JP2023145079A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率を向上できる光源装置およびプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、第１波長帯の第１光を射出する第１レーザー発光素子と、第１光を第２波長帯の第２光に変換する波長変換素子と、第１レーザー発光素子を支持する第１支持部と、波長変換素子を支持する第２支持部と、を有する基材と、第１レーザー発光素子と波長変換素子との間に配置され、第１レーザー発光素子から射出された第１光を波長変換素子へ導く第１光学素子と、を備え、第１光学素子は、第１レーザー発光素子と対向し第１レーザー発光素子から射出された第１光が入射する第１入射面と、第１入射面から入射した第１光を反射させて第１光の光路を屈曲させる第１反射面と、波長変換素子と対向し第１反射面により反射された第１光を波長変換素子に向けて射出する第１射出面と、を有し、第１入射面、第１反射面、および第１射出面は、互いに交差する。【選択図】図４

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

下記特許文献１には、基板の支持面に設けられた蛍光体および励起光源を有し、励起光源から支持面と平行に射出した励起光を蛍光体に入射させ、蛍光体から射出された蛍光を透光性窓から取り出す光源装置が開示されている。

特開２０１２－０５４２７２号公報

上記光源装置では、基材の支持面に沿って励起光源から射出した励起光で蛍光体を励起するため、励起光が蛍光体に効率良く入射できず、蛍光変換効率が低下することで明るい蛍光を生成できないという課題があった。

上記の課題を解決するために、本発明の１つの態様によれば、第１波長帯の第１光を射出する第１レーザー発光素子と、前記第１光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２光に変換する波長変換素子と、前記第１レーザー発光素子を支持する第１支持部と、前記波長変換素子を支持する第２支持部と、を有する基材と、前記第１レーザー発光素子と前記波長変換素子との間の前記第１光の光路上に配置され、前記第１レーザー発光素子から射出された前記第１光を前記波長変換素子へ導く第１光学素子と、を備え、前記第１光学素子は、前記第１レーザー発光素子と対向し前記第１レーザー発光素子から射出された前記第１光が入射する第１入射面と、前記第１入射面から入射した前記第１光を反射して前記第１光の光路を屈曲させる第１反射面と、前記波長変換素子と対向し前記第１反射面により反射された前記第１光を前記波長変換素子に向けて射出する第１射出面と、を有し、前記第１入射面、前記第１反射面、および前記第１射出面は、互いに交差する、光源装置が提供される。

本発明の第２態様によれば、本発明の第１態様の光源装置と、前記光源装置からの光を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が提供される。

実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 照明装置の概略構成図である。 光源装置の平面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線矢視による断面である。 第１変形例に係るプリズム部材の平面図である。 第２変形例に係るプリズム部材の平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６と、照明装置２と、を備えている。

色分離光学系３は、照明装置２からの白色の照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａおよび第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の反射ミラー８ａ、第２の反射ミラー８ｂおよび第３の反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂと、を備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光である緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢと、に分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過するとともに、その他の光を反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射するとともに青色光ＬＢを透過させる。

第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の反射ミラー８ｂおよび第３の反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２の反射ミラー８ｂの後段に配置されている。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側及び射出側には、図示しない偏光板がそれぞれ配置され、特定の方向の直線偏光のみを通過させる構成となっている。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ、フィールドレンズ１０Ｇ、フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ、フィールドレンズ１０Ｇ、及びフィールドレンズ１０Ｂは、それぞれの光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、光変調装置４Ｂに入射する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの主光線を平行化する。

合成光学系５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂから射出された画像光が入射することにより、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学装置６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられる。

投射光学装置６は、複数のレンズから構成されている。投射光学装置６は、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上に画像が表示される。

図２は、照明装置２の概略構成図である。
図２に示すように、照明装置２は、光源装置２０と、ピックアップ光学系３４と、インテグレーター光学系３５と、偏光変換素子３６と、重畳レンズ３７と、を備えている。

光源装置２０は、白色の照明光ＷＬをピックアップ光学系３４に向けて射出する。

ピックアップ光学系３４により平行化された照明光ＷＬはインテグレーター光学系３５に入射する。インテグレーター光学系３５は、例えば第１のレンズアレイ３５ａと第２のレンズアレイ３５ｂとから構成されている。
第１のレンズアレイ３５ａは複数の第１小レンズ３５ａｍを含み、第２のレンズアレイ３５ｂは複数の第２小レンズ３５ｂｍを含む。

第１のレンズアレイ３５ａは照明光ＷＬを複数の小光線束に分離する。第１小レンズ３５ａｍは、小光線束を対応する第２小レンズ３５ｂｍに結像させる。インテグレーター光学系３５は、後述する重畳レンズ３７と協働することで被照明領域である図１に示した光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の照度分布を均一化させる。

インテグレーター光学系３５を通過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３６に入射する。偏光変換素子３６は、例えば、偏光分離膜と位相差板（１／２波長板）とから構成される。偏光変換素子３６は、蛍光ＹＬにおける偏光方向を一方の偏光成分に変換する。

偏光変換素子３６を通過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３７に入射する。重畳レンズ３７から射出された照明光ＷＬは色分離光学系３へ入射する。重畳レンズ３７は、照明光ＷＬを構成している上記複数の小光線束を光変調装置４Ｒ，４Ｇの被照明領域、すなわち画像形成領域で互いに重畳させることで均一に照明する。

以下、光源装置２０の構成について詳しく説明する。
図３は光源装置２０の平面図である。図３は光源装置２０を光軸ａｘに沿う方向（Ｚ軸方向）から視た図である。以下の図面内において、必要に応じてＸＹＺ座標系を用いて光源装置２０の各構成について説明する。Ｚ軸は光源装置２０の光軸ａｘと平行な軸であり、Ｘ軸は光軸ａｘと直交し、光源装置２０を構成する基材２１の法線と平行な軸であり、Ｙ軸およびＺ軸は互いに直交するとともに、それぞれＸ軸に直交する軸である。なお、光源装置２０の光軸ａｘは図２に示した照明装置２の照明光軸ａｘ１と一致する。

図３に示すように、光源装置２０は、基材２１と、複数のレーザー発光素子２２と、波長変換素子２４と、プリズム部材２５と、反射部材３０（後述の図４参照）と、を備える。

基材２１は、複数のレーザー発光素子２２および波長変換素子２４を支持する。基材２１は、例えば、アルミや銅といった放熱性に優れた金属板である。

光軸ａｘに沿うＺ軸方向から平面視（以下、単に平面視と称す）した際、複数のレーザー発光素子２２はプリズム部材２５の周囲に配置されている。複数のレーザー発光素子２２は、プリズム部材２５の周囲に放射状に延びるように配置されている。複数のレーザー発光素子２２は、光軸ａｘを挟んで一対の素子同士が対向するように配置されている。

本実施形態において、複数のレーザー発光素子２２は、第１レーザー発光素子２２ａと、第２レーザー発光素子２２ｂと、を含む。第１レーザー発光素子２２ａおよび第２レーザー発光素子２２ｂは光軸ａｘを挟んで対向するように基材２１上に配置されている。第１レーザー発光素子２２ａは光軸ａｘに対して－Ｙ側に配置され、第２レーザー発光素子２２ｂは光軸ａｘに対して＋Ｙ側に配置される。

図４は光源装置２０の断面図である。図４は図３のＩＶ－ＩＶ線矢視による断面であって、光軸ａｘを含みＸＹ平面に直交する面による光源装置２０の断面図である。なお、図４は複数のレーザー発光素子２２のうち第１レーザー発光素子２２ａおよび第２レーザー発光素子２２ｂを含む断面図である。

基材２１は表面２１０および裏面２１１を有する板材であり、表面２１０側に複数のレーザー発光素子２２と波長変換素子２４とプリズム部材２５とを支持している。基材２１は、複数のレーザー発光素子２２を支持する第１支持部２１ａと、波長変換素子２４を支持する第２支持部２１ｂと、プリズム部材２５を支持する第３支持部２１ｃと、波長変換素子２４を収容する凹部２１３と、を有する。
基材２１は、複数のレーザー発光素子２２、波長変換素子２４およびプリズム部材２５の熱を放出する放熱部材として機能する。

第３支持部２１ｃは、基材２１の表面２１０の中央に設けられる。第１支持部２１ａは、基材２１の表面２１０における第３支持部２１ｃの周囲に設けられる。

第２支持部２１ｂは、図３に示すように、平面視した際、第３支持部２１ｃと重なる位置に設けられている。第２支持部２１ｂは、波長変換素子２４が収容された凹部２１３である。すなわち、凹部２１３は、平面視で、基材２１における第３支持部２１ｃの一部と重なる位置に形成されている。

第１支持部２１ａは、複数のレーザー発光素子２２を支持する第１支持面２１ａ１を有する。第３支持部２１ｃは、プリズム部材２５を支持する第３支持面２１ｃ１を有する。本実施形態において、第１支持面２１ａ１および第３支持面２１ｃ１は、基材２１の表面２１０の一部で構成される。つまり、第１支持面２１ａ１と第３支持面２１ｃ１とは同一の平面である。なお、第１支持面２１ａ１と第３支持面２１ｃ１とはＺ軸方向の位置が異なる平面でもあってよい。例えば、第３支持面２１ｃ１は第１支持面２１ａ１に対して窪んでいてもよい。この場合、第１支持面２１ａ１に対して窪む第３支持面２１ｃ１内にプリズム部材２５を配置し易くなる。

本実施形態の場合、各レーザー発光素子２２を支持する第１支持面２１ａ１が平面で構成されるため、基材２１に対する各レーザー発光素子２２の実装工程が簡略化される。これにより、基材２１上に各レーザー発光素子２２を精度良く実装できるため、各レーザー発光素子２２から射出される励起光Ｅとプリズム部材２５との位置合わせが容易となる。よって、波長変換素子２４上に形成する励起光Ｅの照射スポットの位置精度を高めることができる。

第２支持部２１ｂは、波長変換素子２４を支持する第２支持面２１ｂ１を有する。第２支持面２１ｂ１は基材２１の表面２１０に形成した凹部２１３の底面である。このため、第２支持面２１ｂ１は、第１支持面２１ａ１および第３支持面２１ｃ１に対して基材２１の裏面２１１側に位置する。つまり、第２支持面２１ｂ１は基材２１の表面２１０に対して窪んだ面である。

本実施形態において、プリズム部材２５は、反射部材３０を介して第３支持部２１ｃに固定されている。反射部材３０は、励起光Ｅおよび後述する蛍光ＹＬを反射し、例えば、Ａｇペースト膜で構成される。反射部材３０は、第１射出面２８Ａのうち波長変換素子２４に対向しない領域に設けられている。

本実施形態において、第２支持部２１ｂに支持された波長変換素子２４と、第３支持部２１ｃに支持されたプリズム部材２５との間には、隙間Ｓが設けられている。つまり、波長変換素子２４とプリズム部材２５とは接触しておらず、波長変換素子２４とプリズム部材２５との隙間Ｓには空気層Ａが設けられている。

続いて、レーザー発光素子２２の構成について説明する。各レーザー発光素子２２はいずれも同様の構成を有する。
各レーザー発光素子２２は、発光部２２０とサブマウント２２１とを含む。発光部２２０は、第１波長帯の励起光（第１光）Ｅを発光する。第１波長帯は、例えば４００ｎｍ～４８０ｎｍの青色から紫色にかけての波長帯であり、ピーク波長は例えば４５５ｎｍである。

サブマウント２２１は、例えば窒化アルミニウム、アルミナ等のセラミック材料で構成されている。サブマウント２２１は、基材２１と発光部２２０との線膨張係数の違いにより生じる熱応力を緩和する。サブマウント２２１は、銀ロウ、金－スズはんだ等の接合材により基材２１の第１支持部２１ａに接合されている。

各レーザー発光素子２２の各々は、基材２１の表面２１０に沿って励起光Ｅを射出するように基材２１の第１支持部２１ａに支持されている。各レーザー発光素子２２から射出される励起光Ｅはプリズム部材２５に入射する。

プリズム部材２５は、各レーザー発光素子２２と波長変換素子２４との間の励起光Ｅの光路上に配置され、各レーザー発光素子２２から射出された励起光Ｅを波長変換素子２４へ導く。

波長変換素子２４は、波長変換層２４０と、波長変換層２４０に対してプリズム部材２５と反対側に設けられた反射層２４１と、を有する。波長変換層２４０は、表面２４０ａと裏面２４０ｂとを有する。反射層２４１は、波長変換層２４０の裏面２４０ｂに設けられる。

波長変換層２４０は、励起光Ｅを第１波長帯とは異なる第２波長帯の蛍光（第２光）ＹＬに変換する蛍光体を含む。第２波長帯とは、例えば、５５０～６４０ｎｍの黄色波長帯である。このような蛍光体としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体の形成材料は、１種であってもよく、２種以上の材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体として用いてもよい。

波長変換層２４０の表面２４０ａは、波長変換素子２４における光入射面に相当する。波長変換層２４０は波長変換層２４０の表面２４０ａから入射した励起光Ｅを波長変換した蛍光ＹＬを表面２４０ａから射出する。また、励起光Ｅの一部は波長変換層２４０の表面２４０ａあるいは内部で散乱され、蛍光ＹＬに変換されることなく、表面２４０ａから射出される。したがって、波長変換層２４０の表面２４０ａは、波長変換素子２４における光射出面にも相当する。

蛍光ＹＬの一部は波長変換層２４０の裏面２４０ｂに向かって進む。本実施形態の場合、波長変換層２４０の裏面２４０ｂに設けられた反射層２４１によって蛍光ＹＬを表面２４０ａに向けて反射することができる。
本実施形態の波長変換素子２４は、励起光Ｅが入射する表面２４０ａから蛍光ＹＬを射出する反射型の波長変換素子である。

図３に示したように、プリズム部材２５の外形は円形であり、円錐台の上面側を円錐状に取り除いた外観を有する。プリズム部材２５は、例えば、石英やＢＫ７等の光学ガラスで構成される。なお、プリズム部材２５の中心軸２５Ｃは光源装置２０の光軸ａｘと一致している。
図４に示すように、プリズム部材２５は、基材２１の凹部２１３に配置された波長変換素子２４の上方を覆うように基材２１の第３支持部２１ｃに支持される。

プリズム部材２５は、入射面（第１面）２６と、反射面（第２面）２７と、射出面（第３面）２８と、第１光学層３１と、第２光学層３２と、を有する。入射面２６、反射面２７および射出面２８は、互いに交差する面である。

入射面２６は、図３に示すように、プリズム部材２５に対して波長変換素子２４と反対側（＋Ｚ側）に頂点を有する第１円錐面Ｍ１を含む。入射面２６は、各レーザー発光素子２２と対向し各レーザー発光素子２２から射出された励起光Ｅが入射する面である。

反射面２７は、図３に示すように、第１円錐面Ｍ１の内側に位置し、基材２１側に頂点を有する第２円錐面Ｍ２を含む。反射面２７は、入射面２６から入射した励起光Ｅを反射して励起光Ｅの光路を波長変換素子２４側に向けて屈曲させる面である。

射出面２８は、波長変換素子２４に対向し、波長変換素子２４と対向し反射面２７により反射された励起光Ｅを波長変換素子２４に向けて射出する面である。

本実施形態のプリズム部材２５は、複数のレーザー発光素子２２にそれぞれ対応する複数の部位１２５で構成される。本実施形態において、各部位１２５は一体に成形される。つまり、本実施形態のプリズム部材２５は単一のプリズム部材である。

複数の部位１２５は、第１レーザー発光素子２２ａに対応する第１部位（第１光学素子）１２５Ａと、第２レーザー発光素子２２ｂに対応する第２部位（第２光学素子）１２５Ｂと、を含む。

第１部位１２５Ａは、第１入射面２６Ａと、第１反射面２７Ａと、第１射出面２８Ａと、を有する。第１入射面２６Ａは、第１レーザー発光素子２２ａと対向し第１レーザー発光素子２２ａから射出された励起光Ｅが入射する面である。第１反射面２７Ａは、第１入射面２６Ａから入射した励起光Ｅを反射して励起光Ｅの光路を屈曲させる面である。第１射出面２８Ａは、波長変換素子２４と対向し第１反射面２７Ａにより反射された励起光Ｅを波長変換素子２４に向けて射出する面である。

第２部位１２５Ｂは、第２入射面２６Ｂと、第２反射面２７Ｂと、第２射出面２８Ｂと、を有する。第２入射面２６Ｂは、第２レーザー発光素子２２ｂと対向し第２レーザー発光素子２２ｂから射出された励起光Ｅが入射する面である。第２反射面２７Ｂは、第２入射面２６Ｂから入射した励起光Ｅを反射して励起光Ｅの光路を屈曲させる面である。第２射出面２８Ｂは、波長変換素子２４と対向し第２反射面２７Ｂにより反射された励起光Ｅを波長変換素子２４に向けて射出する面である。

本実施形態の場合、第１部位１２５Ａおよび第２部位１２５Ｂは上述のように一体に成形される。このため、第１入射面２６Ａおよび第２入射面２６Ｂは入射面２６の一部でそれぞれ構成され、第１反射面２７Ａおよび第２反射面２７Ｂは反射面２７の一部でそれぞれ構成され、第１射出面２８Ａおよび第２射出面２８Ｂは射出面２８の一部でそれぞれ構成される。

本実施形態において、反射面２７は、入射面２６から入射した励起光Ｅを全反射するように、入射面２６に対する角度が設定される。
例えば、各レーザー発光素子２２から射出される励起光Ｅの最大放射角を約７０°と想定した場合、入射面２６および射出面２８がなす第１角度は例えば６０°に設定され、反射面２７および射出面２８がなす第２角度は例えば４０°に設定される。つまり、プリズム部材２５において、第１角度および第２角度はいずれも鋭角である。
ここで、第１角度および第２角度は、図４に示すような、プリズム部材２５の中心軸２５Ｃを含む面による断面において、入射面２６および射出面２８が交差する角度、ならびに、入射面２６および射出面２８が交差する角度で規定される。

本実施形態のプリズム部材２５は、第１円錐面Ｍ１を含む入射面２６と第２円錐面Ｍ２を含む反射面２７とを有するため、図３に示すように、中心軸２５Ｃの周方向において入射面２６および反射面２７が連続した形状となっている。

第１光学層３１は、入射面２６に設けられる。第１光学層３１は例えばダイクロイックミラーで構成され、励起光Ｅを透過するとともに蛍光ＹＬを反射する。
第２光学層３２は、射出面２８に設けられる。第２光学層３２は、例えばＡＲコート膜で構成され、射出面２８に入射する光の反射を抑制する。

以下、各レーザー発光素子２２から射出された励起光Ｅがプリズム部材２５を経由して波長変換素子２４に入射する過程について説明する。なお、各レーザー発光素子２２から射出された励起光Ｅはいずれも同じ振舞いをするため、以下では、第１レーザー発光素子２２ａから射出された励起光Ｅの振舞いを例に挙げて説明する。

第１レーザー発光素子２２ａは、プリズム部材２５の第１入射面２６Ａに向けて励起光Ｅを射出する。第１レーザー発光素子２２ａは、基材２１の表面２１０に沿って励起光Ｅを射出する。第１レーザー発光素子２２ａは、基材２１の表面２１０と平行である波長変換素子２４の表面２４０ａに沿って励起光Ｅを射出する。

励起光Ｅは第１入射面２６Ａに設けられた第１光学層３１を透過し、第１入射面２６Ａからプリズム部材２５の内部に入射する。励起光Ｅは、第１入射面２６Ａから入射する際に屈折されるため、放射角度が狭められる。このため、プリズム部材２５は、第１レーザー発光素子２２ａから大きい放射角で射出された励起光Ｅを効率良く取り込むことができる。

第１入射面２６Ａからプリズム部材２５の内部に入射した励起光Ｅは、第１反射面２７Ａに入射する。第１反射面２７Ａで反射された励起光Ｅの光路は第１射出面２８Ａに向って屈曲され、第１射出面２８Ａに入射する。
なお、第１入射面２６Ａからプリズム部材２５の内部に入射した励起光Ｅの一部は、第１反射面２７Ａを経由せずに第１射出面２８Ａから直接射出されて波長変換素子２４に入射する場合もある。

また、第１入射面２６Ａからプリズム部材２５の内部に入射した励起光Ｅの一部は、第１射出面２８Ａのうち波長変換素子２４に対向しない領域に入射する場合がある。ここで、波長変換素子２４に対向しない領域が光吸収性を有する場合、励起光Ｅの一部が損失となってしまう。
これに対して、本実施形態の場合、第１射出面２８Ａのうち波長変換素子２４に対向しない領域に設けられた反射部材３０によって励起光Ｅをプリズム部材２５の内部に戻すことで励起光Ｅの利用効率を高めることができる。

本実施形態において、波長変換素子２４とプリズム部材２５との隙間Ｓには空気層Ａが設けられている。つまり、プリズム部材２５の第１射出面２８Ａと波長変換素子２４との間に空気層Ａが設けられている。このため、励起光Ｅが第１射出面２８Ａから射出される際、一部の成分が全反射されて波長変換素子２４側に入射しないおそれもある。

これに対して本実施形態のプリズム部材２５は、第１射出面２８Ａに第２光学層３２を設けることで第１射出面２８Ａと空気層Ａとの界面による励起光Ｅの反射を抑制している。これにより、プリズム部材２５において、第１射出面２８Ａは、波長変換素子２４に向けて励起光Ｅを効率良く射出することができる。

このようにプリズム部材２５は、第１入射面２６Ａから入射した励起光Ｅを第１反射面２７Ａで第１射出面２８Ａに向けて反射し、第１入射面２６Ａおよび第１反射面２７Ａに対して交差する第１射出面２８Ａから波長変換素子２４に向けて励起光Ｅを射出することができる。つまり、プリズム部材２５は、第１レーザー発光素子２２ａから波長変換素子２４の表面２４０ａに沿って射出された励起光Ｅの光路を変更することで、波長変換素子２４に対して励起光Ｅを小さい入射角で入射させることができる。

波長変換素子２４は、励起光Ｅを波長変換した蛍光ＹＬと励起光Ｅの一部とを波長変換層２４０の表面２４０ａから射出する。波長変換素子２４から射出された蛍光ＹＬおよび励起光Ｅの一部は、少なくともプリズム部材２５の第１射出面２８Ａに入射する。ランバート発光された蛍光ＹＬは励起光Ｅに比べて大きい放射角を有するため、第１射出面２８Ａのみならず射出面２８の全体に対して入射する。

本実施形態において、波長変換素子２４とプリズム部材２５の射出面２８との間には空気層Ａが設けられるため、ランバート発光された蛍光ＹＬは空気層Ａと射出面２８との界面で屈折されることで放射角が狭められてプリズム部材２５を透過する。なお、波長変換層２４０の表面２４０ａから射出された励起光Ｅの一部についても空気層Ａと射出面２８との界面で屈折されることで放射角が狭められてプリズム部材２５を透過する。

本実施形態において、射出面２８に設けられた第２光学層３２が、射出面２８と空気層Ａとの界面による蛍光ＹＬおよび励起光Ｅの反射を抑制する。このため、プリズム部材２５は、波長変換素子２４から射出された蛍光ＹＬおよび励起光Ｅの一部を射出面２８から効率良く取り込むことができる。

このようにしてプリズム部材２５内に取り込まれた蛍光ＹＬおよび励起光Ｅの一部は反射面２７に入射する。蛍光ＹＬおよび励起光Ｅの一部は反射面２７を透過することで白色の照明光ＷＬとしてプリズム部材２５から射出される。

プリズム部材２５内に取り込まれた蛍光ＹＬのうち大きい放射角で射出された成分は入射面２６に入射する。このとき、蛍光ＹＬは、入射面２６に設けられた第１光学層３１で反射されることでプリズム部材２５内に戻され、反射面２７を透過することでプリズム部材２５から射出される。

このように本実施形態のプリズム部材２５によれば、波長変換素子２４から射出された蛍光ＹＬを反射面２７から取り出すことができる。つまり、プリズム部材２５は、平面視した際、反射面２７が設けられた領域から蛍光ＹＬを射出することができる。

本実施形態の光源装置２０は、プリズム部材２５により放射角を制限した蛍光ＹＬを射出することができる。このため、光源装置２０から射出された蛍光ＹＬはピックアップ光学系３４に良好に取り込まれる。

以上説明した本実施形態に係る光源装置２０によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態の光源装置２０は、励起光Ｅを射出する第１レーザー発光素子２２ａと、励起光Ｅを黄色波長帯の蛍光ＹＬに変換する波長変換素子２４と、第１レーザー発光素子２２ａを支持する第１支持部２１ａと、波長変換素子２４を支持する第２支持部２１ｂと、を有する基材２１と、第１レーザー発光素子２２ａと波長変換素子２４との間の励起光Ｅの光路上に配置され、第１レーザー発光素子２２ａから射出された励起光Ｅを波長変換素子２４へ導くプリズム部材２５と、を備える。プリズム部材２５は、第１レーザー発光素子２２ａと対向し第１レーザー発光素子２２ａから射出された励起光Ｅが入射する第１入射面２６Ａと、第１入射面２６Ａから入射した励起光Ｅを反射して励起光Ｅの光路を屈曲させる第１反射面２７Ａと、波長変換素子２４と対向し第１反射面２７Ａにより反射された励起光Ｅを波長変換素子２４に向けて射出する第１射出面２８Ａと、を有する。第１入射面２６Ａ、第１反射面２７Ａ、および第１射出面２８Ａは、互いに交差する。

本実施形態の光源装置２０によれば、第１レーザー発光素子２２ａから射出された励起光Ｅの光路をプリズム部材２５により変更することで、波長変換素子２４に対して励起光Ｅを小さい入射角で入射させることができる。

本発明らは、プリズム部材２５の効果を検証するシミュレーションを行った。本シミュレーションでは、波長変換素子２４（波長変換層２４０）の表面２４０ａに対する励起光Ｅの入射角について、プリズム部材２５を設けた本実施形態の光源装置２０と、プリズム部材２５を備えない光源装置とについて検証した。

本シミュレーション結果より、本実施形態の光源装置２０の場合、波長変換素子２４の表面２４０ａに対する励起光Ｅの入射角度が０°～５０°の範囲となることが確認できた。なお、入射角度が０°とは、励起光Ｅが表面２４０ａに対して垂直方向から入射することを意味する。

また、プリズム部材２５を有しない比較例の光源装置の場合、波長変換素子２４の表面２４０ａに対する励起光Ｅの入射角度が５０°～８０°の範囲となることが確認できた。また、プリズム部材２５を有しない場合、励起光Ｅが波長変換素子２４の表面２４０ａに対して斜め方向から入射し、波長変換素子２４に対する励起光Ｅの入射角度が大きくなることが確認できた。

波長変換素子２４に対する励起光Ｅの入射角度が大きくなるほど、励起光Ｅは波長変換素子２４の表面２４０ａで反射されて波長変換素子２４に入射し難くなるため、波長変換素子２４の蛍光変換効率が低下する。また、入射角度が大きい場合、ＡＲコート膜のような反射防止膜の設計が難しいため、反射防止膜を用いて蛍光変換効率を改善することも難しい。
このため、比較例の光源装置では、波長変換素子２４の表面２４０ａで反射される励起光Ｅの成分が増加することで蛍光変換効率が低下し、明るい蛍光ＹＬを生成できなくなってしまう。

これに対して本実施形態の光源装置２０によれば、プリズム部材２５によって波長変換素子２４に対する励起光Ｅの入射角度を小さくできるため、波長変換素子２４に励起光Ｅを効率良く入射させることができる。本実施形態の光源装置２０は、プリズム部材２５を用いない比較例の光源装置に対して、波長変換素子２４に入射する励起光Ｅの光量を約３．５倍まで増加させることができることがシミュレーションから分かった。
したがって、本実施形態の光源装置２０によれば、プリズム部材２５によって第１レーザー発光素子２２ａから射出された励起光Ｅの光路を変更することで、波長変換素子２４に対して励起光Ｅを効率良く入射させることで、照明光ＷＬとして明るい蛍光ＹＬを生成することができる。

本実施形態の光源装置２０において、第１入射面２６Ａおよび第１射出面２８Ａがなす角度は鋭角である。

このような角度関係を有するプリズム部材２５によれば、上述のように励起光Ｅの光路を変更して波長変換素子２４に対して効率良く入射させることができる。

本実施形態の光源装置２０において、波長変換素子２４は、励起光Ｅを蛍光ＹＬに波長変換する波長変換層２４０と、波長変換層２４０に対してプリズム部材２５と反対側に設けられた反射層２４１と、を有し、蛍光ＹＬをプリズム部材２５に向けて射出する。

この構成によれば、反射型の波長変換素子２４から射出された蛍光ＹＬをプリズム部材２５に入射させることができる。

本実施形態の光源装置２０において、プリズム部材２５は、第１入射面２６Ａに設けられ、励起光Ｅを透過するとともに蛍光ＹＬを反射する第１光学層３１をさらに有する。

この構成によれば、波長変換素子２４から射出されて第１入射面２６Ａに入射し蛍光ＹＬをプリズム部材２５内に戻すことができる。これにより、プリズム部材２５は、反射面２７が設けられた領域から蛍光ＹＬを射出するため、蛍光ＹＬの放射角を制限した状態で射出することができる。

本実施形態の光源装置２０において、第１射出面２８Ａと波長変換素子２４との間に空気層Ａが設けられている。本実施形態の場合、プリズム部材２５は、第１射出面２８Ａに設けられ、入射する光の反射を抑制する第２光学層３２をさらに有する。

この構成によれば、空気層Ａと射出面２８との界面でランバート発光された蛍光ＹＬを屈折させることで、蛍光ＹＬの放射角を狭めた状態でプリズム部材２５に取り込むことができる。また、第２光学層３２を備えることで、第１射出面２８Ａと空気層Ａとの界面による励起光Ｅの反射が抑制されるため、第１射出面２８Ａは波長変換素子２４に向けて励起光Ｅを効率良く射出することができる。

本実施形態の光源装置２０において、基材２１は、プリズム部材２５を支持する第３支持部２１ｃをさらに有し、プリズム部材２５は、反射部材３０を介して第３支持部２１ｃに固定され、反射部材３０は、第１射出面２８Ａのうち波長変換素子２４に対向しない領域に設けられている。

この構成によれば、反射部材３０によって励起光Ｅをプリズム部材２５の内部に戻すことで励起光Ｅの利用効率を高めることができる。

本実施形態の光源装置２０において、第２支持部２１ｂは、平面視で、基材２１における第３支持部２１ｃの一部と重なる位置に形成した凹部２１３である。

この構成によれば、基材２１において、プリズム部材２５、各レーザー発光素子２２および波長変換素子２４を所定の位置関係で支持することができる。

本実施形態の光源装置２０において、第１レーザー発光素子２２ａは、波長変換素子２４において励起光Ｅが入射する表面２４０ａに沿って励起光Ｅを射出する。

励起光Ｅが表面２４０ａに沿って射出される場合、蛍光変換効率が最も低下し易くなる。そのため、本実施形態によれば、プリズム部材２５を用いることによる励起光Ｅの光路を変更することによる効果をより際立たせることができる。

本実施形態の光源装置２０において、プリズム部材２５は、第１レーザー発光素子２２ａに対応する第１部位１２５Ａと、第２レーザー発光素子２２ｂに対応する第２部位１２５Ｂとを一体に成形した単一の部材である。

この構成によれば、プリズム部材２５と各レーザー発光素子２２との位置合わせが容易となる。

本実施形態の光源装置２０において、プリズム部材２５は、プリズム部材２５に対して波長変換素子２４と反対側に頂点を有する第１円錐面Ｍ１を含む入射面２６と、第１円錐面Ｍ１の内側に位置し、基材２１側に頂点を有する第２円錐面Ｍ２を含む反射面２７と、波長変換素子２４に対向する射出面２８と、を有する。第１入射面２６Ａおよび第２入射面２６Ｂは入射面２６の一部で構成され、第１反射面２７Ａおよび第２反射面２７Ｂは反射面２７の一部で構成され、第１射出面２８Ａおよび第２射出面２８Ｂは射出面２８の一部で構成される。

この構成によれば、中心軸２５Ｃの周方向において入射面２６および反射面２７が連続した形状のプリズム部材２５を用いるため、プリズム部材２５の中心軸２５Ｃの周方向において各レーザー発光素子２２を均等に配置する必要が無い。このため、プリズム部材２５とレーザー発光素子２２との位置合わせが容易となる。

以上説明した本実施形態に係るプロジェクター１によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態のプロジェクター１は、光源装置２０と、光源装置２０からの青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲを変調することにより画像光を形成する光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒと、前述の画像光を投射する投射光学装置６と、を備える。

本実施形態のプロジェクター１によれば、明るい蛍光ＹＬを生成する光源装置２０を備えるため、高輝度な画像を形成して投射することができる。

なお、本発明の一実施形態を例示して説明したが、本発明は上記実施形態のものに必ずしも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、上記実施形態の光源装置２０では、プリズム部材２５として、入射面２６および射出面２８が円錐面の一部で構成される場合を例に挙げた。つまり、入射面２６および射出面２８が曲面で構成される場合を例に挙げたが、プリズム部材２５の形状はこれに限定されない。

（第１変形例）
図５は第１変形例に係るプリズム部材２５０の平面図である。
図５に示すように、プリズム部材２５０は、各レーザー発光素子２２に対向して設けられた四角錐状の複数の部位２５１を一体成形することで構成してもよい。本変形例のプリズム部材２５０は多角形からなる平面形状を有する。本変形例のプリズム部材２５０によれば、入射面２６０が複数の平面で構成されるため、入射面２６０に対する第１光学層３１の形成が容易となる。
また、レーザー発光素子２２の数に対応させるようにプリズム部材２５０の平面形状を調整してもよい。例えば、レーザー発光素子２２の数が６つの場合、プリズム部材２５０の平面形状は六角形となる。

また、上記実施形態の光源装置２０では、波長変換素子２４とプリズム部材２５との隙間Ｓには空気層Ａが設ける場合を例に挙げたが、プリズム部材２５の射出面２８と波長変換素子２４とが接触していてもよい。

（第２変形例）
図６は第２変形例に係るプリズム部材３５０の平面図である。
図６に示すように、プリズム部材３５０において、プリズム部材２５と波長変換素子２４とが接触している。この構成によれば、プリズム部材２５の射出面２８から励起光Ｅが射出される際に空気層との界面による全反射が生じないため、より多くの励起光Ｅを波長変換素子２４に入射させることができる。

また、上記実施形態のプリズム部材２５として、各レーザー発光素子２２に対応する複数の部位１２５を一体成形した単一のプリズム部材を例に挙げたが、第１部位１２５Ａおよび第２部位１２５Ｂを含む複数の部位１２５がそれぞれ別体で構成されていてもよい。

また、上記実施形態および変形例の光源装置は、複数のレーザー発光素子２２を備える場合を例に挙げたが、レーザー発光素子２２の数は限定されず、第１レーザー発光素子２２ａのみで構成されてもよい。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。さらに、光変調装置としては、上述した液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイスなどを用いることもできる。

また、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応用する例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置を自動車用ヘッドライトなどの照明器具にも適用することができる。

本発明の態様の光源装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一態様の光源装置は、第１波長帯の第１光を射出する第１レーザー発光素子と、第１光を第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２光に変換する波長変換素子と、第１レーザー発光素子を支持する第１支持部と、波長変換素子を支持する第２支持部と、を有する基材と、第１レーザー発光素子と波長変換素子との間の第１光の光路上に配置され、第１レーザー発光素子から射出された第１光を波長変換素子へ導く第１光学素子と、を備え、第１光学素子は、第１レーザー発光素子と対向し第１レーザー発光素子から射出された第１光が入射する第１入射面と、第１入射面から入射した第１光を反射して第１光の光路を屈曲させる第１反射面と、波長変換素子と対向し第１反射面により反射された第１光を波長変換素子に向けて射出する第１射出面と、を有し、第１入射面、第１反射面、および第１射出面は、互いに交差する。

本発明の一つの態様の光源装置において、第１入射面および第１射出面がなす角度は鋭角である、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、波長変換素子は、第１光を第２光に変換する波長変換層と、波長変換層に対して第１光学素子と反対側に設けられた反射層と、を有し、第２光を第１光学素子に向けて射出する、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第１光学素子は、第１入射面に設けられ、第１光を透過するとともに第２光を反射する第１光学層をさらに有する、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第１射出面および波長変換素子は接触している、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第１射出面と波長変換素子との間に空気層が設けられている、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第１光学素子は、第１射出面に設けられ入射する光の反射を抑制する第２光学層をさらに有する、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第１光および第２光を反射する反射部材をさらに備え、基材は、第１光学素子を支持する第３支持部をさらに有し、第１光学素子は、反射部材を介して第３支持部に固定され、反射部材は、第１射出面のうち波長変換素子に対向しない領域に設けられている、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第２支持部は、波長変換素子が収容された凹部であり、凹部は、平面視で、前記基材における前記第３支持部の一部と重なる位置に形成されている、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、波長変換素子は、第１光が入射する光入射面を有し、第１レーザー発光素子は、波長変換素子の光入射面に沿って第１光を射出する、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第１光を射出する第２レーザー発光素子と、第２レーザー発光素子と波長変換素子との間の第１光の光路上に配置され、第２レーザー発光素子から射出された第１光を波長変換素子へ導く第２光学素子と、をさらに備え、第１光学素子および第２光学素子は単一のプリズム部材で構成される、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第２光学素子は、互いに交差する、第２入射面と第２反射面と第２射出面とを有し、プリズム部材は、プリズム部材に対して波長変換素子と反対側に頂点を有する第１円錐面を含む第１面と、第１円錐面の内側に位置し、基材側に頂点を有する第２円錐面を含む第２面と、波長変換素子に対向する第３面と、を有し、第１入射面および第２入射面は第１面の一部で構成され、第１反射面および第２反射面は第２面の一部で構成され、第１射出面および第２射出面は第３面の一部で構成される、構成としてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の上記態様の光源装置と、光源装置からの光を変調する光変調装置と、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。

１…プロジェクター、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、２０…光源装置、２１…基材、２１ａ…第１支持部、２１ｂ…第２支持部、２１ｃ…第３支持部、２２…レーザー発光素子、２２ａ…第１レーザー発光素子、２２ｂ…第２レーザー発光素子、２４…波長変換素子、２５，２５０，３５０…プリズム部材、２６，２６０…入射面、２６Ａ…第１入射面、２６Ｂ…第２入射面、２７…反射面、２７Ａ…第１反射面、２７Ｂ…第２反射面、２８…射出面、２８Ａ…第１射出面、２８Ｂ…第２射出面、３０…反射部材、３１…第１光学層、３２…第２光学層、１２５Ａ…第１部位（第１光学素子）、１２５Ｂ…第２部位（第２光学素子）、２１３…凹部、２４０…波長変換層、２４０ａ…表面（光入射面）、２４１…反射層、Ａ…空気層、Ｅ…励起光（第１光）、Ｍ１…第１円錐面、Ｍ２…第２円錐面、ＹＬ…蛍光（第２光）。

Claims (13)

1. 第１波長帯の第１光を射出する第１レーザー発光素子と、
   前記第１光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２光に変換する波長変換素子と、
   前記第１レーザー発光素子を支持する第１支持部と、前記波長変換素子を支持する第２支持部と、を有する基材と、
   前記第１レーザー発光素子と前記波長変換素子との間の前記第１光の光路上に配置され、前記第１レーザー発光素子から射出された前記第１光を前記波長変換素子へ導く第１光学素子と、を備え、
   前記第１光学素子は、
   前記第１レーザー発光素子と対向し前記第１レーザー発光素子から射出された前記第１光が入射する第１入射面と、
   前記第１入射面から入射した前記第１光を反射して前記第１光の光路を屈曲させる第１反射面と、
   前記波長変換素子と対向し前記第１反射面により反射された前記第１光を前記波長変換素子に向けて射出する第１射出面と、を有し、
   前記第１入射面、前記第１反射面、および前記第１射出面は、互いに交差する、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記第１入射面および前記第１射出面がなす角度は鋭角である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記波長変換素子は、前記第１光を前記第２光に変換する波長変換層と、前記波長変換層に対して前記第１光学素子と反対側に設けられた反射層と、を有し、前記第２光を前記第１光学素子に向けて射出する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第１光学素子は、前記第１入射面に設けられ前記第１光を透過するとともに前記第２光を反射する第１光学層をさらに有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記第１射出面および前記波長変換素子は接触している、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記第１射出面と前記波長変換素子との間に空気層が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記第１光学素子は、前記第１射出面に設けられ入射する光の反射を抑制する第２光学層をさらに有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 前記第１光および前記第２光を反射する反射部材をさらに備え、
   前記基材は、前記第１光学素子を支持する第３支持部をさらに有し、
   前記第１光学素子は、前記反射部材を介して前記第３支持部に固定され、
   前記反射部材は、前記第１射出面のうち前記波長変換素子に対向しない領域に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記第２支持部は、前記波長変換素子が収容された凹部であり、
   前記凹部は、平面視で、前記基材における前記第３支持部の一部と重なる位置に形成されている、
   ことを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
10. 前記波長変換素子は、前記第１光が入射する光入射面を有し、
    前記第１レーザー発光素子は、前記波長変換素子の前記光入射面に沿って前記第１光を射出する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
11. 前記第１光を射出する第２レーザー発光素子と、
    前記第２レーザー発光素子と前記波長変換素子との間の前記第１光の光路上に配置され、前記第２レーザー発光素子から射出された前記第１光を前記波長変換素子へ導く第２光学素子と、をさらに備え、
    前記第１光学素子および前記第２光学素子は単一のプリズム部材で構成される、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
12. 前記第２光学素子は、互いに交差する、第２入射面と第２反射面と第２射出面とを有し、
    前記プリズム部材は、
    前記プリズム部材に対して前記波長変換素子と反対側に頂点を有する第１円錐面を含む第１面と、
    前記第１円錐面の内側に位置し、前記基材側に頂点を有する第２円錐面を含む第２面と、
    前記波長変換素子に対向する第３面と、を有し、
    前記第１入射面および前記第２入射面は前記第１面の一部で構成され、
    前記第１反射面および前記第２反射面は前記第２面の一部で構成され、
    前記第１射出面および前記第２射出面は前記第３面の一部で構成される、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
13. 請求項１から請求項１２のうち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、
    ことを特徴とするプロジェクター。

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