光源装置及びプロジェクター
【課題】蛍光体から発せられる蛍光の利用効率を高めた光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置１００Ａは、発散光を射出する光源１０と、発散光が入射するレンズ４１と、レンズ４１の光入射面に設けられた反射防止膜と、を備えた光源装置１００Ａであって、光入射面に垂直に入射する光に対する光入射面の反射率が、レンズ４１の光軸からの距離に応じて異なる。
【解決手段】光源装置１００Ａは、発散光を射出する光源１０と、発散光が入射するレンズ４１と、レンズ４１の光入射面に設けられた反射防止膜と、を備えた光源装置１００Ａであって、光入射面に垂直に入射する光に対する光入射面の反射率が、レンズ４１の光軸からの距離に応じて異なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及びプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターに用いられる光源装置の一つとして、レーザー光を励起光として蛍光体に照射し、励起光とは異なる波長の蛍光を発生させる光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８６８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蛍光体ホイールの蛍光体層から射出される蛍光は、ランバート放射に近い角度分布である。そのためピックアップレンズの外周部に対する入射角度が大きくなり、ピックアップレンズの光入射面における反射光が多くなるという課題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、ピックアップレンズにおける反射光を低減することができる光源装置及びプロジェクターを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光源装置は、発散光を射出する光源と、前記発散光が入射するレンズと、前記レンズの光入射面に設けられた反射防止膜と、を備えた光源装置であって、前記光入射面に垂直に入射する光に対する前記光入射面の反射率が、前記レンズの光軸からの距離に応じて異なることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、垂直に入射する光に対する光入射面の反射率をレンズの光軸からの距離に応じて異ならせることで、反射防止膜の干渉条件を、光源から入射する光の入射角度に応じて設定することができる。これにより、光入射面のうち光軸位置から離れた位置に大きな入射角で入射する光に対する光入射面の反射率と光入射面のうち光軸位置の近傍に小さな入射角で入射する光に対する光入射面の反射率との差を小さくすることができる。従って、光入射面のうち光軸位置から離れた位置においても光入射面による反射光を低減することができ、これにより、光源から射出された光が効率的にレンズに取り込まれる光源装置を実現できる。
【０００８】
前記反射防止膜の厚さが前記レンズの光軸位置において最大である構成としてもよい。
この構成によれば、光軸位置以外の反射防止膜の膜厚が光軸位置における膜厚よりも薄くなるため、光入射面のうち光軸から離れた位置に大きな角度で入射する光についても、反射防止膜の干渉条件がずれにくくなる。これにより、光入射面による反射光を低減することができる。
【０００９】
前記発散光のうち前記光入射面に第１の入射角で入射する光の前記反射防止膜内での光路長が、前記発散光のうち前記光入射面に前記第１の入射角とは異なる第２の入射角で入射する光の前記反射防止膜内での光路長と等しい構成としてもよい。
この構成によれば、反射防止膜の全体で入射光の干渉条件を満たすことができるため、光入射面による反射光を大きく低減することができる。
【００１０】
前記反射防止膜が、前記光入射面の中心部に形成された第１の反射防止膜と、前記第１の反射防止膜の周囲に形成された第２の反射防止膜とを有する構成としてもよい。
この構成によれば、光入射面のうち光軸位置から離れた位置に入射する光に対して最適化された反射防止膜を簡便に形成できる。
【００１１】
前記光入射面が凹面である構成としてもよい。この構成によれば、光入射面のうち光軸から離れた位置においても、レンズに対する入射角を小さくすることができるため、光源の光の利用効率を高めることができる。
【００１２】
前記発散光がランバート分布を有する光である構成としてもよい。上記構成は、このような大きく広がる発散光に対して特に有効である。
【００１３】
本発明のプロジェクターは、上記の光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系と、を備える。この構成によれば、光源装置における反射光が低減されたプロジェクターが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態プロジェクターの光学系を示す模式図。
【図２】蛍光板の一例を示す斜視図。
【図３】実施形態のピックアップレンズを示す図。
【図４】ピックアップレンズに形成された反射防止膜の作用説明図。
【図５】反射防止膜の他の構成を示す図。
【図６】ガラス基板上に反射防止膜を形成した光学素子の反射特性を示す図。
【図７】第２実施形態に係るピックアップレンズを示す図。
【図８】第３実施形態に係るピックアップレンズを示す図。
【図９】第４実施形態の光源装置を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
【００１６】
＜第１実施形態＞
以下、第１実施形態に係る光源装置とこれを備えたプロジェクターについて説明する。
【００１７】
図１は、プロジェクター１０００の光学系を示す模式図である。
図１に示すように、プロジェクター１０００は、光源装置１００Ａと、色分離導光光学系２００と、光変調装置としての液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００及び投写光学系６００と、を備えている。
【００１８】
光源装置１００Ａは、励起光源１０、第１集光レンズ２０、蛍光板３０、コリメート光学系４０、第２集光レンズ５０、ロッドインテグレーター６０、平行化レンズ７０を備えている。励起光源１０から射出される励起光ＥＬの光路上には、第１集光レンズ２０、蛍光板３０、コリメート光学系４０、第２集光レンズ５０、ロッドインテグレーター６０、平行化レンズ７０がこの順に配置されている。
【００１９】
励起光源１０は、例えば、基板上にレーザー光源を５個×５個の正方形状に２次元配列（合計２５個）で並べたレーザー光源アレイである。励起光源１０は、蛍光板３０が備える蛍光物質を励起させる励起光ＥＬとして、青色（発光強度のピーク：４５０ｎｍ付近）のレーザー光を射出する。
なお、励起光源１０は、蛍光板３０において蛍光物質を励起させることができる波長の光であれば、４５０ｎｍ以外のピーク波長を有する色光を射出する励起光源であっても構わない。
【００２０】
第１集光レンズ２０は、例えば凸レンズからなる。第１集光レンズ２０は、励起光源１０から射出されるレーザー光の光線軸上に配置され、励起光源１０から射出された励起光ＥＬ（複数のレーザー光）を、集光スポット径が１ｍｍ以下となるように集光する。
【００２１】
図２は、蛍光板３０の一例を示す斜視図である。
蛍光板３０は透過型の回転蛍光板である。蛍光板３０は、図２に示すように、モーター３３により回転駆動される円盤状の回転基板３１と、回転基板３１の周方向（回転方向）に沿って形成されたリング状の蛍光体３２とを有する。
【００２２】
回転基板３１の回転軸は、回転基板３１の厚さ方向（回転基板３１の板面の法線方向）に平行な方向である。蛍光体３２が形成された領域は、励起光ＥＬが入射する領域（励起光入射領域）Ｓを含む。モーター３３により回転基板３１が回転されることにより、蛍光体３２上の励起光入射領域Ｓが時間的に変動する。なお、回転基板３１の形状は、円盤状に限るものではない。
【００２３】
蛍光板３０は、使用時において例えば７５００ｒｐｍで回転する。詳しい説明は省略するが、蛍光板３０の直径は５０ｍｍであり、蛍光板３０に入射する励起光ＥＬの光軸が蛍光板３０の回転中心から約２２．５ｍｍ離れた場所に位置するように構成される。つまり、蛍光板３０は、励起光ＥＬの集光スポットが約１８ｍ／秒で蛍光体３２上を移動するような回転速度で回転する。
【００２４】
回転基板３１は、励起光ＥＬを透過する材料からなる。回転基板３１の材料としては、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等を用いることができる。本実施形態では、回転基板３１として、円盤状のガラス基板を使用する。図示していないが、回転基板３１の蛍光体３２が設けられている面と反対側の面には、誘電体多層膜が設けられている。誘電体多層膜はダイクロイックミラーとして機能し、励起光ＥＬ（４５０ｎｍ付近の光）は透過し、蛍光体３２から射出される蛍光の波長範囲（４９０ｎｍ〜７５０ｎｍ）を含む４９０ｎｍ以上の光は反射する。
励起光源１０から射出されたレーザー光（青色光）は、励起光ＥＬとして上記誘電体多層膜を介して蛍光体３２に入射し、蛍光体３２は励起光ＥＬが入射する側とは反対側に向けて蛍光（赤色光及び緑色光）を射出する。
【００２５】
蛍光体３２は、蛍光を発する蛍光体粒子を有しており、励起光ＥＬ（青色光）を吸収し、概ね４９０〜７５０ｎｍの蛍光に変換する機能を有する。この蛍光には、緑色光（波長５３０ｎｍ付近）及び赤色光（波長６３０ｎｍ付近）が含まれる。
【００２６】
蛍光体粒子は、図１に示す励起光源１０から射出される励起光ＥＬを吸収し、蛍光を発する粒子状の蛍光物質である。例えば、蛍光体粒子には、波長が約４５０ｎｍの青色光によって励起されて蛍光を発する物質が含まれており、励起光ＥＬの一部を、赤色の波長帯域から緑色の波長帯域まで含む光に変換して射出する。
【００２７】
蛍光体粒子としては、通常知られた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。例えば、平均粒径が１０μｍの（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅで示される組成のＹＡＧ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種であっても良く、２種以上の形成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ることとしても良い。
【００２８】
本実施形態の光源装置１００Ａでは、励起光源１０から蛍光体３２に励起光（レーザー光）を照射し、励起光を照射された位置の蛍光体粒子が蛍光を発する。この蛍光体３２から射出される光はランバート放射に近い角度分布を示す発散光である。本実施形態では、励起光源１０と蛍光体３２（蛍光板３０）とが、発散光を射出する光源として機能する。
【００２９】
コリメート光学系４０は、蛍光板３０から第２集光レンズ５０へ進行する光（励起光ＥＬ及び蛍光）の光路上に配置されている。コリメート光学系４０は、蛍光板３０からの光の広がりを抑えるピックアップレンズ４１と、ピックアップレンズ４１から入射される光を平行化するコリメーターレンズ４２と、各レンズ同士を固定するベース部４３と、を含んで構成されている。
ピックアップレンズ４１は、例えば平凸レンズからなり、コリメーターレンズ４２は、例えば凸レンズからなる。コリメート光学系４０は、蛍光板３０からの光を略平行化した状態で第２集光レンズ５０に入射させる。
【００３０】
図３は、本実施形態のピックアップレンズを示す図である。図３はピックアップレンズ４１の断面図である。図４はピックアップレンズ４１に形成された反射防止膜の作用説明図である。図５は反射防止膜の他の構成を示す図である。
【００３１】
ピックアップレンズ４１は、図３に示すように、ガラスや石英、プラスチック等からなるレンズ本体４１ａと、レンズ本体４１ａの光入射面４１ｂ（蛍光体３２からの光が入射するレンズ面）に形成された反射防止膜４５とを有する。
レンズ本体４１ａは、光入射面４１ｂが平坦面である一方、光入射面４１ｂと反対側の光射出面が非球面とされた平凸レンズである。レンズ本体４１ａの光軸Ｌは光入射面４１ｂの中心に位置する。
【００３２】
反射防止膜４５は、レンズ本体４１ａの光入射面４１ｂの中心（光軸位置）から径方向の外周側に向かって膜厚が薄くなるように形成されている。より詳しくは、図４に示すように、反射防止膜４５の膜厚は、光軸Ｌの位置において最大値ｄを持つ。また、光軸Ｌの位置から外周側では、蛍光体３２から照射される発散光の反射防止膜４５中での光路長が上記膜厚の最大値ｄに等しくなるように、反射防止膜４５の膜厚が設定されている。
【００３３】
反射防止膜４５は、例えば、ＭｇＦ２やＳｉＯ２の単層膜からなる。あるいは、図５に示すような多層膜からなるものとしてもよい。図５に示す多層構造の反射防止膜４５は、例えば、ＳｉＯ２からなる第１コート層４５ａと、ＺｒＯ２からなる第２コート層４５ｂと、ＭｇＦ２からなる第３コート層４５ｃとを、レンズ本体４１ａの光入射面４１ｂにこの順に形成したものである。第１コート層４５ａ〜第３コート層４５ｃの構成材料としては、上記以外にもＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＰｂＦ２、ＴｈＦ４、ＹＦ３、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２などを用いてもよい。
【００３４】
図５に示す多層構造の反射防止膜４５は、光軸Ｌの位置から径方向の外側に向かって各層の膜厚が薄くなるように形成される。光軸Ｌよりも外周側における各層の膜厚は、蛍光体３２から照射される発散光の反射防止膜４５中の各光路において、光軸Ｌの位置における各層の膜厚比が維持されるように形成することが好ましい。例えば、光軸Ｌの位置における第１コート層４５ａ〜第３コート層４５ｃの膜厚比が１：１：１であれば、光軸Ｌよりも外周側の光路Ｌｐ１における膜厚比及び光路Ｌｐ２における膜厚比もそれぞれ、１：１：１となるように各層の膜厚を設定することが好ましい。
【００３５】
反射防止膜４５は、公知の蒸着プロセスを用いて形成することができる。例えば、点蒸着源を用いて蒸着する場合に生じる膜厚分布を利用してレンズ本体４１ａの中心部と外周部とで膜厚を異ならせる方法が挙げられる。レンズ本体４１ａの外周側への蒸着流の一部を時間的、空間的に遮断して膜厚を薄くする方法を用いてもよい。
【００３６】
第２集光レンズ５０は、例えば凸レンズからなる。第２集光レンズ５０は、コリメート光学系４０（コリメーターレンズ４２）を透過する光の光線軸上（Ｚ軸上）に配置される。第２集光レンズ５０は、コリメート光学系４０を透過した光を集光する。
【００３７】
第２集光レンズ５０を透過した光は、ロッドインテグレーター６０の一端側に入射する。ロッドインテグレーター６０は、光路方向に延在する角柱状の光学部材であり、内部を透過する光に多重反射を生じさせることにより、第２集光レンズ５０を透過した光を混合し、輝度分布を均一化するものである。ロッドインテグレーター６０の光路方向に直交する断面形状は、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域の外形形状と略相似形である。
【００３８】
ロッドインテグレーター６０の他端側から射出された光は、平行化レンズ７０により平行化され、光源装置１００Ａから射出される。
【００３９】
色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０、反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０及びリレーレンズ２６０を備えている。色分離導光光学系２００は、光源装置１００Ａからの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの色光を照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂに導光する機能を有する。
【００４０】
ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を透過させる波長選択透過膜が形成されたミラーである。具体的には、ダイクロイックミラー２１０は、青色光成分を透過させ、赤色光成分及び緑色光成分を反射する。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、赤色光成分を透過させる。
【００４１】
反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０は、入射した光を反射するミラーである。具体的には、反射ミラー２３０は、ダイクロイックミラー２１０を透過した青色光成分を反射する。反射ミラー２４０、反射ミラー２５０は、ダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光成分を反射する。
【００４２】
ダイクロイックミラー２１０を透過した青色光は、反射ミラー２３０で反射され、青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射され、緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光は、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２６０、射出側の反射ミラー２５０を経て赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。
【００４３】
液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂは、通常知られたものを用いることができ、例えば、液晶素子４１０と液晶素子４１０を挟持する偏光素子４２０、偏光素子４３０とを有した、透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成される。偏光素子４２０、偏光素子４３０は、例えば透過軸が互いに直交する構成（クロスニコル配置）となっている。
【００４４】
液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、光源装置１００Ａの照明対象となる。これら液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ及び液晶光変調装置４００Ｂによって、入射された各色光の光変調が行われる。
【００４５】
例えば、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂは、一対の透明基板に液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像情報に応じて、入射側の偏光素子４２０から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
【００４６】
クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側の偏光素子４３０から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合せた平面視略正方形状をなしている。直角プリズムを貼り合せた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向が揃えられることにより、３つの色光が合成される。
【００４７】
クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。
【００４８】
上記の構成を備えた本実施形態の光源装置１００Ａでは、ピックアップレンズ４１の光入射面４１ｂに形成された反射防止膜４５が、図３及び図４に示した膜厚分布を有している。これにより、光入射面４１ｂのうち光軸位置から離れた位置に大きな入射角で入射する発散光に対する光入射面４１ｂの反射率Ｒ１と光入射面４１ｂのうち光軸位置の近傍に小さな入射角で入射する発散光に対する光入射面４１ｂの反射率Ｒ２との差を小さくすることができる。従って、反射率Ｒ１を反射率Ｒ２と同様に低減することができるため、光入射面４１ｂのうち光軸位置から離れた位置においても光入射面４１ｂによる反射光を低減することができる。なお、入射角は、光入射面４１ｂの法線と入射光の光軸とのなす角度である。
【００４９】
ここで図６は、ガラス基板（ｎｄ＝１．７７３）上に従来の反射防止膜を形成した光学素子の反射特性を示す図である。ただし、図６において、水平線（ａ）、水平線（ｂ）および水平線（ｃ）は反射防止膜を形成しない場合の反射特性である。水平線（ａ）は入射角が６０°の入射光に対する反射特性であり、水平線（ｂ）は入射角が７０°の入射光に対する反射特性であり、水平線（ｃ）は入射角が８０°の入射光に対する反射特性である。
【００５０】
図６に示すように、入射光の入射角度が０°以上６０°未満の範囲であれば、広い波長域において反射率は３％程度以下である。
一方、入射角度が６０°以上になると反射率が急に大きくなる。例えば波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲における反射率は、入射角度６０°で３〜４％程度、入射角度７０°で１０〜２０％程度、入射角度８０°で３０〜４２％程度である。
【００５１】
反射防止膜を形成しない場合と比較すると、反射防止膜を形成することで、入射角度６０°以上８０°以下の入射光に対する反射率を１０％程度低減することができる。しかしそれでも、入射角度６０°以上８０°以下の入射光に対する反射率は入射角度６０°未満の光に対する反射率と比較すると著しく大きい。
【００５２】
上記のように入射角度が大きい領域で反射率が大きくなるのは、反射防止膜に入射した光が、反射防止膜の厚さ方向に対して斜め方向に進行するために、反射防止膜の実質的な膜厚が大きくなり、反射防止膜の干渉条件からずれてしまうためである。
【００５３】
これに対して、本実施形態の光源装置１００Ａでは、ピックアップレンズ４１に形成された反射防止膜４５の膜厚が、光軸Ｌの位置から外周に向かって漸次薄くなるように形成されている。これにより、蛍光体３２から照射され反射防止膜４５に入射した発散光の光路長が、反射防止膜４５の各位置において一定の長さ（光軸Ｌの位置における膜厚ｄ）となる。その結果、発散光が反射防止膜４５に対して斜めに入射する外周部においても、反射防止膜４５の干渉条件から外れにくくなり、反射率Ｒ１の上昇を抑えることができる。
【００５４】
このように、本発明に係る反射防止膜４５を光入射面４１ｂに設けることによって、反射率Ｒ１を反射率Ｒ２と同様に低減することができる。これにより、蛍光体３２から発せられた蛍光光が効率的にピックアップレンズ４１に取り込まれる光源装置を実現できる。
【００５５】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の光源装置について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、ピックアップレンズに形成された反射防止膜の形態にあり、それ以外の構成は第１実施形態と共通である。以下の説明では、上記実施形態と共通する構成要素について同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
【００５６】
図７は、第２実施形態に係るピックアップレンズを示す図である。図７（ａ）はピックアップレンズの断面図であり、図７（ｂ）は反射防止膜の平面図である。
本実施形態の光源装置は、図７（ａ）に示すように、レンズ本体４１ａの光入射面４１ｂに反射防止膜４６が形成されたピックアップレンズ４１Ａを備えている。
【００５７】
反射防止膜４６は、レンズ本体４１ａの光入射面４１ｂのうち光軸位置の周辺に形成された第１の反射防止膜４６ａと、第１の反射防止膜４６ａの周囲に形成された第２の反射防止膜４６ｂとからなる。第１の反射防止膜４６ａは、光軸Ｌと同軸の円形状に形成されている。第２の反射防止膜４６ｂは、第１の反射防止膜４６ａの外周を取り囲み、光軸Ｌと同軸のリング状に形成されている。第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂは、光入射面４１ｂ上において隙間無く接続されている。
【００５８】
第１の反射防止膜４６ａは、本実施形態の場合、蛍光体３２から射出される発散光のうち、蛍光体３２からの射出角度θが０°以上６０°未満である第１の発散光成分が入射する光入射面４１ｂ上の領域に形成されている。第２の反射防止膜４６ｂは、蛍光体３２からの射出角度θが６０°以上８０°以下である第２の発散光成分が入射する領域に形成されている。射出角度θは、光入射面４１ｂへの入射角に相当する。
【００５９】
入射角が０°以上６０°未満の入射光に対しては、第１の反射防止膜４６ａの反射率は、第２の反射防止膜４６ｂの反射率よりも小さく、入射角が６０°以上８０°以下の入射光に対しては、第２の反射防止膜４６ｂの反射率は第１の反射防止膜４６ａの反射率よりも小さくなるように、第１の反射防止膜４６ａおよび第２の反射防止膜４６ｂが構成されている。
【００６０】
第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂは、それぞれ異なる入射角度の光に対して最適化された反射防止膜とすることができる。たとえば、第１の反射防止膜４６ａは第１の発散光に対する反射率を低減させるように形成されている。一方、第２の反射防止膜４６ｂは第２の発散光に対する反射率を低減させるように形成されている。
【００６１】
例えば、第１の反射防止膜４６ａは、第１の発散光に対する反射率を低減できる膜厚を有し、第２の反射防止膜４６ｂは、第２の発散光成分に対する反射率を低減できる膜厚を有する。第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂの材質が共通であれば、第２の反射防止膜４６ｂの膜厚を、第１の反射防止膜の４６ａの膜厚よりも薄くする。具体的に例示すると、第１の反射防止膜４６ａは入射角度０°の光に対して干渉条件が設定された膜とされ、第２の反射防止膜４６ｂは入射角度７０°の光に対して干渉条件が設定された膜とされる。
【００６２】
図６に示したように、反射防止膜に対する入射角度が６０°以上になると、反射率が急に大きくなる。そこで本実施形態では、入射角度７０°の光に対して第２の反射防止膜４６ｂの膜厚を最適化し、これにより６０°以上８０°以下の入射角で入射する光に対する反射率を低減する構成とした。なお、第２の反射防止膜４６ｂの干渉条件は、入射角度６０°や８０°の光に対して最適化してもよい。
【００６３】
先の第１実施形態では、反射防止膜４５の膜厚を中心から外周に向かって漸次薄くした構成を採用したが、このように反射防止膜４５の全面に制御された膜厚分布を形成することが困難であったり、コスト上昇につながる場合がある。これに対して本実施形態では、それぞれ膜厚が一定である第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂ各々を、光入射面４１ｂ上の互いに異なる領域に形成するのみでよいため、反射率を低減する効果は第１実施形態に劣るものの、容易かつ安価に反射率の低い反射防止膜４６を形成することができる。
【００６４】
なお、本実施形態では第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂの膜厚を異ならせることとしたが、他の構成を採用してもよい。
例えば、第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂの膜構成を異ならせてもよい。具体的には、第１の反射防止膜４６ａを単層膜とし、第２の反射防止膜４６ｂを多層膜とすることで、これらの反射防止膜の干渉条件を異ならせてもよく、第１の反射防止膜４６ａを３層膜とし、第２の反射防止膜４６ｂを５層膜としてもよい。
【００６５】
また、第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂの屈折率を異ならせることで、これらの反射防止膜の干渉条件を異ならせてもよい。
また、第２の反射防止膜４６ｂを、さらに複数領域に分割してもよい。例えば、内周側から順に、入射角度６５°の入射光に対して最適化された反射防止膜と、入射角度７５°の入射光に対して最適化された反射防止膜とが、同心円状に形成されている構成としてもよい。
【００６６】
さらには、第１の反射防止膜４６ａを均一な膜厚の反射防止膜とする一方、第２の反射防止膜４６ｂを内周から外周に向かって膜厚が漸次薄くなる反射防止膜としてもよい。この構成によれば、入射角度６０°以上８０°以下の光に対して最適化された反射防止膜とすることができる。これにより、蛍光体３２から発せられた蛍光光が効率的にピックアップレンズ４１に取り込まれる光源装置を実現できる。
【００６７】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の光源装置について説明する。本実施形態と第１、第２実施形態との違いは、ピックアップレンズにおけるレンズ本体の形状にあり、それ以外の構成は第１、第２実施形態と共通である。以下の説明では、上記実施形態と共通する構成要素について同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
【００６８】
図８は、第３実施形態に係るピックアップレンズを示す図である。
本実施形態の光源装置は、図８に示すように、凹面の光入射面４１ｄを有するレンズ本体４１ｃを備えたピックアップレンズ４１Ｂを備えている。光入射面４１ｄは、光軸Ｌの位置を最深部とするすり鉢状である。また図示は省略したが、光入射面４１ｄには、先の第１実施形態に係る反射防止膜４５、又は第２実施形態に係る反射防止膜４６が設けられている。
【００６９】
上記構成を備えたピックアップレンズ４１Ｂでは、図８に示すように、蛍光体３２から照射される発散光の射出角度θに対して、光入射面４１ｄに対する入射角度αが小さくなる。したがって、仮に反射防止膜の膜厚が一定であったとしても、光軸Ｌの位置における反射防止膜中の光路長と、光入射面４１ｄの外周部における反射防止膜中の光路長との差が、光入射面が平坦面である場合と比較して小さくなる。その結果、第１実施形態に係る反射防止膜４５、又は第２実施形態に係る反射防止膜４６による効果との相乗効果によって、光入射面４１ｄの外周部に入射する光が、反射防止膜の干渉条件から外れにくくなる。よって先の第１及び第２実施形態と比較しても、反射率の低いピックアップレンズとなる。これにより、蛍光体３２から発せられた蛍光光が効率的にピックアップレンズ４１に取り込まれる光源装置を実現できる。
【００７０】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態の光源装置について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、反射型の蛍光板を備えた点にある。以下の説明では、上記実施形態と共通する構成要素について同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
【００７１】
図９は、第４実施形態の光源装置を示す側面図である。
光源装置１００Ｂは、図９に示すように、モーター３３により回転駆動される蛍光板３０Ｒと、コリメート光学系４０と、青反射ダイクロイックミラー９０とを備えている。
【００７２】
蛍光板３０Ｒは、回転基板３１Ｒと、回転基板３１の一方の面に形成された蛍光体３２とを有する。コリメート光学系４０と青反射ダイクロイックミラー９０と励起光源１０とが、蛍光板３０Ｒの蛍光体３２側に配設されている。コリメート光学系４０はピックアップレンズ４１と、集光レンズ８０とを含む。ピックアップレンズ４１は、第２実施形態のピックアップレンズ４１Ａ、又は第３実施形態のピックアップレンズ４１Ｂであってもよい。
【００７３】
コリメート光学系４０のピックアップレンズ４１及び集光レンズ８０は、ピックアップレンズ４１が蛍光体３２側となるように、蛍光光の光路上に配置されている。青反射ダイクロイックミラー９０は、その表面が励起光源１０から射出される励起光ＥＬの光軸と斜めに交差し、かつ、蛍光体３２から射出される蛍光光の光軸と斜めに交差するように配置されている。青反射ダイクロイックミラー９０は、励起光ＥＬ（青色光成分）を反射し、赤色光成分及び緑色光成分を透過させる。
【００７４】
以上の構成を備えた光源装置１００Ｂでは、励起光源１０から射出された励起光ＥＬは、青反射ダイクロイックミラー９０によって集光レンズ８０に向かって反射される。反射された励起光ＥＬは、集光レンズ８０及びピックアップレンズ４１で集光されて蛍光体３２の表面に入射する。蛍光体３２は、励起光ＥＬを蛍光に変換し、この蛍光を励起光ＥＬが入射する側と同じ側に射出する。射出された蛍光は、ピックアップレンズ４１及び集光レンズ８０を通過することで略平行化され、青反射ダイクロイックミラー９０を通過して、図１に示した第２集光レンズ５０に入射する。
【００７５】
本実施形態の光源装置１００Ｂを用いた場合にも、先の第１から第３実施形態と同様に、ピックアップレンズ４１の光入射面に設けられた本発明に係る反射防止膜の作用によって、蛍光体３２から射出される蛍光光のピックアップレンズ４１による反射を低減することができる。これにより、蛍光体３２から発せられる蛍光光を効率的にピックアップレンズ４１に取り込むことができる光源装置を実現できる。
【００７６】
なお、上記実施形態のプロジェクター１０００では、液晶光変調装置として３つの液晶光変調装置を用いたが、これに限らない。１つ、２つ又は４つの液晶光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。
【００７７】
また、本実施形態のプロジェクター１０００では、透過型のプロジェクターを用いたが、これに限らない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を透過するタイプであることを意味している。「反射型」とは、反射型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターに本発明を適用した場合にも、透過型プロジェクターと同様の効果を奏することができる。
【００７８】
本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも、適用することができる。
【００７９】
（変形例）
第１実施形態では、光軸Ｌの位置から外周側では、蛍光体３２から照射される発散光の反射防止膜４５中での光路長が、光軸Ｌの位置における反射防止膜４５の膜厚ｄに等しくなるように、反射防止膜４５の膜厚を設定したが、これに限られない。要は、光軸Ｌの位置から外周側において、入射角が０度でないことによる反射防止膜の干渉条件からのずれが緩和されるように反射防止膜４５の膜厚を設定すればよい。反射防止膜４５が図５に示した多層構造を有している場合も同様である。
【符号の説明】
【００８０】
Ｌ…光軸、４１ｂ，４１ｄ…光入射面、４５，４６…反射防止膜、４６ａ…第１の反射防止膜、４６ｂ…第２の反射防止膜、１００Ａ，１００Ｂ…光源装置、６００…投写光学系、Ｌｐ１，Ｌｐ２…光路、１０００…プロジェクター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及びプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターに用いられる光源装置の一つとして、レーザー光を励起光として蛍光体に照射し、励起光とは異なる波長の蛍光を発生させる光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８６８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蛍光体ホイールの蛍光体層から射出される蛍光は、ランバート放射に近い角度分布である。そのためピックアップレンズの外周部に対する入射角度が大きくなり、ピックアップレンズの光入射面における反射光が多くなるという課題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、ピックアップレンズにおける反射光を低減することができる光源装置及びプロジェクターを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光源装置は、発散光を射出する光源と、前記発散光が入射するレンズと、前記レンズの光入射面に設けられた反射防止膜と、を備えた光源装置であって、前記光入射面に垂直に入射する光に対する前記光入射面の反射率が、前記レンズの光軸からの距離に応じて異なることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、垂直に入射する光に対する光入射面の反射率をレンズの光軸からの距離に応じて異ならせることで、反射防止膜の干渉条件を、光源から入射する光の入射角度に応じて設定することができる。これにより、光入射面のうち光軸位置から離れた位置に大きな入射角で入射する光に対する光入射面の反射率と光入射面のうち光軸位置の近傍に小さな入射角で入射する光に対する光入射面の反射率との差を小さくすることができる。従って、光入射面のうち光軸位置から離れた位置においても光入射面による反射光を低減することができ、これにより、光源から射出された光が効率的にレンズに取り込まれる光源装置を実現できる。
【０００８】
前記反射防止膜の厚さが前記レンズの光軸位置において最大である構成としてもよい。
この構成によれば、光軸位置以外の反射防止膜の膜厚が光軸位置における膜厚よりも薄くなるため、光入射面のうち光軸から離れた位置に大きな角度で入射する光についても、反射防止膜の干渉条件がずれにくくなる。これにより、光入射面による反射光を低減することができる。
【０００９】
前記発散光のうち前記光入射面に第１の入射角で入射する光の前記反射防止膜内での光路長が、前記発散光のうち前記光入射面に前記第１の入射角とは異なる第２の入射角で入射する光の前記反射防止膜内での光路長と等しい構成としてもよい。
この構成によれば、反射防止膜の全体で入射光の干渉条件を満たすことができるため、光入射面による反射光を大きく低減することができる。
【００１０】
前記反射防止膜が、前記光入射面の中心部に形成された第１の反射防止膜と、前記第１の反射防止膜の周囲に形成された第２の反射防止膜とを有する構成としてもよい。
この構成によれば、光入射面のうち光軸位置から離れた位置に入射する光に対して最適化された反射防止膜を簡便に形成できる。
【００１１】
前記光入射面が凹面である構成としてもよい。この構成によれば、光入射面のうち光軸から離れた位置においても、レンズに対する入射角を小さくすることができるため、光源の光の利用効率を高めることができる。
【００１２】
前記発散光がランバート分布を有する光である構成としてもよい。上記構成は、このような大きく広がる発散光に対して特に有効である。
【００１３】
本発明のプロジェクターは、上記の光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系と、を備える。この構成によれば、光源装置における反射光が低減されたプロジェクターが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態プロジェクターの光学系を示す模式図。
【図２】蛍光板の一例を示す斜視図。
【図３】実施形態のピックアップレンズを示す図。
【図４】ピックアップレンズに形成された反射防止膜の作用説明図。
【図５】反射防止膜の他の構成を示す図。
【図６】ガラス基板上に反射防止膜を形成した光学素子の反射特性を示す図。
【図７】第２実施形態に係るピックアップレンズを示す図。
【図８】第３実施形態に係るピックアップレンズを示す図。
【図９】第４実施形態の光源装置を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
【００１６】
＜第１実施形態＞
以下、第１実施形態に係る光源装置とこれを備えたプロジェクターについて説明する。
【００１７】
図１は、プロジェクター１０００の光学系を示す模式図である。
図１に示すように、プロジェクター１０００は、光源装置１００Ａと、色分離導光光学系２００と、光変調装置としての液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００及び投写光学系６００と、を備えている。
【００１８】
光源装置１００Ａは、励起光源１０、第１集光レンズ２０、蛍光板３０、コリメート光学系４０、第２集光レンズ５０、ロッドインテグレーター６０、平行化レンズ７０を備えている。励起光源１０から射出される励起光ＥＬの光路上には、第１集光レンズ２０、蛍光板３０、コリメート光学系４０、第２集光レンズ５０、ロッドインテグレーター６０、平行化レンズ７０がこの順に配置されている。
【００１９】
励起光源１０は、例えば、基板上にレーザー光源を５個×５個の正方形状に２次元配列（合計２５個）で並べたレーザー光源アレイである。励起光源１０は、蛍光板３０が備える蛍光物質を励起させる励起光ＥＬとして、青色（発光強度のピーク：４５０ｎｍ付近）のレーザー光を射出する。
なお、励起光源１０は、蛍光板３０において蛍光物質を励起させることができる波長の光であれば、４５０ｎｍ以外のピーク波長を有する色光を射出する励起光源であっても構わない。
【００２０】
第１集光レンズ２０は、例えば凸レンズからなる。第１集光レンズ２０は、励起光源１０から射出されるレーザー光の光線軸上に配置され、励起光源１０から射出された励起光ＥＬ（複数のレーザー光）を、集光スポット径が１ｍｍ以下となるように集光する。
【００２１】
図２は、蛍光板３０の一例を示す斜視図である。
蛍光板３０は透過型の回転蛍光板である。蛍光板３０は、図２に示すように、モーター３３により回転駆動される円盤状の回転基板３１と、回転基板３１の周方向（回転方向）に沿って形成されたリング状の蛍光体３２とを有する。
【００２２】
回転基板３１の回転軸は、回転基板３１の厚さ方向（回転基板３１の板面の法線方向）に平行な方向である。蛍光体３２が形成された領域は、励起光ＥＬが入射する領域（励起光入射領域）Ｓを含む。モーター３３により回転基板３１が回転されることにより、蛍光体３２上の励起光入射領域Ｓが時間的に変動する。なお、回転基板３１の形状は、円盤状に限るものではない。
【００２３】
蛍光板３０は、使用時において例えば７５００ｒｐｍで回転する。詳しい説明は省略するが、蛍光板３０の直径は５０ｍｍであり、蛍光板３０に入射する励起光ＥＬの光軸が蛍光板３０の回転中心から約２２．５ｍｍ離れた場所に位置するように構成される。つまり、蛍光板３０は、励起光ＥＬの集光スポットが約１８ｍ／秒で蛍光体３２上を移動するような回転速度で回転する。
【００２４】
回転基板３１は、励起光ＥＬを透過する材料からなる。回転基板３１の材料としては、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等を用いることができる。本実施形態では、回転基板３１として、円盤状のガラス基板を使用する。図示していないが、回転基板３１の蛍光体３２が設けられている面と反対側の面には、誘電体多層膜が設けられている。誘電体多層膜はダイクロイックミラーとして機能し、励起光ＥＬ（４５０ｎｍ付近の光）は透過し、蛍光体３２から射出される蛍光の波長範囲（４９０ｎｍ〜７５０ｎｍ）を含む４９０ｎｍ以上の光は反射する。
励起光源１０から射出されたレーザー光（青色光）は、励起光ＥＬとして上記誘電体多層膜を介して蛍光体３２に入射し、蛍光体３２は励起光ＥＬが入射する側とは反対側に向けて蛍光（赤色光及び緑色光）を射出する。
【００２５】
蛍光体３２は、蛍光を発する蛍光体粒子を有しており、励起光ＥＬ（青色光）を吸収し、概ね４９０〜７５０ｎｍの蛍光に変換する機能を有する。この蛍光には、緑色光（波長５３０ｎｍ付近）及び赤色光（波長６３０ｎｍ付近）が含まれる。
【００２６】
蛍光体粒子は、図１に示す励起光源１０から射出される励起光ＥＬを吸収し、蛍光を発する粒子状の蛍光物質である。例えば、蛍光体粒子には、波長が約４５０ｎｍの青色光によって励起されて蛍光を発する物質が含まれており、励起光ＥＬの一部を、赤色の波長帯域から緑色の波長帯域まで含む光に変換して射出する。
【００２７】
蛍光体粒子としては、通常知られた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。例えば、平均粒径が１０μｍの（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅで示される組成のＹＡＧ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種であっても良く、２種以上の形成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ることとしても良い。
【００２８】
本実施形態の光源装置１００Ａでは、励起光源１０から蛍光体３２に励起光（レーザー光）を照射し、励起光を照射された位置の蛍光体粒子が蛍光を発する。この蛍光体３２から射出される光はランバート放射に近い角度分布を示す発散光である。本実施形態では、励起光源１０と蛍光体３２（蛍光板３０）とが、発散光を射出する光源として機能する。
【００２９】
コリメート光学系４０は、蛍光板３０から第２集光レンズ５０へ進行する光（励起光ＥＬ及び蛍光）の光路上に配置されている。コリメート光学系４０は、蛍光板３０からの光の広がりを抑えるピックアップレンズ４１と、ピックアップレンズ４１から入射される光を平行化するコリメーターレンズ４２と、各レンズ同士を固定するベース部４３と、を含んで構成されている。
ピックアップレンズ４１は、例えば平凸レンズからなり、コリメーターレンズ４２は、例えば凸レンズからなる。コリメート光学系４０は、蛍光板３０からの光を略平行化した状態で第２集光レンズ５０に入射させる。
【００３０】
図３は、本実施形態のピックアップレンズを示す図である。図３はピックアップレンズ４１の断面図である。図４はピックアップレンズ４１に形成された反射防止膜の作用説明図である。図５は反射防止膜の他の構成を示す図である。
【００３１】
ピックアップレンズ４１は、図３に示すように、ガラスや石英、プラスチック等からなるレンズ本体４１ａと、レンズ本体４１ａの光入射面４１ｂ（蛍光体３２からの光が入射するレンズ面）に形成された反射防止膜４５とを有する。
レンズ本体４１ａは、光入射面４１ｂが平坦面である一方、光入射面４１ｂと反対側の光射出面が非球面とされた平凸レンズである。レンズ本体４１ａの光軸Ｌは光入射面４１ｂの中心に位置する。
【００３２】
反射防止膜４５は、レンズ本体４１ａの光入射面４１ｂの中心（光軸位置）から径方向の外周側に向かって膜厚が薄くなるように形成されている。より詳しくは、図４に示すように、反射防止膜４５の膜厚は、光軸Ｌの位置において最大値ｄを持つ。また、光軸Ｌの位置から外周側では、蛍光体３２から照射される発散光の反射防止膜４５中での光路長が上記膜厚の最大値ｄに等しくなるように、反射防止膜４５の膜厚が設定されている。
【００３３】
反射防止膜４５は、例えば、ＭｇＦ２やＳｉＯ２の単層膜からなる。あるいは、図５に示すような多層膜からなるものとしてもよい。図５に示す多層構造の反射防止膜４５は、例えば、ＳｉＯ２からなる第１コート層４５ａと、ＺｒＯ２からなる第２コート層４５ｂと、ＭｇＦ２からなる第３コート層４５ｃとを、レンズ本体４１ａの光入射面４１ｂにこの順に形成したものである。第１コート層４５ａ〜第３コート層４５ｃの構成材料としては、上記以外にもＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＰｂＦ２、ＴｈＦ４、ＹＦ３、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２などを用いてもよい。
【００３４】
図５に示す多層構造の反射防止膜４５は、光軸Ｌの位置から径方向の外側に向かって各層の膜厚が薄くなるように形成される。光軸Ｌよりも外周側における各層の膜厚は、蛍光体３２から照射される発散光の反射防止膜４５中の各光路において、光軸Ｌの位置における各層の膜厚比が維持されるように形成することが好ましい。例えば、光軸Ｌの位置における第１コート層４５ａ〜第３コート層４５ｃの膜厚比が１：１：１であれば、光軸Ｌよりも外周側の光路Ｌｐ１における膜厚比及び光路Ｌｐ２における膜厚比もそれぞれ、１：１：１となるように各層の膜厚を設定することが好ましい。
【００３５】
反射防止膜４５は、公知の蒸着プロセスを用いて形成することができる。例えば、点蒸着源を用いて蒸着する場合に生じる膜厚分布を利用してレンズ本体４１ａの中心部と外周部とで膜厚を異ならせる方法が挙げられる。レンズ本体４１ａの外周側への蒸着流の一部を時間的、空間的に遮断して膜厚を薄くする方法を用いてもよい。
【００３６】
第２集光レンズ５０は、例えば凸レンズからなる。第２集光レンズ５０は、コリメート光学系４０（コリメーターレンズ４２）を透過する光の光線軸上（Ｚ軸上）に配置される。第２集光レンズ５０は、コリメート光学系４０を透過した光を集光する。
【００３７】
第２集光レンズ５０を透過した光は、ロッドインテグレーター６０の一端側に入射する。ロッドインテグレーター６０は、光路方向に延在する角柱状の光学部材であり、内部を透過する光に多重反射を生じさせることにより、第２集光レンズ５０を透過した光を混合し、輝度分布を均一化するものである。ロッドインテグレーター６０の光路方向に直交する断面形状は、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域の外形形状と略相似形である。
【００３８】
ロッドインテグレーター６０の他端側から射出された光は、平行化レンズ７０により平行化され、光源装置１００Ａから射出される。
【００３９】
色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０、反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０及びリレーレンズ２６０を備えている。色分離導光光学系２００は、光源装置１００Ａからの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの色光を照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂに導光する機能を有する。
【００４０】
ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を透過させる波長選択透過膜が形成されたミラーである。具体的には、ダイクロイックミラー２１０は、青色光成分を透過させ、赤色光成分及び緑色光成分を反射する。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、赤色光成分を透過させる。
【００４１】
反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０は、入射した光を反射するミラーである。具体的には、反射ミラー２３０は、ダイクロイックミラー２１０を透過した青色光成分を反射する。反射ミラー２４０、反射ミラー２５０は、ダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光成分を反射する。
【００４２】
ダイクロイックミラー２１０を透過した青色光は、反射ミラー２３０で反射され、青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射され、緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光は、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２６０、射出側の反射ミラー２５０を経て赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。
【００４３】
液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂは、通常知られたものを用いることができ、例えば、液晶素子４１０と液晶素子４１０を挟持する偏光素子４２０、偏光素子４３０とを有した、透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成される。偏光素子４２０、偏光素子４３０は、例えば透過軸が互いに直交する構成（クロスニコル配置）となっている。
【００４４】
液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、光源装置１００Ａの照明対象となる。これら液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ及び液晶光変調装置４００Ｂによって、入射された各色光の光変調が行われる。
【００４５】
例えば、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂは、一対の透明基板に液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像情報に応じて、入射側の偏光素子４２０から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
【００４６】
クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側の偏光素子４３０から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合せた平面視略正方形状をなしている。直角プリズムを貼り合せた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向が揃えられることにより、３つの色光が合成される。
【００４７】
クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。
【００４８】
上記の構成を備えた本実施形態の光源装置１００Ａでは、ピックアップレンズ４１の光入射面４１ｂに形成された反射防止膜４５が、図３及び図４に示した膜厚分布を有している。これにより、光入射面４１ｂのうち光軸位置から離れた位置に大きな入射角で入射する発散光に対する光入射面４１ｂの反射率Ｒ１と光入射面４１ｂのうち光軸位置の近傍に小さな入射角で入射する発散光に対する光入射面４１ｂの反射率Ｒ２との差を小さくすることができる。従って、反射率Ｒ１を反射率Ｒ２と同様に低減することができるため、光入射面４１ｂのうち光軸位置から離れた位置においても光入射面４１ｂによる反射光を低減することができる。なお、入射角は、光入射面４１ｂの法線と入射光の光軸とのなす角度である。
【００４９】
ここで図６は、ガラス基板（ｎｄ＝１．７７３）上に従来の反射防止膜を形成した光学素子の反射特性を示す図である。ただし、図６において、水平線（ａ）、水平線（ｂ）および水平線（ｃ）は反射防止膜を形成しない場合の反射特性である。水平線（ａ）は入射角が６０°の入射光に対する反射特性であり、水平線（ｂ）は入射角が７０°の入射光に対する反射特性であり、水平線（ｃ）は入射角が８０°の入射光に対する反射特性である。
【００５０】
図６に示すように、入射光の入射角度が０°以上６０°未満の範囲であれば、広い波長域において反射率は３％程度以下である。
一方、入射角度が６０°以上になると反射率が急に大きくなる。例えば波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲における反射率は、入射角度６０°で３〜４％程度、入射角度７０°で１０〜２０％程度、入射角度８０°で３０〜４２％程度である。
【００５１】
反射防止膜を形成しない場合と比較すると、反射防止膜を形成することで、入射角度６０°以上８０°以下の入射光に対する反射率を１０％程度低減することができる。しかしそれでも、入射角度６０°以上８０°以下の入射光に対する反射率は入射角度６０°未満の光に対する反射率と比較すると著しく大きい。
【００５２】
上記のように入射角度が大きい領域で反射率が大きくなるのは、反射防止膜に入射した光が、反射防止膜の厚さ方向に対して斜め方向に進行するために、反射防止膜の実質的な膜厚が大きくなり、反射防止膜の干渉条件からずれてしまうためである。
【００５３】
これに対して、本実施形態の光源装置１００Ａでは、ピックアップレンズ４１に形成された反射防止膜４５の膜厚が、光軸Ｌの位置から外周に向かって漸次薄くなるように形成されている。これにより、蛍光体３２から照射され反射防止膜４５に入射した発散光の光路長が、反射防止膜４５の各位置において一定の長さ（光軸Ｌの位置における膜厚ｄ）となる。その結果、発散光が反射防止膜４５に対して斜めに入射する外周部においても、反射防止膜４５の干渉条件から外れにくくなり、反射率Ｒ１の上昇を抑えることができる。
【００５４】
このように、本発明に係る反射防止膜４５を光入射面４１ｂに設けることによって、反射率Ｒ１を反射率Ｒ２と同様に低減することができる。これにより、蛍光体３２から発せられた蛍光光が効率的にピックアップレンズ４１に取り込まれる光源装置を実現できる。
【００５５】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の光源装置について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、ピックアップレンズに形成された反射防止膜の形態にあり、それ以外の構成は第１実施形態と共通である。以下の説明では、上記実施形態と共通する構成要素について同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
【００５６】
図７は、第２実施形態に係るピックアップレンズを示す図である。図７（ａ）はピックアップレンズの断面図であり、図７（ｂ）は反射防止膜の平面図である。
本実施形態の光源装置は、図７（ａ）に示すように、レンズ本体４１ａの光入射面４１ｂに反射防止膜４６が形成されたピックアップレンズ４１Ａを備えている。
【００５７】
反射防止膜４６は、レンズ本体４１ａの光入射面４１ｂのうち光軸位置の周辺に形成された第１の反射防止膜４６ａと、第１の反射防止膜４６ａの周囲に形成された第２の反射防止膜４６ｂとからなる。第１の反射防止膜４６ａは、光軸Ｌと同軸の円形状に形成されている。第２の反射防止膜４６ｂは、第１の反射防止膜４６ａの外周を取り囲み、光軸Ｌと同軸のリング状に形成されている。第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂは、光入射面４１ｂ上において隙間無く接続されている。
【００５８】
第１の反射防止膜４６ａは、本実施形態の場合、蛍光体３２から射出される発散光のうち、蛍光体３２からの射出角度θが０°以上６０°未満である第１の発散光成分が入射する光入射面４１ｂ上の領域に形成されている。第２の反射防止膜４６ｂは、蛍光体３２からの射出角度θが６０°以上８０°以下である第２の発散光成分が入射する領域に形成されている。射出角度θは、光入射面４１ｂへの入射角に相当する。
【００５９】
入射角が０°以上６０°未満の入射光に対しては、第１の反射防止膜４６ａの反射率は、第２の反射防止膜４６ｂの反射率よりも小さく、入射角が６０°以上８０°以下の入射光に対しては、第２の反射防止膜４６ｂの反射率は第１の反射防止膜４６ａの反射率よりも小さくなるように、第１の反射防止膜４６ａおよび第２の反射防止膜４６ｂが構成されている。
【００６０】
第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂは、それぞれ異なる入射角度の光に対して最適化された反射防止膜とすることができる。たとえば、第１の反射防止膜４６ａは第１の発散光に対する反射率を低減させるように形成されている。一方、第２の反射防止膜４６ｂは第２の発散光に対する反射率を低減させるように形成されている。
【００６１】
例えば、第１の反射防止膜４６ａは、第１の発散光に対する反射率を低減できる膜厚を有し、第２の反射防止膜４６ｂは、第２の発散光成分に対する反射率を低減できる膜厚を有する。第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂの材質が共通であれば、第２の反射防止膜４６ｂの膜厚を、第１の反射防止膜の４６ａの膜厚よりも薄くする。具体的に例示すると、第１の反射防止膜４６ａは入射角度０°の光に対して干渉条件が設定された膜とされ、第２の反射防止膜４６ｂは入射角度７０°の光に対して干渉条件が設定された膜とされる。
【００６２】
図６に示したように、反射防止膜に対する入射角度が６０°以上になると、反射率が急に大きくなる。そこで本実施形態では、入射角度７０°の光に対して第２の反射防止膜４６ｂの膜厚を最適化し、これにより６０°以上８０°以下の入射角で入射する光に対する反射率を低減する構成とした。なお、第２の反射防止膜４６ｂの干渉条件は、入射角度６０°や８０°の光に対して最適化してもよい。
【００６３】
先の第１実施形態では、反射防止膜４５の膜厚を中心から外周に向かって漸次薄くした構成を採用したが、このように反射防止膜４５の全面に制御された膜厚分布を形成することが困難であったり、コスト上昇につながる場合がある。これに対して本実施形態では、それぞれ膜厚が一定である第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂ各々を、光入射面４１ｂ上の互いに異なる領域に形成するのみでよいため、反射率を低減する効果は第１実施形態に劣るものの、容易かつ安価に反射率の低い反射防止膜４６を形成することができる。
【００６４】
なお、本実施形態では第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂの膜厚を異ならせることとしたが、他の構成を採用してもよい。
例えば、第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂの膜構成を異ならせてもよい。具体的には、第１の反射防止膜４６ａを単層膜とし、第２の反射防止膜４６ｂを多層膜とすることで、これらの反射防止膜の干渉条件を異ならせてもよく、第１の反射防止膜４６ａを３層膜とし、第２の反射防止膜４６ｂを５層膜としてもよい。
【００６５】
また、第１の反射防止膜４６ａと第２の反射防止膜４６ｂの屈折率を異ならせることで、これらの反射防止膜の干渉条件を異ならせてもよい。
また、第２の反射防止膜４６ｂを、さらに複数領域に分割してもよい。例えば、内周側から順に、入射角度６５°の入射光に対して最適化された反射防止膜と、入射角度７５°の入射光に対して最適化された反射防止膜とが、同心円状に形成されている構成としてもよい。
【００６６】
さらには、第１の反射防止膜４６ａを均一な膜厚の反射防止膜とする一方、第２の反射防止膜４６ｂを内周から外周に向かって膜厚が漸次薄くなる反射防止膜としてもよい。この構成によれば、入射角度６０°以上８０°以下の光に対して最適化された反射防止膜とすることができる。これにより、蛍光体３２から発せられた蛍光光が効率的にピックアップレンズ４１に取り込まれる光源装置を実現できる。
【００６７】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の光源装置について説明する。本実施形態と第１、第２実施形態との違いは、ピックアップレンズにおけるレンズ本体の形状にあり、それ以外の構成は第１、第２実施形態と共通である。以下の説明では、上記実施形態と共通する構成要素について同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
【００６８】
図８は、第３実施形態に係るピックアップレンズを示す図である。
本実施形態の光源装置は、図８に示すように、凹面の光入射面４１ｄを有するレンズ本体４１ｃを備えたピックアップレンズ４１Ｂを備えている。光入射面４１ｄは、光軸Ｌの位置を最深部とするすり鉢状である。また図示は省略したが、光入射面４１ｄには、先の第１実施形態に係る反射防止膜４５、又は第２実施形態に係る反射防止膜４６が設けられている。
【００６９】
上記構成を備えたピックアップレンズ４１Ｂでは、図８に示すように、蛍光体３２から照射される発散光の射出角度θに対して、光入射面４１ｄに対する入射角度αが小さくなる。したがって、仮に反射防止膜の膜厚が一定であったとしても、光軸Ｌの位置における反射防止膜中の光路長と、光入射面４１ｄの外周部における反射防止膜中の光路長との差が、光入射面が平坦面である場合と比較して小さくなる。その結果、第１実施形態に係る反射防止膜４５、又は第２実施形態に係る反射防止膜４６による効果との相乗効果によって、光入射面４１ｄの外周部に入射する光が、反射防止膜の干渉条件から外れにくくなる。よって先の第１及び第２実施形態と比較しても、反射率の低いピックアップレンズとなる。これにより、蛍光体３２から発せられた蛍光光が効率的にピックアップレンズ４１に取り込まれる光源装置を実現できる。
【００７０】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態の光源装置について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、反射型の蛍光板を備えた点にある。以下の説明では、上記実施形態と共通する構成要素について同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
【００７１】
図９は、第４実施形態の光源装置を示す側面図である。
光源装置１００Ｂは、図９に示すように、モーター３３により回転駆動される蛍光板３０Ｒと、コリメート光学系４０と、青反射ダイクロイックミラー９０とを備えている。
【００７２】
蛍光板３０Ｒは、回転基板３１Ｒと、回転基板３１の一方の面に形成された蛍光体３２とを有する。コリメート光学系４０と青反射ダイクロイックミラー９０と励起光源１０とが、蛍光板３０Ｒの蛍光体３２側に配設されている。コリメート光学系４０はピックアップレンズ４１と、集光レンズ８０とを含む。ピックアップレンズ４１は、第２実施形態のピックアップレンズ４１Ａ、又は第３実施形態のピックアップレンズ４１Ｂであってもよい。
【００７３】
コリメート光学系４０のピックアップレンズ４１及び集光レンズ８０は、ピックアップレンズ４１が蛍光体３２側となるように、蛍光光の光路上に配置されている。青反射ダイクロイックミラー９０は、その表面が励起光源１０から射出される励起光ＥＬの光軸と斜めに交差し、かつ、蛍光体３２から射出される蛍光光の光軸と斜めに交差するように配置されている。青反射ダイクロイックミラー９０は、励起光ＥＬ（青色光成分）を反射し、赤色光成分及び緑色光成分を透過させる。
【００７４】
以上の構成を備えた光源装置１００Ｂでは、励起光源１０から射出された励起光ＥＬは、青反射ダイクロイックミラー９０によって集光レンズ８０に向かって反射される。反射された励起光ＥＬは、集光レンズ８０及びピックアップレンズ４１で集光されて蛍光体３２の表面に入射する。蛍光体３２は、励起光ＥＬを蛍光に変換し、この蛍光を励起光ＥＬが入射する側と同じ側に射出する。射出された蛍光は、ピックアップレンズ４１及び集光レンズ８０を通過することで略平行化され、青反射ダイクロイックミラー９０を通過して、図１に示した第２集光レンズ５０に入射する。
【００７５】
本実施形態の光源装置１００Ｂを用いた場合にも、先の第１から第３実施形態と同様に、ピックアップレンズ４１の光入射面に設けられた本発明に係る反射防止膜の作用によって、蛍光体３２から射出される蛍光光のピックアップレンズ４１による反射を低減することができる。これにより、蛍光体３２から発せられる蛍光光を効率的にピックアップレンズ４１に取り込むことができる光源装置を実現できる。
【００７６】
なお、上記実施形態のプロジェクター１０００では、液晶光変調装置として３つの液晶光変調装置を用いたが、これに限らない。１つ、２つ又は４つの液晶光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。
【００７７】
また、本実施形態のプロジェクター１０００では、透過型のプロジェクターを用いたが、これに限らない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を透過するタイプであることを意味している。「反射型」とは、反射型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターに本発明を適用した場合にも、透過型プロジェクターと同様の効果を奏することができる。
【００７８】
本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも、適用することができる。
【００７９】
（変形例）
第１実施形態では、光軸Ｌの位置から外周側では、蛍光体３２から照射される発散光の反射防止膜４５中での光路長が、光軸Ｌの位置における反射防止膜４５の膜厚ｄに等しくなるように、反射防止膜４５の膜厚を設定したが、これに限られない。要は、光軸Ｌの位置から外周側において、入射角が０度でないことによる反射防止膜の干渉条件からのずれが緩和されるように反射防止膜４５の膜厚を設定すればよい。反射防止膜４５が図５に示した多層構造を有している場合も同様である。
【符号の説明】
【００８０】
Ｌ…光軸、４１ｂ，４１ｄ…光入射面、４５，４６…反射防止膜、４６ａ…第１の反射防止膜、４６ｂ…第２の反射防止膜、１００Ａ，１００Ｂ…光源装置、６００…投写光学系、Ｌｐ１，Ｌｐ２…光路、１０００…プロジェクター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発散光を射出する光源と、前記発散光が入射するレンズと、前記レンズの光入射面に設けられた反射防止膜と、を備えた光源装置であって、
前記光入射面に垂直に入射する光に対する前記光入射面の反射率が、前記レンズの光軸からの距離に応じて異なることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記反射防止膜の厚さが前記レンズの光軸位置において最大である、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記発散光のうち前記光入射面に第１の入射角で入射する光の前記反射防止膜内での光路長が、前記発散光のうち前記光入射面に前記第１の入射角とは異なる第２の入射角で入射する光の前記反射防止膜内での光路長と等しい、請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記反射防止膜が、前記光入射面の中心部に形成された第１の反射防止膜と、前記第１の反射防止膜の周囲に形成された第２の反射防止膜とを有する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光入射面が凹面である、請求項１に記載の光源装置。
【請求項６】
前記発散光がランバート分布を有する光である、請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系と、を備えるプロジェクター。
【請求項１】
発散光を射出する光源と、前記発散光が入射するレンズと、前記レンズの光入射面に設けられた反射防止膜と、を備えた光源装置であって、
前記光入射面に垂直に入射する光に対する前記光入射面の反射率が、前記レンズの光軸からの距離に応じて異なることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記反射防止膜の厚さが前記レンズの光軸位置において最大である、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記発散光のうち前記光入射面に第１の入射角で入射する光の前記反射防止膜内での光路長が、前記発散光のうち前記光入射面に前記第１の入射角とは異なる第２の入射角で入射する光の前記反射防止膜内での光路長と等しい、請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記反射防止膜が、前記光入射面の中心部に形成された第１の反射防止膜と、前記第１の反射防止膜の周囲に形成された第２の反射防止膜とを有する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光入射面が凹面である、請求項１に記載の光源装置。
【請求項６】
前記発散光がランバート分布を有する光である、請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系と、を備えるプロジェクター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１０５１４３（Ｐ２０１３−１０５１４３Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５０７１２（Ｐ２０１１−２５０７１２）
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]