JP6270045B2 - 光源装置及び投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、異型レンズを備える光源装置及び投影装置に関する。

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を発する青色レーザ発光器と、赤色波長帯域光を発する赤色レーザ発光器と、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。各色レーザ発光器から出射されたレーザ光は、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。

また、レーザダイオードからの出射光における断面形状は楕円形状となることが知られている。特許文献２には、軸方向を一致させた２枚のシリンドリカルレンズを用い、コリメータレンズによりコリメートされたレーザダイオードからの出射光の断面形状を整形して円形とする光源装置が開示されている。

特開２０１３−１９０５９１号公報 実開平５−４５６５６号公報

特許文献１に開示される投影装置においては、レーザダイオードからの出射光と蛍光発光装置からの蛍光光が同じマイクロレンズアレイを介している。一般に、レーザダイオードからの出射光は、指向性が強く照射範囲が狭い。

このため、蛍光光である緑色波長帯域光の入射範囲に合わせて調整されたマイクロレンズアレイにレーザ光を入射すると、レーザ光が照射されるマイクロレンズの数が少なく、強度分布の均一化が十分に行われないことがあった。

また、レーザ光の強度分布の均一化を高めるため、各マイクロレンズを小さくすると、マイクロレンズとマイクロレンズとの接合部による透過光の損失が大きくなり、光の利用効率を低下させることとなった。

一方、コリメータレンズによりレーザ光の照射範囲を広げて透過するマイクロレンズの数を増やす場合には、レーザ光の断面楕円形状の長軸方向を取り込むため、コリメータレンズが大型化し、ひいては投影装置の大型化を招くことになってしまう。

また、レーザ光のレンズ出射面での断面形状が円形でない、あるいは、正確にコリメートされていなくてよい用途であったとしても、光軸に対する出射角度が一様でない（楕円状に広がる）とその後の利用に対して好ましくない場合がある。

よって、本発明は、レーザ光の照射範囲を広げつつ光軸に対する出射角度を一様にする異型レンズを備える光源装置及び投影装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、励起光源と、前記励起光源に対向する蛍光板と、前記励起光源から発せられる光によって発光する前記蛍光板からの蛍光光の波長帯域と異なる少なくとも２種類の波長帯域の光を発する断面楕円形状の光を出射するレーザダイオードと、前記レーザダイオードから出射された光が入射光として入射され、前記入射光の光軸と直交する前記断面楕円形状の長手方向を第１軸方向として、前記入射光の出射方向に向けて凹状に形成され、前記第１軸に対して直交する断面における凹縁が円弧状に形成される長尺凹状部を有する入射部と、前記入射部に入射される前記入射光が出射され、凸状に形成される出射部と、を含む異型レンズと、前記励起光源の発する光束の光軸と前記異型レンズから出射された前記レーザダイオードの発する光束の光軸とを直交させ、両光軸の交わる位置に配置されるダイクロイックミラーと、前記レーザダイオードからの光が前記ダイクロイックミラーを透過した光路上に配置されるマイクロレンズアレイと、を備え、前記ダイクロイックミラーで反射された蛍光光と前記ダイクロイックミラーを透過した前記レーザダイオードの光は前記マイクロレンズアレイ方向に向けて射出され、前記蛍光光は断面形状が円形の光として前記マイクロレンズアレイの所定の大きさの領域に照射され、前記レーザダイオードの光は前記マイクロレンズアレイの前記所定の大きさの領域に対応するとともに、断面形状の円形の直径が前記所定の大きさの領域の略半分の大きさで、互いに並ぶように照射されることを特徴とする。

本発明の投影装置は、上述の本発明に係る光源装置と、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手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、レーザ光の照射範囲を広げつつ光軸に対する出射角度を一様にする異型レンズと、この異型レンズを備える光源装置及び投影装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る投影装置を示す外観斜視図である。 本発明の第１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。 本発明の第１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。 本発明の第１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。 本発明の第１の実施形態に係る異型レンズであって、（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り、（ｃ）はｘ−ｙ平面における背面図である。 本発明の第１の実施形態に係るレーザダイオードからの出射光が異型レンズ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。 本発明の第１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。 本発明の第２の実施形態に係る異型レンズであって、（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り、（ｃ）はｘ−ｙ平面における背面図である。 本発明の第３の実施形態に係るレーザダイオードからの出射光が異型レンズ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。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態を図１〜図７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板１２の側方に投影部を有するとともに、この正面板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、背面板には、複数の吸気孔が形成されている。

次に、投影装置１０の投影装置制御手段について図２の機能ブロック図を用いて述べる。投影装置制御手段は、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と背面板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と背面板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。

青色光源装置３００と赤色光源装置１２０は、各色光源装置からの出射光の光軸と、励起光照射装置７０及び緑色光源装置８０である蛍光発光装置１００から出射される蛍光発光光の光軸とが直交するように配置されている。

赤色光源装置１２０と青色光源装置３００は、赤色光源装置１２０を前方側として前後に並べられて配置されている。赤色光源装置１２０は、１個の赤色レーザダイオード１２１と、この赤色レーザダイオード１２１の光軸上に配置される異型レンズ（ここでは、コリメータレンズ）４００とにより形成されている。同様に、青色光源装置３００は、１個の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の光軸上に配置される異型レンズ４００とにより形成さる。赤色レーザダイオード１２１と青色レーザダイオード３０１は、左側板１４側に向けて出射されるように配置されている。

赤色レーザダイオード１２１及び青色レーザダイオード３０１から出射されるレーザ光は、異型レンズ４００により、それぞれレーザ光の断面楕円形状が円形に整形されるとともにコリメートされた平行光に変換される。この異型レンズ４００については、詳細を後述する。

光源装置６０と右側板１５との間には、赤色光源装置１２０の赤色レーザダイオード１２１及び青色光源装置３００の青色レーザダイオード３０１を冷却するヒートシンク１３１，１９０を備えている。

ヒートシンク１３１、１９０と正面板１２との間には、冷却ファン２６１が配置されている。冷却ファン２６１は、ヒートシンク１３１、１９０によって暖められた冷却媒体を吸い込んで装置外部に排出する。

緑色光源装置８０は、投影装置１０筐体の左右方向における略中央部分に配置される励起光照射装置７０及びこの励起光照射装置７０から出射される光線束の光軸上であって正面板１２の近傍に配置される蛍光発光装置１００により形成されている。

励起光源とされる励起光照射装置７０は、２個の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、背面板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と背面板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からの出射光を平行光に変換する集光レンズであるコリメータレンズ７３がそれぞれ配置されている。

ヒートシンク８１と背面板１３との間には、冷却媒体として外気をヒートシンク８１側に送風する送風ファンである冷却ファン２６１が配置されており、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。

緑色光源装置８０における蛍光発光装置１００は、正面板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板とされる蛍光ホイール１０１と、この蛍光ホイール１０１を回転駆動するホイールモータ１１０と、蛍光ホイール１０１から背面板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。ホイールモータ１１０と正面板１２との間にはヒートシンク１３０等が配置されており、これらによって蛍光ホイール１０１が冷却される。

蛍光ホイール１０１は、円板状の金属基材であって、青色レーザダイオード７１からの出射光を励起光として緑色波長帯域の蛍光発光光を出射する環状の蛍光発光領域が凹部として形成され、励起光を受けて蛍光発光する蛍光体層が設けられる。そして、蛍光発光領域を含む蛍光ホイール１０１の青色レーザダイオード７１側の表面は、銀蒸着等によってミラー加工されることで光を反射する反射面が形成され、この反射面上に緑色蛍光体の層が敷設されている。

蛍光ホイール１０１の緑色蛍光体層に照射された励起光照射装置７０からの出射光は、緑色蛍光体層における緑色蛍光体を励起する。そして、緑色蛍光体から全方位に蛍光発光された光線束は、直接、青色レーザダイオード７１側へ、あるいは、蛍光ホイール１０１の反射面で反射した後に青色レーザダイオード７１側へ出射される。

また、蛍光体層の蛍光体に吸収されることなく、金属基材に照射された励起光は、反射面により反射されて再び蛍光体層に入射し、蛍光体を励起することとなる。よって、蛍光ホイール１０１の凹部の表面を反射面とすることにより、励起光照射装置７０から出射される励起光の利用効率を上げることができ、より明るく発光させることができる。

そして、赤色光源装置１２０から出射される赤色波長帯域光及び青色光源装置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緑色光源装置８０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、青色及び赤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板１４方向に９０度変換するダイクロイックミラー１４１が配置されている。したがって、１枚のダイクロイックミラー１４１により、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光の各光を同一の光路に重ね合わせることができる。

そして、ダイクロイックミラー１４１の左方には、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の左側板１４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。そして、導光光学系１４０は、ダイクロイックミラー１４１、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。

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、マイクロレンズアレイ１４５により、均一な強度分布とされ、集光レンズ１４７を介して光軸変換ミラー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、光源装置６０に備えられるレーザダイオード（赤色レーザダイオード１２１，青色レーザダイオード３０１）は、一般に、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となることが知られている。ここでは、以下の説明のため、赤色レーザダイオード１２１及び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（第１軸）とし、短軸方向をｙ軸（第２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、赤色レーザダイオード１２１及び青色レーザダイオード３０１は、各レーザダイオード１２１，３０１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に示す各レーザダイオード１２１，３０１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）は、異型レンズ４００におけるｙ−ｚ平面の側面図であり、図５（ｂ）はｘ−ｚ平面の側面図であり、図５（ｃ）はｘ−ｙ平面の背面図である。図５（ｃ）に示すように、異型レンズ４００は、外形が円形に形成されている。異型レンズ４００は、図５（ａ）における左側に、レーザ光である入射光が入射される入射部４１０が形成される。そして、異型レンズ４００は、図５（ａ）における右側に、入射部４１０に入射された入射光が出射される出射部４３０が形成される。

入射部４１０は、外面が平坦面４１１として形成されている。この平坦面４１１の中心部には、入射光の光軸であるｚ軸と直交するｘ軸方向を長手方向とされる長尺凹状部４１２が形成されている。長尺凹状部４１２は、入射光の出射方向である図５（ａ）における右方向に向けて、平坦面４１１から凹状に形成される。そして、ｘ軸に直交する断面における凹縁４１３は円弧状に形成される。また、図５（ｂ）に示すように、ｙ軸に直交する断面における凹縁４１４は、直線状に形成される。すなわち、換言すれば、長尺凹状部４１２は、シリンドリカル形状の凹部として形成されている。

出射部４３０は、異型レンズ４００の側面視、すなわち図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、出射方向である右側に向けて凸レンズ状に形成されている。そして、出射部４３０は、図５（ａ）で示されるｘ軸に対して直交する断面における円弧状に形成された縁部である円弧縁部４３２の曲率と、図５（ｂ）で示されるｘ軸と直交するｙ軸に対して直交する断面における円弧状に形成された縁部である円弧縁部４３７の曲率が異なるように形成されている。すなわち、換言すれば、出射部４３０は、非球面レンズとして形成されている。そして、出射部４３０の非球面レンズとして形成される部分は、出射部４３０から出射される光が平行光となるように形成されている。本実施形態においては、円弧縁部４３２の曲率は、円弧縁部４３７の曲率よりも大きく形成されている。

次に、図６に基づいて、各レーザダイオードから出射されるレーザ光が異型レンズ４００を透過する様子について説明する。図６（ａ）はｙ−ｚ平面を示し、図６（ｂ）はｘ−ｚ平面を示す。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、レーザダイオード（赤色レーザダイオード１２１，青色レーザダイオード３０１）からの出射光であるレーザ光ＬＲは、断面楕円形状Ｐの長軸方向（ｘ軸方向）が異型レンズ４００の長尺凹状部４１２の長手方向に合うようにして入射部４１０の長尺凹状部４１２に入射される。

従って、図６（ａ）に示すように、レーザダイオード（赤色レーザダイオード１２１，青色レーザダイオード３０１）からの出射光であるレーザ光ＬＲの断面楕円形状Ｐの短軸方向（ｙ軸方向）は、長尺凹状部４１２の凹縁４１３により幅を広げられる。このとき、レーザ光ＬＲのｙ軸方向の幅は、出射部４３０におけるレーザ光ＬＲのｘ軸方向の幅と同等となるように広げられる。一方、図６（ｂ）に示すように、レーザ光ＬＲのｘ軸方向の幅は長尺凹状部４１２によっては広げられることはなく、異型レンズ４００の材質の屈折率に従って広がるのみである。

そして、異型レンズ４００の出射部４３０から出射されるレーザ光ＬＲは、非球面レンズとして形成される凸レンズ状部分により平行光として出射される。出射部４３０から出射されたレーザ光ＬＲは、ダイクロイックミラー１４１を透過し、マイクロレンズアレイ１４５に照射される。

図７は、各色レーザダイオードから出射されたレーザ光がマイクロレンズアレイ１４５に照射された様子を示す。なお、図７は、ｘ−ｙ平面におけるマイクロレンズアレイ１４５が表されている。図７に示す通り、赤色レーザダイオード１２１及び青色レーザダイオード３０１から出射されたレーザ光は、異型レンズ４００により、断面形状を円形に整形された平行光であるレーザ光１２１ＬＲ及び３０１ＬＲとしてマイクロレンズアレイ１４５に照射される。また、緑色光源装置８０からの蛍光光は、蛍光光８０ＦＲとして断面形状が円形の光としてマイクロレンズアレイ１４５に照射される。

このようにして、各レーザダイオードからのレーザ光は、異型レンズ４００により、断面楕円形から断面円形に整形されてマイクロレンズアレイ１４５に照射されるので、ｘ軸方向の幅が同等であって、ｙ軸方向の幅が短い断面楕円形のレーザ光が通常のコリメータレンズを介してマイクロレンズアレイ１４５に照射される場合に比べて、レーザ光が入射されるマイクロレンズの数（セル数）を増やすことができる。

なお、本実施形態においては、非球面レンズとして形成される出射部４３０から出射されるレーザ光ＬＲは平行光に変換されるよう出射部４３０を形成したが、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部４３０を形成することもできる。そして、出射部４３０は、出射光の光軸に対する出射角度がｘ軸方向とｙ軸方向とで同じになるように形成されている。

（第２の実施形態）
次に、本発明に係る第２の実施形態を図８に基づいて説明する。本実施形態は、第１の実施形態における異型レンズ４００を、図８に示す異型レンズ５００に変更したものである。よって、この異型レンズ５００以外の箇所については第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。

図８（ａ）は異型レンズ５００のｙ−ｚ平面の側面図であり、図８（ｂ）はｘ−ｚ平面の側面図であり、図８（ｃ）はｘ−ｙ平面の背面図である。図８（ｃ）に示すように、異型レンズ５００は、外形を円形に形成されている。異型レンズ５００は、図８（ａ）における左側に、レーザ光である入射光が入射される入射部５１０が形成される。そして、異型レンズ５００は、図５（ａ）における右側に、入射部５１０に入射された入射光が出射される出射部５３０が形成される。

入射部５１０は、入射光側の面が平坦面５１１として形成され、この平坦面５１１の中心部には、入射光の光軸であるｚ軸と直交するｘ軸方向を長手方向とされる長尺凹状部５１２が形成されている。長尺凹状部５１２は、入射光の出射方向である図８（ａ）における右方向に向けて、平坦面から凹状に形成される。そして、ｘ軸に直交する断面における凹縁５１３は円弧状に形成され、ｙ軸に直交する断面における凹縁５１４も円弧状に形成される。すなわち、換言すれば、長尺凹状部５１２は、ｘ軸方向を長軸とする楕円回転面形状の凹部として形成されている。そして、凹縁５１３と凹縁５１４の曲率は異なるようにして形成されている。本実施形態においては、凹縁５１３の曲率は、凹縁５１４の曲率よりも大きく形成されている。

出射部５３０は、第１の実施形態における出射部４３０と同様である。すなわち、異型レンズ５００の側面視である図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、出射部５３０は、出射方向である右側に向けて凸レンズ状に形成されている。そして、図８（ａ）で示されるｘ軸に対して直交する断面における円弧５３２の曲率と、図８（ｂ）で示されるｘ軸と直交するｙ軸に対して直交する断面における円弧５３７の曲率は、異なるように形成されている。すなわち、換言すれば、出射部５３０における凸レンズ状部分は、非球面レンズとして形成されている。そして、出射部５３０の非球面レンズとして形成される部分は、出射部５３０から出射される光が平行光となるように形成されている。

異型レンズ５００の入射部５１０における長尺凹状部５１２に対して、赤色レーザダイオード１２１，青色レーザダイオード３０１からのレーザ光は、第１の実施形態と同様に、断面楕円形状Ｐの長軸方向（ｘ軸方向）が長尺凹状部５１２の長手方向と合致されて入射される。すると、レーザ光における断面楕円形状Ｐの短軸方向（ｙ軸方向）は凹縁５１３により広げられる。さらに、断面楕円形状Ｐの長軸方向（ｘ軸方向）は、凹縁５１４により広げられる。各凹縁５１３，５１４により広げられた光の幅は、出射部５３０において同等の幅とされる。よって、マイクロレンズアレイ１４５に照射されるレーザ光は、断面形状が円形とされる。

このように、本実施形態においては、ｘ軸方向のみならず、ｙ軸方向についてもレーザ光の幅を広げることができる。よって、マイクロレンズアレイ１４５に照射されるレーザ光の範囲をより広げることができる。または、赤色及び青色レーザダイオード１２１，３０１と異型レンズ５００との距離を近接させて、所定直径の円形としたレーザ光を出射可能な小型のレーザ発光素子とすることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明に係る第３の実施形態について、図９に基づいて説明する。本実施形態は、第１の実施形態における異型レンズ４００を、図９に示す異型レンズ６００に変更したものである。よって、この異型レンズ６００以外の箇所については第１の実施形態と同様であるので、同一の部材、箇所については同一の符号を付して、その説明を省略する。

異型レンズ６００は、赤色レーザダイオード１２１，青色レーザダイオード３０１側に配置される第１のレンズ部材６０１と、マイクロレンズアレイ１４５側に配置される第２のレンズ部材６０２とにより構成される。第１のレンズ部材６０１の全体の形状は、ｘ軸方向を長手方向とする箱型形状に形成されている。第１のレンズ部材６０１は、赤色レーザダイオード１２１，青色レーザダイオード３０１側に、レーザ光が入射される入射部６１０が形成される。

入射部６１０には、ｘ軸方向を長手方向として、入射光の出射方向に向けて凹状に形成される長尺凹状部６１２が形成されている。そして、ｘ軸に直交する断面における凹縁６１３は円弧状に形成され、ｙ軸に直交する断面における凹縁６１４は、直線状に形成される。すなわち、換言すれば、長尺凹状部６１２は、シリンドリカル形状の凹部として形成されている。第１のレンズ部材６０１における入射部６１０の反対側は、平坦面とされる出射面６１８が形成されている。

一方、第２のレンズ部材６０２は、第１のレンズ部材６０１側の面が平坦面とされる入射面６３４が形成されている。入射面６３４の反対側には、レーザ光が出射される出射部６３０が形成されている。出射部６３０は、出射方向である右側に向けて凸レンズ状に形成されている。そして、図９（ａ）で示されるｘ軸に対して直交する断面における円弧６３２の曲率と、図９（ｂ）で示されるｘ軸と直交するｙ軸に対して直交する断面における円弧６３７の曲率は、異なるように形成されている。すなわち、換言すれば、出射部６３０における凸レンズ状部分は、非球面レンズとして形成されている。そして、出射部６３０の非球面レンズとして形成される部分は、出射部６３０から出射される光が平行光となるように形成されている。

このようにして構成される異型レンズ６００においても、レーザ光の断面形状は円形形状になるよう整形される。すなわち、入射部６１０に入射されたレーザ光ＬＲは、長尺凹状部６１２の凹縁６１３により、ｘ軸方向の幅が広げられる。ｙ軸方向については、第１のレンズ部材６０１の材質に起因する屈折率により広げられる。そして、出射面６１８から出射されたレーザ光ＬＲは、第１のレンズ部材６０１と第２のレンズ部材６０２との間の空気層によりｘ軸方向及びｙ軸方向ともに広げられ、入射面６３４から第２のレンズ部材６０２に入射される。そして、第２のレンズ部材６０２の出射部６３０におけるｘ軸方向及びｙ軸方向の幅は同じ幅とされる。よって、出射部６３０から出射されるレーザ光ＬＲは、断面形状が円形形状に整形される。

このように、異型レンズ６００は、第１のレンズ部材６０１と第２のレンズ部材６０２との間に空気層が介在するため、レーザ発光素子から出射部６３０までの距離を短くしつつレーザ光ＬＲのｘ軸方向及びｙ軸方向をさらに広げることができる。

なお、本実施形態における長尺凹状部６１２は、第１の実施形態における長尺凹状部４１２と同様にシリンドリカル形状の凹部として形成したが、第２の実施形態における長尺凹状部５１２と同様に、ｘ軸方向を長軸とする楕円回転面形状の凹部として形成することもできる。

以上、本発明の実施形態によれば、レーザ光が入射される異型レンズ４００，５００，６００は、入射部４１０，５１０，６１０と出射部４３０，５３０，６３０を有する。入射部４１０，５１０，６１０は、入射光の光軸ｚと直交する第１軸であるｘ軸を長手方向として、ｘ軸に対して直交する断面が円弧状とされる長尺凹状部４１２，５１２，６１２が形成される。出射部４３０，５３０，６３０は、第１軸とされるｘ軸に対して直交する断面における曲率と、第１軸とされるｘ軸と直交する第２軸とされるｙ軸に対して直交する断面における曲率とが異なるように形成されている。

これにより、レーザ光の断面楕円形における長軸方向を第１軸（ｘ軸）方向に合わせて異型レンズ４００，５００，６００に入射させて、レーザ光の断面楕円形における短軸方向（第２軸とされるｙ軸方向）の幅を広げてレーザ光の断面形状を円形とすることができる。また、出射角度特性を軸対称にできる。よって、レーザ光を円形に整形して照射範囲を広げることができる異型レンズ４００，５００，６００を小型に形成し、この異型レンズ４００，５００，６００を備えたレーザ発光素子の大型化を防止することができるとともに、マイクロレンズアレイ１４５に対して広い範囲でレーザ光を一様に照射させることができる。

また、出射部４３０，５３０，６３０は、出射光の光軸に対する出射角度が第１軸であるｘ軸方向と第２軸であるｙ軸方向で同じになるように形成した。これにより、異型レンズ４００，５００，６００からの距離に拘らず、出射部４３０，５３０，６３０から出射された出射光の断面形状が円形とされる。

また、長尺凹状部４１２，６１２は、第２軸であるｙ軸に対して直交する断面における凹縁４１４，６１４が直線状に形成されている。これにより、長尺凹状部４１２，６１２はシリンドリカル形状の凹部として形成することができるので、容易に異型レンズ４００，６００を製造することができる。

また、長尺凹状部５１２は、第２軸であるｙ軸に対して直交する断面における凹縁５１４が円弧状に形成されるとともに、凹縁５１４の曲率と凹縁５１３の曲率が異なるように形成されている。これにより、入射されるレーザ光について、長軸方向である第１軸（ｘ軸）方向の他に、第２軸（ｙ軸）とされる短軸方向についても幅を広げることができる。よって、レーザ光についてさらに広い範囲を照射することができる。

また、異型レンズ６００は、入射部６１０を有する第１のレンズ部材６０１と、出射部６３０を有する第２のレンズ部材６０２とにより形成した。これにより、第１のレンズ部材６０１と第２のレンズ部材６０２の間に空気層を形成することができる。従って、レーザ光についてさらに照射範囲を広げつつ、光軸方向すなわちｚ軸方向が短く、装置の小型化に好適な異型レンズ６００を提供することができる。

また、光源装置６０は、異型レンズ４００，５００，６００と、レーザダイオード１２１，３０１を有する。そして、レーザダイオード１２１，３０１は、レーザダイオードからのレーザ光における断面楕円形状の長軸方向と、異型レンズ４００，５００，６００の長尺凹状部４１２，５１２，６１２とが合わせられるように配置される。これにより、照射範囲を広げつつ小型化された異型レンズ４００，５００，６００を備える光源装置６０を提供することができる。

また、光源装置６０は、異型レンズ４００，５００，６００からの出射光が照射されるマイクロレンズアレイ１４５が備えられる。従って、レーザ光の照射範囲が広がった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、赤色レーザダイオード１２１と、青色レーザダイオード３０１とが備えられる。これにより、赤色レーザダイオード１２１及び青色レーザダイオード３０１の各レーザ光について、レーザ光の断面形状を円形且つ、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、光源装置６０は、赤色レーザダイオード１２１と青色レーザダイオード３０１の他に、さらに緑色波長帯域の蛍光光を出射する緑色光源装置８０が備えられる。これにより、赤、緑、青の三色光源を備える光源装置６０を得ることができる。

また、光源装置６０は、さらにマイクロレンズアレイ１４５を備え、緑色波長帯域光もマイクロレンズアレイ１４５に透過される。これにより、マイクロレンズアレイ１４５に照射される光が、全て断面形状が円形の光であるレーザ光及び蛍光光とすることができるので、マイクロレンズアレイ１４５前後の光学系の設計条件が明確になり、光学系の構成がし易い光源装置６０とすることができる。

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、投影装置制御手段とにより形成した。これにより、明るいレーザダイオード１２１，３０１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］入射光が入射され、前記入射光の光軸と直交する第１軸方向を長手方向として、前記入射光の出射方向に向けて凹状に形成され、前記第１軸に対して直交する断面における凹縁が円弧状に形成される長尺凹状部を有する入射部と、
前記入射部に入射される前記入射光が出射され、前記第１軸に対して直交する断面における円弧縁部の曲率と、前記光軸および前記第１軸と直交する第２軸に対して直交する断面における円弧縁部の曲率と、が異なるように形成される出射部と、
を備えることを特徴とする異型レンズ。
［２］前記出射部は、出射光の光軸に対する出射角度が前記第１軸方向と前記第２軸方向で同じになるように形成されることを特徴とする前記［１］に記載の異型レンズ。
［３］前記長尺凹状部は、前記第２軸に対して直交する断面における凹縁は直線状に形成されることを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の異型レンズ。
［４］前記長尺凹状部は、前記第１軸に対して直交する断面における凹縁の曲率と、前記第２軸に対して直交する断面における凹縁の曲率が異なるように形成されることを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の異型レンズ。
［５］前記入射部と、前記入射部に入射される前記入射光が出射され平坦面として形成される出射面と、を有する第１のレンズ部材と、
前記出射部と、前記出射面から出射された光が入射され平坦面として形成される入射面と、を有する第２のレンズ部材と、
を有することを特徴とする前記［１］乃至前記［４］の何れか記載の異型レンズ。
［６］前記［１］乃至前記［５］の何れか記載の異型レンズと、
レーザダイオードからの出射光が前記異型レンズに入射される前記入射光とされるとともに、前記レーザダイオードは、前記レーザダイオードからの出射光における断面楕円形状の長軸方向が前記第１軸方向となるように配置されることを特徴とする光源装置。
［７］前記異型レンズにおける前記出射部からの出射光は、マイクロレンズアレイに照射され、透過されることを特徴とする前記［６］に記載の光源装置。
［８］前記レーザダイオードは複数設けられるとともに、少なくとも、赤色波長帯域光を出射する赤色レーザダイオードと、青色波長帯域光を出射する青色レーザダイオードと、が含まれることを特徴とする前記［７］に記載の光源装置。
［９］さらに、励起光源からの励起光が照射されることにより緑色波長帯域光の蛍光光が出射される蛍光発光領域を有する蛍光板を備える緑色光源装置と、
を有することを特徴とする前記［８］に記載の光源装置。
［１０］前記緑色光源装置からの出射光は、前記マイクロレンズアレイに照射され、透過されることを特徴とする前記［９］に記載の光源装置。
［１１］前記［６］乃至前記［１０］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手段と、
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 正面板 １３ 背面板
１４ 左側板 １５ 右側板
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 蛍光発光装置
１０１ 蛍光ホイール １１０ ホイールモータ
１１１ 集光レンズ群 １２０ 赤色光源装置
１２１ 赤色レーザダイオード １３０ ヒートシンク
１３１ ヒートシンク １４０ 導光光学系
１４１ ダイクロイックミラー 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 ３０１ 青色レーザダイオード
４００ 異型レンズ
４１０ 入射部 ４１１ 平坦面
４１２ 長尺凹状部 ４１３ 凹縁
４１４ 凹縁 ４３０ 出射部
４３２ 円弧縁部 ４３７ 円弧縁部
５００ 異型レンズ
５１０ 入射部 ５１１ 平坦面
５１２ 長尺凹状部 ５１３ 凹縁
５１４ 凹縁 ５３０ 出射部
５３２ 円弧 ５３７ 円弧
６００ 異型レンズ ６０１ 第１のレンズ部材
６０２ 第２のレンズ部材 ６１０ 入射部
６１２ 長尺凹状部 ６１３ 凹縁
６１４ 凹縁 ６１８ 出射面
６３０ 出射部 ６３２ 円弧
６３４ 入射面 ６３７ 円弧

Claims (9)

1. 励起光源と、
   前記励起光源に対向する蛍光板と、
   前記励起光源から発せられる光によって発光する前記蛍光板からの蛍光光の波長帯域と異なる少なくとも２種類の波長帯域の光を発する断面楕円形状の光を出射するレーザダイオードと、
   前記レーザダイオードから出射された光が入射光として入射され、前記入射光の光軸と直交する前記断面楕円形状の長手方向を第１軸方向として、前記入射光の出射方向に向けて凹状に形成され、前記第１軸に対して直交する断面における凹縁が円弧状に形成される長尺凹状部を有する入射部と、前記入射部に入射される前記入射光が出射され、凸状に形成される出射部と、を含む異型レンズと、
   前記励起光源の発する光束の光軸と前記異型レンズから出射された前記レーザダイオードの発する光束の光軸とを直交させ、両光軸の交わる位置に配置されるダイクロイックミラーと、
   前記レーザダイオードからの光が前記ダイクロイックミラーを透過した光路上に配置されるマイクロレンズアレイと、
   を備え、
   前記ダイクロイックミラーで反射された蛍光光と前記ダイクロイックミラーを透過した前記レーザダイオードの光は前記マイクロレンズアレイ方向に向けて射出され、
   前記蛍光光は断面形状が円形の光として前記マイクロレンズアレイの所定の大きさの領域に照射され、
   前記レーザダイオードの光は前記マイクロレンズアレイの前記所定の大きさの領域に対応するとともに、断面形状の円形の直径が前記所定の大きさの領域の略半分の大きさで、互いに並ぶように照射される
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記出射部は、前記第１軸に対して直交する断面における円弧縁部の曲率と、前記光軸および前記第１軸と直交する第２軸に対して直交する断面における円弧縁部の曲率と、が異なるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記出射部は、出射光の光軸に対する出射角度が前記第１軸方向と前記第２軸方向で同じになるように形成されることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記長尺凹状部は、前記第２軸に対して直交する断面における凹縁は直線状に形成されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光源装置。
5. 前記長尺凹状部は、前記第１軸に対して直交する断面における凹縁の曲率と、前記第２軸に対して直交する断面における凹縁の曲率が異なるように形成されることを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか記載の光源装置。
6. 前記異型レンズは、
   前記入射部と、前記入射部に入射される前記入射光が出射され平坦面として形成される出射面と、を有する第１のレンズ部材と、
   前記出射部と、前記出射面から出射された光が入射され平坦面として形成される入射面と、を有する第２のレンズ部材と、
   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. 前記レーザダイオードは赤色波長帯域光を出射する赤色レーザダイオードと、青色波長帯域光を出射する青色レーザダイオードと、が含まれ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. 前記蛍光板は、前記励起光源からの励起光が照射されることにより緑色波長帯域光の蛍光光が出射される蛍光発光領域を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか記載の光源装置。
9. 請求項１乃至請求項８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手段と、
   を有することを特徴とする投影装置。
   

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