CN110618571B - 光源装置及投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光源装置及投影装置，该光源装置具备：发光装置，其具有发光光成为相对于射出光轴的强度分布的均匀性高的预定的方向和相比该预定的方向相对于射出光轴的强度分布的均匀性低的与上述预定的方向正交的不稳定方向的特性；强度变换透镜，其形成为能够调整上述预定的方向的强度分布，且供上述发光光射入；以及叠加变换光学部，其形成为将上述不稳定方向的强度分布通过在多个方向上分割并叠加而能够调整。

Description

光源装置及投影装置

本申请基于2018年6月19日提出的日本专利申请第2018-115858号、2019年1月28日提出的日本专利申请第2019-011853号和2019年5月23日提出的日本专利申请第2019-096472号的优先权。在本说明书中，参照这些申请的说明书、权利要求书以及全体附图而引用。

技术领域

本发明涉及光源装置及具备该光源装置的投影装置。

背景技术

如今，作为将个人电脑的画面、视频图像、以及基于存储于存储卡等的图像数据得到的图像等投影至屏幕的图像投影装置，多使用数据投影仪。该投影仪使从光源射出的光聚集到DMD(数字微镜器件)、液晶板等显示元件，在屏幕上显示彩色图像。

日本特开2008－216923号公报公开了一种投影装置，其具备作为射出红色、绿色、蓝色各色光的光源的激光二极管。来自各色光源的射出光被与各色光源对应配置的分色镜反射或从此透过而聚集到圆锥棱镜。从圆锥棱镜射出的光经由光通道而成为矩形且均匀的(强度分布被平坦化的)光，并照射光调制元件。

众所周知，从激光二极管射出的激光束的扩展角在与半导体激光的pn接合面(活性层)平行的方向(θ//)和与半导体激光的pn接合面成直角的方向(θ⊥)分别不同，其截面形状为椭圆状(例如，参照日本特开昭61－156219号公报)。

就θ⊥方向而言，由于在非常薄(～1μm左右)的活性层的范围内发光，因此作用衍射效应，光大范围地扩散，成为椭圆的长轴方向。就θ//方向而言，在比θ⊥大的范围内发光，光不怎么扩展，因此为椭圆的短轴方向。

而且，其强度分布为高斯分布。另一方面，向光调制元件照射的光线束要求矩形且均匀的(强度分布被平坦化的)光。因此，在专利文献1的投影装置中使用光通道调整来自激光二极管的光，但有时具备具有预定长度的光通道的投影装置难以小型化。

发明内容

本发明的目的在于提供能够小型化的光源装置和具备该光源装置的投影装置。

本发明提供一种光源装置，其特征在于，具备：

发光装置，其具有发光光成为相对于射出光轴的强度分布的均匀性高的预定的方向和相比该预定的方向相对于射出光轴的强度分布的均匀性低的与上述预定的方向正交的不稳定方向的特性；

强度变换透镜，其形成为能够调整上述预定的方向的强度分布，且供上述发光光射入；以及

叠加变换光学部，其形成为将上述不稳定方向的强度分布通过在多个方向上分割并叠加而能够调整。

本发明还提供一种投影装置，其特征在于，具有：

上述的光源装置；

被来自上述光源装置的光源光照射，且形成图像光的显示元件；

将从上述显示元件射出的上述图像光向屏幕投影的投影光学系；以及

控制上述显示元件和上述光源装置的投影装置控制部。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的投影装置的功能块的图。

图2是表示本发明的第一实施方式的投影装置的内部构造的俯视示意图。

图3A是放大表示本发明的第一实施方式的各色光源装置的布局的俯视示意图。

图3B是放大表示本发明的第一实施方式的各色光源装置的布局的侧视示意图。

图4A是表示本发明的第一实施方式的各色光源装置的射出光的样态的俯视示意图，是表示从各色光源装置到照明对象面的图。

图4B是表示本发明的第一实施方式的各色光源装置的射出光的样态的俯视示意图，是放大表示各色光源装置的图。

图5A是表示从本发明的第一实施方式的各色光源射出的光的强度分布的图，是表示图4A的位置Q处的强度分布的图。

图5B是表示从本发明的第一实施方式的各色光源射出的光的强度分布的图，是表示图4A的位置S处的强度分布的图。

图6是表示本发明的第一实施方式的强度变换透镜的曲率分布的图。

图7A是放大本发明的第二实施方式的各色光源装置的布局表示光射出的样态的俯视示意图。

图7B是放大本发明的第二实施方式的各色光源装置的布局表示光射出的样态的侧视示意图。

图8是放大表示本发明的第二实施方式的各色光源装置的强度变换透镜的示意图。

图9是表示本发明的第一实施方式的强度变换透镜的曲率分布的图。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是表示投影装置10的投影装置控制部的功能电路块的图。投影装置控制部包括控制部38、输入输出接口22、图像变换部23、显示编码器24、显示驱动部26等。

该控制部38负责投影装置10内的各电路的动作控制，由CPU、固定地存储有各种设定等动作程序的ROM以及作为工作存储器使用的RAM等构成。

而且，通过该控制单元，从输入输出连接部21输出的各种标准的图像信号经由输入输出接口22、系统总线(SB)在图像变换部23以统一成适于显示的预定的格式的图像信号的方式变换后，输出至显示编码器24。

另外，显示编码器24在将输入的图像信号展开存储于视频RAM25的基础上，根据该视频RAM25的存储内容生成视频信号，并输出至显示驱动部26。

显示驱动部26作为显示元件控制单元发挥功能，对应于从显示编码器24输出的图像信号，以合适的帧速率驱动作为空间光调制元件(SOM)的显示元件51。

然后，在该投影装置10中，从光源装置60射出的光线束经由光学系向显示元件51照射，由此通过显示元件51的反射光形成光像，经由投影光学系在未图示的屏幕投影显示图像。此外，该投影光学系的可动透镜组235通过透镜马达45进行用于变焦调整、对焦调整的驱动。

另外，图像压缩/解压缩部31对图像信号的亮度信号及色差信号通过ADCT及哈夫曼编码等处理进行数据压缩，并进行依次写入作为装卸自如的存储介质的存储卡32的存储处理。

而且，图像压缩/解压缩部31在再生模式时读出存储于存储卡32的图像数据，以1帧单位解压缩构成一连串的动画的各个图像数据，并将该图像数据经由图像变换部23输出至显示编码器24，进行可基于存储于存储卡32的图像数据显示动画等的处理。

另外，设于投影装置10的壳体的由主键及指示器等构成的键/指示器部37的操作信号直接发送至控制部38，来自遥控器的键操作信号被Ir接收部35接收，通过Ir处理部36解码后的代码信号输出至控制部38。

此外，在控制部38经由系统总线(SB)连接有声音处理部47。该声音处理部47具备PCM音源等音源电路，在投影模式及再生模式时，将声音数据模拟化，并驱动扬声器48来扩音播放。

另外，控制部38控制作为光源控制单元的光源控制电路41，该光源控制电路41以从光源装置60射出图像生成时要求的预定波段的光的方式对光源装置60的红色光源装置、绿色光源装置以及蓝色光源装置的发光分别进行控制。

而且，控制部38使冷却风扇驱动控制电路43执行设于光源装置60等的多个温度传感器的温度检测，并根据该温度检测的结果控制冷却风扇的转速。另外，控制部38还进行如下控制：使冷却风扇驱动控制回路43通过计时器等在投影装置10主体的电源断开后还继续冷却风扇的旋转，或者根据温度传感器的温度检测的结果使投影装置10主体的电源接通。

接下来，对该投影装置10的内部构造进行叙述。图2是表示投影装置10的内部构造的俯视示意图。在此，投影装置10的壳体形成为大致箱状，具备上表面及下表面、正面面板12、背面面板13、左侧面板14及右侧面板15。此外，在以下的说明中，投影装置10的左右表示相对于投影方向的左右方向，前后表示相对于投影装置10的屏幕侧方向及光线束的行进方向的前后方向。

投影装置10在中央部分具备光源装置60。投影装置10在光源装置60的左侧方具备内置投影光学系的形成为投影光学系220的透镜镜筒225。另外，投影装置10在透镜镜筒225与背面面板13之间具备与左侧面板14平行配置的DMD等显示元件51。而且，投影装置10在光源装置60与正面面板12之间具备主控制电路基板241，在透镜镜筒225与左侧面板14之间具备电源控制电路基板242。

另外，来自光源装置60的射出光经由RTIR棱镜175向显示元件51照射。然后，被显示元件51反射的光的光轴通过RTIR棱镜175与投影光学系的光轴一致，并向透镜镜筒225射出。

另外，在光源装置60与右侧面板15之间具备：电源连接器57；冷却后述的绿色光源101及蓝色光源141的散热器190；将在后述的红色光源121产生的热向散热器190引导的热管130；以及向散热器190吹冷却风的冷却风扇261。

光源装置60具备：配置于电源连接器57的附近且背面面板13的附近的蓝色光源装置140；配置于蓝色光源装置140的正面面板12侧的绿色光源装置100；以及配置于正面面板12侧大致中央的红色光源装置120。

射出蓝色波段光的蓝色光源装置140具备：蓝色光源141；柱透镜阵列142；可对光的强度分布进行分布调整地形成的强度变换透镜143；以及叠加柱透镜(叠加透镜)144。蓝色光源装置140配置为，蓝色波段光的射出方向为左侧面板14方向，且朝向比与背面面板13平行的方向靠正面面板12侧倾斜地射出。蓝色光源141采用射出蓝色波段光的作为半导体发光元件的激光二极管。

射出绿色波段光的绿色光源装置100具备绿色光源101、柱透镜阵列102、强度变换透镜103、以及叠加柱透镜(叠加透镜)104。绿色光源装置100向左侧面板14与背面面板13平行地射出绿色波段光。绿色光源101采用射出绿色波段光的作为半导体发光元件的激光二极管。

射出红色波段光的红色光源装置120具备红色光源121、柱透镜阵列122、强度变换透镜123、以及叠加柱透镜(叠加透镜)124。红色光源装置120向背面面板13与左侧面板14平行地射出红色波段光。红色光源121采用射出红色波段光的作为半导体发光元件的激光二极管。

此外，蓝色光源装置140、绿色光源装置100、红色光源装置120具备的柱透镜阵列142、102、122、强度变换透镜143、103、123、叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124的详情后面进行叙述。

在来自绿色光源装置100的绿色波段光和来自红色光源装置120的红色波段光交叉的位置配置有第一分色镜171。第一分色镜171反射绿色波段光，使红色波段光透过。从而，来自绿色光源装置100的绿色波段光和来自红色光源装置120的红色波段光光轴一致地向背面面板13方向被引导。

在透过第一分色镜171的红色波段光(换言之，在第一分色镜171反射的绿色波段光)和来自蓝色光源装置140的蓝色波段光交叉的位置配置有第二分色镜172。第二分色镜172反射绿色波段光及红色波段光，使蓝色波段光透过。从而，来自第一分色镜171的红色波段光及绿色波段光和来自蓝色光源装置140的蓝色波段光通过第二分色镜172将光轴一致，并朝向左侧面板14侧的RTIR棱镜175被引导。射入RTIR棱镜175的来自光源装置60的光束如上所述地向显示元件51照射。

通过这样构成投影装置10，若从各色光源装置100、120、140在不同的时刻射出光，则红色、绿色以及蓝色各波段光依次射入RTIR棱镜175而照射显示元件51的图像形成面，因此，通过投影装置10的作为显示元件51的DMD根据数据对各色的光进行分时显示，从而能够在屏幕投影彩色图像。

在此，对蓝色光源装置140、绿色光源装置100、红色光源装置120具备的柱透镜阵列142、102、122、强度变换透镜143、103、123、叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124详细进行说明。图3A是与图2同样地俯视的示意图，图3B是从图2的正面面板12侧观察的侧视示意图。各色光源141、101、121是截面椭圆形状的发光的作为半导体发光元件的激光二极管，就刚从各色光源141、101、121射出后的位置Q处的光的截面形状而言，在图3A中短轴为垂直于纸面的方向(参照从光轴方向观察的射出光的截面形状Q1)，在图3B中，长轴为垂直于纸面的方向(参照从光轴方向观察的射出光的截面形状Q2)。

此外，在图2、图3、图4(后述)中，示出了柱透镜阵列142、102、122和强度变换透镜143、103、123接触的情况，但柱透镜阵列142、102、122和强度变换透镜143、103、123也可以分离。

柱透镜阵列142、102、122通过将多个在来自各色光源141、101、121的射出光的短轴方向上具有曲率的柱透镜CL(图3B参照)在短轴方向(图3B中图的上下方向)上组合而形成。柱透镜阵列142、102、122朝向各色光源141、101、121配置曲率面。

形成为可调整光的长轴方向的强度分布的强度变换透镜143、103、123是将高斯分布变换成顶帽分布(被平坦化的分布)的透镜。本设计例中，以透镜的中心附近的光保持原状直线前进并扩展，透镜的周边附近的光稍微弯曲而与光轴大致平行的方式进行光学设计。

在此，基于图4，对强度变换透镜143、103、123的设计例进行说明。图4中，位置S是射出光被设定为矩形的均匀的(强度分布被平坦化的)光的位置(照明对象面)，主点P是强度变换透镜143、103、123的主点，发光点T是激光二极管的发光点，焦点F是强度变换透镜143、103、123的焦点。另外，将第一折射面表示为R1，将第二折射面表示为R2。

在此，首先，作为代表例对蓝色的光路的强度变换透镜143的设计例进行说明。以下表示强度变换透镜143的光学设计(透镜数据)的例。

玻璃材质：L－LAH84(折射率nd 1.80835阿贝数vd 40.55)

透镜厚：2.5mm

有效直径：φ5.4mm

R1面：平面

R2面：使用数式(1)及以下的值算出的偶数次非球面

曲率半径(R)：-4.125mm

二次曲面系数(k)：-7.328

α1：0.00E+00

α2：-2.06E-02

α3：2.59E-03

α4：-2.77E-04

α5：1.49E-05

【式1】

z：垂跨量

y：相距光轴的距离

c：曲率(1/R)

根据上述的透镜数据设计出的强度变换透镜143形成为入射面平坦、射出面凸的平凸形状且旋转对称的非球面透镜，射出面成为中心部为大致球面且周边部比中心部的曲率小的曲率变化面。而且，光的长轴方向的光射入透镜的中心部的大致球面部分及周边部的曲率变化面部分，光的短轴方向的光射入透镜的中心部的大致球面部分。具体而言，这样设计出的强度变换透镜143基于以下的条件1～3采用使来自蓝色光源141的光依次经由柱透镜阵列142、强度变换透镜143、叠加柱透镜(叠加透镜)144射出的蓝色光源装置140的布局设计。首先，就蓝色光源141的激光二极管的射出光的扩展角度而言，作为相对于强度分布的峰值成为1/e²(e：自然对数的底数)的强度的角度的半角，假定

Θ//：5度

Θ⊥：20度。

强度变换透镜143主要在激光二极管的截面椭圆形的射出光的长轴方向(垂直方向)上发挥作用，因此，使用垂直方向的角度20度(条件1)。

然后，将从强度变换透镜143到位置S的距离S1设为25mm(条件2)，将位置S处的射出光的长轴方向的长度S2设为4mm(条件3)。在此，将在射出光的长轴方向上作为平行平板发挥作用的柱透镜阵列142及叠加柱透镜(叠加透镜)144的厚度L3、L6均设定为1mm。另外，从强度变换透镜143的R1面到主点P的距离L4为1.3mm，强度变换透镜143的厚度L5为2.5mm。于是，具备强度变换透镜143的蓝色光源装置140的布局成为，主点P与焦点F的距离L1为5mm，发光点T与柱透镜阵列142的距离L2为1.8mm。这样，蓝色光源141的发光点T位于比与强度变换透镜143的中心部对应的焦点F的位置靠强度变换透镜143侧。

而且，对于绿色及红色的光路的强度变换透镜103、123，也与蓝色的光路的强度变换透镜143的设计同样地，根据颜色的波长、扩展角度(条件1)、相距DMD的距离(如图2所示，就相距DMD的距离而言，相比蓝色的光路，绿色及红色的光路更长)(条件2)，以成为最佳的方式进行设计。

如作为图4A的位置Q处的光强度分布的图5A所示，来自采用激光二极管的各色光源141、101、121的射出光示出了中心附近的光强度高的高斯分布。若来自这样的各色光源141、101、121的射出光射入柱透镜阵列142、102、122，则光束在短轴方向上被多次分割。被柱透镜阵列142、102、122多次分割而成的光束通过强度变换透镜143、103、123在长轴方向上被顶帽化。然后，在强度变换透镜143、103、123射出的被多次分割而成的光束通过叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124而叠加，在短轴方向上也被顶帽化。于是，如作为图4A的位置S处的光强度分布的图5B所示，来自各色光源141、101、121的射出光在位置S作为矩形的均匀的(强度分布被平坦化的)光而照射。

这样，利用柱透镜阵列142、102、122和叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124，将光在多个方向上分割且叠加，从而构成可调整与光的长轴方向正交的短轴方向的强度分布地形成的叠加变换光学部300。

另外，各色光源141、101、121的发光点T的位置比强度变换透镜143、103、123的焦点F的位置靠近强度变换透镜143、103、123。并且，强度变换透镜143、103、123具有图6那样的曲率分布。图6的曲率分布，横轴表示距离中心的位置，纵轴表示该位置的透镜曲率，表示其绝对值越接近0越近似于平面。根据该图可知，强度变换透镜143、103、123的设计为越向周边，曲率越接近0。因此，强度变换透镜143、103、123的中心部为大致球面，周边部为比该中心部的曲率小的曲率变化面。这样设计的强度变换透镜143、103、123的中心附近的光线扩展，另一方面，周边附近的光线射入非球面部，因此大幅弯曲，成为接近平行的光线。

来自激光二极管的射出光具有如下特性：截面椭圆形的短轴方向相比长轴方向，强度分布的散落更大，更容易变动。因此，如本实施方式这样，利用柱透镜阵列142、102、122在短轴方向上将光束分割，并利用叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124叠加，由此能够补偿射出光的短轴方向的变动。

在此，若与将来自激光二极管的射出光通过微透镜阵列叠加的情况比较，则在微透镜阵列中，纵横地存在微透镜间的棱线。从而，在使用仅在长轴方向上存在棱线的柱透镜阵列142、102、122的本实施方式中，光的损失量减半。

另外，在本实施方式表示的布局(沿着来自各色光源141、101、121的光的射出方向，依次设为柱透镜阵列142、102、122、强度变换透镜143、103、123、叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124的顺序)中，在布局上需要某程度的距离的柱透镜阵列142、102、122与叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124之间配置强度变换透镜143、103、123，因此能够实现节省空间化。除了本实施方式，例如，也能够采用沿射出方向，依次设为强度变换透镜143、103、123、柱透镜阵列142、102、122、叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124的顺序。该情况下，在强度变换透镜143、103、123射出的光在短轴方向上被平行化，并射入柱透镜阵列142、102、122，因此，光学效率提高。

另外，也可以是，沿射出方向，依次设为柱透镜阵列142、102、122、叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124、强度变换透镜143、103、123的顺序。

另外，强度变换透镜143、103、123采用了主要对截面椭圆形的长轴方向的光发挥作用的旋转对称的透镜，但对于强度变换透镜143、103、123而言，只要形成为可调整光的长轴方向的强度分布即可，例如，也可以更换成在长轴方向上具有曲率的柱形状的透镜。

另外，对叠加透镜144、104、124为在光的短轴方向上具有曲率的柱形状的例进行了说明，但不限于此，也可以为在光的长轴方向上具有曲率的透镜。例如，也可以为在光的短轴方向和长轴方向上具有相同的曲率的旋转对称的透镜，也可以为在光的短轴方向和长轴方向上具有不同的曲率的透镜。

(第二实施方式)

接下来，基于用细线表示光路的图7及图8，对本发明的第二实施方式进行说明。本实施方式在第一实施方式的蓝色光源装置140、绿色光源装置100、红色光源装置120中，将叠加变换光学部300(柱透镜阵列142、102、122、叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124)更换为作为叠加变换光学部300A的鲍威尔透镜145、105、125，将第一实施方式的旋转对称地形成的强度变换透镜143、103、123更换为大致长条状(柱形状)的强度变换透镜143A、103A、123A。此外，与第一实施方式的说明同样地，将刚从各色光源141、101、121射出截面椭圆形的光的位置设为位置Q，在图7A中，短轴表示垂直于纸面的方向(参照从光轴方向观察的射出光的截面形状Q1)，在图7B中，垂直于纸面的方向(参照从光轴方向观察的射出光的截面形状Q2)表示长轴。

鲍威尔透镜145、105、125在长轴方向上形成为大致长条状。鲍威尔透镜145、105、125的入射面形成为凹面。鲍威尔透镜145、105、125的射出面为非球面。另外，鲍威尔透镜145、105、125的射出面在短轴方向上具有曲率。具体而言，从长轴方向(参照图7B)观察，为将顶点朝向射出方向的大致三角形状，该大致三角形状的边部分向外方向形成凸弯曲状。

可调整光的长轴方向的强度分布地形成的强度变换透镜143A、103A、123A在长轴方向上形成为大致长条状。强度变换透镜143A、103A、123A以入射面侧平坦地形成且射出面在长轴方向上具有曲率的方式形成。本实施方式的强度变换透镜143A、103A、123A以在光的长轴方向上与第一实施方式的强度变换透镜143、103、123同样地，使透镜的中心附近的光保持原状直线前进并扩展，透镜的周边附近的光稍微弯曲而成为与光轴大致平行的方式进行光学设计。

作为本实施方式的代表例，使用上述的数式(1)，与图8一同对蓝色的光路的强度变换透镜143A的设计例进行说明。以下表示强度变换透镜143A的光学设计(透镜数据)的例。

玻璃材质：L－LAM60(折射率nd 1.7432阿贝数vd 49.29)

透镜厚：2.0mm

有效直径：φ3.6mm

R1面：平面

R2面：使用数式(1)及以下的值算出的偶数次非球面

曲率半径(R)：-2.808mm

二次曲面系数(k)：-1.05E+00

α1：0.00E+00

α2：-1.40E-02

α3：2.29E-03

α4：-2.79E-04

α5：8.70E-06

根据上述的透镜数据设计出的强度变换透镜143A成为，入射面平坦，射出面为凸的形状。并且，图9表示凸面的曲率的变化。如图9所示，由于强度变换透镜143A为越向周边，曲率越接近0那样的设计，所以中心附近的光线扩展，另一方面，周边附近的光线射入非球面部而较强地弯曲，成为接近平行的光线。这样，强度变换透镜143A的中心部为大致球面，周边部比该中心部的曲率小的曲率变化面。另外，在图7A中用细线表示光路，光的长轴方向的光射入透镜的中心部及周边部的曲率变化面部分，光的短轴方向的光保持原状地射入透镜。

具体而言，使用激光二极管的长轴方向(垂直方向)的扩展角度20度(条件1)，与第一实施方式(参照图4A)同样地，将从强度变换透镜143A到位置S的距离S1设为25mm(条件2)，将位置S处的射出光的长轴方向的长度S2设为4mm(条件3)。在此，如图8所示，从强度变换透镜143A的R1面到主点P的距离L12为1.1mm，主点P与焦点F的距离L10为3.8mm。于是，具备强度变换透镜143A的蓝色光源装置140的布局成为，从发光点T到R1面的距离L11为2.2mm。这样，蓝色光源141的发光点T位于比强度变换透镜143A的焦点F的位置靠强度变换透镜143A侧。关于强度变换透镜103A、123A，也同样地进行设计。

如图7B所示，从强度变换透镜143A、103A、123A射出的光的短轴方向在鲍威尔透镜145、105、125的形成为凹面的入射面在短轴方向上扩展。射入鲍威尔透镜145、105、125而扩展的光以大致三角状的顶点为边界被分割成上侧和下侧两个，并在照明对象面叠加。

从而，如与第一实施方式同样的图5所示，作为在位置Q为高斯分布的光强度分布的光(参照图5A)的来自采用激光二极管的各色光源141、101、121的射出光经由强度变换透镜143A、103A、123A及鲍威尔透镜145、105、125被顶帽化而向照明对象面(位置S，参照图4A)。

此外，在本实施方式中，强度变换透镜143A、103A、123A和鲍威尔透镜145、105、125设为分体，但也能够一体形成。另外，将鲍威尔透镜145、105、125的射出侧设为大致三角形状，但也可以与本实施方式相反地，将入射侧的面设为大致三角形状，将射出侧的面设为凹面。另外，根据叠加的光，也能够使本实施方式的鲍威尔透镜145、105、125的凹面的入射面平坦。

在上述实施方式中，作为发光装置，以激光二极管为例进行了列举。

激光二极管的θ⊥(长轴)方向为单峰，但θ//(短轴)方向由于为所谓的多模式而具有多个峰。该一个一个都成为激光二极管的震荡模式，根据驱动条件、劣化情况，各峰的比率变动，成为不稳定的原因。

关于θ⊥(长轴)方向，由于活性层的厚度薄为1μm左右，且为无法存在多个模式的状态，因此，分布的均匀性稳定(均匀性高)。

就θ//(短轴)方向而言，发光部分的宽度为几十μm～几百μm左右，相比θ⊥(长轴)方向，相差悬殊。因此，电流值或者温度局部地不同。于是，发光的位置/半导体的折射率/结晶内的缺陷等局部发生变化，其结果，各峰的比率也变化，分布的均匀性不稳定(均匀性差)。

从而，在上述实施方式中，构成为，将θ//(长轴)方向的光设为稳定方向(预定的方向)为并通过强度变换透镜顶帽化，将θ⊥(短轴)方向的光设为不稳定方向，并通过叠加变换光学部顶帽化。相反地，在短轴方向稳定而长轴方向不稳定的情况下的发光装置的情况下，只要将短轴方向通过强度变换透镜顶帽化，且将长轴方向通过叠加变换光学部顶帽化即可。

另外，光的分布不限于椭圆状，也可以为圆状分布、其它分布的光。

此外，在此，均匀性不稳定(均匀性差)是指，不管强度分布是对称还是非对称，高斯分布都崩溃、峰的数都变化、都形成多种分布。

不管哪一种，在发出具有发光强度分布相对于射出光轴在预定的方向和与该预定的方向正交的方向上均匀性不同的特性的光的发光装置中，只要构成为在均匀性稳定的(高的)方向通过强度变换透镜顶帽化而在均匀性不稳定的(低的)方向通过叠加变换光学部顶帽化，就能够高效地实现被顶帽化的矩形的照明光。

以上，光源装置60具有：作为发光装置的各色光源141、101、121，该发光装置具有这样的特性：发光光成为相对于射出光轴的强度分布的均匀性高的预定的方向和相比该预定的方向相对于射出光轴的均匀性低的与预定的方向正交的方向；强度变换透镜143、103、123，143A、103A、123A，其形成为能够调整预定的方向的强度分布，且供发光光射入；以及叠加变换光学部300、300A(柱透镜阵列142、102、122和叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124的组合，或者鲍威尔透镜145、105、125)，其形成为将不稳定方向的强度分布通过在多个方向上分割并重叠而可调整。

由此，即使将激光二极管作为发光装置，也能够形成将高斯分布顶帽化所得到的矩形的照明光。因此，能够不使用光通道、微透镜阵列等较大的光学部件，且提供小型化的光源装置。

另外，叠加变换光学部300包括：将在不稳定方向上具有曲率的柱透镜在不稳定方向上组合多个而成的柱透镜阵列142、102、122；以及将来自柱透镜阵列142、102、122的光叠加而照射到照射对象面的叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124。由此，能够增加不稳定方向的分割数，因此，能够形成光强度分布的变动强的光学系。

另外，强度变换透镜143、103、123的光的稳定方向的周边部的曲率比中心部的曲率小。由此，相比通过中心的光，能够使通过周边部的光大幅折射而进行调整。

另外，强度变换透镜143、103、123形成为平凸形状且旋转对称的非球面透镜。由此，相比由柱透镜形成，能够降低制造成本。

另外，强度变换透镜143、103、123的中心部为大致球面，周边部为比该中心部的曲率小的曲率变化面，稳定方向的光射入中心部及周边部，不稳定方向的光射入中心部。由此，能够调整长轴方向的强度分布而形成顶帽化的光。

另外，来自各色光源141、101、121的射出光射入柱透镜阵列142、102、122，来自柱透镜阵列142、102、122的射出光射入强度变换透镜143、103、123，来自强度变换透镜143、103、123的射出光射入叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124。由此，能够紧凑地形成各色光源装置140、100、120。

另外，也可以使来自各色光源141、101、121的射出光射入强度变换透镜143、103、123，来自强度变换透镜143、103、123的射出光射入柱透镜阵列142、102、122，来自柱透镜阵列142、102、122的射出光射入叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124。由此，能够提供光的利用效率良好的各色光源装置140、100、120。

另外，叠加柱透镜(叠加透镜)144、104、124使用在不稳定方向上具有曲率的柱形状的透镜。由此，能够形成仅在不稳定方向上发挥作用的设计，因此，能够使光学设计容易化。

另外，叠加变换光学部300A包括在不稳定方向上具有曲率的鲍威尔透镜145、105、125。由此，能够利用强度变换透镜143A、103A、123A和鲍威尔透镜145、105、125形成将高斯分布进行矩形的顶帽化而成的照明光，因此，能够使装置小型。

另外，鲍威尔透镜145、105、125的射出面能够设为非球面。由此，能够形成更接近顶帽形状的光强度分布。

另外，鲍威尔透镜145、105、125的入射面能够设为凹面。由此，能够扩展短轴方向的光。

另外，各色光源141、101、121的发光点T的位置为比强度变换透镜143、103、123的焦点F的位置接近强度变换透镜143、103、123的位置。由此，能够使形成为高斯分布的激光二极管的射出光的光强度分布顶帽化。

另外，投影装置10具备光源装置60、显示元件51、投影光学系220、以及投影控制部。由此，能够作为光源使用明亮的作为发光装置的激光二极管，并且使用顶帽化的照明光，能够提供小型化的投影装置10。

另外，以上说明的实施方式作为例子而提出，并非意在限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其它各种方式实施，在不脱离发明的宗旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含于发明的范围、宗旨，并且包含于权利要求书记载的发明及其等效的范围。

Claims (10)

1.一种光源装置，其特征在于，具备：

发光装置，其具有发光光成为相对于射出光轴的强度分布的均匀性高的预定的方向和相比该预定的方向相对于射出光轴的强度分布的均匀性低的与上述预定的方向正交的不稳定方向的特性；

强度变换透镜，其形成为能够调整上述预定的方向的强度分布，且供上述发光光射入；以及

叠加变换光学部，其形成为将上述不稳定方向的强度分布通过在多个方向上分割并叠加而能够调整。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，

上述叠加变换光学部包括：

将在上述不稳定方向上具有曲率的柱透镜在上述不稳定方向上组合多个而成的柱透镜阵列；以及

将来自上述柱透镜阵列的光叠加并照射至照明对象面的叠加透镜。

3.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，

上述强度变换透镜的上述预定的方向的周边部的曲率比中心部的曲率小。

4.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，

上述强度变换透镜为平凸形状且旋转对称的非球面透镜。

5.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，

上述强度变换透镜的中心部为大致球面，周边部为比该中心部的曲率小的曲率变化面，

上述预定的方向的光射入上述强度变换透镜的上述中心部及上述周边部，上述不稳定方向的光射入上述强度变换透镜的上述中心部。

6.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，

来自上述发光装置的射出光射入上述柱透镜阵列，

来自上述柱透镜阵列的射出光射入上述强度变换透镜，

来自上述强度变换透镜的射出光射入上述叠加透镜。

7.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，

来自上述发光装置的射出光射入上述强度变换透镜，

来自上述强度变换透镜的射出光射入上述柱透镜阵列，

来自上述柱透镜阵列的射出光射入上述叠加透镜。

8.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，

上述叠加变换光学部包括在上述不稳定方向上具有曲率的鲍威尔透镜。

9.根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于，

上述鲍威尔透镜的射出面为非球面，

上述鲍威尔透镜的入射面为凹面。

10.一种投影装置，其特征在于，具有：

权利要求1～9中任一项所述的光源装置；

被来自上述光源装置的光源光照射，且形成图像光的显示元件；

将从上述显示元件射出的上述图像光向屏幕投影的投影光学系；以及

控制上述显示元件和上述光源装置的投影装置控制部。

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