JP2021047366A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】拡散素子の信頼性の低下を抑制した光源装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、複数の発光素子と、複数の発光素子から射出される複数の光を含む光束が入射され、光束を拡散させる拡散素子と、複数の発光素子から射出される光束を複数の部分光束に分割する光学素子と、を備え、拡散素子は、光学素子によって分割される複数の部分光束に対応して設けられる複数の拡散領域を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

プロジェクターに用いられる光源装置として、半導体レーザー等の発光素子を備え、発光素子から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。

下記の特許文献１に、第１発光部から射出された光を第１光線束と第２光線束とに分離する第１光分離素子と、第２発光部から射出された光を第３光線束と第４光線束とに分離する第２光分離素子と、第１光線束と第３光線束とが入射する蛍光体層と、第２光線束と第４光線束とが入射する回転拡散板と、を備えた光源装置が開示されている。上記の回転拡散板において、第２光線束が入射する第１拡散光射出部と第４光線束が入射する第２拡散光射出部とは、回転軸からの距離が互いに異なる位置に設けられている。

下記の特許文献２に、光源装置と、光源装置からの光によって蛍光を発する反射型の蛍光体層と、光源装置からの光の一部を反射させ、残りを透過させるとともに蛍光を透過させる偏光分離素子と、偏光分離素子を透過した光を拡散反射素子と、を備えた照明装置が開示されている。上記の拡散反射素子は、拡散板を駆動するモーターを有していない拡散素子、いわゆる固定型の拡散素子で構成されている。

特開２０１７−６２２９４号公報 特開２０１５−４９４４１号公報

特許文献１に記載された回転拡散板には、拡散板の他に駆動用モーター、電源、制御回路等の付属部品が必要となり、光源装置のコストおよびサイズが大きくなるという課題があった。この課題は、特許文献２に記載された固定型拡散素子の使用によって解決することができる。ところが、光源装置が高輝度になるにつれて、拡散素子に照射される光の密度が局所的に高くなり、拡散素子の負荷が増加する。その結果、拡散素子の信頼性が低下し、場合によっては拡散素子が破損するおそれがあった。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光源装置は、複数の発光素子と、複数の発光素子から射出される複数の光を含む光束が入射され、前記光束を拡散させる拡散素子と、前記複数の発光素子から射出される前記光束を複数の部分光束に分割する光学素子と、を備え、前記拡散素子は、前記光学素子によって分割される前記複数の部分光束に対応して設けられる複数の拡散領域を有する。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記複数の拡散領域の数は、前記複数の発光素子の数以下であってもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記光学素子は、前記複数の拡散領域に対応して設けられる複数の第１レンズを有していてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記複数の第１レンズの有効径の外周の一部同士が互いに隣接していてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記光学素子は、前記複数の第１レンズが一体とされたレンズアレイから構成されていてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記複数の発光素子から射出される光を平行化する第２レンズを備えていてもよく、前記第１レンズの有効径は、前記第２レンズの有効径以上であってもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記複数の発光素子と前記光学素子との間に設けられる偏光分離素子をさらに備え、前記偏光分離素子は、前記複数の発光素子から射出される前記光束を、第１偏光成分と、前記第１偏光成分とは異なる第２偏光成分と、に分離してもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記複数の発光素子から射出される光を波長変換する波長変換素子をさらに備えていてもよく、前記第１偏光成分が前記拡散素子に入射され、前記第２偏光成分が前記波長変換素子に入射されてもよい。

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光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。

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実施形態の照明装置の概略構成図である。 光源装置の要部の斜視図である。 ピックアップレンズアレイおよび拡散素子の正面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 第２実施形態の照明装置の概略構成図である。 変形例のピックアップレンズアレイの正面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
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。

図１は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図１に示すように、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１は、光源装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６と、を備えている。

本実施形態の光源装置２は、色分離光学系３に向けて照明光ＷＬを射出する。本実施形態において、照明光ＷＬは、白色光である。光源装置２の詳細な説明については、後述する。

色分離光学系３は、光源装置２からの照明光ＷＬを、例えば波長帯が６００ｎｍ〜７００ｎｍの赤色光ＬＲと、例えば波長帯が５００ｎｍ〜６００ｎｍの緑色光ＬＧと、例えば波長帯が４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの青色光ＬＢと、に分離する。

色分離光学系３は、第１ダイクロイックミラー７ａと、第２ダイクロイックミラー７ｂと、第１全反射ミラー８ａと、第２全反射ミラー８ｂと、第３全反射ミラー８ｃと、第１リレーレンズ９ａと、第２リレーレンズ９ｂと、を備えている。

第１ダイクロイックミラー７ａは、光源装置２からの照明光ＷＬを、赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを含む光と、に分離する。第１ダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを含む光を反射する。一方、第２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を透過することによって、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを含む光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。

第１全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、第１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。一方、第２全反射ミラー８ｂおよび第３全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置され、第２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ダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１リレーレンズ９ａは、青色光ＬＢの光路中における第２ダイクロイックミラー７ｂと第２全反射ミラー８ｂとの間に配置されている。第２リレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２全反射ミラー８ｂと第３全反射ミラー８ｃとの間に配置されている。

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、および光変調装置４Ｂのそれぞれには、透過型の液晶パネルを有している。また、液晶パネルの入射側および射出側のそれぞれには、偏光板（図示略）が配置されている。以下、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれを単に光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂと称することにする。

光変調装置４Ｒ，４Ｇ，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、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂのそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれを平行化する。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの画像光が入射する。合成光学系５は、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学装置６に向けて射出する。合成光学系５は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。

投射光学装置６は、複数の投射レンズから構成されている。投射光学装置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。

（光源装置）
以下、光源装置２について説明する。
図２は、光源装置２の概略構成図である。図３は、光源装置２の要部の斜視図である。図３においては、コリメーター光学系２２、アフォーカル光学系２３、第１位相差板２８ａ、第２位相差板２８ｂ、レンズインテグレーター３１、偏光変換素子３２、重畳レンズ３３等の図示を省略する。

図２に示すように、光源装置２は、複数の発光素子２１１を有する青色光源部２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１位相差板２８ａと、光分離合成素子２５（偏光分離素子）と、集光光学系２６と、波長変換素子２７と、第２位相差板２８ｂと、ピックアップレンズアレイ２９（光学素子）と、拡散素子３０と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３と、を備えている。

以下、青色光源部２１から射出される光ＢＬの主光線に沿った方向をＸ軸方向とし、重畳レンズ３３から射出される光ＷＬの主光線に沿った方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向とするＸＹＺ座標系を用いて説明する。

青色光源部２１、コリメーター光学系２２、アフォーカル光学系２３、第１位相差板２８ａ、光分離合成素子２５、第２位相差板２８ｂ、ピックアップレンズアレイ２９、および拡散素子３０は、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。なお、光軸ａｘ１は、青色光源部２１から射出された複数の光ＢＬをまとめて１本の光束とみなしたときの光束の中心軸である。

一方、波長変換素子２７、集光光学系２６、光分離合成素子２５、レンズインテグレーター３１、偏光変換素子３２、および重畳レンズ３３は、照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。照明光軸ａｘ２は、光源装置２から射出される光ＷＬの中心軸である。光軸ａｘ１と照明光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。

青色光源部２１は、複数の発光素子２１１を有している。発光素子２１１は、ＣＡＮパッケージタイプの半導体レーザー素子から構成されている。図３に示すように、複数の発光素子２１１は、光軸ａｘ１に垂直な面内において、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿って２行２列にアレイ状に並んで配置されている。すなわち、青色光源部２１は、４個の発光素子２１１を有している。発光素子２１１は、例えば波長帯が４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの青色のレーザー光からなる光ＢＬを射出する。

図２に示すように、青色光源部２１から射出された光ＢＬは、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、青色光源部２１から射出された光ＢＬを平行光に変換する。コリメーター光学系２２は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿って２行２列にアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２１（第２レンズ）を有している。複数のコリメーターレンズ２２１のそれぞれは、複数の発光素子２１１のそれぞれに対応して配置されている。

コリメーター光学系２２を通過した光ＢＬは、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、入射した光ＢＬの光束径を調整する。本実施形態の場合、アフォーカル光学系２３は、入射した光ＢＬの光束径を入射前に比べて縮小する。アフォーカル光学系２３は、凸レンズ２３ａと、凹レンズ２３ｂと、から構成されている。

アフォーカル光学系２３を通過した光ＢＬは、第１位相差板２８ａに入射する。第１位相差板２８ａは、例えば回転可能とされた１／２波長板で構成されている。発光素子２１１から射出された光ＢＬは、特定の偏光方向を有する直線偏光である。第１位相差板２８ａの回転角度を適切に設定することにより、第１位相差板２８ａを透過する光ＢＬを、光分離合成素子２５に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光に変換することができる。さらに、第１位相差板２８ａを回転させることにより、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率を変化させることができる。

第１位相差板２８ａを通過することで生成されたＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む光ＢＬは、光分離合成素子２５に入射する。光分離合成素子２５は、光軸ａｘ１および照明光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置されている。光分離合成素子２５は、入射した光ＢＬを、光分離合成素子２５に対するＳ偏光成分の光ＢＬｓとＰ偏光成分の光ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有する。また、光分離合成素子２５は、青色の光ＢＬとは波長帯が異なる黄色の蛍光ＹＬを、蛍光ＹＬの偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有する。これにより、光分離合成素子２５は、後述のように、光ＢＬのＳ偏光成分である光ＢＬｓ１と蛍光ＹＬとを合成する光合成手段として機能する。

具体的に、光分離合成素子２５は、Ｓ偏光成分の光ＢＬｓを反射させ、Ｐ偏光成分の光ＢＬｐを透過させる。これにより、Ｐ偏光成分の光ＢＬｓ（第１偏光成分）が拡散素子３０に入射され、Ｓ偏光成分の光ＢＬｓ（第２偏光成分）が波長変換素子２７に入射される。具体的には、光分離合成素子２５によって反射されたＳ偏光の光ＢＬｓは、集光光学系２６に入射する。集光光学系２６は、光ＢＬｓを蛍光体層３４に向けて集光させる。

本実施形態において、集光光学系２６は、第１レンズ２６ａと、第２レンズ２６ｂと、から構成されている。集光光学系２６から射出された光ＢＬｓは、集光した状態で波長変換素子２７に入射する。波長変換素子２７は、蛍光体層３４と、蛍光体層３４を支持する基板３５と、蛍光体層３４を基板３５に固定する固定部材３６と、を有している。

本実施形態において、蛍光体層３４は、蛍光体層３４の側面と基板３５との間に設けられた固定部材３６によって、基板３５に固定されている。蛍光体層３４は、光ＢＬｓが入射する側と反対側の面において、基板３５に接触している。

蛍光体層３４は、光ＢＬｓを吸収することによって励起される蛍光体を含む。蛍光体層３４は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例にとると、蛍光体層３４として、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法やソルゲル法等の湿式法により得られるＹ−Ａｌ−Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法や火炎熱分解法、熱プラズマ法などの気相法により得られるＹＡＧ粒子、等を用いることができる。光ＢＬｓによって励起された蛍光体は、例えば波長帯が５００〜７００ｎｍの黄色の蛍光ＹＬを射出する。

蛍光体層３４の光ＢＬｓが入射する面と異なる面には、反射層３７が設けられている。反射層３７は、蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち、基板３５に向かって進む成分を反射する。反射層３７は、金属膜、誘電体多層膜等の材料から構成されている。

基板３５の蛍光体層３４を支持する面とは異なる面には、ヒートシンク３８が設けられている。波長変換素子２７においては、ヒートシンク３８を介して蛍光体層３４で発生した熱を放出できるため、蛍光体層３４の熱による劣化を抑制することができる。

蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち、一部の蛍光ＹＬは、反射層３７によって反射され、蛍光体層３４の外部に射出される。また、蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち、他の一部の蛍光ＹＬは、反射層３７を介さずに蛍光体層３４の外部に射出される。このようにして、蛍光ＹＬは、蛍光体層３４から射出される。

蛍光体層３４から射出された蛍光ＹＬは、非偏光の光である。蛍光ＹＬは、集光光学系２６を通過した後、光分離合成素子２５に入射する。蛍光ＹＬは、光分離合成素子２５を透過し、レンズインテグレーター３１に向けて進む。

一方、光分離合成素子２５を透過したＰ偏光の光ＢＬｐは、第２位相差板２８ｂに入射する。第２位相差板２８ｂは、光分離合成素子２５と拡散素子３０との間の光路中に配置された１／４波長板から構成されている。光分離合成素子２５を透過したＰ偏光の光ＢＬｐは、第２位相差板２８ｂによって、例えば右回りの円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換された後、ピックアップレンズアレイ２９に入射する。

図４は、ピックアップレンズアレイ２９および拡散素子３０の正面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
図３および図４に示すように、ピックアップレンズアレイ２９は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿って２行２列にアレイ状に並んで配置された複数のピックアップレンズ２９１（第１レンズ）を有している。すなわち、ピックアップレンズアレイ２９は、後述する拡散領域３０２に対応して設けられる複数のピックアップレンズ２９１を有する。ピックアップレンズアレイ２９は、複数のピックアップレンズ２９１によって青色光源部２１から射出された光束をピックアップレンズ２９１の個数と同じ本数の部分光束に分割する。本実施形態では、ピックアップレンズアレイ２９は、４個のピックアップレンズ２９１を有し、青色光源部２１から射出された光束を４本の部分光束に分割する。

図５に示すように、ピックアップレンズアレイ２９は、複数のピックアップレンズ２９１が一体とされたレンズアレイから構成されている。この種のレンズアレイは、例えばプレス成形法などを用いて容易に製造することができる。また、図４に示すように、４個のピックアップレンズ２９１の有効径Ｄ１の外周の一部同士は、互いに隣接している。ピックアップレンズ２９１の有効径Ｄ１は、コリメーターレンズ２２１の有効径Ｄ２（図２参照）以上である。

ピックアップレンズアレイ２９を構成するピックアップレンズ２９１のそれぞれは、平凸レンズから構成されている。ピックアップレンズ２９１は、各部分光束ＢＬ２を集光させた状態で拡散素子３０に入射させる。

拡散素子３０は、基板３０１と、ピックアップレンズアレイ２９によって分割される複数の部分光束ＢＬ２に対応して、基板３０１の第１面３０１ａに設けられた複数の拡散領域３０２と、を有する。複数の拡散領域３０２は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿って２行２列にアレイ状に並んで配置され、互いに離間している。隣り合う拡散領域３０２間のピッチＰ１は、隣り合うピックアップレンズ２９１間のピッチＰ２と一致している。なお、基板３０１には、ヒートシンク等の冷却を促進するための構造が設けられていてもよい。
なお、拡散領域３０２間のピッチＰ１は、隣り合う２つの拡散領域３０２の中心間距離である。ピックアップレンズ２９１間のピッチＰ２は、隣り合う２つのピックアップレンズ２９１の中心間距離である。

拡散素子３０においては、基板３０１の第１面３０１ａに、例えばテクスチャー加工、ディンプル加工等の加工を施して形成された凸構造、凹構造、または凹凸構造を有する拡散領域３０２が複数個所に互いに離間して設けられている。凸構造、凹構造、または凹凸構造は、部分光束をランバート反射させつつ、かつ、偏光状態を乱さないことが好ましい。

なお、本明細書において、「拡散領域」は、拡散素子のうち、部分光束が入射されて、部分光束の拡散が実際に生じる領域を意味しており、単に上記の凸構造、凹構造、または凹凸構造が形成された領域のみを意味しているのではない。すなわち、拡散素子は、凸構造、凹構造、または凹凸構造が互いに離間して形成された複数の領域を有する構成に代えて、基板の全面に凸構造、凹構造、または凹凸構造が連続して形成されていてもよい。その場合であっても、拡散素子に対して、複数の部分光束が互いに離間した複数個所に入射する構成となっていれば、拡散素子は、複数の拡散領域を有することになる。

本実施形態の場合、図３に示すように、複数の発光素子２１１のそれぞれから射出された光ＢＬは、ピックアップレンズアレイ２９を通過して部分光束ＢＬ２となり、各ピックアップレンズ２９１に対応する拡散領域３０２に入射する。

図２に示すように、以下、拡散素子３０によって拡散反射された光を青色光ＢＬｃ２と称する。本実施形態によれば、青色光ＢＬｃ１を拡散反射させることで略均一な照度分布を有する青色光ＢＬｃ２が得られる。例えば、右回りの円偏光の青色光ＢＬｃ１は、拡散素子３０で拡散反射することによって、左回りの円偏光の青色光ＢＬｃ２となる。青色光ＢＬｃ２は、ピックアップレンズアレイ２９によって平行光に変換された後、第２位相差板２８ｂに再度入射する。

左回りの円偏光の青色光ＢＬｃ２は、第２位相差板２８ｂを透過することによって、Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ１は、光分離合成素子２５によって反射され、レンズインテグレーター３１に向かって進む。

このようにして、青色光ＢＬｓ１と蛍光ＹＬとは、光分離合成素子２５から互いに同じＹ軸方向に向けて射出される。したがって、青色光ＢＬｓ１と黄色の蛍光ＹＬとは、光分離合成素子２５によって合成され、白色の合成光ＷＬとなる。

合成光ＷＬは、レンズインテグレーター３１に向けて射出される。レンズインテグレーター３１は、第１マルチレンズ３１ａと第２マルチレンズ３１ｂとを有する。第１マルチレンズ３１ａは、合成光ＷＬ１を複数の部分光線束に分割するための複数の第１小レンズ３１ａｍを有する。

第１マルチレンズ３１ａのレンズ面、すなわち、第１小レンズ３１ａｍの表面と光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域とは、互いに共役となっている。そのため、第１小レンズ３１ａｍの各々の形状は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の形状と略相似形の矩形状となっている。これにより、第１マルチレンズ３１ａから射出された部分光束の各々は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ効率良く入射する。

第２マルチレンズ３１ｂは、第１マルチレンズ３１ａの複数の第１小レンズ３１ａｍに対応する複数の第２小レンズ３１ｂｍを有する。第２マルチレンズ３１ｂは、重畳レンズ３３とともに、第１マルチレンズ３１ａの各第１小レンズ３１ａｍの像を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域の近傍に結像させる。

レンズインテグレーター３１を透過した合成光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板（ともに図示略）とをアレイ状に並べて構成されている。偏光変換素子３２は、非偏光の蛍光ＹＬを含む合成光ＷＬを直線偏光に変換して射出する。

偏光変換素子３２は、合成光ＷＬの偏光方向を所定方向に変換する。より具体的に、偏光変換素子３２は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの光入射側に配置された偏光板の透過軸の方向に対応させる。これにより、上述のように合成光ＷＬを分離して得られる赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの偏光方向は、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射側偏光板の透過軸方向に一致する。よって、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢは、入射側偏光板でそれぞれ遮光されることなく、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ効率良く入射する。

偏光変換素子３２を透過した合成光ＷＬは、重畳レンズ３３に入射する。重畳レンズ３３は、レンズインテグレーター３１と協働して、被照明領域における合成光ＷＬの照度分布を均一化する。

本実施形態の光源装置２においては、複数の発光素子２１１を含む青色光源部２１からの光束ＢＬがピックアップレンズアレイ２９によって複数の部分光束ＢＬ２に分割され、各部分光束ＢＬ２が拡散素子３０上の複数の拡散領域３０２のそれぞれに入射する。この構成によれば、拡散素子３０に対する光の密度集中を緩和することができ、拡散素子３０の負荷が低減する。その結果、拡散素子３０の破損のおそれが少なくなり、拡散素子３０の信頼性を向上させることができる。

また本実施形態の場合、複数のピックアップレンズ２９１の有効径Ｄ１の外周の一部同士が互いに隣接しているため、各部分光束ＢＬ２を後段のレンズインテグレーター３１の複数の小レンズ３１ａｍ，３１ｂｍに効率良く入射させることができる。これにより、レンズインテグレーター３１の重畳性能を十分に発揮させることができる。

また本実施形態の場合、複数のピックアップレンズ２９１が一体化されたレンズアレイによってピックアップレンズアレイ２９が構成されているため、ピックアップレンズアレイ２９の部品点数を削減できるとともに、ピックアップレンズアレイ２９の生産性を高めることができる。

また本実施形態の場合、ピックアップレンズ２９１の有効径Ｄ１がコリメーターレンズ２２１の有効径Ｄ２以上であるため、ピックアップレンズ２９１から拡散素子３０に入射する光束ＢＬの入射角を大きくすることができ、拡散素子３０における光の拡散角を確保することができる。

また本実施形態の場合、光源装置２が、青色光源部２１からの光束ＢＬを偏光分離する光分離合成素子２５と、光分離合成素子２５によって偏光分離された一方の偏光成分の光ＢＬｓを黄色の蛍光ＹＬに波長変換する波長変換素子２７と、を備えているため、白色の照明光ＷＬを生成する光源装置２を実現することができる。

本実施形態のプロジェクター１は、上記の特徴点を有する光源装置２を備えているため、信頼性が高く、明るさムラ、色ムラの少ない画像が得られる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図６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光源装置の構成は第１実施形態と同様であり、青色光源部の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の全体の説明は省略する。
図６は、第２実施形態の光源装置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２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、本実施形態の光源装置１２において、青色光源部２４は、光軸ａｘ１に垂直な面内において、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿って４行４列にアレイ状に並んで配置された複数の発光素子２１１を有する。すなわち、本実施形態の青色光源部２４は、１６個の発光素子２１１を有する。

これに対して、ピックアップレンズアレイ２９および拡散素子３０の構成は、第１実施形態と同様である。すなわち、ピックアップレンズアレイ２９は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿って２行２列にアレイ状に並んで配置された複数のピックアップレンズ２９１（第１レンズ）を有している。また、拡散素子３０は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿って２行２列にアレイ状に並んで配置された複数の拡散領域３０２を有する。したがって、本実施形態の場合、拡散領域３０２の数は、発光素子２１１の数よりも少ない。第１実施形態および第２実施形態で示したように、拡散領域３０２の数は、発光素子２１１の数以下であることが望ましい。

したがって、本実施形態の場合、１６個の発光素子から射出される光ＢＬを含む光束は、ピックアップレンズアレイ２９によって４本の部分光束ＢＬ２に分割される。すなわち、２行２列に配置された４個の発光素子２１１からの光ＢＬが１個のピックアップレンズ２９１に入射し、１本の部分光束ＢＬ２となって、拡散素子３０の１個の拡散領域３０２に入射する。
光源装置１２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、拡散素子３０の信頼性が高い光源装置１２を実現できる、光源装置１２の信頼性が高く、明るさムラ、色ムラの少ない画像が得られるプロジェクター１を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

また本実施形態の場合、青色光源部２４を構成する発光素子２１１の数が第１実施形態よりも多いため、光源装置１２の高輝度化を図ることができる。特に高輝度の光源装置を実現する場合、本実施形態の構成が有効である。

（変形例）
上記実施形態の光源装置は、以下の変形例の構成を有していてもよい。
図７は、変形例のピックアップレンズアレイ４９の正面図である。

図７に示すように、変形例のピックアップレンズアレイ４９は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿って２行２列にアレイ状に並んで配置された複数のピックアップレンズ４９１（第１レンズ）を有する。複数のピックアップレンズ４９１の有効径Ｄ３の外周の一部同士は、互いに隣接している。

本変形例の場合、上記実施形態と異なり、ピックアップレンズ４９１の有効径Ｄ３は、隣り合うピックアップレンズ４９１間のピッチＰ２よりも大きい。したがって、ピックアップレンズアレイ４９を光の射出方向から見たときに、隣り合うピックアップレンズ４９１の有効径Ｄ３の外形をなす円の一部同士が重なり合い、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に隣り合うピックアップレンズ４９１の境界が直線状に延びている。

本変形例の場合、ピックアップレンズ４９１の有効径Ｄ３が上記実施形態におけるピックアップレンズ２９１の有効径Ｄ１よりも大きいため、レンズインテグレーター３１の重畳性能をより高められるとともに、光の拡散角をより十分に確保することができる。

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。
例えば上記実施形態では、光源部は、一つの半導体レーザーチップを一つのパッケージに収容したＣＡＮパッケージタイプの半導体レーザー素子が複数配列された構成を有していたが、この構成に代えて、複数の半導体レーザーチップを一つのパッケージに収容したマルチチップパッケージタイプの半導体レーザー素子を有していてもよい。

その他、光源装置、およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、本発明による光源装置を、液晶ライトバルブを用いたプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置を、光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。

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搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。

１…プロジェクター、２，１２…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、２５…光分離合成素子（偏光分離素子）、２７…波長変換素子、２９，４９…ピックアップレンズアレイ（光学素子）、３０…拡散素子、２１１…発光素子、２２１…コリメーターレンズ（第２レンズ）、２９１，４９１…ピックアップレンズ（第１レンズ）、３０２…拡散領域。

Claims (9)

1. 複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子から射出される複数の光を含む光束が入射され、前記光束を拡散させる拡散素子と、
   前記複数の発光素子から射出される前記光束を複数の部分光束に分割する光学素子と、を備え、
   前記拡散素子は、前記光学素子によって分割される前記複数の部分光束に対応して設けられる複数の拡散領域を有する、光源装置。
2. 前記複数の拡散領域の数は、前記複数の発光素子の数以下である、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光学素子は、前記複数の拡散領域に対応して設けられる複数の第１レンズを有する、請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記複数の第１レンズの有効径の外周の一部同士が互いに隣接している、請求項３に記載の光源装置。
5. 前記光学素子は、前記複数の第１レンズが一体とされたレンズアレイから構成されている、請求項３または請求項４に記載の光源装置。
6. 前記複数の発光素子から射出される光を平行化する第２レンズを備え、
   前記第１レンズの有効径は、前記第２レンズの有効径以上である、請求項３から請求項５までのいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記複数の発光素子と前記光学素子との間に設けられる偏光分離素子をさらに備え、
   前記偏光分離素子は、前記複数の発光素子から射出される前記光束を、第１偏光成分と、前記第１偏光成分とは異なる第２偏光成分と、に分離する、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記複数の発光素子から射出される光を波長変換する波長変換素子をさらに備え、
   前記第１偏光成分が前記拡散素子に入射され、前記第２偏光成分が前記波長変換素子に入射される、請求項７に記載の光源装置。
9. 請求項１から請求項８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光変調装置と、
   前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
   を備える、プロジェクター。

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