JP2019028085A - 光源装置、照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】射出光の色ムラが生じにくい光源装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置７１０は、青色光ＬＢを第１の方向に射出する少なくとも一つの青色半導体レーザー７１１Ｂと、青色光とは異なる緑色光線ＬＧ１、赤色光線ＬＲ１、を第１の方向に射出する複数の緑色半導体レーザー７１１Ｇ、赤色半導体レーザー７１１Ｒと、を備える。複数の緑色半導体レーザー、赤色半導体レーザーの個数は、少なくとも一つの青色半導体レーザーの個数よりも多い。緑色半導体レーザー、赤色半導体レーザーは、少なくとも一つの青色半導体レーザーの周辺領域において、青色光の中心軸の周りに実質的に回転対称に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置、照明装置およびプロジェクターに関する。

近年、プロジェクターの高性能化を目的として、広色域かつ高効率な光源としてレーザー光源を用いたプロジェクターが注目されている。

この種のプロジェクターとして、下記の特許文献１に、赤色レーザー、緑色レーザーおよび青色レーザーを含む光源部を備えた液晶プロジェクターが開示されている。下記の特許文献２には、色が異なる４個のレーザー光源装置を各レーザー光源装置の光軸が互いに平行になるように２行２列に配置したプロジェクターが開示されている。下記の特許文献３には、青色レーザー光を蛍光体に照射することにより緑色の蛍光光を発光させ、緑色の蛍光光と青色光と赤色光とを含む白色の照明光を生成する照明光学系を備えた投射型映像表示装置が開示されている。この文献では、フライアイレンズとコンデンサーレンズとによって、被照明領域における照度分布を均一化している。

特開２００９−１１６１６３号公報 特開２０１０−７８９００号公報 特開２０１３−１２０２５０号公報

レーザー光源の発光効率は色によって異なるため、特許文献１のプロジェクターにおいて映像表示に適したホワイトバランスを得るためには、必要なレーザー光源の個数が色毎に異なる。

このような状況で光源装置を小型化するためには、特許文献２のように、複数の赤色レーザー光源、複数の緑色レーザー光源、および複数の青色レーザー光源を１箇所にまとめて配置して一つの光源装置を構成し、この光源装置からの光を特許文献３に示された色分離光学系によって複数の色光に分離する、という構成が考えられる。

この場合、複数の赤色レーザー光源から射出された赤色光の中心軸、複数の緑色レーザー光源から射出された緑色光の中心軸、および複数の青色レーザー光源から射出された青色光の中心軸は、いずれも光源装置から射出された照明光束全体の中心軸からずれている。これらの中心軸が互いに一致していないと、拡散板で拡散した時に照明光束全体の中心軸に対して拡散光の対称性が色毎に異なる。そのため、特許文献３のように、照度分布を均一化するためにフライアイレンズとコンデンサーレンズとを用いると、スクリーン上に表示された画像に色ムラが発生しやすいという問題があった。さらに、光源装置が大型化するという問題がある。

本発明の一つの態様は、上記の課題の少なくとも一つを解決する。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光源装置は、第１の色の第１の光を第１の方向に射出する少なくとも一つの第１の発光装置と、前記第１の色とは異なる第２の色の第２の光を前記第１の方向に射出する複数の第２の発光装置と、を備える。前記複数の第２の発光装置の個数は、前記少なくとも一つの第１の発光装置の個数よりも多い。前記複数の第２の発光装置は、前記少なくとも一つの第１の発光装置の周辺領域において、前記第１の光の中心軸の周りに実質的に回転対称に設けられている。

上記の光源装置はコンパクトである。また、第２の色の第２の光の中心軸が第１の色の第１の光の中心軸に一致する。なお、本明細書において、光線束の拡がり（分布）の中心軸のことを、光の中心軸と称する。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記第１の色および前記第２の色とは異なる第３の色の第３の光を前記第１の方向に射出する複数の第３の発光装置をさらに備えてもよい。この場合、前記複数の第３の発光装置の個数は、前記少なくとも一つの第１の発光装置の個数よりも多く、前記複数の第３の発光装置は、前記少なくとも一つの第１の発光装置の周辺領域において、前記第１の光の前記中心軸の周りに実質的に回転対称に設けられていてもよい。

上記の構成によれば、第２の光の中心軸に加えて、第３の色の第３の光の中心軸も第１の光の中心軸に一致する。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記少なくとも一つの第１の発光装置の各々の発光効率は、前記複数の第２の発光装置の各々の発光効率および前記複数の第３の発光装置の各々の発光効率よりも高くてもよい。

この構成によれば、色バランスを取りやすい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１の色は青色であり、前記第２の色は緑色であり、前記第３の色は赤色であってもよい。

この構成によれば、ホワイトバランスを取りやすい。

本発明の一つの態様の照明装置は、本発明の一つの態様の光源装置と、前記第１の光、前記第２の光および前記第３の光を、前記第１の光と、前記第２の光と前記第３の光とからなる第４の光と、に分離する光分離素子と、前記光分離素子の後段における前記第１の光の光路上に設けられ、前記第１の光を拡散させる第１の拡散素子と、前記光分離素子の後段における前記第４の光の光路上に設けられ、前記第４の光を拡散させる第２の拡散素子と、を備える。前記第１の拡散素子の拡散力は、前記第２の拡散素子の拡散力よりも大きい。

本発明の一つの態様の照明装置を備えたプロジェクターは、色ムラが低減されたカラー画像を投射できる。よって、この照明装置はプロジェクターに適している。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第１の光、前記第２の光および前記第３の光の各々は直線偏光であり、前記第２の光の偏光方向および前記第３の光の偏光方向はそれぞれ前記第１の光の偏光方向と直交し、前記光分離素子は偏光分離素子で構成されていてもよい。

この構成によれば、高出力で直線偏光を射出する半導体レーザー素子を用いて照明装置を構成しやすい。

本発明の一つの態様の照明装置は、前記光分離素子と前記第１の拡散素子との間の前記第１の光の光路上に設けられた第１の位相差板と、前記光分離素子と前記第２の拡散素子との間の前記第４の光の光路上に設けられた第２の位相差板と、をさらに備えてもよく、前記第１の拡散素子および前記第２の拡散素子は光反射性を有し、前記第１の拡散素子は、前記第１の位相差板を透過した前記第１の光を前記第１の位相差板に向けて反射させるように設けられており、前記第２の拡散素子は、前記第２の位相差板を透過した前記第４の光を前記第２の位相差板に向けて反射させるように設けられており、前記偏光分離素子は、前記第１の拡散素子で反射されて前記第１の位相差板を透過した前記第１の光と、前記第２の拡散素子で反射されて前記第２の位相差板を透過した前記第４の光と、を合成して合成光を生成する機能を有していてもよい。

この構成によれば、第１の拡散素子および第２の拡散素子が透過型の場合と比較して、拡散による光損失が小さい。また、拡散反射された第１の光と第２の光とが合成された合成光が射出されるので、色ムラが少ない照明光が射出される。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、前記照明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。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置を備えているため、色ムラの少ない画像を投射することができる。

本発明の第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の光源装置の斜視図である。 第１実施形態の光源装置の正面図である。 第１の拡散板の作用を説明するための模式図である。 第２の拡散板の作用を説明するための模式図である。 第１実施形態の変形例のプロジェクターの概略構成図である。 本発明の第２実施形態のプロジェクターの概略構成図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、半導体レーザーを用いた光源装置を備えた液晶プロジェクターの一例である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

本実施形態のプロジェクター１０は、スクリーン（被投射面）ＳＣＲ上にカラー画像を投射する投射型画像表示装置である。プロジェクター１０は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。プロジェクター１０は、光源装置の発光素子として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを用いている。

図１は、本実施形態のプロジェクター１０の概略構成図である。
図１に示すように、プロジェクター１０は、照明装置７００と、色分離導光光学系２００と、赤色光用光変調装置４００Ｒと、緑色光用光変調装置４００Ｇと、青色光用光変調装置４００Ｂと、合成光学系５００と、投射光学系６００と、を備えている。赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂは、照明装置７００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。投射光学系６００は、画像光を投射する。

照明装置７００において、光源装置７１０、光線幅縮小光学系７２０、偏光分離素子７３０（光分離素子）、第１の位相差板７６１、第１の集光レンズ７７１、および第１の拡散装置７４０は、光源装置７１０から射出された光の光軸ＡＸ１上に設けられている。第２の拡散装置７５０、第２の集光レンズ７７２、第２の位相差板７６２、偏光分離素子７３０、およびインテグレーター光学系７８０は、照明装置７００から射出された照明光の光軸ＡＸ０上に設けられている。

以下、照明装置７００から照明光が射出される方向をＹ方向とし、光源装置７１０から光が射出される方向をＸ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向と垂直な方向をＺ方向として説明する。光軸ＡＸ１はＸ軸と平行であり、光軸ＡＸ０はＹ軸と平行である。

図２は、光源装置７１０の斜視図である。図２において、図面を見やすくするため、一部の半導体レーザーの台座の図示を省略する。
図３は、光源装置７１０をＸ軸方向から見た正面図である。
図２および図３に示すように、光源装置７１０は、少なくとも一つの青色半導体レーザー７１１Ｂ（第１の発光装置）と、複数の緑色半導体レーザー７１１Ｇ（第２の発光装置）と、複数の赤色半導体レーザー７１１Ｒ（第３の発光装置）と、保持部材７１２と、を備えている。

本実施形態では、光源装置７１０は、１個の青色半導体レーザー７１１Ｂと、３個の緑色半導体レーザー７１１Ｇと、３個の赤色半導体レーザー７１１Ｒと、を備えている。なお、光源装置７１０は、複数の青色半導体レーザー７１１Ｂを備えていてもよい。

青色半導体レーザー７１１Ｂは、青色光ＬＢ（第１の色の第１の光）を第１の方向に射出する。緑色半導体レーザー７１１Ｇは、緑色光線ＬＧ１を第１の方向に射出する。赤色半導体レーザー７１１Ｒは、赤色光線ＬＲ１を第１の方向に射出する。これにより、光源装置７１０の全体として、これら３色の色光ＬＢ，ＬＧ１，ＬＲ１を含む光が射出される。

以下の説明では、複数の緑色半導体レーザー７１１Ｇから射出された複数の緑色光線ＬＧ１を合わせて緑色光ＬＧ（第２の色の第２の光）と称する。複数の赤色半導体レーザー７１１Ｒから射出された複数の赤色光線ＬＲ１を合わせて赤色光ＬＲ（第３の色の第３の光）と称する。

青色半導体レーザー７１１Ｂ、緑色半導体レーザー７１１Ｇ、および赤色半導体レーザー７１１Ｒのそれぞれは、ＣＡＮパッケージタイプの半導体レーザーで構成されている。台座７１３と缶体７１４とからなるパッケージのそれぞれには、一つ以上の半導体レーザーチップ７１５Ｂ，一つ以上の半導体レーザーチップ７１５Ｇ，または一つ以上の半導体レーザーチップ７１５Ｒが収容されている。図２に示すように、パッケージの光射出側には、コリメートレンズ７８８が装着されている。

半導体レーザーの発光効率は発光色毎に異なるため、半導体レーザーの光出力も発光色毎に異なる。青色半導体レーザー７１１Ｂの発光効率は、緑色半導体レーザー７１１Ｇの発光効率および赤色半導体レーザー７１１Ｒの発光効率よりも高い。そのため、青色半導体レーザー７１１Ｂの光出力は、緑色半導体レーザー７１１Ｇの光出力および赤色半導体レーザー７１１Ｒの光出力よりも高い。

一例を示すと、日亜化学工業株式会社、ホームページ、製品情報、「レーザーダイオード（ＬＤ）」［online］、［平成２９年０６月１４日検索］、インターネット〈URL:http://www.nichia.co.jp/jp/product/laser.html〉によれば、青色半導体レーザー（型番：ＮＤＢ７Ｋ７５）の光出力は、例えば３．５Ｗ（使用温度：２５℃）である。緑色半導体レーザー（型番：ＮＤＧ７Ｋ７５Ｔ）の光出力は、例えば１Ｗ（使用温度：２５℃）である。
三菱電機株式会社、ホームページ、ニュースリリース、「プロジェクター用６３９ｎｍ赤色高出力半導体レーザー発売のお知らせ」［online］、［平成２９年０６月１４日検索］、インターネット
〈URL:http://www.mitsubishielectric.co.jp/news/2016/1214.html〉によれば、赤色半導体レーザーの光出力は、例えば２．１Ｗ（２５℃）である。

上記の温度２５℃での光出力を実使用温度４５℃での光出力に換算すると、青色半導体レーザーの光出力は２．８Ｗとなり、緑色半導体レーザーの光出力は０．８Ｗとなり、赤色半導体レーザーの光出力は１．２６Ｗとなる。一方、明るさが１０００ｌｍの白色光を得るのに必要な各半導体レーザーの光出力は、青色半導体レーザーが１．２３Ｗであり、緑色半導体レーザーが２．０３Ｗであり、赤色半導体レーザーが２．９２Ｗである。

以上のことから、明るさが１０００ｌｍの白色光を得るのに必要な半導体レーザーの個数は、青色半導体レーザー７１１Ｂが１個であり、緑色半導体レーザー７１１Ｇが３個であり、赤色半導体レーザー７１１Ｒが３個である。すなわち、複数の緑色半導体レーザー７１１Ｇおよび複数の赤色半導体レーザー７１１Ｒの個数は、少なくとも一つの青色半導体レーザー７１１Ｂの個数よりも多い。

なお、一つの半導体レーザーが複数の半導体レーザーチップを備えている場合、半導体レーザーの発光効率は、複数の半導体レーザーチップの発光効率の合計と等しい。

本発明者の推察によれば、今後、半導体レーザー技術の進歩により各半導体レーザー７１１Ｂ，７１１Ｇ，７１１Ｒの光出力が上記の数値よりも増加する可能性はあるが、白色光を得るのに必要な各半導体レーザー７１１Ｂ，７１１Ｇ，７１１Ｒの個数の比率は変わらない。したがって、本実施形態の光源装置７１０は、１個の青色半導体レーザー７１１Ｂ、３個の緑色半導体レーザー７１１Ｇ、および３個の赤色半導体レーザー７１１Ｒを備えているが、各半導体レーザーの個数はこの例に限定されない。

支持部材７１２は、複数の半導体レーザー７１１Ｂ，７１１Ｇ，７１１Ｒの個数に対応した数の孔が設けられた円形の板材で構成されている。板材の材料は特に限定されないが、例えば熱伝導率が高い金属が望ましい。複数の半導体レーザー７１１Ｂ，７１１Ｇ，７１１Ｒの各々は、支持部材７１２の孔に缶体７１４が挿通されたことによって支持部材７１２に支持されている。

図３に示すように、複数の緑色半導体レーザー７１１Ｇおよび複数の赤色半導体レーザー７１１Ｒは、青色半導体レーザー７１１Ｂを取り囲むように青色半導体レーザー７１１Ｂの周辺領域に設けられている。さらに、緑色半導体レーザー７１１Ｇと赤色半導体レーザー７１１Ｒとは、保持部材７１２の周方向に沿って交互に設けられている。一つの緑色半導体レーザー７１１Ｇは、両隣の赤色半導体レーザー７１１Ｒと接するように設けられている。一つの赤色半導体レーザー７１１Ｒは、両隣の緑色半導体レーザー７１１Ｇと接するように設けられている。

このように、複数の緑色半導体レーザー７１１Ｇは、青色半導体レーザー７１１Ｂの周辺領域において、青色光ＬＢの中心軸ＣＢの周りに実質的に回転対称に設けられている。複数の赤色半導体レーザー７１１Ｒは、青色半導体レーザー７１１Ｂの周辺領域において、青色光ＬＢの中心軸ＣＢの周りに実質的に回転対称に設けられている。よって、緑色光ＬＧの中心軸ＣＧおよび赤色光ＬＲの中心軸ＣＲは青色光ＬＢの中心軸ＣＢと一致している。これにより、スクリーンＳＣＲ上に表示された画像の色ムラが低減される。なお、本明細書において、「実質的に回転対称」という記載は、完全に回転対称な配置だけでなく、色ムラを許容できる程度に低減できる配置をも含む。また、光源装置７１０はコンパクトである。

図３に示したように、各半導体レーザー７１１Ｂ，７１１Ｇ，７１１Ｒは、半導体レーザーチップ７１５Ｂの光射出領域の長辺がＹ軸と平行であり、半導体レーザーチップ７１５Ｇの光射出領域の長辺がＺ軸と平行であり、半導体レーザーチップ７１５Ｒの光射出領域の長辺がＹ軸と平行になるように設けられている。そのため、青色半導体レーザー７１１Ｂは、偏光分離素子７３０に対するＰ偏光である青色光ＬＢを射出し、緑色半導体レーザー７１１Ｇおよび赤色半導体レーザー７１１Ｒは、偏光分離素子７３０に対するＳ偏光である緑色光線ＬＧと赤色光線ＬＲとをそれぞれ射出する。以降、緑色光線ＬＧと赤色光線ＬＲとを含む光を光ＬＧＲ（第４の光）と称する。光ＬＧＲは、Ｓ偏光である。Ｐ偏光とＳ偏光は、偏光方向が互いに直交している。

図１に示すように、光線幅縮小光学系７２０は、凸レンズ７２１と凹レンズ７２２とを備えたアフォーカル光学系で構成されている。光線幅縮小光学系７２０は、光源装置７１０から射出された光の径を縮小する。

偏光分離素子７３０は、光軸ＡＸ０と光軸ＡＸ１のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。偏光分離素子７３０は、光源装置７１０から射出された光を、偏光分離素子７３０に対するＳ偏光とＰ偏光とに分離する。具体的に、偏光分離素子７３０は、Ｐ偏光である青色光ＬＢを透過させ、Ｓ偏光である光ＬＧＲを反射させる。

第１の位相差板７６１は、偏光分離素子７３０と第１の拡散装置７４０との間の青色光ＬＢの光路上に設けられている。第１の位相差板７６１は、青色光ＬＢの波長域に対する１／４波長板で構成されている。第１の位相差板７６１は、第１の位相差板７６１を透過する青色光ＬＢの偏光状態をＰ偏光から例えば右回りの円偏光に変換する。

第１の集光レンズ７７１は、第１の位相差板７６１と第１の拡散装置７４０との間の青色光ＬＢの光路上に設けられている。第１の集光レンズ７７１は、第１の位相差板７６１から射出された青色光ＬＢを第１の拡散装置７４０の第１の拡散板７４１上に集光させるとともに、第１の拡散板７４１から射出された拡散光を受けて第１の位相差板７６１に導く。

第１の拡散装置７４０は、第１の拡散板７４１（第１の拡散素子）と、第１の拡散板７４１を回転させるためのモーター７４５と、を備えている。第１の拡散板７４１は、例えば光反射性を持つ部材の表面に凹凸が形成された構成を有し、拡散反射性を備えている。第１の拡散板７４１の拡散力は、後述する第２の拡散板７５１の拡散力よりも大きい。第１の拡散板７４１は、回転軸７４３の方向から見て例えば円形に形成されている。第１の拡散板７４１は、入射した青色光ＬＢを第１の集光レンズ７７１に向けて拡散反射させる。右回りの円偏光として入射した青色光ＬＢは、第１の拡散板７４１で拡散反射することで、左回りの円偏光としての青色拡散光ＬＢｃとなる。

第１の拡散板７４１により拡散反射され、第１の集光レンズ７７１を再び透過した左回りの円偏光としての青色拡散光ＬＢｃは、第１の位相差板７６１を再度透過することにより、Ｓ偏光としての青色光ＬＢｓとなる。Ｓ偏光の青色光ＬＢｓは、偏光分離素子７３０で反射してインテグレーター光学系７８０に向かう。

一方、第２の位相差板７６２は、偏光分離素子７３０と第２の拡散装置７５０との間の光ＬＧＲの光路上に設けられている。第２の位相差板７６２は、緑色光線ＬＧから赤色光線ＬＲまでの波長域に対応する広帯域１／４波長板で構成されている。第２の位相差板７６２は、第２の位相差板７６２を透過する光ＬＧＲの偏光状態をＳ偏光から例えば左回りの円偏光に変換する。

第２の集光レンズ７７２は、第２の位相差板７６２と第２の拡散装置７５０との間の光ＬＧＲの光路上に設けられている。第２の集光レンズ７７２は、第２の位相差板７６２から射出された光ＬＧＲを第２の拡散装置７５０の第２の拡散板７５１上に集光させるとともに、第２の拡散板７５１から射出された拡散光を受けて第２の位相差板７６２に導く。

第２の拡散装置７５０は、第２の拡散板７５１（第２の拡散素子）と、第２の拡散板７５１を回転させるためのモーター７５５と、を備えている。第２の拡散板７５１は、例えば光反射性を持つ部材の表面に凹凸が形成された構成を有し、拡散反射性を備えている。第２の拡散板７５１は、回転軸７５３の方向から見て例えば円形に形成されている。第２の拡散板７５１は、入射した光ＬＧＲを第２の集光レンズ７７２に向けて拡散反射させる。左回りの円偏光としての光ＬＧＲは、第２の拡散板７５１で拡散反射することで、右回りの円偏光としての拡散光ＬＧＲｃとなる。

第２の拡散板７５１により拡散反射され、第２の集光レンズ７７２を再び透過した右回りの円偏光としての拡散光ＬＧＲｃは、第２の位相差板７６２を再度透過することにより、Ｐ偏光としての光ＬＧＲｐとなる。光ＬＧＲｐは、偏光分離素子７３０を透過してインテグレーター光学系７８０に向かう。すなわち、偏光分離素子７３０は、第１の拡散装置７４０からの青色光ＬＢｓと第２の拡散装置７５０からの光ＬＧＲｐとを合成して白色の合成光（照明光ＬＷ）を生成する。

インテグレーター光学系７８０は、第１のレンズアレイ７８１と、第２のレンズアレイ７８２と、重畳レンズ７８３と、を備えている。インテグレーター光学系７８０は、偏光分離素子７３０から射出された照明光ＬＷの照度分布を赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂの各々の画像形成領域において均一化する。

第１のレンズアレイ７８１は、偏光分離素子７３０から射出された照明光ＬＷを複数の部分光線束に分割するための複数のレンズ７８６を有する。複数のレンズ７８６は、光軸ＡＸ０と直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２のレンズアレイ７８２は、複数のレンズ７８６に対応する複数のレンズ７８７を備えている。第２のレンズアレイ７８２は、後段の重畳レンズ７８３とともに、各レンズ７８６の像を赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂの各々の画像形成領域もしくはその近傍に結像させる。複数のレンズ７８７は、光軸ＡＸ０に直交する面内にマトリクス状に配列されている。

重畳レンズ７８３は、第２のレンズアレイ７８２からの各部分光線束を集光して赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂの各々の画像形成領域もしくはその近傍で互いに重畳させる。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２４０と、ダイクロイックミラー２２０と、反射ミラー２１０と、反射ミラー２３０と、反射ミラー２５０と、リレーレンズ２６０と、リレーレンズ２７０と、を備えている。色分離導光光学系２００は、照明装置７００から射出された照明光ＬＷを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢに分離し、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢをそれぞれ対応する赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂに導く。

色分離導光光学系２００と、赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂとの間には、フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、フィールドレンズ３００Ｂがそれぞれ配置されている。

ダイクロイックミラー２４０は、青色光ＬＢを反射させ、赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧを透過させる。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光ＬＧを反射させ、青色光ＬＢを透過させる。反射ミラー２１０および反射ミラー２３０は、赤色光ＬＲを反射させる。反射ミラー２５０は、青色光ＬＢを反射させる。

赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂのそれぞれは、入射された色光を画像情報に応じて変調して画像を形成する液晶パネルから構成されている。

なお、図示を省略したが、フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、フィールドレンズ３００Ｂと赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、青色光用光変調装置４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置されている。赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、青色光用光変調装置４００Ｂと合成光学系５００との間には、それぞれ射出側偏光板が配置されている。

合成光学系５００は、赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、青色光用光変調装置４００Ｂから射出された各画像光を合成する。合成光学系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たクロスダイクロイックプリズムからなり、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面に誘電体多層膜が設けられている。

合成光学系５００から射出された画像光は、投射光学系６００によってスクリーンＳＣＲ上に拡大投射される。

本実施形態の光源装置７１０においては、前述したように、緑色光ＬＧの中心軸ＣＧが青色光ＬＢの中心軸ＣＢと一致しているため、投射された画像において緑色と青色とに起因する色ムラが低減されている。また、赤色光ＬＲの中心軸ＣＲが青色光ＬＢの中心軸ＣＢと一致しているため、投射された画像において赤色と青色とに起因する色ムラが低減されている。また、緑色光ＬＧの中心軸ＣＧが赤色光ＬＲの中心軸ＣＲと一致しているため、投射された画像において緑色と赤色とに起因する色ムラも低減されている。

本実施形態の照明装置７００が備える第１の拡散板７４１の拡散力が第２の拡散板７５１の拡散力よりも大きいことにより、色ムラがさらに低減される。その理由について、以下説明する。
図４は、第１の拡散板７４１の作用を説明するための模式図である。なお、図４の上部は中心軸ＣＢに垂直な青色光ＬＢの断面図を示し、図４の下部は第１の集光レンズ７７１および第１の拡散板７４１の側面図を示している。
図５は、第２の拡散板７５１の作用を説明するための模式図である。なお、図５の上部は中心軸ＣＧ（ＣＲ）に垂直な緑色光ＬＧの断面図および赤色光ＬＲの断面図を示し、図５の下部は第２の集光レンズ７７２および第２の拡散板７５１の側面図を示している。

青色光ＬＢは、図４に示すように、光源装置７１０の中央に配置された１個の青色半導体レーザー７１１Ｂから射出される。

これに対して、３本の緑色光線ＬＧ１からなる緑色光ＬＧは、図５に示すように、青色光ＬＢの中心軸ＣＢの周りに回転対称に設けられた３個の緑色半導体レーザー７１１Ｇから射出される。同様に、３本の赤色光線ＬＲ１からなる赤色光ＬＲは、青色光ＬＢの中心軸ＣＢの周りに回転対称に設けられた３個の赤色半導体レーザー７１１Ｒから射出される。

青色光ＬＢと複数の緑色光線ＬＧ１との位置関係は、青色光ＬＢと複数の赤色光線ＬＲ１との位置関係と同じであるので、以下、青色光ＬＢと緑色光ＬＧとを例にとって説明する。

図４に示したように、青色光ＬＢは、第１の拡散板７４１に収束するように入射する。本明細書においては、青色光ＬＢが第１の拡散板７４１に入射するときの入射角の最大値を収束角α１と称する。同様に、緑色光ＬＧは第２の拡散板７５１に収束するように入射する。緑色光ＬＧが第２の拡散板７５１に入射するときの入射角の最大値を収束角α２と称する。また、複数の緑色光線ＬＧ１を包含する最小の円の直径を緑色光ＬＧの光束幅ＷＧと定義する。図４に示した青色光ＬＢの光束幅ＷＢは図５に示した緑色光ＬＧの光束幅ＷＧよりも小さいため、青色光ＬＢの収束角α１は緑色光ＬＧの収束角α２よりも小さい。

ここで、第１の拡散板７４１の拡散力と第２の拡散板７５１の拡散力とが同じであったとすると、拡散反射された青色光ＬＢと緑色光ＬＧの発散角の大小関係は収束角α１と収束角α２の大小関係と同じであるため、拡散反射された青色光ＬＢの発散角は拡散反射された緑色光ＬＧの発散角よりも小さくなる。発散角が互いに異なる青色光ＬＢと緑色光ＬＧとが合成されると、中心軸ＣＢが中心軸ＣＧと一致していたとしても、スクリーンＳＣＲ上に表示された画像に色ムラが生じる。

これに対して、本実施形態では、第１の拡散板７４１の拡散力が第２の拡散板７５１の拡散力よりも大きいため、小さい収束角α１で入射した青色光ＬＢが第１の拡散板７４１で大きく拡散され、大きい収束角α２で入射した緑色光ＬＧが第２の拡散板７５１で小さく拡散される。その結果、図４、図５に示したように、拡散反射された青色光ＬＢの発散角β１を拡散反射された緑色光ＬＧの発散角β２に近付けることができる。第１の拡散板７４１および第２の拡散板７５１のそれぞれの拡散力を適宜調整することにより、青色光ＬＢの発散角β１を緑色光ＬＧの発散角β２と略等しくすることができる。これにより、青色と緑色に関して色ムラをさらに低減することができる。赤色光ＬＲに対しても同様のことが言える。したがって、照明装置７００からは色ムラが少ない白色の照明光ＬＷが射出される。

発光効率が比較的低い緑色半導体レーザー７１１Ｇおよび赤色半導体レーザー７１１Ｒ各々の個数は、発光効率が比較的高い青色半導体レーザー７１１Ｂの個数よりも多い。よって、各色の半導体レーザーの個数が互いに等しい場合に比べて、光源装置７１０から射出される光の色バランスを取りやすい。

１個の青色半導体レーザー７１１Ｂ、３個の緑色半導体レーザー７１１Ｇ、および３個の赤色半導体レーザー７１１Ｒからなる７個の半導体レーザーのそれぞれが互いに隣り合う半導体レーザーと接するように配置されているため、光源装置の小型化を図ることができる。

本実施形態の照明装置７００においては、青色光ＬＢはＰ偏光であり、緑色光線ＬＧ１と赤色光線ＬＲ１がそれぞれＳ偏光である構成が採用されている。各半導体レーザーのＣＡＮパッケージの光軸ＡＸ１の周りの回転角を、得たい偏光状態に応じて設定することで、上記の構成を容易に実現することができる。

透過型の拡散素子は、後方散乱に起因して光損失が大きい。しかし、第１の拡散板７４１および第２の拡散板７５１は反射型であるため、光損失が小さく、さらに、照明装置７００を小型化することができる。

本実施形態のプロジェクター１０は、上記の照明装置７００を備えているため、色ムラの少ない画像を投射することができる。

［第１実施形態の変形例］
以下、第１実施形態の変形例について、図６を用いて説明する。
変形例の照明装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、照明装置の一部の構成が第１実施形態と異なる。そのため、照明装置全体の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図６は、変形例のプロジェクター１５の概略構成図である。
図６において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図６に示すように、本変形例の照明装置７０２において、光源装置７１０、光線幅縮小光学系７２０、偏光分離素子７３０、第２の位相差板７６２、第２の集光レンズ７７２、および第２の拡散装置７５０は、光軸ＡＸ１上に設けられている。第１の拡散装置７４０、第１の集光レンズ７７１、第１の位相差板７６１、偏光分離素子７３０、およびインテグレーター光学系７８０は、光軸ＡＸ１と直交する光軸ＡＸ０上に設けられている。すなわち、本変形例の照明装置７０２では、第１実施形態の照明装置７００に対して、第１の拡散装置７４０、第１の集光レンズ７７１および第１の位相差板７６１の位置と、第２の拡散装置７５０、第２の集光レンズ７７２および第２の位相差板７６２の位置と、が入れ替わっている。

本変形例の場合、青色半導体レーザー７１１Ｂは、偏光分離素子７３０に対するＳ偏光の青色光ＬＢを射出する。緑色半導体レーザー７１１Ｇおよび赤色半導体レーザー７１１Ｒは、偏光分離素子７３０に対するＰ偏光の緑色光ＬＧと赤色光ＬＲをそれぞれ射出する。したがって、青色光ＬＢは、偏光分離素子７３０で反射して第１の拡散装置７４０に導かれる。緑色光線ＬＧ１および赤色光線ＬＲ１は、偏光分離素子７３０を透過して第２の拡散装置７５０に導かれる。

上記の構成を実現するためには、図３に示した各半導体レーザー７１１Ｂ，７１１Ｇ，７１１ＲのＣＡＮパッケージの光軸ＡＸ１の周りの回転角を、９０°ずらせばよい。すなわち、半導体レーザーチップ７１５Ｂの光射出領域の長辺がＺ軸と平行であり、半導体レーザーチップ７１５Ｇの光射出領域の長辺がＹ軸と平行であり、半導体レーザーチップ７１５Ｒの光射出領域の長辺がＺ軸と平行になるように、各半導体レーザー７１１Ｂ，７１１Ｇ，７１１Ｒを配置すればよい。

本変形例においても、色ムラが生じにくい画像が投射される、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図７を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と略同様であり、照明装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図７は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図７において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態のプロジェクター２０は、照明装置７０４と、色分離導光光学系２０４と、反射ミラー２５０と、赤色光用光変調装置４００Ｒと、緑色光用光変調装置４００Ｇと、青色光用光変調装置４００Ｂと、合成光学系５００と、投射光学系６００と、を備えている。

照明装置７０４から射出された青色光ＬＢの光軸を光軸ＡＸ２と称し、照明装置７０４から射出された光ＬＧＲの光軸を光軸ＡＸ３と称する。光軸ＡＸ２および光軸ＡＸ３は光軸ＡＸ１と直交している。

照明装置７０４において、光源装置７１０、光線幅縮小光学系７２０、ダイクロイックミラー７３０（光分離素子）、および反射ミラー２７０は、光軸ＡＸ１上にこの順に設けられている。ダイクロイックミラー７３０、第１の集光レンズ７７３、第１の拡散装置８４０、第１のピックアップレンズ７７４、および第１のインテグレーター光学系８８０は、光軸ＡＸ２上にこの順に設けられている。反射ミラー２７０、第２の集光レンズ７７５、第２の拡散装置８５０、第２のピックアップレンズ７７６、および第２のインテグレーター光学系８９０は、光軸ＡＸ３上にこの順に設けられている。

光源装置７１０の構成は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。光源装置７１０からは、青色光ＬＢと光ＬＧＲとが射出される。青色光ＬＢはダイクロイックミラー７３０で反射し、光ＬＧＲはダイクロイックミラー７３０を透過する。

第１の集光レンズ７７３は、ダイクロイックミラー７３０と第１の拡散装置８４０との間の青色光ＬＢの光路上に設けられている。第１の集光レンズ７７３は、ダイクロイックミラー７３０から射出された青色光ＬＢを第１の拡散装置８４０の第１の拡散板８４１上に集光させる。

第１の拡散装置８４０は、第１の拡散板８４１（第１の拡散素子）と、第１の拡散板８４１を回転させるためのモーター８４５と、を備えている。第１の拡散板８４１は、例えば光透過性を有する部材の表面に凹凸が形成された構成を有し、拡散透過性を備えている。第１の拡散板８４１の拡散力は、後述する第２の拡散板８５１の拡散力よりも大きい。第１の拡散板８４１は、入射した青色光ＬＢを拡散させつつ第１のピックアップレンズ７７４に向けて透過させる。

第１のピックアップレンズ７７４は、第１の拡散装置８４０と第１のインテグレーター光学系８８０との間の青色光ＬＢの光路上に設けられている。第１のピックアップレンズ７７４は、第１の拡散装置８４０から射出された青色光ＬＢを平行化して、第１のインテグレーター光学系８８０に導く。

第１のインテグレーター光学系８８０は、第１のレンズアレイ８８１と、第２のレンズアレイ８８２と、重畳レンズ８８３と、を備えている。第１のインテグレーター光学系８８０は、第１の拡散装置８４０から射出された青色光ＢＬの照度分布を青色光用光変調装置４００Ｂの画像形成領域において均一化する。

ダイクロイックミラー７３０を透過した光ＬＧＲは、反射ミラー２７０で反射し、第２の集光レンズ７７５に入射する。

第２の集光レンズ７７５は、反射ミラー２７０と第２の拡散装置８５０との間の光ＬＧＲの光路上に設けられている。第２の集光レンズ７７５は、反射ミラー２７０で反射した光ＬＧＲを第２の拡散装置８５０の第２の拡散板８５１上に集光させる。

第２の拡散装置８５０は、第２の拡散板８５１（第２の拡散素子）と、第２の拡散板８５１を回転させるためのモーター８５５と、を備えている。第２の拡散板８５１は、例えば光透過性を有する部材の表面に凹凸が形成された構成を有し、拡散透過性を備えている。第２の拡散板８５１は、入射した光ＬＧＲを拡散させつつ第２のピックアップレンズ７７６に向けて透過させる。

第２のピックアップレンズ７７６は、第２の拡散装置８５０と第２のインテグレーター光学系８９０との間の光の光路上に設けられている。第２のピックアップレンズ７７６は、第２の拡散装置８５０から射出された光ＬＧＲを平行化して、第２のインテグレーター光学系８９０に導く。

第２のインテグレーター光学系８９０は、第１のレンズアレイ８９１と、第２のレンズアレイ８９２と、重畳レンズ８９３と、を備えている。第２のインテグレーター光学系８９０は、第２の拡散装置８５０から射出された光ＬＧＲの照度分布を緑色光用光変調装置４００Ｇおよび赤色光用光変調装置４００Ｒの各々の画像形成領域において均一化する。

第１のインテグレーター光学系８８０から射出された青色光ＬＢは、反射ミラー２５０で反射し、青色光用光変調装置４００Ｂに入射する。

色分離導光光学系２０４は、ダイクロイックミラー２２０と、反射ミラー２６０と、反射ミラー２３０と、を備えている。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光ＬＧを反射させ、赤色光ＬＲを透過させることで、第２のインテグレーター光学系８９０から射出された光ＬＧＲを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離し、赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとを赤色光用光変調装置４００Ｒと緑色光用光変調装置４００Ｇとにそれぞれ導く。プロジェクター２０のその他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態においても、緑色光ＬＧの中心軸ＣＧおよび赤色光ＬＲの中心軸ＣＲは青色光ＬＢの中心軸ＣＢと一致している、発散角が適切に調整されている、画像の色ムラが低減されている、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に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、上記実施形態の光源装置は、光の色が互いに異なる３種の発光装置を備えていたが、光源装置が２種の発光装置（例えば青色と緑色）のみを備えていてもよい。その場合、その２色に起因する色ムラを低減することができる。

上記実施形態では、１個の青色半導体レーザーと、３個の緑色半導体レーザーと、３個の赤色半導体レーザーと、を備えた光源装置を例示したが、各半導体レーザーの個数はこれに限定されない。例えば、光源装置は、複数の青色半導体レーザーを備えていてもよい。その場合、複数の緑色半導体レーザーおよび複数の赤色半導体レーザーは、複数の青色半導体レーザーから射出された複数の青色光からなる光束全体の中心軸の周りに、回転対称に設けられていればよい。

上記実施形態では、第１、第２の拡散素子として、モーターによって回転可能とされた拡散板の例を挙げたが、モーターを備えていない固定型の拡散板が用いられてもよい。また、上記実施形態で例示した光源装置、照明装置、およびプロジェクターの各構成要素の数、配置、形状、材料、寸法等については、適宜変更が可能である。

上記実施形態では、３つの光変調装置を備えるプロジェクターを例示したが、一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および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。本発明による光源装置あるいは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することができる。

１０，１５，２０…プロジェクター、４００Ｂ…青色光用光変調装置、４００Ｇ…緑色光用光変調装置、４００Ｒ…赤色光用光変調装置、７００，７０２，７０４…照明装置、７１０…光源装置、７１１Ｂ…青色半導体レーザー（第１の発光装置）、７１１Ｇ…緑色半導体レーザー（第２の発光装置）、７１１Ｒ…赤色半導体レーザー（第３の発光装置）、７３０…偏光分離素子（光分離素子）、７４１…第１の拡散板（第１の拡散素子）、７５１…第２の拡散板（第２の拡散素子）、７６１…第１の位相差板、７６２…第２の位相差板。

Claims (8)

1. 第１の色の第１の光を第１の方向に射出する少なくとも一つの第１の発光装置と、
   前記第１の色とは異なる第２の色の第２の光を前記第１の方向に射出する複数の第２の発光装置と、
   を備え、
   前記複数の第２の発光装置の個数は、前記少なくとも一つの第１の発光装置の個数よりも多く、
   前記複数の第２の発光装置は、前記少なくとも一つの第１の発光装置の周辺領域において、前記第１の光の中心軸の周りに実質的に回転対称に設けられている、光源装置。
2. 前記第１の色および前記第２の色とは異なる第３の色の第３の光を前記第１の方向に射出する複数の第３の発光装置をさらに備え、
   前記複数の第３の発光装置の個数は、前記少なくとも一つの第１の発光装置の個数よりも多く、
   前記複数の第３の発光装置は、前記少なくとも一つの第１の発光装置の周辺領域において、前記第１の光の前記中心軸の周りに実質的に回転対称に設けられている、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記少なくとも一つの第１の発光装置の各々の発光効率は、前記複数の第２の発光装置の各々の発光効率および前記複数の第３の発光装置の各々の発光効率よりも高い、請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第１の色は青色であり、前記第２の色は緑色であり、前記第３の色は赤色である、請求項２または請求項３に記載の光源装置。
5. 請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記第１の光、前記第２の光および前記第３の光を、前記第１の光と、前記第２の光と前記第３の光とからなる第４の光と、に分離する光分離素子と、
   前記光分離素子の後段における前記第１の光の光路上に設けられ、前記第１の光を拡散させる第１の拡散素子と、
   前記光分離素子の後段における前記第４の光の光路上に設けられ、前記第４の光を拡散させる第２の拡散素子と、
   を備え、
   前記第１の拡散素子の拡散力は、前記第２の拡散素子の拡散力よりも大きい、照明装置。
6. 前記第１の光、前記第２の光および前記第３の光の各々は直線偏光であり、
   前記第２の光の偏光方向および前記第３の光の偏光方向はそれぞれ前記第１の光の偏光方向と直交し、
   前記光分離素子は偏光分離素子で構成されている、請求項５に記載の照明装置。
7. 前記光分離素子と前記第１の拡散素子との間の前記第１の光の光路上に設けられた第１の位相差板と、
   前記光分離素子と前記第２の拡散素子との間の前記第４の光の光路上に設けられた第２の位相差板と、
   をさらに備え、
   前記第１の拡散素子および前記第２の拡散素子は光反射性を有し、
   前記第１の拡散素子は、前記第１の位相差板を透過した前記第１の光を前記第１の位相差板に向けて反射させるように設けられており、
   前記第２の拡散素子は、前記第２の位相差板を透過した前記第４の光を前記第２の位相差板に向けて反射させるように設けられており、
   前記偏光分離素子は、前記第１の拡散素子で反射されて前記第１の位相差板を透過した前記第１の光と、前記第２の拡散素子で反射されて前記第２の位相差板を透過した前記第４の光と、を合成して合成光を生成する機能を有する、請求項６に記載の照明装置。
8. 請求項５から請求項７までのいずれか一項に記載の照明装置と、
   前記照明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、を備えた、プロジェクター。

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