JP6565362B2 - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置およ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、半導体レーザーから射出した青色光を用いて生成した蛍光光と青色拡散光とを合成することで白色光を生成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この光源装置では、誘電体多層膜の偏光分離特性を利用して青色光を分離し、分離した青色光の一方を用いて蛍光光を生成するとともに、分離した青色光の他方を用いて青色拡散光を生成している。青色拡散光は、誘電体多層膜によって反射されることで蛍光光と合成されて白色光となる。

特開２０１３−２５０４９４号公報

ところで、上記光源装置においては青色光の光路中にレンズが配置されている。このレンズ部品はレーザー光なる青色光が照射されることによって発熱し、膨張してしまう。すると、青色光の偏光状態はレンズの光弾性効果によって乱れるため、誘電体多層膜による合成を良好に行うことができない可能性があった。

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、光弾性効果による影響が防止された光源装置を提供することを目的とする。また、前記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。

本発明の第１態様に従えば、光源と、ダイクロイック層を含む光分離合成素子と、波長変換層と、前記光分離合成素子と前記波長変換層との間に配置された第１のピックアップレンズと、拡散反射素子と、前記光分離合成素子と前記拡散反射素子との間に配置された第２のピックアップレンズと、を備え、前記光源から射出された光線束は、第１の光線束および第２の光線束を含み、前記光分離合成素子は、前記ダイクロイック層が設けられた第１領域と、前記ダイクロイック層が設けられていない第２領域と、を有し、前記第１の光線束は、前記第１領域を介して前記波長変換層に入射して第３の光線束に変換され、前記第２の光線束は、前記第２領域を介して前記拡散反射素子に入射して拡散反射光に変換され、前記第３の光線束の波長は前記拡散反射光の波長とは異なり、前記ダイクロイック層は、前記波長変換層からの前記第３の光線束と前記拡散反射素子からの前記拡散反射光とを合成し、前記拡散反射素子は、前記拡散反射素子の反射面が前記第２のピックアップレンズの光軸に対して垂直以外の角度をなすように配置され、前記拡散反射素子から射出された前記拡散反射光は、前記第１領域に入射する光源装置が提供される。

第１態様に係る光源装置によれば、偏光子を利用しないで光源からの光が分離されるため、第３の光線束と拡散反射光とを合成する際、第２のピックアップレンズに生じる光弾性効果の影響を受けることがない。

上記第１態様において、前記光分離合成素子は、前記ダイクロイック層が設けられた第１領域と、反射部が設けられた第２領域とを含み、前記第２の光線束は、前記第２領域で反射して、前記拡散反射素子に入射するのが好ましい。
この構成によれば、第２の光線束を反射させることで、偏光状態によらず拡散反射素子に良好に入射させることができる。

上記第１態様において、前記第２の光線束は、前記光線束の外縁領域の少なくとも一部を構成するのが好ましい。
この構成によれば、第２の光線束が光線束の中央部を構成する場合に比べて、拡散反射光のロスを少なくできる。

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、複数の光変調装置を備え、前記光源装置から射出された照明光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する画像形成部と、前記光源装置と前記画像形成部との間の光路中に設けられ、前記照明光を前記複数の光変調装置それぞれに重畳させる重畳光学系と、前記重畳光学系と前記画像形成部との間に配置され、前記重畳光学系を通過した前記照明光から前記拡散反射光を分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によって分離された前記拡散反射光を、前記複数の光変調装置のうち第１の光変調装置に導くリレー光学系と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備え、前記リレー光学系は、第１の反射素子と、該第１の反射素子の後段に設けられたリレーレンズと、該リレーレンズの後段に設けられた第２の反射素子と、を含み、前記リレーレンズは、前記リレーレンズの光軸が前記リレーレンズから射出される前記拡散反射光の主光線と平行になるように配置されたプロジェクターが提供される。

第２態様に係るプロジェクターによれば、リレー光学系により、第１の光変調装置に対して拡散反射光の主光線がなす角度を小さくすることができる。これにより、第１の光変調装置における拡散反射光の入射角度分布の中心角度と、他の光変調装置における色光の入射角度分布の中心角度の差が小さくなるので、色ムラを低減することができる。

上記第２態様において、前記第２の反射素子と前記第１の光変調装置との間に設けられたフィールドレンズをさらに備え、前記第２の反射素子は、該第２の反射素子で反射した前記拡散反射光の主光線が前記フィールドレンズの光軸と一致するように配置されているのが好ましい。
この構成によれば、拡散反射光により第１の光変調装置の画像形成領域全域を均一に照射することができる。

本発明の第３態様に従えば、上記第１態様に係る光源装置と、複数の光変調装置を備え、前記光源装置から射出された照明光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する画像形成部と、前記光源装置と前記画像形成部との間の光路中に設けられ、前記照明光を前記複数の光変調装置それぞれに重畳させる重畳光学系と、前記重畳光学系と前記画像形成部との間に配置され、前記重畳光学系を通過した前記照明光から前記拡散反射光を分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によって分離された前記拡散反射光を、前記複数の光変調装置のうち第１の光変調装置に導くリレー光学系と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備え、前記リレー光学系は、第３のレンズアレイと、前記第３のレンズアレイを透過した前記拡散反射光が入射する第４のレンズアレイと、前記第４のレンズアレイを透過した前記拡散反射光を前記第１の光変調装置に導く第２のフィールドレンズと、を有するプロジェクターが提供される。

第３態様によるプロジェクターによれば、リレー光学系により、第１の光変調装置に対して拡散反射光の主光線がなす角度を小さくすることができる。これにより、第１の光変調装置における拡散反射光の入射角度分布と、他の光変調装置における色光の入射角度分布との差が小さくなるので、色ムラを低減することができる。

上記第３態様において、前記第１の光変調装置は画像形成領域を備え、前記第２のフィールドレンズは、前記第２のフィールドレンズを透過した前記拡散反射光の主光線が前記画像形成領域の中心と一致するように配置されているのが好ましい。
この構成によれば、拡散反射光により第１の光変調装置の画像形成領域全域を均一に照射することができる。

第１実施形態のプロジェクターを示す概略構成図。 第１実施形態の光源装置を示す概略構成図。 インテグレーター光学系に対する照明光の入射状態を示す構成図。 第１実施形態のリレー光学系の構成を示す図。 第２実施形態の光源装置のリレー光学系を示す図。 第３実施形態の光源装置の構成を示す図。 第４実施形態の光分離合成素子および光源ユニットを示す図。 第５実施形態の光分離合成素子および光源ユニットを示す図。

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。

（第１実施形態）
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、本実施形態の光源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、光源装置２と、色分離光学系３と、リレー光学系１２と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａと、赤色光用の光変調装置４Ｒ，緑色光用の光変調装置４Ｇ，青色光用の光変調装置４Ｂと、色合成光学系５と、投射光学系６と、を概略備えている。赤色光用の光変調装置４Ｒ，緑色光用の光変調装置４Ｇ，青色光用の光変調装置４Ｂとは、画像形成部を構成する。

光源装置２は、白色の照明光ＷＬを重畳光学系３３に向けて射出する。

インテグレーター光学系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。実施形態において、インテグレーター光学系３１は重畳レンズ３３ａと協同して重畳光学系３３を構成している。

偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板とから構成されている。偏光変換素子３２は、非偏光の入射光を例えばＳ偏光に変換する。また、偏光変換素子３２は、後述のレンズによる光弾性効果によって偏光状態に乱れが生じた青色拡散光を例えばＳ偏光に変換する。偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａにより被照明領域において重畳される。

色分離光学系３は、光源装置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、を備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、光源装置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。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを反射し、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを透過する。
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を透過した光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。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で反射した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂで反射し、光変調装置４Ｇに向けて進む。

リレー光学系１２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。リレー光学系１２は、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、を含む。
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。リレー光学系１２は、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。

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。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。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。
本実施形態において、光変調装置４Ｂは特許請求の範囲の「第１の光変調装置」に対応する。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置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。

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。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。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、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、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、光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化する。

色合成光学系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。色合成光学系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、色合成光学系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、光源装置２について説明する。
図２に示すように、光源装置２は、光源ユニット２１と、アフォーカル光学系２２と、均一照明光学系２３と、光分離合成素子２４と、第１のピックアップレンズ２５と、蛍光体層（波長変換層）を備えた蛍光体ホイール２６と、第２のピックアップレンズ２７と、回転拡散素子２８と、を備えている。

光源ユニット２１と、アフォーカル光学系２２と、均一照明光学系２３と、光分離合成素子２４と、第２のピックアップレンズ２７と、回転拡散素子２８とは、光軸ＡＸ０上に配置されている。第１のピックアップレンズ２５と蛍光体ホイール２６とは、光軸ＡＸ０と直交する光軸ＡＸ１上に配置されている。

光源ユニット２１は、第１光源部２１ａと第２光源部２１ｂとを含む。
第１光源部２１ａおよび第２光源部２１ｂ各々は、光軸ＡＸ０と直交する面内においてアレイ状に配置された複数の半導体レーザー４３から構成されている。半導体レーザー４３は、例えば、波長が４５５ｎｍの青色の光線をそれぞれ射出する。

本実施形態において、第１光源部２１ａは複数の光線からなる第１の光線束Ｋ１を射出し、第２光源部２１ｂは複数の光線からなる第２の光線束Ｋ２を射出する。
このような構成に基づき、光源ユニット２１は、第１の光線束Ｋ１および第２の光線束Ｋ２を含む光線束Ｋを射出するようになっている。

本実施形態において、第２の光線束Ｋ２が光線束Ｋの外縁領域の少なくとも一部を構成するように、第１光源部２１ａと第２光源部２１ｂが配置されている。なお、図２においては、図を見易くするため、アフォーカル光学系２２よりも後段においては、第１の光線束Ｋ１および第２の光線束Ｋ２について主光線のみを図示している。

ここで、蛍光体ホイール２６における蛍光光の発光効率はおよそ５０％程度であるのに対して回転拡散素子２８の反射率は１００％に近い。
本実施形態の光源ユニット２１は、第１の光線束Ｋ１の光量と第２の光線束Ｋ２の光量の比率が約４：１となるように設定している。これにより、回転拡散素子２８により生成される後述の拡散反射光（青色光）の成分、後述の黄色の蛍光光を構成する緑色光の成分、及び、蛍光光を構成する赤色光の成分の比率を互いにほぼ一致させている。
よって、光源装置２は、蛍光光と拡散反射光とを合成することで色相が偏っていない白色の照明光を生成することが可能となっている。

光源ユニット２１から射出された第１の光線束Ｋ１および第２の光線束Ｋ２は、不図示のコリメーター光学系により平行化されてアフォーカル光学系２２に入射する。
アフォーカル光学系２２は、第１の光線束Ｋ１および第２の光線束Ｋ２を含む光線束Ｋのサイズ（スポット径）を調整する。アフォーカル光学系２２は、例えば２枚のアフォーカルレンズ２２ａ、アフォーカルレンズ２２ｂから構成されている。アフォーカル光学系２２を透過することによりスポット径が調整された光線束は、均一照明光学系２３に入射する。

均一照明光学系２３は、蛍光体ホイール２６や回転拡散素子２８に対し、均一な照明のスポットを形成する。均一照明光学系２３は、例えば一対のマルチレンズアレイから構成される。

光分離合成素子２４は、ガラス基板２４ａと、該ガラス基板２４ａの一方面側に設けられた誘電体多層膜２４ｂとを備えている。光分離合成素子２４は、光軸ＡＸ０および光軸ＡＸ１に対してそれぞれ４５°の角度をなすように配置されている。

本実施形態において、誘電体多層膜２４ｂは、例えば、波長４６０ｎｍ以下の青色光をその偏光状態によらずに反射し、波長５００ｎｍ以上の黄色の光をその偏光状態によらず透過するように構成されている。すなわち、誘電体多層膜２４ｂは、青色光からなる第１の光線束Ｋ１、及び第１の光線束Ｋ２が回転拡散素子２８により反射されることで生成される拡散反射光Ｋ２’を反射させ、黄色光からなる蛍光光を透過させる波長分離特性を有している。誘電体多層膜２４ｂは、特許請求の範囲の「ダイクロイック層」に対応する。

誘電体多層膜２４ｂは、ガラス基板２４ａの一方面上の一部の領域に形成されている。具体的に、誘電体多層膜２４ｂは、ガラス基板２４ａ上の第１の光線束Ｋ１の入射位置に対応して配置され、第２の光線束Ｋ２の入射位置に対応する位置には配置されていない。第２の光線束Ｋ２は、誘電体多層膜２４ｂに入射することなく、ガラス基板２４ａを透過する。なお、光分離合成素子２４においては、第２の光線束Ｋ２の光路上にガラス基板２４ａを配置しないようにしてもよい。これによれば、ガラス基板２４ａのサイズを小さくすることができ、ひいては光分離合成素子２４を小型化できる。

このような構成に基づき、光分離合成素子２４は第１の光線束Ｋ１を反射させ、第２の光線束Ｋ２を透過させることで光源ユニット２１から射出された光線束Ｋを分離する。

光分離合成素子２４で反射した第１の光線束Ｋ１は、蛍光体ホイール２６に向かう。光分離合成素子２４を透過した第２の光線束Ｋ２は、回転拡散素子２８に向かう。

第１の光線束Ｋ１は、第１のピックアップレンズ２５に入射する。第１のピックアップレンズ２５は、第１の光線束Ｋ１を蛍光体ホイール２６上の蛍光体層４７に向けて集光させる。

第１のピックアップレンズ２５を透過した第１の光線束Ｋ１は、蛍光体ホイール２６に入射する。蛍光体ホイール２６は、反射型の回転蛍光板であり、蛍光光（第３の光線束）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。

蛍光体層４７は、蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子は、第１の光線束Ｋ１（励起光）によって励起され、黄色の蛍光光ＹＬを射出する。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。

蛍光体層４７から射出された蛍光光ＹＬは、第１のピックアップレンズ２５を透過して光分離合成素子２４に入射する。蛍光光ＹＬは誘電体多層膜２４ｂおよびガラス基板２４ａを透過する。

一方、第２の光線束Ｋ２は、第２のピックアップレンズ２７に入射する。第２のピックアップレンズ２７は、第２の光線束Ｋ２を回転拡散素子２８に向けて集光させる。

回転拡散素子２８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のピックアップレンズ２７から射出された第２の光線束Ｋ２を拡散反射させることで拡散反射光Ｋ２’を生成する。拡散反射光Ｋ２’は光分離合成素子２４に向かって進行する。拡散反射板５２は、拡散反射光Ｋ２’のなるべく多くの成分が誘電体多層膜２４ｂに入射できる程度に、第２の光線束Ｋ２を拡散反射させることが好ましい。拡散反射板５２は、例えば、ガラス表面をフッ酸でエッチングすることで微小な球面の連続体を形成したものであり、その球面の曲率や表面の面積によって拡散角を任意の値に制御可能である。

第２の光線束Ｋ２は、光分離合成素子２４における誘電体多層膜２４ｂの非形成領域を透過することで第２のピックアップレンズ２７に入射する。

ここで、回転拡散素子２８から射出された拡散反射光Ｋ２’の経路が第２の光線束Ｋ２の回転拡散素子２８への入射経路と同じ場合、拡散反射光Ｋ２’を誘電体多層膜２４ｂにより反射させることができない。

本実施形態では、第２のピックアップレンズ２７の光軸は光軸ＡＸ０と一致している。また、第２の光線束Ｋ２が光線束Ｋの外縁領域の少なくとも一部を構成するため、第２のピックアップレンズ２７における光軸ＡＸ０から外れた領域に第２の光線束Ｋ２を容易に入射させることが可能である。このため、拡散反射板５２の反射面の法線が光軸ＡＸ０と平行であっても、拡散反射光Ｋ２’の経路は第２の光線束Ｋ２の回転拡散素子２８への入射経路とは異なっている。さらに、図２に示したように、拡散反射板５２の反射面の法線が光軸ＡＸ０から傾いているため、拡散反射光Ｋ２’の経路（第２の光線束Ｋ２の反射方向）は入射方向とは完全に異なっている。

本実施形態においては、拡散反射光Ｋ２’の主光線が光軸ＡＸ０と光軸ＡＸ１とを含む面内を進んで誘電体多層膜２４ｂに入射するように、拡散反射板５２が配置されている。具体的には、拡散反射板５２において第２の光線束Ｋ２が入射する点は、第２のピックアップレンズ２７の焦点位置に設けられているため、第２のピックアップレンズ２７を透過した拡散反射光Ｋ２’は、第２の光線束Ｋ２と平行で、かつ、第２の光線束Ｋ２とは異なる光路で、光分離合成素子２４に向かって進む。これにより、拡散反射光Ｋ２’は誘電体多層膜２４ｂに入射する。

なお、第２の光線束Ｋ２と拡散反射光Ｋ２’との光路を分離することができるならば、拡散反射板５２の反射面の法線が光軸ＡＸ０と平行であってもよい。

これにより、拡散反射光Ｋ２’は誘電体多層膜２４ｂで反射されることで、誘電体多層膜２４ｂを透過してきた蛍光光ＹＬと合成される。これにより、光源装置２から白色の照明光ＷＬが射出される。

なお、第２のピックアップレンズ２７がレーザー光による熱で膨張し、光弾性効果によって偏光に乱れを生じさせることもあり得る。

しかし、本実施形態の光源装置２においては、偏光分離機能を利用しない光分離合成素子２４を用いて、光線束Ｋを第１の光線束Ｋ１および第２の光線束Ｋ２に分離している。つまり偏光子を用いずに光線束Ｋを分離しているため、拡散反射光Ｋ２’と蛍光光ＹＬとを合成する際、偏光分離機能を持つ光分離合成素子（偏光子）を使う必要がない。したがって、拡散反射光Ｋ２’と蛍光光ＹＬとを合成する際、光弾性効果による偏光面の変化の影響を受けることがない。

光源装置２から射出された照明光ＷＬは図１に示したインテグレーター光学系３１に入射する。
照明光ＷＬはインテグレーター光学系３１で分割され、偏光変換素子３２により例えばＳ偏光に変換された状態で重畳レンズ３３ａに入射する。重畳レンズ３３ａを経由した照明光ＷＬは、色分離光学系３により赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢに分離され、各色光は各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂそれぞれを略均一に照明する。

図３はインテグレーター光学系３１に対する照明光ＷＬの入射状態を示した図である。
図３に示すように、蛍光光ＹＬは、第１のマルチレンズアレイ３１ａおよび第２のマルチレンズアレイ３１ｂの全体を通る。そのため、赤色光ＬＲの主光線は光変調装置４Ｒの画像形成領域の中心に垂直に入射し、緑色光ＬＧの主光線は光変調装置４Ｇの画像形成領域の中心に垂直に入射する。したがって、赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧはそれぞれ、光変調装置４Ｒと光変調装置４Ｇを略均一に照明する。

一方、光源装置２から射出された拡散反射光Ｋ２’の主光線は、蛍光光ＹＬの主光線とずれているため、拡散反射光Ｋ２’は、第１のマルチレンズアレイ３１ａおよび第２のマルチレンズアレイ３１ｂの一部を通過する。なお、拡散反射光Ｋ２’は、青色光ＬＢに対応する。

図４は本実施形態のリレー光学系１２の構成を示す図である。図４では図を見易くするため、拡散反射光Ｋ２’が第１のマルチレンズアレイ３１ａによって分割されることで生成された複数の小光線束Ｋ３のうちの１つを図示している。また、偏光変換素子３２を省略してある。

リレー光学系１２において、小光線束Ｋ３は、第１のリレーレンズ９ａを経て第２の反射ミラー８ｂで反射されることで第２のリレーレンズ９ｂに入射する。第２のリレーレンズ９ｂから射出された小光線束Ｋ３は、第３の反射ミラー８ｃで反射されてフィールドレンズ１０Ｂに入射する。フィールドレンズ１０Ｂにより平行光に変換された小光線束Ｋ３は光変調装置４Ｂ上に重畳される。
本実施形態において、第２の反射ミラー８ｂは特許請求の範囲の「第１の反射素子」に対応し、第３の反射ミラー８ｃは特許請求の範囲の「第２の反射素子」に対応し、第２のリレーレンズ９ｂは特許請求の範囲の「リレーレンズ」に対応する。

本実施形態では、拡散反射光Ｋ２’の主光線と蛍光光ＹＬの主光線とのずれに起因して生じる光変調装置４Ｂの照明ムラを、第２のリレーレンズ９ｂの位置および第３の反射ミラー８ｃの位置を補正することで解消している。以下、拡散反射光Ｋ２’の主光線のことを拡散反射光Ｋ２’の光軸と呼ぶことがある。また、蛍光光ＹＬの主光線のことを蛍光光ＹＬの光軸と呼ぶことがある。

例えば、この位置補正を行わないと、第２のリレーレンズ９ｂに入射した拡散反射光Ｋ２’の主光線は、該第２のリレーレンズ９ｂから垂直に射出されず、光変調装置４Ｂに対して所定の角度を持って入射してしまう。すると、青色の画像光に明るさムラが発生してしまう。

以下、本実施形態における第２のリレーレンズ９ｂおよび第３の反射ミラー８ｃの位置補正について説明する。図４において、上記位置補正を行う前の第２のリレーレンズ９ｂおよび第３の反射ミラー８ｃの位置をそれぞれ補正前位置Ｃ１，Ｃ２とする。すなわち、補正前位置Ｃ１，Ｃ２はそれぞれ、拡散反射光Ｋ２’の光軸と蛍光光ＹＬの光軸とが一致していた場合において、青色光ＬＢが光変調装置４Ｂに略垂直に入射できるような第２のリレーレンズ９ｂおよび第３の反射ミラー８ｃの位置に対応する。

図４において、第２の反射ミラー８ｂに入射する拡散反射光Ｋ２’の中心軸と第２の反射ミラー８ｂで反射した拡散反射光Ｋ２’の中心軸とを含む面（図４の紙面）に垂直な方向からリレー光学系１２を見たとする。また、拡散反射光Ｋ２’の光軸は、当該面内において蛍光光ＹＬの光軸からずれているとする。

図示していないが、拡散反射光Ｋ２’の主光線が蛍光光ＹＬの主光線と一致していたとすると、第２の反射ミラー８ｂで反射された拡散反射光Ｋ２’の主光線は補正前位置Ｃ１にある第２のリレーレンズ９ｂの光軸に一致する。
本実施形態の第２のリレーレンズ９ｂは、その光軸が補正前位置Ｃ１にある第２のリレーレンズ９ｂの光軸から離間している補正位置Ｃ１’に配置されている。

具体的に本実施形態では、第２のリレーレンズ９ｂから射出された拡散反射光Ｋ２’の主光線が該第２のリレーレンズ９ｂに対して垂直になるように第２のリレーレンズ９ｂを配置する。第２のリレーレンズ９ｂのこのような位置補正により、光変調装置４Ｂに対して拡散反射光Ｋ２’をほぼ垂直に入射させることが可能となる。これにより、光変調装置４Ｂにおける拡散反射光Ｋ２’の入射角度分布の中心角度と、他の光変調装置における色光の入射角度分布の中心角度の差が小さくなるので、色ムラを低減することができる。

しかしながら、第２のリレーレンズ９ｂの位置補正のみでは、拡散反射光Ｋ２’による照明領域が光変調装置４Ｂに対してずれるおそれがあるため、照明領域にマージンを持たせておく必要がある。

そこで、本実施形態では、拡散反射光Ｋ２’の主光線がフィールドレンズ１０Ｂの光軸と一致するように、第３の反射ミラー８ｃを補正前位置Ｃ２から平行移動した補正位置Ｃ２’に配置している。
本実施形態において、フィールドレンズ１０Ｂは特許請求の範囲の「フィールドレンズ」に対応する。

本実施形態によれば、拡散反射光Ｋ２’（青色光ＬＢ）が光変調装置４Ｂに対してほぼ垂直に入射するとともに、拡散反射光Ｋ２’による照明領域の中心が、光変調装置４Ｂが備える画像形成領域の中心に一致している。

したがって、光変調装置４Ｂにより生成された青色の画像光は、赤色或いは緑色の画像光と同様、均一なコントラストを有したものとなる。

これにより、赤色の画像光、緑色の画像光、および青色の画像光の明るさを互いにほぼ同じとすることができる。ここで、赤色、緑色および青色の画像光の明るさがほぼ同じ状態とは、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの駆動信号（例えば、駆動電圧など）の調整により補正できる程度の差が生じている場合も含んでいる。
したがって、本実施形態のプロジェクター１によれば、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像光を合成した場合、色ムラが低減された画像光を生成することができる。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態に係る光源装置について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、リレー光学系の構成であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では、第１実施形態と共通の構成及び部材については共通の符号を用い、詳細な説明については省略する。

図５は本実施形態の光源装置のリレー光学系を示す図である。図５に示すように、本実施形態のリレー光学系１２Ａは、第３のレンズアレイ７０と、第４のレンズアレイ７１と、第１の反射ミラー７２と、第２の反射ミラー７３と、重畳レンズ７４と、を有する。
なお、本実施形態において、第１の反射ミラー７２は特許請求の範囲の「第３の反射素子」に対応し、第２の反射ミラー７３は特許請求の範囲の「第４の反射素子」に対応する。

第３のレンズアレイ７０は、光変調装置４Ｂの画素領域と相似形をした複数のレンズ７０ａを有し、該複数のレンズ７０ａにより重畳光学系３３（図３参照）からの拡散反射光Ｋ２’（小光線束Ｋ３）をさらに分割する。第４のレンズアレイ７１は、第３のレンズアレイ７０の各レンズ７０ａに対応した複数のレンズ７１ａを有する。第４のレンズアレイ７１は、各レンズ７０ａの像を重畳レンズ７４と協同してフィールドレンズ１０Ｂを介して光変調装置４Ｂ上で互いに重畳させる。なお、本実施形態において、フィールドレンズ１０Ｂは、特許請求の範囲の「第２のフィールドレンズ」に対応する。

上述のように蛍光光ＹＬの主光線と拡散反射光Ｋ２’の主光線とが互いにずれている（図３参照）。そのため、上記重畳光学系３３から入射する拡散反射光Ｋ２’の主光線は第３のレンズアレイ７０に傾いて入射する。

拡散反射光Ｋ２’の主光線の傾きは、各レンズ７１ａ内に形成される２次光源像の偏りを引き起こす。各レンズ７１ａから射出されて光変調装置４Ｂ上に重畳される拡散反射光Ｋ２’（小光線束Ｋ３が分割されて生成された小光線束Ｋ４）は、光変調装置４Ｂに傾いて入射する。しかし、拡散反射光Ｋ２’の主光線の光変調装置４Ｂへの入射角はそれほど大きくないため、フィールドレンズ１０Ｂの配置位置を調整することによって、拡散反射光Ｋ２’の主光線を光変調装置４Ｂに対してほぼ垂直に入射させることができる。

具体的には、フィールドレンズ１０Ｂの配置位置を次のように調整する。図５において実線で示したように、一般的には、フィールドレンズ１０Ｂは、その光軸が光変調装置４Ｂの中心を通るように配置されている。その配置を基準として、フィールドレンズ１０Ｂの光軸と第２の反射ミラー７３の反射面の法線とに平行な面と平行、かつ、光変調装置４Ｂの面と平行に、破線で示したようにフィールドレンズ１０Ｂを適量ずらすことで、拡散反射光Ｋ２’の主光線を光変調装置４Ｂに対してほぼ垂直に入射させることができる。フィールドレンズ１０Ｂをずらす方向は、図３に示したような蛍光光ＹＬの主光線と拡散反射光Ｋ２’の主光線のずれ方で決まる。これによれば、フィールドレンズ１０Ｂを透過した拡散反射光Ｋ２’の主光線が、光変調装置４Ｂが備える画像形成領域の中心と一致する。

本実施形態によれば、青色光ＬＢ（拡散反射光Ｋ２’）が光変調装置４Ｂに対してほぼ垂直に入射するとともに、青色光ＬＢによる照明領域の中心が光変調装置４Ｂの中心に一致している。

なお、拡散反射光Ｋ２’の傾きの影響を調整する手法としては、上記に限定されることは無く、例えば、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの駆動信号を補正することで調整してもよい。これによっても色ムラが低減された画像を生成することができる。

（第３実施形態）
続いて、本発明の第３実施形態に係る光源装置について説明する。本実施形態と上記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。そのため、以下では、上記実施形態と共通の構成及び部材については共通の符号を用い、詳細な説明については省略する。

図６は本実施形態の光源装置２Ａの構成を示す図である。
図６に示すように、本実施形態の光源装置２Ａは、光源ユニット２１と、アフォーカル光学系２２と、均一照明光学系２３と、光分離合成素子１２４と、第１のピックアップレンズ２５と、蛍光体層を備えた蛍光体ホイール２６と、第２のピックアップレンズ２７と、回転拡散素子２８と、を備えている。

本実施形態において、光源ユニット２１と、アフォーカル光学系２２と、均一照明光学系２３と、光分離合成素子１２４と、第１のピックアップレンズ２５と、蛍光体ホイール２６とは、光軸ＡＸ０上に配置されている。光分離合成素子１２４と、第２のピックアップレンズ２７と、回転拡散素子２８とは、光軸ＡＸ１上に配置されている。光分離合成素子１２４は、光軸ＡＸ０および光軸ＡＸ１に対してそれぞれ４５°の角度をなすように配置されている。本実施形態においても、拡散反射板５２の反射面の法線は光軸ＡＸ１から傾いていてもいなくてもよい。

本実施形態の光分離合成素子１２４は、ガラス基板１２４ａと、誘電体多層膜１２４ｂと、反射部１２４ｃと、を備えている。誘電体多層膜１２４ｂおよび反射部１２４ｃは、ガラス基板１２４ａの一方面側に設けられている。

本実施形態において、誘電体多層膜１２４ｂは、例えば、波長４６０ｎｍ以下の青色光を偏光方向によらずに透過し、波長５００ｎｍ以上の黄色の光を偏光方向によらず反射するように構成されている。すなわち、誘電体多層膜１２４ｂは、青色の拡散反射光Ｋ２’を透過させ、黄色の蛍光光ＹＬを反射させる波長分離特性を有している。拡散反射光Ｋ２’の中心波長は蛍光光ＹＬの中心波長とは異なっている。

本実施形態において、反射部１２４ｃは、例えば、ミラーから構成され、ガラス基板１２４ａの一方面上の一部の領域に形成されている。具体的に、反射部１２４ｃは、光源ユニット２１から射出された光の一部である第２の光線束Ｋ２の光分離合成素子１２４への入射領域に配置されている。誘電体多層膜１２４ｂは、第１の光線束Ｋ１の光分離合成素子１２４への入射領域に配置されている。本実施形態において、第１の光線束Ｋ１の入射領域は、特許請求の範囲の「第１領域」に対応し、第２の光線束Ｋ２の入射領域は、特許請求の範囲の「第２領域」に対応する。

このような構成に基づき、本実施形態の光分離合成素子１２４は、第１の光線束Ｋ１を透過させ、第２の光線束Ｋ２を反射させることで、光源ユニット２１から射出された光を分離する。

光分離合成素子１２４を透過した第１の光線束Ｋ１は、蛍光体ホイール２６に向い、光分離合成素子２４で反射した第２の光線束Ｋ２は、回転拡散素子２８に向かう。

本実施形態の光源装置２Ａにおいても第１実施形態と同様に、光源ユニット２１から射出された光を、偏光子を利用することなく、第１の光線束Ｋ１および第２の光線束Ｋ２に分離する。したがって、拡散反射光Ｋ２’と蛍光光ＹＬとを合成する際、光弾性効果の影響を受けることがない。

（第４実施形態）
続いて、本発明の第４実施形態に係る光源装置について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、光源装置２における光分離合成素子の構成であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では、上記実施形態と共通の構成及び部材については共通の符号を用い、詳細な説明については省略する。

図７は本実施形態の光分離合成素子および光源ユニットを示す図である。
図７に示すように、本実施形態の光源ユニット２１Ａは、第２の光線束Ｋ２が光線束Ｋの中央領域を構成するように第１光源部２１ａおよび第２光源部２１ｂがレイアウトされている。

また、本実施形態の光分離合成素子２２４は、ガラス基板２２４ａと、該ガラス基板２２４ａの一方面側に設けられた誘電体多層膜２２４ｂとを備えている。本実施形態において、誘電体多層膜２２４ｂの中央領域には開口部２２４ｃが形成されている。誘電体多層膜２２４ｂは、光源ユニット２１Ａから射出された光線束Ｋの光分離合成素子２２４への入射位置に対応して配置され、第２の光線束Ｋ２の光分離合成素子２２４への入射位置に対応する位置に開口部２２４ｃが形成されている。
これにより、第２の光線束Ｋ２は誘電体多層膜２２４ｂに入射することなく、開口部２２４ｃへ入射し、ガラス基板２２４ａを透過する。

なお、図７においては、拡散反射板５２の反射面の法線が光軸ＡＸ０から傾かないように回転拡散素子２８を配置しているが、当該法線が光軸ＡＸ０から傾くように回転拡散素子２８を配置してもよい。

本実施形態の光分離合成素子２２４によれば、開口部２２４ｃを備える誘電体多層膜２２４ｂを用いることで、光源ユニット２１Ａから射出した光を、偏光子を用いることなく、第１の光線束Ｋ１と第２の光線束Ｋ２とに容易に分離することが可能である。

（第５実施形態）
続いて、本発明の第５実施形態に係る光源装置について説明する。本実施形態は上記第３実施形態と第４実施形態とを組み合わせたものである。そのため、以下では、上記実施形態と共通の構成及び部材については共通の符号を用い、詳細な説明については省略する。

図８は本実施形態の光分離合成素子および光源ユニットを示す図である。
図８に示すように、本実施形態の光分離合成素子３２４は、ガラス基板３２４ａと、誘電体多層膜３２４ｂと、反射部３２４ｃと、を備えている。誘電体多層膜３２４ｂおよび反射部３２４ｃは、ガラス基板３２４ａの一方面側に設けられている。

本実施形態の光源ユニット２１Ａは、第２の光線束Ｋ２が光線束Ｋの中央領域を構成するように第１光源部２１ａおよび第２光源部２１ｂがレイアウトされている。

誘電体多層膜３２４ｂは、第１の光線束Ｋ１の光分離合成素子３２４への入射領域に配置されている。反射部３２４ｃは、第２の光線束Ｋ２の光分離合成素子３２４への入射領域に配置されている。反射部３２４ｃは、誘電体多層膜３２４ｂの中央領域に配置されている。反射部３２４ｃは、誘電体多層膜３２４ｂ上に積層されていても良いし、該誘電体多層膜３２４ｂに形成された開口内に配置されていてもよい。

このような構成に基づき、本実施形態の光分離合成素子３２４は、第１の光線束Ｋ１を透過させ、第２の光線束Ｋ２を反射させることで光源ユニット２１から射出された光を分離する。

本実施形態においても、光源ユニット２１Ａから射出された光を、偏光子を利用することなく、第１の光線束Ｋ１および第２の光線束Ｋ２に分離可能である。

なお、本発明は、上記実施形態の構成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。
例えば、上記実施形態では、蛍光体層４７が回転板４９上に設けられた場合を例に挙げたが、蛍光体層４７は回転しない基板上に設置されていても良い。また、回転拡散素子４２に代えて、回転しない拡散素子を用いてもよい。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置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。

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。
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…プロジェクター、２，２Ａ…光源装置、３…色分離光学系、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、５…色合成光学系、６…投射光学系、８ｂ…第２の反射ミラー、８ｃ…第３の反射ミラー、９ｂ…第２のリレーレンズ、１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…フィールドレンズ、１２，１２Ａ…リレー光学系、２１，２１Ａ…光源ユニット、２４，１２４，２２４，３２４…光分離合成素子、２４ｂ、１２４ｂ，２２４ｂ…誘電体多層膜、２８…拡散反射素子、３３…重畳光学系、４７…蛍光体層、７２…第１の反射ミラー、７３…第２の反射ミラー、７４…重畳レンズ、１２４ｃ，３２４ｃ…反射部、Ｋ…光線束、Ｋ１…第１の光線束、Ｋ２…第２の光線束、Ｋ３，Ｋ４…小光線束、Ｋ２’…拡散反射光、ＹＬ…蛍光光、ＷＬ…照明光、Ｃ１，Ｃ２…補正前位置、Ｃ１’，Ｃ２’…補正位置。

Claims (7)

1. 光源と、
   ダイクロイック層を含む光分離合成素子と、
   波長変換層と、
   前記光分離合成素子と前記波長変換層との間に配置された第１のピックアップレンズと、
   拡散反射素子と、
   前記光分離合成素子と前記拡散反射素子との間に配置された第２のピックアップレンズと、を備え、
   前記光源から射出された光線束は、第１の光線束および第２の光線束を含み、
   前記光分離合成素子は、前記ダイクロイック層が設けられた第１領域と、前記ダイクロイック層が設けられていない第２領域と、を有し、
   前記第１の光線束は、前記第１領域を介して前記波長変換層に入射して第３の光線束に変換され、
   前記第２の光線束は、前記第２領域を介して前記拡散反射素子に入射して拡散反射光に変換され、
   前記第３の光線束の波長は前記拡散反射光の波長とは異なり、
   前記ダイクロイック層は、前記波長変換層からの前記第３の光線束と前記拡散反射素子からの前記拡散反射光とを合成し、
   前記拡散反射素子は、前記拡散反射素子の反射面が前記第２のピックアップレンズの光軸に対して垂直以外の角度をなすように配置され、
   前記拡散反射素子から射出された前記拡散反射光は、前記第１領域に入射する
   光源装置。
2. 前記第２領域に反射部が設けられ、
   前記第２の光線束は、前記第２領域で反射して、前記拡散反射素子に入射する
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２の光線束は、前記光線束の外縁領域の少なくとも一部を構成する
   請求項１又は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、
   複数の光変調装置を備え、前記光源装置から射出された照明光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する画像形成部と、
   前記光源装置と前記画像形成部との間の光路中に設けられ、前記照明光を前記複数の光変調装置それぞれに重畳させる重畳光学系と、
   前記重畳光学系と前記画像形成部との間に配置され、前記重畳光学系を通過した前記照明光から前記拡散反射光を分離する色分離光学系と、
   前記色分離光学系によって分離された前記拡散反射光を、前記複数の光変調装置のうち第１の光変調装置に導くリレー光学系と、
   前記画像光を投射する投射光学系と、を備え、
   前記リレー光学系は、第１の反射素子と、該第１の反射素子の後段に設けられたリレーレンズと、該リレーレンズの後段に設けられた第２の反射素子と、を含み、
   前記リレーレンズは、前記リレーレンズの光軸が前記リレーレンズから射出される前記拡散反射光の主光線と平行になるように配置された
   プロジェクター。
5. 前記第２の反射素子と前記第１の光変調装置との間に設けられたフィールドレンズをさらに備え、
   前記第２の反射素子は、該第２の反射素子で反射した前記拡散反射光の主光線が前記フィールドレンズの光軸と一致するように配置されている
   請求項４に記載のプロジェクター。
6. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置と、
   複数の光変調装置を備え、前記光源装置から射出された照明光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する画像形成部と、
   前記光源装置と前記画像形成部との間の光路中に設けられ、前記照明光を前記複数の光変調装置それぞれに重畳させる重畳光学系と、
   前記重畳光学系と前記画像形成部との間に配置され、前記重畳光学系を通過した前記照明光から前記拡散反射光を分離する色分離光学系と、
   前記色分離光学系によって分離された前記拡散反射光を、前記複数の光変調装置のうち第１の光変調装置に導くリレー光学系と、
   前記画像光を投射する投射光学系と、を備え、
   前記リレー光学系は、
   第３のレンズアレイと、
   前記第３のレンズアレイを透過した前記拡散反射光が入射する第４のレンズアレイと、
   前記第４のレンズアレイを透過した前記拡散反射光を前記第１の光変調装置に導く第２のフィールドレンズと、を有する
   プロジェクター。
7. 前記第１の光変調装置は画像形成領域を備え、
   前記第２のフィールドレンズは、前記第２のフィールドレンズを透過した前記拡散反射光の主光線が前記画像形成領域の中心と一致するように配置されている
   請求項６に記載のプロジェクター。

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