JP2017167416A - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑えつつ、且つ、被照明領域の照度分布を均一にできる、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の光源ユニットと第１、第２ホモジナイザーユニットとを備える。第１ホモジナイザーユニットは第１、第２の方向に沿って複数の第１小レンズが配置された第１レンズアレイを含み、第２ホモジナイザーユニットは第３、第４の方向に沿って複数の第２小レンズが配置された第２レンズアレイを含む。第１、第２小レンズは同じ構成を持っており、第１レンズアレイの中心に位置する第１小レンズの中心と第１の光線束の中心軸との位置関係と、第２レンズアレイの中心に位置する第２小レンズの中心と第２の光線束の中心軸との位置関係との第１の方向における差を位置関係差としたとき、位置関係差は第１小レンズの第１の方向における配列ピッチの非整数倍と等しい。
【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。

近年、プロジェクターにおいて、高輝度且つ高出力な光が得られるレーザー光源が用いられている。例えば、下記特許文献１には、フライアイレンズのレンズ群を列方向又は行方向にずらし、該フライアイレンズが形成する被照明領域の照度分布を均一化させるようにしたプロジェクターが開示されている。

特開２００９−２５５１２号公報

しかしながら、上記プロジェクターにおいては、当該フライアイレンズの製造が困難である。

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、製造が容易なフライアイレンズを用いながらも被照明領域の照度分布の均一性が高い光源装置及び該光源装置を備えた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、各々が複数の発光素子からなる第１、第２の光源ユニットと、第１の光源ユニットから射出された第１の光線束が入射する第１ホモジナイザーユニットと、第２の光源ユニットから射出された第２の光線束が入射する第２ホモジナイザーユニットと、を備え、前記第１ホモジナイザーユニットは、第１の方向と第２の方向に沿って格子状に配列された複数の第１小レンズを有する第１レンズアレイを含み、前記第２ホモジナイザーユニットは、第３の方向と第４の方向に沿って格子状に配列された複数の第２小レンズを有する第２レンズアレイを含み、前記第３の方向は、前記第１の方向及び前記第２の方向と垂直な方向と、前記第１の方向と、を含む面と平行であり、前記複数の第１小レンズと前記複数の第２小レンズとは、同じ構成を持っており、前記第１レンズアレイにおいて前記複数の第１小レンズが設けられている領域の中心に位置する第１小レンズの中心と前記第１の光線束の中心軸との位置関係と、前記第２レンズアレイにおいて前記複数の第２小レンズが設けられている領域の中心に位置する第２小レンズの中心と前記第２の光線束の中心軸との位置関係との前記第１の方向における差を位置関係差としたとき、該位置関係差は、該複数の第１小レンズの前記第１の方向における配列ピッチの非整数倍と等しい光源装置が提供される。

第１態様に係る光源装置は、第１ホモジナイザーユニットおよび第２ホモジナイザーユニットを含んだホモジナイザー光学系を備えている。被照射領域において、第１の光線束による照度分布と第２の光線束による照度分布とが互いに異なるため、被照射領域における照度分布の均一性が高められる。また、ホモジナイザー光学系において、各ホモジナイザーユニットを構成している複数の小レンズを従来技術のように列方向又は行方向にずらす必要がないため、ホモジナイザー光学系の製造が容易である。

上記第１態様において、位置関係差をＤ、前記配列ピッチをＰとしたとき、Ｄ＝Ｐ・（２ｎ−１）／２（但し、ｎは正の整数）の関係を満たすのが好ましい。
この構成によれば、被照射領域における照度分布の均一性を容易に高めることができる。

上記第１態様において、集光光学系と、蛍光体層と、をさらに備え、前記第１ホモジナイザーユニットを透過した前記第１の光線束と、前記第２ホモジナイザーユニットを透過した前記第２の光線束とは、前記集光光学系を透過して前記蛍光体層に入射するのが好ましい。
この構成によれば、蛍光体層における照度分布の均一性が高いので、蛍光体層において蛍光を効率良く発生させることができる。

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射光学系と、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、上記第１態様に係る光源装置を備えるので、明るい画像を投射することが可能である。

第１実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図。 照明装置の概略構成を示す図。 光源ユニットの概略構成を示す斜視図。 発光部の要部構成を示す図。 コリメート光学系の概略構成を示す斜視図。 ホモジナイザー光学系に対する各光線束の入射位置を示した図。 第２実施形態に係る第１光源装置の概略構成を示す図。 第１光源装置の要部構成を＋Ｙ方向から視た側面図。 ホモジナイザー光学系に対する各光線束の入射位置を示した図。

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）
本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。本実施形態のプロジェクターは、スクリーン（被投射面）上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した３つの液晶光変調装置を備えている。プロジェクターは、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを備えている。

図１は、本実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図である。
プロジェクター１は、図１に示すように、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６と、を概略備えている。

本実施形態において、照明装置２は照明光として白色光Ｗを色分離光学系３に向けて射出する。

色分離光学系３は、白色光Ｗを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離するためのものである。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａおよび第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂと、を概略備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過するとともに、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）を反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過する。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。
緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂにより光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの下段に配置されている。第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長いことに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側および射出側にはそれぞれ偏光板（図示せず）が配置されている。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂは、それぞれの光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢを平行化するためのものである。

合成光学系５は、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した各画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。

投射光学系６は、投射レンズ群から構成されている。投射光学系６は、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。

（照明装置）
次に、上記照明装置２の構成について説明する。
図２は照明装置２の概略構成を示す図である。
図２に示すように、照明装置２は、第１光源装置１１と、第２光源装置１２、均一化照明手段１３とを備えている。本実施形態において、第１光源装置１１は特許請求の範囲に記載の「光源装置」に相当する。

以下、図面においてＸＹＺ座標系を用いて説明することもある。
図２において、照明装置２における照明光軸１００ａｘと平行な方向がＸ方向であり、第１光源装置１１の光軸ａｘ１と平行な方向がＹ方向であり、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ直交する方向がＺ方向である。

第１光源装置１１は、光源部２０、光路変更部６０、ホモジナイザー光学系７０、ダイクロイックミラー８０、第１集光光学系９０及び回転蛍光板３０を備える。

回転蛍光板３０は、モーター３１により回転可能な円板３２上にリング状の蛍光体層３３を備える。回転蛍光板３０は、励起光が入射する側と同じ側に向けて蛍光Ｙを射出する。
円板３２は、例えば、アルミや銅といった放熱性に優れた金属製の円板から構成されている。

蛍光体層３３は、後述する光源部２０からの青色光によって励起されて、赤色光及び緑色光を含む蛍光Ｙを射出する。蛍光体層３３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る。

誘電体多層膜３４及び蛍光体層３３が円板３２上に積層されている。誘電体多層膜３４は、入射した蛍光Ｙの大部分を図１の上方向（円板３２とは反対側）に向けて反射する。

光源部２０は、第１光源ユニット２１及び第２光源ユニット２２を含む。本実施形態において、第１光源ユニット２１は特許請求の範囲の「第１の光源ユニット」に相当し、第２光源ユニット２２は特許請求の範囲の「第２の光源ユニット」に相当する。

第１光源ユニット２１及び第２光源ユニット２２は同一構成を持っているため、以下、第１光源ユニット２１について説明する。以下、第１光源ユニット２１を単に光源ユニット２１と呼ぶ。

図３は光源ユニット２１の概略構成を示す斜視図である。光源ユニット２１は、複数の発光部４０を有している。発光部４０は特許請求の範囲の「発光素子」に相当する。
図３，５に示すように、光源ユニット２１は、本体部２０Ａと、複数の支持部材２０Ｂと、該支持部材２０Ｂに支持された複数の発光部４０と、コリメート光学系２３とを備える。

複数の支持部材２０Ｂは、本体部２０Ａの側面２０Ａ１に取り付けられている。各支持部材２０Ｂは、側面２０Ａ１の上下方向において、各々の間隔を均等とするように配置されている。

本体部２０Ａは、支持部材２０Ｂとともに、発光部４０で生じた熱を放出させるヒートシンクとして機能する。

各支持部材２０Ｂは板状の部材であって、上面２０Ｂ１と下面２０Ｂ２とを有する。上面２０Ｂ１及び下面２０Ｂ２の平面形状は略矩形状であって、Ｘ方向に長辺を有し、Ｙ方向に短辺を有している。上面２０Ｂ１はＸＹ平面と平行である。

本実施形態において、複数の発光部４０は、それぞれ半導体レーザーから構成される。
複数の発光部４０は、支持部材２０Ｂの上面２０Ｂ１においてＸ方向に一次元的に実装されている。各発光部４０は青色（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）の光ビームからなる光線ＢＬを射出する。光源ユニット２１は、複数の光線ＢＬからなる光線束Ｋ１を射出する。なお、発光部４０としては、４４５ｎｍ以外の波長（例えば、４６０ｎｍ）の青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。図３では、便宜上、最下段の支持部材２０Ｂ上に配置される発光部４０から射出される光線ＢＬのみを図示するが、光線束Ｋ１は光源ユニット２１が備える全ての発光部４０から射出された光線ＢＬからなる。

本実施形態において、光線束Ｋ１が特許請求の範囲の「第１の光線束」に相当する。すなわち、第２光源ユニット２２が射出する光線束は、特許請求の範囲の「第２の光線束」に相当する。

図４は発光部４０の要部構成を示す図である。
図４に示すように、発光部４０は、光を射出する光射出面４０ａを有している。光射出面４０ａは、射出される光の主光線の方向から視て長手方向Ｗ１と短手方向Ｗ２とを有した、略矩形状の平面形状を有している。長手方向Ｗ１はＸ方向と平行であり、短手方向Ｗ２はＺ方向と平行である。

発光部４０から射出された光線ＢＬは、長手方向Ｗ１と平行な偏光方向を有する直線偏光からなる。光線ＢＬの短手方向Ｗ２への拡がりは、光線ＢＬの長手方向Ｗ１への拡がりよりも大きい。そのため、光線ＢＬの断面形状ＢＳは、Ｚ方向（短手方向Ｗ２）を長軸方向とした楕円形状となる。

本実施形態において、複数の発光部４０は、各発光部４０から射出される光線ＢＬの主光線ＢＬａがＹ方向と平行となるように、上面２０Ｂ１に実装されている。

光源ユニット２１から射出された光線束Ｋ１は、コリメート光学系２３に入射する。
図５はコリメート光学系２３の概略構成を示す斜視図である。
図５に示すように、コリメート光学系２３は、第１のシリンドリカルレンズアレイ５０と、第２のシリンドリカルレンズアレイ５５とを含む。

第１のシリンドリカルレンズアレイ５０は、第２のシリンドリカルレンズアレイ５５よりも光源ユニット２１側に配置されている。第１のシリンドリカルレンズアレイ５０は、複数の第１シリンドリカルレンズ５１を有する。

第１シリンドリカルレンズ５１は、Ｘ方向に沿う第１の母線５１Ｍと、凸状のレンズ面５２と、平坦な裏面５３と、を有する。
本実施形態において、第１シリンドリカルレンズ５１は、平凸レンズであるため、製造コストを抑えることが可能である。

本実施形態において、第１シリンドリカルレンズ５１は、裏面５３を各発光部４０に対向させている。第１シリンドリカルレンズ５１の数は支持部材２０Ｂの数と同じである。

このような構成に基づき、各発光部４０から射出された光線ＢＬは、対応する第１シリンドリカルレンズ５１によりＹＺ面内において平行化される。

一方、第２のシリンドリカルレンズアレイ５５は、複数の第２シリンドリカルレンズ５６を有する。第２シリンドリカルレンズ５６の数はひとつの支持部材２０Ｂに実装された発光部４０の数と同じである。

第２シリンドリカルレンズ５６は、第２の母線５６Ｍの方向が第１の母線５１Ｍの方向と直交するように配置されている。

第２シリンドリカルレンズ５６は、凸状のレンズ面５７と、平坦な裏面５８とを有する平凸レンズである。

本実施形態において、第２シリンドリカルレンズ５６は、裏面５８を第１シリンドリカルレンズ５１に対向させている。
このような構成に基づき、第１シリンドリカルレンズ５１を透過した光線ＢＬは、対応する第２シリンドリカルレンズ５６によりＸＹ平面内において平行化される。

本実施形態において、第１シリンドリカルレンズ５１と第２シリンドリカルレンズ５６との間の距離と、第１シリンドリカルレンズ５１の屈折力と、第２シリンドリカルレンズ５６の屈折力とは、第２シリンドリカルレンズ５６を透過した光線ＢＬが、アスペクト比が略１である断面を持つ平行光のとなるように設定されている。すなわち、コリメート光学系２３を透過した光線ＢＬの断面形状ＢＳは、図４に示した楕円状ではなく、略円形状となる。

以下、第１光源ユニット２１と同一構成を有する第２光源ユニット２２から射出された光線束を光線束Ｋ２と称す。光線束Ｋ１と同様に、光線束Ｋ２を構成する光線ＢＬは、アスペクト比が略１である断面を持つ平行光である。

図２に戻って、光源部２０から射出された光は、光路変更部６０に入射する。
本実施形態において、光路変更部６０は、第１プリズムミラー６１と、第２プリズムミラー６２とを含む。

第１プリズムミラー６１は、第１光源ユニット２１に対応して設けられ、該第１光源ユニット２１から射出された光線束Ｋ１を光源部２０の光軸ａｘ１に近づける。同様に、第２プリズムミラー６２は、第２光源ユニット２２に対応して設けられ、該第２光源ユニット２２から射出された光線束Ｋ２を光源部２０の光軸ａｘ１に近づける。

第１プリズムミラー６１は、第１プリズム６３を主体に構成される。第１プリズム６３は、Ｚ方向に延在する板状の部材から形成されており、光線束Ｋ１全体の光路を−Ｘ方向にシフトする。

第１プリズム６３は、光入射面６３Ａ１と、光出射面６３Ａ２と、第１の反射面６３Ａ３と、第２の反射面６３Ａ４と、を備えている。第１の反射面６３Ａ３及び第２の反射面６３Ａ４各々は光線束Ｋ１を反射する反射部材、例えば、ミラー等から構成される。

同様に、第２プリズムミラー６２は、第２プリズム６４を主体に構成される。第２プリズム６４は、Ｚ方向に延在する板状の部材から形成されており、光線束Ｋ２全体の光路を＋Ｘ方向にシフトする。

第２プリズム６４は、光入射面６４Ａ１と、光出射面６４Ａ２と、第１の反射面６４Ａ３と、第２の反射面６４Ａ４と、を備えている。第１の反射面６４Ａ３と第２の反射面６４Ａ４各々は、光線束Ｋ２を反射する反射部材、例えば、ミラー等から構成される。

光路変更部６０により光軸ａｘ１側に光路が変更された光線束Ｋ１及び光線束Ｋ２は、ホモジナイザー光学系７０に入射する。

本実施形態において、ホモジナイザー光学系７０は、第１ホモジナイザーユニット７０Ａと、第２ホモジナイザーユニット７０Ｂとを含む。
本実施形態において、第１光源ユニット２１から射出された光線束Ｋ１が第１ホモジナイザーユニット７０Ａに入射し、第２光源ユニット２２から射出された光線束Ｋ２が第２ホモジナイザーユニット７０Ｂに入射する。

第１ホモジナイザーユニット７０Ａは、前段レンズアレイ７１ａと、後段レンズアレイ７１ｂとを含む。
前段レンズアレイ７１ａは複数の前段小レンズ７１ａｍを含み、後段レンズアレイ７１ｂは複数の後段小レンズ７１ｂｍを含む。複数の後段小レンズ７１ｂｍは複数の前段小レンズ７１ａｍとそれぞれ対応している。前段小レンズ７１ａｍ及び後段小レンズ７１ｂｍは、光軸ａｘ１に垂直な面内において、第１の方向と第２の方向に沿って格子状に配列される。以下、第１の方向をｘ方向とし、第２の方向をｚ方向とするｘｙｚ座標系を用いて説明する。
本実施形態において、前段レンズアレイ７１ａは特許請求の範囲の「第１レンズアレイ」に相当し、前段小レンズ７１ａｍは特許請求の範囲の「第１小レンズ」に相当する。

第２ホモジナイザーユニット７０Ｂは、前段レンズアレイ７２ａと、後段レンズアレイ７２ｂとを含む。
前段レンズアレイ７２ａは複数の前段小レンズ７２ａｍを含み、後段レンズアレイ７２ｂは複数の後段小レンズ７２ｂｍを含む。複数の後段小レンズ７２ｂｍは複数の前段小レンズ７２ａｍとそれぞれ対応している。前段小レンズ７２ａｍ及び後段小レンズ７２ｂｍは、光軸ａｘ１に垂直な面内において、第１の方向と第２の方向に沿って格子状に配列される。本実施形態において、第１の方向はｘ方向であり、第２の方向はｚ方向である。
本実施形態において、前段レンズアレイ７２ａは特許請求の範囲の「第２レンズアレイ」に相当し、前段小レンズ７２ａｍは特許請求の範囲の「第２小レンズ」に相当する。

本実施形態において、第１ホモジナイザーユニット７０Ａ及び第２ホモジナイザーユニット７０Ｂは同じ構成を有している。
具体的に、前段レンズアレイ７１ａと、後段レンズアレイ７１ｂと、前段レンズアレイ７２ａと、後段レンズアレイ７２ｂとの間で、各レンズアレイを構成している複数の小レンズの配列ピッチは同じである。同様に、複数の小レンズの大きさ、形、及びレンズ面の曲率も、各レンズアレイの間で同じである。

ホモジナイザー光学系７０を経由した光（第１光線束Ｋ１及び第２光線束Ｋ２）はダイクロイックミラー８０に入射する。以下、第１光線束Ｋ１及び第２光線束Ｋ２を総称して励起光Ｅと称す。

本実施形態において、ダイクロイックミラー８０は、ホモジナイザー光学系７０から第１集光光学系９０までの光路中に、光源部２０の光軸ａｘ１及び照明装置２の照明光軸１００ａｘのそれぞれに対して４５°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー８０は、励起光Ｅを第１集光光学系９０に向けて反射する。

第１集光光学系９０は、励起光Ｅを回転蛍光板３０の蛍光体層３３に向かって集光させる機能と、回転蛍光板３０から射出される蛍光Ｙを略平行化する機能とを有する。第１集光光学系９０は特許請求の範囲の「集光光学系」に相当する。第１集光光学系９０は、第１レンズ９２及び第２レンズ９４を備える。第１レンズ９２及び第２レンズ９４は、凸レンズからなる。

前段レンズアレイ７１ａは、複数の前段小レンズ７１ａｍによって第１光線束Ｋ１を複数のサブ光線束Ｋ１ａに分割する。前段レンズアレイ７２ａは、複数の前段小レンズ７２ａｍによって第２光線束Ｋ２を複数のサブ光線束Ｋ２ａに分割する。複数のサブ光線束Ｋ１ａと複数のサブ光線束Ｋ２ａはそれぞれ後段レンズアレイ７１ｂと後段レンズアレイ７２ｂを透過した後、第１集光光学系９０によって蛍光体層３３上で互いに重畳される。これにより、被照明領域である蛍光体層３３における励起光Ｅの照度分布の均一性が高められる。

ところで、照明光として明るい蛍光Ｙを得るには、蛍光体層３３における励起光Ｅの照度分布の均一性を高める必要がある。

図６はホモジナイザー光学系７０に対する各光線束Ｋ１，Ｋ２の入射位置を示した図である。具体的に、図６は、第１ホモジナイザーユニット７０Ａの前段レンズアレイ７１ａに対する光線束Ｋ１の入射位置と、第２ホモジナイザーユニット７０Ｂの前段レンズアレイ７２ａに対する光線束Ｋ２の入射位置との関係を示す図である。前段レンズアレイ７１ａ及び前段レンズアレイ７２ａは保持部材１０１により保持されている。

図６では、前段レンズアレイ７１ａ，７２ａに対する各光線束Ｋ１，Ｋ２の入射位置を該光線束Ｋ１，Ｋ２の中心軸（主光線）で示している。具体的に、光線束Ｋ１の中心軸を符号Ｔ１で示し、光線束Ｋ２の中心軸を符号Ｔ２で示す。

前段レンズアレイ７１ａの中心、すなわち、前段レンズアレイ７１ａにおいて複数の前段小レンズ７１ａｍが設けられている領域の中心に位置する前段小レンズ７１ａｍの中心（光軸）を符号Ｃ１で示す。また、前段レンズアレイ７２ａの中心、すなわち、前段レンズアレイ７２ａにおいて複数の前段小レンズ７２ａｍが設けられている領域の中心に位置する前段小レンズ７２ａｍの中心（光軸）を符号Ｃ２で示す。

中心Ｃ１と中心軸Ｔ１との位置関係は、中心Ｃ２と中心軸Ｔ２との位置関係と異なっている。

中心Ｃ１と中心軸Ｔ１との位置関係とは、中心Ｃ１を原点とした場合における中心軸Ｔ１の座標（ｘ１，ｚ１）に相当する。同様に、中心Ｃ２と中心軸Ｔ２との位置関係とは、中心Ｃ２を原点とした場合における中心軸Ｔ２の座標（ｘ２，ｚ２）に相当する。

以下、中心Ｃ１と中心軸Ｔ１との位置関係と、中心Ｃ２と中心軸Ｔ２との位置関係とについて説明する。なお、前段レンズアレイ７１ａ及び前段レンズアレイ７２ａは同一構成を有しており、前段小レンズ７１ａｍの配列ピッチは前段小レンズ７２ａｍの配列ピッチと同じである。前段小レンズ７１ａｍのｘ方向の配列ピッチをＰｘとする。

前段レンズアレイ７１ａは中心Ｃ１が中心軸Ｔ１と一致した状態で保持部材１０１に保持されている。前段レンズアレイ７１ａにおける中心軸Ｔ１の座標は（０，０）となる。

一方、前段レンズアレイ７２ａは、中心軸Ｔ２に対して中心Ｃ２を＋ｘ方向にＰｘ／２だけシフトさせた状態で保持部材１０１に保持されている。すなわち、前段レンズアレイ７２ａにおける中心軸Ｔ２の座標は（−Ｐｘ／２，０）となる。

中心Ｃ１と中心軸Ｔ１との位置関係と、中心Ｃ２と中心軸Ｔ２との位置関係との差を位置関係差Ｄとすれば、位置関係差Ｄは、ｘ１とｘ２との差、あるいはｚ１とｚ２との差で与えられる。本実施形態では、ｚ１がｚ２と等しいため、位置関係差Ｄは第１の方向において考えればよく、ｘ１とｘ２との差で与えられる。

本実施形態では、位置関係差Ｄは、前段小レンズ７１ａｍの配列方向（ｘ方向）において、配列ピッチＰｘの非整数倍だけ異なっている。
例えば、式（１）を満たすように位置関係差Ｄを設定する。

Ｄ＝Ｐｘ・（２ｎ−１）／２（但し、ｎは正の整数） … 式（１）

ここで、比較例として、位置関係差Ｄを配列ピッチＰｘの整数倍とした場合について説明する。

前段レンズアレイ７１ａ及び前段レンズアレイ７２ａは同一構成を有する。そのため、中心軸Ｔ２の座標が（−Ｐｘ・ｎ，０）である場合、中心軸Ｔ２は、前段レンズアレイ７２ａにおいて複数の前段小レンズ７２ａｍが設けられている領域の中心とは異なる位置に配置された前段小レンズ７２ａｍの中心と一致する。よって、前段レンズアレイ７２ａに入射した光が被照明領域に形成する照度分布は、前段レンズアレイ７１ａに入射した光が形成する照度分布と同じになる。

一方、本実施形態によれば、前段レンズアレイ７２ａに入射した光が被照明領域に形成する照度分布は、前段レンズアレイ７１ａに入射した光が形成する照度分布と異なるため、被照明領域上において２種類の照度分布が合成される。したがって、合成によって得られた照度分布の均一性を比較例の構成よりも高めることができる。

なお、本実施形態では、ｎ＝１の場合を例に挙げたが、ｎが２以上の整数の場合でも同様の効果を得ることができる。

ｘ１がｘ２と等しい場合には、位置関係差Ｄはｚ１とｚ２との差で与えられる。この場合、位置関係差Ｄを、前段小レンズ７１ａｍのｚ方向の配列ピッチＰｚの非整数倍だけ異ならせればよい。つまり、ｘ１とｘ２との差が配列ピッチＰｘの非整数倍だけ異なっている、という条件と、ｚ１とｚ２との差が配列ピッチＰｚの非整数倍だけ異なっている、という条件とのうち、少なくとも一方を満たせばよい。

本実施形態の第１光源装置１１によれば、前段レンズアレイ７１ａ，７２ａに対する光線束Ｋ１，Ｋ２各々の入射位置を調整することで照度分布の均一性を高めることができる。そのため、回転蛍光板３０の蛍光体層３３を均一性の高い光で照明することで、照明光として明るい蛍光Ｙを得ることができる。また、前段レンズアレイ７１ａ，７２ａを構成している小レンズを従来技術のように列方向又は行方向にずらしたり、小レンズの数を増やす必要がない。そのため、第１光源装置１１のコストを低減することができる。

図２に戻り、第２光源装置１２は、第２光源７１０、第２集光光学系７６０、散乱板７３２及びコリメート光学系７７０と、を備える。

第２光源７１０は、上記光源ユニット２１と同一構成からなる。
第２集光光学系７６０は、第１レンズ７６２及び第２レンズ７６４を備える。第２集光光学系７６０は、第２光源７１０からの青色光Ｂを散乱板７３２付近に集光する。第１レンズ７６２及び第２レンズ７６４は、凸レンズからなる。

散乱板７３２は、第２光源７１０からの青色光Ｂを散乱し、回転蛍光板３０から射出される蛍光Ｙの配光分布に似た配光分布を有する青色光Ｂとする。散乱板７３２としては、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。

コリメート光学系７７０は、第１レンズ７７２と、第２レンズ７７４とを備え、散乱板７３２からの光を略平行化する。第１レンズ７７２及び第２レンズ７７４は、凸レンズからなる。

本実施形態において、第２光源装置１２からの青色光Ｂはダイクロイックミラー８０で反射され、回転蛍光板３０から射出されダイクロイックミラー８０を透過した蛍光Ｙと合成されて白色光Ｗとなる。当該白色光Ｗは均一化照明手段１３に入射する。

均一化照明手段１３は、第１レンズアレイ１２５、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を含む。

第１レンズアレイ１２５は、ダイクロイックミラー８０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１２５ａを有する。複数の第１小レンズ１２５ａ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１２５の複数の第１小レンズ１２５ａ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１２５の各第１小レンズ１２５ａの像を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ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、白色光Ｗの偏光方向を揃えるものである。偏光変換素子１４０は、例えば、偏光分離膜と位相差板とミラーとから構成されている。偏光変換素子１４０は、非偏光である蛍光Ｙの偏光方向と青色光Ｂの偏光方向とを揃えるため、他方の偏光成分を一方の偏光成分に、例えばＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換する。

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光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域近傍で互いに重畳させる。第１レンズアレイ１２５、第２レンズアレイ１３０及び重畳レンズ１５０は、白色光Ｗの面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

以上述べたように、本実施形態のプロジェクター１によれば、蛍光体層３３を高い均一性で照明することで明るい蛍光Ｙを得ることができる上記第１光源装置１１を備えるので、該プロジェクター１は明るい画像を表示することが可能である。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは照明装置の構成であり、それ以外の構成は共通である。以下では、第１実施形態と共通の構成及ぶ部材については同じ符号を付し、その詳細の説明については省略若しくは簡略化する。

本実施形態の照明装置は、第１光源装置以外の構成は、第１実施形態と共通であることから、以下では第１光源装置の構成について説明する。

図７は本実施形態に係る第１光源装置１１１の概略構成を示す図である。
図７に示すように、本実施形態の第１光源装置１１１は、光源部１２０、光路変更部１６０、ミラー１６１と、ホモジナイザー光学系１７０、ダイクロイックミラー８０、第１集光光学系９０及び回転蛍光板３０を備える。

光源部１２０は、第１光源ユニット２１、第２光源ユニット２２、第３光源ユニット１２３及び第４光源ユニット１２４を含む。第３光源ユニット１２３及び第４光源ユニット１２４は、上記第１光源ユニット２１と同一の構成を有している。そのため、平行光からなる光線束を射出することが可能となっている。以下、第３光源ユニット１２３及び第４光源ユニット１２４から射出される光線束をそれぞれ第３光線束Ｋ３，第４光線束Ｋ４（以下、単に、光線束Ｋ３，Ｋ４）と称す。

光源部１２０から射出された光は、光路変更部１６０に入射する。
本実施形態において、光路変更部１６０は、第１プリズムミラー６１と、第２プリズムミラー６２と、第３プリズムミラー１６３と、第４プリズムミラー１６４とを含む。

第３プリズムミラー１６３は第３光源ユニット１２３に対応して設けられ、光線束Ｋ３全体の光路を−Ｙ方向にシフトする。第４プリズムミラー１６４は第４光源ユニット１２４に対応して設けられ、光線束Ｋ４全体の光路を＋Ｙ方向にシフトする。これら第３プリズムミラー１６３及び第４プリズムミラー１６４は、上記第１プリズムミラー６１及び第２プリズムミラー６２と同一の構成を有する。

図８は第１光源装置１１１の要部構成を＋Ｙ方向から視た側面図である。
図８に示すように、第１光源ユニット２１、第１プリズムミラー６１、第２光源ユニット２２及び第２プリズムミラー６２は、第３光源ユニット１２３、第３プリズムミラー１６３、第４光源ユニット１２４及び第４プリズムミラー１６４と、Ｚ方向において異なる位置に設けられている。すなわち、ホモジナイザー光学系１７０において、光線束Ｋ１，Ｋ２の入射領域は、光線束Ｋ３，Ｋ４の入射領域とＺ方向において異なっている。

ミラー１６１は光線束Ｋ３，Ｋ４が入射するように配置されている。光路変更部１６０により光路変更された光線束Ｋ１，Ｋ２はホモジナイザー光学系１７０に入射する。光路変更部１６０により光路変更された光線束Ｋ３，Ｋ４は、ミラー１６１で反射されてホモジナイザー光学系１７０に入射する。

図９はホモジナイザー光学系１７０に対する各光線束Ｋ１〜Ｋ４の入射位置を示した図である。図９では、光線束Ｋ１〜Ｋ４の入射位置を該光線束Ｋ１〜Ｋ４の中心軸（主光線）で示している。具体的に、光線束Ｋ１〜Ｋ４の中心軸をそれぞれ符号Ｔ１〜Ｔ４で示す。

本実施形態において、ホモジナイザー光学系１７０は、第１ホモジナイザーユニット７０Ａと、第２ホモジナイザーユニット７０Ｂと、第３ホモジナイザーユニット７０Ｃと、第４ホモジナイザーユニット７０Ｄとを含む。

第１ホモジナイザーユニット７０Ａ及び第２ホモジナイザーユニット７０ＢはＺ方向において互いに同じ位置に設けられ、第３ホモジナイザーユニット７０Ｃ及び第４ホモジナイザーユニット７０ＤはＺ方向において互いに同じ位置に設けられている。

本実施形態において、第１光源ユニット２１から射出された光線束Ｋ１が第１ホモジナイザーユニット７０Ａに入射し、第２光源ユニット２２から射出された光線束Ｋ２が第２ホモジナイザーユニット７０Ｂに入射し、第３光源ユニット１２３から射出された光線束Ｋ３が第３ホモジナイザーユニット７０Ｃに入射し、第４光源ユニット１２４から射出された光線束Ｋ４が第４ホモジナイザーユニット７０Ｄに入射する。

本実施形態において、第１ホモジナイザーユニット７０Ａ、第２ホモジナイザーユニット７０Ｂ、第３ホモジナイザーユニット７０Ｃ及び第４ホモジナイザーユニット７０Ｄは同じ構成を有している。また、配列ピッチＰｘは配列ピッチＰｚと等しい。

図９において、第３ホモジナイザーユニット７０Ｃの前段レンズアレイを符号７３ａで示し、第４ホモジナイザーユニット７０Ｄの前段レンズアレイを符号７４ａで示す。前段レンズアレイ７１ａ〜７４ａは保持部材２０１により保持されている。

前段レンズアレイ７３ａにおいて複数の前段小レンズ７３ａｍが設けられている領域の中心に位置する前段小レンズ７３ａｍの中心（光軸）を符号Ｃ３で示す。前段レンズアレイ７４ａにおいて複数の前段小レンズ７４ａｍが設けられている領域の中心に位置する前段小レンズ７４ａｍの中心（光軸）を符号Ｃ４で示す。

第１実施形態と同様、中心Ｃ３と中心軸Ｔ３との位置関係とは、中心Ｃ３を原点とした場合における中心軸Ｔ３の座標（ｘ３，ｚ３）に相当する。同様に、中心Ｃ４と中心軸Ｔ４との位置関係とは、中心Ｃ４を原点とした場合における中心軸Ｔ４の座標（ｘ４，ｚ４）に相当する。中心Ｃ１と中心軸Ｔ１との位置関係と、中心Ｃ２と中心軸Ｔ２との位置関係と、中心Ｃ３と中心軸Ｔ３との位置関係と、中心Ｃ４と中心軸Ｔ４との位置関係は、互いに異なっている。

本実施形態において、前段レンズアレイ７１ａにおける中心軸Ｔ１の座標は（０，０）、前段レンズアレイ７２ａにおける中心軸Ｔ２の座標は（−Ｐｘ／２，０）、前段レンズアレイ７３ａにおける中心軸Ｔ３の座標は（０，−Ｐｘ／２）、前段レンズアレイ７４ａにおける中心軸Ｔ４の座標は（−Ｐｘ／２，−Ｐｘ／２）である。

本実施形態では、第１実施形態と同様、前段レンズアレイ７１ａおよび前段レンズアレイ７２ａにおける位置関係差Ｄは、配列ピッチＰｘの非整数倍となっている。

中心Ｃ１と中心軸Ｔ１との位置関係と、中心Ｃ３と中心軸Ｔ３との位置関係との差を位置関係差Ｄとすれば、位置関係差Ｄは、ｚ１とｚ３との差、つまり配列ピッチＰｘの非整数倍である。

中心Ｃ１と中心軸Ｔ１との位置関係と、中心Ｃ４と中心軸Ｔ４との位置関係との差を位置関係差Ｄとすれば、位置関係差Ｄは、ｚ１とｚ４との差、またはｘ１とｘ４との差である。位置関係差Ｄも配列ピッチＰｘの非整数倍である。

さらに、本実施形態では、各ユニット７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ間において互いに上記式（１）の関係が成立している。

したがって、本実施形態によれば、各前段レンズアレイ７１ａ〜７４ａに入射した光が被照明領域に形成する照度分布は互いに異なるため、被照明領域上において４種類の照度分布が合成される。したがって、合成によって得られた照度分布の均一性がより高められる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの光変調装置でカラー映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。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。

また、上記実施形態では、本発明による光源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。本発明による光源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、４Ｂ、４Ｇ、４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、１１，１１１…第１光源装置、２０，１２０…光源部、２１…第１光源ユニット、２２…第２光源ユニット、３３…蛍光体層、７０Ａ…第１ホモジナイザーユニット、７０Ｂ…第２ホモジナイザーユニット、９０…第１集光光学系、７１ａｍ…前段小レンズ（第１小レンズ）、７１ｂｍ…後段小レンズ（第２小レンズ）、１００ａｘ…照明光軸、Ｋ１…第１光線束、Ｋ２…第２光線束、Ｃ１…中心（第１小レンズが設けられる領域の中心）、Ｃ２…中心（第２小レンズが設けられる領域の中心）、Ｔ１…中心軸（第１の光線束の中心軸）、Ｔ２…中心軸（第２の光線束の中心軸）、Ｐ…配列ピッチ。

Claims (4)

1. 各々が複数の発光素子からなる第１、第２の光源ユニットと、
   第１の光源ユニットから射出された第１の光線束が入射する第１ホモジナイザーユニットと、
   第２の光源ユニットから射出された第２の光線束が入射する第２ホモジナイザーユニットと、を備え、
   前記第１ホモジナイザーユニットは、第１の方向と第２の方向に沿って格子状に配列された複数の第１小レンズを有する第１レンズアレイを含み、
   前記第２ホモジナイザーユニットは、第３の方向と第４の方向に沿って格子状に配列された複数の第２小レンズを有する第２レンズアレイを含み、
   前記第３の方向は、前記第１の方向及び前記第２の方向と垂直な方向と、前記第１の方向と、を含む面と平行であり、
   前記複数の第１小レンズと前記複数の第２小レンズとは、同じ構成を持っており、
   前記第１レンズアレイにおいて前記複数の第１小レンズが設けられている領域の中心に位置する第１小レンズの中心と前記第１の光線束の中心軸との位置関係と、前記第２レンズアレイにおいて前記複数の第２小レンズが設けられている領域の中心に位置する第２小レンズの中心と前記第２の光線束の中心軸との位置関係との前記第１の方向における差を位置関係差としたとき、該位置関係差は、該複数の第１小レンズの前記第１の方向における配列ピッチの非整数倍と等しい
   光源装置。
2. 前記位置関係差をＤ、前記配列ピッチをＰとしたとき、
   Ｄ＝Ｐ・（２ｎ−１）／２（但し、ｎは正の整数）の関係を満たす
   請求項１に記載の光源装置。
3. 集光光学系と、蛍光体層と、をさらに備え、
   前記第１ホモジナイザーユニットを透過した前記第１の光線束と、前記第２ホモジナイザーユニットを透過した前記第２の光線束とは、前記集光光学系を透過して前記蛍光体層に入射する
   請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 請求項１乃至３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射光学系と、を備える
   プロジェクター。

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