JP2019138940A - 光源装置、照明装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】マルチエミッターパッケージを使用した際に適切なホワイトバランスが得られる光源装置及びプロジェクターを提供する。【解決手段】赤色光を発光する第１レーザー発光装置と、緑色光を発光する第２レーザー発光装置と、青色光を発光する第３レーザー発光装置と、第１レーザー発光装置から射出された赤色光、第２レーザー発光装置から射出された緑色光及び第３レーザー発光装置から射出された青色光が入射するとともに、入射した赤色光、緑色光及び青色光を合成して射出する合成光学素子と、を備え、第１レーザー発光装置はＬ個の赤色発光素子を含み、第２レーザー発光装置はＭ個の緑色発光素子を含み、第３レーザー発光装置はＮ個の青色発光素子を含み、Ｌ、Ｍ、Ｎは１以上の整数であり、ＮはＬ及びＭよりも小さい光源装置に関する。【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置、照明装置及びプロジェクターに関するものである。

近年、プロジェクター用の光源装置としてレーザー光源が注目されている。
下記特許文献１には、ＲＧＢ各色に対応するアレイ光源として、一つのレーザー発光素子を単一のパッケージに封入したＣＡＮパッケージを複数配列したものをそれぞれ用いたプロジェクター用の光源装置が開示されている。なお、本明細書において、ＣＡＮパッケージとは、一つのレーザー発光素子が単一のパッケージ（封止構造）内に封入された構造をいう。

また、下記特許文献２には、基板上に実装した複数のレーザー発光素子を単一のパッケージ内に封入したマルチエミッターパッケージを用いたアレイ光源が開示されている。なお、本明細書において、マルチエミッターパッケージとは、複数のレーザー発光素子が単一のパッケージ内に封入された構造をいう。一般にマルチエミッターパッケージにおいて、２０個以上のレーザー発光素子がマトリクス状（縦横の２次元状）に配置される。

一般に多数のレーザー発光素子が必要な場合は、コスト面ではマルチエミッターパッケージの方がＣＡＮパッケージよりも優位である。すなわち、ＣＡＮパッケージ方式では、複数のレーザー発光素子に対して、一個一個の発光素子毎に封止部材が形成されることに加えて、複数のＣＡＮパッケージを実装するためのベース部材が必要となり、必要となる部品コストは相対的に高くなる。これに対して、マルチエミッターパッケージでは、複数の発光素子に対して一つの封止構造が必要なだけであり、しかも封止構造が発光素子を実装するベース部材を兼ねているため、全体として部品点数が少なく、相対的にコストは低い。

このため、特許文献１に開示された多数のレーザー発光素子を備えたプロジェクターにおいて、ＣＡＮパッケージの光源からマルチエミッターパッケージの光源への置き換えが検討されている。

国際公開第２０１５／０５６３８１号 特開２０１３−５１３７５号公報

ところで、上述したマルチエミッターパッケージのコストとＣＡＮパッケージのコストとの対比には、封入される発光素子の数も関係する。すなわち、マルチエミッターパッケージに封入される発光素子の数が少なすぎると、ＣＡＮパッケージよりもコストで劣る可能性がある。言い換えれば、コスト優位性を得るためには、マルチエミッターパッケージでは、ある程度の数の発光素子を封入する必要がある。このため、マルチエミッターパッケージでは、一つのパッケージ内に２０個程度のレーザー発光素子が封入されることが一般的である。これはＲＧＢのいずれの発光色の光源についても当てはまる。

また、現在のレーザー発光素子の発光効率は発光色毎に異なっており、青色のレーザー発光素子の効率が最も高い。出力で比較すると、青色のレーザー発光素子の発光出力は緑色または赤色のレーザー発光素子の発光出力の２倍以上である。このため、特許文献１のプロジェクターにおいてＲＧＢ各色の光源として、いずれもマルチエミッターパッケージが使用されたとすると、青色の光源だけ発光出力が過剰となり、適切なホワイトバランスを有する白色光を得ることが困難となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、マルチエミッターパッケージを使用した際に適切なホワイトバランスが得られる光源装置、照明装置及びプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明の第一態様に従えば、赤色光を発光する第１レーザー発光装置と、緑色光を発光する第２レーザー発光装置と、青色光を発光する第３レーザー発光装置と、前記第１レーザー発光装置から射出された前記赤色光、前記第２レーザー発光装置から射出された前記緑色光及び前記第３レーザー発光装置から射出された前記青色光が入射するとともに、入射した前記赤色光、前記緑色光及び前記青色光を合成して射出する合成光学素子と、を備え、前記第１レーザー発光装置はＬ個の赤色発光素子を含み、前記第２レーザー発光装置はＭ個の緑色発光素子を含み、前記第３レーザー発光装置はＮ個の青色発光素子を含み、Ｌ、Ｍ、Ｎは１以上の整数であり、ＮはＬ及びＭよりも小さい光源装置が提供される。

第一態様に係る光源装置によれば、青色発光素子の個数を、赤色発光素子の個数及び緑色発光素子の個数よりも少なくすることで、青色光の光出力が過剰となるのを防止できる。

上記態様において、前記第１レーザー発光装置において、前記Ｌ個の赤色発光素子は単一の封止構造の中に封入され、前記第２レーザー発光装置において、前記Ｍ個の緑色発光素子は単一の封止構造の中に封入されているのが好ましい。

この構成によれば、第１レーザー発光装置及び第２レーザー発光装置をマルチエミッターパッケージで構成することができる。

上記態様において、前記第３レーザー発光装置において、Ｎは２以上の整数であり、前記Ｎ個の青色発光素子は第１青色発光素子と第２青色発光素子とを含み、前記第１青色発光素子は第１の封止構造の中に封入され、前記第２青色発光素子は第１の封止構造とは別体で形成される第２の封止構造の中に封入されているのが好ましい。

この構成によれば、第３レーザー発光装置をＣＡＮパッケージで構成することができる。

上記態様において、前記第３レーザー発光装置は、前記青色発光素子から射出された青色光線が入射するアナモフィック光学系をさらに含むのが好ましい。

この構成によれば、アナモフィック光学系によって、青色発光素子から射出された青色光線の断面のアスペクト比を略１にすることができる。

上記態様において、前記合成光学素子から射出された光が入射する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された光が入射する拡散素子と、をさらに備えるのが好ましい。

この構成において、例えば、集光レンズの光入射面上に形成する赤色光、緑色光及び青色光による照明領域の大きさを等しくすると、各色光（青色光、赤色光及び緑色光）が拡散板に入射する際の入射角の分布範囲を互いに略等しくできる。これにより、拡散板で拡散された赤色光、緑色光及び青色光の光束幅（太さ）を略等しくできる。したがって、同じ光束幅の赤色光、緑色光及び青色光を合成することで色ムラを低減した白色の照明光を生成できる。

本発明の第二態様に従えば、上記第二態様に係る光源装置と、前記光源装置から射出された照明光が入射する均一化照明光学系と、を備える照明装置が提供される。

第二態様に係る照明装置によれば、強度分布を均一化した照明光を得ることができる。

本発明の第三態様に従えば、上記第二態様に係る照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学装置と、を備えたプロジェクターが提供される。

第三態様に係るプロジェクターによれば、色ムラを低減した照明装置を備えるので、色ムラによる画質の低下が少ない、良質な画像を表示できる。

第一実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 照明装置の概略構成を示す図である。 赤色用発光装置の構成を示す斜視図である。 赤色発光素子の要部構成を示す断面図である。 赤色用発光装置の構成を示す斜視図である。 集光レンズに入射する合成光線束を模式的に示す図である。 第二実施形態に係る照明装置の概略構成を示す図である。 第三実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 変形例に係るコリメーター光学系の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
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上にカラー映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２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６とを備えている。

色分離光学系３は、照明光ＷＬを赤色照明光Ｒと、緑色照明光Ｇと、青色照明光Ｂとに分離する。色分離光学系３は、ダイクロイックミラー７ａ及びダイクロイックミラー７ｂと、全反射ミラー８ａ、全反射ミラー８ｂ及び全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを備えている。以下、赤色、緑色及び青色を総称してＲＧＢ各色と呼ぶ場合もある。

ダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色照明光Ｒと、その他の光（緑色照明光Ｇ及び青色照明光Ｂ）とに分離する。ダイクロイックミラー７ａは、赤色照明光Ｒを透過すると共に、その他の光を反射する。ダイクロイックミラー７ｂは、緑色照明光Ｇを反射すると共に青色照明光Ｂを透過させる。

全反射ミラー８ａは、赤色照明光Ｒを光変調装置４Ｒに向けて反射する。全反射ミラー８ｂ及び全反射ミラー８ｃは、青色照明光Ｂを光変調装置４Ｂに導く。緑色照明光Ｇは、ダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色照明光Ｂの光路中におけるダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。

光変調装置４Ｒは、赤色照明光Ｒを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色照明光Ｇを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色照明光Ｂを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。

また、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの各画像光が入射する。合成光学系５は、各画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学装置６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。

投射光学装置６は、投射レンズ群からなり、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。

続いて、照明装置２の構成について説明する。図２は照明装置２の概略構成を示す図である。図２に示すように、照明装置２は、本発明の一実施形態に係る光源装置２０と、均一化照明光学系３５と、を備えている。

光源装置２０は、赤色用発光装置２０Ｒと、緑色用発光装置２０Ｇと、青色用発光装置２０Ｂと、合成光学素子２１と、集光レンズ２２と、拡散板２３と、ピックアップレンズ２５とを備える。

本実施形態において、赤色用発光装置２０Ｒ、合成光学素子２１及び青色用発光装置２０Ｂは、赤色用発光装置２０Ｒの光軸ａｘ１上に設けられている。緑色用発光装置２０Ｇ、合成光学素子２１、集光レンズ２２、拡散板２３、ピックアップレンズ２５及び均一化照明光学系３５は、照明装置２の照明光軸ａｘ２上に設けられている。光軸ａｘ１と照明光軸ａｘ２とは、互いに直交している。なお、青色用発光装置２０Ｂの光軸は赤色用発光装置２０Ｒの光軸ａｘ１と一致しており、緑色用発光装置２０Ｇの光軸は照明光軸ａｘ２と一致している。

赤色用発光装置２０Ｒは、複数の赤色光線Ｂｒからなる赤色光ＬＲを射出する。緑色用発光装置２０Ｇは、複数の緑色光線Ｂｇからなる緑色光ＬＧを射出する。青色用発光装置２０Ｂは、複数の青色光線Ｂｂからなる青色光ＬＢを射出する。

以下、照明装置２から照明光ＷＬが射出される方向をＹ方向とし、赤色用発光装置２０Ｒから赤色光ＬＲが射出される方向をＸ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向に垂直で、紙面の奥側から手前側へ向かう方向をＺ方向とする直交座標系を用いる。

続いて、赤色用発光装置２０Ｒの構成について説明する。
図３は赤色用発光装置２０Ｒの構成を示す斜視図である。なお、図３においては、図面を見やすくするため、一部の光の図示を省略する。
図３に示すように、赤色用発光装置２０Ｒは、基板１１と、基板１１上にマトリクス状に配列された複数の赤色発光素子１２と、フレーム１３と、カバーガラス１４と、複数の電極端子１５と、を備えている。基板１１は、例えば銅等の熱伝導率の高い金属で構成されている。

複数の赤色発光素子１２は、基板１１とフレーム１３とカバーガラス１４とに囲まれた空間に収容されている。本実施形態の赤色用発光装置２０Ｒは、マルチエミッターパッケージから構成されている。

赤色用発光装置２０ＲはＬ個の赤色発光素子１２を含み、赤色用発光装置２０Ｒにおいて、Ｌ個の赤色発光素子１２は単一の封止構造の中に封入されている。Ｌは１以上の整数であり、本実施形態では、Ｌ＝２０である。具体的に、赤色用発光装置２０Ｒは、Ｚ軸方向に沿って５個の赤色発光素子１２を配置してなる発光素子列２０Ｒ１をＹ方向に沿って４つ配列している。赤色発光素子１２は、赤色光線Ｂｒ（例えば５８５ｎｍ〜７２０ｎｍの波長域のレーザー光）を射出する半導体レーザーから構成されている。

図４は一つの赤色発光素子１２の要部構成を示す図である。図４に示すように、赤色発光素子１２は光射出面１２ａを有している。光射出面１２ａは、赤色発光素子１２から射出された赤色光線Ｂｒの主光線の方向から見て、Ｙ方向に沿う短辺とＺ方向に沿う長辺とを有する略長方形状の平面形状を有している。

赤色発光素子１２から射出される赤色光線Ｂｒは、光射出面１２ａの長手方向と平行な偏光方向を有する直線偏光である。赤色光線Ｂｒがカバーガラス１４に入射する前において、光射出面１２ａの短手方向における赤色光線Ｂｒの発散角度は、光射出面１２ａの長手方向における赤色光線Ｂｒの発散角度よりも大きい。すなわち、カバーガラス１４に入射する前の赤色光線Ｂｒの光軸に直交する面と平行な断面はＹ方向に長軸を持つ楕円形状となる。

図３に示したように、各発光素子列２０Ｒ１の各々には２本の電極端子１５が接続されている。発光素子列２０Ｒ１が備えている５個の赤色発光素子１２は互いに直列に接続されており、電極端子１５によって赤色発光素子１２へ電流が供給される。

フレーム１３はカバーガラス１４を基板１１に取り付ける。カバーガラス１４には、複数のコリメーターレンズ１４ａが一体に設けられている。コリメーターレンズ１４ａは凸レンズで構成されている。コリメーターレンズ１４ａは、対応する赤色発光素子１２から射出された赤色光線Ｂｒを平行化する。コリメーターレンズ１４ａは、カバーガラス１４と別体であってもよい。

このような構成に基づいて、赤色用発光装置２０Ｒは、平行光線束からなる赤色光ＬＲを合成光学素子２１に向けて射出する。平行化された赤色光線Ｂｒにおける主光線に直交する面と平行な断面形状ＤＳは、図４に示すように、Ｙ方向に沿う長軸とＺ方向に沿う短軸とを有する楕円状となる。本実施形態において、赤色用発光装置２０Ｒは特許請求の範囲の「第１レーザー発光装置」に相当する。

続いて、緑色用発光装置２０Ｇの構成について説明する。緑色用発光装置２０Ｇは、射出する光の波長が異なる以外、赤色用発光装置２０Ｒと同様の構成を有している。そのため、赤色用発光装置２０Ｒと同様の構成については同じ符号を付すとともに図３を参照にしながら説明する。

具体的に、緑色用発光装置２０Ｇは、基板１１と、基板１１上にマトリクス状に配列された複数の緑色発光素子１６（図２参照）と、フレーム１３（図３参照）と、カバーガラス１４（図３参照）と、複数の電極端子１５（図３参照）と、を備えている。

複数の緑色発光素子１６は、基板１１とフレーム１３とカバーガラス１４とに囲まれた空間に収容されている。本実施形態の緑色用発光装置２０Ｇは、赤色用発光装置２０Ｒと同様、マルチエミッターパッケージから構成されている。

緑色用発光装置２０ＧはＭ個の緑色発光素子１６を含み、緑色用発光装置２０Ｇにおいて、Ｍ個の緑色発光素子１６は単一の封止構造の中に封入されている。Ｍは１以上の整数であり、本実施形態では、Ｍ＝２０である。具体的に、緑色用発光装置２０Ｇは、Ｚ軸方向に沿って５個の緑色発光素子１６を配置してなる発光素子列をＹ軸方向に沿って４つ配列している。図２に示すように、緑色発光素子１６は、緑色光線Ｂｇ（例えば４９５ｎｍ〜５８５ｎｍの波長域のレーザー光）を射出する半導体レーザーから構成されている。カバーガラス１４に入射する前の緑色光線Ｂｇの光軸に直交する面と平行な断面は楕円形状となる。

緑色発光素子１６から射出された緑色光線Ｂｇは、カバーガラス１４に設けられた対応するコリメーターレンズ１４ａにより平行化される。
このような構成に基づき、緑色用発光装置２０Ｇは平行光線束からなる緑色光ＬＧを合成光学素子２１に向けて射出する。平行化された緑色光線Ｂｇにおける主光線に直交する断面形状は、Ｘ方向に沿う長軸とＺ方向に沿う短軸とを有する楕円状となる（図４参照）。本実施形態において、緑色用発光装置２０Ｇは特許請求の範囲の「第２レーザー発光装置」に相当する。

続いて、青色用発光装置２０Ｂの構成について説明する。
図５は青色用発光装置２０Ｂの構成を示す斜視図である。
図５に示すように、青色用発光装置２０Ｂは、Ｎ個（本実施形態においては、Ｎ＝４）の青色用発光パッケージ１７と、各青色用発光パッケージ１７に対応して設けられたコリメーター光学系１９とを含む。

本実施形態において、各青色用発光パッケージ１７は、ＣＡＮパッケージタイプの半導体レーザーから構成されている。図２に示すように、４つの青色用発光パッケージ１７は、光軸ａｘ１と直交する面内においてＹ方向及びＺ方向に２個ずつ配置されている。

具体的に、青色用発光パッケージ１７は、単一のパッケージ（封止構造）１７Ｐ内に収容された一つの青色発光素子１８を有する。青色発光素子１８は、例えばピーク波長が４６０〜４８０ｎｍの青色光線Ｂｂを射出する。

本実施形態において、４つの青色用発光パッケージ１７は第１青色用発光パッケージ１７ａ及び第２青色用発光パッケージ１７ｂを含む。第１青色用発光パッケージ１７ａ及び第２青色用発光パッケージ１７ｂの構成は他の青色用発光パッケージ１７と同一である。

第１青色用発光パッケージ１７ａは、単一のパッケージ（第１の封止構造）１７Ｐ１の中に封入された第１青色発光素子１８ａを有する。また、第２青色用発光パッケージ１７ｂは、第１青色用発光パッケージ１７ａとは別体で形成される単一のパッケージ（第２の封止構造）１７Ｐ２の中に封入された第２青色発光素子１８ｂを有する。

本実施形態において、青色用発光装置２０Ｂは特許請求の範囲の「第３レーザー発光装置」に相当し、第１青色発光素子１８ａは特許請求の範囲の「第１青色発光素子」に相当し、第２青色発光素子１８ｂは特許請求の範囲の「第２青色発光素子」に相当する。

青色用発光パッケージ１７においても、コリメーター光学系１９に入射する前の青色光線Ｂｂの光軸Ｂｂ１に直交する面と平行な断面はＹ方向に長軸を持ちＺ方向に短軸を持つ楕円形状となる。

コリメーター光学系１９は、各青色用発光パッケージ１７の光射出口側に不図示の接着剤などを介して配置される。本実施形態において、コリメーター光学系１９は、２枚の第１レンズ１９ａと第２レンズ１９ｂとを含む。例えば、第１レンズ１９ａはパッケージ１７Ｐの光射出口を封止するように設けられている。

第１レンズ１９ａは、青色光線Ｂｂのうち発散角の大きい長軸方向に拡がる成分のみを平行化する第１アナモフィック面１９ａ１を有する。具体的に、第１アナモフィック面１９ａ１は、Ｚ方向に沿う母線を持つシリンドリカル面から構成される。

また、第２レンズ１９ｂは、青色光線Ｂｂのうち発散角の小さい短軸方向に拡がる成分のみを平行化する第２アナモフィック面１９ｂ１を有する。具体的に、第２アナモフィック面１９ｂ１はＹ方向に沿う母線を持つシリンドリカル面から構成される。

各青色用発光パッケージ１７において、青色発光素子１８から射出された青色光線Ｂｂの主光線の光路上における第１レンズ１９ａ（第１アナモフィック面１９ａ１）と第２レンズ１９ｂ（第２アナモフィック面１９ｂ１）との間の距離は、光射出面１２ａから射出された青色光線Ｂｂの断面のアスペクト比が略１となるように設定されている。すなわち、本実施形態において、青色用発光パッケージ１７から射出された青色光線Ｂｂの断面は、図５に示すように、コリメーター光学系１９によって楕円状から略円形状に変換される。本実施形態において、コリメーター光学系１９は、特許請求の範囲の「アナモフィック光学系」に相当する。

ところで、半導体レーザー素子の発光効率は発光色毎に異なるため、半導体レーザー素子の光出力も発光色毎に異なる。青色発光素子１８の発光効率は、緑色発光素子１６の発光効率および赤色発光素子１２の発光効率よりも高い。そのため、青色発光素子１８の光出力は、緑色発光素子１６の光出力および赤色発光素子１２の光出力よりも高い。

なお、一つの発光装置が複数の発光素子（半導体レーザー素子）を備えている場合、発光装置の光出力は、複数の発光素子の光出力の合計と等しくなる。

一例として、例えば、明るさが６０００ｌｍの白色光を得るのに必要な赤色用発光装置２０Ｒ、緑色用発光装置２０Ｇ及び青色用発光装置２０Ｂの各光出力は、赤色光ＬＲの２２Ｗ、緑色光ＬＧの１４Ｗ、青色光ＬＢの光出力９Ｗである。また、一般的に、青色発光素子１８の１つ分の光出力は２．２５Ｗ、緑色発光素子１６の１つ分の光出力は０．７Ｗ、赤色発光素子１２の１つ分の光出力は１．１Ｗ程度である。

これらの光出力値と上記の１個あたりの発光素子の光出力とから算出すると、明るさが６０００ｌｍの白色光を得るのに必要最小限の発光素子の個数は、赤色用発光装置２０Ｒが２０個、緑色用発光装置２０Ｇが２０個、青色用発光装置２０Ｂが４個となる。

仮に赤色発光素子１２、緑色発光素子１６及び青色発光素子１８の個数を同じにした場合、すなわち青色用発光装置２０Ｂとして赤色用発光装置２０Ｒ及び緑色用発光装置２０Ｇと同様のマルチエミッターパッケージを用いた場合について考える。この場合、青色光ＬＢの光出力が過剰となってしまう。つまり、照明光ＷＬとして適切なホワイトバランスを有する白色の光を生成することが困難となる。

これに対し、本実施形態の照明装置２では、上述のように、青色発光素子１８の個数（Ｎ＝４）を、赤色発光素子１２の個数（Ｌ＝２０）及び緑色発光素子１６の個数（Ｍ＝２０）よりも少なくしている。これにより、青色光ＬＢの光出力が過剰となるのを防止することで、適切なホワイトバランスを有する白色の照明光ＷＬを生成することができる。

具体的な構成として、本実施形態の照明装置２は、赤色用発光装置２０Ｒ及び緑色用発光装置２０Ｇとしてマルチエミッターパッケージを用い、青色用発光装置２０ＢとしてＣＡＮパッケージを用いた。

また、多数の発光素子を実装する場合、マルチエミッターパッケージはＣＡＮパッケージよりもコストを効率良く低減できる。したがって、本実施形態では、発光素子数が少なくコスト低減効果の少ない青色用発光装置２０ＢについてはＣＡＮパッケージを採用し、発光素子数が多くコスト低減効果の大きい緑色用発光装置２０Ｇ及び赤色用発光装置２０Ｒについてはマルチエミッターパッケージを採用することで、発光装置の全てをマルチエミッターパッケージに置き換える場合に比べて、光源装置２０のコストを効率良く低減している。

合成光学素子２１は、光源装置２０から射出されるＲＧＢ各色の光（赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を合成する。合成光学素子２１は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。合成光学素子２１は、クロスダイクロイックプリズムを構成する４つのプリズムの間に設けられた、第１のダイクロイックミラー２１ａと第２のダイクロイックミラー２１ｂとを含む。

第１のダイクロイックミラー２１ａ及び第２のダイクロイックミラー２１ｂは、それぞれ光軸ａｘ１及び照明光軸ａｘ２に対して４５°で交差するように配置されている。また、第１のダイクロイックミラー２１ａ及び第２のダイクロイックミラー２１ｂは、互いに４５°の角度をなすように交差する。

第１のダイクロイックミラー２１ａは、赤色光ＬＲを反射するとともに、緑色光ＬＧ及び青色光Ｌｂを透過させる光学特性を有している。第２のダイクロイックミラー２１ｂは、青色光ＬＢを反射するとともに、赤色光ＬＲ及び緑色光ＬＧを透過させる光学特性を有している。

このような構成に基づき、合成光学素子２１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを含んだ合成光線束ＧＬを集光レンズ２２に向けて射出するようになっている。

図６は、集光レンズ２２に入射する合成光線束ＧＬを模式的に示す図である。なお、図６は照明光軸ａｘ２方向（−Ｙ方向）に見た場合の合成光線束ＧＬを示す。
図６に示すように、合成光線束ＧＬのうち赤色光ＬＲは、赤色発光素子１２と同数（２０本）の赤色光線Ｂｒを含む光線束からなる。各赤色光線Ｂｒの照明光軸ａｘ２に直交する断面はＸ方向に長手を有する楕円形状となっている。赤色光ＬＲは、Ｘ方向に４個、Ｚ方向に５個といったようにＸＺ平面と平行な面内において二次元状に配列された２０本の赤色光線Ｂｒから構成される。

本実施形態において、集光レンズ２２の入射面上に形成される赤色光ＬＲによる照明領域ＳＲは複数の楕円形状の赤色光線Ｂｒの最外形を結んだ線によって規定される。すなわち、赤色光ＬＲによる照明領域の外形は、略矩形とみなすことができる。

また、合成光線束ＧＬのうち緑色光ＬＧは、緑色発光素子１６と同数（２０本）の緑色光線Ｂｇを含む光線束からなる。各緑色光線Ｂｇの照明光軸ａｘ２に直交する断面はＸ方向に長手を有する楕円形状となっている。緑色光ＬＧは、Ｘ方向に４個、Ｚ方向に５個といったようにＸＺ平面と平行な面内において二次元状に配列された２０本の緑色光線Ｂｇから構成される。

本実施形態において、集光レンズ２２の入射面上に形成される緑色光ＬＧによる照明領域ＳＧは複数の楕円形状の緑色光線Ｂｇの最外形を結んだ線によって規定される。すなわち、緑色光ＬＧによる照明領域ＳＧの外形は、略矩形とみなすことができる。

本実施形態において、緑色光ＬＧによる照明領域ＳＧの大きさ（外形の大きさ）と赤色光ＬＲによる照明領域ＳＲの大きさ（外形の大きさ）とは略等しく、図６に示すように、赤色光線Ｂｒ及び緑色光線Ｂｇは互いに重なった状態となっている。すなわち、赤色光ＬＲ及び緑色光ＬＧは合成光学素子２１を透過することで互いに合成されることで黄色光を生成する。

一方、合成光線束ＧＬのうち青色光ＬＢは、青色用発光パッケージ１７と同数（４本）の青色光線Ｂｂを含む光線束からなる。青色光ＬＢは、Ｘ方向に２個、Ｚ方向に２個といったようにＸＺ平面と平行な面内において二次元状に配列された４本の青色光線Ｂｂから構成される。本実施形態において、青色用発光パッケージ１７から射出される青色光線Ｂｂの断面は略円形状に変換されている。

青色光ＬＢを構成する４つの青色光線Ｂｂは矩形状の赤色光ＬＲによる照明領域ＳＲ及び緑色光ＬＧによる照明領域ＳＧの四隅に位置する。集光レンズ２２の入射面上に形成される青色光ＬＢによる照明領域ＳＢの外形は、複数の円形状の青色光線Ｂｂの最外形を結んだ線によって規定される。すなわち、青色光ＬＢによる照明領域ＳＢは、赤色光ＬＲによる照明領域ＳＲ及び緑色光ＬＧによる照明領域ＳＧと略同じ大きさの矩形状とみなすことができる。

本実施形態の光源装置２０によれば、集光レンズ２２上に形成する合成光線束ＧＬの各成分（青色光ＬＢ、赤色光ＬＲ及び緑色光ＬＧ）による照明領域ＳＲ，ＳＧ，ＳＢの大きさを概ね等しくすることができる。

本実施形態において、集光レンズ２２は、合成光線束ＧＬを集光させつつ拡散板２３に入射させる。拡散板２３は、集光レンズ２２の射出側に配置される。拡散板２３は、合成光線束ＧＬを拡散させることにより、表示品位を低下させるスペックルの発生を抑制する。本実施形態において、拡散板２３は特許請求の範囲の「拡散素子」に相当する。

なお、拡散板２３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。

また、拡散板２３を所定の回転軸の回りに回転させる構成を採用してもよい。このように拡散板２３を回転させることで、該拡散板２３を透過する光の拡散状態を時間的に変化させることでスペックルパターンが時間的に変化するようになる。よって、時間平均されたスペックルパターンが観察者に認識されるため、拡散板２３を回転させない場合よりもスペックルノイズを目立ち難くすることができる。

拡散板２３で拡散された赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢは互いに合成されることで白色の照明光ＷＬを生成する。照明光ＷＬはピックアップレンズ２５により平行化されて均一化照明光学系３５に入射する。均一化照明光学系３５は、第１のレンズアレイ３０と、第２のレンズアレイ３１と、重畳レンズ３２とを含む。

第１のレンズアレイ３０は、拡散板２３から射出された照明光ＷＬを複数の部分光線束に分割するための複数の第１小レンズ３０ａを有する。複数の第１小レンズ３０ａは、照明装置２の照明光軸ａｘ２と直交する面内にアレイ状に配列されている。

第２のレンズアレイ３１は、複数の第２小レンズ３１ａを有する。複数の第２小レンズ３１ａの各々は複数の第１小レンズ３０ａに対応している。第２のレンズアレイ３１は、重畳レンズ３２とともに、第１のレンズアレイ３０の各第１小レンズ３０ａの像を各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の近傍に重畳させる。

ところで、本実施形態の構成では、合成光線束ＧＬの各成分が共通の集光レンズ２２に入射するため、集光レンズ２２に対する光の入射領域の大きさ（集光レンズ２２を照明する照明領域の大きさ）に応じて拡散板２３から射出される際の拡散角が決まる。すなわち、集光レンズ２２を照明する照明領域が大きくなるほど、拡散板２３から射出される際の拡散角が大きくなる。

そのため、仮に、合成光線束ＧＬの各成分が集光レンズ２２上を照明する照明領域の大きさが異なると、拡散板２３から射出される際の拡散角が異なってしまう。すると、互いに拡散角の異なる複数の色光が合成されることで照明光ＷＬに色ムラが生じる。

これに対し、本実施形態では、集光レンズ２２に入射するときの合成光線束ＧＬの各成分による照明領域ＳＲ，ＳＧ，ＳＢの大きさを略等しくすることができる。この場合、各色光（青色光ＬＢ、赤色光ＬＲ及び緑色光ＬＧ）が拡散板２３に入射する際の入射角の分布範囲が互いに略等しくなるため、各色光が拡散板２３から射出される際の拡散角も互いに略等しくなる。つまり、拡散板２３を透過することで拡散された赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの光束幅（太さ）が略等しくなる。

よって、本実施形態の光源装置２０によれば、同じ光束幅の赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢが合成されることで色ムラの少ない白色の照明光ＷＬを生成できる。照明光ＷＬは、均一化照明光学系３５を介して各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域に入射する。

以上のように、本実施形態のプロジェクター１は、適切なホワイトバランスを有し色ムラの少ない白色の照明光ＷＬを生成する照明装置２を備えるので、良好な画質の表示を実現できる。

（第二実施形態）
続いて、第二実施形態に係る照明装置について説明する。本実施形態と第一実施形態との違いは光源装置の構成であり、それ以外の構成は共通である。本実施形態において、第一実施形態と共通の部材及び構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図７は照明装置５２の概略構成を示す図である。図７に示すように、照明装置５２は、光源装置１２０と、均一化照明光学系３５と、を備えている。

光源装置１２０は、赤色用発光装置２０Ｒと、緑色用発光装置２０Ｇと、青色用発光装置２０Ｂと、合成光学素子２１と、偏光分離素子２６と、位相差板２７と、集光レンズ２２と、拡散板１２３とを備える。緑色用発光装置２０Ｇ、合成光学素子２１、偏光分離素子２６、位相差板２７、集光レンズ２２及び拡散板１２３は緑色用発光装置２０Ｇの光軸ａｘ３上に設けられている。また、偏光分離素子２６及び均一化照明光学系３５は、照明装置５２の照明光軸ａｘ４上に設けられている。

本実施形態において、合成光学素子２１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを含んだ合成光線束ＧＬを偏光分離素子２６に向けて射出するようになっている。

本実施形態において、赤色用発光装置２０Ｒから射出される赤色光ＬＲは偏光分離素子２６に対するＰ偏光に相当し、緑色用発光装置２０Ｇから射出される緑色光ＬＧは偏光分離素子２６に対するＰ偏光に相当し、青色用発光装置２０Ｂから射出される青色光ＬＢは偏光分離素子２６に対するＰ偏光に相当する。

偏光分離素子２６は、合成光線束ＧＬの光軸に対して４５°の角度をなすように配置される。偏光分離素子２６は、Ｐ偏光成分からなる合成光線束ＧＬの各成分（赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を透過させる。

偏光分離素子２６から射出されたＰ偏光の合成光線束ＧＬ（赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）は、位相差板２７に入射する。位相差板２７は、偏光分離素子２６と拡散板１２３との間の光路中に配置された１／４波長板（λ／４板）から構成される。合成光線束ＧＬ（赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）は、位相差板２７を透過することによって例えば右回りの円偏光の合成光線束ＧＬｃ（赤色光ＬＲｃ、緑色光ＬＧｃ及び青色光ＬＢｃ）に変換され、集光レンズ２２に入射する。

本実施形態の拡散板１２３は、集光レンズ２２から射出された光を偏光分離素子２６に向けて拡散反射させる点で第一実施形態の拡散板２３と異なる。合成光線束ＧＬｃ（赤色光ＬＲｃ、緑色光ＬＧｃ及び青色光ＬＢｃ）は拡散板１２３で反射されることで、左回りの円偏光の合成光線束ＧＬｃ´（赤色光ＬＲｃ´、緑色光ＬＧｃ´及び青色光ＬＢｃ´）に変換される。拡散板１２３によって反射されて集光レンズ２２を再び透過した円偏光の合成光線束ＧＬｃ´の各成分（赤色光ＬＲｃ´、緑色光ＬＧｃ´及び青色光ＬＢｃ´）は、再び位相差板２７を透過することで、Ｓ偏光の赤色光ＬＲｓ、緑色光ＬＧｓ及び青色光ＬＢｓに変換される。これら赤色光ＬＲｓ、緑色光ＬＧｓ及び青色光ＬＢｓは合成されることで照明光ＷＬを生成する。

ところで、本実施形態の光源装置１２０においても、集光レンズ２２上に形成する合成光線束ＧＬｃの各成分（赤色光ＬＲｃ、緑色光ＬＧｃ及び青色光ＬＢｃ）による照明領域の大きさが等しくなる。そのため、各色光（赤色光ＬＲｃ、緑色光ＬＧｃ及び青色光ＬＢｃ）が拡散板１２３に入射する際の入射角の分布範囲を略等しくできるので、拡散板１２３で拡散反射された各色光（赤色光ＬＲｃ´、緑色光ＬＧｃ´及び青色光ＬＢｃ´）の拡散角は互いに略等しくなる。つまり、拡散板１２３で反射されることで拡散された赤色光ＬＲｃ´、緑色光ＬＧｃ´及び青色光ＬＢｃ´の光束幅（太さ）が略等しくなるので、Ｓ偏光の赤色光ＬＲｓ、緑色光ＬＧｓ及び青色光ＬＢｓを合成した照明光ＷＬは色ムラの少ない白色光となる。

よって、本実施形態の光源装置１２０によれば色ムラの少ない白色の照明光ＷＬを生成することができる。照明光ＷＬは、均一化照明光学系３５を介して各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域に入射する。

以上のように、本実施形態の照明装置５２においても、色ムラを低減した白色の照明光ＷＬを生成することができる。よって、この照明装置５２を備えたプロジェクターによれば、色ムラによる画質の低下が少ない、良質な画像を表示できる。

（第三実施形態）
続いて、第三実施形態に係るプロジェクターについて説明する。本実施形態のプロジェクターは、マイクロミラー型の光変調装置を用いる点で第一実施形態のプロジェクター１と大きく異なる。以下、第一実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細の説明については省略若しくは簡略化する。

図８は本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図８に示すように、本実施形態のプロジェクター１Ａは、照明装置１５２と、全反射プリズム６１と、マイクロミラー型光変調装置６２と、投射光学装置６３とを備えている。

照明装置１５２は、光源装置２２０と、ロッドレンズ４０と、導光光学系４１とを備えている。光源装置２２０は、赤色用発光装置２０Ｒと、緑色用発光装置２０Ｇと、青色用発光装置２０Ｂと、合成光学素子２１と、集光レンズ２２と、拡散板２３とを含む。

本実施形態において、合成光学素子２１は、赤色用発光装置２０Ｒ、緑色用発光装置２０Ｇ及び青色用発光装置２０Ｂからの光を集光レンズ２２に入射させる。本実施形態の光源装置２２０は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを集光レンズ２２にむけて時間順次で射出する。時間順次で射出された赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢは、集光レンズ２２を介して拡散板２３に入射する。

ところで、本実施形態の光源装置２２０においても、集光レンズ２２上に時間順次に形成される各色光（赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）による照明領域の大きさが等しくなる。これにより、各色光（赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）における拡散板２３に入射する際の入射角の分布範囲が略等しくなるので、拡散板２３を透過することで拡散された各色光の拡散角を互いに略等しくすることができる。つまり、拡散板２３を透過することで拡散された赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの光束幅（太さ）が略等しくなる。

本実施形態の光源装置２２０によれば、同じ光束幅の赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢが合成されることで色ムラを低減した白色の照明光ＷＬを生成できる。拡散板２３を透過した照明光ＷＬはロッドレンズ４０に入射する。

ロッドレンズ４０は光入射面４０ａと光射出面４０ｂとを含む。ロッドレンズ４０は、光入射面４０ａから内部に入射した光を内面で全反射させた後、光射出面４０ｂから射出することで光強度分布を均一化させる。

導光光学系４１は、ロッドレンズ４０と協働して、強度分布を均一化した赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを全反射プリズム６１に向けて射出する。本実施形態において、ロッドレンズ４０および導光光学系４１は特許請求の範囲に記載の「均一化照明光学系」に相当する。

本実施形態の照明装置１５２は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを全反射プリズム６１にむけて時間順次で射出する。

全反射プリズム６１は透光性部材から構成され、全反射面６１ａを含む。全反射面６１ａは、照明装置１５２からの光（赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）をマイクロミラー型光変調装置６２に向けて全反射するように角度が設定されている。

マイクロミラー型光変調装置６２は、例えば、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）から構成される。ＤＭＤは、複数のマイクロミラーがマトリクス状に配列されたものである。ＤＭＤは、複数のマイクロミラーの傾き方向を切換えることにより、入射光の反射方向を、全反射面６１ａを透過する方向と全反射面６１ａで反射される方向との間で切り替える。

このようにＤＭＤからなるマイクロミラー型光変調装置６２は、照明装置１５２から射出される照明光ＷＬの各色光（赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を順次変調して、緑色画像光、赤色画像光及び青色画像光を生成する。投射光学装置６３は緑色画像光、赤色画像光及び青色画像光をスクリーン（不図示）に投影する。

以上説明したように、本実施形態のプロジェクター１Ａによれば、マイクロミラー型光変調装置６２を用いた場合において、適切なホワイトバランスを有し色ムラによる画質の低下が少ない、良質な画像を表示できる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態において、青色用発光パッケージ１７のコリメーター光学系１９を２枚のレンズ（第１レンズ１９ａ及び第２レンズ１９ｂ）で構成する場合を例に挙げたが、コリメーター光学系を１枚のレンズで構成してもよい。

図９は変形例に係るコリメーター光学系の概略構成を示す図である。
図９に示すように、変形例のコリメーター光学系５９は光軸方向に沿う方向の両側に配置された、第１アナモフィック面５９ａ及び第２アナモフィック面５９ｂを有する。第１アナモフィック面５９ａはＺ方向に沿う母線を持つシリンドリカル面から構成され、第２アナモフィック面５９ｂはＹ方向に沿う母線を持つシリンドリカル面から構成される。

変形例のコリメーター光学系５９において、第１アナモフィック面５９ａと第２アナモフィック面５９ｂとの間の距離はコリメーター光学系５９を通過する光線の断面形状のアスペクト比が略１（円形）となるように設定される。

また、上記実施形態では本発明による光源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。

１，１Ａ…プロジェクター、２，５２，１５２…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６，６３…投射光学装置、１２…赤色発光素子、１６…緑色発光素子、１７Ｐ…パッケージ（封止構造）、１７Ｐ１…パッケージ（第１の封止構造）、１７Ｐ２…パッケージ（第２の封止構造）、１８…青色発光素子、１８ａ…第１青色発光素子、１８ｂ…第２青色発光素子、１９…コリメーター光学系（アナモフィック光学系）、２０，１２０，２２０…光源装置、２０Ｒ…赤色用発光装置（第１レーザー発光装置）、２０Ｇ…緑色用発光装置（第２レーザー発光装置）、２０Ｂ…青色用発光装置（第３レーザー発光装置）、２１…合成光学素子、２２…集光レンズ、３５…均一化照明光学系、Ｂｂ…青色光線、ＬＢ…青色光、ＬＧ…緑色光、ＬＲ…赤色光、ＷＬ…照明光。

Claims (7)

1. 赤色光を発光する第１レーザー発光装置と、
   緑色光を発光する第２レーザー発光装置と、
   青色光を発光する第３レーザー発光装置と、
   前記第１レーザー発光装置から射出された前記赤色光、前記第２レーザー発光装置から射出された前記緑色光及び前記第３レーザー発光装置から射出された前記青色光が入射するとともに、入射した前記赤色光、前記緑色光及び前記青色光を合成して射出する合成光学素子と、を備え、
   前記第１レーザー発光装置はＬ個の赤色発光素子を含み、
   前記第２レーザー発光装置はＭ個の緑色発光素子を含み、
   前記第３レーザー発光装置はＮ個の青色発光素子を含み、
   Ｌ、Ｍ、Ｎは１以上の整数であり、ＮはＬ及びＭよりも小さい
   光源装置。
2. 前記第１レーザー発光装置において、前記Ｌ個の赤色発光素子は単一の封止構造の中に封入され、
   前記第２レーザー発光装置において、前記Ｍ個の緑色発光素子は単一の封止構造の中に封入されている
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第３レーザー発光装置において、Ｎは２以上の整数であり、
   前記Ｎ個の青色発光素子は第１青色発光素子と第２青色発光素子とを含み、
   前記第１青色発光素子は第１の封止構造の中に封入され、
   前記第２青色発光素子は第１の封止構造とは別体で形成される第２の封止構造の中に封入されている
   請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記第３レーザー発光装置は、前記青色発光素子から射出された青色光線が入射するアナモフィック光学系をさらに含む
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記合成光学素子から射出された光が入射する集光レンズと、
   前記集光レンズにより集光された光が入射する拡散素子と、をさらに備える
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 請求項５に記載の光源装置と、
   前記光源装置から射出された照明光が入射する均一化照明光学系と、を備える
   照明装置。
7. 請求項６に記載の照明装置と、
   前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
   前記画像光を投射する投射光学装置と、を備えた
   プロジェクター。

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