JP2015138082A - 光源装置および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スポークタイムを低減させることができ、かつ、混色を防ぐことができる、光源装置を提供する。
【解決手段】 異方性の放射角特性を有する複数の光源と、光源から出射された光束の光路を分割する光路分割部と、を有し、光路分割部は、入射した光束の光路を時分割で変更する回転ホイールを備えていて、回転ホイール上における光束の広がりは、第１の方向と第２の方向を有し、第１の方向は、回転ホイールへ入射する光束の主光線と回転ホイールにおいて反射される光束の主光線と、を含む平面の垂直方向であって、第１の方向における光束の広がりは、第２の方向における光束の広がりよりも大きい、光源装置による。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置および画像表示装置に関するものである。

画像形成部に光を照射して画像光を形成し、この画像光を被投射面であるスクリーンへと投射して、画像を表示させる画像表示装置（プロジェクタ）が知られている。このようなプロジェクタは、画像形成部に照射する光を供給する光源装置を搭載している。

プロジェクタに搭載される光源装置には、様々な光源が用いられる。近年では、ＬＤ（Laser Diode）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの固体光源が用いられている。固体光源を用いる光源装置では、プロジェクタをフルカラー表示可能にするために、複数の固体光源を用いる。例えば、光の３原色のそれぞれを出射する固体光源を備える光源装置や、固体光源を２つ用いて、それぞれが発する異なる色（２色）のうち、１色を波長変換して３原色を揃える光源装置などが知られている。

固体光源は、従来の水銀ランプと比較して複数のメリットがある。例えば、固体光源の寿命は、水銀ランプに比べて極めて長いので、固体光源を用いることで、光源に関してメンテナンスフリーとなる光源装置及びプロジェクタを得ることができる。

また、廃棄するときにおいて、水銀ランプは「水銀の処理」が問題になる。しかし、固体光源の廃棄においては、このような問題が無い。したがって、環境規制対応の点において、固体光源は、水銀ランプに比べて有利である。

さらに、固体光源は、「光量の立ち上り時間」が水銀ランプよりも短時間である。したがって、固体光源は、所望の明るさを瞬時に得られる点で有利である。

一方、固体光源が水銀ランプに対して劣っている点もある。固体光源の単体の発光量は、単体の水銀ランプに比べて小さい。そのため、水銀ランプと同等の発光量を得るには、複数の固体光源を組み合わせる必要がある。そこで、固体光源を用いる光源装置では、複数の固体光源から発せられる光の合成をするような構成を必要とする。

また、固体光源から発せられる光束は、一般に発散光束である。そのため、各固体光源に対してカップリングレンズを配置し、所望の光束形態に変換する構成を必要とする。

さらに、固体光源から発せられる光束は、その発散角に異方性がある。すなわち、単体の固体光源からの光の広がりは、方向によって、その大きさが異なる。そのため、複数の固体光源を組み合わせるときに、各固体光源の発散角を考慮した構成にする必要がある。

近来、データ用プロジェクタをモバイル用途に用いることも想定され、光源装置の小型化への要望も強い。そこで、プロジェクタに用いる光源装置も小型化を図る必要がある。

固体光源を用いた光源装置の小型化を図るには、固体光源を高密度に集積させる必要がある。また、固体光源に合わせてカップリングレンズも高密度に集積させる必要がある。このように、固体光源を用いた光源装置は、従来の水銀ランプを用いた光源装置に比べて、有利な点はあるが、光学部品の数が多くなり、小型化が困難になりがちである。

プロジェクタに用いる光源装置であって、複数の固体光源と、複数の回転ホイールを備えて、固体光源から出射された光を時分割的に光路分割する光源装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１の光源装置が備える回転ホイールは、光路を分割するためのものである。回転ホイールの光が当たる面は、複数のセグメントに分割されていて、各セグメントに異なる蛍光体が配置されている。また、セグメントごとに、光を反射させるか透過させるかを決めておき、これによって異なる光路へと光を分割する。

回転ホイールに特性の異なる複数のセグメントを設けるには、各セグメントの境界を設けなければならない。このセグメントの境界を「スポーク」という。

回転ホイールに入射した光束がスポークをまたぐとき、すなわち、回転ホイールに入射した光束が複数のセグメントに入射する状態になるとき、その光束は、複数の光路に同時に入射することになる。そうすると、混色が生じる原因になる。混色が生ずると、色再現範囲が狭くなるので、プロジェクタから投射されて表示される画像の品質（画像品質）を劣化させる。

混色を防ぐには、回転ホイールへの入射光束がスポークをまたぐ時間（以下、「スポークタイム」という。）に応じて、光源からの光の出射を停止すればよい。しかしながら、光源からの光の出射をスポークタイムの分だけ停止すると、画像形成素子を照明する光の光量が減少する。すなわち、混色を防ぐためにスポークタイムを十分長くすると、単位時間当たりの画像表示のための光量が低下し、画像が暗くなる。

そこで本発明は、スポークタイムを低減させることができ、かつ、混色を防ぐことができる、光源装置を提供することを目的とする。

本発明は、異方性の放射角特性を有する複数の光源と、前記光源から出射された光束の光路を分割する光路分割部と、を有する光源装置であって、前記光路分割部は、入射した前記光束の光路を時分割で変更する回転ホイールを備えていて、前記回転ホイール上における前記光束の広がりは、第１の方向と第２の方向を有し、前記第１の方向は、前記回転ホイールへ入射する前記光束の主光線と前記回転ホイールにおいて反射される前記光束の主光線と、を含む平面に対する垂直方向であって、前記第１の方向における前記光束の広がりは、前記第２の方向における前記光束の広がりよりも大きい、ことを最も主な特徴とする。

本発明によれば、スポークタイムを低減させることができ、かつ、混色を防ぐことができる。

本発明に係る画像表示装置の実施の形態を示す光学配置図である。 上記画像表示装置が備える光源装置の光源部の構成を示す平面図である。 上記光源部の側面図であって、（ａ）Ｙ軸方向の側面図、（ｂ）Ｘ軸方向の側面図である。 上記光源装置の構成を示す、（ａ）ＹＺ平面上の光学配置図、（ｂ）ＸＺ平面上の光学配置図、（ｃ）ＹＸ平面上の光学配置図、（ｄ）比較例を示す光学配置図、である。 本発明に係る画像表示装置の別の実施の形態を示す光学配置図である。 上記画像表示装置が備える光源装置の光源部の別の構成を示す平面図である。 上記光源部の側面図であって、（ａ）Ｙ軸方向の側面図、（ｂ）Ｘ軸方向の側面図である。

以下、本発明に係る光源装置と、本発明に係る画像表示装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る光源装置を備える画像表示装置の実施の形態を示す光学配置図である。

●画像表示装置（１）
図１に示すように、本発明に係る画像表示装置の実施の形態であるプロジェクタ１０００は、本発明に係る光源装置の実施の形態である光源ユニット１００と、照明光学系２００と、画像形成部３００と、投射光学系４００と、制御部５００と、を有してなる。

制御部５００は、プロジェクタ１０００の全体の動作を制御するプロセッサである。

光源ユニット１００は、制御部５００からの制御信号に応じて、光源部１を動作させて、光を照明光学系２００に向けて出射する。光源ユニット１００の詳細な構成は後述する。

照明光学系２００は、第１リレーレンズ２０１と、第２リレーレンズ２０２と、カラーホイール２０３と、ロッドインテグレータ２０４と、折り返しミラー２０５と、を有してなる。

画像形成部３００は、例えば、多数の微小ミラーを２次元的に配列した画像表示面を備えるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）である。ＤＭＤは、各微小ミラーの角度を独立して変化させることができるデバイスである。ＤＭＤである画像形成部３００は、制御部５００からの制御信号によって各ミラーの角度を±１２度の範囲で変化させて画像光を形成する。

投射光学系４００は、複数の投射レンズと、この投射レンズを保持するレンズ鏡胴等を備えている。投射光学系４００に入射した画像光は、図示しないスクリーンへと投射される。

光源ユニット１００から出射された光は、第１リレーレンズ２０１によってロッドインテグレータ２０４の入射口に集光される。第１リレーレンズ２０１とロッドインテグレータ２０４の間には、カラーホイール２０３が配置されている。

カラーホイール２０３は、制御部５００の制御信号に応じて動作し、透過する光の波長を時分割変調させる光波長変換装置である。

ロッドインテグレータ２０４は、４つのミラーを組み合わせてトンネル状にしたライトパイプである。カラーホイール２０３を透過し、ロッドインテグレータ２０４に入射した光は、ミラー面で反射を繰り返して、ロッドインテグレータ２０４の出射端において、光量分布が一様な状態になる。

この光量分布が一様な光は、第１リレーレンズ２０１と、折り返しミラー２０５と、を介して画像形成部３００を照明する。

このように、ロッドインテグレータ２０４の出射端を、光量分布が一様な面光源として捉えて、この面光源の光源像を画像形成部３００であるＤＭＤの画像表示面上に形成する。これによって、画像形成部３００は、一様な照度分布で照らされるので、その拡大像である画像も一様な照度分布となる。

画像形成部３００によって形成された画像光は投射光学系４００に入射して、被投射面であるスクリーンへと拡大投射される。したがって、画像形成部３００の有効画像領域は、投射光学系４００のイメージサークル内に配置されている。

なお、「イメージサークル」とは、投射光学系４００に対し、スクリーン上の投射画像を物体として見たときに、像側となる光源ユニット１００側のイメージサークルである。

●光源装置（１）
次に、光源ユニット１００の構成について説明する。光源部１は、波長Ａの光を制御部５００からの制御信号に応じて出射する。以下において、「波長Ａの光」を第１光ＬＡと表記する。

光源ユニット１００は、光源部１と、光路分割部２と、光波長変換部３と、を有してなる。光源部１から出射された第１光ＬＡが光路分割部２に向かう光路中には、集光レンズ４１が配置されている。光路分割部２で反射された第１光ＬＡが光波長変換部３に向かう光路中には、第１ダイクロイックミラー５１が配置されている。光路分割部２を透過した第１光ＬＡが照明光学系２００に向かう光路中には、第２ダイクロイックミラー５２が配置されている。第１ダイクロイックミラー５１から第２ダイクロイックミラー５２へと光が向かう光路中には、反射ミラー５３が配置されている。

集光レンズ４１は、後述するように第１集光レンズ４１１と第２集光レンズ４１２から構成されている。集光レンズ４１によって、光源部１から出射された第１光ＬＡは、光路分割部２に集光される。

光路分割部２は、第１光ＬＡが集光されて入射される側の面（入射面）が複数のセグメントに分割されている回転ホイール２１と、回転ホイール２１を回転させる回転軸となるモーター２２と、を有してなる。

回転ホイール２１の各セグメントは、第１光ＬＡに対する異なる作用を発揮する。例えば、回転ホイール２１には、第１光ＬＡを透過する透過部となるセグメントが形成されている。また、回転ホイール２１には、第１光ＬＡを反射する反射部となるセグメントが形成されている。回転ホイール２１上の透過部と反射部との境界であるセグメント境界が、いわゆるスポークと呼ばれる部分である。

モーター２２は、制御部５００により回転動作が制御される。回転ホイール２１の回転は、モーター２２の回転動作による。したがって、回転ホイール２１の回転動作も、制御部５００の制御による。

回転ホイール２１の回転動作によって、時分割的に透過部と反射部の位置が変化する。光源部１と回転ホイール２１との位置関係は固定されている。したがって、回転ホイール２１の回転動作によって、第１光ＬＡの入射面が変化することになる。すなわち、第１光ＬＡの入射面が透過部であれば、第１光ＬＡは回転ホイール２１を透過して進行する。また、第１光ＬＡの入射面が反射部であれば、第１光ＬＡは所定の角度をもって反射される。このように、光路分割部２によって第１光ＬＡの光路は、時分割的に変更される。

回転ホイール２１は、光源部１から出射された第１光ＬＡの進行方向に対して傾斜して配置されている。この回転ホイール２１の傾斜角度は、例えば、４５度である。

ここで、光源ユニット１００が備える光学素子の配置を説明するときに用いる方向軸について説明する。

光源部１から出射された第１光ＬＡの主光線が回転ホイール２１へと進行する方向を、Ｚ方向とする。このＺ方向の軸を「Ｚ軸」とする。

Ｚ軸方向と直交する方向であって、回転ホイール２１の反射部によって第１光ＬＡが反射されたとき、その反射光束が進行する主光線の進行方向をＸ方向とする。このＸ方向の軸を「Ｘ軸」とする。

Ｚ軸の方向とＸ軸の方向に直交する方向であって、図１の紙面から立ち上がる方向をＹ方向とする。このＹ方向の軸を「Ｙ軸」とする。

光源部１から出射された第１光ＬＡの光束であって回転ホイール２１に入射する入射光束の主光線と、回転ホイール２１によって反射された第１光ＬＡの光束（反射光束）の主光線と、を含むＸＺ平面を「基準平面」とする。なお、「主光線」とは、第１光ＬＡの光束の中心における光線を意味する。

図１に示すように、光源ユニット１００において、光路分割部２の回転軸であるモーター２２は、基準平面であるＸＺ平面上には、配置されていない。光路分割部２の回転軸は、基準平面からＹ軸方向にシフトした位置に配置されている。すなわち、光路分割部２の回転軸は、基準平面から垂直方向にシフトしている。

次に、光源ユニット１００の動作について説明する。すでに説明した通り、光源部１から出射した第１光ＬＡは、集光レンズ４１によって、回転ホイール２１の透過部または反射部に集光される。

第１光ＬＡの集光位置（入射位置）が回転ホイール２１の透過部に当たるとき、第１光ＬＡは、光路分割部２を通過して、第２ダイクロイックミラー５２に向かう。

また、第１光ＬＡの集光位置（入射位置）が回転ホイール２１の反射部に当たるとき、第１光ＬＡは、光路分割部２によって反射されて、光波長変換部３が配置されている方向（Ｘ軸方向）に進行する。

回転ホイール２１から光波長変換部３への光路中に配置されている第１ダイクロイックミラー５１は、第１光ＬＡ（波長Ａの光）を透過し、波長Ｂの光（以下、第２光ＬＢと表記する。）を反射するダイクロイック膜が施されている。したがって、回転ホイール２１によって反射された第１光ＬＡは、第１ダイクロイックミラー５１を透過して、光波長変換部３へと向かう。

光波長変換部３は、光の波長を変換する蛍光体が反射面に配置されている。光波長変換部３に配置されている蛍光体は、光の波長を波長Ａから波長Ｂへと変換する蛍光体である。したがって、光波長変換部３に当たった第１光ＬＡは、第２光ＬＢに変換されて反射される。光波長変換部３の反射面は、第１光ＬＡの入射方向に対して垂直なので、第２光ＬＢは、第１光ＬＡの進行方向とは真逆の方向に進行する。

光波長変換部３から反射された第２光ＬＢは、第１ダイクロイックミラー５１によって、光路を９０度変更する方向に反射される。

第１ダイクロイックミラー５１において反射された第２光ＬＢの進行方向には、第２光ＬＢの進行方向に対して４５度の傾斜をもって反射ミラー５３が配置されている。したがって、第２光ＬＢは、反射ミラー５３によって光路を９０度変更する方向へと反射される。このようにして、反射された第２光ＬＢは、第２ダイクロイックミラー５２に向かう。

第２ダイクロイックミラー５２は、第１光ＬＡの進行方向と第２光ＬＢの進行方向の双方に対し、傾斜して配置されている。ここで、第２ダイクロイックミラー５２の傾斜角度は、例えば４５度である。第１光ＬＡは、第２ダイクロイックミラー５２を透過して照明光学系２００に向かう。第２光ＬＢは、光路を９０度変更する方向へと反射されて照明光学系２００に向かう。

以上のとおり、光源ユニット１００は、光源部１から出射された第１光ＬＡと、第１光ＬＡから波長Ｂへと変換された第２光ＬＢを、第２ダイクロイックミラー５２において合成し、照明光学系２００に向けて出射する。

次に、光源部１の構造について、より詳細に説明する。図２は、光源部１の構成を示す平面図であって、第１光ＬＡの出射方向から見た図である。

図２に示すように、光源部１は、複数の固体光源素子１１が２次元の格子状に配列されてなる。このように複数の固体光源素子１１を組み合わせることで、単体では従来の水銀ランプよりも劣る固体光源素子１１の光量を補うことができる。

固体光源素子１１は、異方性の放射角特性を有している。すなわち、固体光源素子１１の出射光束の発散角は、異方性を有する。光源部１は、図２に示すように、固体光源素子１１のそれぞれの発散角が、第１の方向であるＹ軸方向には大きく、第２の方向であるＸ軸方向には小さくなるように、各固体光源素子１１の発散角を揃えて配置している。このように固体光源素子１１の発散角を揃えて配置することにより、製造誤差があっても、回転ホイール２１上における入射光束の広がりを低減させることができる。

図３は、光源部１の側面図であって、（ａ）Ｙ軸方向の側面図、（ｂ）Ｘ軸方向の側面図、である。図３に示すように、光源部１は、固体光源素子１１のそれぞれに対向してカップリングレンズ１２が配置されている。固体光源素子１１から出射された光束（第１光ＬＡ）は、カップリングレンズ１２によって所望の収束状態にカップリングされて、第１集光レンズ４１１と第２集光レンズ４１２へと導光される。

カップリングレンズ１２の焦点距離は、全て同一の焦点距離であって、固体光源素子１１のそれぞれから出射された第１光ＬＡが、第１集光レンズ４１１と第２集光レンズ４１２を介して回転ホイール２１上で結像するように、調整されている。

以上のように、第１光ＬＡは回転ホイール２１に集光されて、単一の固体光源素子１１について結像される。言い換えれば、固体光源素子１１のそれぞれから出射された第１光ＬＡは、一点の集束点に集められる。

第１集光レンズ４１１と第２集光レンズ４１２は、回転対象な光学素子である。これらにより構成される集光レンズ４１によれば、固体光源素子１１の発散角の異方性は、回転ホイール２１上の光束にも維持される。

固体光源素子１１のそれぞれから出射される第１光ＬＡの回転ホイール２１の入射面に集束される入射位置がずれる場合は、回転ホイール２１を大型にする必要がある。回転ホイール２１を大型にすると、光源ユニット１００のコスト増加や、回転ホイール２１の回転むらの影響を受けやすくなることで単位時間当たりの光量の低下につながる。

特に、入射位置が回転ホイール２１のスポークをまたがないようにすることは重要である。仮に、入射位置がスポークをまたぐならば、スポークタイムを確保する必要がある。そうすると、光源部１からの光の出射をスポークタイムの間は停止しなければ、混色が発生する。

光源部１からの光の出射を停止すると、その分の時間当たり光量が低下し、光利用効率が低下する。これを避けるためには、回転ホイール２１上への第１光ＬＡの入射位置ずれは、できるだけ小さくする必要がある。

そこで、光源部１は、図３（ｂ）に示すように、回転ホイール２１上の入射位置における第１光ＬＡの広がりが、回転ホイール２１上の直径方向において大きく（広く）なるように構成されている。言い換えると、回転ホイール２１上の入射位置における第１光ＬＡの広がりが、回転ホイール２１の直径方向とは異なる方向においては小さく（狭く）なるように構成されている。

回転ホイール２１上のセグメントの境界であるスポークは、回転ホイール２１の直径方向に存在する。したがって、回転ホイール２１上の入射位置の第１光ＬＡの広がりの方向が、スポークをまたぐ方向において狭くなるようにしている。

すなわち、光源部１は、固体光源素子１１のそれぞれから出射された光束の広がりが広い方向が、回転ホイール２１上の入射位置における直径方向（スポークの向き）と一致するように、固体光源素子１１のそれぞれを配置したものである。

このように固体光源素子１１を配置することで、スポークタイムの発生を低減させることができる。また、スポークタイムが発生したとしても、それを短縮することができる。

以上説明したように、光源部１を備える光源ユニット１００は、スポークタイムを低減させることができ、かつ、混色を防ぐことができる。したがって、光源ユニット１００は、明るさと色再現範囲向上とを両立させることができる。

また、光源ユニット１００を備えるプロジェクタ１０００は、スポークタイムを低減させることができ、かつ、混色を防ぐことで、明るさと色再現範囲向上とを両立させることができる。

次に、光源ユニット１００の特徴について、さらに説明する。図４は、光源ユニット１００のうち、光源部１と光路分割部２と光波長変換部３のみを抽出した光学配置図である。

図４（ａ）は、ＹＺ平面上の光学配置図である。図４（ｂ）は、ＸＺ平面上の光学配置図である。図４（ｃ）は、ＹＸ平面上の光学配置図である。図４（ｄ）は、比較例を示す光学配置図である。

図４（ａ）に示すように、光波長変換部３は、回転ホイール２１から見て、Ｘ軸方向に配置されている。

図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、光路分割部２を構成する回転ホイール２１は、光源部１から出射された第１光ＬＡの進行方向に対し、傾斜して配置されている。回転ホイール２１の法線と第１光ＬＡからなる入射光束とが形成する角度は、４５度である。すなわち、回転ホイール２１は、第１光ＬＡからなる入射光束の入射角が４５度になるように配置されている。

入射光束に対して回転ホイール２１を傾斜させることにより、回転ホイール２１において反射された光の反射光路は、回転ホイール２１において透過する光路に対して９０度異なる角度となる。これによって、回転ホイール２１の保持部（不図示）の加工が容易になり、保持部の加工精度の向上を図ることができる。

また、図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、回転ホイール２１は、基準平面（ＸＺ平面）に対して、回転ホイール２１の回転軸であるモーター２２の位置が垂直方向（Ｙ軸方向）にシフトして配置されている。このような位置関係をもって回転ホイール２１を配置することで、回転ホイール２１上の光束の入射位置において、回転ホイール２１の「スポーク」と「基準平面」とが直交する関係になる。

回転ホイール２１上の光束の入射位置において、回転ホイール２１のスポークと基準平面とが直交することで、光源ユニット１００は、回転ホイール２１と、回転ホイール２１への入射光束の光路との干渉を避けることができる。これによって、光源ユニット１００は、基準平面の向きについて小型化を図ることができる。

光源ユニット１００は、上記の位置関係を形成することで、回転ホイール２１上の光束の入射位置において、回転ホイール２１の直径方向が基準平面に対し直交する。すなわち、回転ホイール２１の直径方向と、入射光束の広がりが広い方向が一致する。また、入射光束の広がりの広い方向と基準平面が直交する。言い換えると、入射光束の広がりの狭い方向と基準平面は、平行である。

以上の構成を備える光源ユニット１００は、明るさと色再現範囲が向上でき、さらに基準平面の向きにおいて小型化を図ることができる。

仮に、基準平面に対して回転ホイール２１の回転軸が垂直方向にシフトしていないとすると、図４（ｄ）に示すように、回転ホイール２１と入射光束との干渉を避ける必要が生じて、回転ホイール２１が大型になる。

●画像表示装置（２）
次に、本発明に係る画像表示装置の別の実施の形態について、先に説明した実施の形態と異なる部分を中心に説明する。図５は、本実施の形態を示す光学配置図である。

図５に示すように、本実施の形態に係るプロジェクタ１０００ａは、本発明に係る光源装置の別の実施の形態である光源ユニット１００ａと、照明光学系２００と、画像形成部３００と、投射光学系４００と、制御部５００と、を有してなる。

プロジェクタ１０００ａが備える照明光学系２００と、画像形成部３００と、投射光学系４００は、先に説明をした実施の形態に係るプロジェクタ１０００のものと同様の構成である。したがって、説明を省略する。

●光源装置（２）
次に、本実施の形態に係る光源ユニット１００ａの構成について、説明する。光源ユニット１００ａは、光源部１と、光路分割部２と、光波長変換部３と、を有してなる。光源部１から出射された第１光ＬＡが光路分割部２に向かう光路中には、集光レンズ４１が配置されている。光路分割部２を透過した第１光ＬＡが照明光学系２００に向かう光路中には、第２ダイクロイックミラー５２が配置されている。光波長変換部３から光路分割部２を通過して第２ダイクロイックミラー５２へと向かう光路中には、第２反射ミラー５４と第３反射ミラー５５が配置されている。

以上の配置からなる光学素子を備える光源ユニット１００ａにおいて、光路分割部２の回転ホイール２１は、第１光ＬＡ及び第２光ＬＢの入射面に形成されているセグメントが、透過部とダイクロイックミラー部になっている。回転ホイール２１上のダイクロイックミラー部は、第１光ＬＡを反射し、第２光ＬＢを透過するダイクロイック膜が施されている。

光源部１から出射された第１光ＬＡは、その入射位置がダイクロイックミラー部であれば、回転ホイール２１により時分割的に一部が反射されて光路が分割される。反射された第１光ＬＡは、光波長変換部３によって第２光ＬＢへと変換されて反射され、回転ホイール２１の方向に戻る。第２光ＬＢは、回転ホイール２１上の入射位置がダイクロイックミラー部と透過部のいずれであっても、回転ホイール２１を透過する。

回転ホイール２１を透過した第２光ＬＢは、第２反射ミラー５４と第３反射ミラー５５によって、第２ダイクロイックミラー５２に向かう。

また、光源部１から出射された第１光ＬＡのうち、回転ホイール２１により反射されなかった第１光ＬＡは、回転ホイール２１を透過して、第２ダイクロイックミラー５２に向かう。

第２ダイクロイックミラー５２は、第１光ＬＡの進行方向と第２光ＬＢの進行方向の双方に対し、傾斜して配置されている。第１光ＬＡは、第２ダイクロイックミラー５２を透過して照明光学系２００に向かう。第２光ＬＢは、光路を９０度変更する方向へと反射されて照明光学系２００に向かう。

以上のとおり、光源ユニット１００ａは、光源部１から出射された第１光ＬＡと、第１光ＬＡから波長Ｂへと変換された第２光ＬＢを、第２ダイクロイックミラー５２において合成し、照明光学系２００に向けて出射する。

すでに説明をした実施の形態と同様に、本実施の形態に係る光源ユニット１００ａにおいても、光路分割部２の回転軸であるモーター２２は基準平面上には配置されていない。光路分割部２の回転軸は、基準平面からＹ軸方向にシフトした位置に配置されている。

回転ホイール２１上の入射位置における第１光ＬＡの広がりが、回転ホイール２１の直径方向において大きく（広く）なるように構成されている。言い換えると、回転ホイール２１上の入射位置における第１光ＬＡの広がりが、回転ホイール２１の直径方向とは異なる方向においては小さく（狭く）なるように構成されている。

回転ホイール２１上のセグメントの境界であるスポークは、回転ホイール２１の直径方向に存在するので、回転ホイール２１上の入射位置の第１光ＬＡの広がりの方向が、スポークをまたぐ方向において狭くなるようにしている。

すなわち、本実施の形態における光源部１においても、固体光源素子１１のそれぞれから出射された光束の広がりが広い方向は、回転ホイール２１上の入射位置における直径方向（スポークの向き）と一致するように、固体光源素子１１のそれぞれを配置している。

このように固体光源素子１１を配置することで、光源ユニット１００ａは、スポークタイムの発生を低減させることができる。また、スポークタイムが発生したとしても、それを短縮することができる。

以上のとおり、光源ユニット１００ａは、スポークタイムを低減させることができ、かつ、混色を防ぐことができる。これによって、明るさと色再現範囲向上とを両立させることができる。

また、光源ユニット１００ａを備えるプロジェクタ１０００ａは、スポークタイムを低減させることができ、かつ、混色を防ぐことで、明るさと色再現範囲向上とを両立させることができる。

●光源装置（３）
次に、本発明に係る光源装置のさらに別の実施の形態について先に説明した実施の形態と異なる部分を中心に説明する。図６は、本実施の形態に係る光源ユニットが備える光源部１ｂの構成を示す平面図である。図６は、光源部１ｂを、第１光ＬＡの出射方向から見た図である。

図６に示すように、光源部１ｂは、複数の固体光源素子１１が円環状に配列されてなる。このように複数の固体光源素子１１を組み合わせることで、単体では従来の水銀ランプよりも劣る固体光源素子１１の光量を補うことができる。

固体光源素子１１は、出射光束の発散角に異方性を有する。そこで、図６に示すように、光源部１ｂは、固体光源素子１１のそれぞれの発散角がＹ軸方向では広く、Ｘ軸方向では狭くなるように、各固体光源素子１１の発散角を揃えて配置している。このように発散角を揃えて固体光源素子１１を配置することにより、製造誤差があっても、回転ホイール２１への入射光束の広がりを低減させることができる。

図７は、光源部１ｂの側面図であって、（ａ）Ｙ軸方向から見た図、（ｂ）Ｘ軸方向から見た図、である。図７に示すように、光源部１ｂは、固体光源素子１１のそれぞれに対向してカップリングレンズ１２が配置されている。固体光源素子１１から出射された光束（第１光ＬＡ）は、カップリングレンズ１２によって所望の収束状態にカップリングされて、第１集光レンズ４１１と第２集光レンズ４１２へと導光される。

カップリングレンズ１２の焦点距離は、全て同一の焦点距離であって、固体光源素子１１のそれぞれから出射された第１光ＬＡが、第１集光レンズ４１１と第２集光レンズ４１２を介して回転ホイール２１上で結像するように、調整されている。

以上説明したように、第１光ＬＡは回転ホイール２１に集光されて、単一の固体光源素子１１について結像される。言い換えれば、固体光源素子１１のそれぞれから出射された第１光ＬＡは、一点の集束点に集められる。

第１集光レンズ４１１と第２集光レンズ４１２は、回転対象な光学素子である。これらにより構成される集光レンズ４１によれば、固体光源素子１１の発散角の異方性は、回転ホイール２１上の光束にも維持される。

固体光源素子１１のそれぞれから出射される第１光ＬＡの回転ホイール２１の入射面に集束される入射位置がずれる場合は、回転ホイール２１を大型にする必要がある。回転ホイール２１を大型にすると、光源ユニットのコスト増加や、回転ホイール２１の回転むらの影響を受けやすくなることで単位時間当たりの光量の低下につながる。

特に、入射位置が回転ホイール２１のスポーク（不図示）をまたがないようにすることは重要である。仮に、入射位置がスポークをまたぐならば、スポークタイムを確保する必要がある。そうすると、光源部１ｂからの光の出射をスポークタイムの間は停止しなければ、混色が発生する。

光源部１ｂからの光の出射を停止すると、その分の時間当たり光量が低下し、光利用効率が低下する。これを避けるためには、回転ホイール２１上への第１光ＬＡの入射位置ずれは、できるだけ小さくする必要がある。

そこで、光源部１ｂは、図７（ｂ）に示すように、回転ホイール２１上の入射位置における第１光ＬＡの広がりが、回転ホイール２１の直径方向において大きく（広く）なるようにしている。言い換えると、回転ホイール２１上の入射位置における第１光ＬＡの広がりが、回転ホイール２１の直径方向とは異なる方向においては小さく（狭く）なるようにしている。

回転ホイール２１上に形成されるセグメントにより生じるスポークは、回転ホイール２１の直径方向に存在する。したがって、回転ホイール２１上の入射位置の第１光ＬＡの広がりの方向が、スポークをまたぐ方向において狭くなるようにしている。

すなわち、光源部１ｂは、固体光源素子１１のそれぞれから出射された光束の広がりが広い方向が、回転ホイール２１上の入射位置における直径方向（スポークの向き）と一致するように、固体光源素子１１のそれぞれを配置したものである。

固体光源素子１１から出射された第１光ＬＡの回転ホイール２１上の入射位置において、入射光束の主光線と反射光束の主光線とを含む平面と、固体光源素子１１のそれぞれの発散角の広がりの広い方向は、直交する。

このように固体光源素子１１を配置することで本実施の形態に係る光源ユニットは、スポークタイムの発生を低減させることができる。また、スポークタイムが発生したとしても、それを短縮することができる。

さらに本実施の形態に係る光源ユニットによれば、固体光源素子１１を円環状に配置したことで、各素子間の距離を均一にすることができる。これによって、光源部１ｂの冷却制御が容易になる。

すなわち、光源部１ｂを備える光源ユニットは、スポークタイムを低減させることができ、かつ、混色を防ぐことができる。これによって、明るさと色再現範囲向上とを両立させることができる。

また、本実施の形態に係る光源ユニットを備えるプロジェクタであれば、スポークタイムを低減させることができ、かつ、混色を防ぐことで、明るさと色再現範囲向上とを両立させる、画像表示装置を得ることができる。

１ 光源部
２ 光路分割部
３ 光波長変換部
１１ 固体光源素子
２１ 回転ホイール
１００ 光源ユニット
１０００ プロジェクタ

特開２０１２−１４１４１１号公報

Claims (9)

1. 異方性の放射角特性を有する複数の光源と、
   前記光源から出射された光束の光路を分割する光路分割部と、
   を有する光源装置であって、
   前記光路分割部は、入射した前記光束の光路を時分割で変更する回転ホイールを備えていて、
   前記回転ホイール上における前記光束の広がりは、第１の方向と第２の方向を有し、
   前記第１の方向は、前記回転ホイールへ入射する前記光束の主光線と前記回転ホイールにおいて反射される前記光束の主光線と、を含む平面に対する垂直方向であって、
   前記第１の方向における前記光束の広がりは、前記第２の方向における前記光束の広がりよりも大きい、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記第２の方向は、前記平面と平行な方向である、
   請求項１記載の光源装置。
3. 前記回転ホイール上における前記光束の広がりは、前記第１の方向が最も大きい、
   請求項１または２記載の光源装置。
4. 前記回転ホイールは、前記光束が入射する面が複数のセグメントに分割されていて、
   少なくとも、前記光束を透過する透過部と、前記光束を反射する反射部と、を有する、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置。
5. 前記回転ホイールの反射部は、ダイクロイックミラー部である、
   請求項４記載の光源装置。
6. 前記回転ホイールの回転軸は、前記平面には配置されていない、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の光源装置。
7. 前記回転ホイールは、前記光源から出射された光束の進行方向に対し、傾斜して配置されている、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置。
8. 前記回転ホイールの傾斜角は、前記光源から出射された光束の進行方向に対して４５度である、
   請求項７記載の光源装置。
9. 光源装置と、
   前記光源装置から出射された光により画像形成部を照明する照明光学系と、
   前記画像形成部に形成された画像を被投射面に拡大投射する投射光学系と、
   を有し、
   前記光源装置は、請求項１乃至８のいずれかに記載の光源装置である、
   ことを特徴とする画像表示装置。