JP6888637B2 - 光源装置、プロジェクター及び蛍光体ロッド - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、プロジェクター及び蛍光体ロッドに関する。

プロジェクターに用いられる光源装置として、発光素子から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。下記の特許文献１には、蛍光体を含む平板状の波長変換部材と、励起光を射出する発光ダイオード（ＬＥＤ）と、を備え、波長変換部材の複数の面のうち、面積が広い面から励起光を入射させ、波長変換部材の面積が狭い面から変換光を射出させる光源装置が開示されている。

国際公開第２００６／０５４２０３号

特許文献１に記載されているように、ＬＥＤからの励起光を波長変換部材に入射させることにより、ＬＥＤから射出された光の波長とは異なる波長の光を得ることができる。例えば波長変換部材が黄色蛍光体を含む場合、ＬＥＤから射出された青色の励起光から黄色光を得ることができる。この構成において明るい光を得ようとすると、波長変換部材を大きくするとともに励起光源の数を増やす、等の手段を採る必要があった。この場合、光源装置の大型化という弊害が生じる。また、波長変換部材が大きくなると、波長変換部の光射出面の面積も大きくなるので、エテンデューが増大し、射出された光の利用効率が低下するという弊害が生じる。

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、励起光を射出する光源と、蛍光体を含み、前記励起光が入射することによって蛍光を発光する第１ロッド部と、前記第１ロッド部に対して並列に位置し、蛍光体を含み、前記励起光が入射することによって蛍光を発光する第２ロッド部と、前記第１ロッド部の端部に形成された斜面に対向するように設けられた第１反射膜と、前記第２ロッド部の端部に形成された斜面に対向するように設けられた第２反射膜と、を備え、前記励起光が前記第１ロッド部及び第２ロッド部に入射することで、前記第１ロッド部及び前記第２ロッド部で蛍光が発光し、前記第１ロッド部に設けられた光射出面から前記蛍光が放出されることを特徴とする。

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。

本発明の一つの態様の蛍光体ロッドは、蛍光体を含む第１ロッド部と、蛍光体を含む第２ロッド部と、前記第１ロッド部の端部に形成された第１斜面と、前記第１ロッド部の端部に形成された第２斜面と、前記第１ロッド部の端部と前記第２ロッド部の端部との間に設けられ、前記第１ロッド部の端部と前記第２ロッド部の端部とを接合する接合部とを備える。

本発明の一つの態様の蛍光体ロッドは、蛍光体を含む第１ロッド部と、蛍光体を含む第２ロッド部と、前記第１ロッド部の端部に形成された第１斜面と、前記第２ロッド部の端部に形成された第２斜面と、前記第１ロッド部の端部において、前記第１斜面と対向する位置に設けられた第１突出部と、を備え、前記第１突出部が前記第２ロッド部の端部と接合されていることを特徴とする。

本発明の一つの態様の蛍光体ロッドは、蛍光体を含む第１ロッド部と、蛍光体を含む第２ロッド部と、前記第１ロッド部の端部に形成された第１斜面と、前記第２ロッド部の端部に形成された第２斜面と、前記第１ロッド部の端部において、前記第１斜面と対向する位置に設けられた第１突出部と、前記第２ロッド部の端部において、前記第２斜面と対向する位置に設けられた第２突出部と、を備え、前記第１突出部と前記第２突出部とが接合されていることを特徴とする。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の光源装置の概略構成図である。 図２の光源装置の側面図である。 第１実施形態の変形例１の概略構成図である。 第１実施形態の変形例２の概略構成図である。 第２実施形態の蛍光体ロッドの概略構成図である。 第３実施形態の蛍光体ロッドの概略構成図である。 第３実施形態の蛍光体ロッドの概略構成図である。 第４実施形態の蛍光体ロッド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〜図３を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、光変調装置として液晶パネルを用いたプロジェクターの一例である。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は、第１実施形態のプロジェクター１の概略構成図である。
第１実施形態のプロジェクター１は、スクリーン（被投射面）ＳＣＲ上にカラー画像を投射する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを用いている。

図１に示すように、プロジェクター１は、照明装置１２と、均一照明光学系４０と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６と、を備えている。

照明装置１２は、白色の照明光ＷＬを均一照明光学系４０に向けて射出する。照明装置１２の詳細な構成については、後で詳しく説明する。

均一照明光学系４０は、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備えている。インテグレーター光学系３１は、第１レンズアレイ３１ａと、第２レンズアレイ３１ｂと、を備えている。均一照明光学系４０は、照明装置１２から射出された照明光ＷＬの強度分布を、被照明領域である光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれにおいて均一化する。均一照明光学系４０から射出された照明光ＷＬは、色分離光学系３へ入射する。

色分離光学系３は、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ダイクロイックミラー７ａと、第２ダイクロイックミラー７ｂと、第１反射ミラー８ａと、第２反射ミラー８ｂと、第３反射ミラー８ｃと、第１リレーレンズ９ａと、第２リレーレンズ９ｂと、を備えている。

第１ダイクロイックミラー７ａは、照明装置１２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）とに分離する。第１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（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２ダイクロイックミラー７ｂは、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。第２ダイクロイックミラー７ｂは、分離された緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。

第１反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、第１ダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２反射ミラー８ｂおよび第３反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置され、第２ダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに向けて反射する。また、緑色光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー７ｂによって光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１リレーレンズ９ａおよび第２リレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２ダイクロイックミラー７ｂの光射出側に配置されている。第１リレーレンズ９ａおよび第２リレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長いことに起因した青色光ＬＢの照明分布の違いを修正する。

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、および光変調装置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および射出側には、偏光板（図示せず）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、および光変調装置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、およ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、および光変調装置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、複数の投射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。

以下、照明装置１２について説明する。
照明装置１２は、光源装置２と、青色光源部１３と、光合成素子１４と、を備えている。

図２は、光源装置２の概略構成図である。
図３は、図２におけるｙ軸に沿ってマイナスｙ方向から光源装置２を見たときの側面図である。
図２および図３に示すように、光源装置２は、蛍光体ロッド５０と、光源３５と、ミラー５４（反射部）と、角度変換素子５６と、コリメーターレンズ５７と、を備えている。

蛍光体ロッド５０は並列配置された第１ロッド部５１と第２ロッド部５２とを有する。以下、第１ロッド部５１及び第２ロッド部５２を、ロッド部５１，５２と称する事もある。第１ロッド部５１及び第２ロッド部５２はそれぞれ、四角柱状の形状を有する。第１ロッド部５１は第１端面５１ａと、４つの側面５１ｃ１，５１ｃ２，５１ｃ３，５１ｃ４と、を有する。蛍光体ロッド５０において、蛍光ＫＹは第１端面５１ａから射出される。なお、第１ロッド部５１の中心軸を光源装置２の光軸Ｊ１とみなすことができる。蛍光体ロッド５０の内部で発せられた蛍光は、第１端面５１ａから光軸Ｊ１の方向に射出される。すなわち、第１端面５１ａは第１ロッド部５１に設けられた光射出面である。

第２ロッド部５２は、四角柱状の形状を有し、第２端面５２ｂと、４つの側面５２ｃ１，５２ｃ２，５２ｃ３，５２ｃ４と、を有する。

本実施形態において、第１ロッド部５１と第２ロッド部５２とは、略同一の寸法を有している。第１ロッド部５１の長手方向（図中のｘ方向）の寸法Ａは、第１ロッド部５１の幅方向（図中のｙ方向）の寸法Ｂよりも長い。例えば寸法Ａは、寸法Ｂの１０倍〜数１０倍程度である。第２ロッド部５２についても、第１ロッド部５１と同様である。そして二つのロッド部５１，５２が互いに隣り合うように形成されている。

なお、各ロッド部５１，５２は、必ずしも四角柱状の形状を有していなくてもよく、三角柱などの他の多角柱状であってもよい。もしくは、各ロッド部５１，５２は、円柱状であってもよい。

第１ロッド部５１と第２ロッド部５２とは、第１ロッド部５１の側面５１ｃ１と第２ロッド部５２の側面５２ｃ１とが対向するように、間隔をおいて形成されている。一方、第１ロッド部５１の側面５１ｃ２と第２ロッド部５２の側面５２ｃ２とは、互いに反対側に位置する。すなわち、２本のロッド部５１，５２は、並列に配置されている。

なお、第１ロッド部５１と第２ロッド部５２との間にある隙間は空気層となっている。このため、ロッド部と空気層との屈折率差により、ロッド部内を伝播する光は、ロッド部と空気層との界面において反射される。

図３に示すように、光源３５は、第１光源３５１と、第２光源３５２と、を備えている。以下、第１光源３５１及び第２光源３５２を、光源３５１，３５２と称する事もある。第１光源３５１は、第１ロッド部５１の側面５１ｃ３と第２ロッド部５２の側面５２ｃ３とに対向する位置に設けられている。第２光源３５２は、第１ロッド部５１の側面５１ｃ４と第２ロッド部５２の側面５２ｃ４とに対向する位置に設けられている。光源３５は、励起光を射出する。

第１光源３５１と第２光源３５２とは、同一の構成を有しており、基板３５３と、各ロッド部５１，５２と対向する基板３５３の一面に実装された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）３５５と、を備えている。図面では、各光源３５１，３５２が２個のＬＥＤ３５５を備えるように描かれているが、ＬＥＤ３５５の個数は特に限定されない。ＬＥＤ３５５は励起光を射出する。励起光の波長帯は、例えば２００ｎｍ〜３８０ｎｍの紫外波長帯、４００ｎｍ前後の紫色波長帯もしくは青色波長帯であればよい。なお、各光源３５１，３５２は、基板３５３とＬＥＤ３５５の他、導光板、拡散板、レンズ等の他の光学部材を有していてもよい。

複数のＬＥＤ３５５の各々は、第１ロッド部５１および第２ロッド部５２の双方に対向する位置に設けられている。すなわち、各ＬＥＤ３５５は、第１ロッド部５１と第２ロッド部５２とに跨がって配置されており、第１ロッド部５１の励起光用光源と、第２ロッド部５２の励起光用光源と、を兼ねている。そのため、第１ロッド部５１および第２ロッド部５２に対して、同じ波長帯の励起光が入射する。励起光は、第１ロッド部５１の側面５１ｃ３，５１ｃ４から第１ロッド部５１に入射するとともに、第２ロッド部５２の側面５２ｃ３，５２ｃ４から第２ロッド部５２に入射する。

なお、光源３５は、第１ロッド部５１に対向する位置に設けられたＬＥＤと、第２ロッド部５２に対向する位置に設けられたＬＥＤと、を個別に備えていてもよい。その場合、第１ロッド部５１に入射する励起光の波長帯と第２ロッド部５２に入射する励起光の波長帯とは、互いに異なっていてもよい。

第１ロッド部５１は、励起光を、第１波長帯を有する蛍光に波長変換するセラミック蛍光体（第１蛍光体）を含んでいる。第１波長帯は、例えば４９０〜７５０ｎｍの黄色波長帯である。蛍光は、第１ロッド部５１の第１端面５１ａから射出される。

第２ロッド部５２は、励起光を、第１波長帯を有する蛍光に波長変換するセラミック蛍光体（第２蛍光体）を含んでいる。第２波長帯は、例えば４９０〜７５０ｎｍの黄色波長帯である。したがって、第１ロッド部５１及び第２ロッド部５２で発光する蛍光は黄色光である。

なお、各ロッド部５１，５２は、セラミック蛍光体（多結晶蛍光体）に代えて、単結晶蛍光体から構成されていてもよい。もしくは、各ロッド部５１，５２は、蛍光ガラスから構成されていてもよい。もしくは、各ロッド部５１，５２は、ガラスや樹脂からなるバインダー中に多数の蛍光体粒子が分散された材料から構成されていてもよい。

各ロッド部５１，５２は、黄色蛍光体として、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。賦活剤としてのセリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例に挙げると、黄色蛍光体の材料として、Ｙ₂Ｏ₃、ＡＬ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₃等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法、ゾルゲル法等の湿式法により得られるＹ−Ａｌ−Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法、火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等を用いることができる。各ロッド部５１，５２に含まれる蛍光体の種類は同じであることが望ましいが、異なっていてもよい。

ミラー５４は、第２ロッド部５２の第２端面５２ｂと対向するように設けられた反射膜である。具体的には、ミラー５４が第２端面５２ｂと接触するように配置されていることが望ましい。しかし、ミラー５４が第２端面５２ｂとわずかな間隔を介して配置されていてもよい。もしくはミラー５４が第２端面上に直接積層されていても良い。ミラー５４は、第２ロッド部５２の内部を伝播する蛍光を反射する。ミラー５４は、第２ロッド部５２の第２端面５２ｂに設けられた金属膜や誘電体多層膜から構成されている。

第１ロッド部５１において、第１端面５１ａと反対側の端部には、側面５１ｃ２と交差する第１斜面５１ｄが形成されている。また、第２ロッド部５２において、第２端面５２ｂと反対側の端部には、側面５２ｃ２と交差する第２斜面５２ｄが形成されている。そして、図示されたように、第１ロッド部５１と第２ロッド部５２とは各々の端部同士が接続された状態で、第１ロッド部５１と第２ロッド部５２とが一体成型されている。つまり、図２に示された蛍光体ロッド５０は、一体の構造物として成形される。なお、図２のような形状の蛍光体ロッド５０は、例えばバルクの多結晶蛍光体を削ることによって形成することができる。

また、第１斜面５１ｄと対向するように第１反射膜５５ｆ１が設けられている。また、第２斜面５２ｄと対向するように第２反射膜５５ｆ２が設けられている。より具体的には、第１反射膜５５ｆ１が第１斜面５１ｄと接触して設けられていることが望ましい。しかしながら、第１反射膜５５ｆ１が第１斜面５１ｄとわずかな間隔を介して配置されていてもよい。もしくは、第１反射膜５５ｆ１が第１斜面５１ｄ上に直接積層されていても良い。なお、第２反射膜５５ｆ２の配置についても同様である。以下、第１反射膜５５ｆ１及び第２反射膜５５ｆ２を、反射膜５５ｆ１，５５ｆ２と称する事もある。

第１反射膜５５ｆ１及び第２反射膜５５ｆ２はそれぞれ、アルミニウムまたは銀からなる金属反射膜であってもよいし、誘電体多層膜からなる反射膜であってもよい。

上述の２つの反射膜が設けられたことにより、第２ロッド部５２から伝播してきた蛍光の光路が１８０°折り曲げられて、蛍光を第１ロッド部５１に向けて射出する機能が発揮される。すなわち、蛍光を２つの反射膜５５ｆ１，５５ｆ２で順次反射させることにより、蛍光の光路が１８０°折り曲げられる。

角度変換素子５６は、第１ロッド部５１の第１端面５１ａに設けられている。角度変換素子５６は、蛍光ＫＹが入射する光入射端面５６ａと、蛍光ＫＹが射出する光射出端面５６ｂと、を有するテーパーロッドから構成されている。角度変換素子５６は、四角錐台状の形状を有し、光軸Ｊ１に垂直な断面積が蛍光ＫＹの進行方向に沿って広がっており、光射出端面５６ｂの面積は光入射端面５６ａの面積よりも大きい。これにより、蛍光ＫＹは、角度変換素子５６の内部を進行する間に、側面５６ｃで全反射する毎に光軸Ｊ１に平行な方向に角度を変える。このようにして、角度変換素子５６は、光射出端面５６ｂにおける蛍光ＫＹの拡散角を光入射端面５６ａにおける蛍光ＫＹの拡散角よりも小さくする。

角度変換素子５６は、光入射端面５６ａが第１ロッド部５１の第１端面５１ａに対向するように設けられる。角度変換素子５６と第１ロッド部５１とは光学接着剤を介して接触していてもよい。角度変換素子５６と第１ロッド部５１との間に空隙（空気層）は設けられていないことが望ましい。

なお、角度変換素子５６は、例えば任意の支持部材によって第１ロッド部５１に直接接触するように固定されていてもよい。いずれにしても、角度変換素子５６と第１ロッド部５１との間に空隙が設けられていないことが望ましい。また、角度変換素子５６の屈折率と第１ロッド部５１の屈折率とは、できるだけ一致させることが望ましい。

また、角度変換素子５６として、テーパーロッドに代えて、複合放物面型集光器（Compound Parabolic Concentrator：ＣＰＣ）が用いられてもよい。角度変換素子５６としてＣＰＣを用いた場合も、テーパーロッドを用いた場合と同様の効果が得られる。

コリメーターレンズ５７は、角度変換素子５６の光射出端面５６ｂの光射出側に設けられている。コリメーターレンズ５７は、角度変換素子５６から射出された蛍光ＫＹを平行化する。すなわち、角度変換素子５６によって角度分布が変換された蛍光ＫＹの平行度は、コリメーターレンズ５７によってさらに高められる。コリメーターレンズ５７は、凸レンズで構成されている。なお、角度変換素子５６のみで十分な平行度が得られている場合、必ずしもコリメーターレンズ５７は設けられていなくてもよい。

図１に示すように、青色光源部１３は、半導体レーザー１５と、拡散板１６と、集光レンズ１７と、を備えている。光源装置２の光軸Ｊ１と直交し、光合成素子１４の中心を通る軸を青色光源部１３の光軸Ｊ２と定義する。半導体レーザー１５、拡散板１６および集光レンズ１７は、光軸Ｊ２上において光合成素子１４に遠い側から近い側に向けてこの順に配置されている。

半導体レーザー１５は、所定の波長帯を有する青色光Ｂを拡散板１６に向けて射出する。青色光の波長帯は、例えば４４０ｎｍ〜４８０ｎｍである。なお、半導体レーザー１５として、例えば複数の半導体レーザーがアレイ状に配列されたものが用いられてもよい。

拡散板１６は、半導体レーザー１５の光射出側に設けられている。拡散板１６は、半導体レーザー１５から射出された青色光Ｂを拡散させる。拡散板１６は、例えばマイクロレンズアレイ、ホログラフィックディフューザー、表面に凹凸が設けられた磨りガラス、２枚のマイクロレンズアレイからなるフライアイレンズ等から構成されている。拡散板１６を透過した後の青色光Ｂの拡散角分布は、拡散板１６を透過する前の青色光Ｂの拡散角分布よりも広くなる。これにより、青色光Ｂの拡散角を蛍光ＫＹの拡散角と同等に広げることができる。その結果、青色光Ｂの拡散角と黄色の蛍光ＫＹの拡散角とが異なることに起因する照明光ＷＬの色ムラを抑制することができる。また、拡散板１６を用いることによって、レーザー光によって生じやすいスペックルを抑制することができる。

なお、拡散板１６は、拡散板１６の板面に交差する回転軸を中心として回転可能に構成されていてもよい。これにより、スペックルを効果的に抑制することができる。

集光レンズ１７は、拡散板１６の光射出側に設けられている。集光レンズ１７は、拡散板１６から射出された青色光Ｂを光合成素子１４に向けて集光する。集光レンズ１７は、凸レンズで構成されている。

光合成素子１４は、光源装置２および青色光源部１３の光射出側に設けられている。光合成素子１４は、ダイクロイックミラーから構成されている。ダイクロイックミラーは、光源装置２から射出された黄色の蛍光ＫＹを透過し、青色光源部１３から射出された青色光Ｂを反射する。これにより、光合成素子１４は、黄色の蛍光ＫＹと青色光Ｂとが合成された白色の照明光ＷＬを生成する。

以下、本実施形態の光源装置２における光の振る舞いについて説明する。
ＬＥＤ３５５から射出された励起光が第２ロッド部５２に入射すると、第２ロッド部５２に含まれる第２蛍光体が励起され、蛍光が発せられる。側面５２ｃ１，５２ｃ２，５２ｃ３，５２ｃ４に向かって進む蛍光は、側面５２ｃ１，５２ｃ２，５２ｃ３，５２ｃ４での全反射を繰り返しつつ伝播する。なお、第２端面５２ｂに向かった蛍光は、ミラー５４で反射される。

さらに、蛍光は、第１反射膜５５ｆ１および第２反射膜５５ｆ２で順次反射することによって光路が折り返され、第１ロッド部５１に入射する。

一方、ＬＥＤ３５５から射出された励起光が第１ロッド部５１に入射すると、第１ロッド部５１に含まれる第１蛍光体が励起され、蛍光が発せられる。側面５１ｃ１，５１ｃ２，５１ｃ３，５１ｃ４に向かって進む蛍光は、側面５１ｃ１，５１ｃ２，５１ｃ３，５１ｃ４での全反射を繰り返しつつ伝播する。第１端面５１ａに向かった蛍光は、第１端面から放出されて角度変換素子５６に入射する。これとは逆方向に向かった蛍光は、第２ロッド部５２に入射した後、第２端面５２ｂのミラー５４で反射され、２つの反射膜５５ｆ１，５５ｆ２を経て第１ロッド部５１に再入射する。

このようにして、各ロッド部５１，５２を伝播した蛍光は、最終的に第１端面５１ａから放出されて蛍光ＫＹとなる。そして蛍光ＫＹは角度変換素子５６に入射する。蛍光ＫＹは角度変換素子５６とコリメーターレンズ５７とによって平行化された後、光源装置２から射出される。光源装置２から射出された蛍光ＫＹ（照明光ＷＬ）は、図１に示すように、インテグレーター光学系３１に向かって進む。

本実施形態の光源装置２において、第１ロッド部５１と第２ロッド部５２とは、側面５１ｃ１，５２ｃ１同士が対向するように配置されている。また、第１ロッド部５１の側面５１ｃ３，５１ｃ４と第２ロッド部５２の側面５２ｃ３，５２ｃ４に対向する位置に第１光源３５１および第２光源３５２が設けられている。これにより、小型の光源装置２を実現することができる。

特に本実施形態の場合、２本のロッド部５１，５２が並列配置されているので、２本のロッド部を直列配置した場合に比べて、光源装置２の長手方向の寸法を略半分にすることができる。

また、一般にＬＥＤから射出される光は散乱光であることから拡散角が大きい。そのため、ＬＥＤを用いた光源は、光源の発光面積と光源からの光の立体角との積で決まるエテンデューが大きくなる傾向にある。光源装置のエテンデューの増大は、光源装置より後段の光学系で取り込むことができない光を増加させ、プロジェクターとしての光利用効率の低下を引き起こす。そのため、プロジェクター用の光源装置として用いる場合、エテンデューは極力小さいことが望ましい。

これに対し、本実施形態の光源装置２の場合、ＬＥＤ３５５から射出された拡散角の大きい光は、面積が広い側面から各ロッド部５１，５２に入射する。一方、蛍光ＫＹは、各ロッド部５１，５２の側面に比べて面積が十分に狭い第１端面５１ａから射出される。このように、本実施形態によれば、発光面積を実質的に縮小することができ、エテンデューの小さい光源装置２を実現することができる。その結果、この光源装置２をプロジェクター１に用いることによって、光源装置２の後段の光学系での光利用効率を高めることができる。

また、本実施形態の蛍光体ロッド５０では、ロッド部が２本あるので、ロッド部が１本しかない従来技術と比べてエテンデューをさらに小さくすることができる。すなわち、同じ輝度のロッド部から同じ輝度の蛍光が放出されることを前提としたとき、本発明の構成ではロッド部の断面積をより小さくすることができるので、この結果としてエテンデューを低減するという効果が得られる。

一方、本発明ではロッド部が２本あることで、従来技術よりも蛍光体ロッドから放出される蛍光の輝度を向上させるという効果を得ることもできる。すなわち、ロッド部が１本の場合と同じ断面積を有するロッド部を２本使えば、ロッドから放出される蛍光の輝度は１本の場合よりも増大する。ただし、この場合、エテンデューは従来技術と同等となる。

本実施形態の照明装置１２において、青色光源部１３から青色光Ｂが射出され、光源装置２から黄色の蛍光ＫＹが射出され、これらの光が光合成素子１４によって合成されることにより、白色の照明光ＷＬが得られる。そのため、青色光Ｂの光量と黄色の蛍光ＫＹの光量とのバランスを調整することにより、照明光ＷＬのホワイトバランスを調整することができる。

本実施形態の光源装置２においては、第１ロッド部５１の側面５１ｃ３，５１ｃ４と、第２ロッド部５２の側面５２ｃ３，５２ｃ４と、に跨がってＬＥＤ３５５が配置されているため、一つのＬＥＤ３５５が二つのロッドで共用される。これにより、ＬＥＤ３５５の数を最小限に抑えることができ、光源３５の構成を簡略化することができる。

本実施形態の光源装置２においては、第１ロッド部５１の光射出側に角度変換素子５６が設けられているため、第１ロッド部５１から射出された蛍光ＫＹを平行化することができる。さらに、角度変換素子５６の光射出側にコリメーターレンズ５７が設けられているため、蛍光ＫＹの平行度をさらに高めることができる。これにより、光源装置２の後段の光学系における光利用効率を高めることができる。

本実施形態の光源装置２においては、第２ロッド部５２の第２端面５２ｂに対向するようにミラー５４が設けられているため、蛍光が第２端面５２ｂから射出されることが抑えられる。これにより、蛍光の利用効率を高めることができる。

また、本実施形態の光源装置２では、第１ロッド部５１の側面５１ｃ１と第２ロッド部５２の側面５２ｃ１とが空気層を介して互いに対向しているため、各ロッド部５１，５２の側面５１ｃ１，５２ｃ１における光の反射は光損失を伴わない全反射となる。これにより、光利用効率を高めることができる。さらに、各ロッド部５１，５２の各側面は、平滑に研磨されていることが望ましい。これにより、光の損失をさらに抑制することができる。

なお、第１ロッド部５１の側面５１ｃ１と第２ロッド部５２の側面５２ｃ１との間には、間隙（空気層）に代えて、例えば金属膜からなる反射膜が設けられていてもよい。また、側面５１ｃ１と側面５２ｃ１の上に、黄色光を反射するダイクロイック膜を形成してもよい。

本実施形態のプロジェクター１は、上述した光源装置２を備えているため、小型化が図れるとともに、光利用効率に優れる。

（変形例１）
第１実施形態の変形例として、図４のような構成が適用可能である。本変形例ではロッド部５１，５２の端部の形状のみが異なる。すなわち、第１斜面５１ｄと第２斜面５２ｄとの間に端面５３ａが存在するような形状とすることもできる。この場合も、上述の実施形態と同様に、第１斜面５１ｄ、第２斜面５２ｄ及び端面５３ａに対向するように反射膜を設けることが望ましい。

（変形例２）
上述したように、第１反射膜５５ｆ１は、必ずしも第１斜面５１ｄと接触している必要はなく、第１斜面５１ｄからわずかに離間していてもよい。その場合、図５に示すように、第１反射膜５５ｆ１と第１斜面５１ｄとの間には空気層が存在する。なお第２反射膜５５ｆ２にも同様の配置が適用可能である。

［第２実施形態］
上述した第１実施形態では、第１ロッド部５１と第２ロッド部５２とを、単一のバルクから削り出すことで、蛍光体ロッド５０を成形した。これに対し、第２実施形態は第１ロッド部と第２ロッド部とを別部材として形成した後、両者を接着することで蛍光体ロッドを成形することを特徴とする。

以下、本発明の第２実施形態について、図６を用いて説明する。なお、第２実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様である。また、蛍光体ロッドの大まかな形状や発揮される機能も第１実施形態と同様である。このため、以下の説明では、蛍光体ロッド６０の特徴のみについて言及する。

第２実施形態における蛍光体ロッド６０は、第１ロッド部６１、第２ロッド部６２及び第１ロッド部６１と第２ロッド部６２とを接着する接着層６５を有する。そして、第１ロッド部６１及び第２ロッド部６２の構成材料は、第１実施形態のロッド部の材料と同じであり、少なくとも蛍光体を含む材料からなる。以下、第１ロッド部６１及び第２ロッド部６２を、ロッド部６１，６２と称する事もある。

接着層６５は、第１ロッド部６１及び第２ロッド部６２とほぼ等しい屈折率を持ち、透光性を備えていることが好ましい。このため、接着層６５として、透明樹脂やガラスフリットが好適である。この場合、透明樹脂やガラスフリットを、第１ロッド部６１及び第２ロッド部６２の少なくとも一方の端部に塗布した後、当該二つのロッドの端部同士を貼り合せて、透明樹脂やガラスフリットを硬化させることで、二つのロッドを接着することができる。これによって、第１ロッド部６１の側面６１２と第２ロッド部６２の側面６２２とが対向する状態で、第１ロッド部６１と第２ロッド部６２とが接着される。このように、接着層６５は２本のロッド部６１，６２の接合部として機能する。

第１ロッド部６１は第１端面６１３を有し、蛍光体ロッド６０の内部を伝播した蛍光が第１端面６１３から射出される。なお、蛍光体内部における蛍光の発光や導光のプロセスは第１実施形態と同様である。

第１ロッド部６１において第１端面６１３とは反対側の端部に斜面６１１が形成されている。斜面６１１は側面６１２に交差する面である。図６の様な形状を有する第１ロッド部６１はバルクの蛍光体から削り出すことによって形成することができる。

第２ロッド部６２は第２端面６２３を有し、第２端面６２３に対向するようにミラー６６ｆが設けられている。ミラー６６ｆは例えば反射膜であり、金属反射膜や誘電体反射膜が適用可能である。第２ロッド部６２内を伝播する蛍光のうち、第２端面６２３に向かって進んだ光はミラー６６ｆによって反射される。

また、第２ロッド部６２の形状は第１ロッド部６１の形状と同様であり、第２ロッド部６２において、第２端面６２３と反対側の端部に斜面６２１が形成されている。

そして、斜面６１１に対向するように第１反射膜６７ｆ１が設けられており、斜面６２１に対向するように第２反射膜６７ｆ２が設けられている。これによって、第２ロッド部６２内を伝播した蛍光が第２反射膜６７ｆ２で反射された後、接着層６５を通過して、反射膜６７ｆ１によって反射されて、第１ロッド部６１に伝播し、最終的に第１端面６１３から蛍光ＫＹが放出される。

第１実施形態と同様に、第１反射膜６７ｆ１及び第２反射膜６７ｆ２は金属によって形成されていてもよいし、誘電体層膜によって形成されていてもよい。また、第１反射膜６７ｆ１および第２反射膜６７ｆ２は、必ずしもロッドの斜面と接触している必要は無く、ロッドの斜面から離間して配置されていてもよい。

また、本実施形態において接着層６５の材料には、透明樹脂やガラスフリットの代替物として、各ロッド部６１，６２と同じ材料からなる蛍光体を用いることができる。すなわち、ロッド部と同じ材料からなるプレートを作成し、それを二つのロッド部の接合材として用いることが可能である。例えば、ロッド部６１，６２がセラミック蛍光体からなる場合は、同じ材料のセラミック蛍光体で熱さ０．５ｍｍ程度のプレートを作成し、それを接合材として用いる。ロッド部の接合プロセスとしては、第１ロッド部６１と第２ロッド部６２との間にセラミック蛍光体からなるプレートを配置し、これら３つの部材を密着させた状態で焼結を行うことで、図６の様な形状の蛍光体ロッド６０を作成することができる。

また、接合用のプレートとして、セラミック蛍光体の代替物として、セラミック蛍光体と同等の屈折率を持つガラスなどの透光性部材を適用することが可能である。

以上の構成により、第２実施形態の蛍光体ロッド６０でも、第１実施形態と同様に第２ロッド部６２から第１ロッド部６１に蛍光を伝播させることが可能であり、第２実施形態は第１実施形態と同様の効果を奏することができる。そして、蛍光体ロッド６０に、第１実施形態と同様にＬＥＤ光源を取り付けることで、光源装置として利用可能となる。

［第３実施形態］
第２実施形態では２本のロッドを接合するために接着層を用いたが、第３実施形態では接着層を用いないでロッドを接合する製造プロセスについて説明する。本実施形態によって作成される蛍光体ロッド７０の形状や機能は第１実施形態及び第２実施形態と実質的に同じである。

第３実施形態に最適な蛍光体ロッド７０について、図７Ａ、図７Ｂで説明する。図７Ａは、蛍光体ロッド７０を構成すべく用意される第１ロッド部７１と第２ロッド部７２とを示す。以下、第１ロッド部７１及び第２ロッド部７２を、ロッド部７１，７２と称する事もある。各ロッド部７１，７２の構成材料は、第１及び第２実施形態と同じである。そして図７Ｂはこれら２本のロッド部７１，７２が接合されて蛍光体ロッド７０が完成した状態を示す。２本のロッド部７１，７２を接合する方法としては、２本のロッド部７１，７２を密着させた状態で、蛍光体焼結プロセスを適用すればよい。これによって、接合が焼結によって行われるので、接着層を別途設ける必要がない。

図７Ａに示されたように、各ロッド部７１，７２は、第１突出部と第２突出部としての突出部７３をそれぞれの端部に備える。すなわち、突出部７３のそれぞれは各ロッド部７１，７２の端部の斜面に対向する位置に設けられている。そして、２本のロッド部７１，７２を接合する際は、各ロッド部７１，７２の突出部７３同士を密着させて焼結する。これによって、突出部７３が接合部として機能することになる。なお、図面では突出部７３が第１ロッド部７１及び第２ロッド部７２のそれぞれに設けられているが、２本のロッド部７１，７２のうち一方のロッド部のみに突出部７３が設けられている形状としてもよい。

そして、図７Ｂに示されたように、第１ロッド部７１の端部の斜面に第１反射膜７７ｆ１を設け、第２ロッド部７２の端部の斜面に第２反射膜７７ｆ２を設ける。そして、これら二つの反射膜の間に第３反射膜７７ｆ３を設ける。さらに第２ロッド部７２の他方の端部にミラーとして第４反射膜７６ｆを設ける。これによって、蛍光体ロッド７０は第１及び第２実施形態の蛍光体ロッド５０，６０と同等の機能を有することになる。さらに、蛍光体ロッド７０に励起光を射出するＬＥＤ光源を取り付けることで、光源装置として利用可能となる。

［第４実施形態］
本実施形態に係る蛍光体ロッド８０を図８に示す。蛍光体ロッド８０は、第１実施形態の第１ロッド部５１及び第２ロッド部５２と同様な第１ロッド部８１及び第２ロッド部８２を備える。これに加えて、本実施形態では第３ロッド部８３が付加されていることを特徴とする。そのため、光源装置の全体構成の説明は省略する。以下、第１ロッド部８１、第２ロッド部８２、及び第３ロッド部８３を、ロッド部８１，８２，８３と称する事もある。

第３ロッド部８３は、第１ロッド部８１および第２ロッド部８２と同様、四角柱状の形状を有する。

第１ロッド部８１及び第２ロッド部８２と同様に、第３ロッド部８３にはＬＥＤ光源から射出された励起光が入射する。第３ロッドは励起光を４９０〜７５０ｎｍの黄色波長帯に変換する蛍光体を含む。すなわち、第３ロッド部８３は、第１ロッド部８１および第２ロッド部８２と同様の蛍光体を含み、黄色の蛍光を射出する。

なお、励起光を射出するＬＥＤ光源は、各ロッド部８１，８２，８３の側面に対向する位置に設けられている。そして、各ロッド部８１，８２，８３の端部の斜面に対向するように反射膜８５ｆ１〜８５ｆ４が設けられている。また、第３ロッド部８３の端部にミラー８６が設けられる点や、第１ロッド部の端面８１ａから蛍光ＫＹが放出される点などは第１実施形態と同様である。

そして、第３ロッド部８３で発光した蛍光は、各ロッド部の端部の斜面に設けられた反射膜８５ｆ１，８５ｆ２によって反射され、第２ロッド部８２に伝播する。つまり、本形態ではロッド部の本数が２本から３本に増えただけで、光の伝播については、第１実施形態と同じである。
第４実施形態においても、小型の光源装置を実現できる、エテンデューが小さい光源装置を実現できる、等の第１実施形態と同様の効果が得られる。

特に本実施形態の場合、蛍光を射出する３本のロッド部８１，８２，８３が並列配置されているので、３本のロッド部を直列配置した場合に比べ、光源装置の長手方向の寸法を約１／３にすることができる。

また、本実施形態の蛍光体ロッド８０を用いた光源装置では、第１実施形態の光源装置に比べてさらに低いエテンデューのもとで同じ輝度の蛍光を得ることができる。すなわち、ロッド部の数が増加したことにより、各ロッド部の断面積をさらに小さくしても同等の輝度の蛍光が射出されることになる。このため、第１実施形態と比べてもさらなるエテンデューの低下を実現することが可能である。

上記実施形態においては、透過型の液晶プロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型の液晶プロジェクターにも適用することも可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過する形態であることを意味する。「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射する形態であることを意味する。

上記実施形態において、３つの液晶パネルを用いたプロジェクターの例を挙げたが、本発明は、１つの液晶ライトバルブのみを用いたプロジェクター、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。

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搭載した例を示したが、これに限定されない。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、２…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、３５…光源、５１，６１，７１，８１…第１ロッド部、５２，６２，７２，８２…第２ロッド部、８３…第３ロッド部、ＫＹ…蛍光。

Claims (8)

1. 励起光を射出する光源と、
   蛍光体を含み、前記励起光が入射することによって蛍光を発光する第１ロッド部と、
   前記第１ロッド部に対して並列に位置し、蛍光体を含み、前記励起光が入射することに
   よって蛍光を発光する第２ロッド部と、
   前記第１ロッド部の端部に形成された斜面に対向するように設けられた第１反射膜と、
   前記第２ロッド部の端部に形成された斜面に対向するように設けられた第２反射膜と、
   を備え、
   前記励起光が前記第１ロッド部及び第２ロッド部に入射することで、前記第１ロッド部
   及び前記第２ロッド部で蛍光が発光し、前記第１ロッド部に設けられた光射出面から前記
   蛍光が放出され、
   前記第１ロッド部と前記第２ロッド部とが一体成型されていることを特徴とする光源装
   置。
2. 前記光射出面は、前記第１ロッド部における前記端部とは反対側に位置する端面である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 励起光を射出する光源と、
   蛍光体を含み、前記励起光が入射することによって蛍光を発光する第１ロッド部と、
   前記第１ロッド部に対して並列に位置し、蛍光体を含み、前記励起光が入射することに
   よって蛍光を発光する第２ロッド部と、
   前記第１ロッド部の端部に形成された斜面に対向するように設けられた第１反射膜と、
   前記第２ロッド部の端部に形成された斜面に対向するように設けられた第２反射膜と、
   を備え、
   前記励起光が前記第１ロッド部及び第２ロッド部に入射することで、前記第１ロッド部
   及び前記第２ロッド部で蛍光が発光し、前記第１ロッド部に設けられた光射出面から前記
   蛍光が放出され、
   前記第１ロッド部と前記第２ロッド部との間に設けられ、前記第１ロッド部と前記第２
   ロッド部とを接合する接合部を備え、
   前記接合部は蛍光体を含むプレート部材であることを特徴とする光源装置。
4. 第２ロッド部の前記端部とは反対側に位置する端面に対向するように設けられた第３反
   射膜を備える請求項１に記載の光源装置。
5. 前記第１ロッド部の光射出面に対向するように設けられ、光入射端面と光射出端面とを
   有し、前記光射出端面における拡散角を前記光入射端面における拡散角よりも小さくする
   角度変換素子を備えた、請求項１に記載の光源装置。
6. 請求項１から請求項５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、を備えた、プロジェク
   ター。
7. 蛍光体を含む第１ロッド部と、
   蛍光体を含む第２ロッド部と、
   前記第１ロッド部の端部に形成された第１斜面と、
   前記第２ロッド部の端部に形成された第２斜面と、
   前記第１ロッド部の端部と前記第２ロッド部の端部との間に設けられ、前記第１ロッド
   部の端部と前記第２ロッド部の端部とを接合する接合部とを備え、
   前記接合部は蛍光体を含むプレート部材であることを特徴とする蛍光体ロッド。
8. 蛍光体を含む第１ロッド部と、
   蛍光体を含む第２ロッド部と、
   前記第１ロッド部の端部に形成された第１斜面と、
   前記第２ロッド部の端部に形成された第２斜面と、
   前記第１ロッド部の端部において、前記第１斜面と対向する位置に設けられた第１突出
   部と、を備え、
   前記第１ロッド部と前記第２ロッド部とが一体成型されていることを特徴とする蛍光体
   ロッド。

Images