JP6520211B2 - 光源装置、照明装置、およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、照明装置、およびプロジェクターに関するものである。

プロジェクター用光源装置として、複数の光源からの光を、反射部材と凹反射面とで反射することで蛍光体層に入射させ、装置の小型化を図ったものがある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この構造では、蛍光体層を均一に照明することが困難であった。

また、プロジェクター用光源装置として、レンズインテグレーターを用いて、複数の光源からの光で蛍光体層を均一に照明するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１４−８２１４４号公報 特開２０１３−１１４９８０号公報

蛍光体層を均一に照明するために、上記特許文献１の反射部材および凹反射面に上記特許文献２のレンズインテグレーターを組み合わせることが考えられる。この場合、レンズインテグレーターに入射する光は略平行光でなければならないため、凹反射面は、反射部材および凹反射面が縮小系のアフォーカル光学系を構成するように設計される。

本明細書では、縮小系のアフォーカル光学系を単にアフォーカル光学系と称すこともある。また、アフォーカル倍率が高い構成とは、後で説明する比較例において高い光束幅圧縮率を得るための構成のことを意味し、アフォーカル倍率が低い構成とは、低い光束幅圧縮率を得るための構成のことを意味する。比較例における反射素子と反射素子部材との距離が直接的にアフォーカル倍率と対応する。

反射部材および凹反射面を用いて縮小系アフォーカル光学系を構成したとする。アフォーカル倍率が高い場合、光源ユニットに対して高いアライメント精度が要求される。そのため、光源ユニットの実装ばらつき等を考慮し、アフォーカル倍率をある程度低く抑える必要がある。しかし、アフォーカル倍率が低いとレンズインテグレーターに入射する光の光束幅を充分小さくすることができず、ひいては、レンズインテグレーター等、後段に設けられる光学素子を小型化することができない、という課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、アフォーカル倍率が低いながら光線束を細く絞ることができ、かつ小型の光源装置を提供することを目的の一つとする。また、前記光源装置を備えた照明装置および前記照明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。

本発明の第１態様に従えば、第１の光源ユニットと、第２の光源ユニットと、前記第１の光源ユニットから射出された第１の光線束が入射する第１の反射素子と、前記第２の光源ユニットから射出された第２の光線束が入射する第２の反射素子と、前記第１の反射素子で反射した前記第１の光線束が入射する第１の曲面部、を有する第３の反射素子と、前記第２の反射素子で反射した前記第２の光線束が入射する第２の曲面部、を有する第４の反射素子と、を備えた光源装置であって、前記第１の曲面部は、前記第３の反射素子の外側であって前記第３の反射素子よりも前記第４の反射素子側に、前記第４の反射素子と交差する第１の光軸を有し、前記第１の曲面部で反射した前記第１の光線束は、前記第２の曲面部で反射した前記第２の光線束と略平行である光源装置が提供される。

第１態様に係る光源装置は、互いに略平行な第１の光線束と第２の光線束とからなる合成光線束を射出する。このことは、第１の反射素子と第２の反射素子と第３の反射素子と第４の反射素子とが、アフォーカル光学系を構成していることを意味する。また、第１の曲面部は、第３の反射素子の外側であって第３の反射素子よりも第４の反射素子側に第１の光軸を有している。このことは、第１の曲面部は、第１の反射素子と第２の反射素子と共にアフォーカル倍率が比較的小さいアフォーカル光学系を構成することができる反射面を光軸を含む面で２分割し、２分割して得た部材から光軸付近の不要な部分を取り除いた構造を有しているということ、および、第１の反射素子および第３の反射素子が、第２の反射素子および第４の反射素子の側にシフトされている、ということを意味する。

第１態様によれば、第１の反射素子および第３の反射素子が第２の反射素子および第４の反射素子側にシフトしているため、合成光線束をアフォーカル倍率以上に縮小することができる。
また、アフォーカル光学系を構成する反射面のうち不要な部分が取り除かれ、第１の反射素子および第３の反射素子が第２の反射素子および第４の反射素子の側にシフトされているため、光源装置が小型化されている。

上記第１態様において、前記第１の光軸は、前記第４の反射素子と交差するのが好ましい。
この構成によれば、第３の反射素子を第４の反射素子に近づけて配置することができる。よって、合成光線束をより細くすることができる。

上記第１態様において、前記第２の曲面部は、前記第４の反射素子の外側であって前記第４の反射素子よりも前記第３の反射素子側に第２の光軸を有するのが好ましい。
この構成によれば、第２の曲面部は第１の曲面部と同様な構造を有しているため、合成光線束をより細くすることができる。

上記第１態様において、前記第２の光軸は、前記第３の反射素子と交差するのが好ましい。
この構成によれば、第４の反射素子を第３の反射素子に近づけて配置することができる。よって、合成光線束をより細くすることができる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様に係る光源装置と、波長変換素子と、前記第１の光線束および前記第２の光線束の少なくとも一部を前記波長変換素子に導く導光光学系と、を備える照明装置が提供される。
第２態様によれば、小型の照明装置を提供できる。

本発明の第３態様に従えば、上記第２態様に係る照明装置と、前記照明装置から射出された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、を備えるプロジェクターが提供される。

第３態様によれば、小型のプロジェクターを実現できる。

本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図。 本実施形態の光源装置を示す概略構成図。 比較例においてアフォーカル倍率が高い場合の説明図。 比較例においてアフォーカル倍率が低い場合の説明図。 本実施形態のアフォーカル光学系の作用を説明するための図。 本実施形態のアフォーカル光学系の作用を説明するための図。

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）
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、照明装置２と、均一照明光学系４０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、投射光学系６と、を概略備えている。

照明装置２は、白色の照明光ＷＬを均一照明光学系４０に向けて射出する。照明装置２は、後述する本発明の光源装置を備えている。

均一照明光学系４０は、ホモジナイザー光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備える。
ホモジナイザー光学系３１は、第１のマルチレンズアレイ３１ａ，第２のマルチレンズアレイ３１ｂから構成されている。

均一照明光学系４０は、照明装置２から射出された照明光ＷＬの強度分布を被照明領域である光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂにおいて均一化する。均一照明光学系４０から射出された照明光ＷＬは色分離光学系３に入射する。

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、特定の偏光方向を有する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１００と、インテグレーター光学系２５と、第１の位相差板２６ａと、偏光ビームスプリッター２７と、第１のピックアップ光学系２８と、蛍光体層を備えた蛍光体ホイール（波長変換素子）２９と、第２の位相差板２６ｂと、第２のピックアップ光学系４１と、回転拡散素子４２と、を備えている。以下、偏光ビームスプリッターをＰＢＳと略称する。

光源装置１００は、複数の半導体レーザー４３を備えた光源ユニット２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系ＡＦと、を備えている。アフォーカル光学系ＡＦと、インテグレーター光学系２５と、第１の位相差板２６ａと、ＰＢＳ２７と、第２のピックアップ光学系４１とは、光軸ＡＸ０上に配置されている。

第１のピックアップ光学系２８は、光軸ＡＸ０と直交する光軸ＡＸ１上に配置されている。なお、図示していないが、第１の反射素子２３ａおよび第２の反射素子２３ｂは、光軸ＡＸ０と平行な方向から見たとき、インテグレーター光学系２５を挟持するように配置されている。なお、第１の反射素子２３ａおよび第２の反射素子２３ｂは、例えば、インテグレーター光学系２５を挿入できる開口を有する１つの反射素子で構成されていてもよい。

光源ユニット２１は、第１の光源ユニット２１ａと第２の光源ユニット２１ｂとを含む。
第１の光源ユニット２１ａおよび第２の光源ユニット２１ｂは、それぞれ固体光源としての複数の半導体レーザー４３を備えている。複数の半導体レーザー４３は、例えば青色の励起光を射出する。複数の半導体レーザー４３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。図２では第１の光源ユニット２１ａおよび第２の光源ユニット２１ｂにおいて、それぞれ２個、合計で４個の半導体レーザー４３が図示されているが、複数の半導体レーザー４３の個数および配列は特に限定されない。

第１の光源ユニット２１ａの半導体レーザー４３は、光軸ＡＸ０と平行な方向から見たとき、第１の反射素子２３ａと重なるように配置されている。第１の光源ユニット２１ａの半導体レーザー４３から射出された第１の光線束ＢＬ１は、第１の反射素子２３ａに入射するようになっている。

第２の光源ユニット２１ｂの半導体レーザー４３は、光軸ＡＸ０と平行な方向から見たとき、第２の反射素子２３ｂと重なるように配置されている。第２の光源ユニット２１ｂの半導体レーザー４３から射出された第２の光線束ＢＬ２は、第２の反射素子２３ｂに入射するようになっている。

コリメーター光学系２２は、第１のコリメーター光学系２２ａと第２のコリメーター光学系２２ｂとを含む。第１のコリメーター光学系２２ａおよび第２のコリメーター光学系２２ｂは、それぞれ複数のコリメーターレンズ４４を備えている。各コリメーターレンズ４４は、各半導体レーザー４３から射出された励起光を平行光束に変換する。

インテグレーター光学系２５は、後述するアフォーカル光学系ＡＦから射出された光の強度分布を、被照明領域において均一な状態に変換する。インテグレーター光学系２５は、例えば第１のマルチレンズアレイ２５ａ，第２のマルチレンズアレイ２５ｂから構成されている。

第１の位相差板２６ａは、例えば回転可能とされた１／２波長板である。半導体レーザー４３から射出された光は直線偏光であるため、１／２波長板の回転角度を適切に設定することにより、第１の位相差板２６ａを透過した光を、ＰＢＳ２７に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光とすることができる。第１の位相差板２６ａを回転させることにより、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率を変化させることができる。

ＰＢＳ２７は、光軸ＡＸ０および光軸ＡＸ１に対して４５°の角度をなすように配置されている。ＰＢＳ２７は、入射光のうちのＳ偏光成分を反射させ、入射光のうちのＰ偏光成分を透過させる。Ｓ偏光成分は、ＰＢＳ２７で反射して蛍光体ホイール２９に向かう。Ｐ偏光成分は、ＰＢＳ２７を透過して回転拡散素子４２に向かう。

ＰＢＳ２７から射出されたＳ偏光の光は、第１のピックアップ光学系２８に入射する。
第１のピックアップ光学系２８は、入射光ＢＬｓを蛍光体ホイール２９上の蛍光体層４７に向けて集光させる。第１のピックアップ光学系２８は、例えば第１のピックアップレンズ２８ａ，第２のピックアップレンズ２８ｂから構成されている。

第１のピックアップ光学系２８から射出された光は、蛍光体ホイール２９に入射する。蛍光体ホイール２９は、いわゆる反射型の回転蛍光板であり、蛍光光を発する蛍光体層４７と、蛍光体層４７を支持する回転板４９と、蛍光体層４７と回転板４９との間に設けられた蛍光光を反射する反射膜（図示略）と、回転板４９を駆動する駆動モーター５０と、を有する。回転板４９としては、例えば円板が用いられるが、回転板４９の形状は円板に限定されず、平板であればよい。

蛍光体層４７は、蛍光を発する蛍光体粒子を含み、入射光ＢＬｓ（青色光）を吸収し、黄色の蛍光に変換して射出する。蛍光体粒子は、入射光ＢＬｓ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、入射光ＢＬｓを黄色の蛍光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。

一方、ＰＢＳ２７から射出されたＰ偏光の光ＢＬｐは、第２の位相差板２６ｂに入射する。第２の位相差板２６ｂは１／４波長板である。光ＢＬｐは、第２の位相差板２６ｂを透過することによって円偏光に変換される。第２の位相差板２６ｂを透過した光ＢＬｐは、第２のピックアップ光学系４１に入射する。第２のピックアップ光学系４１は、入射光を回転拡散素子４２に向けて集光させる。第２のピックアップ光学系４１は、例えば第１のピックアップレンズ４１ａ、第２のピックアップレンズ４１ｂから構成されている。

回転拡散素子４２は、拡散反射板５２と、拡散反射板５２を回転させるための駆動モーター５３と、を備えている。拡散反射板５２は、第２のピックアップ光学系４１から射出された円偏光の光ＢＬｐをＰＢＳ２７に向けて拡散反射させる。拡散反射板５２は、拡散反射板５２に入射した光ＢＬｐをランバート反射させることが好ましい。駆動モーター５０の回転軸は、光軸ＡＸ０と略平行に配置されている。これにより、拡散反射板５２は、拡散反射板５２に入射する光の光軸に交差する面内で回転可能となっている。拡散反射板５２は、回転軸の方向から見て、例えば円形に形成されているが、拡散反射板５２の形状は円板に限定されず、平板であればよい。

拡散反射板５２によって反射され、第２のピックアップ光学系４１を再び透過した円偏光の光ＢＬｐは、再び第２の位相差板２６ｂを透過して、Ｓ偏光の光ＢＬｐとなる。

蛍光体ホイール２９の蛍光体層４７から射出された黄色の蛍光光と、回転拡散素子４２から射出された光ＢＬｐ（青色光）とは、ＰＢＳ２７によって合成され、白色の照明光ＷＬとなる。照明光ＷＬは、図１に示す均一照明光学系４０に入射する。

以下、アフォーカル光学系ＡＦの構成について説明する。
図２に示すように、アフォーカル光学系ＡＦは、第１の反射素子２３ａと、第３の反射素子２４ａと、第２の反射素子２３ｂと、第４の反射素子２４ｂとで構成されている。第３の反射素子２４ａと第４の反射素子２４ｂとが並ぶ方向をｘ軸方向とし、光軸ＡＸ０と平行な方向をｙ軸方向とし、ｘ軸およびｙ軸と垂直な方向をｚ軸方向とする。アフォーカル光学系ＡＦは、第１の反射素子２３ａと第３の反射素子２４ａとで構成された第１のアフォーカル光学系ＡＦ１と、第２の反射素子２３ｂと第４の反射素子２４ｂとで構成された第２のアフォーカル光学系ＡＦ２とに分けることができる。

第１の反射素子２３ａは、例えば、放物面ミラーで構成され、第１の光源ユニット２１ａから射出された光（第１の光線束ＢＬ１）を反射させる。第１の光線束ＢＬ１は、コリメーター光学系２２により平行化されているため、第１の反射素子２３ａで反射されることで集光された状態で第３の反射素子２４ａに入射する。

第３の反射素子２４ａは、例えば、非球面ミラー部材から構成されている。第３の反射素子２４ａは、第１の光線束ＢＬ１が入射する第１の曲面部６１を有する。第１の曲面部６１は、第１の光線束ＢＬ１を反射させる反射面として機能する。本実施形態において、第１の曲面部６１は、第３の反射素子２４ａの外側であって、第３の反射素子２４ａよりも第４の反射素子２４ｂ側に第１の光軸６１ａを有している。すなわち、第１の光軸６１ａは、図２において光軸ＡＸ０の右側にシフトした状態となっており、第４の反射素子２４ｂと交差している。

第１の曲面部６１で反射された第１の光線束ＢＬ１は、第１の光源ユニット２１ａから射出された際に比べて、少なくともｘ方向に光束幅が縮小されており、光軸ＡＸ０と平行な方向に進行する。このように、第１のアフォーカル光学系ＡＦ１は縮小系のアフォーカル光学系である。

本実施形態において、第３の反射素子２４ａおよび第４の反射素子２４ｂは、ｘ方向において互いが近接した状態に配置されている。例えば、第３の反射素子２４ａおよび第４の反射素子２４ｂは、互いが接合されることで一体に保持されていても良いし、互いに隙間を有した状態で別部材（フレーム部材等）に保持されていても良い。

第２の反射素子２３ｂは、例えば、放物面ミラーで構成され、第２の光源ユニット２１ｂから射出された光（第２の光線束ＢＬ２）を反射させる。第２の光線束ＢＬ２は、コリメーター光学系２２により平行化されているため、第２の反射素子２３ｂで反射されることで集光された状態で第４の反射素子２４ｂに入射する。

第４の反射素子２４ｂは、例えば、非球面ミラー部材から構成されている。第４の反射素子２４ｂは、第２の光線束ＢＬ２が入射する第２の曲面部６２を有する。第２の曲面部６２は、第２の光線束ＢＬ２を反射させる反射面として機能する。本実施形態において、第２の曲面部６２は、第４の反射素子２４ｂの外側であって、第４の反射素子２４ｂよりも第３の反射素子２４ａ側に第２の光軸６２ａを有している。すなわち、第２の光軸６２ａは、図２において光軸ＡＸ０の左側にシフトした状態となっており、第３の反射素子２４ａと交差している。

第２の曲面部６２で反射された第２の光線束ＢＬ２は、第２の光源ユニット２１ｂから射出された際に比べて、少なくともｘ方向に光束幅が縮小されており、光軸ＡＸ０と平行な方向に進行する。このように、第２のアフォーカル光学系ＡＦ２は縮小系のアフォーカル光学系である。このように、アフォーカル光学系ＡＦは縮小系のアフォーカル光学系である。

本実施形態において、第１の曲面部６１で反射した第１の光線束ＢＬ１と、第２の曲面部６２で反射した第２の光線束ＢＬ２とは、互いに略平行であり、合成光線束ＢＬ３を構成する。合成光線束ＢＬ３はインテグレーター光学系２５に入射する。

合成光線束ＢＬ３の全てが後段の光学素子に取り込まれる程度に合成光線束ＢＬ３を縮小すれば、合成光線束ＢＬ３を効率的に利用することができる。また、合成光線束ＢＬ３を細くすれば、インテグレーター光学系２５、第１の位相差板２６ａ、第１のピックアップ光学系２８等の、後段の光学素子を小型化することができる。

比較例を参照しながら、本実施形態におけるアフォーカル光学系ＡＦの効果について説明する。

図３、４は、比較例として、第３の反射素子２４ａおよび第４の反射素子２４ｂを１つの反射素子部材８０に置き換えたアフォーカル光学系ＡＦ´の構成を示す図である。なお、図３，４において、反射素子部材８０の光軸８０ａは、図２に示した光軸ＡＸ０に一致している。第１の反射素子２３ａおよび第２の反射素子２３ｂを、まとめて反射素子２３と呼ぶ。図５は、本実施形態のアフォーカル光学系ＡＦの作用を説明するための図である。

図３に示すように、アフォーカル光学系ＡＦ´において、反射素子部材８０で反射した第１の光線束ＢＬ１および第２の光線束ＢＬ２が合成された合成光線束ＢＬ３´の光線幅Ｈ１´を小さくするには、アフォーカル光学系ＡＦ´のアフォーカル倍率を高くすればよい。そのためには、反射素子２３と反射素子部材８０との距離を大きくすればよい。

しかしながら、アフォーカル倍率が高くなると光源ユニット２１（半導体レーザー４３）における実装ばらつきの影響を受けやすくなる。すなわち、合成光線束ＢＬ３´における各レーザー光線の進行方向のばらつきが大きくなり、合成光線束ＢＬ３´が所望の領域に効率よく入射することができない虞がある。例えば、蛍光体層４７への入射位置にずれが生じ、蛍光を効率良く発生させることができなるおそれがある。そのため、アフォーカル倍率を高くした場合、光源ユニット２１に対して高いアライメント精度が要求される。

そのため、光源ユニット２１の実装ばらつき等を考慮し、アフォーカル倍率をある程度低く抑える必要がある。図４に示すように、アフォーカル光学系ＡＦ´において、アフォーカル倍率を下げるには、反射素子部材８０のサイズを大きくしつつ、反射素子２３に近づければよい。しかしながら、アフォーカル倍率を下げると、合成光線束ＢＬ３´の光線幅Ｈ２´が大きくなってしまう。その結果、後段の光学素子に取り込まれない成分が多くなる。それを避けるためには、後段の光学素子を大きくしなければならない。

本実施形態における光源装置１００は、前述したアフォーカル光学系ＡＦを備えることで、後述のように、アフォーカル倍率が小さいながら、細い合成光線束ＢＬ３を射出できる。

図４に示したように、アフォーカル倍率が小さいアフォーカル光学系ＡＦ´を構成する反射素子部材８０は、光軸８０ａの近傍に、第１の光線束ＢＬ１および第２の光線束ＢＬ２のいずれも入射しない不要な部分８１を有している。そのため、合成光線束ＢＬ３´は、不要な部分８１の分だけ光線幅Ｈ２´が大きくなっていた。

本発明者は、上記不要な部分８１を取り除くことで合成光線束ＢＬ３´の光線幅を小さくすることに着目した。

本実施形態の第３の反射素子２４ａおよび第４の反射素子２４ｂは、図５に示すように、反射素子部材８０から不要な部分８１を取り除くことで得られた２つの反射素子からそれぞれ構成される。言い換えれば、第１の曲面部６１は、反射素子２３と共にアフォーカル倍率が比較的小さいアフォーカル光学系を構成することができる反射面を光軸を含む面で２分割し、２分割して得た部材から光軸付近の不要な部分を取り除いた構造を有している。第２の曲面部６２も第１の曲面部６１と同じ構造を有している。

第３の反射素子２４ａにおける第１の曲面部６１の第１の光軸６１ａと、第４の反射素子２４ｂにおける第２の曲面部６２の第２の光軸６２ａとは、不要な部分８１を取り除く前の反射素子部材８０の光軸８０ａに相当する。

そのため、第１の光軸６１ａは第３の反射素子２４ａの外側に位置している。また、第２の光軸６２ａは第４の反射素子２４ｂの外側に位置している。

不要な部分８１は、第１の光線束ＢＬ１および第２の光線束ＢＬ２の反射に寄与していない部分であるため、不要な部分８１を取り除いても合成光線束ＢＬ３の平行度や縮小率に影響が及ぶことは無い。

図６に示すように、第１のアフォーカル光学系ＡＦ１および第２のアフォーカル光学系ＡＦ２は、第１の反射素子２３ａと第３の反射素子２４ａとの距離、および第２の反射素子２３ｂと第４の反射素子２４ｂとの距離を変えることなく、すなわちアフォーカル倍率を変化させること無く、不要な部分８１を取り除いたことで生じたスペースを埋めるように、互いが光軸ＡＸ０に近づくようにシフトした状態となっている。

第１のアフォーカル光学系ＡＦ１は、各構成要素（第１の光源ユニット２１ａ、第１のコリメーター光学系２２ａ、第１の反射素子２３ａおよび第３の反射素子２４ａ）が一体となって光軸ＡＸ０側に（＋ｘ方向に）シフトしている。また、第２のアフォーカル光学系ＡＦ２は、各構成要素（第２の光源ユニット２１ｂ、第２のコリメーター光学系２２ｂ、第２の反射素子２３ｂおよび第４の反射素子２４ｂ）が一体となって光軸ＡＸ０側（−ｘ方向に）にシフトしている。

そのため、第１の光軸６１ａは第４の反射素子２４ｂと交差し、第２の光軸６２ａは第３の反射素子２４ａと交差している。これにより、光源装置１００を小型化することができる。

これにより、アフォーカル倍率が低いながら、合成光線束ＢＬ３の光線幅Ｈ１（図２参照）を、図３に示したアフォーカル倍率が高い比較例における光線幅Ｈ１´と同程度まで小さくすることができる。従って、合成光線束ＢＬ３の損失を抑えつつ、インテグレーター光学系２５、第１の位相差板２６ａ、第１のピックアップ光学系２８等の、後段の光学素子を小型化することができる。ひいては、照明装置２およびプロジェクター１の小型化を図ることができる。

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。
たとえば、第３の反射素子２４ａと第４の反射素子２４ｂのうち少なくとも一方が、不要な部分８１の一部を含んでいてもよい。
たとえば、第４の反射素子２４ｂが第２の光軸６２ａを含んでいる場合は、第１の光軸６１ａが第４の反射素子２４ｂの内部に位置していればよい。

すなわち、図２において、ｚ軸と平行な方向から光源装置１００を見たとき、左側に配置されている第１の曲面部６１が有する第１の光軸６１ａが、右側に配置されている第２の曲面部６２が有する第２の光軸６２ａの右側に配置されるように、第１の曲面部６１および第２の曲面部６２を配置すればよい。

また、上記実施形態では、３つの液晶光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの液晶光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。

また、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。

ＢＬ１…第１の光線束、ＢＬ２…第２の光線束、１…プロジェクター、２…照明装置、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投写光学系、２１ａ…第１の光源ユニット、２１ｂ…第２の光源ユニット、２３ａ…第１の反射素子、２３ｂ…第２の反射素子、２４ａ…第３の反射素子、２４ｂ…第４の反射素子、６１…第１の曲面部、６１ａ…第１の光軸、６２…第２の曲面部、６２ａ…第２の光軸、１００…光源装置。

Claims (5)

1. 第１の光源ユニットと、
   第２の光源ユニットと、
   前記第１の光源ユニットから射出された第１の光線束が入射する第１の反射素子と、
   前記第２の光源ユニットから射出された第２の光線束が入射する第２の反射素子と、
   前記第１の反射素子で反射した前記第１の光線束が入射する第１の曲面部、を有する第３の反射素子と、
   前記第２の反射素子で反射した前記第２の光線束が入射する第２の曲面部、を有する第４の反射素子と、
   を備えた光源装置であって、
   前記第１の曲面部は、前記第３の反射素子の外側であって前記第３の反射素子よりも前記第４の反射素子側に、前記第４の反射素子と交差する第１の光軸を有し、
   前記第１の曲面部で反射した前記第１の光線束は、前記第２の曲面部で反射した前記第２の光線束と略平行である
   光源装置。
2. 前記第２の曲面部は、前記第４の反射素子の外側であって前記第４の反射素子よりも前記第３の反射素子側に第２の光軸を有する
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２の光軸は、前記第３の反射素子と交差する
   請求項２に記載の光源装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置と、
   波長変換素子と、
   前記第１の光線束および前記第２の光線束の少なくとも一部を前記波長変換素子に導く導光光学系と、を備える照明装置。
5. 請求項４に記載の照明装置と、
   前記照明装置から射出された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、を備える
   プロジェクター。

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