JP2017156619A - 光源装置及び投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像光の色ムラや輝度ムラを抑制することができる光源装置と、この光源装置を備えて色ムラや輝度ムラが抑制された画像光を投影することができる投影装置を提供する。【解決手段】光源装置６０は、半導体発光素子である青色光源装置３００の青色レーザダイオード３０１と、青色レーザダイオード３０１からの光が入射されて当該光を整形して出射する光整形部３２０と、を有し、光整形部３２０は、シリンドリカル凹形状が形成される入射面と、軸対称形状が形成される出射面と、を備える整形レンズ（第一整形レンズ３３０、第二整形レンズ３４０）を有し、青色レーザダイオード３０１からの光は断面楕円形状とされ、青色レーザダイオード３０１と整形レンズは、断面楕円形状の長軸方向とシリンドリカル凹形状の長手方向が一致するよう配置される。【選択図】 図３

Description

本発明は、光源装置と、この光源装置を備える投影装置に関する。

今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像、さらにメモリカード等に記憶されている画像データによる画像等をスクリーンに投影する画像投影装置としてのデータプロジェクタが多用されている。従来、このようなプロジェクタは、高輝度の放電ランプを光源とするものが主流であったが、近年、省電力、高寿命、高輝度な半導体発光素子としてのレーザダイオードを用いた投影装置の提案がなされている。

特許文献１に開示される投影装置は、光源として青色波長帯域光を発する青色レーザダイオードと、赤色波長帯域光を発する赤色レーザダイオードと、励起光が蛍光体層に照射されることにより緑色波長帯域光を発する蛍光発光装置が備えられる。半導体発光素子とされる各色レーザダイオードから出射された光は、コリメータレンズを介してマイクロレンズアレイに照射され、これにより均一な強度分布の拡散光とされて表示素子に導光される。同様に、蛍光発光装置からの蛍光光も同じマイクロレンズアレイを介して表示素子に導光される。

特開２０１３−１９０５９１号公報

一般に、半導体発光素子とされるレーザダイオードから出射される光の断面形状は楕円形状となることが知られている。そして、特許文献１におけるプロジェクタにおいては、マイクロレンズアレイを透過したレーザ光であっても、指向性の強いレーザ光においては断面楕円形状が維持されたまま表示素子に照射される。このとき、表示素子の画像形成面の中央部に比べて周辺部へのレーザ光の照射が十分でない場合がある。すると、表示素子から出射される画像光は、画面（スクリーン）の中央部と周辺部とで色ムラや輝度ムラが生じてしまう場合がある。

本発明は、画像光の色ムラや輝度ムラを抑制することができる光源装置と、この光源装置を備えて色ムラや輝度ムラが抑制された画像光を投影することができる投影装置を提供する。

本発明に係る光源装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの光が入射されて当該光を整形して出射する光整形部と、を有し、前記光整形部は、シリンドリカル凹形状が形成される入射面と、軸対称形状が形成される出射面と、を備える整形レンズを有し、前記半導体発光素子からの前記光は断面楕円形状とされ、前記半導体発光素子と前記整形レンズは、前記断面楕円形状の長軸方向と前記シリンドリカル凹形状の長手方向が一致するよう配置されることを特徴とする。

本発明に係る投影装置は、上述の光源装置と、前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、前記表示素子と、前記光源装置を制御する投影装置制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、色ムラや輝度ムラを低減させた光源装置と、この光源装置を備える投影装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る投影装置を示す外観斜視図である。 本発明の実施形態に係る投影装置の機能ブロックを示す図である。 本発明の実施形態に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。 本発明の実施形態に係るレーザダイオードが光を出射している様子を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るレーザダイオードからの出射光が光整形部を透過する様子を示す模式図であり、（ａ）はｙ−ｚ平面における側面図であり、（ｂ）はｘ−ｚ平面における側面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイに光が入射されている様子を示す平面模式図である。 本発明の実施形態の変形例に係るレーザダイオードからの出射光が光整形部を透過する様子を示す模式図であり、（ａ）はｙ−ｚ平面における側面図であり、（ｂ）はｘ−ｚ平面における側面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図に基づいて説明する。図１は、投影装置１０の外観斜視図である。なお、本実施形態において、投影装置１０における左右とは投影方向に対しての左右方向を示し、前後とは投影装置１０のスクリーン側方向及び光線束の進行方向に対しての前後方向を示す。

そして、投影装置１０は、図１に示すように、略直方体形状であって、投影装置１０筐体の前方の側板とされる正面パネル１２の側方に投影部を有するとともに、この正面パネル１２には複数の排気孔１７を設けている。さらに、図示しないがリモートコントローラからの制御信号を受信するＩｒ受信部を備えている。

また、筐体の上ケース１１にはキー／インジケータ部３７が設けられ、このキー／インジケータ部３７には、電源スイッチキーや電源のオン又はオフを報知するパワーインジケータ、投影のオン、オフを切りかえる投影スイッチキー、光源ユニットや表示素子又は制御回路等が過熱したときに報知をする過熱インジケータ等のキーやインジケータが配置されている。また、上ケース１１は、投影装置１０の筐体の上面と左側面の一部までを覆っており、故障時等には上ケース１１を下ケース１６から取り外せる構成とされている。

さらに、筐体の背面には、図示されない背面板にＵＳＢ端子やアナログＲＧＢ映像信号が入力される映像信号入力用のＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、ＲＣＡ端子、音声出力端子等を設ける入出力コネクタ部及び電源アダプタプラグ等の各種端子が設けられている。また、投影装置１０の背面側のパネルには、複数の吸気孔が形成されている。

次に、投影装置１０の投影装置制御部について図２の機能ブロック図を用いて述べる。投影装置制御部は、制御部３８、入出力インターフェース２２、画像変換部２３、表示エンコーダ２４、表示駆動部２６等から構成される。

この制御部３８は、投影装置１０内の各回路の動作制御を司るものであって、ＣＰＵ、各種セッティング等の動作プログラムを固定的に記憶したＲＯＭ及びワークメモリとして使用されるＲＡＭ等により構成されている。

そして、この制御手段により、入出力コネクタ部２１から入力された各種規格の画像信号は、入出力インターフェース２２、システムバス（ＳＢ）を介して画像変換部２３で表示に適した所定のフォーマットの画像信号に統一するように変換された後、表示エンコーダ２４に出力される。

また、表示エンコーダ２４は、入力された画像信号をビデオＲＡＭ２５に展開記憶させた上でこのビデオＲＡＭ２５の記憶内容からビデオ信号を生成して表示駆動部２６に出力する。

表示駆動部２６は、表示素子制御手段として機能するものであり、表示エンコーダ２４から出力された画像信号に対応して適宜フレームレートで空間的光変調素子（ＳＯＭ）である表示素子５１を駆動するものである。

そして、この投影装置１０では、光源装置６０から出射された光線束について光学系を介して表示素子５１に照射することにより、表示素子５１の反射光で光像を形成し、投影側光学系を介して図示しないスクリーンに画像を投影表示する。なお、この投影側光学系の可動レンズ群２３５は、レンズモータ４５によりズーム調整やフォーカス調整のための駆動が行われる。

また、画像圧縮／伸長部３１は、画像信号の輝度信号及び色差信号をＡＤＣＴ及びハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮して着脱自在な記録媒体とされるメモリカード３２に順次書き込む記録処理を行う。

さらに、画像圧縮／伸長部３１は、再生モード時にメモリカード３２に記録された画像データを読み出し、一連の動画を構成する個々の画像データを１フレーム単位で伸長し、この画像データを、画像変換部２３を介して表示エンコーダ２４に出力し、メモリカード３２に記憶された画像データに基づいて動画等の表示を可能とする処理を行う。

そして、筐体の上ケース１１に設けられるメインキー及びインジケータ等により構成されるキー／インジケータ部３７の操作信号は、直接に制御部３８に送出され、リモートコントローラからのキー操作信号は、Ｉｒ受信部３５で受信され、Ｉｒ処理部３６で復調されたコード信号が制御部３８に出力される。

なお、制御部３８にはシステムバス（ＳＢ）を介して音声処理部４７が接続されている。この音声処理部４７は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備えており、投影モード及び再生モード時には音声データをアナログ化し、スピーカ４８を駆動して拡声放音させる。

また、制御部３８は、光源制御手段としての光源制御回路４１を制御しており、この光源制御回路４１は、画像生成時に要求される所定波長帯域の光が光源装置６０から出射されるように、光源装置６０の赤色光源装置、緑色光源装置及び青色光源装置の発光を個別に制御する。

さらに、制御部３８は、冷却ファン駆動制御回路４３に光源装置６０等に設けた複数の温度センサによる温度検出を行わせ、この温度検出の結果から冷却ファンの回転速度を制御させている。また、制御部３８は、冷却ファン駆動制御回路４３にタイマー等により投影装置１０本体の電源オフ後も冷却ファンの回転を持続させる、あるいは、温度センサによる温度検出の結果によっては投影装置１０本体の電源をオフにする等の制御も行う。

次に、この投影装置１０の内部構造について述べる。図３は、投影装置１０の内部構造を示す平面模式図である。投影装置１０は、中央部分に光源装置６０を備え、光源装置６０の左側方に投影側光学系２２０のレンズ鏡筒２２５を備えている。また、投影装置１０は、レンズ鏡筒２２５と背面パネル１３との間にＤＭＤ等の表示素子５１を備えている。投影装置１０は、表示素子５１と背面パネル１３との間に、表示素子５１を冷却させるヒートシンク１９１を備えている。さらに、投影装置１０は、光源装置６０の下方に主制御回路基板を備えている。

光源装置６０は、緑色波長帯域光を出射する緑色光源装置８０と、赤色波長帯域光を出射する赤色光源装置１２０と、青色波長帯域光を出射する青色光源装置３００と、導光光学系１４０と、により形成されている。また、緑色光源装置８０は、励起光照射装置７０と、蛍光板装置１００とにより形成されている。

励起光照射装置７０は、投影装置１０の左右方向の略中央における背面パネル１３近傍に配置されている。励起光照射装置７０は、２個の半導体発光素子である青色レーザダイオード７１により構成されている。２個の青色レーザダイオード７１は、背面パネル１３と光軸が垂直になるよう左右に並べて配置されている。そして、青色レーザダイオード７１と背面パネル１３との間には、ヒートシンク８１が配置されている。各青色レーザダイオード７１の光軸上には、各青色レーザダイオード７１からの出射光の指向性を高めるように各々平行光に変換するコリメータレンズ７３がそれぞれ配置されている。また、ヒートシンク８１と背面パネル１３との間には冷却ファン２６１が配置されている。この冷却ファン２６１とヒートシンク８１とによって青色レーザダイオード７１が冷却される。

蛍光板装置１００は、励起光照射装置７０から出射される励起光の光路上であって、正面パネル１２の近傍に配置される。蛍光板装置１００は、正面パネル１２と平行となるように、つまり、励起光照射装置７０からの出射光の光軸と直交するように配置された蛍光ホイールである蛍光板１０１と、この蛍光板１０１を回転駆動するモータ１１０と、励起光照射装置７０から出射される励起光の光線束を蛍光板１０１に集光するとともに蛍光板１０１から背面パネル１３方向に出射される光線束を集光する集光レンズ群１１１と、を備える。なお、モータ１１０と正面パネル１２との間には冷却ファン２６１が配置されており、この冷却ファン２６１によって蛍光板装置１００等が冷却される。

蛍光板１０１は、励起光照射装置７０から集光レンズ群１１１を介した出射光を励起光として受けて緑色波長帯域光の蛍光光を出射する蛍光発光領域が周状に形成されている。蛍光板１０１の基材は銅やアルミニウム等から成る金属基材であって、この基材の励起光照射装置７０側の表面には、環状の溝を形成し、この溝の底部が銀蒸着等によってミラー加工されており、このミラー加工された表面に緑色蛍光体の層が敷設されている。

蛍光板１０１の蛍光体層は、励起光照射装置７０からの励起光としての青色波長帯域光が蛍光板１０１の緑色蛍光体層に照射されると、緑色蛍光体層における緑色蛍光体が励起され、緑色蛍光体から全方位に緑色波長帯域光を出射する。蛍光発光された光線束は、背面パネル１３側へ出射され、集光レンズ群１１１に入射する。

赤色光源装置１２０は、赤色光源１２１と、赤色光源１２１からの出射光を集光する集光レンズ群１２５と、が備えられる。この赤色光源１２１は、赤色波長帯域の光を発する半導体発光素子である赤色発光ダイオードである。そして、赤色光源装置１２０は、赤色光源装置１２０の赤色光源１２１から出射される赤色波長帯域光の光軸が、青色光源装置３００から出射される青色波長帯域光の光軸及び蛍光板１０１から出射されて後述の第一ダイクロイックミラー１４１により反射される緑色波長帯域光の光軸と交差するように配置されている。さらに、赤色光源装置１２０は、赤色光源１２１の背面パネル１３側に配置されるヒートシンク１３０を備える。ヒートシンク１３０と正面パネル１２との間には冷却ファン２６１が配置されており、この冷却ファン２６１及びヒートシンク１３０によって赤色光源１２１が冷却される。

青色光源装置３００は、右側パネル１４近傍における投影装置１０の前後方向略中央位置に配置される。青色光源装置３００は、半導体発光素子とされる青色レーザダイオード３０１と、この青色レーザダイオード３０１からの光が入射されて、この光を整形して出射する光整形部３２０を備える。光整形部３２０を介して出射される青色レーザダイオード３０１からの出射光の光軸は、正面パネル１２と平行となるよう左側パネル１５側に向けて出射される。従って、青色光源装置３００からの出射光は、励起光照射装置７０からの出射光、蛍光板装置１００からの出射光及び赤色光源装置１２０からの出射光と直交する。

ここで、光整形部３２０には、光軸方向に複数の整形レンズが配置されている。具体的には、青色レーザダイオード３０１の出射側には、第一整形レンズ３３０が配置され、第一整形レンズ３３０の出射側には、第二整形レンズ３４０が配置される。さらに、青色光源装置３００の右側パネル１４側には、ヒートシンク１９０が配置されている。

蛍光板装置１００の正面パネル１２側の冷却ファン２６１と正面パネル１２との間には、この冷却ファン２６１の正面パネル１２側の位置から右側パネル１４の近傍におけるヒートシンク１９０の正面パネル１２側に亘ってヒートシンク１３５が配置される。そして、右側パネル１４の近傍におけるヒートシンク１３５と正面パネル１２との間には、冷却ファン２６１が配置される。この冷却ファン２６１により、ヒートシンク１３５，１９０が冷却される。

そして、導光光学系１４０は、赤色、緑色、青色波長帯域の光線束を集光させる集光レンズや、各色波長帯域の光線束の光軸を変換して同一の光軸とさせる反射ミラー、ダイクロイックミラー等からなる。具体的には、青色光源装置３００から出射される青色波長帯域光の光軸と、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光及び蛍光板装置１００から出射される緑色波長帯域光の光軸と、が直交して交差する位置に、青色波長帯域光を透過し、緑色波長帯域光を反射してこの緑色光の光軸を左側パネル１５方向に９０度変換する第一ダイクロイックミラー１４１が配置されている。第一ダイクロイックミラー１４１により、青色光源装置３００から出射される青色波長帯域光の光軸と蛍光板装置１００から出射される緑色波長帯域光の光軸が同一の光軸とされる。

そして、第一ダイクロイックミラー１４１を透過する青色光源装置３００から出射される青色波長帯域光の光軸及び第一ダイクロイックミラー１４１により反射される蛍光板装置１００から出射される緑色波長帯域光の光軸と、赤色光源装置１２０から出射される赤色波長帯域光の光軸と、が直交して交差する位置に、青色波長帯域光及び緑色波長帯域光を透過し、赤色波長帯域光を反射してこの赤色光の光軸を左側パネル１５方向に９０度変換する第二ダイクロイックミラー１４２が配置されている。第二ダイクロイックミラー１４２により、青色光源装置３００から出射される青色波長帯域光の光軸と、蛍光板装置１００から出射される緑色波長帯域光の光軸と、赤色光源装置１２０から出射される赤色波長帯域光の光軸と、が同一の光軸とされる。

第二ダイクロイックミラー１４２の左側パネル１５側には、拡散板１４４が配置されている。拡散板１４４により、各色波長帯域光が拡散される。そして、拡散板１４４の左側パネル１５側には、マイクロレンズアレイ１４５が配置されている。マイクロレンズアレイ１４５は、各色波長帯域光をさらに拡散させると共に各マイクロレンズアレイ１４５を透過した光を重ね合わせ、各波長帯域光における強度分布を均一化させるものである。

本実施形態におけるマイクロレンズは、レンズ形状として平面視横長矩形形状の両凸レンズを格子状に配列されているものである。そして、マイクロレンズアレイ１４５の左側パネル１５側には、集光レンズ１４７が配置される。集光レンズ１４７は、マイクロレンズアレイ１４５を透過した拡散均一光を表示素子５１の有効サイズに集光させる。このようにして、導光光学系１４０は、第一ダイクロイックミラー１４１、第二ダイクロイックミラー１４２、拡散板１４４、マイクロレンズアレイ１４５、集光レンズ１４７により形成されている。

左側パネル１５近傍の背面パネル１３側に配置される光源側光学系１７０は、光軸変換ミラー１７３，コンデンサレンズ１７４が設けられている。なお、コンデンサレンズ１７４は、表示素子５１から出射された光を集光して、レンズ鏡筒２２５に入射させるので、投影側光学系２２０の構成要素の一つともされる。

光源装置６０からの出射光は、左側パネル１５近傍に配置される光軸変換ミラー１７３に出射される。一方、表示素子５１の前方には、コンデンサレンズ１７４が備えられている。よって、光軸変換ミラー１７３により反射された光源光は、コンデンサレンズ１７４により効果的に表示素子５１に照射される。

表示素子５１で反射されたオン光は、投影光として投影側光学系２２０によりスクリーンに放出される。この投影側光学系２２０のレンズ鏡筒２２５は、レンズ鏡筒２２５に内蔵される固定レンズ群及び可動レンズ群２３５を備えてズーム機能を備えた可変焦点型レンズとされる。可動レンズ群２３５は、レンズモータを駆動源として、ズーム調整やフォーカス調整を可能とされる。

このように投影装置１０を構成することで、蛍光ホイールである蛍光板１０１を回転させるとともに励起光照射装置７０及び赤色光源装置１２０、青色光源装置３００からそれぞれ異なるタイミングで光を出射すると、赤色、緑色及び青色の各波長帯域光が導光光学系１４０及び光源側光学系１７０を介して表示素子５１に入射されるため、投影装置１０の表示素子５１であるＤＭＤがデータに応じて各色の光を時分割表示することにより、スクリーンにカラー画像を投影することができる。

ここで一般に、レーザダイオードは、ダイオードの接合面に対する垂直方向と水平方向とで放射角が異なる。このため、図４に示すように、レーザダイオードから出射されるレーザ光の断面は楕円形状（図４に示す断面楕円形状Ｐ）となることが知られている。ここでは、以下の説明のため、青色光源装置３００の青色レーザダイオード３０１からの出射光における断面楕円形状Ｐの長軸方向をｘ軸とし、短軸方向をｙ軸とし、レーザ光の光軸をｚ軸と定義する。

上記各軸の定義によれば、図３は、ｙ−ｚ平面における配置を示している。よって、青色レーザダイオード３０１は、青色レーザダイオード３０１から出射されるレーザ光における断面楕円形状Ｐの長軸方向（ｘ軸方向）が紙面に垂直となるように配置されている。以下の説明においては、図３に示す青色レーザダイオード３０１の配置に合わせて、上記のｘ―ｙ―ｚ軸系に基づいて説明する。

図５（ａ），（ｂ）は、図３における光整形部３２０から拡散板１４４までの光路における第一ダイクロイックミラー１４１及び第二ダイクロイックミラー１４２を省略した、青色光源装置３００の青色レーザダイオード３０１から出射されたレーザ光がマイクロレンズアレイ１４５に入射する様子を示す模式図である。図５（ａ）は、ｙ−ｚ平面を示し、図５（ｂ）はｘ−ｚ平面を示す。

図５（ａ），（ｂ）に示す通り、青色レーザダイオード３０１の出射側には、光整形部３２０が配置されている。光整形部３２０は、光整形部３２０の入射側（換言すれば、青色レーザダイオード３０１の出射側）に配置される第一整形レンズ３３０と、光整形部３２０の出射側（換言すれば、第一整形レンズ３３０の出射側）に配置される第二整形レンズ３４０と、により形成されている。第一整形レンズ３３０は、第一整形レンズ３３０に光が入射される入射面３３１と、第一整形レンズ３３０を透過した光が出射される出射面３３５と、を備える。入射面３３１には、ｘ軸方向を長手方向とするシリンドリカル凹形状３３２が形成されている。出射面３３５には、軸対称形状である球面形状３３６が形成されている。

第二整形レンズ３４０も第一整形レンズ３３０と同様に、入射面３４１にシリンドリカル凹形状３４２が形成され、出射面３４５に球面形状３４６が形成されている。そして、本実施形態においては、第一整形レンズ３３０のシリンドリカル凹形状３３２と第二整形レンズ３４０のシリンドリカル凹形状３４２の曲率は異ならせて形成され、第二整形レンズ３４０の出射面３４５の球面形状３４６は、第一整形レンズ３３０の出射面３３５の球面形状３３６よりも大口径に形成されている。

ここで、青色レーザダイオード３０１から出射されるレーザ光ＬＲは、前述の通り、断面楕円形状Ｐとされ、その長軸方向がｘ軸方向と一致するように配置されている（図４参照）。従って、青色レーザダイオード３０１における断面楕円形状Ｐの長軸方向と、第一整形レンズ３３０のシリンドリカル凹形状３３２の長手方向及び第二整形レンズ３４０のシリンドリカル凹形状３４２の長手方向は、ｘ軸方向とされて一致している。そして、レーザ光ＬＲの光軸と、光整形部３２０（第一整形レンズ３３０、第二整形レンズ３４０）の光軸は一致している。

青色レーザダイオード３０１から出射したレーザ光ＬＲは、第一整形レンズ３３０の入射面３３１に入射して、出射面３３５の球面形状３３６から出射する。第一整形レンズ３３０の出射面３３５から出射したレーザ光ＬＲは、第二整形レンズ３４０の入射面３４１に入射して、出射面３４５から出射する。出射面３４５から出射したレーザ光ＬＲは、第一ダイクロイックミラー１４１、第二ダイクロイックミラー１４２（図３参照）を透過し、拡散板１４４でスペックルノイズが除去された後、マイクロレンズアレイ１４５に入射する。

ここで、図５（ａ）に示すように、レーザ光ＬＲにおける断面楕円形状Ｐの短軸方向（ｙ軸方向）は、第一整形レンズ３３０及び第二整形レンズ３４０の入射面３３１，３４１のシリンドリカル凹形状３３２，３４２により順次広げられて、第二整形レンズ３４０の出射面３４５から出射する。出射面３４５から出射したレーザ光ＬＲにおける断面楕円形状Ｐの短軸方向（ｙ軸方向）は、マイクロレンズアレイ１４５に対して有効な角度及び範囲の光として整形され出射される。

一方、図５（ｂ）で示すように、レーザ光ＬＲにおける断面楕円形状Ｐの長軸方向（ｘ軸方向）は、第一整形レンズ３３０及び第二整形レンズ３４０の出射面３３５，３４５の球面形状３３６，３４６により概略平行な光となって第二整形レンズ３４０の出射面３４５から出射する。

このようにして光整形部３２０から出射したレーザ光ＬＲは、図６に示すように、２点鎖線で示す断面楕円形状Ｐが実線で示す略円形のレーザ光ＬＲに整形されて、マイクロレンズアレイ１４５に入射する。よって、レーザ光ＬＲがマイクロレンズアレイ１４５を透過する際の分割数を多くできるので、レーザ光ＬＲは、中心部と周辺部の照度が表示素子５１に対してムラなく照射される。従って、表示素子５１から出射される画像光は、輝度ムラが抑制される。さらに、蛍光板装置１００から出射される緑色波長帯域光や赤色光源装置１２０から出射される赤色波長帯域光は、拡散板１４４により拡散されてマイクロレンズアレイ１４５に入射されるので、図６におけるレーザ光ＬＲの概略円形の光の断面と概略同一形状の断面の光とされている。従って、スクリーンに投影される画像光における中心部と中心部以外の部分とにおける色ムラが抑制される。

本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、光整形部３２０から出射されるレーザ光ＬＲの長軸方向（ｘ軸方向）は、マイクロレンズアレイ１４５に対して所定の有効な角度及び範囲に整形されることとしたが、概略平行光となるように設定することもできる。また、光整形部３２０から出射されるレーザ光ＬＲは、ｘ軸方向及びｙ軸方向共に数度程度の広がり角度を有するように出射面３３５，３４５を形成することもできる。

また、光整形部３２０は、２枚の整形レンズ（第一整形レンズ３３０、第二整形レンズ３４０）により構成したが、これに限られず、少なくとも１枚以上の整形レンズが備えられていればよい。ただし、整形レンズが１枚の場合には、整形レンズの入射面のシリンドリカル凹形状の曲率が大きくなる。従って、収差が大きくなり、効率が低下するので、整形レンズの厚みを厚くしたり、屈折率の大きいガラス材で形成する等が必要な場合もある。また、光整形部３２０は、１枚以上の整形レンズと、１枚以上の集光レンズ等の他の光学機器とを組み合わせて形成することもできる。

また、本実施形態においては、整形レンズ（第一整形レンズ３３０、第二整形レンズ３４０）の出射面３３５，３４５に球面形状３３６，３４６を形成したが、これに限られず、軸対称形状であれば、非球面形状としても良い。図７は、本実施形態の光整形部３２０に代えて、出射面４３５に非球面形状４３６を形成した整形レンズ４３０を備える光整形部４２０とした。整形レンズ４３０は、前述の実施形態と同様に、その入射面４３１に長手方向をｘ軸方向としたシリンドリカル凹形状４３２が形成されている。

なお、この変形例においては、光整形部４２０に整形レンズ４３０を１枚のみ配置したが、前述の球面形状を有する整形レンズ（第一整形レンズ３３０、第二整形レンズ３４０）や平凸レンズ等と組み合わせて配置することができる。

以上、本発明の実施形態によれば、光源装置６０は、半導体発光素子である青色レーザダイオード３０１と、光整形部３２０，４２０を備える青色光源装置３００，３００Ａを有する。この光整形部３２０，４２０は、整形レンズ（第一整形レンズ３３０、第二整形レンズ３４０又は整形レンズ４３０）を備える。整形レンズの入射面３３１，３４１，４３１には、シリンドリカル凹形状３３２，３４２，４３２が形成される。整形レンズの出射面３３５，３４５，４３５には、軸対称形状（球面形状３３６，３４６、非球面形状４３６）が形成されている。また、半導体発光素子である青色レーザダイオード３０１からの出射光は断面楕円形状Ｐとされる。そして、青色レーザダイオード３０１と整形レンズ（第一整形レンズ３３０、第二整形レンズ３４０又は整形レンズ４３０）は、断面楕円形状Ｐの長軸方向とシリンドリカル凹形状３３２，３４２，４３２のするよう配置される。

これにより、青色レーザダイオード３０１からの出射される断面楕円形状Ｐの光を光整形部３２０，４２０で略円形に整形することができる。すると、マイクロレンズアレイ１４５に略円形とされた青色レーザダイオード３０１からの出射光を入射させることができる。よって、表示素子５１に対して照射される光源光を均一な光とすることができ、表示素子５１から出射される画像光は中心部と周辺部における輝度の差が低減されるので、スクリーンに投影される画像光の色ムラや輝度ムラを低減することができる。

また、光整形部３２０は、光軸方向に複数の整形レンズ（第一整形レンズ３３０、第二整形レンズ３４０）を備えることもある。これにより、青色レーザダイオード３０１から出射される断面楕円形状のレーザ光について順次略円形となるよう整形することができる。従って、個々の整形レンズを薄くしたり屈折率を低く形成することができるので、個々の整形レンズについての製造に掛かるコストを低減することができる。

また、光整形部３２０，４２０は、整形レンズ（第一整形レンズ３３０、第二整形レンズ３４０又は整形レンズ４３０）からの光が入射される平凸レンズを配置することもできる。これにより、光整形部３２０，４２０以後の光路の光学機器に合わせてレーザ光を調整することができる。例えば、マイクロレンズアレイ１４５に入射させる場合には、光整形部３２０，４２０からの出射光をマイクロレンズアレイ１４５に対して有効な角度及び範囲とすることができる。

また、光整形部３２０の第一整形レンズ３３０及び第二整形レンズ３４０における出射面３３５，３４５には、軸対称形状として球面形状３３６，３４６が形成される。これにより、製造が容易な軸対称形状のうち、特にコストを低減することができる球面形状として、整形レンズの製造に掛かるコストを低減することができる。

また、光整形部４２０の整形レンズ４３０における出射面４３５には、軸対称形状として非球面形状４３６が形成される。これにより、光整形部４２０に配置するレンズの枚数を低減したり、レーザ光についての種々の収差を低減させたりすることができる。

また、光源装置６０は、光整形部３２０，４２０からの光が入射されるマイクロレンズアレイ１４５を備えることができる。従って、レーザ光の照射範囲が広がった略円形の光がマイクロレンズアレイ１４５に照射されるので、レーザ光をより多くのマイクロレンズを透過させて分割することができる。よって、光源装置６０は、均一な強度分布の光源光を出射することができる。

また、光源装置６０は、青色光源装置３００に青色レーザダイオード３０１が備えられる。これにより、青色レーザダイオード３０１のレーザ光について、レーザ光の断面形状を略円形且つ、光軸に対する出射角度を軸対称に整形しつつ照射範囲を広げられるとともに小型化された光源装置６０を得ることができる。

また、投影装置１０は、光源装置６０と、表示素子５１と、投影側光学系２２０と、投影装置制御部とにより形成した。これにより、明るい青色レーザダイオード３０１からのレーザ光について照度分布が均一とすることができるので、色ムラや照度ムラを低減し、鮮明な投影画像を投影することのできる投影装置１０を得ることができる。

以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］半導体発光素子と、
前記半導体発光素子からの光が入射されて当該光を整形して出射する光整形部と、
を有し、
前記光整形部は、シリンドリカル凹形状が形成される入射面と、軸対称形状が形成される出射面と、を備える整形レンズを有し、
前記半導体発光素子からの前記光は断面楕円形状とされ、
前記半導体発光素子と前記整形レンズは、前記断面楕円形状の長軸方向と前記シリンドリカル凹形状の長手方向が一致するよう配置されることを特徴とする光源装置。
［２］前記光整形部は、光軸方向に複数の前記整形レンズが配置されることを特徴とする前記［１］に記載の光源装置。
［３］前記光整形部は、前記整形レンズからの光が入射される平凸レンズを有することを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の光源装置。
［４］前記軸対称形状は、球面形状であることを特徴とする前記［１］乃至前記［３］の何れか記載の光源装置。
［５］前記軸対称形状は、非球面形状であることを特徴とする前記［１］乃至前記［４］の何れか記載の光源装置。
［６］前記光整形部からの光が入射されるマイクロレンズアレイを有することを特徴とする前記［１］乃至前記［５］の何れか記載の光源装置。
［７］前記半導体発光素子は、レーザダイオードであることを特徴とする前記［１］乃至前記［６］の何れか記載の光源装置。
［８］前記［１］乃至前記［７］の何れか記載の光源装置と、
前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、
前記表示素子と、前記光源装置を制御する投影装置制御部と、
を有することを特徴とする投影装置。

１０ 投影装置 １１ 上ケース
１２ 正面パネル １３ 背面パネル
１４ 右側パネル １５ 左側パネル
１６ 下ケース １７ 排気孔
２１ 入出力コネクタ部 ２２ 入出力インターフェース
２３ 画像変換部 ２４ 表示エンコーダ
２５ ビデオＲＡＭ ２６ 表示駆動部
３１ 画像圧縮／伸長部 ３２ メモリカード
３５ Ｉｒ受信部 ３６ Ｉｒ処理部
３７ キー／インジケータ部 ３８ 制御部
４１ 光源制御回路 ４３ 冷却ファン駆動制御回路
４５ レンズモータ ４７ 音声処理部
４８ スピーカ ５１ 表示素子
６０ 光源装置 ７０ 励起光照射装置
７１ 青色レーザダイオード ７３ コリメータレンズ
８０ 緑色光源装置 ８１ ヒートシンク
１００ 蛍光板装置 １０１ 蛍光板
１１０ モータ １１１ 集光レンズ群
１２０ 赤色光源装置 １２１ 赤色光源
１２５ 集光レンズ群 １３０ ヒートシンク
１３５ ヒートシンク １４０ 導光光学系
１４１ 第一ダイクロイックミラー １４２ 第二ダイクロイックミラー
１４４ 拡散板 １４５ マイクロレンズアレイ
１４７ 集光レンズ １７０ 光源側光学系
１７３ 光軸変換ミラー １７４ コンデンサレンズ
１９０ ヒートシンク １９１ ヒートシンク
２２０ 投影側光学系 ２２５ レンズ鏡筒
２３５ 可動レンズ群 ２６１ 冷却ファン
３００ 青色光源装置 ３００Ａ 青色光源装置
３０１ 青色レーザダイオード ３２０ 光整形部
３３０ 第一整形レンズ ３３１ 入射面
３３２ シリンドリカル凹形状 ３３５ 出射面
３３６ 球面形状 ３４０ 第二整形レンズ
３４１ 入射面 ３４２ シリンドリカル凹形状
３４５ 出射面 ３４６ 球面形状
４２０ 光整形部 ４３０ 整形レンズ
４３１ 入射面 ４３２ シリンドリカル凹形状
４３５ 出射面 ４３６ 非球面形状

Claims (8)

1. 半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子からの光が入射されて当該光を整形して出射する光整形部と、
   を有し、
   前記光整形部は、シリンドリカル凹形状が形成される入射面と、軸対称形状が形成される出射面と、を備える整形レンズを有し、
   前記半導体発光素子からの前記光は断面楕円形状とされ、
   前記半導体発光素子と前記整形レンズは、前記断面楕円形状の長軸方向と前記シリンドリカル凹形状の長手方向が一致するよう配置されることを特徴とする光源装置。
2. 前記光整形部は、光軸方向に複数の前記整形レンズが配置されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光整形部は、前記整形レンズからの光が入射される平凸レンズを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
4. 前記軸対称形状は、球面形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか記載の光源装置。
5. 前記軸対称形状は、非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか記載の光源装置。
6. 前記光整形部からの光が入射されるマイクロレンズアレイを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか記載の光源装置。
7. 前記半導体発光素子は、レーザダイオードであることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか記載の光源装置。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
   前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、
   前記表示素子と、前記光源装置を制御する投影装置制御部と、
   を有することを特徴とする投影装置。

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