下に位置する第２発光領域３７Ｂと、を有している。ＬＥＤ３７の輪郭をなす矩形Ｋは正方形であることが望ましいが、長方形であってもよい。

第１光学素子３８と第２光学素子３９とは、上記の矩形Ｋのうち、第１発光領域３７Ａと第２発光領域３７Ｂとが並ぶ対角線とは異なる他の対角線上に並ぶ２つの領域に設けられている。第２光学素子３９は、第１発光領域３７Ａと第２発光領域３７Ｂとに隣り合う位置に設けられるとともに、第１面２５ａに沿う面において第１光学素子３８とは異なる位置に設けられている。すなわち、第２光学素子３９は、Ｚ軸方向（第１面１２ａに交差する第１方向）から見たときに、第１光学素子３８とは異なる位置に設けられている。第１光学素子３８は、第１ＬＤ１５から射出された第２の光Ｌ２を第１の光Ｌ１と同じ第１方向に導く。第２光学素子３９は、第２ＬＤ１６から射出された第２の光Ｌ２を第１の光Ｌ１と同じ第１方向に導く。

第１光学素子３８および第２光学素子３９のそれぞれは、複数の微小なミラー４３Ａ、４３Ｂが連続して設けられたミラーアレイによって構成されている。第１光学素子３８を構成するミラー４３Ａは、第１ＬＤ１５に対向する反射面、すなわち、図７に示す矩形Ｋの右上の角部に近い側が低く、矩形Ｋの中心に近い側が高くなる向きに傾斜した反射面を有している。逆に、第２光学素子３９を構成するミラー４３Ｂは、第２ＬＤ１６に対向する反射面、すなわち、矩形Ｋの左下の角部に近い側が低く、矩形Ｋの中心に近い側が高くなる向きに傾斜した反射面を有している。なお、第１光学素子３８および第２光学素子３９のそれぞれは、ミラーアレイに代えて、連続した一つの反射面を有するミラーから構成されていてもよい。また、第１光学素子３８および第２光学素子３９のそれぞれは、ミラーアレイに代えて、反射型の回折素子から構成されていてもよい。

本実施形態の場合、第１光学素子３８および第２光学素子３９は、ＬＥＤ３７の第１面３７ａ上に設けられている。すなわち、第１発光領域３７Ａ、第２発光領域３７Ｂ、第１光学素子３８、および第２光学素子３９が配置された領域全体は、一つのＬＥＤチップから構成されている。この場合、第１光学素子３８および第２光学素子３９の直下に位置するＬＥＤ３７から射出された第１の光Ｌ１は、第１光学素子３８および第２光学素子３９に遮られる。そのため、第１光学素子３８および第２光学素子３９の直下に位置するＬＥＤ３７は、発光領域として機能しない。なお、光源装置３６は、上記の構成に代えて、第１発光領域３７Ａおよび第２発光領域３７Ｂのそれぞれが個別のＬＥＤチップからなり、第１光学素子３８および第２光学素子３９が基板２５の第１面２５ａ上に設けられていてもよい。

第１ＬＤ１５と第２ＬＤ１６とは、第１光学素子３８と第２光学素子３９とが並ぶ方向に沿って配置されている。第１ＬＤ１５から射出された第２の光Ｌ２は、第１光学素子３８を構成する各ミラー４３Ａによって反射され、Ｚ軸方向、すなわち、ＬＥＤ３７から射出された第１の光Ｌ１と同じ方向に沿って進む。第２ＬＤ１６から射出された第２の光Ｌ２は、第２光学素子３９を構成する各ミラー４３Ｂによって反射され、Ｚ軸方向、すなわち、ＬＥＤ３７から射出された第１の光Ｌ１と同じ方向に沿って進む。
光源装置３６のその他の構成は、第１実施形態の光源装置１１と同様である。

本実施形態においても、輝度の高い光を射出することができ、プロジェクターに用いた際に明るい画像が得られる、スペックルノイズの発生を抑制できる、エテンデューが小さい光源装置３６を実現できる、等の第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態の第１光学素子３８および第２光学素子３９の場合、第１実施形態の第１光学素子１４に比べて、反射面の面積を広く取ることができる。そのため、第１実施形態のように、集光レンズを用いて第２の光Ｌ２を集光しなくても、第２の光Ｌ２を第１光学素子３８および第２光学素子３９に入射させることができる。その結果、集光レンズが不要となり、光源装置３６の小型化および部品点数の削減を図ることができる。

［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図９を用いて説明する。
第５実施形態の光源装置の基本構成は第４実施形態の光源装置と同様であるため、共通部分に関する説明は省略する。
図９は、第５実施形態の光源装置の断面図である。
図９において、第４実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態の光源装置４４は、基板２５と、ＬＥＤ３７と、第１光学素子３８と、第２光学素子３９と、第３光学素子４５と、第４光学素子４６と、第１ＬＤ１５と、第２ＬＤ１６と、ピックアップ光学系１９と、を備えている。

第１ＬＤ１５および第２ＬＤ１６のそれぞれは、各ＬＤ１５，１６から射出される第２の光Ｌ２の射出方向が基板２５の第１面２５ａに対して略平行となるように配置されている。すなわち、本実施形態の場合、上記実施形態とは異なり、第２の光Ｌ２の射出方向が基板２５の第１面２５ａに対して傾いていない。

第３光学素子４５および第４光学素子４６のそれぞれは、第２の光Ｌ２を反射する反射面４５ｒ，４６ｒを有するプリズムから構成されている。プリズムは、例えば直角三角形状の断面形状を有している。

第３光学素子４５は、第１光学素子３８と第１ピックアップレンズ１９１との間に、第１光学素子３８と対向して設けられている。第３光学素子４５は、第１ＬＤ１５から射出された第２の光Ｌ２を反射面４５ｒで反射し、第１光学素子３８に導く。第３光学素子４５から射出された第２の光Ｌ２は、第１光学素子３８の各ミラー４３Ａで反射した後、第３光学素子４５を透過して第１ピックアップレンズ１９１に入射する。

第４光学素子４６は、第２光学素子３９と第１ピックアップレンズ１９１との間に、第２光学素子３９と対向して設けられている。第４光学素子４６は、第２ＬＤ１６から射出された第２の光Ｌ２を反射面４６ｒで反射し、第２光学素子３９に導く。第４光学素子４６から射出された第２の光Ｌ２は、第２光学素子３９の各ミラー４３Ｂで反射した後、第４光学素子４６を透過して第１ピックアップレンズ１９１に入射する。
光源装置４４のその他の構成は、第１実施形態の光源装置１１と同様である。

本実施形態においても、輝度の高い光を射出することができ、プロジェクターに用いた際に明るい画像が得られる、スペックルノイズの発生を抑制できる、エテンデューが小さい光源装置４４を実現できる、等の第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態の場合、第１ＬＤ１５および第２ＬＤ１６から射出される第２の光Ｌ２の射出方向が基板２５の第１面２５ａに対して平行であるため、図８に示す第４実施形態の光源装置３６に比べて、第１ピックアップレンズ１９１とＬＥＤ３７との間の距離を短くすることができる。これにより、ピックアップ光学系１９の集光効率が高められ、明るい光源装置４４を提供することができる。

［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１０を用いて説明する。
本実施形態では、上記第１〜第５実施形態または変形例の光源装置を備えたプロジェクターの一例を挙げる。本実施形態のプロジェクターは、スクリーン（被投射面）上にカラー画像を表示する投射型画像表示装置である。
図１０は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
なお、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。

図１０に示すように、プロジェクター１は、第１光源部１０１と、第２光源部１０２と、均一照明光学系１１０と、色分離導光光学系２００と、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した光変調装置４００Ｒ，光変調装置４００Ｇ，光変調装置４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投射光学装置６００と、を備えている。

第１光源部１０１は、上記第１〜第５実施形態および変形例の光源装置のうちのいずれか一つから構成されている。第１光源部１０１は、ＬＥＤからの第１の光とＬＤからの第２の光とを含む青色光ＬＢを射出する。第１光源部１０１の後段に、第２光源部１０２の後段に位置する均一照明光学系１１０と同一の構成を有する均一照明光学系１１０が設けられている。均一照明光学系１１０の構成については、後述する。

第２光源部１０２は、第２光源１０と、コリメート光学系７０と、ダイクロイックミラー８０と、コリメート集光光学系９０と、波長変換素子３０と、を備えている。

第２光源１０は、複数の半導体レーザー素子１０ａを備えている。半導体レーザー素子１０ａは、発光強度のピーク波長が例えば４４５ｎｍの青色の励起光Ｅを射出する。なお、第２光源１０は、１つの半導体レーザー素子１０ａから構成されていてもよい。また、第２光源１０には、４４５ｎｍ以外のピーク波長の励起光を射出する半導体レーザー素子を用いることもできる。半導体レーザー素子１０ａは、発光強度のピーク波長が例えば４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの励起光Ｅを射出してもよい。第２光源１０は、光軸ａｘが照明光軸１００ａｘと直交するように配置されている。照明光軸１００ａｘは、第２光源部１０２から射出される蛍光Ｙの中心軸と定義する。

コリメート光学系７０は、第１レンズ７２と、第２レンズ７４と、を備えている。コリメート光学系７０は、第２光源１０から射出された励起光Ｅを略平行化する。第１レンズ７２および第２レンズ７４のそれぞれは、凸レンズから構成されている。

ダイクロイックミラー８０は、コリメート光学系７０から後述するコリメート集光光学系９０までの光路中に、第２光源１０の光軸ａｘおよび照明光軸１００ａｘのそれぞれに対して４５°の角度で交差するように配置されている。ダイクロイックミラー８０は、青色の励起光Ｅを反射し、赤色光および緑色光を含む黄色の蛍光Ｙを透過させる。

コリメート集光光学系９０は、第１レンズ９２と、第２レンズ９４と、を備えている。コリメート集光光学系９０は、ダイクロイックミラー８０で反射した励起光Ｅを略集光した状態で後述する波長変換素子３０の蛍光体層４２に入射させ、波長変換素子３０から射出された蛍光Ｙを略平行化する。第１レンズ９２および第２レンズ９４のそれぞれは、凸レンズから構成されている。

波長変換素子３０は、基板４０と、反射層４１と、蛍光体層４２と、モーター５０と、を備える。基板４０は、モーター５０により回転可能とされている。蛍光体層４２は、基板４０の第１面４０ａにおいて周方向に沿って円環状に設けられている。モーター５０は、基板４０の第２面４０ｂ側に配置され、回転軸５０ａは基板４０に接続されている。

蛍光体層４２は、第２光源１０から射出された励起光Ｅを例えば５２０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長帯の蛍光Ｙに変換する。蛍光Ｙは、赤色光と緑色光とを含む黄色光である。蛍光体層４２の表面に、励起光Ｅの反射を防止するための反射防止膜が設けられていてもよい。

蛍光体層４２にはレーザー光からなる励起光Ｅが入射するため、熱が発生して温度が上昇することにより、蛍光体層４２の機能が低下する。本実施形態では、基板４０を回転させることにより、蛍光体層４２上での励起光Ｅの入射位置を順次変化させている。これにより、蛍光体層４２の同じ箇所に励起光Ｅが集中的に照射され、蛍光体層４２が劣化することを防止している。

本実施形態では、蛍光体層４２として、例えばセラミック蛍光層を用いることにより、蛍光体層４２の温度上昇を抑制し、温度消光と呼ばれる発光不良の発生を抑制している。蛍光体層４２は、例えばバルク状（塊状）のＹＡＧ系蛍光体であり、例えば（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅから構成される。これにより、高い蛍光Ｙの発光効率を得ることができる。

ダイクロイックミラー８０を透過した蛍光Ｙは、均一照明光学系１１０に入射する。均一照明光学系１１０は、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備えている。

第１レンズアレイ１２０は、ダイクロイックミラー８０から射出された光を複数の部分光束に分割するための複数の第１レンズ１２２を備えている。複数の第１レンズ１２２は、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１レンズ１２２に対応する複数の第２レンズ１３２を備えている。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１レンズ１２２の像を光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に結像させる。複数の第２レンズ１３２は、照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。

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直線偏光に変換する。偏光変換素子１４０は、図示を省略するが、偏光分離層と、反射層と、位相差層と、を備えている。偏光分離層は、波長変換素子３０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させるとともに他方の直線偏光成分を反射層に向けて反射させる。反射層は、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。位相差層は、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。

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光変調装置４００Ｒ，光変調装置４００Ｇ，光変調装置４００Ｂの画像形成領域近傍で互いに重畳させる。第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、および重畳レンズ１５０は、波長変換素子３０から射出された光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０と、反射ミラー２２０と、反射ミラー２３０と、反射ミラー２５０と、リレーレンズ２６０と、リレーレンズ２７０と、を備える。色分離導光光学系２００は、蛍光Ｙを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離し、分離された赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧと、第１光源部１０１から射出された青色光ＬＢと、を各々が対応する光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂに導く。

色分離導光光学系２００と光変調装置４００Ｒとの間には、フィールドレンズ３００Ｒが配置されている。色分離導光光学系２００と光変調装置４００Ｇとの間には、フィールドレンズ３００Ｇが配置されている。色分離導光光学系２００と光変調装置４００Ｂとの間には、フィールドレンズ３００Ｂが配置されている。

なお、本実施形態において、赤色光ＬＲは、６２０ｎｍ〜８１０ｎｍの波長帯の光に相当する。緑色光ＬＧは、４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの波長帯の光に相当する。青色光ＬＢは、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長帯の光に相当する。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を透過させ、緑色光成分を反射させる。反射ミラー２２０は、ダイクロイックミラー２１０で反射した緑色光成分を反射させる。反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射させる。反射ミラー２５０は、第１光源部１０１から射出された青色光成分を反射させる。

ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光は、反射ミラー２３０で反射され、フィールドレンズ３００Ｒを透過して赤色光用の光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光は、反射ミラー２２０でさらに反射され、フィールドレンズ３００Ｇを透過して緑色光用の光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。第１光源部１０１から射出された青色光は、反射ミラー２５０で反射され、フィールドレンズ３００Ｂを経て、青色光用の光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂの各々は、液晶パネルで構成されている。光変調装置４００Ｒ、４００Ｇ、４００Ｂの各々は、入射された色光を画像情報に応じて変調して各色光に対応する画像を形成する。図示を省略したが、各フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、およびフィールドレンズ３００Ｂと各光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置されている。各光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が配置されている。

クロスダイクロイックプリズム５００は、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂのそれぞれから射出された各画像光を合成する。クロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出された画像光は、投射光学装置６００によって拡大投射され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。すなわち、投射光学装置６００は、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂのそれぞれによって変調された光をスクリーンＳＣＲに投射する。

本実施形態のプロジェクター１においては、第１光源部１０１が上記第１〜第５実施形態または変形例の光源装置から構成されているため、明るく、スペックルノイズの少ない画像を得ることができる。

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において、光源装置は２個以上のＬＤを備えているが、１個のＬＤを備えていてもよい。その場合、第１光学素子も１個のミラーを備えていればよい。

また、第１光学素子は、基台とミラーとを有する例を示したが、必ずしも基台とミラーとを有していなくてもよく、例えば第１光学素子の全体が光反射性を有する金属から構成されていてもよい。また、第１光学素子を構成するミラーは、必ずしも平面状の反射面を有するミラーである必要はなく、曲面状の反射面を有するミラーであってもよい。また、第１光学素子は、入射した光を拡散反射させる拡散反射素子であってもよい。

また、光源装置は、第１の光として青色光を射出するＬＥＤと、第２の光として青色光を射出するＬＤとを有する例を示したが、青色以外の光を射出するＬＥＤおよびＬＤを有していてもよい。さらに、光源装置は、互いに異なる色の光を射出するＬＥＤおよびＬＤを有していてもよい。この場合、光源装置は、第１の光の色と第２の光の色とが混ざった色の光を射出することができる。

その他、光源装置、およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。上記実施形態では、本発明による光源装置を、光変調装置として液晶パネルを用いたプロジェクターに適用した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置を、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適用してもよい。

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適用した例を示したが、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。

１…プロジェクター、１１，２２，２４，３４，３６，４４…光源装置、１２，２５…基板、１２ａ，２５ａ…第１面、１３，２６，３５，３７…ＬＥＤ（発光ダイオード）、１３Ａ，２６Ａ，３５Ａ，３７Ａ…第１発光領域、１３Ｂ，２６Ｂ，３５Ｂ，３７Ｂ…第２発光領域、１４，２７，３８…第１光学素子、１５…第１ＬＤ（レーザーダイオード）、１６…第２ＬＤ（レーザーダイオード）、２３…反射素子、３９…第２光学素子、４５…第３光学素子、４６…第４光学素子、４００Ｂ，４００Ｇ，４００Ｒ…光変調装置、６００…投射光学装置、Ｌ１…第１の光、Ｌ２…第２の光。

Claims (8)

1. 第１面を有する基板と、
   前記第１面に対向して設けられ、前記第１面に交差する第１方向に沿って第１の光を射出する発光ダイオードと、
   前記第１方向に交差する方向に沿って第２の光を射出するレーザーダイオードと、
   前記第１面に対向して設けられ、前記レーザーダイオードから射出された前記第２の光を前記第１方向に導く第１光学素子と、を備える、光源装置。
2. 前記発光ダイオードから射出された前記第１の光を反射する反射素子をさらに備える、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記発光ダイオードは、第１発光領域と第２発光領域とを有し、
   前記第１光学素子は、前記第１発光領域に隣り合う位置に設けられるとともに、前記第２発光領域に隣り合う位置に設けられる、請求項１に記載の光源装置。
4. 前記第１発光領域と前記第２発光領域とは、互いに隣り合う位置に設けられる、請求項３に記載の光源装置。
5. 前記第１面に対向して設けられ、前記レーザーダイオードから射出された前記第２の光を前記第１方向に導く第２光学素子をさらに備え、
   前記第２光学素子は、前記第１発光領域に隣り合う位置に設けられるとともに、前記第２発光領域に隣り合う位置に設けられ、
   前記第２光学素子は、前記第１方向に見たときに、前記第１光学素子とは異なる位置に設けられる、請求項３に記載の光源装置。
6. 前記レーザーダイオードは、前記第１面および前記第１方向に交差する方向に沿って前記第２の光を射出し、
   前記レーザーダイオードから射出された前記第２の光を前記第１光学素子に導く第３光学素子をさらに備える、請求項１に記載の光源装置。
7. 前記レーザーダイオードは、前記第１面および前記第１方向に交差する方向に沿って前記第２の光を射出し、
   前記レーザーダイオードから射出された前記第２の光を前記第１光学素子に導く第３光学素子と、
   前記レーザーダイオードから射出された前記第２の光を前記第２光学素子に導く第４光学素子と、を備える、請求項５に記載の光源装置。
8. 請求項１から請求項７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、
   前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
   を備える、プロジェクター。

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