JP6369164B2 - 光源装置、光源装置の製造方法およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、光源装置の製造方法およびプロジェクターに関する。

プロジェクターに用いる光源として、高輝度、高出力の光が得られる半導体レーザー等の固体光源が注目されている。固体光源を用いたプロジェクターは、装置の小型化が図れる、色再現性に優れる、瞬時点灯が可能である、光源の寿命が長い、等の利点を有している。特許文献１には、複数のレーザー光源と、複数のコリメートレンズと、集光レンズと、ロッドインテグレーターと、を備えた照明装置が開示されている。特許文献１の照明装置では、複数のレーザー光源から射出された複数の光は、各レーザー光源に対応するコリメートレンズを経て集光レンズに入射し、集光レンズにより集光されてロッドインテグレーターに入射する。

特開２０１０−７８９７５号公報

複数のレーザー光源を備えた照明装置において、個々のレーザー光源の実装精度に多少のばらつきが生じることは避けられない。特許文献１の照明装置において、レーザー光源の実装精度がばらついた場合、設計上の所定の位置から外れた位置に実装されたレーザー光源から射出された光は、ロッドインテグレーターに入射しない場合がある。その場合、照明装置の光利用効率が低下するという問題がある。

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、固体光源の実装精度にばらつきがあったとしても、光利用効率の低下を抑えることができる光源装置の提供を目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、光利用効率の低下を抑えることができる光源装置を効率良く製造する方法の提供を目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の光源装置を備えたプロジェクターの提供を目的の一つとする。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光源装置は、第１の固体光源と、第２の固体光源と、前記第１の固体光源に対応する第１のコリメーターレンズと、前記第２の固体光源に対応する第２のコリメーターレンズと、前記第１の固体光源から射出された第１の光の主光線と前記第２の固体光源から射出された第２の光の主光線とのなす角度が光入射側よりも光射出側で小さくなるように、前記第１のコリメーターレンズの光射出側に設けられた偏角プリズムと、前記偏角プリズムを保持する保持部と、を備えたことを特徴とする。

第１の固体光源と第２の固体光源とを備えた光源装置において、仮に第１の固体光源の実装位置が第１のコリメーターレンズの焦点位置からずれ、第２の固体光源の実装位置が第２のコリメーターレンズの焦点位置に一致していたとする。その場合、第１の固体光源から射出された第１の光の主光線と、第２の固体光源から射出された第２の光の主光線とは、第１のコリメーターレンズおよび第２のコリメーターレンズのそれぞれを通過した後、互いに平行にならない。

これに対して、本発明の一つの態様の光源装置では、第１のコリメーターレンズの光射出側に設けられた偏角プリズムにより、第１の光の主光線と第２の光の主光線とのなす角度は、偏角プリズムの光入射側よりも光射出側で小さくなる。つまり、偏角プリズムによって、第１の光の主光線と第２の光の主光線との平行度を高めることができる。このように、所定の位置からずれた位置に実装された第１の固体光源からの光の照射位置を偏角プリズムによって補正することができる。本発明の一つの態様の光源装置によれば、固体光源の実装精度にばらつきがあったとしても、光の利用効率を高めることができる。

なお、本発明の一つの態様の光源装置において、第１の光の主光線と第２の光の主光線とが偏角プリズムの光射出側で平行になった場合、第１の光の主光線と第２の光の主光線とのなす角度は０°であるとみなす。この場合も、「第１の光の主光線と第２の光の主光線とのなす角度は、偏角プリズムの光入射側よりも光射出側で小さくなる」の概念に含まれる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記偏角プリズムは、所定の回転軸の周りに回転可能に前記保持部に保持されていてもよい。
この構成によれば、所定の回転軸の周りに偏角プリズムを回転させることにより、第１の固体光源から射出された光の主光線と第２の固体光源から射出された光の主光線とのなす角度を容易に小さく調整できる。

本発明において、「偏角プリズムを、所定の回転軸の周りに回転可能に保持する保持部」とは、保持部は所定の回転軸の周りでの偏角プリズムの回転を制限する部分を備えていないという意味である。光源装置の製造過程において、偏角プリズムが回転できる構成であればよい。上記の「保持部」は、必ずしも、光源装置が完成した後に、偏角プリズムが所定の回転軸の周りに自由に回転できる状態で偏角プリズムを保持していなくてもよい。例えば、光源装置が完成した後は、偏角プリズムが保持部に固定され、回転できない状態であってもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記回転軸の方向から見た前記偏角プリズムの形状は、円形であってもよい。
この構成によれば、第１のコリメーターレンズの光軸を中心に偏角プリズムを円滑に回転させることができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記偏角プリズムの光が入射する面は、平面であってもよい。
上記構成の光源装置であれば、第１のコリメーターレンズの光軸に垂直な方向での固体光源の位置ずれを補正できる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記偏角プリズムの光が入射する面は、回転対称の凸面であってもよい。
上記構成の光源装置であれば、偏角プリズムが発散光を平行化する作用を発揮するため、第１のコリメーターレンズの光軸に平行な方向、特に第１のコリメーターレンズの焦点位置よりも第１のコリメーターレンズに近付く側への固体光源の位置ずれを補正できる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記偏角プリズムの光が入射する面は、回転対称の凹面であってもよい。
上記構成の光源装置であれば、偏角プリズムが収束光を平行化する作用を発揮するため、第１のコリメーターレンズの光軸に平行な方向、特に第１のコリメーターレンズの焦点位置よりも第１のコリメーターレンズから遠ざかる側への固体光源の位置ずれを補正できる。

本発明の一つの態様の光源装置の製造方法は、第１の固体光源と、第２の固体光源と、前記第１の固体光源に対応する第１のコリメーターレンズと、前記第２の固体光源に対応する第２のコリメーターレンズと、偏角プリズムと、前記偏角プリズムを保持する保持部と、を備えた光源装置の製造方法であって、前記第１のコリメーターレンズから離れた被投射面において前記第１の固体光源から射出された光の投射像が許容範囲の外側に位置しているか否かを検査する工程と、前記第１の固体光源から射出された光の投射像が前記許容範囲の外側に位置する場合、前記第１のコリメーターレンズの光射出側に偏角プリズムを配置する工程と、前記偏角プリズムを、前記第１のコリメーターレンズの光軸を中心に回転させることにより、前記許容範囲の外側に位置する投射像を前記許容範囲の内側に移動させ、前記第１の固体光源から射出された第１の光の主光線と前記第２の固体光源から射出された第２の光の主光線とのなす角度を、前記偏角プリズムの光入射側よりも光射出側で小さくする工程と、を備えたことを特徴とする。

第１の固体光源と第２の固体光源とを備えた光源装置において、仮に第１の固体光源の実装位置が第１のコリメーターレンズの焦点位置からずれ、第２の固体光源の実装位置が第２のコリメーターレンズの焦点位置に一致していたとする。その場合、第１のコリメーターレンズから射出された第１の固体光源からの光の主光線と、第２のコリメーターレンズから射出された第２の固体光源からの光の主光線とは、互いに平行にはならない。

これに対して、本発明の一つの態様の光源装置の製造方法によれば、製造者は、第１の固体光源から射出された光の投射像が許容範囲の外側に位置することを検出した場合、第１のコリメーターレンズの光射出側に偏角プリズムを配置し、偏角プリズムを、第１のコリメーターレンズの光軸を中心に回転させ、投射像を許容範囲の内側に移動させる。このように、実装位置がずれた固体光源に対して偏角プリズムによる調整を行えば良いため、光利用効率の低下が抑えられた光源装置を生産性良く製造することができる。

本発明の一つの態様の光源装置の製造方法において、前記偏角プリズムを、前記保持部に保持された状態で所定の軸の周りに回転させることにより、前記許容範囲の外側に位置する投射像を前記許容範囲の内側に移動させた後、前記偏角プリズムを前記保持部に固定してもよい。
上記の構成によれば、光源装置は、光利用効率の低下を抑える効果を安定して維持することができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、光を射出する光源装置と、前記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系と、を備え、前記光源装置が、本発明の一つの態様の光源装置であることを特徴とする。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置を備えたことにより、光利用効率に優れたプロジェクターを実現できる。

第１実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。 第１実施形態の照明装置を示す概略構成図である。 第１実施形態の光源装置を示す斜視図である。 図３のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 １組の光源と偏角プリズムとの作用を説明するための図である。 （Ａ）偏角プリズムを備えていない光源装置における射出光の様子を示す図であり、（Ｂ）偏角プリズムを備えた光源装置における射出光の様子を示す図である。 レーザー光源の実装位置の検査方法を説明するための図である。 スクリーン上での複数のレーザー光源からの光の投射像を示す図である。 第２実施形態の光源装置を示す断面図である。 第３実施形態の光源装置を示す概略構成図である。 第４実施形態の光源装置を示す概略構成図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図８を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、３つの透過型液晶ライトバルブを用いたプロジェクターの一例である。
図１は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。図２は、本実施形態の照明装置を示す概略構成図である。図３は、本実施形態の光源装置を示す斜視図である。図４は、図３のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

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上にカラー画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、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を備えている。プロジェクター１は、照明装置２の光源として、高輝度・高出力の光が得られる半導体レーザーを備えている。プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、赤色光用光変調装置４Ｒと、緑色光用光変調装置４Ｇと、青色光用光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６と、を備えている。

照明装置２は、白色の照明光ＷＬを色分離光学系３に向けて射出する。照明装置２には、後述する本発明の一つの実施形態である照明装置が用いられる。

色分離光学系３は、照明装置２から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａと、第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、第３の反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａと、第２のリレーレンズ９ｂと、を備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む光と、に分離する機能を有する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過し、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、第１のダイクロイックミラー７ａで反射した光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。

第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されている。第１の反射ミラー８ａは、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを赤色光用光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、青色光ＬＢの光路中に配置されている。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを青色光用光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂで反射し、緑色光用光変調装置４Ｇに向けて進む。

第１のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの光射出側に配置されている。第１のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、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起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有する。

赤色光用光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。緑色光用光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。青色光用光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。

赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。また、液晶パネルの入射側および射出側には、図示しない偏光板がそれぞれ配置されている。偏光板は、特定の方向の直線偏光光を透過させる。

赤色光用光変調装置４Ｒの入射側には、フィールドレンズ１０Ｒが配置されている。緑色光用光変調装置４Ｇの入射側には、フィールドレンズ１０Ｇが配置されている。青色光用光変調装置４Ｂの入射側には、フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒは、赤色光用光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行化する。フィールドレンズ１０Ｇは、緑色光用光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行化する。フィールドレンズ１０Ｂは、青色光用光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化する。

合成光学系５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢのそれぞれに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系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る。

投射光学系６は、複数の投射レンズを含む投射レンズ群から構成されている。投射光学系６は、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、拡大されたカラー画像が表示される。

以下、照明装置２について説明する。
図２に示すように、照明装置２は、光源装置１５と、集光レンズ２３と、蛍光体ホイール１０と、ピックアップレンズ４０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備えている。光源装置１５は、固体光源アレイ２７と、コリメーター光学系２８と、偏角プリズム２５と、を備えている。光源装置１５については、後で詳しく説明する。

上記の構成要件のうち、固体光源アレイ２７と、コリメーター光学系２８と、集光レンズ２３と、ピックアップレンズ４０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３とは、それぞれの光学中心を図２中に示す光軸ＡＸ０に一致させた状態で、光軸ＡＸ０上に順次並んで配置されている。

固体光源アレイ２７は、複数の半導体レーザー２１を備える。複数の半導体レーザー２１は、光軸ＡＸ０と直交する面内において、アレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー２１の個数は特に限定されない。

半導体レーザー２１は、例えば青色の励起光を射出する。固体光源アレイ２７から射出された励起光ＢＬは、コリメーター光学系２８に入射する。コリメーター光学系２８は、固体光源アレイ２７から射出された複数の励起光ＢＬのそれぞれを平行光束に変換する。コリメーター光学系２８は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２で構成されている。複数のコリメーターレンズ２２は、複数の半導体レーザー２１にそれぞれ対応して配置されている。

コリメーター光学系２８のうち、一つのコリメーターレンズ２２（図２中の中央のコリメーターレンズ２２）から射出された励起光ＢＬは、偏角プリズム２５を透過して集光レンズ２３に入射する。他のコリメーターレンズ２２（図２中の右端および左端のコリメーターレンズ２２）から射出された励起光ＢＬは、偏角プリズム２５を透過することなく集光レンズ２３に入射する。集光レンズ２３は、複数の励起光ＢＬを集光させて蛍光体ホイール１０の所定位置に入射させる。

本実施形態の蛍光体ホイール１０は、透過型の回転蛍光板である。蛍光体ホイール１０は、モーター１２により回転駆動される円盤状の基板１０ａと、基板１０ａの一方の面に環状に形成された蛍光体層１１と、を有する。また、図示を省略するが、基板１０ａと蛍光体層１１との間に例えば誘電体多層膜からなるダイクロイックミラー１６が設けられている。ダイクロイックミラー１６は、励起光ＢＬを透過させ、蛍光体層１１から発せられる蛍光ＹＬを反射させる特性を有する。

基板１０ａは、プロジェクター１の使用中に、回転軸Ｏを中心として所定の回転数で回転する。これにより、蛍光体層１１の特定の領域に対して励起光ＢＬが連続的に入射することが抑制され、蛍光体層１１の長寿命化が図られる。なお、基板１０ａの形状は、円盤状に限るものではない。基板１０ａは、励起光ＢＬを透過する材料で構成される。基板１０ａの材料として、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等を用いることができる。

蛍光体層１１は、蛍光を発する蛍光体粒子を含み、励起光ＢＬ（青色光）を吸収し、黄色の蛍光ＹＬに変換して射出する。蛍光体粒子は、励起光ＢＬを吸収し、蛍光を発する粒子状の蛍光物質である。例えば、蛍光体粒子は、波長が約４５０ｎｍの青色光によって励起されて蛍光を発する物質を含み、励起光ＢＬを黄色の蛍光ＹＬに変換して射出する。蛍光体粒子としては、例えば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。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよく、２種以上の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てもよい。

蛍光体層１１に入射した励起光ＢＬの一部は、蛍光体粒子に吸収されることで蛍光ＹＬに変換される。蛍光ＹＬは、蛍光体層１１から直接射出されるか、あるいはダイクロイックミラー１６で反射した後に蛍光体層１１から外部に射出される。一方、励起光ＢＬのうち蛍光体粒子に吸収されなかった成分は、蛍光体層１１から外部に射出される。

蛍光体ホイール１０の蛍光体層１１から射出された蛍光ＹＬと、励起光ＢＬの一部の成分である青色光ＢＬ１とは、白色の照明光ＷＬを構成する。照明光ＷＬは、ピックアップレンズ４０を介してインテグレーター光学系３１に入射する。インテグレーター光学系３１は、照明光ＷＬを複数の小光束に分割する。インテグレーター光学系３１は、例えば第１レンズアレイ３１ａと第２レンズアレイ３１ｂとから構成されている。第１レンズアレイ３１ａおよび第２レンズアレイ３１ｂは、複数のレンズがアレイ状に配列された構成を有する。

インテグレーター光学系３１から射出された照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、非偏光である照明光ＷＬを直線偏光に変換する機能を有する。偏光変換素子３２は、例えば偏光分離膜と位相差板とミラーとから構成されている。

偏光変換素子３２によって直線偏光に変換された照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａに入射する。重畳レンズ３３ａは、偏光変換素子３２から射出された複数の光束を照明対象物である液晶パネル上で互いに重畳させる。これにより、液晶パネルを均一に照明することができる。重畳光学系３３は、第１レンズアレイ３１ａおよび第２レンズアレイ３１ｂからなるインテグレーター光学系３１と、重畳レンズ３３ａと、から構成される。

なお、本実施形態の蛍光体ホイール１０は、透過型の回転蛍光板を備えているが、この構成に代えて、反射型の回転蛍光板を備えていてもよい。また、必ずしも回転式の蛍光板でなくてもよく、固定式の蛍光板であってもよい。

以下、光源装置１５について説明する。
図３に示すように、光源装置１５は、筐体１７と、複数の半導体レーザー２１と、複数のコリメーターレンズ２２と、偏角プリズム２５と、を備えている。図２には図示していないが、複数の半導体レーザー２１、複数のコリメーターレンズ２２、および偏角プリズム２５は、筐体１７の内部に収容されている。筐体１７は、複数の半導体レーザー２１、複数のコリメーターレンズ２２および偏角プリズム２５を収容し得る大きさの箱である。筐体１７には、複数の半導体レーザー２１から射出される光を透過させる複数の孔１７Ｈが設けられている。

本実施形態では、複数の半導体レーザー２１として、６個の半導体レーザー２１が用いられる。ただし、半導体レーザー２１の個数は、６個に限らず、特に限定されない。６個の半導体レーザー２１は、３行２列のアレイ状に配置され、固体光源アレイ２７を構成する。コリメーターレンズ２２は、半導体レーザー２１と同じ数だけ用いられ、各半導体レーザー２１から射出される光の光路上に配置されている。したがって、６個のコリメーターレンズ２２は、半導体レーザー２１と同様、３行２列のアレイ状に配置され、コリメーター光学系２８を構成する。以下、互いに対応する１組の半導体レーザー２１およびコリメーターレンズ２２を光源ユニット２９と呼ぶこともある。

図４に示すように、筐体１７に、筐体１７の内部空間を６個の空間に仕切るための仕切り壁部１７Ｂが設けられている。仕切り壁部１７Ｂの上面および底部１７Ｃの上面それぞれに、台座１９が設けられている。台座１９の上面である実装面１９Ａに、半導体レーザー２１が実装されている。また、筐体１７には、コリメーターレンズ２２の周縁部を挟み込む形でコリメーターレンズ２２を保持するレンズ保持部３５が設けられている。筐体１７の上部１７Ａ、底部１７Ｃおよび仕切り壁部１７Ｂは、レンズ保持部３５よりも光射出側に突出した部分を有する。

光源装置１５は、図４に示した上段と下段の光源ユニット２９のように、半導体レーザー２１が自身に対応するコリメーターレンズ２２の焦点位置Ｆに配置されるように設計されている。このとき、半導体レーザー２１から射出される光のコリメーターレンズ２２へ入射する直前の主光線ＡＸ１とコリメーターレンズ２２の光軸ＡＸ２とは一致する。以降、半導体レーザー２１から射出される光のコリメーターレンズ２２へ入射する直前の主光線ＡＸ１を、単に主光線ＡＸ１、または半導体レーザー２１から射出される光の主光線ＡＸ１と呼ぶ。半導体レーザー２１の寸法、台座１９の高さおよび実装面１９Ａの傾き、コリメーターレンズ２２の寸法、レンズ保持部３５によるコリメーターレンズ２２の位置などの設計パラメーターは、各半導体レーザー２１から射出される光の主光線ＡＸ１と各コリメーターレンズ２２の光軸ＡＸ２とが一致するように設定されている。

しかしながら、例えば半導体レーザー２１、台座１９、コリメーターレンズ２２、レンズ保持部３５等の寸法誤差等の要因により、図４の中段の光源ユニット２９のように、主光線ＡＸ１とコリメーターレンズ２２の光軸ＡＸ２とが一致しないことがある。

以降の説明では、主光線ＡＸ１と光軸ＡＸ２とが一致しない光源ユニット２９の半導体レーザー２１、コリメーターレンズ２２をそれぞれ第１の半導体レーザー２１Ａ、第１のコリメーターレンズ２２Ａと呼ぶ。主光線ＡＸ１と光軸ＡＸ２とが一致している光源ユニット２９の半導体レーザー２１、コリメーターレンズ２２をそれぞれ第２の半導体レーザー２１Ｂ、第２のコリメーターレンズ２２Ｂと呼ぶ。図４においては、中段の光源ユニット２９の半導体レーザー２１およびコリメーターレンズ２２を第１の半導体レーザー２１Ａおよび第１のコリメーターレンズ２２Ａと呼び、上段の光源ユニット２９の半導体レーザー２１およびコリメーターレンズ２２を第２の半導体レーザー２１Ｂおよび第２のコリメーターレンズ２２Ｂと呼ぶ。また、第１の半導体レーザー２１Ａから射出された光を第１の光Ｌ１と呼び、第２の半導体レーザー２１Ｂから射出された光を第２の光Ｌ２と呼ぶ。コリメーターレンズ２２Ａを透過した直後の第１の光Ｌ１の主光線を主光線Ｌｃ１と呼び、コリメーターレンズ２２Ｂを透過した直後の第２の光Ｌ２の主光線を主光線Ｌｃ２と呼ぶ。

主光線ＡＸ１とコリメーターレンズ２２の光軸ＡＸ２とが一致しない場合、図６（Ａ）の下段に示すように、主光線Ｌｃ１と主光線Ｌｃ２とは、互いに平行にはならず、所定の角度θをなす。
なお、図６（Ａ）において、主光線Ｌｃ２と第１のコリメーターレンズ２２Ａの光軸ＡＸ２とは互いに平行である。したがって、図６（Ａ）においては、図示の都合上、主光線Ｌｃ１と主光線Ｌｃ２とのなす角度を、第１のコリメーターレンズ２２Ａの光軸ＡＸ２と主光線Ｌｃ１とのなす角度θとして図示する。

このように、主光線ＡＸ１とコリメーターレンズ２２の光軸ＡＸ２とが一致しない光源ユニット２９、すなわち第１の半導体レーザー２１Ａと第１のコリメーターレンズ２２Ａを含む第１の光源ユニット２９Ａについては、図４に示すように、第１のコリメーターレンズ２２Ａの光射出側に、偏角プリズム２５が設けられている。偏角プリズム２５は、光透過性を有する円板を、円板の回転軸に対して傾いた平面で一部を切り落とした形状を有する。第１のコリメーターレンズ２２Ａの光軸ＡＸ２の方向から見た偏角プリズム２５の形状は、円形である。

偏角プリズム２５は、円環状の側面２５ｃに対して垂直な平面２５ａが光の入射する面となり、側面２５ｃに対して傾いた傾斜面２５ｂが光の射出する面となる。筐体１７の上部１７Ａ、底部１７Ｃおよび仕切り壁部１７Ｂにおけるレンズ保持部３５から突出した部分には、図３に示したように円筒状の開口が設けられ、円筒部分がプリズム保持部３６として機能する。偏角プリズム２５は、内壁面３６ｃが円筒状のプリズム保持部３６の内部空間に嵌め込まれる形態で保持される。
本実施形態のプリズム保持部３６は、特許請求の範囲の保持部に対応する。

偏角プリズム２５は、プリズム保持部３６によって所定の軸（第１のコリメーターレンズ２２Ａの光軸ＡＸ２）を中心に回転可能に保持されている。具体的には、プリズム保持部３６の内壁面３６ｃは平滑な面であり、偏角プリズム２５の回転を阻害する部分を備えていない。偏角プリズム２５の回転を阻害する部分とは、例えば偏角プリズムが円形以外の形状であった場合に偏角プリズムの外周部と互いに嵌合し合う凸部や凹部のような部分のことである。したがって、光源装置の製造者が第１のコリメーターレンズ２２Ａの光軸周りに偏角プリズム２５を回転させたい場合には、容易に回転させることができる。すなわち、偏角プリズム２５は、光源装置の製造過程において回転できる構成であればよい。偏角プリズム２５は、光源装置の完成後においてはプリズム保持部３６に固定され、回転できない構成であってもよい。

図５を用いて偏角プリズム２５の機能を説明する。ただし、図５では図を簡略化するため、第１の半導体レーザー２１Ａから射出される光の主光線のみを図示してある。また、偏角プリズム２５に入射する前の主光線Ｌｃ１の光軸をＡＸ１Ｌとする。

図５に示すように、偏角プリズム２５が第１のコリメーターレンズ２２Ａの光軸ＡＸ２を中心に回転すると、傾斜面２５ｂの法線２５ｚは、光軸ＡＸ２との間に所定の角度αを保ちながら、光軸ＡＸ２と平行な軸を中心に回転する。偏角プリズム２５の回転に伴い、偏角プリズム２５を透過した光の主光線Ｌｃ１Ｌは、光軸Ａｘ１Ｌとの間に所定の角度βを保ちながら、光軸Ａｘ１Ｌと平行な軸を中心に回転する。したがって、光軸ＡＸ２を中心にして回転偏角プリズム２５を回転させることによって、主光線Ｌｃ１を所望の方向へ進行させることができる。

一方、図４に示すように、主光線ＡＸ１とコリメーターレンズ２２の光軸ＡＸ２とが一致している光源ユニット２９、すなわち第２の半導体レーザー２１Ｂと第２のコリメーターレンズ２２Ｂとを含む第２の光源ユニット２９Ｂには、偏角プリズム２５は設けられていない。

以下、上記構成の光源装置１５の製造方法について説明する。
まず、偏角プリズム２５を備えていない光源装置１５を準備する。
次いで、半導体レーザー２１から射出される光の主光線と、当該半導体レーザー２１に対応するコリメーターレンズ２２の光軸と、が一致しているか否かを全ての光源ユニット２９について検査する。

具体的な検査方法について、図７、図８を用いて説明する。図７では筐体１７の図示を省略する。
図７に示すように、光源装置の製造者は、コリメーターレンズ２２から一定の距離Ｒ、例えば１ｍ離れた位置にスクリーン（被投射面）４２を配置し、スクリーン４２上に半導体レーザー２１から射出された光Ｌを投射する。このとき、スクリーン４２上に半導体レーザー２１から射出された光Ｌによる投射像Ｇが形成される。
次いで、製造者は、投射像Ｇが許容範囲の内側に位置しているか、あるいは許容範囲の外側に位置しているかを目視で検査する。この検査を全ての光源ユニット２９について行う。

図８は、１つの光源ユニット２９によってスクリーン４２上に形成された投射像を示している。ただし、符号Ｇ１〜Ｇ６の円はそれぞれ、主光線ＡＸ１とコリメーターレンズ２２の光軸ＡＸ２との間のズレが異なる場合の投射像である。図８には６個の投射像が示されているが、実際は、１個の投射像のみが形成される。
主光線ＡＸ１がコリメーターレンズ２２の光軸ＡＸ２と完全に一致していた場合に投射像が形成される位置を基準点Ｃとする。主光線ＡＸ１がコリメーターレンズ２２の光軸ＡＸ２とずれていた場合、図８に示したように、投射像は基準点Ｃからずれた位置に形成される。符号Ｄの円は、投射像の形成位置の許容範囲を示す。許容範囲Ｄの内側に入射した光は、集光レンズ２３によって所定の領域に集光されるが、許容範囲Ｄの外側に入射した光は、所定の領域に集光レンズ２３によって集光されることができない。このように、その内側に入射した光が集光レンズ２３によって所定の領域に集光されるような範囲が、一つの光源ユニット２９に対する許容範囲Ｄとして設定される。

前述したように、第１の光源ユニット２９Ａにおいては、主光線ＡＸ１が第１のコリメーターレンズ２２Ａの光軸ＡＸ２からずれている。ここで、第１の光源ユニット２９Ａから射出された第１の光Ｌ１の投射像Ｇ１は許容範囲Ｄの外側に位置しているものとする。この場合、第１の光Ｌ１は、所定の領域に集光レンズ２３によって集光されることができない。

そこで、製造者は、第１のコリメーターレンズ２２Ａの光射出側に偏角プリズム２５を配置する。主光線Ｌｃ１の進行方向は偏角プリズム２５によって折り曲げられるため、第１の光源ユニット２９Ａによる投射像Ｇ１は位置Ｊへ移動する。

次に、偏角プリズム２５を、第１のコリメーターレンズ２２Ａの光軸ＡＸ２を中心として回転させる。これにより、図８の矢印Ｋで示したように、偏角プリズム２５の回転に伴い、投射像Ｇ１は符号Ｅで示す円の軌跡を描いて移動する。このようにして、投射像Ｇ１をスクリーン４２上での許容範囲Ｄの内側に移動させることができる。製造者は、投射像Ｇ１が許容範囲Ｄの内側の任意の位置、例えば基準点Ｃに最も近い位置に移動した時点で偏角プリズム２５の回転操作を止めればよい。製造者は、偏角プリズム２５を適切な位置にまで回転させた後、例えば接着剤、治具等を用いて偏角プリズム２５をプリズム保持部３６に固定してもよい。

図７では、半導体レーザー２１とコリメーターレンズ２２とスクリーン４２とを紙面の横方向に並べて描いた。これに対して、実際に偏角プリズム２５を回転させる場合には、半導体レーザー２１とコリメーターレンズ２２と偏角プリズム２５とを鉛直方向に並べて配置し、スクリーン４２を偏角プリズム２５の上方空間に設置することが好ましい。その理由は、偏角プリズム２５の回転操作等の作業性が向上する、各光学部品が自重により自身の光軸に垂直な方向にずれることがなくなる、等の利点が得られるからである。

以上の工程により、本実施形態の光源装置１５が完成する。
偏角プリズム２５が設けられる前の状態では、図６（Ａ）に示すように、主光線Ｌｃ１と主光線Ｌｃ２とは、所定の角度θをなしていた。これに対して、偏角プリズム２５が設けられた光源装置においては、図６（Ｂ）に示すように、偏角プリズム２５の前段での主光線Ｌｃ１は主光線Ｌｃ２と角度θをなすが、偏角プリズム２５の後段での主光線Ｌｃ１（Ｌｃ１Ｌ）は主光線Ｌｃ２と平行になる。このように、主光線Ｌｃ１と主光線Ｌｃ２とのなす角度を、偏角プリズム２５の前段よりも後段で小さくすることができる。

以上述べたように、本実施形態の光源装置１５においては、偏角プリズム２５を用いることにより、実装位置ずれが生じた第１の半導体レーザー２１Ａからの第１の光Ｌ１の投射像Ｇ１を被投射面上の許容範囲内に移動させることができる。これにより、第２の半導体レーザー２１Ｂを含む他の半導体レーザーからの光に加え、第１の半導体レーザー２１Ａからの光も集光レンズ２３により所定の領域に集光させることができる。したがって、複数の半導体レーザー２１の実装精度にばらつきがあったとしても、所定の位置からずれた位置に実装された半導体レーザーからの光路を偏角プリズム２５によって補正でき、光の利用効率を高めることができる。

本実施形態のプロジェクター１は上記の光源装置１５を備えたことにより、光利用効率に優れたプロジェクターを実現できる。

本実施形態の光源装置１５の製造方法において、製造者は、第１の半導体レーザー２１Ａから射出された第１の光Ｌ１の投射像Ｇ１が許容範囲Ｄの外側にあることを検出したとき、第１のコリメーターレンズ２２Ａの光射出側に偏角プリズム２５を配置し、投射像Ｇ１が許容範囲Ｄの内側に移動するまで回転させる。このように、実装位置がずれた半導体レーザー２１に対してのみ偏角プリズム２５による調整を行えば良いため、光利用効率の低下が抑えられた光源装置１５を生産性良く製造することができる。また、半導体レーザー２１の実装位置を修正するのは困難であり、多大なコストが掛かるが、本実施形態の製造方法であれば、半導体レーザーの実装位置がばらついた光源装置を、偏角プリズム２５を追加するだけで利用することができる。そのため、プロジェクター１の製造コストの低減、製造工期の短縮等を図ることができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図９を用いて説明する。
本実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、本実施形態の筐体の構成が第１実施形態と異なる。
図９は、本実施形態の光源装置を示す断面図である。
図９において、第１実施形態の図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

第１実施形態の光源装置においては、複数の半導体レーザー、複数のコリメーターレンズおよび偏角プリズムの全てが一つの筐体に収容されていた。これに対し、本実施形態の光源装置５０においては、図９に示すように、複数の半導体レーザー２１が第１の筐体５１に収容され、複数のコリメーターレンズ２２および偏角プリズム２５が第２の筐体５２に収容されている。第２の筐体５２には、半導体レーザー２１からの光の入射側にレンズ保持部３５が設けられ、光の射出側にプリズム保持部３６が設けられている。レンズ保持部３５およびプリズム保持部３６の構成は、第１実施形態と同様である。このように、複数の半導体レーザー２１、複数のコリメーターレンズ２２および偏角プリズム２５は、それぞれ別体の複数の筐体に保持されていてもよい。第１の筐体５１と第２の筐体５２とは、図示しない任意の部材を用いて位置合わせされていることが好ましい。

本実施形態の光源装置５０においても、複数の半導体レーザーの実装精度にばらつきがあっても光の利用効率の高い光源装置を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１０を用いて説明する。
本実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、本実施形態の偏角プリズムの構成が第１実施形態と異なる。
図１０は、本実施形態の光源装置を示す断面図である。
図１０において、第１実施形態の図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

第１実施形態では、偏角プリズムの光が入射する面は、第１のコリメーターレンズの光軸に垂直な平面であった。これに対し、本実施形態の光源装置６０においては、図１０に示すように、偏角プリズム６１の光が入射する面６１ａは、第１のコリメーターレンズ２２Ａの光軸ＡＸ２に対して回転対称の凹面である。すなわち、偏角プリズム６１の光が入射する面６１ａは、第１の半導体レーザー２１Ａ側から見て凹んだ曲面状の凹面である。第１の半導体レーザー２１Ａは、第１のコリメーターレンズ２２Ａの光軸ＡＸ２に垂直な方向にずれ、かつ、光軸ＡＸ２に平行な方向において第１のコリメーターレンズ２２Ａの焦点位置Ｆよりも第１のコリメーターレンズ２２Ａから遠い側にずれている。

光源装置の製造者は、第１実施形態で説明した検査方法に従って第１の光の投射像を確認する。スクリーン上の投射像のボケ具合などを観察することにより、第１のコリメーターレンズ２２Ａの光軸ＡＸ２に平行な方向の第１の半導体レーザー２１Ａの位置ずれを検出することができる。さらに、光源装置の製造者は、投射像の様子から、第１の半導体レーザー２１Ａの位置が、第１のコリメーターレンズ２２Ａの焦点位置Ｆに対して第１のコリメーターレンズ２２Ａから遠い側にずれていることを判定できる。

第１の半導体レーザー２１Ａが第１のコリメーターレンズ２２Ａの焦点位置Ｆよりも遠い側にずれている場合、第１のコリメーターレンズ２２Ａから射出された光Ｌ１は、平行光とならず、収束光となる。本実施形態の場合、偏角プリズム６１の光が入射する面６１ａが凹面であるため、偏角プリズム６１に入射した収束光は、平行光に変換されて偏角プリズム６１から射出される。

本実施形態においても、複数の半導体レーザーの実装精度にばらつきがあっても光の利用効率の高い光源装置を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１１を用いて説明する。
本実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、本実施形態の偏角プリズムの構成が第１実施形態と異なる。
図１１は、本実施形態の光源装置を示す断面図である。
図１１において、第１実施形態の図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施形態の光源装置７０においては、図１１に示すように、偏角プリズム７１の光が入射する面７１ａは、第１のコリメーターレンズ２２Ａの光軸ＡＸ２に対して回転対称の凸面である。すなわち、偏角プリズム７１の光が入射する面７１ａは、第１のコリメーターレンズ２２Ａ側に突出する曲面状の凸面である。第１の半導体レーザー２１Ａは、第１のコリメーターレンズ２２Ａの光軸ＡＸ２に垂直な方向にずれ、かつ、光軸ＡＸ２に平行な方向において第１のコリメーターレンズ２２Ａの焦点位置Ｆに対して第１のコリメーターレンズ２２Ａに近い側にずれている。

光源装置の製造者は、第１実施形態で説明した検査方法に従って第１の光の投射像を確認する。スクリーン上の投射像の様子から、第１の半導体レーザー２１Ａの位置が、第１のコリメーターレンズ２２Ａの焦点位置Ｆに対して第１のコリメーターレンズ２２Ａに近い側にずれていることを判定できる。

第１の半導体レーザー２１Ａが第１のコリメーターレンズ２２Ａの焦点位置Ｆよりも第１のコリメーターレンズ２２Ａに近い側にずれている場合、第１のコリメーターレンズ２２Ａから射出された光Ｌ１は、平行光とならず、発散光となる。本実施形態の場合、偏角プリズム７１の光が入射する面７１ａが凸面であるため、偏角プリズム７１に入射した発散光は、平行光に変換されて偏角プリズム７１から射出される。

本実施形態においても、複数の半導体レーザーの実装精度にばらつきがあっても光の利用効率の高い光源装置を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に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。
例えば上記実施形態の光源装置では、半導体レーザーから射出された光の投射像が許容範囲外に外れた光源ユニットにのみ偏角プリズムを配置する例を示したが、多少の光の損失が許容できるならば、半導体レーザーから射出された光の投射像が許容範囲外に外れた光源ユニットに加え、投射像が許容範囲内にある光源ユニットにも偏角プリズムを配置してもよい。その他、光源装置およびプロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。

上記実施形態では本発明による照明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。本発明による照明装置は、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…プロジェクター、１５，５０，６０，７０…光源装置、２１Ａ…第１の半導体レーザー（第１の固体光源）、２１Ｂ…第２の半導体レーザー（第２の固体光源）、２２Ａ…第１のコリメーターレンズ、２２Ｂ…第２のコリメーターレンズ、２５，６１，７１…偏角プリズム、３６…プリズム保持部（保持部）。

Claims (8)

1. 第１の固体光源と、
   第２の固体光源と、
   前記第１の固体光源に対応する第１のコリメーターレンズと、
   前記第２の固体光源に対応する第２のコリメーターレンズと、
   前記第１の固体光源から射出された第１の光の主光線と前記第２の固体光源から射出された第２の光の主光線とのなす角度が光入射側よりも光射出側で小さくなるように、前記第１のコリメーターレンズの光射出側に設けられた偏角プリズムと、
   前記偏角プリズムを保持する保持部と、を備え、
   前記偏角プリズムは、所定の回転軸の周りに回転可能に前記保持部に保持されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記回転軸の方向から見た前記偏角プリズムの形状は、円形であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記偏角プリズムの光が入射する面は、平面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記偏角プリズムの光が入射する面は、回転対称の凸面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
5. 前記偏角プリズムの光が入射する面は、回転対称の凹面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
6. 第１の固体光源と、第２の固体光源と、前記第１の固体光源に対応する第１のコリメーターレンズと、前記第２の固体光源に対応する第２のコリメーターレンズと、偏角プリズムと、前記偏角プリズムを保持する保持部と、を備えた光源装置の製造方法であって、
   前記第１のコリメーターレンズから離れた被投射面において前記第１の固体光源から射出された光の投射像が許容範囲の外側に位置しているか否かを検査する工程と、
   前記第１の固体光源から射出された光の投射像が前記許容範囲の外側に位置する場合、前記第１のコリメーターレンズの光射出側に偏角プリズムを配置する工程と、
   前記偏角プリズムを、前記第１のコリメーターレンズの光軸を中心に回転させることにより、前記許容範囲の外側に位置する投射像を前記許容範囲の内側に移動させ、前記第１の固体光源から射出された第１の光の主光線と前記第２の固体光源から射出された第２の光の主光線とのなす角度を、前記偏角プリズムの光入射側よりも光射出側で小さくする工程と、
   を備えたことを特徴とする光源装置の製造方法。
7. 前記偏角プリズムを、前記保持部に保持された状態で所定の軸の周りに回転させることにより、前記許容範囲の外側に位置する投射像を前記許容範囲の内側に移動させた後、前記偏角プリズムを前記保持部に固定することを特徴とする請求項６に記載の光源装置の製造方法。
8. 光を射出する光源装置と、
   前記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系と、を備え、
   前記光源装置が、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光源装置であることを特徴とするプロジェクター。

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