JP2018085252A - 光源装置、照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の実装位置の許容誤差が大きい光源装置を提供する。【解決手段】光源装置は、第１方向に配列された第１の発光素子と第２の発光素子とを備えた発光部と、第１の発光素子から射出された第１の光が入射する第１のコリメート光学系と、第２の発光素子から射出された第２の光が入射する第２のコリメート光学系と、を備える。第１の光と第２の光はそれぞれ、第１方向と垂直な第２方向から傾いた第３方向と第４方向に発光部から射出される。第１の光の主光線と第２方向とのなす角度と第２の光の主光線と第２方向とのなす角度はそれぞれ、第１のコリメート光学系と第２のコリメート光学系によって小さくなる。【選択図】図４

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。

例えばプロジェクターに用いる光源装置として、レーザー素子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、蛍光体を含む蛍光体層と、蛍光体を励起する励起光を射出する複数のレーザーダイオードを有する励起光源と、複数のコリメートレンズを有するコリメートレンズアレイと、集光レンズと、ダイクロイックミラーと、を備えた光源装置が開示されている。

上記の光源装置において、複数のレーザーダイオードは１つの平面上に設けられ、コリメートレンズアレイはその平面と平行に設けられている。各レーザーダイオードは、その平面に対して垂直にレーザー光を射出する。また、コリメートレンズの焦点距離は、レーザーダイオードとコリメートレンズとの間の距離と等しく設定されている。１つのレーザーダイオードから射出されたレーザー光は、対応するコリメートレンズにより平行化され、集光レンズにより蛍光体層の所定の領域に照射される。前記所定の領域から射出された蛍光光は集光レンズによって平行化され、ダイクロイックミラーで後段の光学系に向けて反射される。

特開２０１２−１０８４８６号公報

特許文献１の光源装置において、レーザーダイオードの光軸とコリメートレンズの光軸との相対的関係が所定の関係からずれていると、蛍光体層上でのレーザー光の照射領域が所定の領域からずれてしまう。この場合、蛍光体層から蛍光光が射出される領域も前記所定の領域からずれる。所定の領域外から射出された蛍光光は集光レンズによって適切な状態で集光されないため、後段の光学系における蛍光光の利用効率が低い、という課題が生じる。

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、発光素子の光軸とコリメートレンズとの相対的関係に対する許容誤差が従来よりも大きい光源装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の光源装置を備えた照明装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の光源装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光源装置は、第１方向に配列された第１の発光素子と第２の発光素子とを備えた発光部と、前記第１の発光素子から射出された第１の光が入射する第１のコリメート光学系と、前記第２の発光素子から射出された第２の光が入射する第２のコリメート光学系と、を備える。前記発光部は、前記第１の光が前記第１方向と垂直な第２方向から傾いた第３方向に前記発光部から射出され、前記第２の光が前記第２方向から傾いた第４方向に前記発光部から射出されるように構成されている。前記第１のコリメート光学系は、前記第１のコリメート光学系から射出された前記第１の光の主光線と前記第２方向とのなす角度が前記第１のコリメート光学系に入射する前の前記第１の光の主光線と前記第２方向とのなす角度よりも小さくなるように配置されている。前記第２のコリメート光学系は、前記第２のコリメート光学系から射出された前記第２の光の主光線と前記第２方向とのなす角度が前記第２のコリメート光学系に入射する前の前記第２の光の主光線と前記第２方向とのなす角度よりも小さくなるように配置されている。

本明細書において、第１の発光素子と第２の発光素子とを含むとともに、第２方向に垂直な平面（仮想面）を発光素子の配列面と称する。また、第１のコリメート光学系と第２のコリメート光学系とを含むとともに第２方向に垂直な平面（仮想面）を、コリメート光学系の配列面と称する。第１のコリメート光学系と第２のコリメート光学系とを含む複数のコリメート光学系を総称してコリメート光学系と称することがある。

なお、以下の説明では、コリメート光学系の配列面は発光素子の配列面と平行であり、発光素子の配列面とコリメート光学系の配列面との間隔は固定されているものとする。間隔が固定されているため、第３方向と第２方向とのなす角が大きい程、１つの発光素子と対応するコリメート光学系との間の距離が長く、より長い焦点距離のコリメート光学系を用いることができる。焦点距離が長い程、発光素子の光軸とコリメート光学系の光軸との相対的関係の影響が小さい。よって、本発明の一つの態様の光源装置では、発光素子の光軸と対応するコリメート光学系との相対的関係に対する許容誤差が従来よりも大きい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１のコリメート光学系は、少なくとも一つの第１のレンズ面を有し、前記第２のコリメート光学系は、少なくとも一つの第２のレンズ面を有し、前記第１のレンズ面に対する、前記第１の光の主光線の入射角は、０°より大きく９０°より小さく、前記第２のレンズ面に対する、前記第２の光の主光線の入射角は、０°より大きく９０°より小さくてもよい。

この構成によれば、発光素子の光軸と該発光素子が対応するコリメート光学系との相対的関係に対する許容誤差が従来よりも大きい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第２方向と前記第３方向とに垂直な方向から見たとき、前記第２方向は前記第３方向と前記第４方向との間に位置していてもよい。

この光源装置は、従来よりも大きな許容誤差を持ちながら、第２方向を中心として対称性の高い強度分布を有する光線束を射出する。したがって、上記の構成を有する光源装置は、対称性の高い強度分布を要求される光学系に好適である。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記発光部は、第３の発光素子をさらに備えるとともに、前記第３の発光素子から射出された第３の光を、前記第２方向から傾いた第５方向に射出するように構成され、前記第２方向と前記第３方向とに垂直な方向から見たとき、前記第２の発光素子は前記第１の発光素子と前記第３の発光素子との間に位置し、前記第４方向は前記第２方向と前記第５方向との間に位置しており、前記発光部から射出されたときの前記第３の光の主光線と前記第２方向とのなす角度は、前記発光部から射出されたときの前記第２の光の主光線と前記第２方向とのなす角度よりも大きくてもよい。

この構成によれば、発光部の外周部における許容誤差は、発光部の中央部における許容誤差よりも大きい。よって、発光部全体としての前記相対的関係の影響がより小さい。また、コリメート光学系を射出した各主光線の間隔を互いに等しくすることができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第３方向は前記第４方向と平行であってもよい。

この光源装置は、従来よりも大きな許容誤差を持ちながら、従来と同様、第１の発光素子と第２の発光素子のピッチと略同じピッチで配列された第１の光と第２の光とを射出する。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記発光部は、第１の反射面と第２の反射面とをさらに備え、前記第１の光は、前記第１の発光素子から前記第１方向と略平行に射出され、前記第１の発光素子から射出された前記第１の光は、前記第１の反射面で前記第３方向に反射され、前記第２の光は、前記第２の発光素子から前記第１方向と略平行に射出され、前記第２の発光素子から射出された前記第２の光は、前記第２の反射面で前記第４方向に反射される構成であってもよい。

この構成によれば、第１の光の射出方向を第１の反射面の傾斜角度で調整でき、第２の光の射出方向を第２の反射面の傾斜角度で調整できるため、例えば、各発光素子が実装される支持部材（例えばサブマウント）に傾斜面を設ける必要がない。これにより、発光素子の実装構造を簡略化することができ、光源装置の製作を容易にすることができる。また、光が第１方向と略平行に射出されるように発光素子が実装されているため、発光素子の光射出面に垂直な側面が支持部材の支持面に対して平行に配置されている。側面の面積は光射出面の面積よりも大きいため、発光素子の側面を介して発光素子の熱を支持部材へ効率的に移動させることができる。

本発明の一つの態様の照明装置は、本発明の一つの態様の光源装置を備える。

本発明の一つの態様の照明装置は、本発明の一つの態様の光源装置を備えているため、光利用効率に優れている。

本発明の一つの態様の照明装置は、前記第１の光と前記第２の光のうち少なくとも一部が入射する蛍光体層をさらに備えていてもよい。

この構成によれば、照明装置が射出する照明光の色を調整することができる。

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照明装置と、前記照明装置から射出された照明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系と、を備える。

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照明装置を備えているため、光利用効率に優れている。

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実施形態の照明装置の概略構成図である。 第１実施形態の光源装置の平面図である。 図３のIV−IV線に沿う断面図である。 従来の光源装置における発光素子と光源像との位置関係を示す図である。 本実施形態の光源装置における発光素子と光源像との位置関係を示す図である。 第２実施形態の光源装置の平面図である。 図７のVIII−VIII線に沿う断面図である。 図７のIX−IX線に沿う断面図である。 第３実施形態の光源装置をＸＺ平面と垂直な方向から見た断面図である。 第３実施形態の光源装置をＹＺ平面と垂直な方向から見た断面図である。 第３実施形態の光源装置のコリメート光学系の斜視図である。 第４実施形態の光源装置ＹＺ平面と垂直な方向から見た断面図である。 第４実施形態の光源ユニットをＸＺ平面と垂直な方向から見た断面図である。 第４実施形態の光源ユニットをＹＺ平面と垂直な方向から見た断面図である。

以下、本発明の実施形態について、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。

［第１実施形態］
第１実施形態のプロジェクターは、３つの透過型液晶ライトバルブを用いたプロジェクターの一例である。
図１は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。図２は、本実施形態の照明装置を示す概略構成図である。

（プロジェクター）
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、照明装置７０と、均一照明光学系４０と、色分離光学系３と、赤色光用の光変調装置４Ｒ，緑色光用の光変調装置４Ｇ，青色光用の光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６０と、を備えている。

照明装置７０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７０は、後述する本実施形態の光源装置を備えている。

均一照明光学系４０は、ホモジナイザー光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備えている。ホモジナイザー光学系３１は、第１のマルチレンズアレイ３１ａと、第２のマルチレンズアレイ３１ｂと、から構成されている。均一照明光学系４０は、照明装置７０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に入射する。

色分離光学系３は、照明装置７０から射出された照明光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と、第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、第３の反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａと、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７０から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む光と、に分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過し、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、第１のダイクロイックミラー７ａで反射した光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。

第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されている。第１の反射ミラー８ａは、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。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、青色光ＬＢの光路中に配置されている。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、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に導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂで反射し、光変調装置４Ｇに向けて進む。

第１のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、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の光路長よりも長いことに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する。

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る。また、液晶パネルの光入射側および光射出側には、図示しない偏光板がそれぞれ配置されている。偏光板は、特定の偏光方向を有する直線偏光光を透過させる。

光変調装置４Ｒの光入射側には、フィールドレンズ１０Ｒが配置されている。光変調装置４Ｇの光入射側には、フィールドレンズ１０Ｇが配置されている。光変調装置４Ｂの光入射側には、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は、光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行化する。フィールドレンズ１０Ｇは、光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行化する。フィールドレンズ１０Ｂは、光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化する。

合成光学系５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢのそれぞれ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６０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。

投射光学系６０は、複数の投射レンズを含む投射レンズ群から構成されている。投射光学系６０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、拡大されたカラー画像が表示される。

（照明装置）
以下、照明装置７０について説明する。
図２は、本実施形態の照明装置７０の概略構成図である。
図２に示すように、照明装置７０は、光源装置２と、ホモジナイザー光学系２５と、第１の位相差板２６ａと、偏光ビームスプリッター２７と、第１のピックアップ光学系２８と、リング状の蛍光体層４７を備えた蛍光体ホイール（波長変換素子）２９と、第２の位相差板２６ｂと、第２のピックアップ光学系４１と、回転拡散素子４２と、を備えている。以下、偏光ビームスプリッターをＰＢＳと略記する。

光源装置２と、ホモジナイザー光学系２５と、第１の位相差板２６ａと、ＰＢＳ２７と、第２の位相差板２６ｂと、第２のピックアップ光学系４１とは、光軸ＡＸ０上に配置されている。第１のピックアップ光学系２８は、光軸ＡＸ０と直交する光軸ＡＸ１上に配置されている。

ホモジナイザー光学系２５は、光源装置２から射出された光線束の強度分布を、被照明領域において均一にする。ホモジナイザー光学系２５は、例えば第１のマルチレンズアレイ２５ａと、第２のマルチレンズアレイ２５ｂと、から構成されている。第１のマルチレンズアレイ２５ａは、複数のレンズ２５ａｍを備えている。第２のマルチレンズアレイ２５ｂは、複数のレンズ２５ａｍに対応して配列された複数のレンズ２５ｂｍを備えている。

第１の位相差板２６ａは、例えば回転可能とされた１／２波長板で構成されている。光源装置２から射出された光は直線偏光であるため、第１の位相差板２６ａ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２６ａに入射した光を、ＰＢＳ２７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に変換することができる。第１の位相差板２６ａの回転角度を変えることにより、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。

ＰＢＳ２７は、光軸ＡＸ０および光軸ＡＸ１に対して４５°の角度をなすように配置されている。ＰＢＳ２７は、入射光のうちのＳ偏光成分を反射させ、入射光のうちのＰ偏光成分を透過させる。Ｓ偏光成分は、ＰＢＳ２７で反射して蛍光体ホイール２９に向かって進む。Ｐ偏光成分は、ＰＢＳ２７を透過して回転拡散素子４２に向かって進む。

ＰＢＳ２７から射出されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１のピックアップ光学系２８に入射する。第１のピックアップ光学系２８は、光線ＢＬｓを蛍光体ホイール２９上の蛍光体層４７に向けて集光させる。第１のピックアップ光学系２８は、第１のピックアップレンズ２８ａと、第２のピックアップレンズ２８ｂと、から構成されている。

第１のピックアップ光学系２８から射出された光は、蛍光体ホイール２９上の蛍光体層４７に入射する。蛍光体ホイール２９は、反射型の回転蛍光板であり、蛍光光を発する蛍光体層４７と、蛍光体層４７を支持する回転板４９と、蛍光体層４７と回転板４９との間に設けられた蛍光光を反射する反射膜（図示略）と、回転板４９を駆動する駆動モーター５０と、を有する。蛍光体ホイール２９は、反射膜を備えているため、蛍光光をＰＢＳ２７に向けて射出する。回転板４９として、例えば円板が用いられるが、回転板４９の形状は円板に限定されず、平板であればよい。

蛍光体層４７は、光線ＢＬｓを吸収して黄色の蛍光光に変換して射出する複数の蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子として、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、複数の蛍光体粒子は、１種の粒子からなっていてもよいし、それぞれの形成材料が互いに異なる複数種類の粒子からなっていてもよい。

一方、ＰＢＳ２７から射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、第２の位相差板２６ｂに入射する。第２の位相差板２６ｂは、１／４波長板で構成されている。光線ＢＬｐは、第２の位相差板２６ｂを透過することによって円偏光に変換される。第２の位相差板２６ｂを透過した光線ＢＬｐは、第２のピックアップ光学系４１に入射する。第２のピックアップ光学系４１は、光線ＢＬｐを回転拡散素子４２に向けて集光させる。第２のピックアップ光学系４１は、第１のピックアップレンズ４１ａと、第２のピックアップレンズ４１ｂと、から構成されている。

回転拡散素子４２は、拡散反射板５２と、拡散反射板５２を回転させるための駆動モーター５３と、を備えている。拡散反射板５２は、第２のピックアップ光学系４１から射出された円偏光の光線ＢＬｐをＰＢＳ２７に向けて拡散反射させる。拡散反射板５２は、拡散反射板５２に入射した光線ＢＬｐをランバート反射させることが好ましい。駆動モーター５３の回転軸は、光軸ＡＸ０と略平行に配置されている。これにより、拡散反射板５２は、拡散反射板５２に入射する光の光軸に交差する面内で回転可能となっている。拡散反射板５２は、回転軸の方向から見て、例えば円形に形成されているが、拡散反射板５２の形状は円板に限定されず、平板であればよい。

拡散反射板５２によって反射され、第２のピックアップ光学系４１を再び透過した円偏光の光線ＢＬｐは、再び第２の位相差板２６ｂを透過して、Ｓ偏光の光線となる。

蛍光体層４７から射出された黄色の蛍光光と、回転拡散素子４２から射出された青色のＳ偏光の光線ＢＬｐとは、ＰＢＳ２７によって合成され、白色の照明光ＷＬとなる。照明光ＷＬは、図１に示す均一照明光学系４０に入射する。

（光源装置）
図３は、本実施形態の光源装置２の平面図である。図４は、図３のIV−IV線に沿う断面図である。
図３および図４に示すように、光源装置２は、発光部２１と、コリメート光学系２２と、を備えている。発光部２１は、基板２１０と、複数のサブマウント２１１と、複数の発光素子２１２と、フレーム２１３と、透光性部材２１４と、を備えている。コリメート光学系２２は、複数のコリメートレンズ２２０を備えている。

基板２１０の第１面２１０ａ側に、基板２１０とフレーム２１３と透光性部材２１４とによって囲まれた収容空間Ｓが設けられている。複数の発光素子２１２は、密閉された収容空間Ｓの内部に収容されている。すなわち、本実施形態の光源装置２においては、複数の発光素子２１２が一つの共通のパッケージに収容された形態を有する。

以下の説明においては、複数のサブマウント２１１の配列方向をＸ方向とし、各サブマウント２１１の延在方向をＹ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。本実施形態のＸ方向は、特許請求の範囲の第１方向に相当する。本実施形態のＺ方向は、特許請求の範囲の第２方向に相当する。

基板２１０は、第１面２１０ａと、第１面２１０ａとは反対側の第２面２１０ｂと、を有する板状部材である。基板２１０の形状は、第１面２１０ａの面法線方向から見た平面視において、矩形状である。基板２１０の第１面２１０ａには、複数のサブマウント２１１を介して複数の発光素子２１２が設けられている。基板２１０の第２面２１０ｂには、複数の発光素子２１２から発せられる熱を放出するための放熱器（図示略）が適宜設けられる。そのため、基板２１０は、熱伝導率が高い金属材料で構成されている。この種の金属材料として、銅、アルミニウムなどが好ましく用いられ、銅が特に好ましく用いられる。
以下、単に「平面視」と記載した場合、基板２１０の第１面２１０ａの面法線方向から見たときの平面視を意味する。

複数のサブマウント２１１は、基板２１０の第１面２１０ａ上においてＸ方向に所定の間隔をおいて設けられている。各サブマウント２１１は、基板２１０の第１面２１０ａ上においてＹ方向に延在するように設けられている。各サブマウント２１１は、ＸＺ断面において台形状の形状を有し、傾斜面２１１ｃと底面２１１ｂとを有している。傾斜面２１１ｃと底面２１１ｂとのなす角度は、０°より大きく、９０°より小さい。

図３に示すように、本実施形態の場合、４個の発光素子２１２が一つのサブマウント２１１の傾斜面２１１ｃに設けられている。ただし、一つのサブマウント２１１に１個の発光素子２１２が実装されていてもよい。一つのサブマウント２１１に実装されている発光素子２１２の個数は適宜設定できる。

サブマウント２１１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２１１は、基板２１０と発光素子２１２との間に介在し、基板２１０と発光素子２１２との線膨張係数の違いにより生じる応力を緩和する。サブマウント２１１は、銀ロウ、金−スズはんだ等の接合材（図示略）により基板２１０に接合されている。

発光素子２１２は、例えば半導体レーザー、発光ダイオードなどの固体光源により構成される。発光素子２１２は、光源装置２の用途に応じて任意の波長の発光素子を用いればよい。本実施形態では、蛍光体励起用の波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色光を射出する発光素子２１２として、例えば窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）で構成される端面発光型の半導体レーザーが用いられる。また、上記の一般式に加えて、III族元素の一部がホウ素原子で置換されたもの、Ｖ族元素として窒素原子の一部がリン原子、ヒ素原子で置換されたもの等を含んでもよい。

図３に示すように、複数の発光素子２１２は、例えば（ｍ×ｎ）個（ｍ，ｎ：２以上の自然数）の半導体レーザーが、Ｘ方向およびＹ方向に、ｍ行ｎ列の格子状に配列された構成を有する。本実施形態では、複数の発光素子２１２として、例えば１６個の半導体レーザーが４行４列の格子状に配列されている。以下、説明の便宜上、図４に示す４個の発光素子のうち、左端の発光素子２１２を第１の発光素子２１２Ａと称し、その右隣の発光素子２１２を第２の発光素子２１２Ｂと称する。すなわち、発光部２１は、Ｘ方向に配列された第１の発光素子２１２Ａと第２の発光素子２１２Ｂとを備えている。

格子状に配列された複数の発光素子２１２の中心を通り、Ｚ方向に平行な軸を光軸ＡＸ０とする。複数の発光素子２１２は、光軸ＡＸ０を含み、Ｘ方向に垂直な平面ＦＡに対して面対称に設けられている。

発光素子２１２は、光を射出する光射出面２１２ｄと、被支持面２１２ｅと、を有する。被支持面２１２ｅの面積は、光射出面２１２ｄの面積よりも大きい。発光素子２１２は、光射出面２１２ｄが基板２１０の第１面２１０ａと反対側を向き、被支持面２１２ｅがサブマウント２１１の傾斜面２１１ｃと対向するように、サブマウント２１１に固定されている。発光素子２１１は、銀ロウ、金−スズはんだ等の接合材（図示略）によりサブマウント２１１に接合されている。

発光部２１は、各発光素子２１２がサブマウント２１１の傾斜面２１１ｃ上に設けられたことにより、各発光素子２１２から射出された光をＺ方向から傾いた方向に射出するように構成されている。言い換えると、発光素子２１２から射出された光は、第１方向と垂直な面に対して０°より大きく、９０°より小さい角をもって発光部２１から射出する。また、複数の発光素子２１２からの光の射出方向は、互いに平行である。すなわち、発光部２１は、第１の発光素子２１２Ａから射出された第１の光を、Ｚ方向から傾いた第１射出方向（第３方向）に射出し、第２の発光素子２１２Ｂから射出された第２の光を、Ｚ方向から傾いた第２射出方向（第４方向）に射出するように構成されている。第１射出方向は、第２射出方向と平行である。

フレーム２１３は、基板２１０の第１面２１０ａ側において、複数の発光素子２１２を囲んで設けられている。フレーム２１３は、平面視において、矩形の環状の形状を有する。フレーム２１３は、矩形の４辺が全て一体の部材であってもよいし、フレーム２１３の一部は別体の部材が接合されたものであってもよい。フレーム２１３は、基板２１０と透光性部材２１４との間隔を一定に保持するとともに、複数の発光素子２１２が収容される収容空間Ｓを画定する。そのため、フレーム２１３は、所定の剛性を有することが好ましい。フレーム２１３は、銀ロウ、金−スズはんだ等の接合材（図示略）を介して基板２１０の第１面２１０ａに接合されている。

フレーム２１３は、透光性部材２１４に発生する応力を緩和する役目を果たす。そのため、フレーム２１３は、基板２１０の線膨張係数と透光性部材２１４の線膨張係数との間の線膨張係数を有する材料で構成されることが好ましい。フレーム２１３の材料として、例えばアルミナ、炭化珪素、窒化珪素等のセラミック材料が好ましく用いられ、アルミナが特に好ましく用いられる。

透光性部材２１４は、光透過性を有する板状部材である。透光性部材２１４の平面形状は、矩形状である。透光性部材２１４は、フレーム２１３上に設けられ、発光素子２１２から射出された光を透過させる。そのため、透光性部材２１４の材料としては、光透過率の高い透光性材料が好ましく用いられる。透光性部材２１４の具体例として、例えばＢＫ７等のホウケイ酸ガラス、石英ガラス、合成石英ガラス等を含む光学ガラス、水晶、およびサファイア等が用いられる。透光性部材２１４は、例えばはんだ材料、低融点ガラス等の接合材（図示略）を介して、フレーム２１３に接合されている。

発光素子２１２が収容空間Ｓに収容されることにより、発光素子２１２への有機物や水分等の異物の付着が低減される。収容空間Ｓは、減圧状態であることが好ましい。もしくは、収容空間Ｓは、窒素ガスなどの不活性ガス、もしくは乾燥空気で満たされていてもよい。なお、減圧状態は、大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間の状態のことである。減圧状態において、収容空間Ｓに満たされる気体は、不活性ガスや乾燥空気であることが好ましい。

複数のコリメートレンズ２２０の各々は、複数の発光素子２１２の各々に対応して設けられている。各発光素子２１２から射出された光は、当該発光素子２１２に対応する各コリメートレンズ２２０にそれぞれ入射する。本実施形態において、コリメートレンズ２２０は平凸レンズで構成されており、平坦な一つの入射面２２０ａと凸面からなる一つのレンズ面２２０ｂとを有する。コリメートレンズ２２０は、光が入射面２２０ａから入射し、レンズ面２２０ｂから射出する向きに配置されている。

各コリメートレンズ２２０は、発光素子２１２から射出された光の主光線ＢＬが当該コリメートレンズ２２０の光軸ＣＸからずれているように設けられている。また、レンズ面２２０ｂに対する主光線ＢＬの入射角は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい。これにより、主光線ＢＬは、レンズ面２２０ｂにより屈折される。本実施形態においては、主光線ＢＬは光源装置２から略Ｚ方向に射出される。以下、説明の便宜上、図４に示す４個のコリメートレンズ２２０のうち、第１の発光素子２１２Ａに対応したコリメートレンズ２２０を第１のコリメート光学系２２０Ａと称し、第２の発光素子２１２Ｂに対応したコリメートレンズ２２０を第２のコリメート光学系２２０Ｂと称する。

すなわち、第１のコリメート光学系２２０Ａは、第１のコリメート光学系２２０Ａから射出された第１の光の主光線ＢＬと直線Ｌｚで示すＺ方向とのなす角度β１ｂが、第１のコリメート光学系２２０Ａに入射する前の第１の光の主光線ＢＬと直線Ｌｚで示すＺ方向とのなす角度β１ａよりも小さくなるように配置されている。また、第２のコリメート光学系２２０Ｂは、第２のコリメート光学系２２０Ｂから射出された第２の光の主光線ＢＬとＺ方向とのなす角度β２ｂが、第２のコリメート光学系２２０Ｂに入射する前の第２の光の主光線ＢＬとＺ方向とのなす角度β２ａよりも小さくなるように配置されている。なお、角度β１ｂおよび角度β２ｂは０°であることが好ましいが、必ずしも０°でなくてもよく、適宜設定すればよい。本実施形態においては、図４に示すように、角度β１ｂおよび角度β２ｂは０°である。

前述したように、第１の発光素子２１２Ａと第２の発光素子２１２Ｂとを含むとともに、第２方向に垂直な平面を発光素子の配列面Ｆ１と称するが、ここでは特に、配列面Ｆ１は複数の発光素子２１２の光射出面２１２ｄを含むものとする。配列面Ｆ１はＸＹ平面と平行である。また、第１のコリメート光学系２２０Ａと第２のコリメート光学系２２０Ｂとを含むとともに、第２方向に垂直な平面をコリメート光学系の配列面Ｆ２と称するが、ここでは特に、配列面Ｆ２は複数のコリメートレンズ２２０の主点を含むものとする。配列面Ｆ１と配列面Ｆ２とは、互いに平行である。

以下、本実施形態の光源装置２の作用、効果について説明する。
図５は、従来の光源装置１００１における発光素子１００２と光源像１００５との位置関係を示す模式図である。便宜上、一組の発光素子１００２とコリメートレンズ１００３とを図示してあるが、実際には、光源装置２と同様、光源装置１００１も４行４列の格子状に配列された１６個の半導体レーザーを備えている。また、光源装置２と同様、発光素子の配列面Ｆ１ａとコリメート光学系の配列面Ｆ２ａとを定義する。なお、配列面Ｆ１ａと配列面Ｆ２ａとの間隔Ｌａの値は配列面Ｆ１と配列面Ｆ２との間隔Ｌの値と等しいものとする。

図６は、本実施形態の光源装置２における発光素子２１２と光源像１０５との位置関係を示す模式図である。便宜上、一組の発光素子２１２とコリメートレンズ２２０とを図示してある。図５および図６それぞれにおいては、被照明物、例えば蛍光体層４７上に形成される光源像と発光素子との間の光路に配置されている素子のうち、コリメート光学系と第１のピックアップ光学系以外の素子の図示を省略した。また、便宜上、第１のピックアップ光学系を１個の集光レンズに置き換えた。

図５に示すように、発光素子１００２は、配列面Ｆ１ａに対して垂直な方向に光を射出する。また、コリメートレンズ１００３と発光素子１００２との位置関係は、コリメートレンズ１００３の光軸ＣＸａが発光素子１００２から射出された光の主光線ＢＬと一致するように設計されている。

以下の説明では、発光素子１００２の実装位置が所定の位置からＸ方向にずれたと仮定する。この場合、光源像１００５も所定の位置からＸ方向にずれる。発光素子１００２のずれ量（実装誤差）をｘ１とし、光源像１００５のずれ量をｘ２とする。また、発光素子１００２の光射出面１００２ａからコリメートレンズ１００３の主点ＣＰ１ａまでの距離、すなわち間隔Ｌａの値をＬ１とする。すなわち、コリメートレンズ１００３の焦点距離はＬ１である。また、集光レンズ１００４の主点ＣＰ２から光源像１００５までの距離をＬ２とする。

結像の公式から（１）式が導かれる。
ｘ１：Ｌ１＝ｘ２：Ｌ２ …（１）
（１）式より、光源像１００５のずれ量ｘ２は（２）式で表される。
ｘ２＝（Ｌ２／Ｌ１）×ｘ１ …（２）

これに対し、図６に示すように、本実施形態の光源装置２において、発光素子２１２は、配列面Ｆ１と垂直な方向から角度β（０°＜β＜９０°）だけ傾いた方向に光を射出する。

コリメートレンズ２２０と発光素子２１２との位置関係は、コリメートレンズ２２０の光軸ＣＸが発光素子２１２から射出された光の主光線ＢＬから所定の方向に所定の量だけずれているように設計されている。間隔Ｌの値はＬ１であり、コリメートレンズ２２０の焦点距離はＬ３である。したがって、コリメートレンズ２２０の焦点距離Ｌ３は、コリメートレンズ１００３の焦点距離Ｌ１よりも大きい。

発光素子２１２の実装位置が所定の位置からＸ方向にずれると、光源像１０５も所定の位置からＸ方向にずれる。発光素子２１２のずれ量（実装誤差）をｘ１とし、光源像１０５のずれ量をｘ３とする。また、発光素子２１２の光射出面２１２ａからコリメートレンズ２２０の主点ＣＰ１までの距離をＬ３とし、集光レンズ１０４の主点ＣＰ２から光源像１０５までの距離をＬ２とする。

結像の公式から（３）式が導かれる。
ｘ１：Ｌ３＝ｘ３：Ｌ２ …（３）
（３）式より、光源像１０５のずれ量ｘ３は（４）式で表される。
ｘ３＝（Ｌ２／Ｌ３）×ｘ１ …（４）
ここで、Ｌ３＝Ｌ１／cosβを用いて（４）式を書き換えると（５）式となる。
ｘ３＝（Ｌ２／Ｌ１）×ｘ１×cosβ …（５）
（２）式および（５）式から、
ｘ３＝ｘ２×cosβ …（５）

以上説明したように、本実施形態の光源装置２によれば、発光部２１からの光の射出方向を第２方向から角度βだけ傾けたことによって、発光素子２１２の位置ずれに伴う光源像のずれ量を従来のずれ量のcosβ倍とすることができる。換言すると、本実施形態の光源装置２では、発光素子２１２の位置ずれが生じたとしても、発光素子２１２の位置ずれに伴う光源像のずれ量を従来よりも小さくすることができる。このように、主光線ＢＬ、すなわち発光素子２１２の光軸と、発光素子２１２に対応したコリメートレンズ２２０の光軸ＣＸと、の相対的関係に対する許容誤差が大きい光源装置２を提供することができる。

これにより、本実施形態の照明装置７０では、蛍光体層４７上で光源像１０５が所定の位置からずれにくいため、蛍光体層４７から射出された蛍光光のうち、後段の光学系で利用できない成分の発生が従来の照明装置よりも低減されている。また、本実施形態のプロジェクター１は上記の照明装置７０を備えているため、光利用効率に優れている。

また、本実施形態の光源装置２において、複数の発光素子２１２からの光の射出方向が互いに平行であるため、コリメート光学系２２の後段における各主光線ＢＬのＸ方向のピッチを、従来技術と同様、発光素子２１２のＸ方向のピッチと略等しくすることができる。全ての発光素子２１２に対してコリメート光学系２２の後段における主光線ＢＬとＺ方向とのなす角度を０°に設定すれば、従来と同じ大きさの光学系をコリメート光学系２２の後段に配置することができる。他方で、各発光素子２１２から射出された光がその発光素子２１２に対応していないコリメートレンズ２２０にけられない範囲でコリメート光学系２２の後段における主光線ＢＬとＺ方向とのなす角度を０°よりも大きい値に設定すれば、コリメート光学系２２の後段における各主光線ＢＬのＸＺ面におけるピッチが発光素子２１２のＸ方向のピッチよりも短いため、従来よりも小さい光学系をコリメート光学系２２の後段に配置できる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図７および図８を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターおよび照明装置の構成は第１実施形態と同様であり、光源装置１２の構成が第１実施形態の光源装置２と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の説明は省略し、光源装置１２についてのみ説明する。
図７は、本実施形態の光源装置１２の平面図である。図８は、本実施形態の光源装置１２のＹ方向と垂直な断面図であり、図７のVIII−VIII線に沿う断面図である。図９は、本実施形態の光源装置１２のＸ方向と垂直な断面図であって、図７のIX−IX線に沿う断面図である。
図７〜図９において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図７〜図９に示すように、光源装置１２は、発光部２３と、コリメート光学系３５と、を備えている。発光部２３は、基板２１０と、複数のサブマウント２１５と、複数の発光素子２１２と、複数のプリズム２１６と、を備えている。コリメート光学系３５は、第１のシリンドリカルレンズアレイ３５Ａと、第２のシリンドリカルレンズアレイ３５Ｂと、を備えている。図８に示すように、光源装置１２において、発光素子２１２は、被支持面２１２ｅがサブマウント２１５の上面２１５ａに接するように設けられ、−Ｘ方向もしくは＋Ｘ方向に光を射出する。

図８において、Ｚ方向と平行な光軸ＡＸ０の左側の２つの発光素子２１２と、光軸ＡＸ０の右側の２つの発光素子２１２と、では、光の射出方向が逆向きになっている。すなわち、左側の２つの発光素子２１２は、光射出面２１２ｄが−Ｘ方向を向くように配置され、−Ｘ方向に光を射出する。右側の２つの発光素子２１２は、光射出面２１２ｄが＋Ｘ方向を向くように配置され、＋Ｘ方向に光を射出する。

図７に示すように、本実施形態においても、第１実施形態と同様、複数の発光素子２１２は、Ｘ方向およびＹ方向に格子状に配列されている。複数の発光素子２１２は、光軸ＡＸ０を含み、Ｘ方向に垂直な平面ＦＡに対して面対称に設けられている。

プリズム２１６は、当該プリズム２１６に対応する発光素子２１２から射出される光の光路上に設けられている。プリズム２１６は、発光素子２１２からの光の射出方向に平行、かつ基板２１０の第１面２１０ａに垂直な平面（ＸＺ平面）で切断した断面形状が三角形状を呈する。プリズム２１６は、各発光素子２１２から射出された光が入射する入射面２１６ａと、光を基板２１０の第１面２１０ａと交差する方向に向けて反射させる反射面２１６ｃと、を有する。

反射面２１６ｃは、基板２１０の第１面２１０ａに対して傾斜しており、反射面２１６ｃと第１面２１０ａとのなす角度（傾斜角度α）は０°より大きく、４５°よりも小さい。反射面２１６ｃの傾斜角度αがこのように設定されたことにより、発光素子２１２からプリズム２１６へ入射した光は、Ｚ方向から傾いた方向に発光部２３から射出される。

本実施形態の場合、図８において、左側の２つの発光素子２１２と右側の２つの発光素子２１２とでは、発光部２３から射出された主光線ＢＬのＺ方向に対する傾き方向が逆である。すなわち、Ｙ方向から見たとき、Ｚ方向を基準として時計回りに見た角度を正の角度と定義すると、右側の２つの発光素子２１２では、発光部２３から射出された主光線ＢＬの傾斜角度は正（＋θ）であり、左側の２つの発光素子２１２では、発光部２３から射出された主光線ＢＬの傾斜角度は負（−θ）である。

本実施形態の場合、プリズム２１６は、透光性部材２１４の収容空間Ｓ側の面に接合されている。ただし、プリズム２１６は、必ずしも透光性部材２１４に接合されていなくてもよい。

図７および図９に示すように、Ｙ方向に配列された４個の発光素子２１２に対応して共通の一つのプリズム２１６が設けられている。したがって、Ｙ方向に配列された４個の発光素子２１２から射出された各光は、一つのプリズム２１６の反射面２１６ｃで反射する。ただし、１つのプリズム２１６にただ１つの発光素子２１２を対応させてもよい。１つのプリズム２１６に対応する発光素子２１２の個数は適宜設定できる。

以下、説明の便宜上、図８に示す４個の発光素子２１２のうち、左から２番目の発光素子２１２を第１の発光素子２１２Ａと称し、その右隣の発光素子２１２を第２の発光素子２１２Ｂと称する。また、第１の発光素子２１２Ａに対応するプリズム２１６を第１のプリズム２１６Ａと称し、第２の発光素子２１２Ｂに対応するプリズム２１６を第２のプリズム２１６Ｂと称する。第１のプリズム２１６Ａの反射面を第１の反射面２１６ｃＡと称し、第２のプリズム２１６Ｂの反射面を第２の反射面２１６ｃＢと称する。すなわち、発光部２３は、Ｘ方向に配列された第１の発光素子２１２Ａと第２の発光素子２１２Ｂとを備えている。第１の光は、第１の発光素子２１２Ａから−Ｘ方向と略平行に射出され、第１の反射面２１６ｃＡで第１射出方向（第３方向）に反射される。第２の光は、第２の発光素子２１２Ｂから＋Ｘ方向と略平行に射出され、第２の反射面２１６ｃＢで第２射出方向（第４方向）に反射される。

発光部２３から射出された光は、第１のシリンドリカルレンズアレイ３５Ａおよび第２のシリンドリカルレンズアレイ３５Ｂをこの順に透過する。第１のシリンドリカルレンズアレイ３５Ａは、複数の第１のシリンドリカルレンズ３５１を備えている。第２のシリンドリカルレンズアレイ３５Ｂは、複数の第２のシリンドリカルレンズ３５２を備えている。

第１のシリンドリカルレンズ３５１は、平坦な一つの入射面３５１ａと、凸面からなる一つのレンズ面３５１ｂと、を有する。第２のシリンドリカルレンズ３５２は、平坦な一つの入射面３５２ａと、凸面からなる一つのレンズ面３５２ｂと、を有する。第１のシリンドリカルレンズ３５１は、ＸＺ平面において屈折力を有しており、ＹＺ平面においては屈折力を有していない。第２のシリンドリカルレンズ３５２は、ＹＺ平面において屈折力を有しており、ＸＺ平面においては屈折力を有していない。

第１実施形態と同様に、発光素子の配列面Ｆ１を定義する。配列面Ｆ１はＸＹ平面と平行である。第１のシリンドリカルレンズ３５１の母線の方向と第２のシリンドリカルレンズ３５２の母線の方向とは互いに直交しており、かつ配列面Ｆ１と平行である。

第１のシリンドリカルレンズ３５１は、発光部２３から射出された主光線ＢＬが入射面３５１ａに対して垂直に入射するように、配列面Ｆ１に対して傾いて設けられている。また、第１のシリンドリカルレンズ３５１は、主光線ＢＬが第１のシリンドリカルレンズ３５１の頂部を通らないように設けられている。これにより、発光部２３から射出された主光線ＢＬは、第１のシリンドリカルレンズ３５１のレンズ面３５１ｂによって屈折される。本実施形態においては、主光線ＢＬは略Ｚ方向に射出される。

図８の右端の発光素子２１２で示すように、発光素子２１２からＸ方向に射出された光は、ＸＺ面における発散角がＸＹ面における発散角よりも大きいビーム形状を有する。したがって、発光素子２１２から射出された光のＸＺ面内での平行化は、発光素子に近い側に位置する第１のシリンドリカルレンズ３５１によって行うことが望ましい。

一方、図９に示すように、第２のシリンドリカルレンズ３５２は、Ｘ方向から見たとき、第１のシリンドリカルレンズ３５１を透過した主光線ＢＬが入射面３５２ａに対して垂直に入射するように、入射面３５２ａが配列面Ｆ１と平行になるように設けられている。また、第２のシリンドリカルレンズ３５２は、主光線ＢＬが第２のシリンドリカルレンズ３５２の頂部を通るように設けられている。これにより、第１のシリンドリカルレンズ３５１を透過した主光線ＢＬは、第２のシリンドリカルレンズ３５２で屈折することなく直進する。

以下、説明の便宜上、図７に示すように、Ｚ方向から見たとき、第１のシリンドリカルレンズ３５１と第２のシリンドリカルレンズ３５２との交差部のうち、第１の発光素子２１２Ａに対応した交差部を第１のコリメート光学系３５ＡＡと称する。言い換えれば、第１のコリメート光学系３５ＡＡは、第１のシリンドリカルレンズ３５１のうち第１の発光素子２１２Ａに対応した部分と、第２のシリンドリカルレンズ３５２のうち第１の発光素子２１２Ａに対応した部分とのペアである。同様に、第１のシリンドリカルレンズ３５１と第２のシリンドリカルレンズ３５２との交差部のうち第２の発光素子２１２Ｂに対応した交差部を第２のコリメート光学系３５ＢＢと称する。

本実施形態において、第１のコリメート光学系３５ＡＡは、第１のコリメート光学系３５ＡＡから射出された第１の光の主光線ＢＬとＺ方向とのなす角度が、第１のコリメート光学系３５ＡＡに入射する前の第１の光の主光線ＢＬとＺ方向とのなす角度よりも小さくなるように配置されている。第２のコリメート光学系３５ＢＢは、第２のコリメート光学系３５ＢＢから射出された第２の光の主光線ＢＬとＺ方向とのなす角度が第２のコリメート光学系３５ＢＢに入射する前の第２の光の主光線ＢＬとＺ方向とのなす角度よりも小さくなるように配置されている。また、Ｚ方向（第２方向）と第１射出方向（第３方向）とに垂直な方向から見たとき、Ｚ方向は第１射出方向と第２射出方向（第４方向）との間に位置している。

本実施形態においても、発光部２３からの光の射出方向を第２方向に対して角度＋θもしくは−θだけ傾けたことによって、発光素子２１２の光軸と、発光素子２１２に対応したコリメート光学系との相対的関係に対する許容誤差が従来よりも大きい光源装置１２を提供できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。具体的には、Ｚ方向における発光素子２１２とプリズム２１６との相対的関係に対する許容誤差が従来よりも大きい。

また、本実施形態の光源装置１２では、発光素子２１２から−Ｘ方向もしくは＋Ｘ方向に射出された光の主光線ＢＬがプリズム２１６によって反射される構成であるため、発光部２３からの光の射出方向をプリズム２１６の反射面２１６ｃの傾斜角度で調整することができる。そのため、例えば第１実施形態のようにサブマウントに傾斜面を設ける必要がない。これにより、サブマウント２１５の構成を簡略化することができ、光源装置１２の製作が容易になる。

また、本実施形態の光源装置１２では、発光素子２１２がサブマウント２１５の上面２１５ａに設けられているため、サブマウント２１５の高さ（Ｚ方向のサイズ）を第１実施形態のサブマウント２１１よりも低くすることができる。そのため、発光素子２１２の熱がサブマウント２１５を介して基板２１０に伝わりやすくなり、第１実施形態に比べて発光素子２１２の放熱性を高めることができる。これにより、発光素子２１２の発光効率を高めることができる。

また、本実施形態の光源装置１２では、第１の発光素子２１２Ａと第２の発光素子２１２Ｂとでは、発光部２３から射出された主光線ＢＬのＺ方向に対する傾き方向が逆であるため、コリメート光学系３５を射出した後の光線束は光軸ＡＸ０を中心として対称性の高い強度分布を有する。したがって、光源装置１２は、対称性の高い強度分布を要求される光学系に好適である。対称性の高い強度分布を要求される光学系としては、以下の例が挙げられる。

例えば本実施形態のように、蛍光体層４７に複数の光（励起光）を重畳させる場合、励起光の強度分布の偏りを減らすことができ、蛍光体層４７上の照度分布を平均化することができる。その結果、蛍光体層４７の発光効率を高めることができる。

もしくは、拡散反射板５２に複数の光を重畳させる場合、拡散反射板５２上の照度分布を平均化することができる。その結果、光変調装置等の被照明対象を均一に照明することができる。もしくは、光変調装置等の被照明対象を直接照明する照明装置として光源装置１２を用いた場合、強度分布の偏りを減らすことができるため、照度ムラ、色ムラ等を減らすことができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１０〜図１２を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターおよび照明装置の構成は第１実施形態と同様であり、光源装置６２の構成が第１実施形態の光源装置２と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の説明は省略し、光源装置６２についてのみ説明する。
図１０は、本実施形態の光源装置６２のＹ方向と垂直な断面図である。図１１は、本実施形態の光源装置６２のＸ方向と垂直な断面図であり、図１０のXI−XI線に沿う断面図である。図１２は、本実施形態の光源装置６２におけるコリメート光学系を示す斜視図である。
図１０〜図１２において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１０〜図１２に示すように、本実施形態の光源装置６２において、発光部２３の構成は第２実施形態の発光部２３と同様であり、コリメート光学系６３の構成が第２実施形態のコリメート光学系３５と異なる。

コリメート光学系６３は、第１のシリンドリカルレンズアレイ６３Ａと、第２のシリンドリカルレンズアレイ６３Ｂと、を備えている。第１のシリンドリカルレンズアレイ６３Ａは、複数の第１のシリンドリカルレンズ６３１を備えている。第２のシリンドリカルレンズアレイ６３Ｂは、複数の第２のシリンドリカルレンズ６３２を備えている。

第１のシリンドリカルレンズ６３１は、平坦な一つの入射面６３１ａと凸面からなる一つのレンズ面６３１ｂとを有する。第２のシリンドリカルレンズ６３２は、平坦な一つの入射面６３２ａと、凸面からなる一つのレンズ面６３２ｂと、を有する。第１のシリンドリカルレンズ６３１は、ＸＺ平面において屈折力を有しており、ＹＺ平面においては屈折力を有していない。第２のシリンドリカルレンズ６３２は、ＹＺ平面において屈折力を有しており、ＸＺ平面においては屈折力を有していない。

第２実施形態と同様に、発光素子の配列面Ｆ１を定義する。配列面Ｆ１はＸＹ面と平行である。第１のシリンドリカルレンズ６３１の母線の方向と、第２のシリンドリカルレンズ６３２の母線の方向と、は互いに直交している。第１のシリンドリカルレンズ６３１の母線は配列面Ｆ１と平行であるが、第２のシリンドリカルレンズ６３２の母線は配列面Ｆ１に対して傾いている。

第１のシリンドリカルレンズ６３１は、発光部２３から射出された主光線ＢＬが入射面６３１ａに対して垂直に入射するように、配列面Ｆ１に対して傾いて設けられている。また、第１のシリンドリカルレンズ６３１は、主光線ＢＬが第１のシリンドリカルレンズ６３１の頂部を通るように設けられている。これにより、発光部２３から射出された主光線ＢＬは、第１のシリンドリカルレンズ６３１で屈折することなく直進する。

一方、図１０および図１２に示すように、第２のシリンドリカルレンズ６３２は、Ｙ方向から見て、入射面６３２ａと第２のシリンドリカルレンズ６３２の母線とが非平行となるように形成されている。図１１に示すように、Ｘ方向から見たとき、第１のシリンドリカルレンズ６３１を透過した主光線ＢＬは、入射面６３２ａに対して垂直に入射し、第２のシリンドリカルレンズ６３２の頂部を通過する。Ｙ方向から見たとき、第２のシリンドリカルレンズ６３２は、第１のシリンドリカルレンズ６３１から射出された主光線ＢＬが入射面６３２ａに対して０°以外の入射角で入射するように、入射面６３２ａが配列面Ｆ１から傾いた状態で設けられている。これにより、主光線ＢＬは、ＸＺ面において、入射面６３２ａとレンズ面６３２ｂのそれぞれで屈折し、略Ｚ方向に射出される。このように、本実施形態の場合、発光部２３から射出された主光線ＢＬは、第２のシリンドリカルレンズ６３２によって屈折する。

本実施形態においても、発光部２３からの光の射出方向を第２方向に対して角度＋θもしくは−θだけ傾けたことによって、発光素子２１２の光軸とコリメート光学系６３との相対的関係に対する許容誤差が従来よりも大きい光源装置６２を提供できる、という第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態においても、プリズム２１６を用いたことによってサブマウント２１５の構成を簡略化できる、発光素子２１２の放熱性を高めることで発光素子２１２の発光効率を向上できる、対称性の高い強度分布を要求される光学系に好適である、等の第２実施形態と同様の効果が得られる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１３〜図１５を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターおよび照明装置の構成は第１実施形態と同様であり、光源装置７２の構成が第１実施形態の光源装置２と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の説明は省略し、光源装置７２についてのみ説明する。
図１３〜図１５において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１３は、本実施形態の光源装置７２の平面図である。図１３では、発光部７６の図示を簡略化している。
光源装置７２は、複数の光を射出する第１光源ユニット７３と、複数の光を射出する第２光源ユニット７４と、光合成部７５と、を備えている。光合成部７５は、第１光源ユニット７３から射出された複数の光と、第２光源ユニット７４から射出された複数の光と、を合成する。第１光源ユニット７３は、光軸ＡＸ０上に設けられ、光軸ＡＸ０と平行な方向（Ｚ方向）に複数の光を射出する。第２光源ユニット７４は、光軸ＡＸ０と直交する光軸ＡＸ２上に設けられ、光軸ＡＸ２と平行な方向（Ｙ方向）に複数の光を射出する。光源装置７２は、光合成部７５によって合成した光をＺ方向に射出する。
なお、図１３においては、第１光源ユニット７３および第２光源ユニット７４を簡略化して示している。これら光源ユニットの詳細な構成については、図１４および図１５を用いて以下、詳しく説明する。

第１光源ユニット７３と第２光源ユニット７４とは同じ構成であるため、以下、これら光源ユニットの構成を第１光源ユニット７３で代表して説明する。第１光源ユニット７３および第２光源ユニット７４のそれぞれは、第１〜第３実施形態の光源装置に対応する。

第１光源ユニット７３は、発光部７６と、コリメート光学系７７と、を備えている。

図１４は、第１光源ユニット７３のＹ方向と垂直な断面図であり、図１３のXIV−XIV線に沿う断面図である。
図１４に示すように、サブマウント７６１は、ＸＺ断面において長方形状の形状を有している。各発光素子２１２は、各発光素子２１２に対応した各サブマウント７６１の側面７６１ｃの上部に設けられている。

図１５は、第１光源ユニット７３のＸ方向と垂直な断面図であり、図１４のXV−XV線に沿う断面図である。
図１５に示すように、４個の発光素子２１２が一つのサブマウント７６１に実装されている。ただし、一つのサブマウント７６１にただ１つの発光素子２１２が実装されていてもよい。一つのサブマウント７６１に実装されている発光素子２１２の個数は適宜設定できる。発光部７６は、ＹＺ平面において、各発光素子２１２から射出された光の主光線ＢＬをＺ方向から傾いた方向に射出するように構成されている。

本実施形態の場合、図１５に示すように、ＹＺ平面に垂直な方向から見て、左側の２つの発光素子２１２と右側の２つの発光素子２１２とでは、Ｚ方向に対する光の射出方向の傾きが逆である。

以下、説明の便宜上、図１５に示す４個の発光素子２１２のうち、右から２番目の発光素子２１２を第１の発光素子２１２Ａと称し、左から２番目の発光素子２１２を第２の発光素子２１２Ｂと称し、左端の発光素子２１２を第３の発光素子２１２Ｃと称する。

Ｚ方向と第１射出方向（第３方向）とに垂直な方向から見たとき、第２の発光素子２１２Ｂは第１の発光素子２１２Ａと第３の発光素子２１２Ｃとの間に位置しており、発光部７６は、第３の発光素子２１２Ｃから射出された第３の光の主光線ＢＬを、Ｚ方向（第２方向）から傾いた第３射出方向（第５方向）に射出するように構成されている。第２射出方向（第４方向）はＺ方向と第３射出方向との間に位置している。

ここで、発光部７６とコリメート光学系７７との間の光路における主光線ＢＬとＺ方向とのなす角度を主光線ＢＬの傾き角と称する。
右端の発光素子２１２から射出された光の主光線ＢＬの傾き角をθａ、第１の発光素子２１２Ａから射出された光の傾き角をθｂ、第２の発光素子２１２Ｂから射出された光の傾き角をθｃ、第３の発光素子２１２Ｃから射出された光の傾き角をθｄとする。Ｘ方向から見たとき、Ｚ方向を基準として時計回りを正の角度と定義すると、本実施形態では、θａおよびθｂは正であり、θｃおよびθｄは負である。また、｜θａ｜＝｜θｄ｜，｜θｂ｜＝｜θｃ｜，θａ＞θｂである。つまり、光軸ＡＸ０を含む面ＦＡを対称面として、対称面と発光素子２１２との距離が大きいほど、主光線ＢＬの傾き角が大きい。

コリメート光学系７７は、第１のシリンドリカルレンズアレイ７７Ａと、第２のシリンドリカルレンズアレイ７７Ｂと、を備えている。第１のシリンドリカルレンズアレイ７７Ａは、複数の第１のシリンドリカルレンズ７７１を備えている。第２のシリンドリカルレンズアレイ７７Ｂは、複数の第２のシリンドリカルレンズ７７２を備えている。

第１のシリンドリカルレンズ７７１は、平坦な一つの入射面７７１ａと、凸面からなる一つのレンズ面７７１ｂと、を有する。第２のシリンドリカルレンズ７７２は、平坦な一つの入射面７７２ａと、凸面からなる一つのレンズ面７７２ｂと、を有する。第１のシリンドリカルレンズ７７１は、ＸＺ平面において屈折力を有しており、ＹＺ平面においては屈折力を有していない。第２のシリンドリカルレンズ７７２は、ＹＺ平面において屈折力を有しており、ＸＺ平面においては屈折力を有していない。

第２実施形態と同様に、発光素子の配列面Ｆ１を定義する。配列面Ｆ１はＸＹ面と平行である。第１のシリンドリカルレンズ７７１の母線の方向と第２のシリンドリカルレンズ７７２の母線の方向とは互いに直交している。第１のシリンドリカルレンズ７７１の母線は配列面Ｆ１に対して傾いているが、第２のシリンドリカルレンズ７７２の母線は配列面Ｆ１と平行である。

第１のシリンドリカルレンズ７７１は、発光部７６から射出された主光線ＢＬが入射面７７１ａに対して垂直に入射するように、配列面Ｆ１に対して傾いて設けられている。また、第１のシリンドリカルレンズ７７１は、主光線ＢＬが第１のシリンドリカルレンズ７７１の頂部を通るように設けられている。したがって、発光部７６から射出された主光線ＢＬは、第１のシリンドリカルレンズ７７１で屈折することなく直進する。

一方、第２のシリンドリカルレンズ７７２は、第１のシリンドリカルレンズ７７１から射出された主光線ＢＬが入射面７７２ａに対して垂直に入射するように、入射面７７２ａが配列面Ｆ１に対して傾いて設けられている。図１４に示す４個の第２のシリンドリカルレンズ７７２のうち、外側の２個の第２のシリンドリカルレンズ７７２の入射面７７２ａの配列面Ｆ１に対する傾斜角度は、内側の２個の第２のシリンドリカルレンズ７７２の入射面７７２ａの配列面Ｆ１に対する傾斜角度よりも大きい。また、外側の２個の第２のシリンドリカルレンズ７７２の幅Ｗ１は、内側の２個の第２のシリンドリカルレンズ７７２の幅Ｗ２よりも大きい。

また、４個の第１のシリンドリカルレンズ７７１のうち、外側の２個の第１のシリンドリカルレンズ７７１の焦点距離は、内側の２個の第１のシリンドリカルレンズ７７１の焦点距離よりも長い。また、４個の第２のシリンドリカルレンズ７７２のうち、外側の２個の第２のシリンドリカルレンズ７７２の焦点距離は、内側の２個の第２のシリンドリカルレンズ７７２の焦点距離よりも長い。

また、第２のシリンドリカルレンズ７７２は、第１のシリンドリカルレンズ７７１から射出された主光線ＢＬが当該第２のシリンドリカルレンズ７７２の頂部を通らないように設けられている。これにより、第１のシリンドリカルレンズ７７１から射出された主光線ＢＬは、第２のシリンドリカルレンズ７７２のレンズ面７７２ｂによって屈折される。本実施形態においては、主光線ＢＬは略Ｚ方向に射出される。

図１３に示すように、光合成部７５は、第１の光源ユニット７３から射出された複数の光、および第２の光源ユニット７４から射出された複数の光の光路上に設けられた板体により構成されている。光合成部７５は、光合成部７５の面法線方向が光軸ＡＸ０および光軸ＡＸ２に対して４５°の角度をなすように配置されている。

光合成部７５は、複数の反射領域７５Ｒと複数の光透過領域７５Ｔとを備えている。光合成部７５の面法線方向から見て、反射領域７５Ｒと光透過領域７５Ｔとが交互に配置されている。光合成部７５は、例えば一面に反射膜が形成された金属板にパンチ抜き加工を施すことによって製作することができる。光透過領域７５Ｔは、第１の光源ユニット７３から射出された複数の光をＺ方向に透過させ、反射領域７５Ｒは、第２の光源ユニット７４から射出された複数の光をＺ方向に反射する。このように、光合成部７５は合成光を生成し、Ｚ方向に射出させる。

本実施形態においても、発光部７６からの光の射出方向を光軸ＡＸ０に対して傾けているため、第１実施形態と同様の効果が得られる。

各発光素子２１２からの光の射出方向に分布を持たせる場合、本実施形態のように各発光素子２１２をサブマウント７６１の側面７６１ｃに互いに異なる向きに実装することが考えられる。この場合、発光素子２１２の傾斜角度を規制する部材が存在しないため、発光素子２１２の傾斜角度の誤差が大きくなりやすい。しかし、本実施形態の構成によれば、発光素子２１２の実装の許容誤差を大きくできる。

光合成部７５を光軸ＡＸ０と平行な方向から見たときの光透過領域７５Ｔの幅Ｗ３１は、その光透過領域７５Ｔを透過すべき光のＹ方向の幅Ｄ３１以上であることが望ましい。また、光合成部７５を光軸ＡＸ２と平行な方向から見たときの反射領域７５Ｒの幅Ｗ３２は、その反射領域７５Ｒで反射すべき光のＺ方向の幅Ｄ３２以上であることが望ましい。その理由は、以下の通りである。幅Ｄ３２が幅Ｗ３２よりも大きい場合、反射領域７５Ｒで反射されるべき光の一部は光透過領域７５Ｔを透過し、合成光束の射出方向に進まない。また、幅Ｄ３１が幅Ｗ３１よりも大きい場合、光透過領域７５Ｔを透過すべき光の一部は反射領域７５Ｒで反射され、合成光束の射出方向に進まない。そのため、光の損失が生じる。ところが、上記光の損失を低減するためには、第１光源ユニット７３および第２光源ユニット７４における発光素子２１２の配列ピッチを大きくする必要がある。このことは、各光源ユニット７３，７４が大型化する、という問題を引き起こす。

上記の問題に対して、本実施形態の光源装置７２においては、図１３に示すように、ＹＺ平面に垂直な方向から見て、光軸ＡＸ０に対して傾いた方向に光を射出する発光部７６とコリメート光学系７７とを組み合わせたことによって、複数の光ビームのピッチを発光素子２１２の配列ピッチよりも大きくすることができる。第２光源ユニット７４も同様である。そのため、各光源ユニット７３，７４の発光素子２１２間のピッチが小さい場合でも、光合成部７５によって合成光線束を生成する際の光の損失を低減することができる。これにより、小型の光源ユニット７３，７４を備え、かつ光の損失が小さい光源装置７２を実現することができる。

また、各光源ユニット７３，７４においては、光軸ＡＸ０を含む面ＦＡと発光素子２１２との距離が大きいほど、発光部７６から射出されたときの主光線ＢＬの傾き角が大きいため、面ＦＡから遠い発光素子２１２における実装の許容誤差は、面ＦＡに近い発光素子２１２における実装の許容誤差よりも大きい。よって、発光部７６全体としての発光素子２１２の光軸とコリメート光学系７７の光軸との相対的関係の影響がより小さい。また、コリメート光学系７７を射出した各主光線ＢＬの間隔を互いに等しくすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記第４実施形態では、発光素子の射出方向をＹＺ平面内で傾けるとともに、光の主光線が第２のシリンドリカルレンズの中心軸からずれた位置に入射しているが、この構成に代えて、ＹＺ平面の面法線方向から見て平坦な入射面とレンズ面の母線とが非平行とされた第１シリンドリカルレンズを用いてもよい。また、上記実施形態では、ＸＺ平面もしくはＹＺ平面のいずれか一方において発光素子の射出方向を傾けた例を示したが、ＸＺ平面およびＹＺ平面の双方において発光素子の射出方向を傾けてもよい。また、上記実施形態では、コリメート光学系を構成するレンズとして平凸レンズを用いたが、両凸レンズを用いてもよい。

また、上記実施形態では、｜θａ｜＝｜θｄ｜，｜θｂ｜＝｜θｃ｜としたが、これに限られない。例えば、｜θａ｜が｜θｄ｜と等しくなくてもよい。光軸ＡＸ０を含む面ＦＡを対称面として、対称面と発光素子２１２との距離が大きいほど、主光線ＢＬの傾き角が大きければよい。

上記の各実施形態の光源装置は、複数の発光素子が二次元的に配列された発光部を備えていたが、複数の発光素子が一次元的に配列された発光部を備えていてもよい。

上記の各実施形態では、発光素子の実装位置に誤差が生じた場合について説明したが、コリメート光学系の実装位置に誤差が生じた場合にも本発明は効果を発揮する。

その他、光源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、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、１２，６２，７２…光源装置、２１，２３，７６…発光部、３５ＡＡ…第１のコリメート光学系、３５ＢＢ…第２のコリメート光学系、６０…投射光学系、２１２Ａ…第１の発光素子、２１２Ｂ…第２の発光素子、２１２Ｃ…第３の発光素子、２１６ｃＡ…第１の反射面、２１６ｃＢ…第２の反射面。

Claims (9)

1. 第１方向に配列された第１の発光素子と第２の発光素子とを備えた発光部と、
   前記第１の発光素子から射出された第１の光が入射する第１のコリメート光学系と、
   前記第２の発光素子から射出された第２の光が入射する第２のコリメート光学系と、を備え、
   前記発光部は、前記第１の光が前記第１方向と垂直な第２方向から傾いた第３方向に前記発光部から射出され、前記第２の光が前記第２方向から傾いた第４方向に前記発光部から射出されるように構成されており、
   前記第１のコリメート光学系は、前記第１のコリメート光学系から射出された前記第１の光の主光線と前記第２方向とのなす角度が前記第１のコリメート光学系に入射する前の前記第１の光の主光線と前記第２方向とのなす角度よりも小さくなるように配置され、
   前記第２のコリメート光学系は、前記第２のコリメート光学系から射出された前記第２の光の主光線と前記第２方向とのなす角度が前記第２のコリメート光学系に入射する前の前記第２の光の主光線と前記第２方向とのなす角度よりも小さくなるように配置されている、光源装置。
2. 前記第１のコリメート光学系は、少なくとも一つの第１のレンズ面を有し、
   前記第２のコリメート光学系は、少なくとも一つの第２のレンズ面を有し、
   前記第１のレンズ面に対する、前記第１の光の主光線の入射角は、０°より大きく９０°より小さく、
   前記第２のレンズ面に対する、前記第２の光の主光線の入射角は、０°より大きく９０°より小さい、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２方向と前記第３方向とに垂直な方向から見たとき、前記第２方向は前記第３方向と前記第４方向との間に位置している、請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記発光部は、第３の発光素子をさらに備えるとともに、前記第３の発光素子から射出された第３の光を、前記第２方向から傾いた第５方向に射出するように構成され、
   前記第２方向と前記第３方向とに垂直な方向から見たとき、前記第２の発光素子は前記第１の発光素子と前記第３の発光素子との間に位置し、前記第４方向は前記第２方向と前記第５方向との間に位置しており、
   前記発光部から射出されたときの前記第３の光の主光線と前記第２方向とのなす角度は、前記発光部から射出されたときの前記第２の光の主光線と前記第２方向とのなす角度よりも大きい、請求項２に記載の光源装置。
5. 前記第３方向は前記第４方向と平行である、請求項１に記載の光源装置。
6. 前記発光部は、第１の反射面と第２の反射面とをさらに備え、
   前記第１の光は、前記第１の発光素子から前記第１方向と略平行に射出され、
   前記第１の発光素子から射出された前記第１の光は、前記第１の反射面で前記第３方向に反射され、
   前記第２の光は、前記第２の発光素子から前記第１方向と略平行に射出され、
   前記第２の発光素子から射出された前記第２の光は、前記第２の反射面で前記第４方向に反射される、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光源装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光源装置を備えた照明装置。
8. 前記第１の光と前記第２の光のうち少なくとも一部が入射する蛍光体層をさらに備えた、請求項７に記載の照明装置。
9. 請求項７または請求項８に記載の光源装置を備えた照明装置と、
   前記照明装置から射出された照明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系と、を備えた、プロジェクター。

Images