JP2017009734A - Light source device, illumination device and projector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source device having high use efficiency of light, to provide an illumination device including the light source device, and to provide a projector including the illumination device.SOLUTION: The light source device includes a light-emitting element, a first lens array comprising a plurality of first small lenses receiving light emitted from the light-emitting element, a second lens array disposed in a subsequent stage of the first lens array and comprising a plurality of second small lenses respectively corresponding to the plurality of small first lenses, a condensing optical system disposed in the subsequent stage of the second lens array, and a scattered light generating part disposed in the subsequent stage of the condensing optical system and receiving the light emitted from the light-emitting element. A planar shape in a light-emitting region of the light-emitting element has a short side direction; a planar shape of one second small lens of the plurality of second small lenses has a longitudinal direction; and the short side direction of the light-emitting region intersects the longitudinal direction.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、光源装置、照明装置およびプロジェクターに関するものである。   The present invention relates to a light source device, a lighting device, and a projector.

近年、プロジェクターに用いる光源装置として、高輝度、高出力の光が得られる半導体レーザー等の固体光源を用いたものが注目されている。このような光源装置として、複数の固体光源からの光で蛍光体層を均一に照明するために、レンズインテグレーターを用いたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art In recent years, attention has been paid to a light source device used for a projector, which uses a solid light source such as a semiconductor laser capable of obtaining light with high luminance and high output. As such a light source device, a device using a lens integrator in order to uniformly illuminate a phosphor layer with light from a plurality of solid state light sources is known (for example, see Patent Document 1).

特開2012−118110号公報JP2012-118110A

ところで、固体光源を実装する場合、アライメントに多少のばらつき(実装バラツキ)が生じることは避けられない。しかしながら、上記従来技術においては、固体光源の実装バラツキを考慮していないため、固体光源の光を効率良く利用できずに光利用効率を低下させてしまっていた。   By the way, when mounting a solid light source, it is inevitable that some variation (mounting variation) occurs in alignment. However, in the above prior art, since the mounting variation of the solid light source is not taken into consideration, the light utilization efficiency is lowered because the light of the solid light source cannot be used efficiently.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、光利用効率が高い、光源装置を提供することを目的の一つとする。また、前記光源装置を備えた照明装置を提供することを目的とする。また、前記照明装置を備えたプロジェクターを提供することを目的とする。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a light source device that has high light utilization efficiency. Moreover, it aims at providing the illuminating device provided with the said light source device. Moreover, it aims at providing the projector provided with the said illuminating device.

本発明の第1態様に従えば、発光素子と、前記発光素子から射出された光が入射する複数の第1小レンズを含む第1のレンズアレイと、前記第1のレンズアレイの後段に設けられ、前記複数の第1小レンズにそれぞれ対応する複数の第2小レンズを含む第2のレンズアレイと、前記第2のレンズアレイの後段に設けられた集光光学系と、前記集光光学系の後段に設けられ、前記発光素子から射出された光が入射する散乱光生成部と、を備え、前記発光素子の光射出領域の平面形状は短手方向を有し、前記複数の第2小レンズのうち一の第2小レンズの平面形状は長手方向を有しており、前記光射出領域の短手方向は、前記長手方向と交差する光源装置が提供される。   According to the first aspect of the present invention, a light emitting element, a first lens array including a plurality of first small lenses on which light emitted from the light emitting element is incident, and a stage subsequent to the first lens array are provided. A second lens array including a plurality of second small lenses respectively corresponding to the plurality of first small lenses, a condensing optical system provided at a subsequent stage of the second lens array, and the condensing optics A scattered light generation unit that is provided at a subsequent stage of the system and into which light emitted from the light emitting element is incident, and a planar shape of a light emission region of the light emitting element has a short direction, A planar shape of one second small lens of the small lenses has a longitudinal direction, and a light source device is provided in which a short direction of the light emission region intersects the longitudinal direction.

第1態様に係る光源装置では、光射出領域の短手方向は、第2小レンズの長手方向と交差している。これにより、例えば、発光素子の実装誤差が生じた場合でも、発光素子から射出された光の2次光源像は第2小レンズからはみ出しにくい。よって、発光素子から射出された光が散乱光生成部に効率良く入射するので、高い光利用効率を得ることができる。   In the light source device according to the first aspect, the short-side direction of the light emission region intersects the long-side direction of the second small lens. Thereby, for example, even when a mounting error of the light emitting element occurs, the secondary light source image of the light emitted from the light emitting element is difficult to protrude from the second small lens. Therefore, since the light emitted from the light emitting element is efficiently incident on the scattered light generation unit, high light utilization efficiency can be obtained.

上記第1態様において前記第1のレンズアレイの光入射側又は光射出側に配置された偏角プリズムをさらに備え、前記第2小レンズの前記長手方向の大きさは、前記複数の第1小レンズのうち前記第2小レンズに対応する第1小レンズの前記長手方向の大きさよりも大きいのが好ましい。
この構成によれば、偏角プリズムにより第2小レンズ上における2次光源像の形成位置を調整することができる。また、第2小レンズの長手方向の大きさが第1小レンズの長手方向の大きさよりも大きいので、第2小レンズ上における2次光源像のはみ出しを抑制できる。
The first aspect further includes a declination prism disposed on a light incident side or a light emitting side of the first lens array, and the size of the second small lens in the longitudinal direction is the plurality of first small lenses. It is preferable that the size of the first small lens corresponding to the second small lens among the lenses is larger than the size in the longitudinal direction.
According to this configuration, the formation position of the secondary light source image on the second small lens can be adjusted by the deflection prism. Further, since the size of the second small lens in the longitudinal direction is larger than the size of the first small lens in the longitudinal direction, the protrusion of the secondary light source image on the second small lens can be suppressed.

上記第1態様において、前記偏角プリズムによる前記光の偏向方向は、前記長手方向であり、前記偏向方向は、前記発光素子から射出された前記光の光軸から遠ざかる方向であるのが好ましい。
この構成によれば、光軸から遠ざかる方向に配置された各第2小レンズ上において2次光源像がはみ出すのを抑制することができる。
In the first aspect, it is preferable that a deflection direction of the light by the declination prism is the longitudinal direction, and the deflection direction is a direction away from the optical axis of the light emitted from the light emitting element.
According to this configuration, it is possible to suppress the secondary light source image from protruding on each second small lens disposed in a direction away from the optical axis.

上記第1態様において、前記偏角プリズムは、前記長手方向と垂直な方向に長い短冊状であるのが好ましい。
この構成によれば、第2小レンズの短手方向において短冊状の偏角プリズムを複数の第1小レンズによって共用することができるので、部品点数を削減することができる。
In the first aspect, it is preferable that the declination prism has a strip shape that is long in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
According to this configuration, since the strip-shaped declination prism can be shared by the plurality of first small lenses in the short direction of the second small lens, the number of parts can be reduced.

上記第1態様において、前記複数の第1小レンズのうち一の第1小レンズの光軸は、前記長手方向に偏心しており、前記偏心の方向は、前記発光素子から射出された前記光の光軸から遠ざかる方向であるのが好ましい。
この構成によれば、偏角プリズム等の光学素子を用いることなく、第1小レンズにより第2小レンズ上における2次光源像のはみ出しを抑制することができる。
In the first aspect, an optical axis of one first small lens among the plurality of first small lenses is decentered in the longitudinal direction, and the direction of decentering is the direction of the light emitted from the light emitting element. A direction away from the optical axis is preferred.
According to this configuration, it is possible to suppress the protrusion of the secondary light source image on the second small lens by the first small lens without using an optical element such as a deflection prism.

上記第1態様において、前記第2小レンズの光軸は、前記長手方向に偏心しており、前記偏心の方向は、前記発光素子から射出された前記光の光軸に近づく方向であるのが好ましい。この場合において、前記第2小レンズの光軸上に、前記複数の第1小レンズのうち前記第2小レンズに対応する一の第1小レンズの中心があるのが望ましい。
このようにすれば、第2小レンズから集光光学系に平行光を入射させることができる。
In the first aspect, it is preferable that the optical axis of the second small lens is eccentric in the longitudinal direction, and the direction of the eccentricity is a direction approaching the optical axis of the light emitted from the light emitting element. . In this case, it is desirable that the center of one first small lens corresponding to the second small lens among the plurality of first small lenses is on the optical axis of the second small lens.
If it does in this way, parallel light can be made to inject into a condensing optical system from the 2nd small lens.

本発明の第2態様に従えば、上記第1態様の光源装置と、前記光源装置から射出された光が入射する均一照明光学系と、を備える照明装置が提供される。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an illuminating device comprising the light source device of the first aspect and a uniform illumination optical system into which light emitted from the light source device is incident.

第2態様による照明装置は上記光源装置を備えるので、光利用効率が高い。   Since the illumination device according to the second aspect includes the light source device, the light use efficiency is high.

本発明の第3態様に従えば、上記第2態様に係る照明装置と、前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。   According to a third aspect of the present invention, the illumination device according to the second aspect, a light modulation device that forms image light by modulating light emitted from the illumination device according to image information, and the image A projection optical system that projects light is provided.

第3態様によるプロジェクターは上記照明装置を備えるので、光利用効率が高い。   Since the projector according to the third aspect includes the illumination device, the light use efficiency is high.

第1実施形態のプロジェクターの概略構成を示す平面図。FIG. 2 is a plan view illustrating a schematic configuration of the projector according to the first embodiment. 第1実施形態の光源装置の概略構成を示す平面図。The top view which shows schematic structure of the light source device of 1st Embodiment. 第1実施形態の半導体レーザーの光射出領域を平面視した図。The figure which planarly viewed the light emission area | region of the semiconductor laser of 1st Embodiment. 比較例の光源装置の要部構成を示す図。The figure which shows the principal part structure of the light source device of a comparative example. (a)、(b)は比較例の第1および第2のレンズアレイの平面図。(A), (b) is a top view of the 1st and 2nd lens array of a comparative example. (a)、(b)は第1実施形態の第1および第2のレンズアレイの平面図。(A), (b) is a top view of the 1st and 2nd lens array of 1st Embodiment. (a)、(b)は第1実施形態のホモジナイザー光学系の要部構成図。(A), (b) is a principal part block diagram of the homogenizer optical system of 1st Embodiment. (a)、(b)は第2実施形態のホモジナイザー光学系の要部構成図。(A), (b) is a principal part block diagram of the homogenizer optical system of 2nd Embodiment.

(第1実施形態)
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。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.

(プロジェクター)
まず、図1に示すプロジェクター1の一例について説明する。
図1は、プロジェクター1の概略構成を示す平面図である。
(projector)
First, an example of the projector 1 shown in FIG. 1 will be described.
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the projector 1.

本実施形態のプロジェクター1は、スクリーン(被投射面)SCR上にカラー映像(画像)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、赤色光LR、緑色光LG、青色光LBの各色光に対応した3つの光変調装置を用いている。プロジェクター1は、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー(レーザー光源)を用いている。   The projector 1 according to the present embodiment is a projection type image display device that displays a color video (image) on a screen (projection surface) SCR. The projector 1 uses three light modulation devices corresponding to each color light of red light LR, green light LG, and blue light LB. The projector 1 uses a semiconductor laser (laser light source) from which light with high luminance and high output can be obtained as a light source of an illumination device.

具体的に、プロジェクター1は、図1に示すように、照明装置2Aと、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、投射光学系6と、を概略備えている。   Specifically, as shown in FIG. 1, the projector 1 includes an illumination device 2A, a color separation optical system 3, a light modulation device 4R, a light modulation device 4G, a light modulation device 4B, a combining optical system 5, and a projection. And an optical system 6.

照明装置2Aは、照明光としての白色光WLを色分離光学系3に向けて射出する。照明装置2Aは、光源装置2と、均一照明光学系40とを含む。   The illumination device 2 </ b> A emits white light WL as illumination light toward the color separation optical system 3. The illumination device 2A includes the light source device 2 and the uniform illumination optical system 40.

均一照明光学系40は、インテグレータ光学系31と、偏光変換素子32と、重畳光学系33と、を備える。なお、偏光変換素子32は必須ではない。均一照明光学系40は、光源装置2から射出された白色光WLの強度分布を被照明領域において均一化する。均一照明光学系40から射出された白色光WLは色分離光学系3へ入射する。   The uniform illumination optical system 40 includes an integrator optical system 31, a polarization conversion element 32, and a superimposing optical system 33. The polarization conversion element 32 is not essential. The uniform illumination optical system 40 uniformizes the intensity distribution of the white light WL emitted from the light source device 2 in the illuminated area. White light WL emitted from the uniform illumination optical system 40 enters the color separation optical system 3.

色分離光学系3は、白色光WLを赤色光LRと緑色光LGと青色光LBとに分離するためのものである。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の全反射ミラー8a、第2の全反射ミラー8bおよび第3の全反射ミラー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、を概略備えている。   The color separation optical system 3 is for separating the white light WL into the red light LR, the green light LG, and the blue light LB. The color separation optical system 3 includes a first dichroic mirror 7a and a second dichroic mirror 7b, a first total reflection mirror 8a, a second total reflection mirror 8b, a third total reflection mirror 8c, and a first A relay lens 9a and a second relay lens 9b are roughly provided.

第1のダイクロイックミラー7aは、光源装置2からの白色光WLを赤色光LRと、その他の光(緑色光LG及び青色光LB)とに分離する機能を有する。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(緑色光LGおよび青色光LB)を反射する。一方、第2の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とに分離する機能を有する。第2のダイクロイックミラー7bは、分離された緑色光LGを反射するとともに、青色光LBを透過する。   The first dichroic mirror 7a has a function of separating the white light WL from the light source device 2 into red light LR and other light (green light LG and blue light LB). The first dichroic mirror 7a transmits the separated red light LR and reflects other light (green light LG and blue light LB). On the other hand, the second dichroic mirror 7b has a function of separating other light into green light LG and blue light LB. The second dichroic mirror 7b reflects the separated green light LG and transmits the blue light LB.

第1の全反射ミラー8aは、赤色光LRの光路中に配置されて、第1の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の全反射ミラー8bおよび第3の全反射ミラー8cは、青色光LBの光路中に配置されて、第2の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。
なお、緑色光LGの光路中には、全反射ミラーを配置する必要はなく、緑色光LGは、第2のダイクロイックミラー7bにより光変調装置4Gに向けて反射される。
The first total reflection mirror 8a is disposed in the optical path of the red light LR, and reflects the red light LR transmitted through the first dichroic mirror 7a toward the light modulation device 4R. On the other hand, the second total reflection mirror 8b and the third total reflection mirror 8c are arranged in the optical path of the blue light LB, and direct the blue light LB transmitted through the second dichroic mirror 7b toward the light modulation device 4B. reflect.
It is not necessary to arrange a total reflection mirror in the optical path of the green light LG, and the green light LG is reflected toward the light modulation device 4G by the second dichroic mirror 7b.

第1のリレーレンズ9aおよび第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のリレーレンズ9aおよび第2のリレーレンズ9bは、青色光LBの光路長が赤色光LRや緑色光LGの光路長よりも長くなることに起因した青色光LBの光損失を補償する機能を有している。   The first relay lens 9a and the second relay lens 9b are arranged on the light emission side of the second dichroic mirror 7b in the optical path of the blue light LB. The first relay lens 9a and the second relay lens 9b function to compensate for the optical loss of the blue light LB caused by the optical path length of the blue light LB being longer than the optical path lengths of the red light LR and the green light LG. have.

光変調装置4Rは、赤色光LRを通過させる間に、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を通過させる間に、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を通過させる間に、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。   The light modulation device 4R modulates the red light LR according to image information while allowing the red light LR to pass therethrough, and forms image light corresponding to the red light LR. The light modulation device 4G modulates the green light LG according to image information while allowing the green light LG to pass therethrough, and forms image light corresponding to the green light LG. The light modulation device 4B modulates the blue light LB according to image information while allowing the blue light LB to pass therethrough, and forms image light corresponding to the blue light LB.

光変調装置4R,光変調装置4G,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、一対の偏光板(図示せず)が配置されており、特定の方向の直線偏光光のみを通過させる構成となっている。   For example, a transmissive liquid crystal panel is used for the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B. In addition, a pair of polarizing plates (not shown) are arranged on the incident side and the emission side of the liquid crystal panel so that only linearly polarized light in a specific direction passes therethrough.

光変調装置4R,光変調装置4G,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,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を平行化するためのものである。   A field lens 10R, a field lens 10G, and a field lens 10B are disposed on the incident side of the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B, respectively. The field lens 10R, the field lens 10G, and the field lens 10B are for parallelizing the red light LR, the green light LG, and the blue light LB incident on the respective light modulation devices 4R, 4G, and 4B. It is.

合成光学系5は、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bからの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系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ている。   The combining optical system 5 combines the image light corresponding to the red light LR, the green light LG, and the blue light LB when the image light from the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B enters. The combined image light is emitted toward the projection optical system 6. For example, a cross dichroic prism is used for the combining optical system 5.

投射光学系6は、投射レンズ群から構成されている。投射光学系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上には、拡大されたカラー映像(画像)が表示される。   The projection optical system 6 is composed of a projection lens group. The projection optical system 6 enlarges and projects the image light combined by the combining optical system 5 toward the screen SCR. Thereby, an enlarged color video (image) is displayed on the screen SCR.

(光源装置)
次に、上記照明装置2Aに用いられる本発明の一つの態様を適用した光源装置の具体的な実施形態について説明する。以下、必要に応じてXYZ座標系を用いて光源装置の各構成について説明する。
(Light source device)
Next, a specific embodiment of a light source device to which one aspect of the present invention used for the illumination device 2A is applied will be described. Hereinafter, each configuration of the light source device will be described using an XYZ coordinate system as necessary.

図2は、光源装置2の概略構成を示す平面図である。なお、図2において、X方向は光軸ax1と平行な方向であり、Y方向は光軸ax1と直交する光軸ax2と平行な方向であり、Z方向はX方向およびY方向にそれぞれ直交する方向である。   FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the light source device 2. In FIG. 2, the X direction is a direction parallel to the optical axis ax1, the Y direction is a direction parallel to the optical axis ax2 orthogonal to the optical axis ax1, and the Z direction is orthogonal to the X direction and the Y direction. Direction.

光源装置2は、図2に示すように、アレイ光源21と、コリメーター光学系22と、アフォーカル光学系23と、第1の位相差板15と、ホモジナイザー光学系24と、偏光分離素子50Aを含む光学素子25Aと、第1の集光光学系26と、蛍光発光素子27と、第2の位相差板28と、第2の集光光学系29と、拡散反射素子30と、を概略備えている。   As shown in FIG. 2, the light source device 2 includes an array light source 21, a collimator optical system 22, an afocal optical system 23, a first phase difference plate 15, a homogenizer optical system 24, and a polarization separation element 50A. The optical element 25 </ b> A including the first condensing optical system 26, the fluorescent light emitting element 27, the second retardation plate 28, the second condensing optical system 29, and the diffuse reflection element 30 are schematically illustrated. I have.

本実施形態のアレイ光源21は、特許請求の範囲の「発光素子」に対応する。
本実施形態の蛍光発光素子27又は拡散反射素子30は、特許請求の範囲の「散乱光生成部」にそれぞれ対応する。
The array light source 21 of the present embodiment corresponds to a “light emitting element” in the claims.
The fluorescent light-emitting element 27 or the diffuse reflection element 30 of the present embodiment corresponds to a “scattered light generation unit” in the claims.

これらの構成要素のうち、アレイ光源21と、コリメーター光学系22と、アフォーカル光学系23と、第1の位相差板15と、ホモジナイザー光学系24と、光学素子25Aと、第2の位相差板28と、第2の集光光学系29と、拡散反射素子30とは、光軸ax1上に順次並んで配置されている。一方、蛍光発光素子27と、第1の集光光学系26と、光学素子25Aとは、光軸ax2上に順次並んで配置されている。光軸ax1と光軸ax2とは、同一面内にあり、互いに直交する位置関係にある。   Among these components, the array light source 21, the collimator optical system 22, the afocal optical system 23, the first phase difference plate 15, the homogenizer optical system 24, the optical element 25A, the second position, and the like. The phase difference plate 28, the second condensing optical system 29, and the diffuse reflection element 30 are sequentially arranged on the optical axis ax1. On the other hand, the fluorescent light emitting element 27, the first condensing optical system 26, and the optical element 25A are sequentially arranged on the optical axis ax2. The optical axis ax1 and the optical axis ax2 are in the same plane and are in a positional relationship orthogonal to each other.

アレイ光源21は、固体光源としての複数の半導体レーザー211を備える。複数の半導体レーザー211は光軸ax1と直交する同一面内において、アレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー211は、例えば青色の光線BL(例えばピーク波長が460nmのレーザー光)を射出する。本実施形態において、アレイ光源21は、複数の光線BLからなる光線束K1を射出する。   The array light source 21 includes a plurality of semiconductor lasers 211 as solid-state light sources. The plurality of semiconductor lasers 211 are arranged in an array in the same plane orthogonal to the optical axis ax1. The semiconductor laser 211 emits, for example, a blue light beam BL (for example, a laser beam having a peak wavelength of 460 nm). In the present embodiment, the array light source 21 emits a light bundle K1 composed of a plurality of light beams BL.

図3は半導体レーザー211の光射出領域を平面視した図である。図3に示すように、半導体レーザー211の光射出領域211Aは、長手方向および短手方向を有した、例えば、略矩形の平面形状を有している。光射出領域211Aの長手方向は、図2に示した光軸ax2(Y方向)に沿った方向に対応している。また、光射出領域211Aの短手方向は、Z方向に沿った方向に対応している。   FIG. 3 is a plan view of the light emission region of the semiconductor laser 211. As shown in FIG. 3, the light emission region 211A of the semiconductor laser 211 has, for example, a substantially rectangular planar shape having a longitudinal direction and a lateral direction. The longitudinal direction of the light emission region 211A corresponds to the direction along the optical axis ax2 (Y direction) shown in FIG. Further, the short side direction of the light emission region 211A corresponds to the direction along the Z direction.

図2に戻って、アレイ光源21から射出された光線束K1はコリメーター光学系22に入射する。コリメーター光学系22は、アレイ光源21から射出された光線束K1を平行光束に変換するものである。コリメーター光学系22は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ22aから構成されている。複数のコリメーターレンズ22a各々は、複数の半導体レーザー211に対応して配置されている。   Returning to FIG. 2, the light beam K <b> 1 emitted from the array light source 21 enters the collimator optical system 22. The collimator optical system 22 converts the light beam K1 emitted from the array light source 21 into a parallel light beam. The collimator optical system 22 is composed of, for example, a plurality of collimator lenses 22a arranged in an array. Each of the plurality of collimator lenses 22 a is arranged corresponding to the plurality of semiconductor lasers 211.

コリメーター光学系22を通過した光線束K1は、アフォーカル光学系23に入射する。アフォーカル光学系23は、光線束K1の光束径を調整するものである。アフォーカル光学系23は、例えば凸レンズ23a,凹レンズ23bから構成されている。   The light beam K <b> 1 that has passed through the collimator optical system 22 enters the afocal optical system 23. The afocal optical system 23 is for adjusting the beam diameter of the light beam K1. The afocal optical system 23 includes, for example, a convex lens 23a and a concave lens 23b.

アフォーカル光学系23した光線束K1は第1の位相差板15に入射する。第1の位相差板15は、例えば回転可能とされた1/2波長板である。半導体レーザー211から射出された光線BLは直線偏光である。1/2波長板の回転角度を適切に設定することにより、第1の位相差板15を透過した光線BLを、光学素子25Aに対するS偏光成分とP偏光成分とを所定の比率で含む光(光線束K1)とすることができる。第1の位相差板15を回転させることにより、S偏光成分とP偏光成分との比率を変化させることができる。   The light bundle K1 that has been afocal optical system 23 is incident on the first retardation plate 15. The first retardation plate 15 is, for example, a half-wave plate that can be rotated. The light beam BL emitted from the semiconductor laser 211 is linearly polarized light. By appropriately setting the rotation angle of the half-wave plate, the light BL transmitted through the first retardation plate 15 includes light (including a S-polarized component and a P-polarized component with respect to the optical element 25A) in a predetermined ratio ( The light flux K1). By rotating the first retardation plate 15, the ratio of the S-polarized component and the P-polarized component can be changed.

第1の位相差板15を通過することによりS偏光成分の光線BLsとP偏光成分の光線BLpとを含んだ光線束K1は、ホモジナイザー光学系24に入射する。ホモジナイザー光学系24は、第1の集光光学系26と協働して、蛍光体層34上での光線束BLsによる照度分布を均一化する。また、ホモジナイザー光学系24は、第2の集光光学系29と協働して、後述する拡散反射板30A上での光線束BLc’による照度分布を均一化する。ホモジナイザー光学系24は、例えば第1のレンズアレイ24aと第2のレンズアレイ24bとから構成されている。第1のレンズアレイ24aは複数の第1小レンズ24amを含み、第2のレンズアレイ24bは複数の第2小レンズ24bmを含む。複数の第2小レンズ24bmは複数の第1小レンズ24amとそれぞれ対応している。   By passing through the first retardation plate 15, the light beam K 1 including the S-polarized component light beam BLs and the P-polarized component light beam BLp is incident on the homogenizer optical system 24. The homogenizer optical system 24 makes the illuminance distribution due to the light bundle BLs on the phosphor layer 34 uniform in cooperation with the first condensing optical system 26. Further, the homogenizer optical system 24 cooperates with the second condensing optical system 29 to uniformize the illuminance distribution due to the light beam BLc ′ on the diffuse reflector 30A described later. The homogenizer optical system 24 includes, for example, a first lens array 24a and a second lens array 24b. The first lens array 24a includes a plurality of first small lenses 24am, and the second lens array 24b includes a plurality of second small lenses 24bm. The plurality of second small lenses 24bm correspond to the plurality of first small lenses 24am, respectively.

第1のレンズアレイ24a(第1小レンズ24am)と蛍光発光素子27又は拡散反射素子30とは光学的に共役となる位置に配置されている。また、半導体レーザー211の光射出領域211Aと第2のレンズアレイ24bとは光学的に共役となる位置に配置されている。   The first lens array 24a (first small lens 24am) and the fluorescent light emitting element 27 or the diffuse reflection element 30 are disposed at positions that are optically conjugate. In addition, the light emission region 211A of the semiconductor laser 211 and the second lens array 24b are disposed at optically conjugate positions.

ところで、本実施形態のように、アレイ状に配置した半導体レーザー211およびアレイ状に配置したコリメーターレンズ22aを備えた光源装置2では、半導体レーザー211またはコリメーターレンズ22aのアライメントに多少のずれが生じることが避けられない。つまり、本実施形態において、光源装置2は多少の実装誤差を有したものとなっている。   By the way, in the light source device 2 including the semiconductor laser 211 arranged in an array and the collimator lens 22a arranged in an array as in the present embodiment, there is a slight shift in the alignment of the semiconductor laser 211 or the collimator lens 22a. Inevitable. That is, in the present embodiment, the light source device 2 has a slight mounting error.

ここで、比較例を参照しながら、本実施形態の光源装置2の効果について説明する。   Here, the effect of the light source device 2 of the present embodiment will be described with reference to a comparative example.

図4は、比較例に係る光源装置2’の要部構成を示す図である。なお、図4はホモジナイザー光学系24をホモジナイザー光学系124に置き換えた以外、本実施形態の光源装置2と同じ構成を有している。図4では、ホモジナイザー光学系124、アレイ光源21、コリメーターレンズ22aのみを図示している。   FIG. 4 is a diagram illustrating a main configuration of the light source device 2 ′ according to the comparative example. 4 has the same configuration as that of the light source device 2 of the present embodiment except that the homogenizer optical system 24 is replaced with a homogenizer optical system 124. In FIG. 4, only the homogenizer optical system 124, the array light source 21, and the collimator lens 22a are illustrated.

ホモジナイザー光学系124は、複数の第1小レンズ124amを含む第1のレンズアレイ124aと、複数の第2小レンズ124bmを含む第2のレンズアレイ124bとを備える。   The homogenizer optical system 124 includes a first lens array 124a including a plurality of first small lenses 124am, and a second lens array 124b including a plurality of second small lenses 124bm.

ホモジナイザー光学系124において、上記の実装誤差が生じると、蛍光体層34上での光線束BLsによる照度分布の均一性が低下する。これは、光射出領域211Aから射出された光線BLによって第2小レンズ124bm上に形成される2次光源像Gの位置が、第2小レンズ124bmの所定の位置からずれるためである。   When the above mounting error occurs in the homogenizer optical system 124, the uniformity of the illuminance distribution due to the light beam BLs on the phosphor layer 34 decreases. This is because the position of the secondary light source image G formed on the second small lens 124bm by the light beam BL emitted from the light emission region 211A is shifted from the predetermined position of the second small lens 124bm.

上述のように光射出領域211Aの平面形状がY方向に長手方向を有する形状(例えば、長方形)の場合、光学的に共役関係となる第2小レンズ124bm上に形成される2次光源像GはY方向に長手方向を有した形状(長方形形状)となる。   As described above, when the planar shape of the light emission region 211A is a shape having a longitudinal direction in the Y direction (for example, a rectangle), the secondary light source image G formed on the second small lens 124bm that is optically conjugate. Becomes a shape having a longitudinal direction in the Y direction (rectangular shape).

ここで、実装誤差による第2小レンズ124bm上での2次光源像の移動は各方向に同じ割合で発生する。   Here, the movement of the secondary light source image on the second small lens 124bm due to the mounting error occurs at the same rate in each direction.

図5(a)は第1のレンズアレイ124aを+X方向から見た平面図であり、図5(b)は第2のレンズアレイ124bを+X方向から見た平面図である。   FIG. 5A is a plan view of the first lens array 124a viewed from the + X direction, and FIG. 5B is a plan view of the second lens array 124b viewed from the + X direction.

図5(a)、(b)に示すように、ホモジナイザー光学系124においては、第1小レンズ124amの大きさは第2小レンズ124bmの大きさと同一となっている。具体的に、第1小レンズ124amの平面形状および第2小レンズ124bmの平面形状はいずれも、Y方向の長さがZ方向の長さと等しい正方形である。   As shown in FIGS. 5A and 5B, in the homogenizer optical system 124, the size of the first small lens 124am is the same as the size of the second small lens 124bm. Specifically, the planar shape of the first small lens 124am and the planar shape of the second small lens 124bm are both squares whose length in the Y direction is equal to the length in the Z direction.

実装誤差が生じると、2次光源像Gは所定の位置からずれる。図5(b)からわかるように、2次光源像Gが光射出領域211Aの長手方向(Y方向)にずれた場合の方が、Z方向へずれた場合よりも第2小レンズ124bmからはみ出しやすい。第2小レンズ124bmから2次光源像Gがはみ出すと、アレイ光源21からの光を効率良く利用することが出来ず、光利用効率が低下してしまう。   When a mounting error occurs, the secondary light source image G deviates from a predetermined position. As can be seen from FIG. 5B, when the secondary light source image G is shifted in the longitudinal direction (Y direction) of the light emission region 211A, it protrudes from the second small lens 124bm than when it is shifted in the Z direction. Cheap. When the secondary light source image G protrudes from the second small lens 124bm, the light from the array light source 21 cannot be used efficiently, and the light use efficiency is lowered.

この問題を解決すべく、本実施形態の光源装置2は、長手方向および短手方向を有した矩形状の平面形状を有する第2小レンズ24bmを含むホモジナイザー光学系24を備えている。   In order to solve this problem, the light source device 2 of the present embodiment includes a homogenizer optical system 24 including a second small lens 24bm having a rectangular planar shape having a longitudinal direction and a lateral direction.

図6(a)は第1のレンズアレイ24aを+X方向から見た平面図であり、図6(b)は第2のレンズアレイ24bを+X方向から見た平面図である   FIG. 6A is a plan view of the first lens array 24a viewed from the + X direction, and FIG. 6B is a plan view of the second lens array 24b viewed from the + X direction.

図6(a)に示すように、第1のレンズアレイ24aの第1小レンズ24amの平面形状は、Y方向の長さがZ方向の長さと等しい正方形である。
一方、図6(b)に示すように、第2のレンズアレイ24bの第2小レンズ24bmの平面形状は、Y方向に沿って長手を有するとともにZ方向に沿って短手を有する矩形(長方形)である。このように本実施形態においては、第2小レンズ24bmの長手方向(Y方向)の大きさが第1小レンズ24amのY方向の大きさよりも大きくなっている。
As shown in FIG. 6A, the planar shape of the first small lens 24am of the first lens array 24a is a square whose length in the Y direction is equal to the length in the Z direction.
On the other hand, as shown in FIG. 6B, the planar shape of the second small lens 24bm of the second lens array 24b is a rectangle (rectangular) having a long side along the Y direction and a short side along the Z direction. ). Thus, in the present embodiment, the size of the second small lens 24bm in the longitudinal direction (Y direction) is larger than the size of the first small lens 24am in the Y direction.

図7はホモジナイザー光学系24の要部構成を示す図であり、図7(a)は+Z方向からホモジナイザー光学系24を視た場合の平面図であり、図7(b)は−Y方向からホモジナイザー光学系24を視た場合の側面図である。   FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a main part of the homogenizer optical system 24. FIG. 7A is a plan view when the homogenizer optical system 24 is viewed from the + Z direction, and FIG. It is a side view at the time of seeing the homogenizer optical system 24.

本実施形態においては、第1小レンズ24amの光射出側に複数の偏角プリズム41を配置している。偏角プリズム41は、図7(a)に示すように、第1小レンズ24amがZ方向に複数配列されてなるレンズ列24L1,24L2,24L3,24L4にそれぞれ配置されている。   In the present embodiment, a plurality of declination prisms 41 are arranged on the light exit side of the first small lens 24am. As shown in FIG. 7A, the declination prism 41 is arranged in each of lens rows 24L1, 24L2, 24L3, and 24L4 in which a plurality of first small lenses 24am are arranged in the Z direction.

偏角プリズム41は、図7(b)に示すように、第2小レンズ24bmの短手方向(Z方向)に長い短冊状である。そのため、各レンズ列24L1,24L2,24L3(総称してレンズ列24Lとする)においては、複数(本実施形態では、例えば、4つ)の第1小レンズ24amに対して1個の偏角プリズム41が設けられている。このように複数の第1小レンズ24amに対して1つの偏角プリズム41を兼用することで部品点数を削減することができる。   As shown in FIG. 7B, the declination prism 41 has a strip shape that is long in the short direction (Z direction) of the second small lens 24bm. Therefore, in each of the lens rows 24L1, 24L2, and 24L3 (collectively referred to as the lens row 24L), one declination prism is used for a plurality of (for example, four in this embodiment) first small lenses 24am. 41 is provided. In this way, the number of parts can be reduced by using one declination prism 41 for the plurality of first small lenses 24am.

偏角プリズム41は、第2小レンズ24bm側に、光(光線束K1の一部の光K1s)の進行方向を変える偏向特性を有したプリズム面41aを備えている。プリズム面41aによる偏向方向は、第2小レンズ24bmの長手方向(Y方向)であって、具体的には光軸ax1から遠ざかる方向である。   The declination prism 41 includes a prism surface 41a having a deflection characteristic that changes the traveling direction of light (a part of the light beam K1s of the light beam K1) on the second small lens 24bm side. The deflection direction by the prism surface 41a is the longitudinal direction (Y direction) of the second small lens 24bm, specifically, the direction away from the optical axis ax1.

偏角プリズム41は、光軸ax1から遠ざかる方向(Y方向または−Y方向)に光K1sを偏向させる。ただし、第1小レンズ24amから射出された光K1sの結像位置と複数の第1小レンズ24amが設けられている面との距離は変化しない。第1小レンズ24amと蛍光発光素子27又は拡散反射素子30との間に成立する共役関係を乱すことがないように第1のレンズアレイ24aと第2のレンズアレイ24bとの間隔が調整されている。本実施形態において、偏角プリズム41は、仮に実装誤差が無いとした場合に、光K1sを射出した第1小レンズ24amと対応している第2小レンズ24bmの中央部分に2次光源像Gを形成するように設計されている。   The declination prism 41 deflects the light K1s in the direction away from the optical axis ax1 (Y direction or -Y direction). However, the distance between the imaging position of the light K1s emitted from the first small lens 24am and the surface on which the plurality of first small lenses 24am are provided does not change. The distance between the first lens array 24a and the second lens array 24b is adjusted so as not to disturb the conjugate relationship established between the first small lens 24am and the fluorescent light emitting element 27 or the diffuse reflection element 30. Yes. In the present embodiment, if there is no mounting error, the declination prism 41 has a secondary light source image G at the center of the second small lens 24bm corresponding to the first small lens 24am that has emitted the light K1s. Designed to form

第2小レンズ24bmは光軸が偏心した偏芯レンズから構成されている。
具体的に、第2小レンズ24bmは、図7(a)に示したように、その光軸B2が該第2小レンズ24bmの長手方向(Y方向)に偏心している。光軸B2の偏心方向はアレイ光源21から射出される光の光軸ax1に近づく方向に設定される。
The second small lens 24bm is composed of an eccentric lens whose optical axis is decentered.
Specifically, as shown in FIG. 7A, the optical axis B2 of the second small lens 24bm is eccentric in the longitudinal direction (Y direction) of the second small lens 24bm. The eccentric direction of the optical axis B2 is set to a direction approaching the optical axis ax1 of the light emitted from the array light source 21.

本実施形態においては、第1小レンズ24amの光軸B1が第2小レンズ24bmの光軸B2上に位置している。これにより、第2小レンズ24bmは、第1小レンズ24amから射出された光K1sを平行光に変換して射出することが可能である。   In the present embodiment, the optical axis B1 of the first small lens 24am is located on the optical axis B2 of the second small lens 24bm. Accordingly, the second small lens 24bm can convert the light K1s emitted from the first small lens 24am into parallel light and emit the parallel light.

本実施形態において、光射出領域211Aの短手方向(Z方向)は、第2小レンズ24bmの長手方向(Y方向)と直交(交差)している。すなわち、光射出領域211Aの長手方向(Y方向)は、第2小レンズ24bmの長手方向(Y方向)と一致している。   In the present embodiment, the short direction (Z direction) of the light emission region 211A is orthogonal (crossed) to the long direction (Y direction) of the second small lens 24bm. That is, the longitudinal direction (Y direction) of the light emission region 211A coincides with the longitudinal direction (Y direction) of the second small lens 24bm.

第2小レンズ24bm上に形成される2次光源像Gの長手方向と、該第2小レンズ24bmの長手方向とはほぼ一致している。また、偏角プリズム41を備えているため、2次光源像Gは第2小レンズ24bmの所定の位置、たとえば中央部分に形成されている。   The longitudinal direction of the secondary light source image G formed on the second small lens 24bm substantially coincides with the longitudinal direction of the second small lens 24bm. Further, since the deflection angle prism 41 is provided, the secondary light source image G is formed at a predetermined position of the second small lens 24bm, for example, at the central portion.

本実施形態においては、第2小レンズ24bmのY方向のサイズが第2小レンズ24bmのZ方向のサイズよりも大きい。したがって、従来技術においてはみ出しが生じやすかったY方向に2次光源像Gがずれたとしても、2次光源像Gが第2小レンズ24bmからはみ出しにくく、第2小レンズ24bm上に2次光源像Gが良好に形成される。よって、アレイ光源21からの光を効率良く利用することができる。また、従来ほど高い実装精度が要求されないため、製造が容易となってコスト低減を図ることができる。   In the present embodiment, the size of the second small lens 24bm in the Y direction is larger than the size of the second small lens 24bm in the Z direction. Therefore, even if the secondary light source image G shifts in the Y direction, which is likely to occur in the prior art, the secondary light source image G is unlikely to protrude from the second small lens 24bm, and the secondary light source image on the second small lens 24bm. G is formed satisfactorily. Therefore, the light from the array light source 21 can be used efficiently. Further, since high mounting accuracy is not required as in the prior art, manufacturing is facilitated and cost reduction can be achieved.

なお、上述のように、各第2小レンズ24bmから射出される光K1sは平行光であるため、後述の第1の集光光学系26又は第2の集光光学系29を介して蛍光発光素子27又は拡散反射素子30に良好に集光される。   As described above, since the light K1s emitted from each second small lens 24bm is parallel light, fluorescence is emitted via the first condensing optical system 26 or the second condensing optical system 29 described later. The light is condensed well on the element 27 or the diffuse reflection element 30.

光学素子25Aは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ax1に対して45°の角度をなす傾斜面Kを有している。傾斜面Kは、光軸ax2に対しても45°の角度をなしている。光学素子25Aは、互いに直交する光軸ax1,ax2の交点と傾斜面Kの光学中心とが一致するように配置されている。なお、光学素子25Aとしては、ダイクロイックプリズムのようなプリズム形状のものに限らず、平行平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。   The optical element 25A is composed of, for example, a dichroic prism having wavelength selectivity. The dichroic prism has an inclined surface K that forms an angle of 45 ° with the optical axis ax1. The inclined surface K forms an angle of 45 ° with respect to the optical axis ax2. The optical element 25A is arranged so that the intersection of the optical axes ax1 and ax2 orthogonal to each other coincides with the optical center of the inclined surface K. The optical element 25A is not limited to a prism shape such as a dichroic prism, and a parallel plate dichroic mirror may be used.

傾斜面Kには、波長選択性を有する偏光分離素子50Aが設けられている。偏光分離素子50Aは、第1の位相差板15を通過した光線束K1を、偏光分離素子50Aに対するS偏光成分とP偏光成分とに分離する偏光分離機能を有している。具体的に、偏光分離素子50Aは、入射光(光線束K1)のうちのS偏光成分の光線BLsを反射させ、入射光のうちのP偏光成分の光線BLpを透過させる。   On the inclined surface K, a polarization separation element 50A having wavelength selectivity is provided. The polarization separation element 50A has a polarization separation function for separating the light beam K1 that has passed through the first retardation plate 15 into an S-polarization component and a P-polarization component for the polarization separation element 50A. Specifically, the polarization separation element 50A reflects the S-polarized light beam BLs of the incident light (light bundle K1) and transmits the P-polarized light beam BLp of the incident light.

S偏光成分である光線BLsは、偏光分離素子50Aで反射して蛍光発光素子27に向かう。P偏光成分である光線BLpは、偏光分離素子50Aを透過して拡散反射素子30に向かう。   The light beam BLs that is the S-polarized component is reflected by the polarization separation element 50 </ b> A and travels toward the fluorescent light emitting element 27. The light beam BLp, which is a P-polarized component, passes through the polarization separation element 50A and travels toward the diffuse reflection element 30.

また、偏光分離素子50Aは光線束K1とは波長帯が異なる、後述する蛍光光YLを、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。   The polarization separation element 50A has a color separation function that transmits fluorescent light YL, which will be described later, having a wavelength band different from that of the light beam K1, regardless of the polarization state.

偏光分離素子50Aから射出されたS偏光の光線BLsは、第1の集光光学系26に入射する。第1の集光光学系26は、光線BLsを蛍光発光素子27の蛍光体層34に向けて集光させるものである。第1の集光光学系26は、例えばピックアップレンズ26a,26bから構成されている。   The S-polarized light beam BLs emitted from the polarization separation element 50 </ b> A is incident on the first condensing optical system 26. The first condensing optical system 26 condenses the light beam BLs toward the phosphor layer 34 of the fluorescent light emitting element 27. The first condensing optical system 26 includes, for example, pickup lenses 26a and 26b.

第1の集光光学系26から射出された光線BLsは蛍光発光素子27に入射する。蛍光発光素子27は、蛍光体層34と、蛍光体層34を支持する基板35と、蛍光体層34を基板35に固定する固定部材36と、を有している。   The light beam BLs emitted from the first condensing optical system 26 enters the fluorescent light emitting element 27. The fluorescent light emitting element 27 includes a phosphor layer 34, a substrate 35 that supports the phosphor layer 34, and a fixing member 36 that fixes the phosphor layer 34 to the substrate 35.

蛍光発光素子27においては、蛍光体層34の光線BLsが入射する側と反対側の面を基板35に接触させた状態で、蛍光体層34の側面と基板35との間に設けられた固定部材36によって、蛍光体層34が基板35に固定支持されている。   In the fluorescent light emitting element 27, a fixing provided between the side surface of the phosphor layer 34 and the substrate 35 in a state where the surface of the phosphor layer 34 opposite to the side on which the light beam BLs is incident is in contact with the substrate 35. The phosphor layer 34 is fixedly supported on the substrate 35 by the member 36.

蛍光体層34は、光線BLsを吸収して黄色の蛍光光YLに変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子としては、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、蛍光体粒子の形成材料は、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粒子として用いてもよい。   The phosphor layer 34 includes phosphor particles that absorb the light beam BLs, convert it into yellow fluorescent light YL, and emit the yellow fluorescent light YL. As the phosphor particles, for example, YAG (yttrium / aluminum / garnet) phosphors can be used. In addition, the material for forming the phosphor particles may be one kind, or a mixture of particles formed using two or more kinds of materials may be used as the phosphor particles.

蛍光体層34には、耐熱性および表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような蛍光体層34としては、例えば、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。   For the phosphor layer 34, it is preferable to use a layer excellent in heat resistance and surface processability. As such a phosphor layer 34, for example, a phosphor layer in which phosphor particles are dispersed in an inorganic binder such as alumina, a phosphor layer in which phosphor particles are sintered without using a binder, and the like are preferably used. be able to.

蛍光体層34の光線BLsが入射する側とは反対側には、反射部37が設けられている。反射部37は、蛍光体層34で生成された蛍光光YLのうち、一部の蛍光光YLを反射する機能を有している。   A reflective portion 37 is provided on the side of the phosphor layer 34 opposite to the side on which the light beam BLs is incident. The reflection unit 37 has a function of reflecting a part of the fluorescent light YL among the fluorescent light YL generated by the phosphor layer 34.

反射部37は、鏡面反射面からなることが好ましい。蛍光発光素子27においては、蛍光体層34で生成された蛍光光YLを反射部37で鏡面反射させることにより、蛍光体層34から効率的に蛍光光YLを射出することができる。   It is preferable that the reflection part 37 consists of a specular reflection surface. In the fluorescent light emitting element 27, the fluorescent light YL generated in the fluorescent material layer 34 is specularly reflected by the reflecting portion 37, whereby the fluorescent light YL can be efficiently emitted from the fluorescent material layer 34.

具体的に、反射部37は、蛍光体層34の光線BLsが入射する側とは反対側の面に反射膜37aを設けることによって構成することができる。この場合、反射膜37aの蛍光体層34と対向する面が鏡面反射面となる。反射部37は、基板35が光反射特性を有する基材からなる構成であってもよい。この場合、反射膜37aを省略し、基板35の蛍光体層34と対向する面を鏡面化することにより、この面を鏡面反射面とすることができる。   Specifically, the reflecting portion 37 can be configured by providing a reflecting film 37a on the surface of the phosphor layer 34 opposite to the side on which the light beam BLs is incident. In this case, the surface of the reflective film 37a facing the phosphor layer 34 is a specular reflection surface. The reflection part 37 may be configured such that the substrate 35 is made of a base material having light reflection characteristics. In this case, the reflective film 37a is omitted, and the surface of the substrate 35 facing the phosphor layer 34 is made into a mirror surface, so that this surface can be used as a mirror reflection surface.

固定部材36には、光反射特性を有する無機接着剤を用いることが好ましい。この場合、光反射特性を有する無機接着剤によって蛍光体層34の側面から漏れ出す光を蛍光体層34内へと反射させることができる。これにより、蛍光体層34で生成された蛍光光YLの光取り出し効率を更に高めることができる。   For the fixing member 36, it is preferable to use an inorganic adhesive having light reflection characteristics. In this case, the light leaking from the side surface of the phosphor layer 34 can be reflected into the phosphor layer 34 by the inorganic adhesive having light reflection characteristics. Thereby, the light extraction efficiency of the fluorescent light YL generated by the phosphor layer 34 can be further increased.

基板35の蛍光体層34を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク38が配置されている。蛍光発光素子27においては、ヒートシンク38を介して放熱できるため、蛍光体層34の熱劣化を防ぐことができる。   A heat sink 38 is disposed on the surface of the substrate 35 opposite to the surface that supports the phosphor layer 34. In the fluorescent light emitting element 27, heat can be radiated through the heat sink 38, and thus thermal deterioration of the phosphor layer 34 can be prevented.

蛍光体層34で生成された蛍光光YLのうち、一部の蛍光光YLは、反射部37によって反射され、蛍光体層34の外部へと射出される。また、蛍光体層34で生成された蛍光光YLのうち、他の一部の蛍光光YLは、反射部37を介さずに蛍光体層34の外部へと射出される。このようにして、蛍光光YLが第1の集光光学系26に向かって蛍光体層34から射出される。   Of the fluorescent light YL generated in the phosphor layer 34, a part of the fluorescent light YL is reflected by the reflecting portion 37 and emitted to the outside of the phosphor layer 34. In addition, among the fluorescent light YL generated in the fluorescent material layer 34, another part of the fluorescent light YL is emitted outside the fluorescent material layer 34 without passing through the reflecting portion 37. In this way, the fluorescent light YL is emitted from the phosphor layer 34 toward the first condensing optical system 26.

蛍光体層34から射出された蛍光光YLは、第1の集光光学系26および偏光分離素子50Aを透過する。   The fluorescent light YL emitted from the phosphor layer 34 passes through the first condensing optical system 26 and the polarization separation element 50A.

一方、偏光分離素子50Aから射出されたP偏光の光線BLpは、第2の位相差板28に入射する。第2の位相差板28は、偏光分離素子50Aと拡散反射素子30との間の光路中に配置された1/4波長板(λ/4板)から構成される。光線BLpは、第2の位相差板28を透過することによって円偏光の光線BLc’に変換される。第2の位相差板28を透過した光線BLc’は、第2の集光光学系29に入射する。   On the other hand, the P-polarized light beam BLp emitted from the polarization separation element 50 </ b> A is incident on the second retardation plate 28. The second retardation plate 28 is composed of a ¼ wavelength plate (λ / 4 plate) disposed in the optical path between the polarization separation element 50 </ b> A and the diffuse reflection element 30. The light beam BLp is converted into a circularly polarized light beam BLc ′ by passing through the second retardation plate 28. The light beam BLc ′ that has passed through the second retardation plate 28 enters the second condensing optical system 29.

第2の集光光学系29は、光線BLc’を拡散反射素子30に向けて集光させるものである。第2の集光光学系29は、例えばピックアップレンズ29a、ピックアップレンズ29bから構成されている。   The second condensing optical system 29 condenses the light beam BLc ′ toward the diffuse reflection element 30. The second condensing optical system 29 includes, for example, a pickup lens 29a and a pickup lens 29b.

拡散反射素子30は、第2の集光光学系29から射出された光線BLc’を偏光分離素子50Aに向けて拡散反射させるものである。その中でも、拡散反射素子30としては、拡散反射素子30に入射した光線BLc’をランバート反射させるものを用いることが好ましい。   The diffuse reflection element 30 diffuses and reflects the light beam BLc ′ emitted from the second condensing optical system 29 toward the polarization separation element 50A. Among them, as the diffuse reflection element 30, it is preferable to use an element that causes Lambertian reflection of the light beam BLc ′ incident on the diffuse reflection element 30.

拡散反射素子30は、拡散反射板30Aと、拡散反射板30Aを回転させるためのモーター等の駆動源30Mと、を備えている。駆動源30Mの回転軸は、光軸ax1と略平行に配置されている。これにより、拡散反射板30Aは、拡散反射板30Aに入射する光線BLc’の主光線に交差する面内で回転可能に構成されている。拡散反射板30Aは、回転軸の方向から見て例えば円形に形成されている。   The diffuse reflection element 30 includes a diffuse reflection plate 30A and a drive source 30M such as a motor for rotating the diffuse reflection plate 30A. The rotation axis of the drive source 30M is disposed substantially parallel to the optical axis ax1. Thereby, the diffuse reflection plate 30A is configured to be rotatable in a plane intersecting with the principal ray of the light beam BLc ′ incident on the diffuse reflection plate 30A. The diffuse reflection plate 30A is formed, for example, in a circular shape when viewed from the direction of the rotation axis.

拡散反射板30Aによって反射され、第2の集光光学系29を再び透過した円偏光の光線BLc’は、再び第2の位相差板28を透過して、S偏光の光線BLs’となる。   The circularly polarized light beam BLc ′ reflected by the diffuse reflection plate 30A and transmitted again through the second condensing optical system 29 is transmitted through the second retardation plate 28 again to become an S-polarized light beam BLs ′.

拡散反射素子30から射出された光線BLs’(青色光)は偏光分離素子50Aを透過した蛍光光YLと合成され、白色の白色光WLが得られる。白色光WLは、図1、2に示した均一照明光学系40(インテグレータ光学系31)に入射する。インテグレータ光学系31は、重畳光学系33と協働して被照明領域での白色光WLによる照度分布を均一化する。   The light beam BLs ′ (blue light) emitted from the diffuse reflection element 30 is combined with the fluorescent light YL transmitted through the polarization separation element 50A, and white white light WL is obtained. The white light WL is incident on the uniform illumination optical system 40 (integrator optical system 31) shown in FIGS. The integrator optical system 31 cooperates with the superimposing optical system 33 to uniformize the illuminance distribution by the white light WL in the illuminated area.

インテグレータ光学系31は、例えば、レンズアレイ31a,レンズアレイ31bから構成されている。レンズアレイ31a,31bは、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。   The integrator optical system 31 includes, for example, a lens array 31a and a lens array 31b. The lens arrays 31a and 31b are composed of a plurality of lenses arranged in an array.

インテグレータ光学系31を通過した白色光WLは、偏光変換素子32に入射する。偏光変換素子32は、例えば、偏光分離膜と位相差板とから構成され、白色光WLを直線偏光に変換する。   The white light WL that has passed through the integrator optical system 31 enters the polarization conversion element 32. The polarization conversion element 32 includes, for example, a polarization separation film and a phase difference plate, and converts the white light WL into linearly polarized light.

偏光変換素子32を通過した白色光WLは、重畳光学系33に入射する。重畳光学系33は、例えば、重畳レンズから構成され、偏光変換素子32から射出された白色光WLを被照明領域に重畳させる。本実施形態では、インテグレータ光学系31と重畳光学系33とによって、被照明領域における照度分布が均一化される。   The white light WL that has passed through the polarization conversion element 32 enters the superimposing optical system 33. The superimposing optical system 33 is composed of, for example, a superimposing lens, and superimposes the white light WL emitted from the polarization conversion element 32 on the illuminated area. In this embodiment, the illuminance distribution in the illuminated area is made uniform by the integrator optical system 31 and the superimposing optical system 33.

以上述べたように、本実施形態によれば、アレイ光源21から射出した光が蛍光発光素子27或いは拡散反射素子30に効率良く入射するので、光利用効率が高い。よって、明るい照明光を得ることができる。よって、本実施形態のプロジェクター1によれば、明るい照明光により表示品質に優れたものとなる。   As described above, according to the present embodiment, the light emitted from the array light source 21 is efficiently incident on the fluorescent light-emitting element 27 or the diffuse reflection element 30, so that the light utilization efficiency is high. Therefore, bright illumination light can be obtained. Therefore, according to the projector 1 of the present embodiment, the display quality is excellent due to the bright illumination light.

(第2実施形態)
続いて、第2実施形態に係るホモジナイザー光学系について説明する。なお、上記実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その説明については省略若しくは簡略化する。
(Second Embodiment)
Next, the homogenizer optical system according to the second embodiment will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same structure and member as the said embodiment, and the description is abbreviate | omitted or simplified.

図8は本実施形態のホモジナイザー光学系224の要部構成を示す図であり、図8(a)は+Z方向からホモジナイザー光学系224を視た場合の平面図であり、図8(b)は−Y方向からホモジナイザー光学系224を視た場合の側面図である。   FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a main part of the homogenizer optical system 224 of the present embodiment. FIG. 8A is a plan view when the homogenizer optical system 224 is viewed from the + Z direction, and FIG. It is a side view at the time of seeing the homogenizer optical system 224 from -Y direction.

本実施形態のホモジナイザー光学系224は、第1のレンズアレイ224aおよび第2のレンズアレイ224bを有する。第1のレンズアレイ224aは複数の第1小レンズ224amを有し、第2のレンズアレイ224bは複数の第2小レンズ224bmを有する。なお、第2のレンズアレイ224bは、上記実施形態の第2のレンズアレイ24bと同じ構成を有する。   The homogenizer optical system 224 of the present embodiment includes a first lens array 224a and a second lens array 224b. The first lens array 224a has a plurality of first small lenses 224am, and the second lens array 224b has a plurality of second small lenses 224bm. The second lens array 224b has the same configuration as the second lens array 24b of the above embodiment.

本実施形態においても、第2小レンズ224bmの長手方向(Y方向)の大きさは、第1小レンズ224amのY方向の大きさよりも大きくなっている。   Also in this embodiment, the size of the second small lens 224bm in the longitudinal direction (Y direction) is larger than the size of the first small lens 224am in the Y direction.

本実施形態のホモジナイザー光学系224においては、第1小レンズ224amとして、光軸が偏心した偏芯レンズを用いている。具体的に、第1小レンズ224amは、図8(a)に示すように、その光軸B1がY方向に偏心している。光軸B1の偏心方向はアレイ光源21から射出される光の光軸ax1から遠ざかる方向に設定される。   In the homogenizer optical system 224 of the present embodiment, an eccentric lens whose optical axis is decentered is used as the first small lens 224am. Specifically, as shown in FIG. 8A, the first small lens 224am has its optical axis B1 decentered in the Y direction. The eccentric direction of the optical axis B1 is set in a direction away from the optical axis ax1 of the light emitted from the array light source 21.

第1小レンズ224amは、上記実施形態の偏角プリズム41と同じく偏向機能を有し、光軸ax1から遠ざかる方向(Y方向または−Y方向)に光K1sを偏向させる。ただし、第1小レンズ224amから射出された光K1sの結像位置と複数の第1小レンズ224amが設けられている面との距離は変化しない。第1小レンズ224amと蛍光発光素子27又は拡散反射素子30との間に成立する共役関係を乱すことがないように第1のレンズアレイ224aと第2のレンズアレイ224bとの間隔が調整されている。本実施形態において、第1小レンズ224amは、仮に実装誤差が無いとした場合に、光K1sを射出した第1小レンズ224amと対応している第2小レンズ224bmの中央部分に2次光源像を形成するように設計されている。   The first small lens 224am has the same deflection function as the declination prism 41 of the above embodiment, and deflects the light K1s in the direction away from the optical axis ax1 (Y direction or -Y direction). However, the distance between the imaging position of the light K1s emitted from the first small lens 224am and the surface on which the plurality of first small lenses 224am are provided does not change. The interval between the first lens array 224a and the second lens array 224b is adjusted so as not to disturb the conjugate relationship established between the first small lens 224am and the fluorescent light emitting element 27 or the diffuse reflection element 30. Yes. In the present embodiment, if there is no mounting error, the first small lens 224am has a secondary light source image at the center of the second small lens 224bm corresponding to the first small lens 224am that has emitted the light K1s. Designed to form

本実施形態においても、第1小レンズ224amの光軸B1が第2小レンズ224bmの光軸B2上に位置している。これにより、第2小レンズ224bmは、第1小レンズ224amから射出された光K1sを平行光に変換して射出することが可能である。   Also in this embodiment, the optical axis B1 of the first small lens 224am is positioned on the optical axis B2 of the second small lens 224bm. Accordingly, the second small lens 224bm can convert the light K1s emitted from the first small lens 224am into parallel light and emit the parallel light.

第2小レンズ224bm上に形成する2次光源像Gの長手方向と、該第2小レンズ224bmの長手方向とはほぼ一致している。また、2次光源像Gは第2小レンズ224bmの所定の位置、たとえば中央部分に形成されている。   The longitudinal direction of the secondary light source image G formed on the second small lens 224bm substantially coincides with the longitudinal direction of the second small lens 224bm. Further, the secondary light source image G is formed at a predetermined position of the second small lens 224bm, for example, at the central portion.

本実施形態においても、実装誤差による2次光源像Gの第2小レンズ224bm上からのはみ出しが抑制されるので、アレイ光源21からの光を効率良く利用することができる。よって、高い光利用効率を得ることができる。   Also in this embodiment, since the protrusion of the secondary light source image G from the second small lens 224bm due to the mounting error is suppressed, the light from the array light source 21 can be used efficiently. Therefore, high light utilization efficiency can be obtained.

なお、本発明は、上記実施形態の構成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。   In addition, this invention is not necessarily limited to the structure of the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.

例えば、上記第1実施形態では、偏角プリズム41を第1小レンズ24amの光射出側に配置する場合を例に挙げたが、該偏角プリズム41を第1小レンズ24amの光入射側に配置するようにしても良い。   For example, in the first embodiment, the case where the deflection prism 41 is disposed on the light exit side of the first small lens 24am is described as an example, but the deflection prism 41 is disposed on the light incident side of the first small lens 24am. It may be arranged.

また、上記実施形態では、光射出領域211Aの長手方向と第2小レンズ24bmの長手方向とが一致する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明では、光射出領域211Aの長手方向が第2小レンズ24bmの短手方向と交差していればよい。換言すると、光射出領域211Aの長手方向と第2小レンズ24bmの短手方向とが一致しなければよい。   In the above embodiment, the case where the longitudinal direction of the light emission region 211A coincides with the longitudinal direction of the second small lens 24bm is described as an example, but the present invention is not limited to this. That is, in the present invention, it is only necessary that the longitudinal direction of the light emission region 211A intersects the short direction of the second small lens 24bm. In other words, the longitudinal direction of the light emission region 211A and the short direction of the second small lens 24bm may not coincide with each other.

その他、照明装置およびプロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
また、上記実施形態では本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置は、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。
In addition, the shape, number, arrangement, material, and the like of the various components of the lighting device and the projector are not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate.
Moreover, although the example which mounted the illuminating device by this invention in the projector was shown in the said embodiment, it is not restricted to this. The lighting device according to the present invention can also be applied to lighting fixtures, automobile headlights, and the like.

1…プロジェクター、2…光源装置、2A…照明装置、4R,4G,4B…光変調装置、6…投写光学系、21…アレイ光源、24a,124a…第1のレンズアレイ、24am,124am…第1小レンズ、24b,124b…第2のレンズアレイ、24bm,124bm…第2小レンズ、26…第1の集光光学系、27…蛍光発光素子、29…第2の集光光学系、30…拡散反射素子、33…重畳光学系、41…偏角プリズム、211A…光射出領域、B1,B2…光軸、C1,C2…レンズの中心。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projector, 2 ... Light source device, 2A ... Illumination device, 4R, 4G, 4B ... Light modulation device, 6 ... Projection optical system, 21 ... Array light source, 24a, 124a ... 1st lens array, 24am, 124am ... 1st 1 small lens, 24b, 124b ... second lens array, 24bm, 124bm ... second small lens, 26 ... first condensing optical system, 27 ... fluorescent light emitting element, 29 ... second condensing optical system, 30 ... Diffuse reflection element, 33 ... Superimposing optical system, 41 ... Deflection prism, 211A ... Light exit area, B1, B2 ... Optical axis, C1, C2 ... Center of lens.

Claims (9)

発光素子と、
前記発光素子から射出された光が入射する複数の第1小レンズを含む第1のレンズアレイと、
前記第1のレンズアレイの後段に設けられ、前記複数の第1小レンズにそれぞれ対応する複数の第2小レンズを含む第2のレンズアレイと、
前記第2のレンズアレイの後段に設けられた集光光学系と、
前記集光光学系の後段に設けられ、前記発光素子から射出された光が入射する散乱光生成部と、を備え、
前記発光素子の光射出領域の平面形状は短手方向を有し、
前記複数の第2小レンズのうち一の第2小レンズの平面形状は長手方向を有しており、
前記光射出領域の短手方向は、前記長手方向と交差する
光源装置。
A light emitting element;
A first lens array including a plurality of first small lenses on which light emitted from the light emitting elements is incident;
A second lens array provided at a subsequent stage of the first lens array and including a plurality of second small lenses respectively corresponding to the plurality of first small lenses;
A condensing optical system provided downstream of the second lens array;
A scattered light generation unit that is provided at a subsequent stage of the condensing optical system and into which light emitted from the light emitting element is incident;
The planar shape of the light emission region of the light emitting element has a short direction,
The planar shape of one second small lens among the plurality of second small lenses has a longitudinal direction,
A light source device in which a short direction of the light emission region intersects with the long direction.
前記第1のレンズアレイの光入射側又は光射出側に配置された偏角プリズムをさらに備え、
前記第2小レンズの前記長手方向の大きさは、前記複数の第1小レンズのうち前記第2小レンズに対応する第1小レンズの前記長手方向の大きさよりも大きい
請求項1に記載の光源装置。
A declination prism disposed on the light incident side or the light exit side of the first lens array;
The size in the longitudinal direction of the second small lens is larger than the size in the longitudinal direction of the first small lens corresponding to the second small lens among the plurality of first small lenses. Light source device.
前記偏角プリズムによる前記光の偏向方向は、前記長手方向であり、
前記偏向方向は、前記発光素子から射出された前記光の光軸から遠ざかる方向である
請求項2に記載の光源装置。
The deflection direction of the light by the declination prism is the longitudinal direction,
The light source device according to claim 2, wherein the deflection direction is a direction away from the optical axis of the light emitted from the light emitting element.
前記偏角プリズムは、前記長手方向と垂直な方向に長い短冊状である
請求項2又は3に記載の光源装置。
The light source device according to claim 2, wherein the declination prism has a strip shape that is long in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
前記複数の第1小レンズのうち一の第1小レンズの光軸は、前記長手方向に偏心しており、
前記偏心の方向は、前記発光素子から射出された前記光の光軸から遠ざかる方向である
請求項1に記載の光源装置。
The optical axis of one first small lens among the plurality of first small lenses is decentered in the longitudinal direction,
The light source device according to claim 1, wherein the direction of the eccentricity is a direction away from the optical axis of the light emitted from the light emitting element.
前記第2小レンズの光軸は、前記長手方向に偏心しており、
前記偏心の方向は、前記発光素子から射出された前記光の光軸に近づく方向である
請求項1〜5のいずれか一項に記載の光源装置。
The optical axis of the second small lens is decentered in the longitudinal direction,
The light source device according to claim 1, wherein the direction of the eccentricity is a direction approaching an optical axis of the light emitted from the light emitting element.
前記第2小レンズの光軸上に、前記複数の第1小レンズのうち前記第2小レンズに対応する一の第1小レンズの中心がある
請求項6に記載の光源装置。
The light source device according to claim 6, wherein a center of one first small lens corresponding to the second small lens among the plurality of first small lenses is on an optical axis of the second small lens.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光が入射する均一照明光学系と、を備える
照明装置。
The light source device according to any one of claims 1 to 7,
And a uniform illumination optical system into which the light emitted from the light source device is incident.
請求項8に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
プロジェクター。
A lighting device according to claim 8;
A light modulation device that forms image light by modulating light emitted from the illumination device according to image information; and
A projection optical system that projects the image light.
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