JP2019061083A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】スペックルノイズの発生が少なく、小型の光源装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、第１の発光装置１２１と、第２の発光装置１３１と、第３の発光装置１４１と、拡散板５０１と、を備える。第１の発光素子１２２は、発光領域の中心が第１のコリメーターレンズ１２３の光軸上に配置され、複数の第２の発光素子１３２は、各第２の発光素子の発光領域の中心が第２のコリメーターレンズ１３３の光軸上に位置しないように配置され、複数の第３の発光素子１４２は、各第３の発光素子の発光領域の中心が第３のコリメーターレンズ１４３の光軸上に位置しないように配置され、回転拡散板は、拡散性が異なる第１拡散部５０５と第２拡散部５０６と、を有し、第１拡散部は、回転拡散板の回転方向に沿って設けられ、第２拡散部は、第１拡散部の側方に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、光源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である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。例えば、下記の特許文献１には、個別に配置された赤色、緑色、青色の３色のレーザーと、各色のレーザーから射出された光を順次合成する２個のダイクロイックプリズムと、を有する光源装置およびこれを備えたプロジェクターが開示されている。

特開２０１３−２３１９４０号公報

ところで、レーザー光源には、スペックルノイズの発生という問題がある。この問題を解決するために、レーザー光を透過させる光学素子を駆動する等の手法がよく用いられる。特許文献１では、表面に凹凸が形成された光学素子が２つのフライアイレンズ間に配置され、この光学素子を振動させる構成が採用されている。その他、モーターを用いて拡散板を回転させる手法も提案されている。しかしながら、所望の色バランスを実現するために必要な光出力が発光色毎に異なる、１個あたりのレーザー光源の光出力の現状の実力値が発光色毎に異なる、等の要因により、レーザー光源の使用個数を発光色毎に同じにすることはできない。

レーザー光源の個数が発光色毎に異なる場合、拡散板への光の入射角が発光色毎に異なるため、拡散板の拡散特性も発光色毎に異ならせる必要がある。その理由は、光の入射角が発光色毎に異なる場合に拡散板の拡散特性が共通であると、光の拡散角が発光色毎に異なり、その結果、後段の光学系で色ムラが生じるおそれがあるからである。この問題は、互いに異なる拡散特性を有する拡散板を各色光の光路毎に配置することによって解決することができる。ただし、この構成では、拡散板の使用枚数が多くなり、照明装置が大型化する、という問題が発生する。

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、スペックルノイズの発生が少なく、小型の光源装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の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の一つとする。

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の波長の第１の光を射出する第１の発光素子と第１のコリメーターレンズとを有する第１の発光装置と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の第２の光を射出する複数の第２の発光素子と第２のコリメーターレンズとを有する第２の発光装置と、前記第１の波長および前記第２の波長とは異なる第３の波長の第３の光を射出する複数の第３の発光素子と第３のコリメーターレンズとを有する第３の発光装置と、前記第１の光と前記第２の光と前記第３の光とを含む光を拡散させる回転拡散板と、を備え、前記第１の発光素子は、発光領域の中心が前記第１のコリメーターレンズの光軸上に位置するように配置され、前記複数の第２の発光素子は、前記第２のコリメーターレンズの光軸に交差する方向に並び、各第２の発光素子の発光領域の中心が前記第２のコリメーターレンズの光軸上に位置しないように配置され、前記複数の第３の発光素子は、前記第３のコリメーターレンズの光軸に交差する方向に並び、各第３の発光素子の発光領域の中心が前記第３のコリメーターレンズの光軸上に位置しないように配置され、前記回転拡散板は、前記第１の光が入射する第１拡散部と、前記第１拡散部とは拡散性が異なり、前記第２の光と前記第３の光とが入射する第２拡散部と、を有し、前記第１拡散部は、前記回転拡散板の回転方向に沿って設けられ、前記第２拡散部は、前記回転方向に沿って設けられるとともに、前記回転方向に交差する方向における前記第１拡散部の側方に設けられていることを特徴とする。

本発明の一つの態様の光源装置においては、第１の発光素子の発光領域の中心が第１のコリメーターレンズの光軸上に位置しているため、例えば回転拡散板の光入射側に集光光学系が設けられ、集光光学系によって集光された光が回転拡散板に入射する構成の場合、第１の発光素子の発光領域の像は集光光学系を構成する凸レンズの光軸上に形成される。これに対して、第２の発光素子は、発光領域の中心が第２のコリメーターレンズの光軸上に位置せず、光軸上から外れた位置にあるため、第２の発光素子の発光領域の像は第２のコリメーターレンズの光軸と交差する方向において集光光学系を構成する凸レンズの光軸から外れた箇所に形成される。第３の発光素子についても、第２の発光素子と同様である。このようにして、回転拡散板において、第１の光は第１拡散部で拡散され、第２の光および第３の光は第１拡散部の側方にあり、拡散特性が第１拡散部とは異なる第２拡散部で拡散される。これにより、第１の光と第２、第３の光とで別個の回転拡散板を備える必要がなく、スペックルノイズの発生が少なく、小型の光源装置が得られる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第２の発光装置は、各第２の発光素子の発光領域の中心が前記第２のコリメーターレンズの光軸を挟んで互いに反対側に配置された２個の前記第２の発光素子を有し、前記第３の発光装置は、各第３の発光素子の発光領域の中心が前記第３のコリメーターレンズの光軸を挟んで互いに反対側に配置された２個の前記第３の発光素子を有し、前記第２拡散部は、前記回転方向に交差する方向における前記第１拡散部の両側に設けられていてもよい。

この構成によれば、第１の光、第２の光および第３の光が拡散板から射出される際の拡散角度の各光の光軸に対する対称性が高められる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１の発光素子は、前記拡散板上に形成される前記第１の発光素子の発光領域の像の長手方向が前記回転方向に沿うように配置されていてもよい。

この構成によれば、第１の光が入射する第１拡散部の回転方向と交差する方向の幅を小さくできるため、拡散板を小型化することができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１拡散部の拡散性は相対的に高く、前記第２拡散部の拡散性は相対的に低くてもよい。

この構成によれば、第１の光の光束幅が複数の第２の光もしくは複数の第３の光からなる光の光束幅よりも小さい場合であっても、第１の光が拡散板から射出される際の拡散角度と、第２の光および第３の光が拡散板から射出される際の拡散角度と、を互いに近付けることができる。

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

この構成によれば、青色光が拡散板から射出される際の拡散角度と、緑色光および赤色光が拡散板から射出される際の拡散角度と、を互いに近付けられるため、色ムラが少ない白色光を得ることができる。

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、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、スペックルノイズや色ムラが少ない画像を投射できる、小型のプロジェクターを実現することができる。

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実施形態の照明装置の概略構成図である。 ＹＺ平面に沿った第１光源部の断面図である。 ＸＹ平面に沿った第１光源部の断面図である。 ＸＺ平面に沿った第２光源部の断面図である。 ＹＺ平面に沿った第２光源部の断面図である。 Ｙ方向から見た拡散板の平面図である。 拡散板の作用を説明するための図である。 第２実施形態の照明装置の概略構成図である。 光源部の斜視図である。 光源部の正面図である。

［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８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、構成要素により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１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー画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１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１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１の概略構成図である。
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、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、第１の光合成光学系５００、および投射光学系６００を備えている。

本実施形態において、照明装置１００は、赤色光ＬＲ２、緑色光ＬＧ２、および青色光ＬＢ２を含む白色の照明光ＷＬを射出する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０、反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０、リレーレンズ２６０、およびリレーレンズ２７０を備えている。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ２、緑色光ＬＧ２、および青色光ＬＢ２に分離し、赤色光ＬＲ２、緑色光ＬＧ２、および青色光ＬＢ２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、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２１０は、赤色光成分を透過させ、緑色光成分および青色光成分を反射する。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を透過させる。反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射する。反射ミラー２４０および反射ミラー２５０は、青色光成分を反射する。

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と第１の光合成光学系５００との間には、それぞれ射出側偏光板が配置されている。

第１の光合成光学系５００は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。第１の光合成光学系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してカラー画像を形成する。クロスダイクロイックプリズムは、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、誘電体多層膜が設けられている。

第１の光合成光学系５００から射出されたカラー画像は、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。

図２は、照明装置１００の概略構成図である。
座標軸として、照明装置１００から照明光ＷＬが射出される方向をＹ方向とし、第１光源部から青色光ＬＢが射出される方向をＸ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向と垂直で、紙面の手前から奥へ向かう方向をＺ方向とする直交座標系を用いる。

図２に示すように、照明装置１００は、光源装置１１０と、インテグレーター光学系７０と、重畳レンズ８０と、を備えている。光源装置１１０は、青色光源部１２０と、緑色光源部１３０と、赤色光源部１４０と、第２の光合成光学系２５と、集光光学系４０と、拡散装置５０と、ピックアップ光学系６０と、を備えている。青色光源部１２０は、青色光ＬＢを射出する青色発光装置１２１（第１の発光装置）を備えている。緑色光源部１３０は、緑色光ＬＧを射出する複数の緑色発光装置１３１（第２の発光装置）を備えている。赤色光源部１４０は、赤色光ＬＲを射出する複数の赤色発光装置１４１（第３の発光装置）を備えている。

青色光源部１２０、第２の光合成光学系２５、および赤色光源部１４０は、光軸ＡＸ１上に設けられている。緑色光源部１３０、第２の光合成光学系２５、集光光学系４０、拡散装置５０、ピックアップ光学系６０、インテグレーター光学系７０、および重畳レンズ８０は、光軸ＡＸ１と直交する光軸ＡＸ２上に設けられている。

図３は、ＹＺ平面に沿った青色光源部１２０の断面図である。図４は、ＸＹ平面（図３のIV−IV線）に沿った青色光源部１２０の断面図である。
図３および図４に示すように、青色光源部１２０は、１個の青色発光装置１２１を備えている。青色発光装置１２１は、青色光ＬＢ０（第１の波長の第１の光）を射出する１個の青色発光素子１２２（第１の発光素子）と、第１のコリメーターレンズ１２３と、載置部１５１と、パッケージ１５２と、を有する。

青色発光装置１２１は、半導体レーザーから構成され、青色発光素子１２２は、半導体レーザーチップから構成されている。青色発光装置１２１は、例えばＣＡＮパッケージタイプの半導体レーザーである。青色発光素子１２２は、例えばピーク波長が４６０〜４８０ｎｍの青色光ＬＢ０を射出する。

図４に示すように、パッケージ１５２は、台座１５３と缶体１５４とを有するＣＡＮ型パッケージから構成されている。第１のコリメーターレンズ１２３、青色発光素子１２２および載置部１５１は、パッケージ１５２の内部に収容されている。第１のコリメーターレンズ１２３は、凸レンズから構成されており、青色発光素子１２２から射出された青色光ＬＢ０を平行化する。青色発光素子１２２は、発光領域１２２ａが第１のコリメーターレンズ１２３に対向する姿勢で載置部１５１に支持されている。載置部１５１は、青色発光素子１２２で発生した熱を放熱するためのヒートシンクとしても機能する。また、載置部１５１は、図示しないサブマウントを介して青色発光素子１２２を保持している。なお、サブマウントは、載置部１５１と青色発光素子１２２との間に挟持され、載置部１５１と青色発光素子１２２との熱膨張率差による応力を緩和する。青色発光素子１２２は、発光領域１２２ａの中心１２２ｃが第１のコリメーターレンズ１２３の光軸ＡＸ３上に位置するように配置されている。

青色光源部１２０は１個の青色発光装置１２１を備えているため、１個の青色発光装置１２１から射出される１本の青色光ＬＢ０が第１のコリメーターレンズ１２３で平行化され、青色光源部１２０から射出される。

図５は、ＸＺ平面に沿った緑色光源部１３０の断面図である。図６は、ＹＺ平面（図５のVI−VI線）に沿った緑色光源部１３０の断面図である。
図５および図６に示すように、緑色光源部１３０は、４個の緑色発光装置１３１（第２の発光装置）を備えている。４個の緑色発光装置１３１は、Ｘ方向、Ｚ方向のそれぞれに２個ずつ並んで配列されている。緑色発光装置１３１は、緑色光ＬＧ０（第２の波長の第２の光）をそれぞれ射出する２個の緑色発光素子１３２（第２の発光素子）と、第２のコリメーターレンズ１３３と、載置部１５１と、パッケージ１５２と、を有する。緑色発光装置１３１は半導体レーザー、例えばＣＡＮパッケージタイプの半導体レーザーから構成されている。

緑色発光素子１３２は、半導体レーザーチップから構成されている。緑色発光素子１３２は、例えばピーク波長が５００〜５９０ｎｍの緑色光ＬＧ０を射出する。なお、図５では、４個の緑色発光装置１３１のみを図示したが、４個の緑色発光装置１３１は、例えば任意の支持部材等に支持されてユニット化されていることが望ましい。

図６に示すように、パッケージ１５２は、青色発光装置１２１と同様、台座１５３と缶体１５４とを有するＣＡＮ型パッケージから構成されている。第２のコリメーターレンズ１３３、２個の緑色発光素子１３２および載置部１５１は、パッケージ１５２の内部に収容されている。第２のコリメーターレンズ１３３は、凸レンズから構成されており、２個の緑色発光素子１３２から射出された２本の緑色光ＬＧ０を平行化する。２個の緑色発光素子１３２は、各発光素子１３２の発光領域１３２ａが第２のコリメーターレンズ１３３に対向する姿勢で載置部１５１に支持されている。

図５に示すように、緑色発光装置１３１は、各緑色発光素子１３２の発光領域１３２ａの中心１３２ｃが第２のコリメーターレンズ１３３の光軸ＡＸ４上から外れた箇所に位置するように配置されている。具体的には、緑色発光装置１３１は、各緑色発光素子１３２の発光領域１３２ａの中心１３２ｃが第２のコリメーターレンズ１３３の光軸ＡＸ４を挟んで互いに反対側に配置された２個の緑色発光素子１３２を有している。

赤色光源部１４０は、緑色光源部１３０と同様の構成を有しており、図示を省略する。赤色光源部１４０は、４個の赤色発光装置１４１（第３の発光装置）を備えている。赤色発光装置１４１は、赤色光ＬＲ０（第３の波長の第３の光）を射出する２個の赤色発光素子１４２（第３の発光素子）と、第３のコリメーターレンズ１４３と、を有する。赤色発光装置１４１は、半導体レーザー、例えばＣＡＮパッケージタイプの半導体レーザーから構成されている。赤色発光素子１４２は、半導体レーザーチップから構成されている。赤色発光素子１４２は、例えばピーク波長が６１０〜６８０ｎｍの赤色光ＬＲ０を射出する。

赤色発光装置１４１は、各赤色発光素子１４２の発光領域の中心が第３のコリメーターレンズ１４３の光軸上から外れた箇所に位置するように配置されている。具体的には、赤色発光装置１４１は、各赤色発光素子１４２の発光領域の中心が第３のコリメーターレンズ１４３の光軸を挟んで互いに反対側に配置された２個の赤色発光素子１４２を有している。

緑色光源部１３０は４個の緑色発光装置１３１を備えているため、４個の緑色発光装置１３１から射出される４本の緑色光ＬＧ０が緑色光源部１３０から射出される緑色光ＬＧである。すなわち、４本の緑色光ＬＧ０からなる光束が緑色光源部１３０から射出される緑色光ＬＧである。赤色光源部１４０についても、緑色光源部１３０と同様である。

これに対して、青色光源部１２０は１個の青色発光装置１２１を備えているため、１個の青色発光装置１２１から射出される１本の青色光ＬＢ０が青色光源部１２０から射出される青色光ＬＢである。すなわち、１本の青色光ＬＢ０からなる光束が青色光源部１２０から射出される青色光ＬＢである。したがって、青色光源部１２０から射出される青色光ＬＢの光束幅は、緑色光源部１３０から射出される緑色光ＬＧおよび赤色光源部１４０から射出される赤色光ＬＲの光束幅よりも小さい。

図２に示すように、第２の光合成光学系２５は、第１の光合成光学系５００と同様、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。第２の光合成光学系２５は、青色光源部１２０から射出された青色光ＬＢ、緑色光源部１３０から射出された緑色光ＬＧ、および赤色光源部１４０から射出された赤色光ＬＲを合成し、白色光ＬＷを射出する。

集光光学系４０は、第２の光合成光学系２５から射出された白色光ＬＷを集光して拡散装置５０に入射させる。集光光学系４０は、凸レンズ４０１で構成されている。

拡散装置５０は、拡散板５０１（回転拡散板）と、回転軸５０２を中心として拡散板５０１を回転させるためのモーター５０３と、を備えている。拡散装置５０は、拡散板５０１に入射した白色光ＬＷを拡散させる。

ピックアップ光学系６０は、拡散装置５０から射出された白色光ＬＷを略平行化する。ピックアップ光学系６０は、凸レンズ６０１から構成されている。

インテグレーター光学系７０は、第１のレンズアレイ７１と、第２のレンズアレイ７２と、を備えている。第１のレンズアレイ７１は、ピックアップ光学系６０から射出された白色光ＬＷを複数の部分光線束に分割するための複数のレンズ７１１を有する。複数のレンズ７１１は、光軸ＡＸ２に垂直な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７２は、第１のレンズアレイ７１の複数のレンズ７１１に対応する複数のレンズ７２１を備えている。第２のレンズアレイ７２は、後段の重畳レンズ８０とともに、第１のレンズアレイ７１の各レンズ７１１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の近傍に結像させる。複数のレンズ７２１は、光軸ＡＸ２に垂直な面内にマトリクス状に配列されている。

以下、拡散板５０１について詳細に説明する。
図７は、Ｙ方向から見た拡散板５０１の平面図である。
図７に示すように、拡散板５０１は、回転軸５０２に沿った方向から見た拡散板５０１の平面形状が円形の光透過性を有する板体から構成されている。拡散板５０１は、例えば、表面に凹凸構造が形成された板体、または板体の屈折率と異なる屈折率を有する粒子が内部に分散された板体等で構成されている。拡散板５０１は、モーター５０３によって回転可能とされている。拡散板５０１は、青色光ＬＢと緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを含む白色光ＬＷを拡散させる。

拡散板５０１は、青色光ＬＢが入射する第１拡散部５０５と、第１拡散部５０５とは拡散性が異なり、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとが入射する第２拡散部５０６と、を有している。第１拡散部５０５は、拡散板５０１の回転方向Ｒに沿って円環状に設けられている。第２拡散部５０６は、拡散板５０１の回転方向Ｒに沿って設けられるとともに、第１拡散部５０５の両側（回転方向Ｒに交差する方向の両側）に設けられている。すなわち、第２拡散部５０６は、第１拡散部５０５よりも外周側の領域と内周側の領域との双方に設けられている。なお、図７の例では、第２拡散部５０６は、第１拡散部５０５よりも内周側の全ての領域に設けられているが、第１拡散部５０５よりも内周側であって、第１拡散部５０５に沿う領域に円環状に設けられていてもよい。すなわち、第２拡散部５０６は、第１拡散部５０５よりも内周側の一部の領域に円環状に設けられていてもよい。

第１拡散部５０５および第２拡散部５０６の拡散性は、第１拡散部５０５の拡散性が相対的に高く、第２拡散部５０６の拡散性が相対的に低くなるように設定されている。そのため、光が同じ入射角で第１拡散部５０５と第２拡散部５０６とに入射した場合、第１拡散部５０５から射出される光の拡散角は、第２拡散部５０６から射出される光の拡散角よりも大きくなる。この拡散性の違いは、例えば拡散板５０１を構成する板体が有する凹凸構造や拡散板５０１の内部に分散された粒子の密度を変えることによって実現できる。

各発光素子１２２，１３２，１４２の発光領域１２２ａ，１３２ａ，１４２ａと拡散板５０１とは、共役関係の位置に設置されている。そのため、各発光素子１２２，１３２，１４２の発光領域１２２ａ，１３２ａ，１４２ａから射出された各光は、集光光学系４０によって拡散板５０１上に結像し、図７に示すように、各発光素子１２２，１３２，１４２の発光領域１２２ａ，１３２ａ，１４２ａの像ＪＢ，ＪＧ，ＪＲが拡散板５０１上に形成される。

図２に示すように、集光光学系４０を構成する凸レンズ４０１は、凸レンズ４０１の光軸ＡＸ５が第１拡散部５０５の中心を通るように設置されている。また、上述の図３に示したように、青色発光素子１２２は、発光領域１２２ａの中心１２２ｃが第１のコリメーターレンズ１２３の光軸ＡＸ３上に位置するように配置されている。そのため、図７に示すように、青色発光素子１２２の発光領域１２２ａの像ＪＢは、拡散板５０１のうちの第１拡散部５０５上に形成される。

これに対して、図５に示したように、２個の緑色発光素子１３２は、各緑色発光素子１３２の発光領域１３２ａの中心１３２ｃが第２のコリメーターレンズ１３３の光軸ＡＸ４から外れた位置であって、光軸ＡＸ４を挟んで互いに反対側の対向する位置に配置されている。そのため、２個の緑色発光素子１３２の発光領域１３２ａの像ＪＧは、第１拡散部５０５を挟んで互いに反対側の対向する位置、すなわち第２拡散部５０６上に形成される。赤色発光素子１４２の像ＪＲについては、緑色発光素子１３２の像ＪＧと同様である。すなわち、緑色発光素子１３２の発光領域１３２ａの像ＪＧと赤色発光素子１４２の発光領域１４２ａの像ＪＲとは重なり合う。

なお、図５において、一方の緑色発光素子１３２の発光領域１３２ａの中心１３２ｃから光軸ＡＸ４までの距離Ｒ１と、他方の緑色発光素子１３２の発光領域１３２ａの中心１３２ｃから光軸までの距離Ｒ２と、は等しいことが望ましいが、必ずしも等しくなくてもよい。

図３および図５に示すように、各発光素子１２２，１３２を光の射出方向から見たとき、青色発光装置１２１と緑色発光装置１３１とは、射出する光の光軸を中心として互いに９０°回転させた位置関係となっている。すなわち、図３に示すように、青色発光装置１２１は、青色発光素子１２２の発光領域１２２ａの長手方向がＺ方向を向くように配置されている。一方、図５に示すように、緑色発光装置１３１は、緑色発光素子１３２の発光領域１３２ａの長手方向がＺ方向と直交するＸ方向を向くように配置されている。赤色発光装置１４１については、緑色発光装置１３１と同様である。

各発光装置１２１，１３１，１４１の配置を上記のようにしたことにより、拡散板５０１上に形成される像ＪＢ，ＪＧ，ＪＲの向きについても、青色発光素子１２２の発光領域１２２ａの像ＪＢと緑色発光素子１３２の発光領域１３２ａの像ＪＧおよび赤色発光素子１４２の発光領域１４２ａの像ＪＲとは、互いに９０°回転させた位置関係となる。

すなわち、図７に示すように、青色発光素子１２２の発光領域１２２ａの像ＪＢの長手方向は、拡散板５０１の回転方向Ｒに沿う方向を向いている。これに対し、緑色発光素子１３２の発光領域１３２ａの像ＪＧおよび赤色発光素子１４２の発光領域１４２ａの像ＪＲの長手方向は、拡散板５０１の径方向Ｑ（拡散板５０１の回転方向Ｒに直交する方向）に沿う方向を向いている。

なお、本実施形態では、像ＪＧ，ＪＲの長手方向は、拡散板５０１の回転方向Ｒに直交する方向に沿っているが、必ずしも拡散板５０１の回転方向Ｒに直交する方向に沿っていなくてもよく、回転方向Ｒと交差する方向に沿っていればよい。すなわち、像ＪＧ，ＪＲの長手方向は、拡散板５０１の径方向Ｑに対して傾いていてもよい。

各色光の光束幅に着目したとき、上述したように、青色光ＬＢの光束幅は緑色光ＬＧや赤色光ＬＲの光束幅よりも小さいため、これらの光が拡散板５０１に入射する際に、青色光ＬＢの入射角は緑色光ＬＧの入射角および赤色光ＬＲの入射角よりも小さい。そのため、仮に拡散板５０１の拡散性が一様であったとすると、入射角の違いが拡散角（射出角）の違いに反映されるため、青色光ＬＢの拡散角が緑色光ＬＧの拡散角および赤色光ＬＲの拡散角よりも小さくなる。その結果、これらの光を用いてプロジェクターで画像を表示した際に色ムラが生じる、という問題がある。

これに対して、本実施形態の光源装置１１０においては、図８に示すように、拡散板５０１が第１拡散部５０５と第２拡散部５０６とを備え、入射角α１が相対的に小さい青色光ＬＢは、拡散性が相対的に高い第１拡散部５０５に入射し、入射角α２が相対的に大きい緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲは、拡散性が相対的に低い第２拡散部５０６に入射する。各色光の入射角や各拡散部の拡散性を適宜調節することにより、青色光ＬＢの拡散角β１と緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲの拡散角β２とを略等しくすることができる。これにより、後段の光学系での色ムラが生じにくい光源装置１１０を提供することができる。
なお、図８において、拡散板５０１のうち、第１拡散部５０５よりも外周側の第２拡散部５０６に入射する緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲの図示を省略した。

また、本実施形態の光源装置１１０によれば、各発光素子１２２，１３２，１４２を構成する半導体レーザーから射出された青色光ＬＢ、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲのそれぞれは、回転する拡散板５０１によって十分に拡散される。また、光源装置１１０は、青色光ＬＢと緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲとで拡散性が異なる２台の拡散装置を備える必要がない。そのため、スペックルノイズの発生が少なく、小型の光源装置１１０を実現できる。

また、本実施形態の拡散板５０１において、第２拡散部５０６が第１拡散部５０５の両側に設けられ、第２拡散部５０６の各々に緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとが入射するため、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲが拡散板５０１から射出される際の拡散角の光軸に対する対称性が高められる。その結果、本実施形態のプロジェクター１によれば、色ムラがより少ない画像が得られる。

また、上述したように、本実施形態の光源装置１１０において、青色発光装置１２１を緑色発光装置１３１および赤色発光装置１４１に対して９０°回転させた構成としたことにより、第１拡散部５０５上での青色発光素子１２２の発光領域１２２ａの像ＪＢは、長手方向が拡散板５０１の回転方向Ｒに沿う方向を向くように形成される。この構成によれば、拡散板５０１の径方向Ｑの第１拡散部５０５の幅を小さくできるため、拡散板５０１を小型化することができる。また、青色発光素子１２２の発光領域１２２ａの像ＪＢを第１拡散部５０５に位置合わせする際のマージンを大きくすることができる。

本実施形態のプロジェクター１は、上記の効果を有する光源装置１１０を備えているため、小型であり、スペックルノイズや色ムラが少ない画像を投射することができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図９〜図１１を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターおよび照明装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図９は、第２実施形態の照明装置の概略構成図である。
図９において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態の照明装置１６０は、光源装置１７０と、インテグレーター光学系７０と、重畳レンズ８０と、を備えている。光源装置１７０は、光源部１８０と、集光光学系４０と、拡散装置５０と、ピックアップ光学系６０と、を備えている。光源部１８０は、青色光ＬＢ０を射出する青色発光装置１２１（第１の発光装置）と、緑色光ＬＧ０を射出する複数の緑色発光装置１３１（第２の発光装置）と、赤色光ＬＲ０を射出する複数の赤色発光装置１４１（第３の発光装置）と、を備えている。

図１０は、光源部１８０の斜視図である。図１０において、図面を見やすくするため、一部の発光装置（半導体レーザー）の台座の図示を省略する。
図１１は、光源部１８０をＹ方向から見た正面図である。
図１０および図１１に示すように、光源部１８０は、少なくとも一つの青色発光装置１２１（第１の発光装置）と、複数の緑色発光装置１３１（第２の発光装置）と、複数の赤色発光装置１４１（第３の発光装置）と、支持部材１９０と、を備えている。

本実施形態では、光源部１８０は、１個の青色発光装置１２１と、３個の緑色発光装置１３１と、３個の赤色発光装置１４１と、を備えている。なお、光源部１８０は、複数の青色発光装置１２１を備えていてもよいし、緑色発光装置１３１および赤色発光装置１４１の個数は３個以外であってもよい。

支持部材１９０は、板状の部材で構成され、複数の発光装置１２１，１３１，１４１を支持する。支持部材１９０は、円形の板材で構成されている。支持部材１９０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。

青色発光装置１２１は、青色光ＬＢ０をＹ方向に射出する。緑色発光装置１３１は、緑色光ＬＧ０をＹ方向に射出する。赤色発光装置１４１は、赤色光ＬＲ０をＹ方向に射出する。

以下の説明では、１個の青色発光装置１２１から射出された１本の青色光ＬＢ０を青色光ＬＢと称する。３個の緑色発光装置１３１から射出された６本の緑色光ＬＧ０を合わせて、緑色光ＬＧと称する。３個の赤色発光装置１４１から射出された６本の赤色光ＬＲ０を合わせて、赤色光ＬＲと称する。光源部１８０は、青色光ＬＢと緑色光ＬＧと赤色光ＬＲを含む光線束を射出する。

青色発光装置１２１、緑色発光装置１３１、および赤色発光装置１４１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１５３と缶体１５４とからなるパッケージ１５２のそれぞれには、一つ以上の発光素子１２２，１３２，１４２が収容されている。パッケージ１５２の内部には、コリメートレンズ（図示略）が収容されている。

図１１に示すように、各色光の射出方向から見たとき、３個の緑色発光装置１３１と３個の赤色発光装置１４１とは、１個の青色発光装置１２１を取り囲むように青色発光装置１２１の周辺領域に設けられている。さらに、緑色発光装置１３１と赤色発光装置１４１とは、支持部材１９０の周方向に沿って交互に設けられている。一つの緑色発光装置１３１は、両隣の赤色発光装置１４１と接するように設けられている。一つの赤色発光装置１４１は、両隣の緑色発光装置１３１と接するように設けられている。各緑色発光装置１３１および各赤色発光装置１４１は、青色発光装置１２１と接するように設けられている。

このように、複数の緑色発光装置１３１は、青色発光装置１２１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。複数の赤色発光装置１４１は、青色発光装置１２１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と一致する。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も含まれる。

図１１に示すように、青色発光装置１２１は、１個の青色発光素子１２２（第１の発光素子）を備えている。緑色発光装置１３１は、２個の緑色発光素子１３２（第２の発光素子）を備えている。赤色発光装置１４１は、２個の赤色発光素子１４２（第３の発光素子）を備えている。したがって、光源部１８０は、１個の青色発光素子１２２と、６個の緑色発光素子１３２と、６個の赤色発光素子１４２と、を備えている。

各発光素子１２２，１３２，１４２を構成す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の発光効率は、緑色半導体レーザーの発光効率および赤色半導体レーザーの発光効率よりも高い。

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０９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（２５℃）であり、緑色半導体レーザー（型番：NDG7K75T）の光出力は例えば１Ｗ（２５℃）である。上記のホームページに記載されていないが、青色半導体レーザーアレイ（型番：NUBM08-02）が提供されており、この青色半導体レーザーアレイは、光出力が４．５Ｗ（２５℃）の青色半導体レーザーを複数備えている。
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０９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（型番：ML562G85）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、各色の半導体レーザーの光出力は、下記の表１の通りである。

すなわち、１個の青色半導体レーザー（型番：NDB7K75）の光出力は２．８Ｗとなり、青色半導体レーザーアレイ（型番：NUBM08-02）が備えている青色半導体レーザー１個の光出力は４．１Ｗとなり、１個の緑色半導体レーザー（型番：NDG7K75T）の光出力は０．８Ｗとなり、１個の赤色半導体レーザー（型番：ML562G85）の光出力は１．２６Ｗとなる。

一方、明るさが１０００ｌｍ、２０００ｌｍ、３０００ｌｍのそれぞれの白色光を得るのに必要な各半導体レーザーの光出力、およびこの白色光を得るのに必要な各半導体レーザーの個数は、下記の表２の通りである。

表２に示すように、例えば明るさが２０００ｌｍ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２．４６Ｗであり、緑色半導体レーザーが４．０６Ｗであり、赤色半導体レーザーが５．８３Ｗである。これらの光出力値と上記の１個あたりの半導体レーザーの光出力とから算出すると、明るさが２０００ｌｍの白色光を得るのに必要な半導体レーザーの個数は、青色光用半導体レーザー（型番：NDB7K75）が１個、緑色光用半導体レーザーが６個、赤色光用半導体レーザーが６個となる。これは、本実施形態の光源部１８０の各発光素子１２２，１３２，１４２の個数と一致する。したがって、光源部１８０は、明るさが２０００ｌｍまでの白色光を得ることができる。ただし、表２において、明るさ３０００ｌｍに対しては、青色半導体レーザーアレイ（型番：NUBM08-02）が備えている青色半導体レーザー１個を用いている。

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の個数の比率は変わらないと思われる。したがって、本実施形態の光源部１８０は、１個の青色発光素子１２２、６個の緑色発光素子１３２、および６個の赤色発光素子１４２を備えているが、各発光素子１２２，１３２，１４２の個数はこの例に限定されない。

図１１に示すように、光源部１８０を光の射出方向（Ｙ方向）から見たとき、青色発光装置１２１と緑色発光装置１３１および赤色発光装置１４１とは、射出光の光軸を中心として互いに９０°回転させた位置関係となっている。すなわち、青色発光装置１２１は、青色発光素子１２２の発光領域１２２ａの長手方向がＺ方向を向くように配置されている。一方、緑色発光装置１３１は、緑色発光素子１３２の発光領域１３２ａの長手方向がＺ方向と直交するＸ方向を向くように配置されている。赤色発光装置１４１についても、緑色発光装置１３１と同様である。

これにより、拡散板５０１上に形成される像の向きについても、青色発光素子１２２の発光領域１２２ａの像と緑色発光素子１３２の発光領域１３２ａの像および赤色発光素子１４２の発光領域１４２ａの像とは、互いに９０°回転させた位置関係となる。すなわち、第１実施形態で示した図７と同様、青色発光素子１２２の発光領域１２２ａの像ＪＢは、第１拡散部５０５において長手方向が拡散板５０１の回転方向Ｒに沿う方向を向くように形成される。これに対し、緑色発光素子１３２の発光領域１３２ａの像ＪＧおよび赤色発光素子１４２の発光領域１４２ａの像ＪＲは、第２拡散部５０６において長手方向が拡散板５０１の径方向Ｑ（拡散板５０１の回転方向Ｒに直交する方向）に沿う方向を向くように形成される。

拡散板５０１等を含む光源装置１７０のその他の構成は、第１実施形態の光源装置１１０と同様である。

本実施形態においても、スペックルノイズや色ムラの発生が少なく、小型の光源装置およびプロジェクターが得られる、等の第１実施形態と同様の効果が得られる。

特に本実施形態では、１個の青色発光装置１２１と３個の緑色発光装置１３１と３個の赤色発光装置１４１とが共通の支持部材１９０に支持され、各色光を同方向に射出する光源部１８０が用いられているため、第１実施形態で用いられた第２の光合成光学系２５が不要になる。さらに、光源部１８０は、７個の発光装置１２１，１３１，１４１のうち、隣り合う発光装置同士が互いに接触し合う配置、いわゆる最密充填配置を有しているため、光源部自体の小型化が図れる。以上の要因によって、第１実施形態に比べてさらに小型の光源装置１７０を実現することができる。

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。
上記実施形態では、例えば緑色発光装置において、２個の緑色発光素子が第２のコリメーターレンズの光軸を挟んで互いに反対側に配置されていたが、光の角度分布の対称性は失われるものの、２個の緑色発光素子が第２のコリメーターレンズの光軸の片側に配置されていてもよい。赤色発光素子についても同様である。

上記実施形態では、青色発光素子の発光領域の像の長手方向が拡散板の回転方向に沿う方向を向いていたため、第１拡散部の幅を狭めることができる点で好ましいが、青色発光素子の発光領域の像の長手方向が拡散板の回転方向と交差する方向を向いていてもよい。すなわち、青色発光素子の発光領域の像の長手方向が、第１実施形態で示した図７の拡散板５０１の径方向Ｑ（拡散板５０１の回転方向Ｒに直交する方向）に沿う方向を向いていてもよい。一方、緑色発光素子および赤色発光素子の発光領域の像は、長手方向が拡散板の回転方向と直交する方向を向くように設定されていたが、長手方向が拡散板の回転方向に沿う方向を向いていてもよい。すなわち、緑色発光素子および赤色発光素子の発光領域の像の長手方向が、第１実施形態で示した図７の拡散板５０１の回転方向Ｒ（拡散板５０１の径方向Ｑに直交する方向）に沿う方向を向いていてもよい。この構成とすれば、第１拡散部に加えて、第２拡散部の幅も狭めることができ、拡散板の更なる小型化が期待できる。

上記実施形態では、光源装置が透過型の拡散板を備えた例を挙げたが、反射型の拡散板を備えていてもよい。

また、第１実施形態では、青色光と緑色光と赤色光をクロスダイクロイックプリズムからなる第２の光合成光学系によって一括して合成する構成を採用したが、２つのダイクロイックミラーを用いて青色光と緑色光と赤色光を２段階に分けて合成する構成を採用してもよい。

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あるいは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。

１…プロジェクター、１１０，１７０…光源装置、１２１…青色発光装置（第１の発光装置）、１２２…青色発光素子（第１の発光素子）、１２２ａ…発光領域、１２２ｃ…中心、１２３…第１のコリメーターレンズ、１３１…緑色発光装置（第２の発光装置）、１３２…緑色発光素子（第２の発光素子）、１３２ａ…発光領域、１３２ｃ…中心、１３３…第２のコリメーターレンズ、１４１…赤色発光装置（第３の発光装置）、１４２…赤色発光素子（第３の発光素子）、１４２ａ…発光領域、１４３…第３のコリメーターレンズ、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、５０１…拡散板、５０５…第１拡散部、５０６…第２拡散部、６００…投射光学系、ＬＢ０，ＬＢ…青色光（第１の波長の第１の光）、ＬＧ０，ＬＧ…緑色光（第２の波長の第２の光）、ＬＲ０，ＬＲ…赤色光（第３の波長の第３の光）。

Claims (6)

1. 第１の波長の第１の光を射出する第１の発光素子と第１のコリメーターレンズとを有する第１の発光装置と、
   前記第１の波長とは異なる第２の波長の第２の光を射出する複数の第２の発光素子と第２のコリメーターレンズとを有する第２の発光装置と、
   前記第１の波長および前記第２の波長とは異なる第３の波長の第３の光を射出する複数の第３の発光素子と第３のコリメーターレンズとを有する第３の発光装置と、
   前記第１の光と前記第２の光と前記第３の光とを含む光を拡散させる回転拡散板と、
   を備え、
   前記第１の発光素子は、発光領域の中心が前記第１のコリメーターレンズの光軸上に位置するように配置され、
   前記複数の第２の発光素子は、前記第２のコリメーターレンズの光軸に交差する方向に並び、各第２の発光素子の発光領域の中心が前記第２のコリメーターレンズの光軸上に位置しないように配置され、
   前記複数の第３の発光素子は、前記第３のコリメーターレンズの光軸に交差する方向に並び、各第３の発光素子の発光領域の中心が前記第３のコリメーターレンズの光軸上に位置しないように配置され、
   前記回転拡散板は、前記第１の光が入射する第１拡散部と、前記第１拡散部とは拡散性が異なり、前記第２の光と前記第３の光とが入射する第２拡散部と、を有し、
   前記第１拡散部は、前記回転拡散板の回転方向に沿って設けられ、
   前記第２拡散部は、前記回転方向に沿って設けられるとともに、前記回転方向に交差する方向における前記第１拡散部の側方に設けられていることを特徴とする光源装置。
2. 前記第２の発光装置は、各第２の発光素子の発光領域の中心が前記第２のコリメーターレンズの光軸を挟んで互いに反対側に配置された２個の前記第２の発光素子を有し、
   前記第３の発光装置は、各第３の発光素子の発光領域の中心が前記第３のコリメーターレンズの光軸を挟んで互いに反対側に配置された２個の前記第３の発光素子を有し、
   前記第２拡散部は、前記回転方向に交差する方向における前記第１拡散部の両側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１の発光素子は、前記拡散板上に形成される前記第１の発光素子の発光領域の像の長手方向が前記回転方向に沿うように配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第１拡散部の拡散性は相対的に高く、前記第２拡散部の拡散性は相対的に低いことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記第１の光は青色光であり、前記第２の光は緑色光であり、前記第３の光は赤色光であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 請求項１から請求項５まで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、を備えたことを特徴とするプロジェクター。

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