JP6186786B2 - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクターに関する。

従来から、光源装置から射出された光により光変調装置を照射し、その光変調装置により変調されて射出された光を投射光学系によりスクリーンに拡大投射するプロジェクターが広く知られている。

このようなプロジェクターの光源には、超高圧水銀ランプなどの放電ランプが従来から用いられている。一方、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、ランプから放射される紫外線が液晶ライトバルブを劣化させるなどの課題がある。

そこで、放電ランプに代わるプロジェクター用の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーなどの固体光源が注目されている。半導体レーザーは、従来の放電ランプに比べて、小型化が図れることや、色再現性に優れること、瞬時点灯が可能であること、長寿命であることなどの利点を有している。

また、半導体レーザーを用いた光源装置では、半導体レーザーから射出された励起光（青色光）と、この励起光により蛍光体を励起することによって生成された蛍光光（黄色光）とを利用することが行われている。（例えば、特許文献１を参照。）。

具体的に、特許文献１に記載の光源装置は、複数の励起光源と、複数のコリメータレンズと、集光レンズと、を備えている。特許文献１に記載の光源装置では、複数の励起光源から射出された複数の励起光の各々を複数のコリメータレンズにより平行化した後に、集光レンズにより集光された励起光を蛍光ホイールの蛍光体層に照射し、この蛍光体層から蛍光光を射出させることが行われている。

特開２０１２−２１５６３３号公報

ところで、従来の光源装置では、複数の励起光源から射出された複数の励起光の各々を複数のコリメータレンズにより平行化し、平行化された複数の励起光の全てをのみ込むのに十分大きな集光レンズを用いて励起光を集光させる必要があった。

特許文献１に記載の光源装置では、上述した集光レンズの小型化を図るため、コリメータレンズの光軸を励起光の光軸からずらすことで励起光の光軸を屈折させている。

しかしながら、コリメータレンズを用いて励起光の光軸を屈折させたとしても、所定の領域に照射される光は、各コリメータレンズにより平行化された複数の励起光が互いに重畳した光である。したがって、各コリメータレンズにより平行化された励起光を、集光レンズを用いることなく任意の面積を持つ領域に集光させることはできない。

本発明の一つの態様は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、従来の集光レンズを用いなくとも、複数の光源から射出された光束を所望の面積の領域に照射することができる光源装置、並びにそのような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とする。

上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る光源装置は、第１の光束を射出する第１の光源と、第２の光束を射出する第２の光源と、を含む複数の光源を備えたアレイ光源と、前記第１の光束が入射する第１のレンズと、前記第２の光束が入射する第２のレンズと、を備え、前記第１の光源と前記第２の光源とは、前記アレイ光源の光軸を挟むように設けられており、前記第１のレンズの主点を通り、且つ、前記第１のレンズの光軸と直交する面を第１の基準面としたときに、前記第１の光源から該第１の基準面までの距離が、前記第１のレンズの前側焦点から該第１の基準面までの距離よりも長く、前記第２のレンズの主点を通り、且つ、前記第２のレンズの光軸と直交する面を第２の基準面としたときに、前記第２の光源から該第２の基準面までの距離が、前記第２のレンズの前側焦点から該第２の基準面までの距離よりも長く、前記第１の光束の光軸は前記第１のレンズの光軸から離間しており、前記第２の光束の光軸は前記第２のレンズの光軸から離間しており、前記第１のレンズを透過した前記第１の光束と前記第２のレンズを透過した前記第２の光束とは、前記アレイ光源の光軸上において互いに交差していることを特徴とする。

本発明の一つの態様の光源装置の構成によれば、第１の光源から基準面までの距離が第１のレンズの前側焦点から基準面までの距離よりも長い、言い換えると、第１の光源が第１のレンズの前側焦点からずれた位置に配置されている。そのため、第１のレンズから射出された第１の光束を第１のレンズによって集束させることができる。また、第１の光束と第２の光束とのうち少なくとも一方の光束の光軸が、この一方の光束が入射するレンズの光軸から離間又は傾いていることから、この一方の光束がレンズを透過したときに、その透過光の光軸が傾く。これにより、第１の光源からの光束および第２の光源からの光束を所望の領域に所望の集光度で集束させることができる。

また、前記第１の光源と前記第２の光源とを含む複数の光源が二次元的に配列されたアレイ光源を備える構成であってもよい。

この構成によれば、複数の光源を配列したアレイ光源を用いて、更に高輝度・高出力な光を得ることができる。

また、前記第１のレンズと前記第２のレンズとを含む複数のレンズが二次元的に配列されたレンズアレイを備える構成であってもよい。

この構成によれば、複数の光源に対応した位置に複数のレンズをそれぞれ配置することができる。

また、前記第１のレンズを透過した前記第１の光束と前記第２のレンズを透過した前記第２の光束とが互いに交差することが好ましい。

この構成によれば、従来の光源装置において必要とされた集光レンズが不要になり、よって光源装置の後段に設ける光学系の小型化を図ることができる。

また、前記複数のレンズから射出された光束が入射するアフォーカル光学系を備える構成であってもよい。

この構成によれば、スポット径が調整された平行光束を得ることができる。また、集光用のアフォーカルレンズを省略しながら、アフォーカル光学系を構成することもできる。

また、前記アフォーカル光学系は、凹レンズを含む構成であってもよい。

この構成によれば、アフォーカル光学系を小型化することができる。

また、前記複数の光源から射出される複数の光束が一点で交わり、かつ、前記複数の光束の各々が一点で集束していることが好ましい。

この構成によれば、従来の光源装置において必要とされた集光レンズが不要になり、よって光源装置の後段に設ける光学系の更なる小型化を図ることができる。

また、前記光源は、固体光源であってもよい。

この構成によれば、高輝度・高出力な光が得られると共に、光源の小型化を図ることができる。

また、本発明に係るプロジェクターは、前記何れかの光源装置と、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、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする。

このプロジェクターの構成によれば、更なる小型化を図りつつ、画像品質に優れた明るい表示を行うことが可能である。

プロジェクターの概略構成を示す平面図である。 光源装置の概略構成を示す平面図である。 半導体レーザーがデフォーカス状態にある場合の半導体レーザーとコリメータレンズとの位置関係を示す平面図である。 半導体レーザーがデフォーカス状態にある場合の青色光の光路図である。 デフォーカス及び偏芯させた場合の青色光の光路図である。 デフォーカスを異ならせた場合の青色光の光路図である。 凹レンズからなるアフォーカルレンズを用いた場合の青色光の光路図である。

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。
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。

［プロジェクター］
先ず、本発明の実施形態として図１に示すプロジェクター１の一例について説明する。
なお、図１は、プロジェクター１の概略構成を示す平面図である。

プロジェクター１は、スクリーン（被投射面）ＳＣＲ上にカラー映像（画像）を表示する投射型画像表示装置である。また、このプロジェクター１は、光変調装置として、各々が赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの液晶ライトバルブ（液晶パネル）を用いている。さらに、プロジェクター１は、光源装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー（固体光源）を用いている。

具体的に、プロジェクター１は、図１に示すように、照明光ＷＬを照射する照明装置２と、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢに分離する色分離光学系３と、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを画像情報に応じて変調し、各色光ＬＲ，ＬＧ，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，光変調装置４Ｂと、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの各々からの画像光を合成する合成光学系５と、合成光学系５からの画像光をスクリーンＳＣＲに向かって投射する投射光学系６と、を概略備えている。

照明装置２は、半導体レーザーから射出された励起光（青色光）と、この励起光により蛍光体を励起することによって生成された蛍光光（黄色光）とを混ぜることによって照明光（白色光）ＷＬを得るものである。照明装置２の詳細は図２を用いて後で説明する。照明装置２は、均一な照度分布を有するように調整された照明光ＷＬを色分離光学系３に向かって照射する。

色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを概略備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲとその他の色光である緑色光ＬＧ，青色光ＬＢとに分離する機能を有し、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の色光である緑色光ＬＧ，青色光ＬＢを反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとが混合した光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有し、分離された緑色光ＬＧを反射すると共に、青色光ＬＢを透過する。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した赤色光ＬＲを赤色光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２及び第３の全反射ミラー８ｂ，８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを反射する。

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の光路中に配置されている。これら第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の光路長よりも長くなることによる青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの各々は、液晶ライトバルブ（液晶パネル）からなり、各光変調装置に対応する各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを画像情報に応じて変調した画像光を形成する。なお、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの各々の光入射側及び光射出側には、一対の偏光板（図示せず。）が配置されており、特定の方向の直線偏光の光のみを通過させる仕組みとなっている。

また、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの各々の光入射側には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの各々に入射する各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを平行化するフィールドレンズ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが配置されている。

合成光学系５は、クロスダイクロイックプリズムからなり、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの各々から入射した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系６に向かって射出する。

投射光学系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に向かって拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像（画像）が表示される。

［照明装置］
次に、本発明の実施形態として図２に示す照明装置２の一例について説明する。
なお、図２は、この照明装置２の概略構成を示す平面図である。

照明装置２は、図２に示すように、第１の光源装置４１と、第２の光源装置４２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、偏光分離素子２５と、ピックアップ光学系２６と、蛍光発光素子２７と、集光レンズ２８と、ディフューザー２９と、平行化レンズ３０と、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３とを概略備えている。第１の光源装置４１は、第１の光源部４３と、レンズアレイ４４と、を備えている。第２の光源装置４２は、第２の光源部４５と、コリメータ光学系４６と、を備えている。第１の光源装置４１および第２の光源装置４２のうち、第１の光源装置４１が本発明の「光源装置」に相当する。

第１の光源部４３は、複数の半導体レーザー（レーザー光源）４７が二次元的に配列されたアレイ光源からなる。具体的には、光軸ＡＸ１と直交する面内に複数の半導体レーザー４７がアレイ状に並んで配置されている。第１の光源部４３の光軸を光軸ＡＸ１とする。また、後述する第２の光源部４５の光軸を光軸ＡＸ２とする。光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ２とは同一平面内にあり、かつ互いに直交している。

光軸ＡＸ１上において、第１の光源部４３と、レンズアレイ４４と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、偏光分離素子２５と、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３とが、この順に並んで配置されている。また、光軸ＡＸ２上において、第２の光源部４５と、コリメータ光学系４６と、集光レンズ２８と、ディフューザー２９と、平行化レンズ３０と、偏光分離素子２５と、ピックアップ光学系２６と、蛍光発光素子２７とが、この順に並んで配置されている。

半導体レーザー４７は、例えば４４０〜４８０ｎｍの波長域にピーク波長を有する青色光（励起光）ＢＬを射出する。そして、各半導体レーザー４７から射出された青色光ＢＬは、レンズアレイ４４に入射する。

レンズアレイ４４は、複数の集束レンズ４８が二次元的に配列されてなる。具体的には、複数の半導体レーザー４７に対応した位置に複数の集束レンズ４８がそれぞれ位置するように、光軸ＡＸ１と直交する面内に複数の集束レンズ４８がアレイ状に並んで配置されている。

ここで、半導体レーザー４７と集束レンズ４８との関係について、図３〜図６を参照して説明する。なお、本明細書において、半導体レーザー４７が集束レンズ４８の前側焦点からずれた位置に配置されている状態を、デフォーカス状態と呼ぶ。また、半導体レーザー４７の位置と集束レンズ４８の前側焦点との間の距離を半導体レーザー４７のデフォーカス量と呼ぶ。半導体レーザー４７のデフォーカス量が０（ゼロ）の状態は、半導体レーザー４７がデフォーカス状態にない状態である。

図３は、半導体レーザー４７がデフォーカス状態にある場合の半導体レーザー４７と集束レンズ４８との位置関係を示す平面図である。図４は、半導体レーザー４７がデフォーカス状態にある場合の青色光ＢＬの光路図である。図５は、半導体レーザー４７がデフォーカス状態にあり、かつ偏芯させた場合の青色光ＢＬの光路図である。図６は、半導体レーザー４７のデフォーカス量を異ならせた場合の青色光ＢＬの光路図である。

本発明を適用した本実施形態の第１の光源装置４１においては、図３に示すように、集束レンズ４８の主点Ｑを通り、且つ、集束レンズ４８の光軸と直交する面（主面）を基準面Ｔとしたときに、半導体レーザー４７から基準面Ｔまでの距離Ｓ１が、集束レンズ４８の前側焦点Ｐから基準面Ｔまでの距離Ｓ２よりも長くなるように設定されている。

なお、デフォーカス状態にある一の半導体レーザー４７が本発明の第１の光源である。複数の集束レンズ４８のうち、第１の光源に対応する集束レンズ４８が本発明の第１のレンズである。第１の光源が射出する青色光ＢＬが本発明の第１の光束である。また、複数の半導体レーザー４７のうち、他の半導体レーザー４７が本発明の第２の光源である。複数の集束レンズ４８のうち、第２の光源に対応する集束レンズ４８が本発明の第２のレンズである。第２の光源が射出する青色光ＢＬが本発明の第２の光束である。

このように、半導体レーザー４７は、集束レンズ４８の光軸方向において前側焦点からずれた位置に配置される。これにより、各半導体レーザー４７から射出された青色光ＢＬは、図４に示すように、各集束レンズ４８によって、それぞれの光軸ａｘ上に集束する集束光束となる。

なお、従来のプロジェクターにおいては、本発明の集束レンズ４８の代わりに用いられるコリメータレンズは、半導体レーザーから射出された光を平行化するためのレンズである。すなわち、半導体レーザーから基準面までの距離と、コリメータレンズの前側焦点から基準面までの距離とを一致させていた。

本発明を適用した本実施形態の第１の光源装置４１では、図５に示すように、半導体レーザー４７から射出された青色光ＢＬの光軸ａｘを、当該半導体レーザー４７に対応する集束レンズ４８の光軸ｂｘに対して偏芯（離間）させている。

本明細書において、青色光ＢＬの光軸ａｘが集束レンズ４８の光軸ｂｘと一致していない状態を、青色光ＢＬが集束レンズ４８に対して偏芯している状態、と呼ぶ。集束レンズ４８の主面における光軸ａｘと光軸ｂｘとの間の距離を偏芯量と呼ぶ。光軸ａｘと光軸ｂｘとが偏芯の関係にある集束レンズ４８に入射する青色光が本発明の「一方の光束」に対応している。

具体的に、レンズアレイ４４では、光軸ＡＸ１（レンズアレイ４４の中心）からの距離が遠くなるほど、集束レンズ４８に入射する青色光ＢＬの偏芯量が、光軸ＡＸ１から離間する方向に向かって大きくなっている。すなわち、このレンズアレイ４４では、その中央部側に位置する集束レンズ４８に入射する青色光ＢＬの偏芯量よりも、その周辺部側に位置する集束レンズ４８に入射する青色光ＢＬの偏芯量の方が大きくなっている。

この場合、集束レンズ４８から射出される青色光ＢＬの集束光束は、偏芯量が大きいほど、集束レンズ４８の光軸ｂｘに対する光軸ａｘの屈折する角度が大きくなる。これにより、集束レンズ４８から射出される青色光ＢＬの集束光束は、偏芯量に応じた角度で光軸ａｘを傾け、所定の方向（光軸ＡＸ１）に向かって偏向する。

一方、レンズアレイ４４の中心に位置する集束レンズ４８については、この第１の集束レンズ４８に入射する青色光ＢＬの光軸ａｘが、この集束レンズ４８の光軸ｂｘに対して偏芯されていない。したがって、この集束レンズ４８から射出される青色光ＢＬの集束光束は、その光軸ａｘを傾けることなく、光軸ＡＸ１上で集束する。

図５に示す構成では、各半導体レーザー４７のデフォーカス量を同じ値に設定してある。そのため、複数の半導体レーザー４７から光軸ＡＸ１と平行に射出された複数の青色光は、偏芯の効果によって、光軸ＡＸ１に近付くように偏向されるが、各青色光ＢＬが集束する位置は互いに異なっている。

しかし、各青色光ＢＬの偏芯量と各半導体レーザー４７のデフォーカス量とを調整することによって、複数の青色光ＢＬが互いに交差する位置と、各青色光が集束する位置と、を任意に設定することができる。

各青色光ＢＬを同じ位置に集束させることができる第１の光源装置の他の例を図６に示す。図６に示す第１の光源装置５３では、集束レンズ４８の光軸ＡＸ１（レンズアレイ４４の中心）からの距離が長いほど、半導体レーザー４７のデフォーカス量が小さい。すなわち、レンズアレイ４４の中央部側に位置する集束レンズ４８に対応する半導体レーザー４７のデフォーカス量が、レンズアレイ４４の周辺部側に位置する集束レンズ４８に対応する半導体レーザー４７のデフォーカス量よりも大きくなっている。

なお、半導体レーザー４７のデフォーカス量は、半導体レーザー４７から基準面Ｔまでの距離Ｓ１と、集束レンズ４８の前側焦点Ｐから基準面Ｔまでの距離Ｓ２との差（Ｓ１−Ｓ２）で表すことができ、この差が大きくなるほど、集束レンズ４８から集束位置までの距離が短くなる。

第１の光源装置５３によれば、レンズアレイ４４を透過した複数の青色光ＢＬを光軸ＡＸ１上の一点で交差（集光）させ、かつ、各青色光ＢＬを同じ位置に集束させることができる。さらに、第１の光源装置５３においては、図５に示した第１の光源装置４１と比較して平行度が高い青色光ＢＬが、アフォーカル光学系２３から射出される。

レンズアレイ４４から射出された青色光ＢＬの集束光束は、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、スポット径（サイズ）が調整された青色光ＢＬの平行光束を得るためのものである。アフォーカル光学系２３は、少なくとも１枚以上のレンズを含むアフォーカルレンズ２３ａにより構成されている。なお、図５及び図６に示す構成では、凸レンズからなるアフォーカルレンズ２３ａが用いられている。そして、このアフォーカルレンズ２３ａは、光軸ＡＸ１上において複数の青色光ＢＬが交差する位置よりも後側に配置されている。

本実施形態の第１の光源装置４１，第１の光源装置５３においては、上述したレンズアレイ４４が第１の光源部４３からの複数の青色光ＢＬ各々を集束光束に変換し、さらに複数の集束光束を所定の方向（光軸ＡＸ１）に向かって偏向させる機能を有することから、従来のようにコリメータ光学系により平行化された青色光を集光レンズにより集光させる必要がない。したがって、これらの第１の光源装置４１あるいは第１の光源装置５３を用いることにより、集光レンズを省略して、装置の小型化及び軽量化を図ることができる。

また、本実施形態の第１の光源装置４１，第１の光源装置５３においては、アフォーカル光学系２３を構成する集光用のアフォーカルレンズを省略することもできる。したがって、アフォーカル光学系２３の小型化も可能である。

さらに、アフォーカル光学系２３では、図７に示すような凹レンズからなるアフォーカルレンズ２３ｂを用いることができる。この場合、アフォーカルレンズ２３ｂは、光軸ＡＸ１上において複数の青色光ＢＬが交差する位置よりも前側に配置されるため、上述した図５及び図６に示す凸レンズからなるアフォーカルレンズ２３ａを用いた場合よりも、アフォーカル光学系２３の更なる小型化を図ることができる。

上述したアフォーカル光学系２３により平行化された青色光ＢＬは、図２に示すように、ホモジナイザ光学系２４に入射する。ホモジナイザ光学系２４は、青色光ＢＬの光強度分布を均一な状態（いわゆるトップハット分布）に変換するものである。ホモジナイザ光学系２４は、例えば一対のマルチレンズアレイ２４ａ，２４ｂからなる。ホモジナイザ光学系２４から射出された青色光ＢＬは、偏光分離素子２５に入射する。

偏光分離素子２５は、例えば第１のダイクロイックミラー２５ａと第２のダイクロイックミラー２５ｂとから構成されている。第１のダイクロイックミラー２５ａと第２のダイクロイックミラー２５ｂとは、互いに９０°の角度で交差しており、光軸ＡＸ１，ＡＸ２に対してはそれぞれ４５°の角度で傾斜した状態で配置されている。

第１のダイクロイックミラー２５ａには、青色光ＢＬを反射させると共に、青色光ＢＬ以外の光を透過させる波長選択性の偏光分離膜（図示せず。）が設けられている。一方、第２のダイクロイックミラー２５ｂには、後述する黄色光（蛍光光）ＹＬを反射させると共に、黄色光ＹＬ以外の光を透過させる波長選択性の偏光分離膜（図示せず。）が設けられている。なお、偏光分離素子２５としては、このようなダイクロイックミラー２５ａ，２５ｂを用いた構成に限らず、ダイクロイックプリズムを用いた構成としてもよい。

したがって、上述したホモジナイザ光学系２４から第１のダイクロイックミラー２５ａに入射した青色光ＢＬは、ピックアップ光学系２６に向かって反射される。

ピックアップ光学系２６は、青色光ＢＬを蛍光発光素子２７に向かって集光させるものである。ピックアップ光学系２６は、例えば２枚のピックアップレンズ２６ａ，２６ｂから構成されている。ピックアップ光学系２６により集光された青色光ＢＬは、蛍光発光素子２７に入射する。

蛍光発光素子２７は、蛍光体層２７ａと、この蛍光体層２７ａを支持する基板（基材）２７ｂとを有している。蛍光体層２７ａは、青色光ＢＬを吸収して励起される蛍光体を含み、この青色光ＢＬにより励起された蛍光体は、例えば５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する黄色光（蛍光光）ＹＬを発光させる。一方、基板２７ｂの蛍光体層２７ａと対向する面は反射面となっており、黄色光ＹＬをピックアップ光学系２６に向かって反射される。

なお、蛍光発光素子２７では、基板２７ｂを回転させる構成であってもよい。この場合、基板２７ｂ上に同心円状に配置された蛍光体層２７ａに対して青色光ＢＬが照射する。これにより、蛍光体層２７ａに対する青色光ＢＬの照射位置を変えながら、黄色光ＹＬを発光させることができる。

上述した蛍光発光素子２７から射出された黄色光ＹＬは、再びピックアップ光学系２７を通過した後に、偏光分離素子２５に入射する。そして、第２のダイクロイックミラー２５ｂに入射した黄色光ＹＬは、インテグレータ光学系２９に向かって反射される。

第２の光源部４５は、複数の半導体レーザー（レーザー光源）４９が二次元的に配列されたアレイ光源からなる。具体的には、光軸ＡＸ２と直交する面内に複数の半導体レーザー４９がアレイ状に並んで配置されている。

半導体レーザー４９は、半導体レーザー４７と同様に、例えば４４０〜４８０ｎｍの波長域にピーク波長を有する青色光ＢＬを射出する。そして、各半導体レーザー４９から射出された青色光ＢＬは、コリメータ光学系４６に入射する。

コリメータ光学系４６は、複数のコリメータレンズ５０が二次元的に配列されてなる。具体的には、複数の半導体レーザー４９の各々に対応した位置に複数のコリメータレンズ５０の各々が位置するように、光軸ＡＸ２と直交する面内に複数のコリメータレンズ５０がアレイ状に並んで配置されている。

コリメータレンズ５０は、半導体レーザー４９から射出された青色光ＢＬを平行化するためのものである。そして、半導体レーザー４９から射出された青色光ＢＬは、コリメータレンズ５０を通過することによって平行光束となる。

コリメータ光学系４６により平行化された青色光ＢＬの平行光束は、集光レンズ２８に入射する。集光レンズ２８は、青色光ＢＬをディフューザー２９に向かって集光させるものである。集光レンズ２８により集光された青色光ＢＬは、ディフューザー２９に入射する。

ディフューザー２９は、コヒーレント光である青色光ＢＬを散乱させることによって、スペックルの発生を抑制する機能を有している。ディフューザー８０で散乱された青色光ＢＬは、平行化レンズ３０に入射する。

平行化レンズ３０は、上述した集光レンズ２８により集光された青色光ＢＬを平行化するためのものである。平行化レンズ３０により平行化された青色光ＢＬは、偏光分離素子２５に入射する。第１のダイクロイックミラー２５ａに入射した青色光ＢＬは、インテグレータ光学系３１に向かって反射される。

したがって、偏光分離素子２５からは、第１のダイクロイックミラー２５ａで反射された青色光ＢＬと、第２のダイクロイックミラー２５ｂで反射された黄色光ＹＬとが混ざった照明光（白色光）ＷＬが得られる。照明光ＷＬは、インテグレータ光学系３１に入射する。

インテグレータ光学系３１は、輝度分布（照度分布）を均一化するものである。インテグレータ光学系３１は、一対のフライアイレンズ３１ａ，３１ｂからなる。フライアイレンズ３１ａ，３１ｂは、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。インテグレータ光学系３１を通過することにより輝度分布が均一化された照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。

偏光変換素子３２は、照明光ＷＬの偏光方向を揃えるものである。偏光変換素子３２は、例えば偏光分離膜と位相差板とを組み合わせたものからなる。偏光変換素子３２を通過することにより偏光方向が揃えられた照明光ＷＬは、重畳光学系３３に入射する。

重畳光学系３３は、重畳レンズ３３ａからなる。照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａを通過することにより重畳されて、輝度分布が均一化されると共に光線軸周りの軸対称性が高められる。重畳光学系３３から射出された照明光ＷＬは、図１に示す色分離光学系３に入射する。

以上のような構成を有する照明装置２においては、上述したレンズアレイ４４が第１の光源部４３からの複数の青色光ＢＬ各々を集束光束に変換し、さらに複数の集束光束を所定の方向（光軸ＡＸ１）に向かって偏向させる機能を有することから、従来のようにコリメータ光学系により平行化された青色光を集光レンズにより集光させる必要がない。したがって、照明装置２によれば、集光レンズを省略して、装置の小型化及び軽量化を図ることができる。また、照明装置２によれば、アフォーカル光学系２３を構成する集光用のアフォーカルレンズを省略することもできるため、アフォーカル光学系２３の小型化も可能である。

したがって、このような照明装置２をプロジェクター１で用いた場合には、照明装置２及びプロジェクター１の小型・軽量化を図りつつ、画像品質に優れた表示を行うことが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも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。

なお、半導体レーザー４７のデフォーカス量は、半導体レーザー４７と集束レンズ４８との距離を変更することによって調整することができる。例えば、一の半導体レーザー４７の位置を他の半導体レーザー４７の位置から光軸ＡＸ１と平行な方向にずらすことによって、半導体レーザー４７のデフォーカス量を調整できる。あるいは、一の集束レンズ４８の位置を他の集束レンズ４８の位置から光軸ＡＸ１と平行な方向にずらすことによって、半導体レーザー４７のデフォーカス量を調整できる。

また、一の半導体レーザー４７と当該一の半導体レーザー４７に対応した集束レンズ４８との距離を、他の半導体レーザー４７と当該他の半導体レーザー４７に対応した集束レンズ４８との距離と等しくしておき、一の集束レンズ４８の屈折力を他の集束レンズ４８の屈折力と異ならせることによって、半導体レーザー４７のデフォーカス量を調整することもできる。

また、複数の半導体レーザー４７から射出された複数の青色光ＢＬ各々を所定の方向（光軸ＡＸ１）に向かって偏向させる方法としては、上述した青色光の光軸ａｘを集束レンズ４８の光軸ｂｘに対して偏芯（離間）させる方法以外にも、青色光ＢＬの光軸ａｘを集束レンズ４８の光軸ｂｘに対して傾ける方法を用いてもよい。すなわち、集束レンズ４８の光軸ｂｘに対して青色光ＢＬを斜め方向から入射させることによって、この集束レンズ４８から射出される青色光ＢＬの光軸ａｘを傾けることができる。

また、本発明では、青色光ＢＬの光軸ａｘを集束レンズ４８の光軸ｂｘに対して偏芯させずに、集束レンズ４８のレンズ面の形状によって、この集束レンズ４８から射出される青色光ＢＬの光軸を傾けることもできる。さらに、本発明では、上述した集束レンズ４８の代わりに、シリンドリカルレンズを用いてもよい。

本実施例で説明したプロジェクターでは、第１の光源装置から射出される光をアフォーカル光学系２３に入射させているが、第１の光源装置から射出される光を、蛍光体層２７ａの所望の面積の領域に直接入射させてもよい。この場合、半導体レーザー４７のデフォーカス量及び各青色光ＢＬの偏芯量を調整することで、光が照射される領域の面積を所望の広さに容易に調整することができる。また、半導体レーザー４７から射出されるレーザー光によって画像光を形成する方式のプロジェクターにおいては、例えばレーザー光によるスペックルを低減するために、第１の光源装置から射出される光を拡散板の所望の面積の領域に入射させてもよい。本発明による光源装置を用いることにより、適度に集光された（過度に集光されていない）レーザー光を被照明対象に照射することができるため、被照明対象の劣化を抑えることができる。

１…プロジェクター ２…照明装置 ３…色分離光学系 ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置 ５…合成光学系 ６…投射光学系 ７ａ…第１のダイクロイックミラー ７ｂ…第２のダイクロイックミラー ８ａ…第１の全反射ミラー ８ｂ…第２の全反射ミラー ８ｃ…第３の全反射ミラー ９ａ…第１のリレーレンズ ９ｂ…第２のリレーレンズ １０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…フィールドレンズ ２１Ａ…第１の光源部 ４５…第１の光源部 ４７，４９…半導体レーザー ４４…レンズアレイ ４６…コリメータ光学系 ２３…アフォーカル光学系 ２４…ホモジナイザ光学系 ２５…偏光分離素子 ２６…ピックアップ光学系 ２７…蛍光発光素子 ２８…集光レンズ ２９…ディフューザー ３０…平行化レンズ ３１…インテグレータ光学系 ３２…偏光変換素子 ３３…重畳光学系 ４１，５３…第１の光源装置 ４２…第２の光源装置 ＳＣＲ…スクリーン ＷＬ…照明光（白色光） ＬＲ…赤色光 ＬＧ…緑色光 ＬＢ…青色光 ＢＬ…青色光（励起光） ＹＬ…黄色光（蛍光光） Ｑ…主点 Ｔ…基準面

Claims (8)

1. 第１の光束を射出する第１の光源と、第２の光束を射出する第２の光源と、を含む複数の光源を備えたアレイ光源と、
   前記第１の光束が入射する第１のレンズと、
   前記第２の光束が入射する第２のレンズと、を備え、
   前記第１の光源と前記第２の光源とは、前記アレイ光源の光軸を挟むように設けられており、
   前記第１のレンズの主点を通り、且つ、前記第１のレンズの光軸と直交する面を第１の基準面としたときに、前記第１の光源から該第１の基準面までの距離が、前記第１のレンズの前側焦点から該第１の基準面までの距離よりも長く、
   前記第２のレンズの主点を通り、且つ、前記第２のレンズの光軸と直交する面を第２の基準面としたときに、前記第２の光源から該第２の基準面までの距離が、前記第２のレンズの前側焦点から該第２の基準面までの距離よりも長く、
   前記第１の光束の光軸は前記第１のレンズの光軸から離間しており、
   前記第２の光束の光軸は前記第２のレンズの光軸から離間しており、
   前記第１のレンズを透過した前記第１の光束と前記第２のレンズを透過した前記第２の光束とは、前記アレイ光源の光軸上において互いに交差していることを特徴とする光源装置。
2. 前記アレイ光源は、前記複数の光源が二次元的に配列されてなることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１のレンズと前記第２のレンズとを含む複数のレンズが二次元的に配列されたレンズアレイを備えることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第１のレンズを透過した前記第１の光束と、前記第２のレンズを透過した前記第２の光束と、が入射するアフォーカル光学系を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光源装置。
5. 前記アフォーカル光学系は、凹レンズを含むことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記複数の光源から射出される複数の光束が一点で交わり、かつ、前記複数の光束の各々が一点で集束していることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光源装置。
7. 前記複数の光源が、固体光源であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の光源装置。
8. 請求項１〜７の何れか一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、
   前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備えることを特徴とするプロジェクター。

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