JP2013054167A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】ピックアップレンズに光を入射させる際の光のロスを低減可能な光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置１００は、複数の固体発光素子５２と、複数の固体発光素子５２から射出された複数の光が入射する拡散部材７１と、拡散部材７１を介して前記複数の光が入射するピックアップレンズ８１と、を備え、前記複数の光のうち第１の光が拡散部材７１に入射する際の方位角は、前記複数の光のうち第２の光が拡散部材７１に入射する際の方位角と異なり、第１の光がピックアップレンズ８１に入射する際の偏光方向は、第２の光がピックアップレンズ８１に入射する際の偏光方向と異なっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関するものである。

励起光（青色光）を射出する固体発光素子（励起光源）と、該励起光を吸収して所定の波長帯域光に変換する蛍光体を組み合わせた光源装置として、特許文献１の光源装置が知られている。特許文献１の光源装置は、回転駆動される回転基板上に、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層および光拡散層を回転方向に沿って形成し、回転基板を回転させながら赤色蛍光体層、緑色蛍光体層および光拡散層に励起光を照射することにより、赤色光、緑色光および青色光（拡散された励起光）を順次射出するものである。

特開２００９−２７７５１６号公報

赤色蛍光体層、緑色蛍光体層および光拡散層から射出された赤色光、緑色光および青色光は、ピックアップレンズによって平行化され、後段の光学系に射出される。この際、ピックアップレンズに対する入射角が大きいと、界面反射による光のロス（フレネル損失）が大きくなり、十分な光量が得られなくなる。

本発明の目的は、ピックアップレンズに光を入射させる際の光のロスを低減可能な光源装置およびプロジェクターを提供することにある。

本発明の光源装置は、複数の固体発光素子と、前記複数の固体発光素子から射出された複数の光が入射する拡散部材と、前記拡散部材を介して前記複数の光が入射するピックアップレンズと、を備え、前記複数の光のうち第１の光が前記拡散部材に入射する際の方位角は、前記複数の光のうち第２の光が前記拡散部材に入射する際の方位角と異なり、前記第１の光が前記ピックアップレンズに入射する際の偏光方向は、前記第２の光が前記ピックアップレンズに入射する際の偏光方向と異なっている。

この構成によれば、第１の光と第２の光とが拡散部材によって拡散された後、ピックアップレンズの光入射面に入射するとき、第１の光のうちＰ偏光としてピックアップレンズの光入射面に入射する成分の割合を高くすることができるとともに、第２の光のうちＰ偏光としてピックアップレンズの光入射面に入射する成分の割合を高くすることができる。そのため、複数の光がピックアップレンズに入射する際の界面反射による光のロス（フレネル損失）が少なくなり、明るい光源装置が提供される。

前記第１の光のうち前記ピックアップレンズの光入射面に対してＰ偏光として入射する成分が、前記第１の光のうち前記ピックアップレンズの光入射面に対してＳ偏光として入射する成分よりも多く、前記第２の光のうち前記ピックアップレンズの光入射面に対してＰ偏光として入射する成分が、前記第２の光のうち前記ピックアップレンズの光入射面に対してＳ偏光として入射する成分よりも多くてもよい。

この構成によれば、複数の光のフレネル損失をさらに小さくすることができるので、さらに明るい光源装置が提供される。

前記複数の光が前記ピックアップレンズに入射する際に、前記複数の光各々の偏光方向が前記ピックアップレンズの光軸と平行な方向から見て放射状となっていてもよい。

この構成によれば、複数の光各々について、Ｐ偏光としてピックアップレンズの光入射面に入射する成分をＳ偏光としてピックアップレンズの光入射面に入射する成分よりもはるかに高くすることができる。そのため、複数の光のフレネル損失をさらに小さくすることができるので、さらに明るい光源装置が提供される。

前記複数の光が前記拡散部材に入射する際に、前記複数の光各々の偏光方向が前記ピックアップレンズの光軸と平行な方向から見て放射状となっていてもよい。

この構成によれば、複数の光各々について、容易に、Ｐ偏光としてピックアップレンズの光入射面に入射する成分をＳ偏光としてピックアップレンズの光入射面に入射する成分よりもはるかに高くすることができる。そのため、複数の光のフレネル損失をさらに小さくすることができるので、さらに明るい光源装置が提供される。

前記複数の固体発光素子が設置される基台をさらに備え、前記基台が有する複数の面のうち前記複数の固体発光素子が設けられている面内において、前記複数の固体発光素子の配置の仕方が互いに異なっていてもよい。

この構成によれば、複数の光各々について、容易に、Ｐ偏光としてピックアップレンズの光入射面に入射する成分をＳ偏光としてピックアップレンズの光入射面に入射する成分よりもはるかに高くすることができる。そのため、複数の光のフレネル損失をさらに小さくすることができるので、さらに明るい光源装置が提供される。

前記拡散部材に入射した光が前記拡散部材によって拡散されずに射出された場合の前記光の射出方向を第１の方向とし、前記第１の方向に対して角度ωをなす第２の方向に拡散される前記光の強度をＩ（ω）としたときに、前記拡散部材は、Ｉ０を定数、ｎを３以上の正の数として、Ｉ（ω）＝Ｉ０・ｃｏｓ^ｎωとなるような拡散特性を備えていてもよい。

この構成によれば、ピックアップレンズに対して大きな角度で入射する光成分が少なくなり、界面反射による光のロスが低減される。

前記ｎは、５以上１０以下であってもよい。

この構成によれば、拡散不足による表示への悪影響を抑制しながら、界面反射による光のロスを十分に低減することができる。

前記拡散部材の表面に凹凸が設けられていてもよい。

磨りガラスのように、表面に凹凸を形成し、表面でのみ光を拡散させる拡散部材は、光のピーク方向（光の強度が最も大きい方向）を保存しやすい。そのため、上記のような光強度分布を実現しやすい。

前記拡散部材を回転駆動する回転駆動機構を備えていてもよい。

半導体レーザーのように干渉性の高い光を射出する固体発光素子を用いて表示を行うと、スクリーンなどの散乱体で光の干渉が生じ、明点と暗点が縞模様あるいは斑模様に分布する、いわゆるスペックルと呼ばれる現象が発生する場合がある。拡散部材を回転させると、スペックルのパターンが時間的に変動するため、それらが時間的に重畳され平均化されることで、スペックルが認識されにくくなる。よって、表示品質の高い画像表示が可能となる。

前記ピックアップレンズの光入射面が平面であってもよい。

この構成によれば、固体発光素子から射出された直線偏光をピックアップレンズに対してＰ偏光として入射させることが可能となる。

本発明のプロジェクターは、本発明の光源装置と、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、を備えている。

この構成によれば、光のロスが少ない、明るい表示が可能なプロジェクターが提供される。

プロジェクターの光学系を示す模式図である。 第１固体発光素子の構成と第１基台上での設置状態を示す図である。 回転拡散板で拡散された青色光が第１レンズに入射する様子を示す図である。 第１レンズの反射特性を示す図である。 拡散光の光強度分布を示す図である。 第２固体発光素子の第２基台上での設置状態を示す図である。 回転蛍光板の斜視図である。

［第１実施形態］
図１は、プロジェクター１０００の光学系を示す模式図である。

プロジェクター１０００は、光源装置１００と、色分離導光光学系２００と、光変調装置４００Ｒと、光変調装置４００Ｇと、光変調装置４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投写光学系６００と、を備えている。

光源装置１００は、第１光源５０、第１コリメーターレンズアレイ５３、第１集光レンズ６０、拡散部材としての回転拡散板７０、第１ピックアップ光学系８０、第２光源１０、第２コリメーターレンズアレイ１３、第２集光レンズ２０、第１平行化レンズ２１、ダイクロイックミラー２２、第２ピックアップ光学系４０、回転蛍光板３０、フライアイインテグレーター９０、偏光変換素子９３および第２平行化レンズ９４を備えている。

第１光源５０は、第１基台５１と、第１基台５１上に並べて配置された複数の第１固体発光素子５２とを備えた光源アレイである。第１固体発光素子５２は、ダイクロイックミラー２２によって反射可能な青色光を射出する光源である。本実施形態の場合、第１固体発光素子５２は、青色（発光強度のピーク：４５０ｎｍ付近）のレーザー光を射出する半導体レーザーであるが、第１固体発光素子５２は、ダイクロイックミラー２２で反射される波長の光であれば、４５０ｎｍ以外のピーク波長を有する光を射出するものであっても構わない。

第１コリメーターレンズアレイ５３は、各第１固体発光素子５２と１対１に対応した複数の第１マイクロレンズ５３０を備えている。複数の第１マイクロレンズ５３０は、第１基台５１上に並べて配置されている。各第１マイクロレンズ５３０は、対応する第１固体発光素子５２から射出される青色光の光軸上に設置され、当該青色光を平行化する。第１コリメーターレンズアレイ５３から射出された青色光は、凸レンズからなる第１集光レンズ６０で集光される。第１コリメーターレンズアレイ５３と第１集光レンズ６０によって、第１光源５０から射出された複数の青色光を集光する第１集光光学系５５が形成されている。

拡散部材としての回転拡散板７０は、入射した青色光を拡散して入射側とは反対側の面から射出する透過型の回転拡散板である。回転拡散板７０は、モーター（回転駆動機構）７３により回転駆動される拡散部材としての基板７１を備えている。基板７１としては、公知の拡散板、例えば、磨りガラスや、ホログラフィックディフューザー、透明基板の表面にブラスト処理を施したもの、透明基板の内部にビーズのような散乱材を分散させ、散乱材によって光を散乱させるものなどを用いることができる。本実施形態では基板７１として円板を用いているが、基板７１の形状は円板に限られない。回転拡散板７０では、基板７１を回転駆動することによって、青色光が照射された部分（被照射部分）が円を描くように、青色光が照射される領域（光照射領域）Ｓ１に対して相対的に移動する。

回転拡散板７０から射出された光は、第１ピックアップ光学系８０で平行化され、ダイクロイックミラー２２に入射する。ダイクロイックミラー２２は、その表面が、第１光源５０の発光面に対して約４５°の角度をなすように、第１光源５０の発光面と対峙して配置されている。ダイクロイックミラー２２は、第１ピックアップ光学系８０から入射する青色光を９０°折り曲げてフライアイインテグレーター９０側に反射する。

第１ピックアップ光学系８０は、ダイクロイックミラー２２と回転拡散板７０との間の光の光路上に配置されている。第１ピックアップ光学系８０は、回転拡散板７０からの光が入射するピックアップレンズとしての第１レンズ８１と、第１レンズ８１から射出される光を平行化する第２レンズ８２とを含んで構成されている。第１レンズ８１は、例えば、光入射面８１ａが平面状であり、光射出面８１ｂが凸の曲面状をなす平凸レンズからなり、第２レンズ８２は、例えば凸レンズからなる。第１ピックアップ光学系８０は、回転拡散板７０からの光を略平行化した状態でダイクロイックミラー２２に入射させる。

なお、第１ピックアップ光学系８０は、回転拡散板７０から射出される青色光の広がりに応じて、使用するレンズの屈折率や形状が決められる。また、レンズの数も２つに限らず、１つ又は３つ以上の複数個とすることもできる。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、第１固体発光素子５２の概略構成を示す模式図であり、図２（ｃ）は、第１基台５１上に設置された複数の第１固体発光素子５２の設置状態を示す平面図である。なお、図２（ａ）では、簡略化のために、第１基台５１に設置されている複数の第１固体発光素子５２のうち１個の第１固体発光素子５２を図示している。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、第１固体発光素子５２は、射出される光Ｌの光軸方向から見て長手方向Ｗ１と短手方向Ｗ２とを有する細長い矩形の半導体レーザーである。第１固体発光素子５２は、長手方向Ｗ１と平行な偏光方向を有する光（直線偏光）Ｌを射出する。光Ｌは、長手方向Ｗ１の幅を維持したまま、短手方向Ｗ２に広がる。そのため、光Ｌの光軸と直交する平面内で見た光Ｌの断面形状ＢＳは、Ｗ２を長手方向とする矩形形状若しくは楕円形状となる。本実施形態の場合、第１固体発光素子５２の長手方向Ｗ１の幅は１８μｍであり、第１固体発光素子５２の短手方向Ｗ２の幅は２μｍであるが、第１固体発光素子５２の形状はこれに限定されない。

図２（ｃ）に示すように、第１基台５１の面５１ａ上には、１２個の第１固体発光素子５２が３行４列で並べて配置されている。第１基台５１の中心Ｃ１は、図１に示した第１ピックアップ光学系８０の光軸と一致する。以下の説明では、主に、１２個の第１固体発光素子５２のうち第１固体発光素子５２Ｘと第１固体発光素子５２Ｙを例にとって説明する。符号５２Ａｘは、第１固体発光素子５２Ｘの偏光方向であり、符号５２Ａｙは、第１固体発光素子５２Ｙの偏光方向である。第１固体発光素子５２Ｘから射出される第１の光（青色光）が回転拡散板７０に入射するときの方位角φｘは、第１固体発光素子５２Ｙから射出される第２の光（青色光）が回転拡散板７０に入射するときの方位角φｙとは異なる。図２（ｃ）の例では、方位角φｘは約１１０°であり、方位角φｙは約−１４０°である。

第１基台５１の面５１ａの面内において、第１固体発光素子５２Ｘの配置の仕方は第１固体発光素子５２Ｙの配置の仕方とは異なっている。つまり、第１固体発光素子５２Ｘの長手方向Ｗ１は第１固体発光素子５２Ｙの長手方向Ｗ１と平行ではなく、所定の角度をなす。具体的には、１２個の第１固体発光素子５２は、その長手方向が第１基台５１の中心Ｃ１と第１固体発光素子５２の中心とを結ぶ線と平行になるように、第１基台５１の面５１ａ内において相対的に回転されている。そのため、複数の第１固体発光素子５２から射出される光の偏光方向５２Ａは、第１ピックアップ光学系８０の光軸方向から見たとき、それぞれ第１基台５１の中心Ｃ１（第１ピックアップ光学系８０の光軸）を中心として放射状になっている。

図３は、第１固体発光素子５２Ｘから射出された第１の光Ｌ１が回転拡散板７０を介して第１レンズ８１の光入射面８１ａに入射する様子を示す図である。ただし、図３は、回転拡散板７０が省略されて第１の光Ｌ１が第1レンズ８１の光入射面８１ａに直接入射するとしたときの、光入射面８１ａに対する第１の光Ｌ１の入射面Vに対して直交する方向から見た側面図である。

回転拡散板７０に入射した第１の光Ｌ１は、回転拡散板７０で拡散されることで、放射状に広がる青色光Ｌ２となる。青色光Ｌ２は第１ピックアップ光学系の第1レンズ８１の光入射面８１ａに入射する。第１レンズ８１は、回転拡散板７０から射出された青色光Ｌ２を屈折させて、図１に示した第２レンズ８２に入射させる。第１レンズ８１を透過し第２レンズに入射した光Ｔは、図１に示したダイクロイックミラー２２で反射され、色分離導光光学系２００に入射して光変調装置４００Ｂの照明光として利用される。第１レンズ８１に入射する青色光Ｌ２のうち、光入射面８１ａに対する入射角θが大きい成分の多くは、光入射面８１ａで反射され、反射された光Ｒはロスとなる。つまり、反射された光Ｒは利用することができない。

前述のように、第１固体発光素子５２Ｘの長手方向は第１基台５１の中心Ｃ１と第１固体発光素子５２Ｘの中心とを結ぶ線と平行であるため、第１固体発光素子５２Ｘから射出された第１の光Ｌ１は偏光方向が入射面と平行なＰ偏光である。そのため、回転拡散板７０が省略された場合には、第１固体発光素子５２Ｘから射出された第１の光Ｌ１は、Ｐ偏光として第1レンズ８１の光入射面８１ａに入射する。回転拡散板７０を設けることによって、第１の光Ｌ１は拡散されて放射状に広がる青色光Ｌ２となるが、偏光方向は、回転拡散板７０で拡散される前後で殆ど変化しない。そのため、回転拡散板７０から射出された青色光（拡散光）Ｌ２の偏光方向は、入射面と平行なままである。

図４は、第１レンズ８１の光入射面８１ａに対して角度θで光を入射したときの、光入射面８１ａでの光の反射率を示す図である。図４中、符号Ｐは、Ｐ偏光を入射した場合の反射率の曲線を示しており、符号Ｓは、Ｓ偏光を入射した場合の反射率の曲線を示しており、符号Ａは、Ｐ偏光の反射率とＳ偏光の反射率の平均の反射率の曲線（（Ｐ偏光の反射率＋Ｓ偏光の反射率）／２）を示している。つまり、符号Ａで示した反射率の曲線は、非偏光光の反射率に相当する。

図４に示すように、大きな入射角θにおいて、Ｐ偏光はＳ偏光に比べて界面反射による反射率が低い。そのため、回転拡散板７０から射出された青色光Ｌ２を第１レンズ８１の光入射面８１ａに対してＰ偏光として入射させれば、光入射面８１ａで反射されてロスとなる光Ｒの割合が少なくなり、明るい表示が可能となる。

符号Ａで示した反射率の曲線では、角度θが大きくなると反射率も大きくなり、角度θが６０°を超えると反射率が急激に大きくなる。それに対して、符号Ｐで示した反射率の曲線では、角度θが７０°を超えるまでは反射率は大きくならず、角度θが７５°までは、符号Ａで示した反射率の曲線において角度θが０°の場合（第１レンズに対して光を垂直に入射させた場合）よりも反射率が小さい。よって、回転拡散板から射出された青色光の大部分が第１レンズの光入射面８１ａに対してＰ偏光として７５°以下の角度で入射するようにすれば、極めてロスの少ない明るい表示が可能となる。

磨りガラスのように基板の表面部分でのみ光を拡散させる回転拡散板は、拡散の度合いが比較的小さいので、第１レンズの光入射面８１ａに対して小さな入射角θで青色光を入射させる場合には好適である。そのため、本実施形態では、回転拡散板の基板として、内部に散乱材を含まない透明基板を用い、該透明基板の青色光が入射又は射出される部分の表面に微細な凹凸（拡散面）を形成したものが用いられている。この構成によれば、青色光が大きく広がり過ぎないように、入射時の指向性をある程度残した状態で青色光を拡散させることができる。

例えば、図５に示すように、回転拡散板の基板（拡散部材）に入射した第１の光Ｌ１が基板によって拡散されずに射出された場合の青色光の射出方向を第１の方向Ｍ１とし、第１の方向Ｍ１に対して角度ωをなす第２の方向Ｍ２に拡散される青色光Ｌ２の強度をＩ（ω）とする。基板は、Ｉ０を定数、ｎを１より大きい正の数として、Ｉ（ω）＝Ｉ０・ｃｏｓ^ｎωとなるような拡散特性Ｋを備えていることが好ましい。ｎの大きさは、例えば、基板として、表面を粗面化処理して拡散面を形成した基板を用いた場合、拡散面の表面粗さを変えることによって、制御することができる。

図５は、上記の式においてｎを３，５，１０としたときの拡散特性Ｋを示す図である。図５（ａ）はｎ＝３の場合であり、図５（ｂ）はｎ＝５の場合であり、図５（ｃ）はｎ＝１０の場合である。図５中、角度θ０は、第１集光光学系５５（図１参照）で集光された複数の青色光のうち、最も大きな角度で基板（拡散部材）７１に入射した青色光Ｓ１の入射角度である。本実施形態の場合、角度θ０は２２．５°である。青色光Ｓ１の入射方向（第１の方向Ｍ１）に対して角度ωをなす方向（第２の方向Ｍ２）に射出される青色光Ｓ２の光強度は、青色光Ｓ２が射出される位置Ｏと、青色光Ｓ２の光軸と分布曲線Ｋとの交点Ｐと、の間の距離で示される。

図５（ａ）に示すように、ｎ＝３の場合には、基板７１から射出される青色光の射出角度は、概ね７５°以下の範囲に収まっている。７５°よりも大きな角度で射出される青色光も若干存在するが、殆ど問題にならない程度である。図５（ｂ）に示すように、ｎ＝５の場合には、７５°よりも大きな角度で射出される青色光は殆ど存在しない。よって、光のロスの少ない光源装置が提供される。図５（ｃ）に示すように、ｎ＝１０の場合には、７５°よりも大きな角度で射出される青色光は略ゼロであり、光のロスは更に少なくなるが、拡散が弱くなるので、指向性の高い青色光が射出されるようになる。

このように、ｎを大きくしていくと、光のロスは少なくなり明るい光源装置が提供されるが、ｎを大きくしすぎると、光の指向性が高くなり、表示への悪影響が懸念されるようになる。よって、ｎの大きさは、表示への悪影響が生じない範囲で大きくすることが好ましい。この観点から、ｎは、３以上１０以下、より好ましくは、５以上１０以下であることが好ましい。

このような拡散特性を有する回転拡散板７０を使用すれば、回転拡散板７０から射出された青色光Ｌ２の一部は入射面Vに対して交差する方向に拡散されるが、青色光Ｌ２の多くの成分はＰ偏光として第1レンズ８１の光入射面８１ａに入射する。つまり、第１固体発光素子５２Ｘから射出された第１の光Ｌ１のうち、第1レンズ８１の光入射面８１ａに対してＰ偏光として入射する成分が、第1レンズ８１の光入射面８１ａに対してＳ偏光として入射する成分よりも多くなる。これにより、第１の光Ｌ１のうち第1レンズ８１の光入射面８１ａによって反射される成分が少なくなり、第１の光Ｌ１の利用効率を高めることができる。

前述したように、第１固体発光素子５２Ｘから射出される第１の光Ｌ１が回転拡散板７０に入射するときの方位角φｘは、第１固体発光素子５２Ｙから射出される第２の光が回転拡散板７０に入射するときの方位角φｙとは異なる。そこで、第１固体発光素子５２Ｙについては、第１固体発光素子５２Ｙから射出される第２の光のうち、第1レンズ８１の光入射面８１ａに対してＰ偏光として入射する成分が、第1レンズ８１の光入射面８１ａに対してＳ偏光として入射する成分よりも多くなるように、第１基台５１の面５１ａの面内において、第１固体発光素子５２Ｙの配置の仕方を第１固体発光素子５２Ｘの配置の仕方とは異ならせればよい。このようにすれば、第１の光Ｌ１の利用効率を高めるとともに、第１固体発光素子５２Ｙから射出される第２の光の利用効率も同時に高めることができる。

このとき、方位角φｘは方位角φｙと異なっているため、第1レンズ８１の光軸方向から見たとき、第１の光Ｌ１が第1レンズ８１の光入射面８１ａに入射するときの偏光方向は、第２の光が第1レンズ８１の光入射面８１ａに入射するときの偏光方向とは異なっている。他の第１固体発光素子５２についても同様に、配置の仕方を互いに異ならせれば、他の第１固体発光素子５２から射出される青色光の利用効率も同時に高めることができる。

特に、複数の第１固体発光素子５２から射出される複数の青色光が第1レンズ８１の光入射面８１ａに入射するとき、複数の青色光各々の偏光方向が、第１ピックアップ光学系の光軸（第１レンズ８１の中心軸）Ａｘと平行な方向から見て、光軸Ａｘを中心として放射状になっていることが好ましい。これによれば、複数の青色光各々について、第1レンズ８１の光入射面８１ａに対してＰ偏光として入射する成分をＳ偏光として入射する成分よりもはるかに多くすることができる。

さらに、複数の第１固体発光素子５２から射出される複数の青色光が回転拡散板７０に入射するとき、複数の青色光各々の偏光方向が、第１ピックアップ光学系の光軸（第１レンズ８１の中心軸）Ａｘと平行な方向から見て、光軸Ａｘを中心として放射状になっていることが好ましい。これによれば、複数の青色光各々について、容易に、第1レンズ８１の光入射面８１ａに対してＰ偏光として入射する成分をＳ偏光として入射する成分よりもはるかに多くすることができる。

図１に戻って、第２光源１０は、第２基台１１と、第２基台１１上に並べて配置された複数の第２固体発光素子１２とを備えている。第２固体発光素子１２は、回転蛍光板３０に備えられた蛍光体３２を励起させる励起光を射出する光源である。本実施形態の場合、第２固体発光素子１２は、励起光として青色（発光強度のピーク：４５０ｎｍ付近）のレーザー光を射出する半導体レーザーであるが、第２固体発光素子１２は、蛍光体３２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光を射出するものであっても構わない。

図６は、第２基台１１上に設置された複数の第２固体発光素子１２の設置状態を示す平面図である。

第２基台１１上には、１２個の第２固体発光素子１２が３行４列で並べて配置されている。第２基台１１の中心Ｃ２は、図１に示した第２ピックアップ光学系４０の光軸と一致する。第２固体発光素子１２の構成は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示した第１固体発光素子５２の構成と同じである。すなわち、第２固体発光素子１２は、射出される光の光軸方向から見て長手方向と短手方向とを有する細長い矩形の半導体レーザーである。第２固体発光素子１２は、その長手方向と平行な偏光方向を有する光（直線偏光）を射出する。

１２個の第２固体発光素子１２は、第２基台１１への取り付け作業の容易さなどから、その長手方向が、長方形形状を有する第２基台１１の長手方向と平行になるように整然と配置されている。そのため、複数の第２固体発光素子１２から射出される複数の励起光は、互いに偏光方向１２Ａが揃った光となる。第２光源１０では、励起光が無偏光の蛍光に変換されて第２ピックアップ光学系４０に入射するため、励起光の偏光方向を特定の方向に制御する必要がない。そのため、第１光源５０のように複雑な配置で第１固体発光素子５２を設置する必要がなく、取り付け作業の容易さを優先して第２固体発光素子１２を整然と配置することができる。

図１に戻って、第２コリメーターレンズアレイ１３は、各第２固体発光素子１２と１対１に対応した複数の第２マイクロレンズ１３０を備えている。複数の第２マイクロレンズ１３０は、第２基台１１上に並べて配置されている。各第２マイクロレンズ１３０は、対応する第２固体発光素子１２から射出される励起光の光軸上に設置され、当該励起光を平行化する。第２コリメーターレンズアレイ１３から射出された励起光は、凸レンズからなる第２集光レンズ２０で集光される。

第２集光レンズ２０とダイクロイックミラー２２との間の励起光の光路上には、両凹レンズからなる第１平行化レンズ２１が配置されている。第１平行化レンズ２１は、第２集光レンズ２０と、第２集光レンズ２０における焦点位置との間に配置され、第２集光レンズ２０から入射する励起光を平行化してダイクロイックミラー２２に射出する。

ダイクロイックミラー２２は、その表面が、第２光源１０の発光面及び蛍光体３２の表面に対して約４５°の角度をなすように、これら各面と対峙して配置されている。ダイクロイックミラー２２は、第１平行化レンズ２１から入射する励起光（青色光成分）を９０°折り曲げて第２ピックアップ光学系４０側に反射するとともに、第２ピックアップ光学系４０から入射する蛍光（赤色光成分及び緑色光成分）を透過させる。

第２ピックアップ光学系４０は、ダイクロイックミラー２２と回転蛍光板３０との間の励起光および蛍光の光路上に配置されている。第２ピックアップ光学系４０は、回転蛍光板３０からの蛍光の広がりを抑える第１レンズ４１と、第１レンズ４１から入射される蛍光を平行化する第２レンズ４２とを含んで構成されている。第１レンズ４１は、例えば、回転蛍光板３０側が平面状、これと反対側が凸の曲面状をなす平凸レンズからなり、第２レンズ４２は、例えば凸レンズからなる。

第２ピックアップ光学系４０は、回転蛍光板３０からの蛍光を略平行化した状態でダイクロイックミラー２２に入射させる。また、第２ピックアップ光学系４０の第１レンズ４１及び第２レンズ４２は、ダイクロイックミラー２２から入射する励起光を集光する機能を兼ねており、励起光を集光させた状態で回転蛍光板３０に入射させる。すなわち、第２コリメーターレンズアレイ１３と第２集光レンズ２０と第１平行化レンズ２１とダイクロイックミラー２２と第２ピックアップ光学系４０によって、第２光源１０から射出された複数の励起光を集光する第２集光光学系１５が形成されている。

なお、第２ピックアップ光学系４０は、回転蛍光板３０から射出される蛍光の広がりに応じて、使用するレンズの屈折率や形状が決められ、レンズの数も２つに限らず、１つ又は３つ以上の複数個とすることもできる。

図７は、回転蛍光板３０の斜視図である。

回転蛍光板３０は、励起光の入射方向と同じ方向に蛍光を射出させる反射型の回転蛍光板である。回転蛍光板３０は、モーター（回転駆動機構）３３により回転駆動される基板３１と、基板３１の表面に形成された蛍光体３２とを備えている。基板３１は、蛍光体３２が発する蛍光を反射する材料よりなる。基板３１は、Ａｌ等の熱伝導率の高い金属材料等からなることが好ましく、これにより基板３１を放熱板として機能させることができる。蛍光体３２は、励起光が入射する領域に対応して、基板３１の回転方向に沿ってリング状に形成されている。本実施形態では基板３１として円板を用いているが、基板３１の形状は円板に限られない。

蛍光体３２は、第２固体発光素子１２から射出される励起光を吸収し、蛍光を発する粒子状の蛍光物質（蛍光体粒子）を有する。蛍光体３２は、波長が約４５０ｎｍの励起光（青色光）を吸収し、概ね４９０〜７５０ｎｍ（発光強度のピーク：５７０ｎｍ）の蛍光に変換する機能を有する。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。

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）_５Ｏ_１２：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。

図１に戻って、回転蛍光板３０には、第１レンズ４１及び第２レンズ４２によって集光された励起光（青色光）が、蛍光体３２の表面から入射する。回転蛍光板３０は、励起光が入射する側と同じ側に向けて、蛍光体３２が発した赤色光及び緑色光（蛍光）を射出する。回転蛍光板３０では、基板３１を回転駆動することによって、蛍光体３２の励起光が照射された部分（被照射部分）が円を描くように、励起光が照射される領域（光照射領域）Ｓ２に対して相対的に移動する。

回転蛍光板３０から射出された光は、第２ピックアップ光学系４０で平行化され、ダイクロイックミラー２２に入射する。ダイクロイックミラー２２は、第２ピックアップ光学系４０から入射する光のうち、励起光（青色光）を反射して除去し、緑色光及び赤色光を透過させる。ダイクロイックミラー２２には、第２ピックアップ光学系４０からの光が入射する入射面と反対側の表面に、第１光源５０から射出された青色光が入射し、第２ピックアップ光学系４０から射出された光の光軸と平行な方向に反射される。これにより、第２ピックアップ光学系４０から射出された緑色光および赤色光と、第１ピックアップ光学系８０から射出された青色光とが合成されて白色光となる。

ダイクロイックミラー２２で合成された緑色光、赤色光及び青色光は、第１フライアイレンズアレイ９１及び第２フライアイレンズアレイ９２からなるフライアイインテグレーター９０に入射し、光量分布が均一化される。フライアイインテグレーター９０から射出された緑色光、赤色光及び青色光は、偏光変換素子９３によって偏光方向が一方向に揃えられた直線偏光に変換され、第２平行化レンズ９４により平行化され、光源装置１００から射出される。なお、フライアイインテグレーター９０および偏光変換素子９３は、例えば特開平８−３０４７３９号公報にその詳細が開示されている公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。

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１００からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂに導光する機能を有する。

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誘電体多層膜からな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。

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。

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を経て赤色光用の光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。

光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、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、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、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。

光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、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１００の照明対象となる。光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ及び光変調装置４００Ｂによって、入射された各色光の光変調が行われる。

例えば、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、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。

クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光素子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。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。

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。

本実施形態のプロジェクター１０００によれば、以下の作用効果が奏される。

（１）プロジェクター１０００では、複数の第１固体発光素子５２から射出された複数の青色光のうち、回転拡散板７０に入射する際の方位角が互いに異なる第１の光と第２の光に関して、第１の光が第1レンズ８１の光入射面８１ａに入射する際の偏光方向は、第２の光が第1レンズ８１の光入射面８１ａに入射する際の偏光方向と異なっている。そのため、第１の光のうち、第1レンズ８１の光入射面８１ａに対してＰ偏光として入射する成分を、第1レンズ８１の光入射面８１ａに対してＳ偏光として入射する成分よりも多くすると同時に、第２の光のうち、第1レンズ８１の光入射面８１ａに対してＰ偏光として入射する成分を、第1レンズ８１の光入射面８１ａに対してＳ偏光として入射する成分よりも多くすることができる。よって、複数の青色光が第１ピックアップ光学系８０に入射する際の界面反射による光のロス（フレネル損失）が少なくなり、明るい光源装置１００が提供される。また、このような光源装置１００を用いることにより、明るい画像表示が可能なプロジェクター１０００が提供される。

（２）プロジェクター１０００では、前記第１の光のうち第1レンズ８１の光入射面８１ａに対してＰ偏光として入射する成分が、前記第１の光のうち第１レンズ８１の光入射面８１ａに対してＳ偏光として入射する成分よりも多く、第２の光のうち第１レンズ８１の光入射面８１ａに対してＰ偏光として入射する成分が、第２の光のうち第１レンズ８１の光入射面８１ａに対してＳ偏光として入射する成分よりも多い。この構成によれば、複数の光のフレネル損失をさらに小さくすることができるので、さらに明るい光源装置が提供される。

（３）プロジェクター１０００では、複数の固体発光素子から射出された複数の光が第１レンズ８１に入射する際に、複数の光各々の偏光方向が第１レンズ８１の光軸と平行な方向から見て放射状となっている。この構成によれば、複数の光各々について、Ｐ偏光として第１レンズ８１の光入射面８１ａに入射する成分をＳ偏光として第１レンズ８１の光入射面８１ａに入射する成分よりもはるかに高くすることができる。そのため、複数の光のフレネル損失をさらに小さくすることができるので、さらに明るい光源装置が提供される。

（４）プロジェクター１０００では、複数の光が拡散部材としての回転拡散板７０に入射する際に、複数の光各々の偏光方向が第１レンズ８１の光軸と平行な方向から見て放射状となっている。この構成によれば、複数の光各々について、容易に、Ｐ偏光として第１レンズ８１の光入射面８１ａに入射する成分をＳ偏光として第１レンズ８１の光入射面８１ａに入射する成分よりもはるかに高くすることができる。そのため、複数の光のフレネル損失をさらに小さくすることができるので、さらに明るい光源装置が提供される。

（５）プロジェクター１０００では、複数の第１固体発光素子５２が設置される第１基台５１をさらに備え、第１基台５１が有する複数の面のうち複数の第１固体発光素子５２が設けられている面内において、複数の第１固体発光素子５２の配置の仕方が互いに異なっている。この構成によれば、複数の光各々について、容易に、Ｐ偏光として第１レンズ８１の光入射面８１ａに入射する成分をＳ偏光として第１レンズ８１の光入射面８１ａに入射する成分よりもはるかに高くすることができる。そのため、複数の光のフレネル損失をさらに小さくすることができるので、さらに明るい光源装置が提供される。

（６）プロジェクター１０００では、基板７１（拡散部材）に入射した青色光が基板７１によって拡散されずに射出された場合の青色光の射出方向を第１の方向Ｍ１とし、前記第１の方向Ｍ１に対して角度ωをなす第２の方向Ｍ２に拡散される青色光の強度をＩ（ω）としたときに、基板７１は、Ｉ０を定数、ｎを３以上の正の数として、Ｉ（ω）＝Ｉ０・ｃｏｓ^ｎωとなるような拡散特性Ｋを備えている。そのため、第１ピックアップ光学系８０の光入射面８１ａに対して大きな入射角度θで入射する光成分が少なくなり、界面反射による光のロスが低減される。特に、ｎを５以上１０以下とした場合には、拡散不足による表示への悪影響を抑制しながら、界面反射による光のロスを十分に低減することができる。

（７）プロジェクター１０００では、基板７１は、複数の青色光が入射又は射出される部分の表面に形成された凹凸によって複数の青色光を拡散させる拡散部材とされている。このような拡散部材は、光のピーク方向（光の強度が最も大きい方向）を保存しやすいため、上記のような光強度分布を実現しやすい。

（８）プロジェクター１０００では、基板７１をモーター７３によって回転させるため、基板７１の回転に伴って、第１集光光学系５５で集光された複数の青色光が基板７１に入射する位置が時間的に変動する。半導体レーザーのように干渉性の高い光を射出する固体発光素子を用いて表示を行うと、スクリーンＳＣＲなどの散乱体で光の干渉が生じ、明点と暗点が縞模様あるいは斑模様に分布する、いわゆるスペックルと呼ばれる現象が発生する場合があるが、基板７１を回転させると、スペックルのパターンが時間的に変動するため、それらが時間的に重畳され平均化されることで、スペックルが認識されにくくなる。よって、表示品質の高い画像表示が可能となる。

［変形形態］
本実施形態のプロジェクター１０００では、光変調装置として３つの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。

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。

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。

上記各実施形態においては、本発明の照明装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、これに限らない。例えば、本発明の照明装置を他の光学機器（例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ、照明機器等）に適用することも可能である。

５１…第１基台、５１ａ…第１基台において第１固体発光素子が設けられている面、５２…第１固体発光素子、５５…第１集光光学系、７１…基板（拡散部材）、７３…モーター（回転駆動機構）、８０…第１ピックアップ光学系、８１…第１レンズ（ピックアップレンズ）、８１ａ…第１レンズの光入射面、８２…第２レンズ、１００…光源装置、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…光変調装置、６００…投写光学系、１０００…プロジェクター、Ａｘ…第１ピックアップ光学系の光軸

Claims (11)

1. 複数の固体発光素子と、
   前記複数の固体発光素子から射出された複数の光が入射する拡散部材と、
   前記拡散部材を介して前記複数の光が入射するピックアップレンズと、
   を備え、
   前記複数の光のうち第１の光が前記拡散部材に入射する際の方位角は、前記複数の光のうち第２の光が前記拡散部材に入射する際の方位角と異なり、
   前記第１の光が前記ピックアップレンズに入射する際の偏光方向は、前記第２の光が前記ピックアップレンズに入射する際の偏光方向と異なっている光源装置。
2. 前記第１の光のうち前記ピックアップレンズの光入射面に対してＰ偏光として入射する成分が、前記第１の光のうち前記ピックアップレンズの光入射面に対してＳ偏光として入射する成分よりも多く、
   前記第２の光のうち前記ピックアップレンズの光入射面に対してＰ偏光として入射する成分が、前記第２の光のうち前記ピックアップレンズの光入射面に対してＳ偏光として入射する成分よりも多い請求項１に記載の光源装置。
3. 前記複数の光が前記ピックアップレンズに入射する際に、前記複数の光各々の偏光方向が前記ピックアップレンズの光軸と平行な方向から見て放射状となっている請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記複数の光が前記拡散部材に入射する際に、前記複数の光各々の偏光方向が前記ピックアップレンズの光軸と平行な方向から見て放射状となっている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記複数の固体発光素子が設置される基台をさらに備え、
   前記基台が有する複数の面のうち前記複数の固体発光素子が設けられている面内において、前記複数の固体発光素子の配置の仕方が互いに異なっている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記拡散部材に入射した光が前記拡散部材によって拡散されずに射出された場合の前記光の射出方向を第１の方向とし、前記第１の方向に対して角度ωをなす第２の方向に拡散される前記光の強度をＩ（ω）としたときに、前記拡散部材は、Ｉ０を定数、ｎを３以上の正の数として、Ｉ（ω）＝Ｉ０・ｃｏｓ^ｎωとなるような拡散特性を備えている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記ｎは、５以上１０以下である請求項６に記載の光源装置。
8. 前記拡散部材の表面に凹凸が設けられている請求項６又は７に記載の光源装置。
9. 前記拡散部材を回転駆動する回転駆動機構を備える請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光源装置。
10. 前記ピックアップレンズの光入射面が平面である請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光源装置。
11. 請求項１乃至１０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、
    を備えているプロジェクター。

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