JP2017147195A - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】実装誤差の影響を低減しつつ光線束の幅を調整できる、光源装置及びプロジェクターを提供する。【解決手段】第１、第２の光線を含む光線束を射出する複数の光源と、第１、第２の光線がそれぞれ入射する第１、第２のコリメートレンズを含む複数のコリメートレンズを含むコリメート光学系と、第１の光線が入射する第１の光屈折素子を含む光屈折部と、を備え、第１のコリメートレンズに入射した第１の光線の主光線は、第１のコリメートレンズの光軸から離間しており、第１の光屈折素子は第１のコリメートレンズが第１の光線の主光線に与えた偏向角を小さくするように構成される。第２のコリメートレンズに入射した第２の光線の主光線とレンズ光軸との位置関係は、第１のコリメートレンズに入射した第１の光線の主光線とレンズ光軸との位置関係と異なる。光線束のサイズは、コリメート光学系および光屈折部を通過する前後で異なる。【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクターに関するものである。

プロジェクターは、光源部から射出された光を、光変調装置で画像情報に応じて変調し、得られた画像を投写レンズによって拡大投写するものである。近年、このようなプロジェクターに用いられる光源装置の光源として、高輝度且つ高出力な光が得られる半導体レーザーが注目されている。

例えば、下記特許文献１には、複数の半導体レーザーを２次元的に配列したアレイ光源と、凸レンズと凹レンズとで構成され、該アレイ光源から射出された光線束の幅を調整するアフォーカル光学系とを備えたプロジェクター用の光源装置が開示されている。

特開２０１２−１３７７４４号公報

ところで、半導体レーザーを実装する場合、アライメントに多少のばらつき（実装誤差）が生じるおそれがあるが、上記アフォーカル光学系は実装誤差の影響を受けやすい。そのため、上記従来技術においては、例えば、実装誤差が小さい場合であっても、光が設計上の射出方向から大きくずれた方向に射出されてしまい、光利用効率が低下するおそれがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、実装誤差の影響を低減しつつ光線束の幅を調整できる、光源装置及び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、第１の光線を射出する第１の光源と第２の光線を射出する第２の光源とを含むとともに、該第１の光線と該第２の光線とを含む光線束を射出する複数の光源と、前記第１の光線が入射する第１のコリメートレンズと前記第２の光線が入射する第２のコリメートレンズとを含む複数のコリメートレンズを含むとともに、前記光線束が入射するコリメート光学系と、前記第１のコリメートレンズを透過した前記第１の光線が入射する第１の光屈折素子、を含む光屈折部と、を備え、前記第１のコリメートレンズに入射した前記第１の光線の主光線は、前記第１のコリメートレンズの光軸から離間しており、前記第１の光屈折素子は、前記第１のコリメートレンズが前記第１の光線の前記主光線に与えた偏向角を小さくするように構成されており、前記第２のコリメートレンズに入射した前記第２の光線の主光線と前記第２のコリメートレンズの光軸との位置関係は、前記第１のコリメートレンズに入射した前記第１の光線の前記主光線と前記第１のコリメートレンズの前記光軸との位置関係と異なっており、前記光線束のサイズは、前記コリメート光学系および前記光屈折部を通過する前後で異なってい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、アフォーカル光学系を用いることなく、光線束のサイズ（光束幅）を調整することができる。よって、複数の光源に生じる実装誤差の影響を低減しつつ光線束の幅を調整できる。

上記第１態様において、前記第１の光源の光射出面は、前記第１のコリメートレンズの焦点位置を含み、かつ前記第１のコリメートレンズの前記光軸と垂直な第１平面と、前記第１のコリメートレンズと、の間に設けられているのが好ましい。
この構成によれば、第１のコリメートレンズにおける像面湾曲収差を補正することができる。

また、前記光屈折部は、前記第２のコリメートレンズを透過した前記第２の光線が入射する第２の光屈折素子を含み、前記第２のコリメートレンズに入射した前記第２の光線の前記主光線は、前記第２のコリメートレンズの前記光軸から離間しており、前記第２の光屈折素子は、前記第２のコリメートレンズが前記第２の光線の前記主光線に与えた偏向角を小さくするように構成されており、前記第２の光源の光射出面は、前記第２のコリメートレンズの焦点位置を含み、かつ前記第２のコリメートレンズの前記光軸と垂直な第２平面と、前記第２のコリメートレンズと、の間に設けられており、前記第１のコリメートレンズに入射した前記第１の光線の前記主光線と前記第１のコリメートレンズの前記光軸との間隔を第１の間隔とし、前記第２のコリメートレンズに入射した前記第２の光線の前記主光線と前記第２のコリメートレンズの前記光軸との間隔を第２の間隔としたとき、前記第１の間隔は前記第２の間隔よりも大きく、前記第１の光源の前記光射出面と前記第１平面との間隔は、前記第２の光源の前記光射出面と前記第２平面との間隔よりも大きいのがより望ましい。
このようにすれば、第２のコリメートレンズにおける像面湾曲収差を補正することができる。また、コリメート光学系を透過した第１の光線及び第２の光線各々の平行度を高めることができる。

さらに、前記第１のコリメートレンズの有効径は、前記第２のコリメートレンズの有効径よりも大きいのがより望ましい。
このようにすれば、第１のコリメートレンズは第１の光線を確実に取り込むことができる。

上記第１態様において、前記光屈折部の後段に設けられた集光レンズをさらに備え、前記光線束の前記サイズが、前記コリメート光学系および前記光屈折部によって縮小されるように、前記第１の光線の前記主光線は、前記第１のコリメートレンズの前記光軸よりも前記集光レンズの光軸とは反対側において前記第１のコリメートレンズに入射するのが好ましい。
この構成によれば、実装誤差の影響を低減しつつ光線束の幅を縮小することができる。これにより、集光レンズに入射する光線束の幅が小さくなるので、該集光レンズを小型化することができる。

また、前記複数の光源は２次元的に配列されており、前記複数の光源各々から射出され前記コリメート光学系に入射した光線の主光線と前記集光レンズの前記光軸との間隔が小さくなるように、前記複数のコリメートレンズのうち１つのコリメートレンズの光軸と、前記コリメートレンズに入射した光線の主光線と、の位置関係、および、前記コリメートレンズに対応して前記光屈折部が備える光屈折素子の屈折方向が設定されているのがより望ましい。
このようにすれば、複数の光源から射出された光線束のサイズを２次元方向において調整することができる。

さらに、前記第１の光屈折素子は、前記コリメート光学系の後段に設けられた前段光屈折素子と、該前段光屈折素子の後段に設けられた後段光屈折素子と、を備え、前記前段光屈折素子による屈折方向は、前記後段光屈折素子による屈折方向とは異なるのがより望ましい。
このようにすれば、偏向角を２つの部材で調整するため、光屈折部の設計が容易となる。

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、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投写光学系と、を備える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は実装誤差の影響が低減された光源装置を備えるので、光利用効率が高く明るい画像を表示することができる。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図。 照明装置の概略構成を示す図。 コリメート光学系及び光屈折部の要部構成を示す図。 第２実施形態のコリメート光学系及び光屈折部の要部構成を示す図。 第３実施形態のコリメート光学系及び光屈折部をＹ方向から視た構成図。 第３実施形態のコリメート光学系及び光屈折部をＸ方向から視た構成図。

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）
（プロジェクター）
まず、本実施形態に係るプロジェクターについて説明する。

図１は、本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。
プロジェクター１は、図１に示すように、照明装置１００、色分離導光光学系２００、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム５００及び投写光学系６００を備える。

本実施形態において、照明装置１００は、白色の照明光Ｗを色分離導光光学系２００に向けて射出する。なお、照明装置１００の構成については後述する。
色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０，２２０、反射ミラー２３０，２４０，２５０及びリレーレンズ２６０，２７０を備える。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれが対応する液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導光する。
色分離導光光学系２００と、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を通過させ、緑色光成分及び青色光成分を反射するダイクロイックミラーである。
ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。
反射ミラー２４０，２５０は青色光成分を反射する反射ミラーである。

液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものである。なお、図示を省略したが、各集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置され、各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が配置される。

クロスダイクロイックプリズム５００は、各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂから射出された各画像光を合成してカラー画像を形成する。

このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。

（照明装置）
次に、照明装置１００の構成について説明する。以下、必要に応じてＸＹＺ座標系を用いて光源装置の各構成について説明する。
図２は、本実施形態の照明装置１００の概略構成を示す図である。なお、照明光軸１００ａｘの方向をＺ方向とし、鉛直方向をＹ方向とし、Ｘ方向はＹ方向およびＺ方向にそれぞれ直交する方向である。

図２に示すように、照明装置１００は、光源装置２、ピックアップ光学系６０、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を備える。

光源装置２は、図２に示すように、アレイ光源２１と、コリメート光学系２２と、光屈折部２３と、ホモジナイザー光学系１２と、集光レンズ２０及び回転蛍光板３０を含む。
本実施形態において、アレイ光源２１は特許請求の範囲の「複数の光源」に対応する。

アレイ光源２１は、複数の光源２１１を備える。光源２１１は、照明光軸１００ａｘと直交するＸ方向に沿って４つ配置されている。各光源２１１は、半導体レーザーから構成され、例えば青色の光線ＢＬ（例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光）を射出する。本実施形態において、アレイ光源２１は、複数の光線ＢＬからなる光線束Ｋ１を射出する。

アレイ光源２１から射出された光線束Ｋ１はコリメート光学系２２及び光屈折部２３に入射する。本実施形態において、コリメート光学系２２は、光屈折部２３と協働することで、アレイ光源２１から射出された光線束Ｋ１の光束径（光束サイズ）を調整する。光線束Ｋ１の光束径は、コリメート光学系２２および光屈折部２３を通過する前後で異なっている。本実施形態において、コリメート光学系２２及び光屈折部２３は、Ｘ方向において光線束Ｋ１の光束サイズを調整する。なお、光線束Ｋ１の光束径の調整については後述する。

コリメート光学系２２及び光屈折部２３により光束径が調整された光線束Ｋ１は、ホモジナイザー光学系１２に入射する。

ホモジナイザー光学系１２は、例えば、第１マルチレンズアレイ１２ａおよび第２マルチレンズアレイ１２ｂを含む。
集光レンズ２０は、ホモジナイザー光学系１２から回転蛍光板３０までの光路中に配置され、励起光として光線束Ｋ１を略集光した状態で蛍光体層４２に入射させる。本実施形態において、集光レンズ２０は凸レンズからなる。

具体的に、ホモジナイザー光学系１２は、第１マルチレンズアレイ１２ａの複数の小レンズから射出された複数の小光束を、集光レンズ２０と協同して、蛍光体層４２（後述）上で互いに重畳させる。これにより、蛍光体層４２上に照射される青色光Ｂの光強度分布を均一な状態（いわゆるトップハット分布）とする。

回転蛍光板３０は、モーター５０により回転可能な円板４０上に、蛍光体層４２が円板４０の周方向に沿って設けられている。
円板４０は、青色光Ｂを透過する材料からなる。円板４０の材料としては、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等を用いることができる。

本実施形態において、アレイ光源２１からの励起光（光線束Ｋ１）は円板４０側から蛍光体層４２に入射し、入射した励起光の一部は蛍光体層４２を透過する。蛍光体層４２と円板４０との間には、励起光を透過させるとともに、蛍光体層４２で生成された蛍光Ｙを反射するダイクロイック膜４４が設けられている。

蛍光体層４２は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅを含有する層からなり、励起光（光線束Ｋ１）により励起される。

蛍光体層４２は、アレイ光源２１からの光（光線束Ｋ１）の一部を赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光Ｙに変換し、かつ、光の残りの一部を変換せずに青色光Ｂとして通過させる。本実施形態において、アレイ光源２１からの光のうち蛍光体層４２を透過した青色光Ｂは蛍光体層４２からの黄色の蛍光Ｙと合成され、白色の照明光Ｗが生成される。

ところで、本実施形態のように、アレイ状に配置した光源２１１およびアレイ状に配置したコリメートレンズ２２ａを備えた光源装置２では、光源２１１またはコリメートレンズ２２ａの実装誤差が生じるおそれがある。

従来、アレイ光源から射出した光線束の光束幅を調整する光学系として、凸レンズ及び凹レンズからなる縮小アフォーカル光学系が一般的に用いられていた。しかしながら、そのようなアフォーカル光学系は、アフォーカル倍率分だけ実装誤差が増幅されるため、実装誤差の影響を受けやすい。

これに対し、本実施形態では、コリメート光学系２２及び光屈折部２３を用いたことで、後述のようにアレイ光源２１における実装誤差の影響を低減しつつ光線束Ｋ１の光束幅を調整可能としている。

図３はコリメート光学系２２及び光屈折部２３の構成を示す図である。
図３に示すように、コリメート光学系２２は、複数（４つ）のコリメートレンズ２２ａから構成される。コリメートレンズ２２ａ各々は、複数の光源２１１に１対１で対応して設けられている。

図３において、複数のコリメートレンズ２２ａのうち、照明光軸１００ａｘの一方側（＋Ｘ側）に設けられるレンズを、照明光軸１００ａｘから遠い順から第１のコリメートレンズ６１及び第２のコリメートレンズ６２とする。また、照明光軸１００ａｘの他方側（−Ｘ側）に設けられるレンズを、照明光軸１００ａｘから遠い順から第３のコリメートレンズ６３及び第４のコリメートレンズ６４とする。
また、アレイ光源２１を構成する複数の光源２１１のうち、第１のコリメートレンズ６１に対応する光源を第１の光源７１、第２のコリメートレンズ６２に対応する光源を第２の光源７２、第３のコリメートレンズ６３に対応する光源を第３の光源７３、第４のコリメートレンズ６４に対応する光源を第４の光源７４とする。
また、第１の光源７１から射出される光線ＢＬを第１の光線ＢＬ１、第２の光源７２から射出される光線ＢＬを第２の光線ＢＬ２、第３の光源７３から射出される光線ＢＬを第３の光線ＢＬ３、第４の光源７４から射出される光線ＢＬを第４の光線ＢＬ４とする。

本実施形態において、第１のコリメートレンズ６１と第２のコリメートレンズ６２とはそれぞれ、特許請求の範囲の第１のコリメートレンズと第２のコリメートレンズとに相当し、第１の光源７１と第２の光源７２とはそれぞれ、特許請求の範囲の第１の光源と第２の光源とに相当する。また、第１の光線ＢＬ１と第２の光線ＢＬ２とはそれぞれ特許請求の範囲の第１の光線と第２の光線とに相当する。

本実施形態において、第２のコリメートレンズ６２に入射した第２の光線ＢＬ２の主光線ＢＬ２ａと第２のコリメートレンズ６２の光軸６２ａとの位置関係は、第１のコリメートレンズ６１に入射した第１の光線ＢＬ１の主光線ＢＬ１ａと第１のコリメートレンズ６１の光軸６１ａとの位置関係と異なっている。

ここで、主光線と光軸との位置関係について説明する。
初めに、Ｚ軸を第１のコリメートレンズ６１の光軸６１ａと一致させたＸＹＺ座標系を考える。第１の光線ＢＬ１が第１のコリメートレンズ６１に入射したときの主光線ＢＬ１ａのＸＹ平面内の座標を（ｘ１，ｙ１）とする。次に、Ｚ軸を第２のコリメートレンズ６２の光軸６２ａと一致させたＸＹＺ座標系を考える。第２の光線ＢＬ２が第２のコリメートレンズ６２に入射したときの主光線ＢＬ２ａのＸＹ平面内の座標を（ｘ２，ｙ２）とする。

座標（ｘ１，ｙ１）と座標（ｘ２，ｙ２）とを比較した際、ｘ座標及びｙ座標の少なくとも一方が異なっていれば、第１の光線ＢＬ１が第１のコリメートレンズ６１に入射したときの主光線ＢＬ１ａと光軸６１ａとの位置関係が、第２の光線ＢＬ２が第２のコリメートレンズ６２に入射したときの主光線ＢＬ２ａと光軸６２ａとの位置関係と異なっていると言える。

なお、本明細書において位置関係が異なるとは、ｘ座標及びｙ座標が異なっており、光軸６１ａと主光線ＢＬ１ａとの距離が光軸６２ａと主光線ＢＬ２との距離と同じ状態を含む。

本実施形態では、説明を単純にするため、上記位置関係についてＸ方向の距離（ｘ座標）のみを考慮する。

図３に示すように、第１の光源７１は、光軸６１ａから＋Ｘ方向にシフトした状態に配置されている。そのため、第１のコリメートレンズ６１に入射した第１の光線ＢＬ１の主光線ＢＬ１ａは、第１のコリメートレンズ６１の光軸６１ａから＋Ｘ側に離間している。つまり、主光線ＢＬ１ａは、光軸６１ａに対して集光レンズ２０の光軸（照明光軸１００ａｘ）とは反対側において第１のコリメートレンズ６１に入射している。Ｘ１はゼロではない。したがって、主光線ＢＬ１ａは、集光レンズ２０の光軸に近づくように第１のコリメートレンズ６１によって屈折される。

以下、主光線がコリメータレンズの光軸からずれた状態を、コリメートレンズと光源とが偏心した状態と呼ぶこともある。また、そのずれ量を、コリメートレンズにおける偏心量と呼ぶ。

第２の光源７２は、光軸６２ａから＋Ｘ方向にシフトした状態に配置されている。そのため、第２のコリメートレンズ６２に入射した第２の光線ＢＬ２の主光線ＢＬ２ａは、第２のコリメートレンズ６２の光軸６２ａから＋Ｘ側に離間している。つまり、主光線ＢＬ２ａは、光軸６２ａに対して集光レンズ２０の光軸とは反対側において第２のコリメートレンズ６２に入射している。ｘ２はゼロではない。したがって、主光線ＢＬ２ａは、集光レンズ２０の光軸に近づくように第２のコリメートレンズ６２によって屈折される。

本実施形態においては、ｘ１はｘ２よりも大きな値に設定されている。以下、ｘ１を第１の間隔Ｄ１と称し、ｘ２を第２の間隔Ｄ２と称する。

第１の間隔Ｄ１は第１のコリメートレンズ６１における偏心量に相当し、第２の間隔Ｄ２は第２のコリメートレンズ６２における偏心量に相当する。つまり、第１のコリメートレンズ６１における偏心量は、第２のコリメートレンズ６２における偏心量よりも大きくなっている。

本実施形態において、第１のコリメートレンズ６１の有効径は、第２のコリメートレンズ６２の有効径よりも大きくなっている。第１のコリメートレンズ６１は、光軸６１ａに対して大きく偏心した第１の光線ＢＬ１を内部に良好に取り込むことが可能である。これにより、第１の光源７１から射出した第１の光線ＢＬ１は、第１のコリメートレンズ６１に取り込まれることで後段に導かれ、照明光として有効利用される。

なお、コリメートレンズは一般的に非球面レンズから構成されるため、球面収差は補正されているものの、像面湾曲は補正されていない。これは、像面湾曲を補正すると、コリメートレンズの主機能である平行化機能が低下するためである。
このような背景から、第１のコリメートレンズ６１及び第２のコリメートレンズ６２は、球面収差のみを補正した非球面レンズから構成されており、像面湾曲は補正されていない。

ここで、一つのコリメートレンズ２２ａの焦点位置を含み、かつ該コリメートレンズ２２ａの光軸と垂直な面を、コリメートレンズ２２ａの焦点面と定義する。第１の光源７１の光射出面７１ａが、仮に第１のコリメートレンズ６１の焦点面６１Ｍ上に配置されていたとする。

本実施形態において、第１の光源７１は第１のコリメートレンズ６１に対して偏心した状態に配置されている。そのため、第１の光源７１から射出された光は、第１のコリメートレンズ６１によって屈折された際、像面湾曲により収束光となる。

第１のコリメートレンズ６１を透過した光が収束光となると、ホモジナイザー光学系１２上に形成される光のスポットサイズが小さくなってしまう。すると、ホモジナイザー光学系１２により蛍光体層４２上に照射される光の均一性が低下するおそれがある。
なお、第２の光源７２及び第２のコリメートレンズ６２についても同様のことが言える。

これに対し、本実施形態では、第１のコリメートレンズ６１を第１の光源７１側にシフトして配置している。つまり、第１の光源７１の光射出面７１ａは、第１のコリメートレンズ６１の焦点面６１Ｍと第１のコリメートレンズ６１との間に配置されている。
また、第２のコリメートレンズ６２を第２の光源７２側にシフトして配置している。つまり、第２の光源７２の光射出面７２ａは、第２のコリメートレンズ６２の焦点面６２Ｍと第２のコリメートレンズ６２との間に配置されている。

偏心量が大きい程、上記シフト量を大きくする。つまり、本実施形態において、光射出面７１ａと焦点面６１Ｍとの間隔は、光射出面７２ａと焦点面６２Ｍとの間隔よりも大きい。これにより、光射出面７１ａと第１のコリメートレンズ６１との距離は、光射出面７２ａと第２のコリメートレンズ６２との距離よりも短くなっている。

光屈折部２３は、複数の偏角プリズム２３ａから構成されている。図３において、複数の偏角プリズム２３ａのうち、第１のコリメートレンズ６１を透過した第１の光線ＢＬ１が入射するプリズムを第１の偏角プリズム２３ａ１、第２のコリメートレンズ６２を透過した第２の光線ＢＬ２が入射するプリズムを第２の偏角プリズム２３ａ２とする。
また、第３のコリメートレンズ６３を透過した第３の光線ＢＬ３が入射するプリズムを第３の偏角プリズム２３ａ３、第４のコリメートレンズ６４を透過した第４の光線ＢＬ４が入射するプリズムを第４の偏角プリズム２３ａ４とする。
なお、本実施形態において、第１の偏角プリズム２３ａ１と第２の偏角プリズム２３ａ２とはそれぞれ、特許請求の範囲の第１の光屈折素子と第２の光屈折素子とに相当する。

第１の偏角プリズム２３ａ１は、第１のコリメートレンズ６１側に、第１の光線ＢＬ１の進行方向を変える偏向特性を有したプリズム面２３ｂ１を備えている。第１の偏角プリズム２３ａ１は、第１のコリメートレンズ６１が第１の光線ＢＬ１の主光線ＢＬ１ａに与えた偏向角を小さくするように、該主光線ＢＬ１ａを屈折させる。これにより、主光線ＢＬ１ａは照明光軸１００ａｘと平行になる。

第１の光線ＢＬ１は、コリメート光学系２２によって平行光に変換される。また、第１の光線ＢＬ１と照明光軸１００ａｘとの距離は、コリメート光学系２２及び光屈折部２３によって、コリメート光学系２２への入射時に比べて小さくなる。

第２の偏角プリズム２３ａ２は、第２のコリメートレンズ６２側に、第２の光線ＢＬ２の進行方向を変える偏向特性を有したプリズム面２３ｂ２を備えている。第２の偏角プリズム２３ａ２は、第２のコリメートレンズ６２が第２の光線ＢＬ２の主光線ＢＬ２ａに与えた偏向角を小さくするように、該主光線ＢＬ２ａを屈折させる。これにより、主光線ＢＬ２ａは照明光軸１００ａｘと平行になる。

第２の光線ＢＬ２は、コリメート光学系２２によって平行光に変換される。また、第２の光線ＢＬ２と照明光軸１００ａｘとの距離は、コリメート光学系２２及び光屈折部２３によって、コリメート光学系２２への入射時に比べて小さくなる。

以上、第１の光線ＢＬ１及び第２の光線ＢＬ２について説明した。
第３の光源７３、第３のコリメートレンズ６３及び第３の偏角プリズム２３ａ３は、第１の光源７１、第１のコリメートレンズ６１及び第１の偏角プリズム２３ａ１を、照明光軸１００ａｘを基準とする線対称の位置に配置される。
そのため、第３の光線ＢＬ３は、コリメート光学系２２によって平行光に変換される。また、第３の光線ＢＬ３と照明光軸１００ａｘとの距離は、コリメート光学系２２及び光屈折部２３によって、コリメート光学系２２への入射時に比べて小さくなる。

また、第４の光源７４、第４のコリメートレンズ６４及び第４の偏角プリズム２３ａ４は、第２の光源７２、第２のコリメートレンズ６２及び第２の偏角プリズム２３ａ２を、照明光軸１００ａｘを基準とした線対称の位置に配置される。
そのため、第４の光線ＢＬ４は、コリメート光学系２２によって平行光に変換される。また、第４の光線ＢＬ４と照明光軸１００ａｘとの距離は、コリメート光学系２２及び光屈折部２３によって、コリメート光学系２２への入射時に比べて小さくなる。

以上のように、本実施形態によれば、コリメート光学系２２および光屈折部２３によって、光線束Ｋ１のサイズを縮小することができる。この構成であれば、アレイ光源２１に実装誤差が生じた場合でも該実装誤差の影響を受けにくい。そのため、アレイ光源２１における実装誤差の影響を低減しつつ光線束Ｋ１の光束幅を小さくすることができる。

また、本実施形態によれば、第１の光源７１と第２の光源７２とを、第１のコリメートレンズ６１と第２のコリメートレンズ６２とに対してそれぞれシフトして配置することで、像面湾曲を補正している。これにより、第１のコリメートレンズ６１及び第２のコリメートレンズ６２を透過した各光を平行光とすることができるので、ホモジナイザー光学系１２上に形成される光のスポットサイズが小さくなるのを防止することができる。よって、ホモジナイザー光学系１２は蛍光体層４２上に光を良好に重畳させることができるので、蛍光Ｙが効率良く生成される。

図２に戻り、ピックアップ光学系６０は、第１ピックアップレンズ６０ａと、第２ピックアップレンズ６０ｂとを備え、回転蛍光板３０からの光をピックアップして略平行化する。第１ピックアップレンズ６０ａ及び第２ピックアップレンズ６０ｂは、凸レンズからなる。

第１レンズアレイ１２０は、ピックアップ光学系６０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。複数の第１小レンズ１２２は、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１小レンズ１２２に対応する複数の第２小レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２の像を液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に結像させる。複数の第２小レンズ１３２は照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。

偏光変換素子１４０は、例えば、偏光分離膜と位相差板とから構成され、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束を、直線偏光に変換する。偏光変換素子１４０を通過した光は重畳レンズ１５０に入射する。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を集光して液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に重畳させる。第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０及び重畳レンズ１５０は、回転蛍光板３０からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレータ光学系を構成する。

以上述べたように、本実施形態によれば、実装誤差の影響を低減しつつ光線束Ｋ１のサイズを調整できるので、アレイ光源２１から射出した光を回転蛍光板３０の蛍光体層４２に効率良く入射させることができる。よって、明るい照明光Ｗを得ることができる。したがって、本実施形態のプロジェクター１によれば、実装誤差の影響が低減されたことで光利用効率が高く明るい画像を表示することができる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る光源装置について説明する。なお、上記実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その説明については省略若しくは簡略化する。

図４は本実施形態のコリメート光学系１１２２及び光屈折部１２３の構成を示す図である。図４に示すように、コリメート光学系２２を構成する複数（５つ）のコリメートレンズ２２ａ各々は、複数の光源２１１に１対１で対応して設けられている。

図４に示すように、本実施形態では、照明光軸１００ａｘ上に、第５の光源７５が配置されている。第５の光源７５は、第５の光源７５から射出された第５の光線ＢＬ５の主光線ＢＬ５ａが照明光軸１００ａｘと平行に進むように配置されている。また、第５の光源７５は、照明光軸１００ａｘの近傍であって、Ｘ方向において第２の光源７２と第４の光源７４との間に配置されている。第５の光源７５に対応するコリメートレンズを第５のコリメートレンズ６５とする。

図４に示すように、第５のコリメートレンズ６５に入射した第５の光線ＢＬ５の主光線ＢＬ５ａは、第５のコリメートレンズ６５の光軸６５ａ上に位置している。つまり、第５のコリメートレンズ６５と第５の光源７５とは偏心しない状態で配置されている。

これにより、第５の光線ＢＬ５は、第５のコリメートレンズ６５を透過した際に屈折せず、主光線ＢＬ５ａが照明光軸１００ａｘと平行に進むため、第５の光源７５の光射出面７５ａから射出された光は像面湾曲を考慮する必要がない。

本実施形態では、第５の光源７５の光射出面７５ａを第５のコリメートレンズ６５の焦点面６５Ｍ上に配置している。また、第５のコリメートレンズ６５を透過した第５の光線ＢＬ５は、照明光軸１００ａｘと平行に進むため、光屈折部２３によって屈折させる必要がない。そのため、本実施形態において、第５の光線ＢＬ５の光路上には、偏角プリズムが配置されていない。

以上のように、本実施形態によれば、コリメート光学系１１２２および光屈折部１２３によって、光線束Ｋ１のサイズを縮小することができる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態に係る光源装置について説明する。なお、上記実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その説明については省略若しくは簡略化する。

第１実施形態では、各コリメートレンズにおいて１次元方向（Ｘ方向）にのみ偏心している場合について説明したが、本実施形態では光源及びコリメートレンズが２次元方向（Ｘ方向及びＹ方向）に偏心している。

図５は本実施形態のコリメート光学系１２２２及び光屈折部２２３をＹ方向から見た図である。図６は本実施形態のコリメート光学系１２２２及び光屈折部２２３をＸ方向から見た図である。

図５，６に示すように、本実施形態において、コリメート光学系１２２２は、Ｘ方向に４列、Ｙ方向に４列に並んで配置された複数のコリメートレンズ２２ａから構成されている。

図５に示すように、コリメートレンズ２２ａにおけるＸ方向の偏心量は、図２に示した第１実施形態の構成と同様である。そのため、Ｘ方向において、各光源２１１から射出された光線ＢＬは、コリメート光学系１２２２により照明光軸１００ａｘに近づくように屈折した状態で光屈折部２２３に入射する。

図６に示すように、コリメートレンズ２２ａにおけるＹ方向の偏心量は、図５に示したＸ方向における構成と同様である。
そのため、Ｙ方向において、各光源２１１から射出された光線ＢＬは、コリメート光学系２２により照明光軸１００ａｘに近づくように屈折した状態で光屈折部２２３に入射する。

本実施形態において、光屈折部２２３は、第１の光屈折部２２３Ａと第２の光屈折部２２３Ｂとを含む。第１の光屈折部２２３Ａはコリメート光学系１２２２の後段に設けられ、第２の光屈折部２２３Ｂは第１の光屈折部２２３Ａの後段に設けられる。

第１の光屈折部２２３Ａは、複数の偏角プリズム１２４から構成されている。各偏角プリズム１２４は、各コリメートレンズ２２ａに１対１で対応して配置されている。ただし、本実施形態では、Ｙ方向に一列に並んでいる複数の偏角プリズム１２４は、一体に形成されている（図６参照）。

偏角プリズム１２４は、コリメートレンズ２２ａ側に、光の進行方向を変える偏向特性を有したプリズム面１２４Ａを備えている。偏角プリズム１２４はＸ方向にのみ光を偏向させる。具体的に、偏角プリズム１２４は、コリメートレンズ２２ａによるＸ方向の偏向角を小さくする。

本実施形態においては、第１の光屈折部２２３Ａによって光線束Ｋ１の光束径がＸ方向において縮小されるように、コリメートレンズ２２ａの光軸と該コリメートレンズ２２ａに入射する光線ＢＬの主光線との位置関係、および各偏角プリズム１２４の屈折方向がそれぞれ設定されている。

第２の光屈折部２２３Ｂは、複数の偏角プリズム１２５から構成されている。各偏角プリズム１２５は、各コリメートレンズ２２ａに１対１で対応して配置されている。ただし、本実施形態では、Ｘ方向に一列に並んでいる複数の偏角プリズム１２５は、一体に形成されている（図５参照）。

偏角プリズム１２５は、コリメートレンズ２２ａ側に、光の進行方向を変える偏向特性を有したプリズム面１２５Ｂを備えている。偏角プリズム１２５はＹ方向にのみ光を偏向させる。具体的に、偏角プリズム１２５は、コリメートレンズ２２ａによるＹ方向の偏向角を小さくする。

本実施形態においては、第２の光屈折部２２３Ｂによって光線束Ｋ１の光束径がＹ方向において縮小されるように、コリメートレンズ２２ａの光軸と該コリメートレンズ２２ａに入射する光線ＢＬの主光線との位置関係、および各偏角プリズム１２５の屈折方向がそれぞれ設定されている。

ひとつの光源２１１に対応している偏角プリズム１２４と偏角プリズム１２５とは、その光源２１１に対応した光屈折素子を構成している。ひとつの光屈折素子を構成する偏角プリズム１２４と偏角プリズム１２５とはそれぞれ、特許請求の範囲の前段光屈折素子と後段光屈折素子に相当する。

各光源２１１から射出された光線ＢＬがＸ方向にのみ偏向特性を有する第１の光屈折部２２３Ａ（偏角プリズム１２４）を透過すると、光線ＢＬはＸ方向においてのみ照明光軸１００ａｘと平行な方向に屈折し、Ｙ方向においては屈折しない。よって、第１の光屈折部１２３Ａを透過した光線束Ｋ１は、Ｘ方向においてのみ光束幅が縮小されるとともに、平行化される。

第１の光屈折部２２３Ａを透過した光線束Ｋ１は、第２の光屈折部２２３Ｂ（偏角プリズム１２５）を透過する。第２の光屈折部２２３Ｂは、上述のように、Ｙ方向にのみ偏光特性を有するため、光線ＢＬはＹ方向においてのみ照明光軸１００ａｘと平行な方向に屈折し、Ｘ方向においては屈折しない。Ｘ方向において平行化された光線束Ｋ１は、第２の光屈折部２２３Ｂを透過したとしても平行状態が乱れることがない。
よって、第２の光屈折部２２３Ｂを透過した光線束Ｋ１は、Ｙ方向においてのみ光束幅が縮小されるとともに、平行化される。

なお、各光線ＢＬがホモジナイザー光学系１２上に形成するスポット形状には歪が生じてしまう。特に、複数の光源２１１のうちＸＹ平面内の４隅に位置した光源２１１は偏心量が大きいため、該光源２１１から射出された光線ＢＬの歪は特に大きくなる。
大きく歪んだスポットが第１マルチレンズアレイ１２ａ上に形成する光量分布は、歪んでいないスポットが第１マルチレンズアレイ１２ａ上に形成する光量分布とは異なるため、蛍光体層４２上に照射される光の均一性が高められる。

以上のように、本実施形態によれば、アレイ光源２１における実装誤差の影響を低減しつつ、光線束Ｋ１のサイズを２次元方向（ＸＹ方向）において小さくすることができる。よって、ホモジナイザー光学系１２としてサイズの小さいものを用いることができる。

なお、本発明は、上記実施形態のもの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、上記第２実施形態と上記第３実施形態との構成を組み合わせるようにしても良い。すなわち、第３実施形態の構成において、照明光軸１００ａｘの近傍に配置されたコリメートレンズと光源とを偏心させなくてもよい。

また、上記第１及び第２実施形態では、複数の光源２１１がＸ方向にのみ配置される場合を例に挙げたが、複数の光源２１１は、照明光軸１００ａｘと平行な方向から見たとき、２次元的に配列されていてもよい。

また、上記実施形態では、回転蛍光板３０として透過型のものを用いる場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、反射型の回転蛍光板を用いても良い。あるいは、蛍光体層を支持する基板が回転しない構成であっても良い。

また、上記実施形態では、コリメート光学系と光屈折部とを用いて、光線束Ｋ１の光束径を縮小する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、コリメート光学系と光屈折部とを用いて光線束Ｋ１の光束径を拡大するようにしても良い。その場合は、各コリメートレンズにおける偏心の方向を上記の各実施形態とは逆にすればよい。

また、上記実施形態では、３つの液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの液晶光変調装置でカラー映像（画像）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。
さらに、光変調装置としては、液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイスなどを用いることもできる。

また、上記実施形態では、本発明による照明装置をプロジェクターに応用する例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置を自動車用ヘッドライトなどの照明器具にも適用できる。

１…プロジェクター、２光源装置、２０…集光レンズ、２１…アレイ光源、２２…コリメート光学系、２２ａ…コリメートレンズ、２３，１２３…光屈折部、２３ａ１…第１の偏角プリズム、２３ａ２…第２の偏角プリズム、６１…第１のコリメートレンズ、６１ａ…光軸、６１Ｍ…焦点面、６２…第２のコリメートレンズ、６２ａ…光軸、６２Ｍ…焦点面、７１…第１の光源、７１ａ…光射出面、７２…第２の光源、７２ａ…光射出面、１２３Ａ…第１の光屈折部、１２３Ｂ…第２の光屈折部、２１１…光源、４００Ｒ…液晶光変調装置、４００Ｇ…液晶光変調装置、４００Ｂ…液晶光変調装置、６００…投写光学系、ＢＬ１…第１の光線、ＢＬ１ａ…第１の光線の主光線、ＢＬ２…第２の光線、ＢＬ２ａ…第２の光線の主光線、Ｋ１…光線束。

Claims (8)

1. 第１の光線を射出する第１の光源と第２の光線を射出する第２の光源とを含むとともに、該第１の光線と該第２の光線とを含む光線束を射出する複数の光源と、
   前記第１の光線が入射する第１のコリメートレンズと前記第２の光線が入射する第２のコリメートレンズとを含む複数のコリメートレンズを含むとともに、前記光線束が入射するコリメート光学系と、
   前記第１のコリメートレンズを透過した前記第１の光線が入射する第１の光屈折素子、を含む光屈折部と、を備え、
   前記第１のコリメートレンズに入射した前記第１の光線の主光線は、前記第１のコリメートレンズの光軸から離間しており、
   前記第１の光屈折素子は、前記第１のコリメートレンズが前記第１の光線の前記主光線に与えた偏向角を小さくするように構成されており、
   前記第２のコリメートレンズに入射した前記第２の光線の主光線と前記第２のコリメートレンズの光軸との位置関係は、前記第１のコリメートレンズに入射した前記第１の光線の前記主光線と前記第１のコリメートレンズの前記光軸との位置関係と異なっており、
   前記光線束のサイズは、前記コリメート光学系および前記光屈折部を通過する前後で異なっている
   光源装置。
2. 前記第１の光源の光射出面は、前記第１のコリメートレンズの焦点位置を含み、かつ前記第１のコリメートレンズの前記光軸と垂直な第１平面と、前記第１のコリメートレンズと、の間に設けられている
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光屈折部は、前記第２のコリメートレンズを透過した前記第２の光線が入射する第２の光屈折素子を含み、
   前記第２のコリメートレンズに入射した前記第２の光線の前記主光線は、前記第２のコリメートレンズの前記光軸から離間しており、
   前記第２の光屈折素子は、前記第２のコリメートレンズが前記第２の光線の前記主光線に与えた偏向角を小さくするように構成されており、
   前記第２の光源の光射出面は、前記第２のコリメートレンズの焦点位置を含み、かつ前記第２のコリメートレンズの前記光軸と垂直な第２平面と、前記第２のコリメートレンズと、の間に設けられており、
   前記第１のコリメートレンズに入射した前記第１の光線の前記主光線と前記第１のコリメートレンズの前記光軸との間隔を第１の間隔とし、前記第２のコリメートレンズに入射した前記第２の光線の前記主光線と前記第２のコリメートレンズの前記光軸との間隔を第２の間隔としたとき、前記第１の間隔は前記第２の間隔よりも大きく、
   前記第１の光源の前記光射出面と前記第１平面との間隔は、前記第２の光源の前記光射出面と前記第２平面との間隔よりも大きい
   請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第１のコリメートレンズの有効径は、前記第２のコリメートレンズの有効径よりも大きい
   請求項３に記載の光源装置。
5. 前記光屈折部の後段に設けられた集光レンズをさらに備え、
   前記光線束の前記サイズが、前記コリメート光学系および前記光屈折部によって縮小されるように、前記第１の光線の前記主光線は、前記第１のコリメートレンズの前記光軸よりも前記集光レンズの光軸とは反対側において前記第１のコリメートレンズに入射する
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記複数の光源は２次元的に配列されており、
   前記複数の光源各々から射出され前記コリメート光学系に入射した光線の主光線と前記集光レンズの前記光軸との間隔が小さくなるように、
   前記複数のコリメートレンズのうち１つのコリメートレンズの光軸と、前記コリメートレンズに入射した光線の主光線と、の位置関係、および、前記コリメートレンズに対応して前記光屈折部が備える光屈折素子の屈折方向が設定されている
   請求項５に記載の光源装置。
7. 前記第１の光屈折素子は、前記コリメート光学系の後段に設けられた前段光屈折素子と、該前段光屈折素子の後段に設けられた後段光屈折素子と、を備え、
   前記前段光屈折素子による屈折方向は、前記後段光屈折素子による屈折方向とは異なる
   請求項６に記載の光源装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
   前記画像光を投射する投写光学系と、を備える
   プロジェクター。

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