JP2017211417A - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮光線束に及ぼす実装誤差の影響が低減された光源装置を提供する。【解決手段】光源装置は、複数の発光素子４０からなる少なくとも一つの素子列ＳＬと、少なくとも一つの素子列から射出された光が入射するコリメート光学系１２と、コリメート光学系の下段に配置された光束圧縮光学系１３と、を備え、複数の発光素子各々は半導体レーザー素子からなり、コリメート光学系は、複数の発光素子の配列方向と平行な第１の母線を有する第１シリンドリカルレンズアレイ５０と、第１シリンドリカルレンズアレイの下段に複数の発光素子と対応するように設けられ、各々が第１の母線と交差する第２の母線を有する複数の第２シリンドリカルレンズアレイ５５と、を備え、光束圧縮光学系は、第１の母線と垂直な方向とは異なる方向に屈折力を有し、かつ第１の母線と垂直な方向には屈折力を有しない。【選択図】図５

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、プロジェクターに用いられる光源装置の光源として、半導体レーザーアレイが用いられている。高輝度化のために半導体レーザーの数を増加させると、半導体レーザーアレイから射出された光の幅が大きくなるために、該光が入射する光学部品を大きくする必要がある。しかし、光学部品の大型化は、光源装置の大型化、コストアップにつながってしまう。

そこで、例えば、下記特許文献１には、複数の半導体レーザーと、各半導体レーザーに対応して設けられた複数の集光レンズと、凸レンズと凹レンズとで構成されたアフォーカル光学系と、コンデンサレンズと、蛍光発光板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。アフォーカル光学系は、複数の半導体レーザーから射出された光線束の幅を圧縮し、圧縮光線束が下段の光学素子に入射する。

特開２０１２−１３７７４４号公報

ところで、半導体レーザーや集光レンズを実装する場合、アライメントにばらつき（実装誤差）が生じるおそれがある。上記アフォーカル光学系によって圧縮された圧縮光線束は、圧縮倍率が大きいほど実装誤差の影響を受けやすい。また、圧縮光線束は、集光レンズの焦点距離が短いほど実装誤差の影響を受けやすい。実装精度が低いと、アフォーカル光学系の後段に配置された光学素子に圧縮光線束が良好に入射せず、光利用効率の低下を招く。

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、圧縮光線束に及ぼす実装誤差の影響が低減された光源装置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、複数の発光素子からなる少なくとも一つの素子列と、前記少なくとも一つの素子列から射出された光が入射するコリメート光学系と、前記コリメート光学系の下段に配置された光束圧縮光学系と、を備え、前記複数の発光素子各々は半導体レーザー素子からなり、前記コリメート光学系は、前記複数の発光素子の配列方向と平行な第１の母線を有する第１シリンドリカルレンズと、前記第１シリンドリカルレンズの下段に前記複数の発光素子と対応するように設けられ、各々が前記第１の母線と交差する第２の母線を有する複数の第２シリンドリカルレンズと、を備え、前記光束圧縮光学系は、前記第１の母線と垂直な方向とは異なる方向に屈折力を有し、かつ前記第１の母線と垂直な方向には屈折力を有しない光源装置が提供される。

第１態様に係る光源装置においては、第１シリンドリカルレンズの焦点距離は第２シリンドリカルレンズの焦点距離よりも短い。そこで、光束圧縮光学系は、焦点距離が短い方の第１シリンドリカルレンズの第１の母線と垂直な方向とは異なる方向に屈折力を有し、かつ第１の母線と垂直な方向には屈折力を有していない。よって、光束圧縮光学系によって生成された圧縮光線束に及ぼす実装誤差の影響を低減することができる。

上記第１態様において、前記光束圧縮光学系は、正の屈折力を持つ第３シリンドリカルレンズと、該第３シリンドリカルレンズの下段に設けられた負の屈折力を持つ第４シリンドリカルレンズと、からなるのが好ましい。
この構成によれば、コリメート光学系を透過した光線束の光束幅を容易に圧縮することができる。

さらに、上記光源装置において、前記第３シリンドリカルレンズの第３の母線の方向は、前記第１の母線と直交しているのが望ましい。
このようにすれば、圧縮光線束に及ぼす実装誤差の影響を最小にすることができる。

上記第１態様において、前記少なくとも一つの素子列は複数の素子列からなり、前記コリメート光学系と前記光束圧縮光学系との間の光路上において、前記複数の素子列から射出された光線束の前記配列方向の幅は、前記配列方向と直交する方向の幅よりも大きいのが好ましい。
この構成によれば、光束圧縮光学系により圧縮した光線束のアスペクト比を１にし易くなる。よって、圧縮光線束は後段の光学系に良好に入射するので、圧縮光線束の利用効率を高めることができる。ようになる。

上記第１態様において、前記複数の発光素子各々から射出される光の最大放射角方向は、前記第１の母線と直交しているのが好ましい。
この構成によれば、発光素子から射出された光を第１シリンドリカルレンズによって最大放射角方向において平行化するので、第２シリンドリカルレンズに入射する光束幅を小さくすることができる。よって、第２シリンドリカルレンズが小型化されるため、コリメート光学系のコスト低減を図ることができる。

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によれば、光利用効率が高い光源装置を備えるので、明るい画像を表示できる。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図。 光源装置の概略構成を示す図。 光源部の構成を示す斜視図。 光源部を＋Ｘ方向から視た側面図。 光源部を＋Ｚ方向から視た平面図。 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。

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。

（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１の概略構成を示す図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、照明装置１００、色分離導光光学系２００、光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム５００及び投射光学系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ＷＬを色分離導光光学系２００に向けて射出する。照明装置１００は、均一化照明光学系９と光源装置１０とを含む。

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光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導光する。
色分離導光光学系２００と、光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂがそれぞれ配置されている。

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。

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。なお、図示を省略したが、各集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと各光変調装置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、投射光学系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。

（光源装置）
次に、上記光源装置１０の構成について説明する。
図２は光源装置１０の概略構成を示す図である。
図２に示すように、光源装置１０は、光源部１１と、コリメート光学系１２と、アフォーカル光学系１３と、ホモジナイザー光学系１５と、偏光分離素子２３と、位相差板２４と、集光光学系２５と、蛍光体ホイール３０とを備える。

以下、図面を用いた説明において、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。Ｘ方向は光源装置１０における照明光軸１００ａｘと平行な方向であり、Ｙ方向は光源部１１の光軸ａｘ１と平行な方向であり、Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向にそれぞれ直交する方向である。

光軸ａｘ１上においては、光源部１１と、コリメート光学系１２と、アフォーカル光学系１３と、ホモジナイザー光学系１５と、偏光分離素子２３とが、この順に並んで配置されている。一方、照明光軸１００ａｘ上においては、蛍光体ホイール３０と、集光光学系２５と、位相差板２４と、偏光分離素子２３とが、この順に並んで配置されている。

図３は光源部１１の構成を示す斜視図である。
図３に示すように、本実施形態の光源部１１は、第１光源ユニット１１Ａと第２光源ユニット１１Ｂとを含む。第１光源ユニット１１Ａ及び第２光源ユニット１１Ｂは、Ｘ方向に沿って配置される。
第１光源ユニット１１Ａ及び第２光源ユニット１１Ｂは同一の構成を有することから、以下では第１光源ユニット１１Ａの構造を例に挙げて説明する。

第１光源ユニット１１Ａは、複数の発光部４０と放熱器１２１Ｈとを含む。複数の発光部４０は放熱器１２１Ｈに支持されている。
放熱器１２１Ｈは、本体部６０Ａおよび支持部材６０Ｂを含む。これら本体部６０Ａおよび支持部材６０Ｂは、例えば、アルミや銅といった放熱性に優れた金属材料から構成される。

複数の支持部材６０Ｂは、本体部６０Ａの側面６０Ａ１に取り付けられている。本実施形態では、３つの支持部材６０Ｂが側面６０Ａ１に取り付けられている。
各支持部材６０Ｂは、側面６０Ａ１のＺ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。

各支持部材６０Ｂは板状の部材であって、上面６０Ｂ１を有する。上面６０Ｂ１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６０Ｂ１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素子から構成される。複数の発光部４０は、支持部材６０Ｂの上面６０Ｂ１にＸ方向に沿って実装されている。各発光部４０は青色の光ビームからなる光線Ｂを射出する。発光部４０の発光強度のピークは例えば、約４４５ｎｍである。各発光部４０は、射出した光線Ｂの偏光方向を、偏光分離素子２３で反射される偏光成分（例えばＳ偏光成分）の偏光方向と一致させるようにしている。

本実施形態において、各支持部材６０Ｂ上に発光部４０が３つずつ配置されている。すなわち、第１光源ユニット１１Ａは、ＸＺ平面に平行な面内に配列された９個の発光部４０を有している。第１光源ユニット１１Ａと同一構成からなる第２光源ユニット１１Ｂも、ＸＺ平面に平行な面内に配列された９個の発光部４０を有している。つまり、光源部１１は、ＸＺ平面に平行な面内に配列された１８個の発光部４０を有している。

図４は光源部１１を＋Ｘ方向から視た側面図であり、図５は光源部１１を＋Ｚ方向から視た平面図である。なお、図４，５では、光源部１１の後段に配置されるコリメート光学系１２及びアフォーカル光学系１３も図示している。
図４に示すように、第１光源ユニット１１Ａ及び第２光源ユニット１１Ｂは、Ｚ方向において各発光部４０の位置を揃えるように配置されている。図５に示すように、第１光源ユニット１１Ａ及び第２光源ユニット１１Ｂは、Ｙ方向において各発光部４０の位置を揃えるように配置されている。

光源部１１では、同じＺ座標に位置する上記各ユニット１１Ａ，１１Ｂの支持部材６０Ｂに配列された発光部４０がＸ方向に沿って一列に配列されている。すなわち、Ｘ方向に沿って一列に配置された６つの発光部４０からなる素子列ＳＬがＺ方向に３列配列されている。以下、素子列ＳＬが延在している方向（Ｘ方向）を素子列方向と呼ぶ。

図３に示すように、光源部１１は複数の光線Ｂを含む光線束Ｋを射出する。光線束Ｋは全ての素子列ＳＬの発光部４０から射出される光線Ｂからなる。

本実施形態において、素子列方向の光線束Ｋの幅は、素子列方向と直交する方向（Ｚ方向）の光線束Ｋの幅よりも大きい。光線束ＫのＸＺ平面と平行な断面はＸ方向に長辺を有する矩形である。

なお、光源部１１における素子列ＳＬの数、及び各素子列ＳＬ上に並ぶ発光部４０の数は一例であり、上記数に限定されるものではない。
例えば、本実施形態では、光源部１１が２つのユニット（第１光源ユニット１１Ａ及び第２光源ユニット１１Ｂ）から構成される場合を例に挙げたが、光源部１１は１個のユニットから構成されていても良い。また、素子列ＳＬは少なくとも１つあれば良い。

図６は発光部４０の要部構成を示す図である。
図６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Ｂ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Ｂの短手方向Ｗ２への拡がりは、光線Ｂの長手方向Ｗ１への拡がりよりも大きい。すなわち、半導体レーザー素子からなる発光部４０の遅軸方向はＸ方向と平行であり、最大放射角方向に対応する速軸方向はＺ方向と平行である。

本実施形態において、複数の発光部４０は、各発光部４０から射出された光線Ｂの主光線ＢLａがＹ方向と平行となるように、上面６０Ｂ１に実装されている。

このような構成に基づき、光源部１１はコリメート光学系１２に向けて光線束Ｋを射出するようになっている。コリメート光学系１２は、光線束Ｋを平行光に変換するためのものである。本実施形態では、光線Ｂの拡がり方に異方性があるため、後述のコリメート光学系１２として二つのシリンドリカルレンズを組み合わせたものを採用した。

図７はコリメート光学系１２の概略構成を示す斜視図である。なお、図７では、コリメート光学系１２と複数の発光部４０との位置関係も示している。
図７に示すように、コリメート光学系１２は、第１のシリンドリカルレンズアレイ５０と、第２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シリンドリカルレンズアレイ５５よりも光源部１１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。なお、複数の第１シリンドリカルレンズ５１は、各々が一体形成されていても良いし、別体で構成されていても良い。

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。第１の母線５１Ｍは上面６０Ｂ１と平行である。第１シリンドリカルレンズ５１は平凸レンズから構成されている。
本実施形態において、第１の母線５１Ｍは、素子列方向と平行である。

第１シリンドリカルレンズ５１は、裏面５３を各発光部４０の光射出面４０ａに対向させている。本実施形態においては、第１光源ユニット１１Ａの各支持部材６０Ｂに対応する第１シリンドリカルレンズ５１と、第２光源ユニット１１Ｂの各支持部材６０Ｂに対応する第１シリンドリカルレンズ５１とを別体から構成している。そのため、第１シリンドリカルレンズ５１は、一つの素子列ＳＬに２つ配置されており、第１シリンドリカルレンズ５１の数は支持部材６０Ｂの数に対応している。なお、第１シリンドリカルレンズ５１として長尺のものを用いることで、各素子列ＳＬに１つずつ配置しても良い。この場合、第１シリンドリカルレンズ５１は３つ（素子列ＳＬの数）配置すればよい。

このような構成に基づき、光源部１１の各素子列ＳＬの発光部４０から射出された光線Ｂ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ようになっている。

第２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は、第１シリンドリカルレンズ５１よりも大きい焦点距離を有する。第２シリンドリカルレンズ５６の数は、一つの素子列ＳＬを構成する発光部４０の数に対応している。なお、複数の第２シリンドリカルレンズ５６は、各々が一体形成されていても良いし、別体で構成されていても良い。

第２シリンドリカルレンズ５６は、第１シリンドリカルレンズ５１の第１の母線５１Ｍと交差する第２の母線５６Ｍと、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。

第２シリンドリカルレンズ５６は、第２の母線５６Ｍの方向が支持部材６０Ｂの上面６０Ｂ１と交差するように配置されている。本実施形態において、第２の母線５６Ｍの方向は上面６０Ｂ１および第１の母線５１Ｍの方向と直交している。

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のレンズ面５２に対向させている。
本実施形態においては、図３に示したように、光源部１１は、素子列ＳＬに発光部４０が６個ずつ配置されている。そのため、第２シリンドリカルレンズアレイ５５は第２シリンドリカルレンズ５６を６個備えている。

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Ｂ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ようになっている。

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Ｂの断面のアスペクト比が略１となるように設定されている。このようにすれば、コリメート光学系１２を透過した光線Ｂの断面形状ＢＳを、図６に示した楕円状ではなく、略円形状とすることができる。

このように本実施形態によれば、コリメート光学系１２は、光源部１１から射出された光線束Ｋを平行光に変換する。

また、本実施形態において、発光部４０から射出された光線Ｂの最大放射角方向は、第１シリンドリカルレンズ５１の第１の母線５１Ｍと直交している。すなわち、第１シリンドリカルレンズ５１は発光部４０から射出された光線Ｂを最大放射角方向において平行化している。これにより、第１シリンドリカルレンズ５１の後段に配置された第２シリンドリカルレンズ５６に入射する光線Ｂの光束幅を小さくできるので、該第２シリンドリカルレンズ５６を小型化することでコスト低減を図ることができる。

図４，５に示したように、アフォーカル光学系１３は、コリメート光学系１２の後段に配置される。アフォーカル光学系１３は、コリメート光学系１２を透過した光線束Ｋの光束幅を圧縮するものである。本実施形態において、アフォーカル光学系１３は特許請求の範囲の「光束圧縮光学系」に相当する。

アフォーカル光学系１３は、第３シリンドリカルレンズ１３ａと、第３シリンドリカルレンズ１３ａの下段に設けられた第４シリンドリカルレンズ１３ｂとから構成されている。第３シリンドリカルレンズ１３ａは正の屈折力を持つレンズであり、第４シリンドリカルレンズ１３ｂは負の屈折力を持つレンズである。

本実施形態において、第３シリンドリカルレンズ１３ａは、Ｚ方向に沿う第３の母線１４Ｍを有する。第３の母線１４Ｍの方向は、素子列方向と直交している。

本実施形態において、アフォーカル光学系１３は、素子列方向と平行な方向に屈折力を有している。すなわち、アフォーカル光学系１３は、素子列方向に垂直な方向と異なる方向に屈折力を有し、かつ素子列方向と垂直な方向には屈折力を有しないと換言することもできる。

光線束Ｋはアフォーカル光学系１３を透過することで、Ｘ方向において該光線束Ｋよりも光束幅が圧縮された圧縮光線束ＫＳへと変換される。本実施形態において、光線束Ｋは素子列方向における幅が素子列方向と直交する方向の幅よりも大きい。そのため、アフォーカル光学系１３は、Ｘ方向の圧縮力を調整することで、圧縮光線束ＫＳの断面のアスペクト比を略１とすることができる。アスペクト比が１の圧縮光線束ＫＳは、後段の光学系（集光光学系２５）に良好に入射するようになる。

ところで、本実施形態のように、アレイ状に配置した発光部４０を備えた光源装置１０では、複数の発光部４０のアライメントに多少のずれが生じることが避けられない。つまり、本実施形態において、光源部１１は多少の実装誤差を有したものとなっている。

上記の実装誤差が生じていると、ホモジナイザー光学系１５によって光線束Ｋを蛍光体層３３上の所定の領域に集める、ということができず、光利用効率が低下する。このような光利用効率の低下は、実装誤差の増加に伴って大きくなる。

ここで、第１シリンドリカルレンズ５１を透過した光線Ｂの進行方向に対する発光部４０に生じた実装誤差の影響について説明する。第１シリンドリカルレンズ５１の焦点距離をｆ１、実装誤差によって光線Ｂに生じた進行方向のＺ方向におけるズレ量（角度）をΔθｚとする。また、実装誤差が、ＸＺ面と平行で、かつＸ方向に対して４５°傾いた方向に生じているとする。この場合、Ｘ方向の実装誤差ΔｘはＺ方向の実装誤差Δｚと等しい。なお、実装誤差が生じていない場合、光線ＢはＹ軸と平行な方向に進行するとする。

ズレ量Δθｚ、実装誤差Δｚ、及び焦点距離ｆ１との間には、Δｚ＝ｆ１・ｔａｎ（Δθｚ）の関係が成立する。つまり、焦点距離ｆ１が長いほど、ズレ量Δθｚが小さい。なお、第１の母線５１Ｍと平行な方向の実装誤差Δｘは、光線Ｂの進行方向に影響を与えない。

同様に、第２シリンドリカルレンズ５６の焦点距離をｆ２、第２シリンドリカルレンズ５６を透過することによって生じたＸ方向におけるズレ量（角度）をΔθｘとすれば、焦点距離ｆ２が長いほど、ズレ量Δθｘが小さい。また、第２の母線５６Ｍと平行な方向の実装誤差Δzは、光線Ｂの進行方向に影響を与えない。

第２シリンドリカルレンズ５６は第１シリンドリカルレンズ５１の後段に設けられているため、焦点距離ｆ２は焦点距離ｆ１よりも長い。そのため、実装誤差Δｘが実装誤差Δｚと等しいにもかかわらず、第２シリンドリカルレンズ５６を透過した際に生じたズレ量Δθｘは、第１シリンドリカルレンズ５１を透過した際に生じたズレ量Δθｚよりも小さい。すなわち、第２シリンドリカルレンズ５６の第２の母線５６Ｍと垂直な方向における実装誤差の影響は、第１シリンドリカルレンズ５１の第１の母線５１Ｍと垂直な方向における実装誤差の影響よりも小さい。

本実施形態では、光源部１１から射出した光線束Ｋの光束幅の調整手段としてアフォーカル光学系１３を用いる。一般にアフォーカル光学系を用いて光束幅を調整する場合、実装誤差が拡大されてしまい、実装誤差の影響による不具合が生じ易くなる。

これに対し、本実施形態のアフォーカル光学系１３は、コリメート光学系１２において実装誤差の影響が小さい方向、すなわち、第２シリンドリカルレンズ５６の第２の母線５６Ｍと垂直な方向のみに光束幅を圧縮する屈折力を持つ。

そのため、アフォーカル光学系１３を透過した圧縮光線束ＫＳにおいては、第２の母線５６Ｍと垂直な方向のみに実装誤差が拡大されている。
この場合、第１の母線５１Ｍと垂直な方向、或いは第１の母線５１Ｍと垂直な方向と第２の母線５６Ｍと垂直な方向とに実装誤差が拡大される場合に比べて、実装誤差の影響が小さい。

圧縮光線束ＫＳは、ホモジナイザー光学系１５に入射する。ホモジナイザー光学系１５は、被照明領域（後述する蛍光体ホイール３０の蛍光体層３３）における圧縮光線束ＫＳの光強度分布を均一な状態（いわゆるトップハット分布）に変換するものであり、レンズアレイ１５ａとレンズアレイ１５ｂとを含む。レンズアレイ１５ａは複数の小レンズ１５ａｍを含み、レンズアレイ１５ｂは複数の小レンズ１５ｂｍを含む。複数の小レンズ１５ｂｍは複数の小レンズ１５ａｍとそれぞれ対応している。小レンズ１５ａｍ，１５ｂｍは、光軸ａｘ１に垂直なＸＺ面内において、Ｘ方向とＺ方向に沿って格子状に配列されている。

本実施形態によれば、多少の実装誤差を有した光源部１１から射出した光線束Ｋをアフォーカル光学系１３で圧縮した場合であっても、圧縮光線束ＫＳにおける実装誤差の影響を低減することができる。よって、ホモジナイザー光学系１５は、蛍光体ホイール３０の蛍光体層３３上の所定の領域に圧縮光線束ＫＳを照射することができる。よって、光源部１１の光を効率良く利用することで、後述する蛍光ＹＬとして明るい光を生成することができる。

上述のホモジナイザー光学系１５を経由した圧縮光線束ＫＳは青色光ＢＬとして偏光分離素子２３に入射する。
偏光分離素子２３は、光軸ａｘ１及び照明光軸１００ａｘに対して４５°の角度をなすように配置される。本実施形態において、偏光分離素子２３は波長選択性を有している。

偏光分離素子２３は、この偏光分離素子２３に入射する青色光ＢＬを、この偏光分離素子２３に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光分離機能を有している。偏光分離素子２３は、Ｓ偏光成分の光を反射させ、Ｐ偏光成分の光を透過させる。偏光分離素子２３の偏光分離機能については後述する。

また、偏光分離素子２３は、青色光ＢＬとは異なる波長帯の光（蛍光ＹＬ）を、その偏光状態にかかわらず透過させる。すなわち、偏光分離素子２３は色分離機能を有している。

本実施形態において、偏光分離素子２３に入射する青色光ＢＬは、偏光分離素子２３で反射されるＳ偏光である。そのため、偏光分離素子２３に入射した青色光ＢＬは、Ｓ偏光の励起光ＢＬｓとして、位相差板２４に向かって反射される。

位相差板２４は、偏光分離素子２３と蛍光体ホイール３０との間の光路中に配置された１／４波長板からなる。この位相差板２４に入射するＳ偏光の励起光ＢＬｓは、円偏光の励起光ＢＬｃに変換された後、集光光学系２５に入射する。集光光学系２５は、励起光ＢＬｃを蛍光体ホイール３０の蛍光体層３３に向かって集光させる。

本実施形態の蛍光体ホイール３０は、いわゆる反射型の回転蛍光板である。
蛍光体ホイール３０は、モーター３１により回転可能な基板３２上にリング状の蛍光体層３３を備える。蛍光体ホイール３０は、励起光が入射する側と同じ側に向けて蛍光ＹＬを射出する。基板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。なお、本実施形態において、基板３２の形状は円形であるが、該基板３２の形状は円板状に限るものではない。

蛍光体層３３は、励起光ＢＬｃによって励起されて、赤色光及び緑色光を含む蛍光ＹＬ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。

本実施形態において、蛍光体ホイール３０は、基板３２と蛍光体層３３との間に反射膜３４が設けられている。反射膜３４は、蛍光ＹＬを高い効率で反射するように設計されている。そのため、反射膜３４は、入射した蛍光ＹＬの大部分を基板３２とは反対側に向けて反射することが可能である。

このように蛍光体層３３で生成された蛍光ＹＬは直接あるいは反射膜３４に反射されることで、蛍光体層３３から集光光学系２５に向かって射出される。

以下、励起光ＢＬｃのうち蛍光ＹＬに変換されなかった成分を励起光ＢＬｃｒと称す。励起光ＢＬｃｒは反射膜３４で反射され、集光光学系２５を透過し、再び位相差板２４を通過することによって、偏光分離素子２３にＰ偏光として入射する青色光ＢＬｐに変換される。

蛍光体層３３から偏光分離素子２３に向かって射出された蛍光（黄色光）ＹＬは、集光光学系２５及び位相差板２４を通過する。蛍光ＹＬは非偏光であるため、位相差板２４を通過した後も、非偏光のまま偏光分離素子２３に入射する。そして、この蛍光ＹＬは、偏光分離素子２３を透過する。

偏光分離素子２３を透過した青色光ＢＬｐ及び黄色の蛍光ＹＬが混ざることによって、白色の照明光ＷＬが合成される。この照明光ＷＬは、偏光分離素子２３を透過した後に、図１に示した均一化照明光学系９に入射する。

均一化照明光学系９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、偏光分離素子２３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１３０ａ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１３０ａ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、照明光ＷＬ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ＹＬを直線偏光に変換する。

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４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ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、画像形成領域における照明光ＷＬ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、本実施形態によれば、実装誤差の影響が低減された圧縮光線束ＫＳを射出する光源装置１０を実現できる。よって、光源装置１０は、光源部１１の光を効率良く利用することで、蛍光ＹＬとして明るい光を生成することができる。本実施形態のプロジェクター１は光源装置１０を備えるので、明るい画像をスクリーンＳＣＲに投射することができる。

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、アフォーカル光学系１３が第２の母線５６Ｍと垂直な方向にのみ屈折力を有する場合を例に挙げたが、アフォーカル光学系１３が屈折力を有する方向はこれに限定されない。アフォーカル光学系１３は、少なくとも第１の母線５１Ｍと垂直な方向に屈折力を持っていなければよい。例えば、ＸＺ平面内においてＸ方向及びＺ方向の両方と交差する方向であってもよい。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置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することができる。

１…プロジェクター、１０…光源装置、１２…コリメート光学系、１３…アフォーカル光学系（光束圧縮光学系）、１３ａ…第３シリンドリカルレンズ、１３ｂ…第４シリンドリカルレンズ、１４Ｍ…第３の母線、４０…発光部（発光素子）、５１…第１シリンドリカルレンズ、５１Ｍ…第１の母線、５６…第２シリンドリカルレンズ、５６Ｍ…第２の母線、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…光変調装置、６００…投射光学系、Ｂ…光線、Ｋ…光線束、ＳＬ…素子列。

Claims (6)

1. 複数の発光素子からなる少なくとも一つの素子列と、
   前記少なくとも一つの素子列から射出された光が入射するコリメート光学系と、
   前記コリメート光学系の下段に配置された光束圧縮光学系と、を備え、
   前記複数の発光素子各々は半導体レーザー素子からなり、
   前記コリメート光学系は、
   前記複数の発光素子の配列方向と平行な第１の母線を有する第１シリンドリカルレンズと、
   前記第１シリンドリカルレンズの下段に前記複数の発光素子と対応するように設けられ、各々が前記第１の母線と交差する第２の母線を有する複数の第２シリンドリカルレンズと、を備え、
   前記光束圧縮光学系は、前記第１の母線と垂直な方向とは異なる方向に屈折力を有し、かつ前記第１の母線と垂直な方向には屈折力を有しない
   光源装置。
2. 前記光束圧縮光学系は、正の屈折力を持つ第３シリンドリカルレンズと、該第３シリンドリカルレンズの下段に設けられた負の屈折力を持つ第４シリンドリカルレンズと、からなる
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第３シリンドリカルレンズの第３の母線の方向は、前記第１の母線と直交している
   請求項２に記載の光源装置。
4. 前記少なくとも一つの素子列は複数の素子列からなり、
   前記コリメート光学系と前記光束圧縮光学系との間の光路上において、前記複数の素子列から射出された光線束の前記配列方向の幅は、前記配列方向と直交する方向の幅よりも大きい
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記複数の発光素子各々から射出される光の最大放射角方向は、前記第１の母線と直交している
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 請求項１乃至５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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