JP7086518B2 - 光源光学系およびこれを用いた投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源光学系およびこれを用いた投射型表示装置に関する。

近年、高出力レーザーダイオード（以後、ＬＤ）から発する光束を励起光として蛍光体に照射し、波長変換された蛍光光を光源光として用いるプロジェクターが開発されている。このようなプロジェクターではＬＤの個数を増やしたり、出力を上げたりすることによりプロジェクターとしての明るさを上げることが可能である。

しかしながら、蛍光体への入射光の強度を高めると、蛍光体面上の集光スポットの光密度が高くなりすぎて光変換効率が下がってしまうおそれがある。

このような問題を解決する技術として特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１は、複数のＬＤからの光束を圧縮する光学系の後に２枚のフライアイレンズを設けることで蛍光体上に形成される集光スポットの光密度を均一にする構成を開示している。

特開２０１２－１１８１１０号公報

前述の特許文献１に提示されていない問題として各ＬＤ自身が持つばらつきの影響がある。具体的には、ＬＤの出力光の平行度はものによってばらつくことがある。このため、前述の特許文献１に記載の構成における第２のフライアイレンズ付近に形成される光源像は第２のフライアイレンズのうち所定のレンズセルからはみ出て隣のレンズセルに入ってしまう場合がある。その結果、後段の光学素子でけられてしまう光の量が増大し、光利用効率が低下してしまうおそれがある。

さらに、隣のレンズセルにはみ出てしまうことを抑制するために光源像に対してレンズセルを大きくしすぎると、光学系が大型化してしまうため好ましくない。

そこで、本発明は、光利用効率の低下と大型化を抑制することが可能な光源光学系およびこれを用いた投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の光源光学系は、
光源からの光束を波長変換素子に導く光源光学系であって、
前記光源側の面が複数の第１のレンズ面を備える第１のレンズ面アレイであり、前記波長変換素子の側の面が複数の第２のレンズ面を備え、前記第１のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導く第２のレンズ面アレイであるレンズアレイと、
前記第２のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子の方向に導くとともに、前記波長変換素子からの光束を前記光源とは異なる方向に導く導光素子と、を備え、
前記第２のレンズ面の短手方向を第１の方向とし、前記第２のレンズ面の長手方向を第２の方向とするとき、前記第１のレンズ面によって前記第１のレンズ面アレイと前記波長変換素子との間に形成される光源像の前記第２の方向の幅は、前記光源像の前記第１の方向の幅よりも広いことを特徴とする。

本発明によれば、光利用効率の低下と大型化を抑制することが可能な光源光学系およびこれを用いた投射型表示装置を提供することができる。

本発明の第１実施例で示す光源装置の構成説明図 レーザーダイオードの模式図 本発明の第１実施例で用いる第２フライアイレンズと光源像の関係説明図 本発明の第１実施例で用いるフライアイレンズの説明図 本発明の第２実施例で用いるフライアイレンズの説明図 本発明の第２実施例で用いる第２フライアイレンズと光源像の関係説明図 本発明の第３実施例で用いるフライアイレンズの説明図 本発明の第３実施例で用いる第２フライアイレンズと光源像の関係説明図 本発明の第４実施例で示す光源装置の構成説明図 本発明の第５実施例で示す光源装置の構成説明図 本発明の各実施例で示す光源装置を搭載可能なプロジェクターの構成説明図 本発明の各実施例で用いるフライアイレンズの変形例

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、本発明は後述の実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

〔第１実施例〕
（光源光学系および光源装置の構成）
図１は、本発明の第１実施例としての光源装置の構成を示す図である。図１において、第２フライアイレンズ６２の短手方向をｘ軸方向（第１の方向）とし、長手方向をｙ軸方向（第２の方向）とし、ｘ軸方向およびｙ軸方向に直交する方向をｚ軸方向としている。

本実施例で示す光源光学系は、放物面ミラーアレイ３、平面ミラー４、凹レンズ５を有する導光光学系を備えている。さらに光源光学系は、第１のレンズ面アレイとしての第１のフライアイレンズ６１、第２のレンズ面アレイとしての第２のフライアイレンズ６２と、導光素子としてのダイクロイックミラー７と、集光光学系としての集光レンズユニット８を備えている。

そして、本実施例で示す光源装置は、前述の光源光学系に加えて、光源１、コリメータレンズ２、蛍光体９を備えており、蛍光体９が反射した蛍光光を集光レンズユニット８が取込んで平行光化して不図示の照明光学系へ導く構成となっている。

（光源１から照明光学系までの光路）
光源１は青色光を発するＬＤである。光源１から射出された光束は発散光束であり、光源１からの光束の進行方向には光源１と同数のコリメータレンズ２が設けられている。コリメータレンズ２は正のパワーを有するため光源１からの発散光束はコリメータレンズ２によって平行光束となる。

ここで、光源１の詳細な構成について図２を用いて説明する。図２は本実施例で光源１として用いるＬＤの構成を示す模式図である。図２（ａ）は図１と同じｘｚ断面についてその内部構造を描いた図である。

ＬＤはそのパッケージ１１の内部にダブルヘテロ構造の光学半導体を備えている。この光学半導体は複数のクラッド層１２が活性層１３を挟む構造になっており、電界が加えられることにより原子が活性化されて誘導放射を行い、活性層１３内で共振状態になった光が、ハーフミラーとなっている側のへき開面から放射される。１４は光が放射される側のへき開面であり、光源としての発光分布（発光面）１４Ａはへき開面１４に沿った形状となる。

図２（ｂ）は光源１のｙｚ断面の模式図であり、図２（ｃ）は光源１のｘｙ断面における模式図である。図２（ｂ）および図２（ｃ）は、前述のように光源の発光分布がへき開面１４に沿ってｙ方向に細長く伸びた形状であることを示している。

本実施例では、光源の発光分布の長手方向がｙ軸方向と平行になるように光源１を配置している。このように配置することで光源１からの光束の偏光方向がｙ軸方向と平行となり、その方向は放物面ミラーアレイ３や平面ミラー４などの反射面に対してＳ偏光の方向となる。一般にＳ偏光はＰ偏光よりも反射率が高いため、本実施例で示す光源光学系のようにある断面において反射を繰り返す系においては、光源１の発光分布はｙ軸方向と平行であることが好ましい。

言い換えれば、正レンズとしてのコリメータレンズ２の光軸と、コリメータレンズ２からの光束を反射する反射面の法線とに平行な面を基準面とする。このとき、光源１の基準面における放射角は、コリメータレンズ２の光軸を含み基準面と直交する面における光源１の放射角よりも小さい。なお、ここでいう放射角とは光源１からの光束の強度分布のうち最大強度の５０％の強度となる発散角のことをいう。

コリメータレンズ２を射出した後の複数の光束はｚ軸方向に向けて進行したのち放物面ミラーアレイ３によって互いの距離を縮めながら平面ミラー４へ向かう。平面ミラー４によって反射された光束は凹レンズ５に入射する。凹レンズ５は、その焦点位置を放物ミラーアレイ３の焦点と共有しているため、凹レンズ５は平行光束として光束を射出する。

凹レンズ５を射出した平行光束は、第１のフライアイレンズ６１に入射し、複数の光束に分割される。第２のフライアイレンズ６２を射出した分割光束は、ダイクロイックミラー７により反射されて集光レンズユニット８に向かう。ダイクロイックミラー７は第２のフライアイレンズ６２からの光束を反射する必要最小限の大きさになっており、その表面には光源１からの青色光は反射するが、後述の蛍光光の波長は透過する特性の誘電体多層膜（ダイクロイック膜）がコーティングされている。

ダイクロイックミラー７で反射された分割光束は正のパワーを有する集光レンズユニット８によって蛍光体９上に集光および重畳される。その結果、蛍光体９上に集光スポットが形成される。蛍光体９上に形成される集光スポットは、第１のフライアイレンズ６１の各レンズセルと共役であるため、矩形で均一な分布になっている。

蛍光体９に入射した光束の一部は赤色および緑色のスペクトルを主とする蛍光光に変換されて反射されるとともに、一部は変換されずにまま青色光のまま反射される。すなわち、蛍光体９は、光源からの光束の一部の波長を変換する波長変換素子である。反射された赤、緑、青の３原色で構成される白色光束は再び集光レンズユニット８によって平行光化され照明光学系に向かう。

以上の構成および光路によって、照明光学系に白色光束を導くことができる。

（光利用効率が低下する理由）
前述のように凹レンズ５からの平行光束は第１のフライアイレンズ６１が備える複数の第１のレンズセル（第１のレンズ面）６１Ａによって複数の光束に分割される。そして、この複数の光束は第２のフライアイレンズ６２が備える複数の第２のレンズセル（第２のレンズ面）６２Ａのうち対応するレンズセルに導かれる。この結果、第２フライアイ６２の各レンズセルには光源１の光源像１４´が形成される。より詳細には、第２のレンズセル６２Ａの光軸方向視において、光源像１４´は第２のレンズセル６２Ａの内側に形成されている。さらに、光源像１４´の第１の方向の幅は第２のレンズセル６２Ａの第１の方向の幅よりも狭く、光源像１４´の第２の方向の幅は第２のレンズセル６２Ａの第２の方向の幅よりも狭い。

この光源像が対応したレンズセルとは違うレンズセルに入射した場合、対応したレンズセルとは違うレンズセルに入射した光束の分だけ蛍光体９上に形成される集光スポットが大きくなってしまう。蛍光体９上の集光スポットが大きくなることは、後述の照明光学系２００中の第３のフライアイレンズ１８ａ及び第４のフライアイレンズ１８ｂにとって光源の発光点が大きくなることに等しい。

蛍光体９上の集光スポットを大きくした光束は、第４のフライアイレンズ１８ｂが備える複数のレンズセルのうち対応するレンズセルからはみ出て対応するレンズセルとは違うレンズセルに入射するおそれがある。その結果、第４のフライアイレンズ１８ｂからの光束のうち一部は後段の光学素子でけられてしまったり、後述の液晶パネル２５の外側に導かれてしまったりする。つまり、このように有効に利用されない光束が増加してしまって光利用効率が低下してしまう。

（光源像と第２のレンズセルとの関係）
そこで、本発明の各実施例においては、第２のレンズセルを、第２のレンズセルの長手方向と光源像の長手方向とが一致するような形状にした。言い換えれば、第２のレンズセルの短手方向を第１の方向とし、第２のレンズセルの長手方向を第２の方向とする。このとき、第１のレンズセルによって第１のフライアイレンズ６１と蛍光体９との間に形成される光源像の第２の方向の幅は光源像の第１の方向の幅よりも広い。

具体的には、図３（ｂ）に示すように、第２のレンズセル６２Ａの長手方向がｙ軸方向であり、光源像１４´の長手方向もｙ軸方向となっている。このような構成にすることで前述の光利用効率の低下を抑制することができる。さらに、図３（ａ）に示すように第２のレンズセル６２Ａを正方形にして光源像１４´に対して充分に大きな形状とすることによる第２のフライアイレンズ６２の大型化を抑制することが可能となる。

（第１のフライアイレンズ６１と第２のフライアイレンズ６２の構成）
次に、本実施例における第１のフライアイレンズ６１および第２のフライアイレンズ６２の詳細な構成について図４を用いて説明する。

図４は本実施例における第１および第２のフライアイレンズ６１、６２を拡大して図示したものである。図４（ａ）は図１と同じｘｚ断面を図示したものであり、ｙｚ断面を図４（ｂ）に、ｘｙ断面を図４（ｃ）に図示した。

図４に示すように、本実施例においてはｘ軸方向に光束を圧縮する一方、ｙ軸方向においては光束を圧縮していない。言い換えれば、第２のフライアイレンズ６２の第１の方向の幅は、第１のフライアイレンズ６１の第１の方向の幅よりも狭い。そして、第２の方向において第２のフライアイレンズ６２の幅と第１のフライアイレンズ６１の幅は等しい。

このような構成にする理由は次の通りである。前述のようにダイクロイックミラー７は光源１からの青色光を反射して蛍光体９に導く特性を有しており、蛍光体９はダイクロイックミラー７を介した光源１からの青色光の一部を緑色光および赤色光を含む蛍光光に変換して蛍光光と非変換光を発する。ダイクロイックミラー７に入射した非変換光は後段の照明光学系には導かれず、光源１側へ戻ってしまう。つまり、ダイクロイックミラー７が大きいほど光利用効率が低下してしまう。

そこで、本実施例においては前述のようにｘ方向に光束を圧縮して第２のフライアイレンズ６２の第１の方向の幅を第１のフライアイレンズ６１の第１の方向の幅よりも小さくしている。これにより、ｘ方向に光束を圧縮しない場合と比べてダイクロイックミラー７の幅を第２のフライアイレンズ６２の幅に合わせて小さくすることが可能となる。

つまり、ｘ軸方向においてダイクロイックミラー７の幅と第２のフライアイレンズ６２の幅は略等しい。言い換えれば、ダイクロイックミラー７の法線と集光レンズユニット８の光軸とに平行な面（第１の断面）における第２のフライアイレンズ６２の光軸と直交する方向を考える。この方向におけるダイクロイックミラー７の幅Ｗｄと、第２のフライアイレンズ６２の幅Ｗｆ２が、少なくとも０．８＜Ｗｄ／Ｗｆ２＜１．２の関係を満たしており、より好ましくは０．９＜Ｗｄ／Ｗｆ２＜１．１の関係を満たしている。そして、第１の断面において、第２のフライアイレンズ６２の第１の方向の幅Ｗｆ２は、第１のフライアイレンズ６１の第１の方向の幅Ｗｆ１よりも狭くなっている。

このように、第１の断面で光束を圧縮することで、第１の断面におけるダイクロイックミラー７のｘ軸方向の幅を小さくすることができ、光利用効率の低下を抑制しつつ、光源光学系を小型にすることが可能となる。仮に、集光レンズユニット８の光軸と直交する面（ｙｚ断面）においてダイクロイックミラー７のｙ軸方向の幅を小さくした場合、照明光学系に導かれる蛍光体９からの非変換光が増えることによる光利用効率の低下を抑制することは可能となる。

しかしながら、この場合にはダイクロイックミラー７と集光レンズユニット８との間の距離を短くすることができない。また、ダイクロイックミラー７のｙ軸方向の幅を小さくできても集光レンズユニット８の径は変わらないため、光源光学系を充分に小さくすることができない。このため、前述のように図１に示すｘ軸方向においてダイクロイックミラー７の幅を小さくすることが好ましい。

なお、前述のダイクロイックミラー７の幅Ｗｄは次のように定義してもよい。すなわち、ダイクロイックミラー７が透明基板の一部分にダイクロイック膜を塗布した構成であった場合、ダイクロイック膜が塗布されている領域の幅をＷｄと定義してもよい。

また、本実施例における光束圧縮は図４（ａ）に示す通り、複数の第１のレンズセルの一部及び複数の第２のレンズセルの一部の偏心によって実現されている。具体的には、図４（ａ）中のｚ軸方向視において両フライアイレンズの中心にあるレンズセル６１Ｃ及び６２Ｃとｙ軸方向の位置が変わらない複数のレンズセルと、ｘ軸方向の位置が変わらない複数のレンズセル以外のレンズセルが偏心している。なお、ここでいう偏心とはレンズセルの光軸方向視において、レンズセルの重心に対してレンズセルの光軸が偏心していることをいう。

偏心によって光束圧縮を行った場合、第２のフライアイレンズ６２に形成される光源像が大きくなることはない。ただし偏心量が大きすぎると、球面レンズの場合は傾斜がきつくなり、レンズ形状が維持できないかまたは成形が困難になる場合がある。この際にはレンズセル毎に曲率半径を変化させることで傾斜の度合いを緩和することが可能である。なお、曲率半径の変化は必ずしも回転対称に行われる必要はない。すなわち、偏心量の大きい断面についてのみ曲率半径を緩くすればよく、所謂トーリック面形状とすることも可能である。

このように第１のレンズセル６１Ａおよび第２のレンズセル６２Ａの形状は適宜変更が可能である。第１のレンズセル６１Ａおよび第２のレンズセル６２Ａのうち少なくとも一つの曲率半径をその他のレンズセルの曲率半径と異ならせてもよく、前述のように少なくとも一つのレンズセルをトーリックレンズとしてもよい。

また、光束圧縮率は以下の条件を満足すると好ましい。

図４（ｃ）に示す第１のレンズセル６１Ａのｘ軸方向（第１の方向）の幅をｘ１とし、ｙ軸方向（第２の方向）の幅をｙ１とする。さらに、第２のレンズセル６２Ａのｘ軸方向の幅をｘ２とし、ｙ軸方向の幅をｙ２とする。

このとき、光源光学系は、
０．２＜ｘ２／ｘ１＜０．８
を少なくとも満足することが好ましい。より好ましくは、０．３＜ｘ２／ｘ１＜０．７を満足し、さらに好ましくは０．４＜ｘ２／ｘ１＜０．６を満足するとよい。

上記の条件式の下限値を逸脱すると圧縮率が高すぎて第１のレンズセル６１Ａの偏心量が増大した結果、収差も増大するために好ましくない。一方上限値を逸脱すると圧縮率が低すぎてダイクロイックミラー７を充分に小さくできず、前述の光利用効率の低下を充分に抑制することができないために好ましくない。

なお、ｙ軸方向への圧縮率も考慮すると圧縮率の好ましい範囲は以下のように表現することもできる。すなわち、光源光学系は、
０．１＜（ｘ２／ｙ２）／（ｘ１／ｙ１）＜０．８
を少なくとも満足することが好ましい。より好ましくは０．２＜（ｘ２／ｙ２）／（ｘ１／ｙ１）＜０．７を満足し、さらに好ましくは０．３≦（ｘ２／ｙ２）／（ｘ１／ｙ１）≦０．６を満足すると良い。

本実施例においては、ｘ２／ｘ１＝０．５であり、ｙ２／ｙ１＝１．０であるため、
（ｘ２／ｙ２）／（ｘ１／ｙ１）＝０．５
となっている。

〔第２実施例〕
図５は本発明の第２実施例としての光源光学系における第１のフライアイレンズ６１および第２のフライアイレンズ６２のｘｙ断面の形状を示す図である。第１のフライアイレンズ６１および第２のフライアイレンズ６２以外の構成については前述の第１実施例と変わらないので説明を省略する。

本実施例では、第１のフライアイレンズ６１がｘ方向での光束圧縮を行っている点は前述の第１実施例と同様だが、ｙ方向において光束幅を拡張している点で前述の第１実施例と異なる。言い換えれば、第２のフライアイレンズ６２の第２の方向の幅は、第１のフライアイレンズ６１の第２の方向の幅よりも広い。この結果、第２のレンズセル６２Ａと光源像１４´との関係は図６に示すようになる。

図６に示すように、本実施例ではｙ方向において光束幅を拡張しているために、前述の第１実施例と比較してｙ方向においてはＬＤのばらつきによる光利用効率の低下をより抑制することが可能となる。

さらに、ｘ方向においては前述の第１実施例と比べて光束幅をより圧縮することで光源像１４´のアスペクト比と第２のレンズセル６２Ａのアスペクト比がほぼ同じになるようにしている。これにより、ＬＤのばらつきによって光源像１４´の位置が移動したとしても、ｘ方向とｙ方向で同等の敏感度特性になっている。さらに、第２のフライアイレンズ６２全体の面積は前述の第１実施例と同じにすることで大型化を抑制している。

なお、本実施例においては、
（ｘ２／ｙ２）／（ｘ１／ｙ１）＝０．３
となっている。

〔第３実施例〕
図７は本発明の第３実施例としての光源光学系における第１のフライアイレンズ６１および第２のフライアイレンズ６２のｘｙ断面の形状を示す図である。第１のフライアイレンズ６１および第２のフライアイレンズ６２以外の構成については前述の第１実施例と変わらないので説明を省略する。

本実施例では、前述の第１実施例とは異なり、第１のフライアイレンズ６１はｘ方向での光束圧縮を行わず、その代わりにｙ方向において光束幅を拡張している。この結果、第２のレンズセル６２Ａと光源像１４´との関係は図８に示すようになる。

図８に示すように、前述の第１実施例に比べて、第２のフライアイレンズ６２全体の大きさは大きくなってしまっているが、光源像１４´に対して第２のレンズセル６２Ａの余裕量をより多く確保することができる。このため、前述の第１実施例と比べて本実施例の方がＬＤのばらつきによる光利用効率の低下をより抑制することが可能となる。その結果、後段の光学系において光がけられてしまうことを抑制するために光学素子を敢えて大きくする必要がなくなり、結果的に光学系の大型化を抑制することが可能となる。

なお、本実施例においては、
（ｘ２／ｙ２）／（ｘ１／ｙ１）＝０．５
となっている。

〔第４実施例〕
図９は本発明の第４実施例に示す光源光学系の構成を示す図である。

前述の第１実施例と異なる点は、凹レンズ５が省略されており、第１のフライアイレンズ６１に平行光束ではなく収束光束が入射する点である。

第１のフライアイレンズ６１が、ｘ方向に光束を圧縮しながら第２のフライアイレンズ６２に光を導く点は前述の第１実施例と同様であるが、本実施例においては収束光束が第１のフライアイレンズ６１に入射している。このため、平行光束が入射した場合と比べて第１のフライアイレンズ６１の各レンズセルの偏心量を減じることができ、より成形しやすいレンズにすることが可能である。

つまり、複数の第１のレンズセル６１Ａのうち所定のレンズセルの偏心量は、複数の第２のレンズセル６２Ａのうち上記の所定のレンズセルの偏心量よりも小さい。なお、ここでいう偏心量とは、各レンズセルの光軸方向視において各レンズセルの重心と各レンズセルの光軸との距離である。

さらに、凹レンズ５が不要であるため、より小型な光源光学系および光源装置を実現することが可能となる。

〔第５実施例〕
図１０は本発明の第５実施例としての光源光学系および光源装置の概略図である。

本構成は第１実施例で示した光源装置１００を２つ用いて高輝度化を図った例であり、光源装置１３からの光束を、複数のレンズ１５、合成プリズム１６、レンズ１７を有する合成光学系によって合成してから不図示の照明光学系に導いている。

このとき、第１のフライアイレンズ６１が行う光束の圧縮の方向をｘ軸方向とすることで、光源装置１００を複数並べた場合に生じるｘ軸方向への大型化を抑制することが可能となる。言い換えれば、ダイクロイックミラー７の法線および集光レンズユニット８の光軸に平行な面において、第２のフライアイレンズ６２のｘ軸方向の幅は、第１のフライアイレンズ６１のｘ軸方向の幅よりも狭い。

〔第６実施例〕
図１１は前述の各実施例で示す光源光学系および光源装置を搭載したプロジェクター（投射型表示装置）の構成を示す図である。

１００は前述の第１実施例で示した光源装置であり、もちろん第１実施例以外の実施例で示した光源装置を用いても良い。

２００は光源装置１００からの光束を用いて後述の液晶パネル２５（光変調素子）を照明する照明光学系である。照明光学系２００は、第３のフライアイレンズ１８ａ、第４のフライアイレンズ１８ｂ、偏光変換素子１９、コンデンサーレンズ２０を備えている。

光源装置１００からの光束は第３のフライアイレンズ１８ａによって複数の光束に分割して第４のフライアイレンズ１８ｂと偏光変換素子１９との間に光源像を形成する。偏光変換素子１９は入射した光束の偏光方向を所定の方向に揃えるように構成されており、偏光変換素子１９からの光束はコンデンサーレンズ２０によって色分離合成部３００に導かれる。

色分離合成部３００は、偏光板２１、ダイクロイックミラー２２、波長選択性位相差板２３、赤色用液晶パネル２５ｒ、緑色用液晶パネル２５ｇ、青色用液晶パネル２５ｂを備えており、各液晶パネル２５ｒ、２５ｇ、２５ｂをまとめて液晶パネル２５とする。さらに、赤色用λ／４板２４ｒ、緑色用λ／４板２４ｇ、青色用λ／４板２４ｂ、第１の偏光ビームスプリッター２６ａ、第２の偏光ビームスプリッター２６ｂ、合成プリズム２７を備えている。赤色用λ／４板２４ｒ、緑色用λ／４板２４ｇ、青色用λ／４板２４ｂをまとめてλ／４板２４とする。また、色分離合成部３００のうち液晶パネル２５を除く部分を色分離合成系とする。

偏光板２１は偏光変換素子１９によって整えられた偏光方向の光のみを透過する偏光板であり、ダイクロイックミラー２２によって偏光板２１からの光のうち青色光および赤色光は第２の偏光ビームスプリッター２６ｂの方向に導かれる。一方、緑色光は第１の偏光ビームスプリッター２６ａの方向に導かれる。

第１の偏光ビームスプリッター２６ａおよび第２の偏光ビームスプリッター２６ｂは偏光方向に応じてダイクロイックミラー２２からの光を液晶パネル２５に導くとともに、液晶パネル２５からの光を合成プリズム２７へ導くように構成されている。また、λ／４板２４は、液晶パネル２５での反射による往復においてλ／２の位相差を与えることで、検光効果を高める作用を有する。

合成プリズム２７は、第２の偏光ビームスプリッター２６ａからの青色光および赤色光と、第２の偏光ビームスプリッター２６ｂからの緑色光を合成して投射光学系２８へ導く。

このような構成により、図１１に示すプロジェクターはカラー画像をスクリーン等の被投射面に投射することが可能となる。

なお、図１１中の光源装置１００が設けられている位置に、光源装置１００の代わりに図１０に示した光源装置１００を複数有する構成を設けてもよい。この場合、図１０に示したレンズ１７からの平行光束が照明光学系２００に入射するようにすればよい。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（他の実施形態）
前述の各実施例においては第１のフライアイレンズ６１および第２のフライアイレンズ６２は別々の光学素子であった。言い換えれば、光源光学系は、光源１側から順に、第１のレンズ面アレイを備える第１のレンズアレイとしての第１のフライアイレンズ６１と、第２のレンズ面アレイを備える第２のレンズアレイとしての第２のフライアイレンズ６２を備えていた。

しかしながら、本発明の各実施例は上記の構成に限定されず、図１２に示すように第１と第２のフライアイレンズを一つの素子の両面に形成した構成であってもよい。言い換えれば、光源１側の面が第１のレンズ面アレイ６１Ｓであり、蛍光体９側の面が第２のレンズ面アレイ６２Ｓであるマイクロレンズアレイ６０を、光源１と蛍光体９との間に備える構成であってもよい。図１２に示すように一体成型とすることで両面レンズセルの相対的なズレを最小限に抑えることが出来るため好ましい。

また、前述の各実施例においては詳細に述べていないが、光源１とコリメータレンズ２は別々の保持部材に保持されていても、同一の保持部材に保持されていてもよい。例えば、８個の光源１と８枚のコリメータレンズ２が一体となったＬＤバンクを用いても良い。

また、前述の各実施例で示した平面ミラー４の代わりにプリズムを用いて放物面ミラーアレイ３からの光束を凹レンズ５に導いても良い。

また、前述の各実施例では第１のフライアイレンズ６１によって第２のフライアイレンズ６２上に光源像が形成される構成を例示したが、光源像が第２のフライアイレンズ６２の近傍に形成されればよい。言い換えれば、光源像は第２のフライアイレンズ６２と蛍光体９との間あるいは、第２のフライアイレンズ６２とダイクロイックミラー７との間に形成されればよい。

なお、前述の各実施例における光源像の幅は次のように定義してもよい。すなわち、各光源像が形成されている各領域での強度分布における最大強度の所定の割合までの領域の幅を光源像の幅としてもよく、例えば、前述の強度分布における半値全幅を光源像の幅としてもよい。この定義は光源像の長辺方向及び短辺方向の幅の双方に適用してもよい。

１ 光源
９ 蛍光体（波長変換素子）
１４´ 光源像
６１ 第１のフライアイレンズ（第１のレンズ面アレイ）
６１Ａ 第１のレンズセル（第１のレンズ面）
６２ 第２のフライアイレンズ（第２のレンズ面アレイ）
６２Ａ 第２のレンズセル（第２のレンズ面）

Claims (17)

1. 光源からの光束を波長変換素子に導く光源光学系であって、
   前記光源側の面が複数の第１のレンズ面を備える第１のレンズ面アレイであり、前記波長変換素子の側の面が複数の第２のレンズ面を備え、前記第１のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導く第２のレンズ面アレイであるレンズアレイと、
   前記第２のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子の方向へ導くとともに、前記波長変換素子からの光束を前記光源とは異なる方向に導く導光素子と、を備え、
   前記第２のレンズ面の短手方向を第１の方向とし、前記第２のレンズ面の長手方向を第２の方向とするとき、前記第１のレンズ面によって前記第１のレンズ面アレイと前記波長変換素子との間に形成される光源像の前記第２の方向の幅は、前記光源像の前記第１の方向の幅よりも広いことを特徴とする光源光学系。
2. 前記第２のレンズ面の光軸方向視において、前記光源像は前記第２のレンズ面の内側に形成されており、
   前記光源像の前記第１の方向の幅は前記第２のレンズ面の前記第１の方向の幅よりも狭く、前記光源像の前記第２の方向の幅は前記第２のレンズ面の前記第２の方向の幅よりも狭い、ことを特徴とする請求項１に記載の光源光学系。
3. 前記第２のレンズ面アレイの前記第１の方向の幅は、前記第１のレンズ面アレイの前記第１の方向の幅よりも狭い、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光源光学系。
4. 前記第１のレンズ面の前記第１の方向の幅をｘ１とし、前記第２のレンズ面の前記第１の方向の幅をｘ２とするとき、
   ０．２＜ｘ２／ｘ１＜０．８
   を満足することを特徴とする請求項３に記載の光源光学系。
5. 前記第２のレンズ面アレイの前記第２の方向の幅は、前記第１のレンズ面アレイの前記第２の方向の幅よりも広い、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光源光学系。
6. 前記第１のレンズ面の前記第１の方向の幅をｘ１とし、前記第１のレンズ面の前記第２の方向の幅をｙ１とし、
   前記第２のレンズ面の前記第１の方向の幅をｘ２とし、前記第２のレンズ面の前記第２の方向の幅をｙ２とするとき、
   ０．１＜（ｘ２／ｙ２）／（ｘ１／ｙ１）＜０．８
   を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光源光学系。
7. 前記複数の第１のレンズ面のうち少なくとも一つは、前記第１のレンズ面の重心に対して光軸が偏心している、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光源光学系。
8. 前記複数の第２のレンズ面のうち少なくとも一つは、前記第２のレンズ面の重心に対して光軸が偏心している、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光源光学系。
9. 前記光源から前記第１のレンズ面アレイに入射する光束は収束光束であって、前記複数の第１のレンズ面のうち所定のレンズ面の偏心量は、前記複数の第２のレンズ面のうち前記所定のレンズ面に対応するレンズ面の偏心量よりも小さい、ことを特徴とする請求項７または８に記載の光源光学系。
10. 前記複数の第１のレンズ面および前記複数の第２のレンズ面のうち少なくとも一つはトーリックレンズである、こと特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光源光学系。
11. 前記導光素子からの光束を前記波長変換素子に導くとともに正のパワーを有する集光光学系と、をさらに備え、
    前記導光素子の法線と前記集光光学系の光軸とに平行な面を第１の断面とするとき、
    前記第１の断面において、前記第２のレンズ面アレイの前記第１の方向の幅は、前記第１のレンズ面アレイの前記第１の方向の幅よりも狭い、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光源光学系。
12. 前記第１の断面において、前記導光素子の前記集光光学系の光軸と直交する方向の幅は、前記集光光学系の径よりも小さい、ことを特徴とする請求項１１に記載の光源光学系。
13. 光源からの光束を波長変換素子に導く光源光学系であって、
    複数の第１のレンズ面を備える第１のレンズ面アレイと、
    複数の第２のレンズ面を備え、前記第１のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導く第２のレンズ面アレイと、
    前記第２のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子の方向へ導くとともに、前記波長変換素子からの光束を前記光源とは異なる方向に導く導光素子と、を備え、
    前記第２のレンズ面の短手方向を第１の方向とし、前記第２のレンズ面の長手方向を第２の方向とするとき、前記第１のレンズ面によって前記第１のレンズ面アレイと前記波長変換素子との間に形成される光源像の前記第２の方向の幅は、前記光源像の前記第１の方向の幅よりも広く、
    前記第２のレンズ面アレイの前記第２の方向の幅は、前記第１のレンズ面アレイの前記第２の方向の幅よりも広いことを特徴とする光源光学系。
14. 光源からの光束を波長変換素子に導く光源光学系であって、
    複数の第１のレンズ面を備える第１のレンズ面アレイと、
    複数の第２のレンズ面を備え、前記第１のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導く第２のレンズ面アレイと、
    前記第２のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子の方向へ導くとともに、前記波長変換素子からの光束を前記光源とは異なる方向に導く導光素子と、を備え、
    前記第２のレンズ面の短手方向を第１の方向とし、前記第２のレンズ面の長手方向を第２の方向とするとき、前記第１のレンズ面によって前記第１のレンズ面アレイと前記波長変換素子との間に形成される光源像の前記第２の方向の幅は、前記光源像の前記第１の方向の幅よりも広く、
    前記複数の第２のレンズ面のうち少なくとも一つは、前記第２のレンズ面の重心に対して光軸が偏心していることを特徴とする光源光学系。
15. 光源からの光束を波長変換素子に導く光源光学系であって、
    複数の第１のレンズ面を備える第１のレンズ面アレイと、
    複数の第２のレンズ面を備え、前記第１のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導く第２のレンズ面アレイと、
    前記第２のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子の方向へ導くとともに、前記波長変換素子からの光束を前記光源とは異なる方向に導く導光素子と、を備え、
    前記第２のレンズ面の短手方向を第１の方向とし、前記第２のレンズ面の長手方向を第２の方向とするとき、前記第１のレンズ面によって前記第１のレンズ面アレイと前記波長変換素子との間に形成される光源像の前記第２の方向の幅は、前記光源像の前記第１の方向の幅よりも広く、
    前記複数の第１のレンズ面および前記複数の第２のレンズ面のうち少なくとも一つはトーリックレンズであることを特徴とする光源光学系。
16. 光源からの光束を波長変換素子に導く光源光学系であって、
    複数の第１のレンズ面を備える第１のレンズ面アレイと、
    複数の第２のレンズ面を備え、前記第１のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導く第２のレンズ面アレイと、
    前記第２のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子の方向へ導くとともに、前記波長変換素子からの光束を前記光源とは異なる方向に導く導光素子と、
    前記導光素子からの光束を前記波長変換素子に導くとともに正のパワーを有する集光光学系と、を備え、
    前記第２のレンズ面の短手方向を第１の方向とし、前記第２のレンズ面の長手方向を第２の方向とするとき、前記第１のレンズ面によって前記第１のレンズ面アレイと前記波長変換素子との間に形成される光源像の前記第２の方向の幅は、前記光源像の前記第１の方向の幅よりも広く、
    前記導光素子の法線と前記集光光学系の光軸とに平行な面を第１の断面とするとき、前記第１の断面において、前記第２のレンズ面アレイの前記第１の方向の幅は、前記第１のレンズ面アレイの前記第１の方向の幅よりも狭いことを特徴とする光源光学系。
17. 前記光源と、
    前記光源からの光束の進行方向に設けられた正レンズと、
    前記波長変換素子と、
    請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光源光学系と、
    光変調素子と、
    前記光源光学系からの光束を用いて前記光変調素子を照明する照明光学系と、
    前記光源光学系からの光束を前記光変調素子に導くとともに、前記光変調素子からの光束を投射光学系に導く色分離合成系と、を備える、ことを特徴とする投射型表示装置。

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