JP2017016155A - 光学ユニットおよびこれを用いた光学装置、光源装置、投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、光の利用効率の低下を抑制しつつ、より小型な光源装置を実現可能な光学装置及びこれを用いた光源装置、投射型表示装置を提供することである。【解決手段】 放物面ミラーアレイ３０が、複数のＬＤ１からの光束を反射し、凹レンズ５へ導く複数の放物面ミラー３を備える。そして、複数の放物面ミラー３からの複数の光束は複数の収斂光束であり、複数の放物面ミラー３は、複数の収斂光束が複数の放物面ミラー３から離れるにつれて互いの距離を縮めるように複数のＬＤ１からの光束を反射する。【選択図】 図２

Description

本発明は、光学ユニットおよびこれを用いた光学装置、光源装置、投射型表示装置に関する発明である。特に、半導体レーザーなどの固体光源を光源として用いた光源装置に関するものである。

近年、高出力の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高輝度を実現するためには、多数のＬＤを配列して使用することが考えられる。しかしながら、ＬＤは高温になるほど光出力が低下してしまうため、プロジェクターの小型化を優先してＬＤを密接して配列すると、ＬＤが互いに熱を与えあってしまうことでＬＤの光出力が低下し、投射画像の明るさを損ねてしまうことになる。

このため、ＬＤを配列する場合には配列間隔を広くとることで、相互の熱作用を出来るだけ低減する必要がある。しかしながら、配列間隔を広くすると、ＬＤ群から射出される光束は太くなるため、その後の光学素子も大型化してしまい、コスト的にも重量的にも好ましくない。

このような背景に鑑み、ＬＤ群から射出される光束をできるだけ細くすることを目的とした技術が特許文献１及び２に示されている。

特許文献１には、複数のＬＤからの光束の進行方向に複数の平面ミラーを設け、複数の平面ミラーの角度を調整することで、蛍光体上に集光させる技術が開示されている。

特許文献２には、複数のＬＤからの光束の進行方向に、１つの放物面ミラーを設け、さらに放物面ミラーからの光束をミラーで反射して蛍光体上に集光させる技術が開示されている。

特開２０１１−６５７７０号公報 特開２０１４−８２１４４号公報

前述の特許文献１及び２に開示されている技術を用いることで、前述の光学素子の大型化を抑制することが可能となる。

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、複数のミラーの反射面が平面であるために、複数のミラーで反射された平行光束を蛍光体上の小さな領域に集光させることが困難である。

蛍光体上の集光スポットが大きいと、後段の光学系へ入射する際の平行度が低下してしまい、光の利用効率が低下するおそれがある。

また、特許文献２に記載の構成では、放物面ミラーを用いているために、放物面ミラーからの収斂光束を蛍光体上の小さな領域に集光させることで、前述の光の利用効率の低下を抑制することが可能である。

しかしながら、特許文献２に記載の構成で、より高輝度化するためにＬＤの個数を増やすと、ＬＤの個数を増やすにつれて放物面ミラーの面積や深さが増すため、光源装置が大型化してしまうおそれがある。

そこで、本発明の目的は、光の利用効率の低下を抑制しつつ、より小型な光源装置を実現可能な光学装置及びこれを用いた光源装置、投射型表示装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の光学ユニットは、
複数の光源からの光束を反射し、レンズユニットへ導く複数の反射面を備える光学ユニットであって、
前記複数の反射面は、前記複数の反射面で反射された光束が複数の収斂光束であり、前記複数の収斂光束が前記複数の反射面から離れるにつれて互いの距離を縮めるように構成されており、
前記複数の反射面は、複数の凹面鏡であって、
前記複数の凹面鏡の各々は、互いに異なる形状の複数の凹面の各々の一部であり、
前記複数の凹面鏡は第１の凹面鏡と前記第１の凹面鏡よりも前記レンズユニットから離れた位置に設けられた第２の凹面鏡とを含み、前記第２の凹面鏡の焦点距離は、前記第１の凹面鏡の焦点距離よりも長い、
ことを特徴とする。

本発明によれば、光の利用効率の低下を抑制しつつ、より小型な光源装置を実現可能な光学装置及びこれを用いた光源装置、投射型表示装置を提供することができる。

本発明の実施例で示す光学装置及び光源装置を搭載した投射型表示装置の構成説明図 本発明の実施例で示す光源装置の構成説明図 本発明の実施例で用いる放物面ミラーアレイの説明図 本発明の実施例で用いる放物面ミラーアレイのイメージ図 本発明の実施例で用いる放物面ミラーアレイ焦点と凹レンズ焦点の関係の説明図

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形状や相対配置などは、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、構成部品の形状や相対位置などは、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨で規定されたものではない。

〔投射型表示装置の構成の説明〕
まず、図１を用いて、本発明の実施例で示す光学装置を搭載したプロジェクター１０００の構成について説明する。

プロジェクター（投射型表示装置）１０００は、光源装置１００と、照明光学系２００と、色分離合成系３００と、投射レンズ４００とを備える。これにより、プロジェクター１０００は、スクリーン５００に画像を投射することが可能である。

光源装置１００は、複数のＬＤ（光源）１と、複数のＬＤ１からの複数の光束それぞれが入射する複数のコリメータレンズ（正レンズ）２と、光学装置１０と、を備えている。さらに、光源装置１００は、ダイクロイックミラー１２と、コンデンサーレンズユニット２０と、蛍光体（波長変換素子）１３を備えている。

また、光源装置１００は、蛍光体１３を回転させるためのモーター（駆動手段）１４と、モーター１４を支持する土台１５をさらに備えている。

ＬＤ１は青色光を発し、コリメータレンズ２はＬＤ１からの発散光束を平行光束へ変換する。なお、図１では、後述の図２から図５で示す複数のＬＤ１及び複数のコリメータレンズ２の一部のみを示している。

蛍光体１３は、光学装置１０からの光束の一部を光学装置１０からの光束と波長が異なる蛍光光（変換光）に変換するとともに、蛍光光と、光学装置１０からの光束と波長が同じ非変換光と、を射出する。

なお、本実施例において蛍光光は緑色及び赤色の光束であり、非変換光は青色の光束である。

ダイクロイックミラー１２は、後述の光学装置１０によって細い平行光束に圧縮された青色の光束を反射し、コンデンサーレンズユニット２０を介して、青色の光束を蛍光体３へ導く。

なお、本発明の実施例においてコンデンサーレンズユニット２０は、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの３枚のコンデンサーレンズを備える構成である。

さらにダイクロイックミラー１２は、蛍光体１３からコンデンサーレンズユニット２０を介して進む蛍光光及び非変換光のうち、非変換光を反射する。一方、蛍光光はダイクロイックミラー１２を透過して後述の照明光学系２００へ導かれる。また、蛍光体１３からの非変換光のうち、ダイクロイックミラー１２に入射しない非変換光は後述の照明光学系２００へ導かれる。

このように、本実施例においては、青色である非変換光と緑色及び赤色の光束を含む蛍光光を後述の照明光学系２００へ導くことが可能である。

なお、光学装置１０は本発明の実施例で示す光学装置であり、その構成は後述の通りである。

照明光学系２００は、光源装置１００からの光束を後述の色分離合成系３００に導く。

光源装置１００から出射した光束は、第１フライアイレンズ４１と第２フライアイレンズ４２によって分割される。さらに、光源装置１００から出射した光束は、偏光変換素子４３によってＳ偏光光に変換される。ここでＳ偏光光とは、紙面垂直方向に直線偏光した光束である。

偏光変換素子４３から出射した光束は、コンデンサーレンズユニット４４によって、後述の液晶パネル５８（５８Ｒ，５８Ｇ、５８Ｂ）を重畳的に照明するように集光する。

なお、本発明の実施例においてコンデンサーレンズユニット４４は、４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの３枚のコンデンサーレンズを備える構成である。

色分離合成系３００は、照明光学系２００からの光束を波長ごとに分解し、スクリーンに表示すべき画像光を合成し、画像光を後述の投射レンズ４００へ導く。

ダイクロイックミラー５０は、赤色光（Ｒ光）と青色光（Ｂ光）を反射し、緑色光（Ｇ光）を透過する特性を備える。ダイクロイックミラー５０で反射されたＲ光とＢ光は波長選択性位相板５４に入射する。波長選択性位相板５４は、Ｂ光には半波長分の位相差を与え、Ｒ光には位相差を与えない特性を備える。したがって、波長選択性位相板５４に入射したＢ光はＰ偏光光となり、Ｒ光はＳ偏光光となって、後述のＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）５３に入射する。なお、Ｐ偏光光とは、紙面水平方向に直線偏光した光束である。

ＰＢＳ５３は、Ｐ偏光光を透過させ、Ｓ偏光光を反射する特性を備えるため、Ｂ光はＰＢＳ５３を透過して液晶パネル５８Ｂに入射し、Ｒ光はＰＢＳ５３で反射され、液晶パネル５８Ｒに入射する。

一方、ダイクロイックミラー５０を透過したＧ光は、光路長を補正するためのダミーガラス５６を通過し、ＰＢＳ５１に入射する。ＰＢＳ５１は、Ｐ偏光光を透過させ、Ｓ偏光光を反射する特性を備えるため、Ｇ光はＰＢＳ５１によって反射され、液晶パネル５８Ｇに入射する。

以上が、光源装置１００からの光束が、液晶パネル５８に入射するまでの説明である。次に、液晶パネル５８から画像光が出射され、スクリーン５００に画像が投射されるまでを説明する。ここで画像光とは、スクリーン５００に投射されるべき画像を表示するための光束である。

液晶パネル（光変調素子）５８に入射した光束は、液晶パネル５８に配列された画素の変調状態に応じて、所望の偏光方向の光束になるように、位相差を付与される。位相差が付与された光束のうち、光源装置１００からの光束と同じ偏光方向の成分は、光源装置１００側に戻り、画像光から除外される。一方、光源装置１００からの光束と９０度偏光方向が異なる成分は、合成プリズム３２に導かれる。

Ｒ光用の液晶パネル５８Ｒによって、光源装置１００からのＲ光がＳ偏光光からＰ偏光光に変換された場合、Ｐ偏光光のＲ光はＰＢＳ５３を透過し、波長選択性位相板５５に入射する。なお、波長選択性位相板５５は、Ｂ光には位相差を与えず、Ｒ光に対しては半波長分の位相差を与える特性を備える。このため、波長選択性位相板５５を透過したＲ光はＳ偏光光として、合成プリズム５２に入射する。

Ｂ光用の液晶パネル５８Ｂによって、光源装置１００からのＢ光がＰ偏光光からＳ偏光光に変換された場合、Ｓ偏光光はＰＢＳ５３によって反射され、波長選択性位相板５５を透過する。波長選択性位相板５５はＢ光に対しては位相差を与えないため、Ｓ偏光光のＢ光が合成プリズム５２に入射する。

Ｇ光用の液晶パネル５８Ｇによって、光源装置１００からのＧ光がＳ偏光光からＰ偏光光に変換された場合、Ｐ偏光光はＰＢＳ５１を透過し、光路長を補正するためのダミーガラス５７に入射する。ダミーガラス５７を透過したＧ光は合成プリズム５２に入射する。

合成プリズム５２はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する特性を備えるため、上述の変調を行った場合、Ｇ光は合成プリズム５２を透過し、Ｂ光及びＲ光は合成プリズム５２によって反射され、投射レンズ４００に導かれる。その結果、投射レンズ４００を介して、スクリーン５００にカラー画像を投射することができる。

〔第１実施例〕
図２から図５を用いて本発明の第１実施例で示す光学装置を搭載した光源装置の構成を説明する。

図２は、本実施例で示す光学装置を搭載した光源装置の構成を示す図である。図２（ａ）はＹＺ断面への投影図であり、図２（ｂ）はＸＺ断面への投影図になっている。

なお、図２から図５においては、後述の凹レンズ５の光軸と平行な方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸と直交し、後述の平面ミラー４の反射面の長辺方向と平行な方向をＸ軸方向とし、Ｙ軸方向及びＺ軸方向と直交する方向をＸ軸方向とする。

光学装置１０は、複数の放物面ミラー（反射面）３を備えている。さらに光学装置１０は、凹レンズ（レンズユニット）５と、ミラーユニット４０とを備えている。

そして、光源装置１００は、前述の光学装置１０に加えて、複数のＬＤ１、複数のコリメータレンズ２を備えており、凹レンズ５から圧縮された平行光束を射出する構成になっている。なお、本実施例においては、複数の放物面ミラー３を放物面ミラーアレイ（光学ユニット）３０と呼称し、複数の平面ミラー４をミラーユニット４０と呼称している。なお、ミラーユニット４０の代わりに複数の反射面を備えるプリズムを用いても良い。このプリズムは、ミラーユニット４０と同様に、放物面ミラーアレイ３０からの光束を凹レンズ５に導くように構成されている。

まず、複数のＬＤ１からの光束がコリメータレンズ２を介して、放物面ミラーアレイ３０へ向かうまでを説明する。

前述のように、ＬＤ１から射出する光束は発散光束であり、このままでは後段の光学素子が大型化してしまう。そこで、ＬＤ１からの光束が射出した直後にコリメータレンズ２を設け、コリメータレンズ２によって、ＬＤ１からの発散光束を平行光束とすることで、前述の光学素子の大型化を抑制することが可能となる。

なお、コリメータレンズ２からの光束は完全な平行光束である必要はもちろん無く、使用に耐えうる範囲で若干発散していてもよく、若干収斂していてもよい。

また、本実施例においては、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に６行、Ｚ軸方向に４列の合計２４個のＬＤ群が、凹レンズ５を挟んで対称に２群設けられている。すなわち、ＬＤ１の個数は４８個である。

次に、コリメータレンズ２からの光束が放物面ミラーアレイ３０を介して平面ミラー４へ向かうまでを説明する。

図３は、放物面ミラーアレイ３０の機能を説明する図で、図３（ａ）はＹＺ断面への投影図であり、図３（ｂ）はＸＺ断面への投影図であり、図３（ｃ）はＸＹ断面への投影図である。

なお、図３は放物面ミラーアレイ３０の機能を説明するために、前述のミラーユニット４０及び凹レンズ５等を省略し、図示していない。また、図３においては、２つの放物面ミラーアレイ３０のうち、一方のみを図示している。

図３（ａ）に示すように、放物面ミラーアレイ３０は、複数のコリメータレンズ２からの平行光束を収斂光束に変換し、放物面ミラーアレイ３０からの収斂光束が焦点Ｆに集光していることがわかる。

すなわち、複数の放物面ミラー３は、複数のＬＤ１からの複数の平行光束を複数の収斂光束に変換し、複数の収斂光束が複数の放物面ミラー３から離れるにつれて互いの距離を縮めるように複数のＬＤ１からの複数の平行光束を反射する。

言い換えれば、複数のＬＤ１からの複数の光束の中心光線は、複数の放物面ミラー３を介して、凹レンズ５へ向かうにつれて互いの距離を縮めながら進む。

さらに言い換えると、複数のコリメータレンズ２の光軸を通る複数の光線は複数の放物面ミラー３を介して、凹レンズ５へ向かうにつれて互いの距離を縮めながら進む。また、図３（ａ）に示す通り、放物面ミラーアレイ３０は、放物面ミラー３が収束する焦点Ｆが放物面ミラーアレイ３０に対してＬＤ１やコリメータレンズ２とは反対の側（Ｙ方向が正の向き）に位置するように構成されていることが好ましい。これによって、焦点Ｆが放物面ミラーアレイに対してＬＤ１やコリメータレンズ２と同じ側（Ｙ方向の負の向き）に位置している場合と比較して、放物面ミラー３からの光束をより細くすることができる。言い換えれば、放物面ミラー３から射出される収斂光束の断面をいっそう細くすることができる。この結果、凹レンズ５からの光束の幅がより細くなり、後段の光学系をより小型にすることができる。

上記の構成を言い換えれば、放物面ミラー３が、光源からの光束の主光線と放物面ミラー３が交差する位置における法線と、光源からの光束の主光線との成す角度が４５度以上となるように構成されている。さらに言い換えれば、放物面ミラーアレイ３０が、複数の放物面ミラー３からの複数の収斂光束に外接する円錐の中心線と、光源からの光束の主光線との成す角度が９０度以上となるように構成されている。

なお、全ての放物面ミラー３が上記のように構成されている必要はない。複数の放物面ミラー３のうち少なくとも一つが上記の構成であればよく、さらには、複数の放物面ミラー３のうち半分以上が上記の構成であれば、より好ましい。すなわち、複数の放物面ミラー３のうち少なくとも１つの放物面ミラー３は、この放物面ミラー３からの光束が、この放物面ミラー３から離れるにつれて凹レンズ５に対して凹レンズ５の光軸方向に近づくように構成されていることが好ましい。

放物面ミラー３は、放物面としての焦点は焦点Ｆで共通しているが、複数の放物面ミラー３が設けられている位置は互いに異なる。このため、複数の放物面ミラー３は互いに異なる形状をしており、形状を異ならせることで、複数の放物面ミラー３からの光束を焦点Ｆに集光させることが可能となる。

より具体的には、図３（ａ）に示すように、ＹＺ断面において複数の放物面ミラー３のうち、最も凹レンズ５の光軸に近い放物面ミラー３ａと、最も凹レンズ５の光軸から遠い放物面ミラー３ｂとで、その形状を比較する。両者の形状を比較すると、放物面頂点位置および近軸曲率半径が異なっていることがわかる。

すなわち、放物面ミラー３ａと放物面ミラー３ｂの頂点位置は互いに異なっているが、焦点位置は両者とも焦点Ｆで共通である。

また、ＹＺ断面において放物面ミラー３ａと放物面ミラー３ｂは互いに異なる位置に設けられている。しかしながら、放物面ミラー３ａと放物面ミラー３ｂの位置両者の焦点位置が焦点Ｆで共通となるようにするために、放物面ミラー３ａと放物面ミラー３ｂの焦点距離は互いに異なっている。

より具体的には、放物面ミラーアレイ３０は、凹レンズ５の光軸から離れた位置に設けられている放物面ミラー３ほど、焦点距離が長くなるように構成されている。

言い換えれば、放物面ミラーアレイ３０は、放物面ミラー３ｂ（第１の凹面鏡）と放物面ミラー３ａよりもレンズユニットから離れている放物面ミラー３ａ（第２の凹面鏡）を含む。そして、放物面ミラー３ａの焦点距離は放物面ミラー３ｂの焦点距離も長い。

仮に、複数の放物面ミラー３が全て同じ形状の放物面の一部である場合、複数の放物面ミラー３からの複数の収斂光束を一点に集光させることが困難になる。

さらに、複数の放物面ミラー３が全て同じ形状の放物面の一部である場合に、複数の放物面ミラー３からの複数の収斂光束を一点に集光させるために、放物面ミラー３の位置を調整して複数の放物面ミラー３を繋げると、連続した形状の放物面となる。このような構成にすると、本実施例で示す構成と比較して、放物面ミラーアレイ３０が大型化してしまうおそれがある。

また、放物面ミラーアレイ３０が大型化すると、放物面ミラーアレイ３０からの光束が太くなるために、ミラーユニット４０や凹レンズ５も大型化するおそれがある。

仮に、ミラーユニット及び凹レンズを大型化させずに、連続した形状の放物面ミラーを用いる構成を考える。このような構成において、本実施例のように凹レンズの光軸を対称軸として左右に放物面ミラーを設けた場合には、左右の放物面ミラー間の間隔を本実施例に示す構成よりも大きくとる必要がある。このため、光源装置全体として大型化するおそれがある。

また、放物面ミラーが１つだけの場合には、本実施例に示す構成よりも、ミラーユニット及び凹レンズを放物面ミラーから離れた位置に設ける必要がある。このため、この場合には光源装置全体として大型化するおそれがある。

すなわち、本実施例のように、複数の放物面ミラー３が互いに異なる形状の放物面の一部であり、複数の放物面ミラー３のうち凹レンズ５から離れている放物面ミラー３ほど焦点距離が長いことで、前述の大型化を抑制することが可能となる。

なお、複数の放物面ミラー３が互いに異なる形状をしていることは、言い換えれば、複数の放物面ミラー３のそれぞれの焦点距離が互いに異なることを示す。

さらに、複数の放物面ミラー３のうち凹レンズ５から離れている放物面ミラー３ほど焦点距離が長いことは、言い換えれば、複数の放物面ミラー３のうち、複数のＬＤ１に近い放物面ミラー３ほど焦点距離が長いことを示す。

なお、凹レンズ５から離れていることは、放物面ミラー３から凹レンズ５までの光路長が長いこと、凹レンズ５から離れた位置に設けられていること、あるいはその双方を満たすことを示す。

さらに、本実施例で示す放物面ミラーアレイ３０によれば、複数の放物面ミラー３からの複数の収斂光束を一点に集光させることが可能となり、蛍光体から出射する光束の平行度を高めることが可能となる。

ここで、凹レンズ５の光軸と、ミラーユニット４０の長辺方向を含む面を第１断面とし、第１断面と直交し、凹レンズ５の光軸を含む面を第２断面とする。このとき、複数の放物面ミラー３のうち、第１断面あるいは第２断面を対称面として対称に設けられている放物面ミラー３同士（反射面同士）は、同じ形状の放物面形状の一部である。本実施例において、第１断面はＸＹ断面であり、第２断面はＹＺ断面である。

言い換えれば、複数の放物面ミラー３のうち、ＸＺ断面において凹レンズ５の光軸から等しい距離に位置する放物面ミラー３同士は、同じ形状の放物面形状の一部である。このように放物面ミラーアレイ３０を構成することで、図２（ａ）に示すように、凹レンズ５の光軸を対称軸として左右に放物面ミラーアレイ３０を設けた構成であっても、放物面ミラーアレイ３０からの複数の収斂光束を一点に集光させることが可能となる。

また、図４に示すように、放物面ミラーアレイ３０は１つの光学素子として構成されている。具体的には、ベース部材６に複数の放物面ミラー３が不連続に設けられている構成となっている。言い換えれば、複数の放物面ミラー３が互いに所定の間隔を空けてベース部材６上に設けられている。なお、放物面ミラー３同士の間隔は、ＬＤ１の配列間隔に合わせている。

図４に示す光学素子である放物面ミラーアレイ３０は、ガラス材料の成形によって形成しても良いし、金属部品の切削あるいは成形によって形成されても良い。

また、複数の放物面ミラー３が互いに異なる形状の放物面の一部であれば、複数の放物面ミラー３は図４に示すように不連続に形成されていても良い。

ここで、金型を用いたガラス成形によって放物面ミラーアレイ３０を製造する場合、金型から放物面ミラーアレイ３０を外す際に生じるダレの発生を抑制するためには、放物面ミラーアレイ３０の凹凸が少ないことが望ましい。すなわち、ベース部材６から放物面ミラー３の端点までのＹ軸方向の距離が短いことが望ましい。

このため、複数の放物面ミラー３間の隙間を、放物面ミラー３の端点を通るようなスプライン曲面等の滑らかな曲面のガラス材料や金属材料等で埋めることが望ましい。これにより、放物面ミラーアレイ３０の表面の凹凸を少なくし、前述の成形時のダレを抑制することが可能となる。

なお、ベース部材６は平板状でなくても良く、例えば曲面状であっても良い。

また、ベース部材６に放物面ミラー３を設ける構成ではなく、例えば平板の金属板をプレス成形することによって、厚みが一定でかつ複数の反射面を備える階段状の放物面ミラーアレイであっても良い。なお、放物面ミラー３の反射面にはコーティングがなされているが、そのコーティングはアルミや銀などの金属反射膜であっても、誘電体多層膜であっても良い。誘電体多層膜の場合には、ＬＤ１からの光束の波長で反射率が最大となる誘電体多層膜を用いることで、より光の利用効率を高めることが可能となる。

ここで、一般にＬＤは直線偏光光を射出しているが、ＬＤ１からの光束の偏光方向がＸ軸方向となるように複数のＬＤ１を配置することで、ＹＺ断面における放物面ミラー３での反射率が高まり、より光の利用効率を高めることが可能となる。

図２（ａ）に示すようにＹＺ断面においては、Ｚ軸方向に配列された複数のＬＤ１からの複数の光束の全てがミラーユニット４０へ入射できるようにするために、他の断面と比較して、複数のＬＤ１からの光束をより急な角度で反射する必要がある。

このため、ＬＤ１からの光束の偏光方向がＸ軸方向となるように複数のＬＤ１を配置することで、ＹＺ断面における放物面ミラー３での反射率を高めることが望ましい。

また、各放物面ミラー３へのＬＤ１からの光束の入射角度は、複数の放物面ミラー３ごとに異なっている。これは、後述のように、凹レンズ５の光軸から離れた位置に入射する光束をミラーユニット４０へ導いている放物面ミラー３ほど、凹レンズ５の光軸と放物面ミラー３とのなす角度が小さくなるように、放物面ミラーアレイ３０を構成しているためである。

したがって、各放物面ミラー３のコーティングを、各放物面ミラー３へのＬＤ１からの光束の入射角度で反射率が最大となるように調節することで、より光の利用効率を高めることが可能となる。

ただし、本発明は、放物面ミラー３のコーティングを複数の放物面ミラー３ごとに調節する構成に限定されるものではなく、複数の放物面ミラー３のコーティングが全て同じであってもよい。

このような構成の場合、所定の入射角度で反射率が最大となるコーティングではなく、反射率が最大となる入射角度の範囲をもつコーティングが好ましい。

なお、各放物面ミラー３へのＬＤ１からの光束の入射角度とは、放物面ミラー３上で、ＬＤ１からの光束のうちコリメータレンズ２の光軸を通る光線が入射する位置での法線と、入射光線とがなす角度である。

また、凹レンズ５の光軸と放物面ミラー３とのなす角度とは、放物面ミラー３の端点を結ぶ線分と、凹レンズ５の光軸とのなす角度としてもよい。さらに、放物面ミラー３上で、ＬＤ１からの光束のうちコリメータレンズ２の光軸を通る光線が入射する位置での接線と、凹レンズ５の光軸とのなす角度としてもよい。

本実施例において複数のＬＤ１は全て青色光を発するＬＤであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、複数のＬＤ１は、青色光を発するＬＤ，赤色光を発するＬＤ、緑色光を発するＬＤを含む構成であっても良い。さらに、複数のＬＤ１は、青色光を発するＬＤと赤色光を発するＬＤとで構成されていてもよい。

このように、複数のＬＤ１が互いに波長の異なる複数のＬＤを含む構成である場合には、複数の放物面ミラー３のコーティングを、ＬＤからの波長に合わせて異なるものにしてもよい。さらに、複数のＬＤ１が青色光、赤色光、緑色光を発するＬＤを含む構成である場合には、前述のダイクロイックミラー１２及び蛍光体１３を設けなくても良い。

次に、ミラーユニット４０からの光束が凹レンズ５を介して後段の系へ向かうまでを説明する。

放物面ミラーアレイ３０からの複数の収斂光束は、ミラーユニット４０によって反射されて、凹レンズ５へ入射する。

なお、凹レンズ５は、負のパワーを有し、複数のＬＤ１からの光束が入射する側が凸のメニスカスレンズである。

前述のように、放物面ミラーアレイ３０からの複数の収斂光束は、ミラーユニット４０が無い場合には、図３（ａ）に示すように、共有の焦点Ｆへ集光する。

さらに、本実施例においては、図５に示しように、凹レンズ５の焦点をＦ´とするとき、ミラーユニット４０からの複数の収斂光束は、凹レンズ５が無い場合に、焦点Ｆ´へ集光する。

すなわち、複数の放物面ミラー３の焦点と凹レンズ５の焦点とが重なっている。このように構成することで、凹レンズ５は、ミラーユニット４０からの複数の収斂光束を複数の平行光束へ変換することが可能となる。

なお、凹レンズ５を球面レンズで構成する場合は球面収差が発生するため、凹レンズ５からの光束の平行度が低下する場合がある。

このような場合には、複数の放物面ミラー３の焦点位置を、凹レンズ５による球面収差を相殺するようにずらすことで、凹レンズ５からの光束の平行度の低下を抑制することが可能である。

具体的には、凹レンズ５の光軸から離れた位置に入射する光束をミラーユニット４０へ導いている放物面ミラー３ほど、凹レンズ５の光軸と放物面ミラー３とのなす角度が小さくなるように、放物面ミラーアレイ３０を構成している。言い換えれば、複数の放物面ミラー３のうち凹レンズ５から離れている放物面ミラー３ほど凹レンズ５の光軸と放物面ミラー３とのなす角度が小さくなるように、放物面ミラーアレイ３０を構成している。

このように構成することで、前述の凹レンズ５による球面収差を抑制しつつ、複数の放物面ミラー３からの複数の収斂光束を、蛍光体上のより狭い範囲に集光させることが可能となる。

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〕
前述した実施例では、凹レンズを用いて放物面ミラーアレイからの光束を平行光束にする構成、すなわち、レンズユニットが負のパワーを有する構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。光の利用効率の低下を抑制しつつ、より小型な光源装置を実現可能な光学装置であれば、例えば、ミラーユニット４０からの光束の集光位置よりもＹ軸方向奥側に凸レンズを設けてもよい。すなわち、レンズユニットが正のパワーを有する構成であっても良い。このような構成の場合、凸レンズの焦点がミラーユニット４０からの光束の集光位置になるように凸レンズを設ける。

また、前述した実施例では、複数の反射面及び複数の凹面鏡として複数の放物面ミラー３を用いた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、複数の反射面として複数の平面ミラーを用い、コリメータレンズ２と平面ミラーとの間に、コリメータレンズ２からの平行光束を収斂光束に変換する第２の正レンズを設け、平面ミラーに収斂光束を導く構成であってもよい。すなわち、複数の光源からの光束は平行光束に限定されるものではなく、複数の反射面も放物面を含む凹面鏡に限定されるものではない。

３ 放物面ミラー（反射面・凹面鏡）
３ａ 放物面ミラー（第２の凹面鏡）
３ｂ 放物面ミラー（第１の凹面鏡）
５ 凹レンズ（レンズユニット）
３０ 放物面ミラーアレイ（光学ユニット）

Claims (8)

1. 複数の光源からの光束を反射し、レンズユニットへ導く複数の反射面を備える光学ユニットであって、
   前記複数の反射面は、前記複数の反射面で反射された光束が複数の収斂光束であり、前記複数の収斂光束が前記複数の反射面から離れるにつれて互いの距離を縮めるように構成されており、
   前記複数の反射面は、複数の凹面鏡であって、
   前記複数の凹面鏡の各々は、互いに異なる形状の複数の凹面の各々の一部であり、
   前記複数の凹面鏡は第１の凹面鏡と前記第１の凹面鏡よりも前記レンズユニットから離れた位置に設けられた第２の凹面鏡とを含み、前記第２の凹面鏡の焦点距離は、前記第１の凹面鏡の焦点距離よりも長い、
   ことを特徴とする光学ユニット。
2. 前記凹面は放物面である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記複数の反射面のうち少なくとも１つの反射面は、前記反射面からの光束が、前記反射面から離れるにつれて前記レンズユニットに対して前記レンズユニットの光軸方向に近づくように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光学ユニット。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学ユニットと、
   前記レンズユニットと、
   前記複数の反射面からの光束を前記レンズユニットに導くミラーユニットと、をさらに備え、
   前記レンズユニットは、前記ミラーユニットからの複数の収斂光束を互いに平行な複数の平行光束に変換するように構成されている、
   ことを特徴とする光学装置。
5. 前記レンズユニットは、負のパワーを有し、前記複数の光源からの光束が入射する側が凸のメニスカスレンズを備える、
   ことを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 前記レンズユニットの光軸及び前記ミラーユニットの長辺方向に平行な面を第１断面とし、
   前記第１断面と直交し、前記レンズユニットの光軸と平行な面を第２断面とするとき、前記複数の反射面のうち、前記第１断面あるいは前記第２断面を対称面として対称に設けられている反射面同士は、同じ形状の放物面形状の一部である、
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の光学装置。
7. 複数の光源と、
   前記複数の光源からの複数の光束それぞれが入射する複数の正レンズと、
   請求項４乃至６のいずれか１項に記載の光学装置と、
   前記光学装置からの光束の一部を前記光学装置からの光束と波長が異なる変換光に変換するとともに、前記変換光と、前記光学装置からの光束と波長が同じ非変換光と、を射出する波長変換素子と、
   ダイクロイックミラーと、を備え、
   前記ダイクロイックミラーは、前記光学装置からの光束が前記ダイクロイックミラーを介して前記波長変換素子へ入射するように構成されている、
   ことを特徴とする光源装置。
8. 請求項７に記載の光源装置と、
   光変調素子と、
   前記光源装置からの光束を複数の光束に分割して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合成する色分離合成系と、
   前記光源装置からの光束を前記色分離合成系に導く照明光学系と、を備える、
   ことを特徴とする投射型表示装置。

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