JP2021076738A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】画像の色ムラが少ないプロジェクターを提供する。【解決手段】本願のプロジェクターは、照明装置と、光変調装置と、投射光学装置と、を備え、照明装置は、第１波長帯の第１の光を射出する第１光源装置と、第２波長帯の第２の光を射出する第２光源装置と、を有する。光変調装置は、第１の光を変調する第１光変調素子と、第２波長帯の光のうちの少なくとも一部の波長帯の光を変調する第２光変調素子と、を有する。第１光源装置は、励起波長帯を有する励起光を射出する第１発光素子と、励起光を第１の光に波長変換する波長変換素子と、を有し、第２光源装置は、第２の光を射出する第２発光素子と、第２の光を拡散させる拡散素子と、拡散素子と第２光変調素子との間の第２の光の光路上に設けられ、第２の光を第２光変調素子に導くとともに第２光変調素子での像面湾曲を増大させる、非球面を有する光学素子と、を有する。【選択図】図３

Description

本願は、プロジェクターに関する。

プロジェクターに用いる光源装置として、光源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、半導体レーザーを含む固体光源ユニットと、ダイクロイックミラーと、蛍光板と、第１位相差板と、反射板と、第２位相差板と、を備えた光源装置が開示されている。この光源装置において、半導体レーザーから射出された青色光は、ダイクロイックミラーによりＳ偏光とＰ偏光とに分離される。Ｓ偏光は蛍光板に照射され、緑色および赤色の蛍光を発光する。Ｐ偏光は、第１位相差板によって円偏光に変換され、反射板で反射して第１位相差板に再度入射する。第２位相差板は、固体光源ユニットとダイクロイックミラーとの間に配置され、ダイクロイックミラーに入射する光のＰ偏光とＳ偏光との比率を制御する。

特開２０１２−１３７７４４号公報

特許文献１の光源装置においては、青色光をＳ偏光とＰ偏光とに分離するために偏光分離機能を備えたダイクロイックミラーが用いられている。ところが、この種のダイクロイックミラーでは、熱応力等の影響によってＳ偏光とＰ偏光との割合が所望の値からずれるため、照明光のホワイトバランスが変化する、という問題がある。そこで、照明光の光路と励起光の光路とを独立させ、励起光の光路に、偏光分離機能を持たず、青色光を反射し、黄色の蛍光を透過するダイクロイックミラーを備えた光源装置が検討されている。

しかしながら、上記の２つの光路を独立させた場合、照明光に係る光学部品と励起光に係る光学部品との特性の違いに起因して、光変調装置上における青色光の照度分布と、青色光以外の色光、すなわち緑色光および赤色光の照度分布と、が異なる場合がある。この場合、各色光が合成された合成光によって得られる画像に色ムラが生じる、という問題がある。

上記の課題を解決するために、本願の一つの態様のプロジェクターは、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複数の光変調素子と、前記複数の光変調素子により変調された光を投射する投射光学装置と、を備え、前記照明装置は、第１波長帯の第１の光を射出する第１光源装置と、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２の光を射出する第２光源装置と、を有し、前記複数の光変調素子は、前記第１の光のうちの少なくとも一部の波長帯の光を変調する第１光変調素子と、前記第２の光を変調する第２光変調素子と、を有し、前記第１光源装置は、励起波長帯を有する励起光を射出する第１発光素子と、前記励起光を前記励起波長帯とは異なる前記第１波長帯の前記第１の光に波長変換する波長変換素子と、を有し、前記第２光源装置は、前記第２の光を射出する第２発光素子と、前記第２発光素子から射出された前記第２の光を拡散させる拡散素子と、前記拡散素子と前記第２光変調素子との間の前記第２の光の光路上に設けられ、前記第２の光を前記第２光変調素子に導くとともに前記第２光変調素子での像面湾曲を増大させる、非球面を有する光学素子と、を有する。

本願の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第２光変調素子は、前記第２光変調素子の中央部よりも前記第２光変調素子の周縁部において前記光学素子の焦点が合う位置に配置されていてもよい。

本願の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記光学素子は、前記拡散素子から射出された前記第２の光を反射させる非球面凹面ミラーで構成されていてもよい。

本願の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第２光源装置は、前記拡散素子から射出された前記第２の光を反射させる凹面ミラーをさらに有し、前記光学素子は、前記拡散素子と前記凹面ミラーとの間の前記第２の光の光路上に設けられた非球面補償板で構成されていてもよい。

本願の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記光学素子は、前記第２光変調素子上で樽型の歪曲収差を発生させる特性を有していてもよい。

本願の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１光源装置は、前記波長変換素子と前記第１光変調素子との間の前記第１の光の光路上に設けられた凸レンズを含むインテグレーター光学系をさらに有していてもよい。

本願の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１発光素子および前記第２発光素子のそれぞれは、レーザー光源で構成されていてもよい。

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光源装置の概略構成図である。 第２光源装置の概略構成図である。 第２光変調装置の画像形成領域での照度分布を示す図である。 第１光変調装置の画像形成領域での照度分布を示す図である。 比較例の光源装置において、第２光変調装置の画像形成領域での照度分布を示す図である。 第２実施形態の第２光源装置の概略構成図である。 第２光変調装置の画像形成領域での照度分布を示す図である。

［第１実施形態］
以下、本願の第１実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。
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。
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に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、照明装置１００と、色分離導光光学系２００と、赤色光用の光変調素子４００Ｒ（第１光変調素子）と、緑色光用の光変調素子４００Ｇ（第１光変調素子）と、青色光用の光変調素子４００Ｂ（第２光変調素子）と、クロスダイクロイックプリズム５００と、投射光学装置６００と、を備える。

照明装置１００は、第１光源装置１０１と、第２光源装置１０２とを含む。第１光源装置１０１は、赤色光Ｒと緑色光Ｇとを含む黄色の蛍光ＹＬを色分離導光光学系２００に向けて射出する。第２光源装置１０２は、青色光Ｂを色分離導光光学系２００に向けて射出する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０と、反射ミラー２２０と、反射ミラー２３０と、反射ミラー２５０と、を備える。色分離導光光学系２００は、第１光源装置１０１から射出された黄色の蛍光ＹＬを赤色光Ｒと緑色光Ｇとに分離し、赤色光Ｒを光変調素子４００Ｒに導き、緑色光Ｇを光変調素子４００Ｇに導く。また、色分離導光光学系２００は、第２光源装置１０２から射出された青色光Ｂを光変調素子４００Ｂに導光する。

フィールドレンズ３００Ｒは、色分離導光光学系２００と光変調素子４００Ｒとの間に設けられている。フィールドレンズ３００Ｇは、色分離導光光学系２００と光変調素子４００Ｇとの間に設けられている。フィールドレンズ３００Ｂは、色分離導光光学系２００と光変調素子４００Ｂとの間に設けられている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光Ｒを透過させ、緑色光Ｇを反射させる。反射ミラー２２０は、ダイクロイックミラー２１０で反射した緑色光Ｇを反射させる。反射ミラー２３０は、ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光Ｒを反射させる。反射ミラー２５０は、第２光源装置１０２から射出された青色光Ｂを反射させる。

ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光Ｒは、反射ミラー２３０で反射され、フィールドレンズ３００Ｒを透過して赤色光用の光変調素子４００Ｒの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光Ｇは、反射ミラー２２０でさらに反射され、フィールドレンズ３００Ｇを透過して緑色光用の光変調素子４００Ｇの画像形成領域に入射する。反射ミラー２５０で反射された青色光Ｂは、フィールドレンズ３００Ｂを経て青色光用の光変調素子４００Ｂの画像形成領域に入射する。

光変調素子４００Ｒ、光変調素子４００Ｇ、および光変調素子４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、各色に対応する画像光を形成する。光変調素子４００Ｒ、光変調素子４００Ｇ、および光変調素子４００Ｂのそれぞれは、液晶パネルで構成されている。図示を省略したが、光変調素子４００Ｒ、光変調素子４００Ｇ、および光変調素子４００Ｂの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。光変調素子４００Ｒ、光変調素子４００Ｇ、および光変調素子４００Ｂの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。

クロスダイクロイックプリズム５００は、光変調素子４００Ｒ、光変調素子４００Ｇ、および光変調素子４００Ｂから射出された各画像光を合成して合成光を生成し、カラー画像を形成する。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設けられている。

投射光学装置６００は、クロスダイクロイックプリズム５００から射出された合成光をスクリーンＳＣＲに拡大投射し、カラー画像を形成する。

以下、第１光源装置１０１の構成について説明する。
図２は、第１光源装置１０１の概略構成図である。
図２に示すように、第１光源装置１０１は、第１発光部１２１と、コリメーター光学系１２２と、アフォーカル光学系１２３と、ホモジナイザー光学系１２４と、ダイクロイックミラー１５０と、ピックアップ光学系１２７と、波長変換素子１１０と、インテグレーター光学系１３１と、偏光変換素子１３２と、重畳光学系１３３と、を備えている。

第１発光部１２１は、複数の第１発光素子１２１ａを有している。複数の第１発光素子１２１ａは、光軸と直交する面内にアレイ状に配列されている。第１発光素子１２１ａの個数は、特に限定されない。第１発光素子１２１ａは、例えば４４０〜４７０ｎｍの励起波長帯を有する励起光ＢＬを射出する。すなわち、励起光ＢＬは、青色波長帯の光である。第１発光素子１２１ａは、直線偏光を射出する半導体レーザー光源で構成されている。

本実施形態において、第１発光部１２１の中央の第１発光素子１２１ａから射出される主光線の光路を光軸ａｘ２とする。また、後述する波長変換素子１１０から射出される光の主光線の光路を光軸ａｘ３とする。光軸ａｘ２と光軸ａｘ３とは、同一平面内にあり、かつ、互いに直交している。

光軸ａｘ２上において、第１発光部１２１、コリメーター光学系１２２、アフォーカル光学系１２３、ホモジナイザー光学系１２４、およびダイクロイックミラー１５０は、この順に並んで配置されている。光軸ａｘ３上において、波長変換素子１１０、ピックアップ光学系１２７、ダイクロイックミラー１５０、インテグレーター光学系１３１、偏光変換素子１３２、および重畳光学系１３３は、この順に並んで配置されている。

コリメーター光学系１２２は、第１発光部１２１の各第１発光素子１２１ａから射出された励起光ＢＬを平行光に変換する。コリメーター光学系１２２は、例えばアレイ状に並べられた複数のコリメーターレンズ１２２ａで構成されている。１つのコリメーターレンズ１２２ａは、１つの第１発光素子１２１ａに対応して配置されている。コリメーター光学系１２２によって平行光に変換された励起光ＢＬは、アフォーカル光学系１２３に入射する。

アフォーカル光学系１２３は、複数の励起光ＢＬの光束径を変換する。アフォーカル光学系１２３は、例えば凸レンズからなるアフォーカルレンズ１２３ａと、凹レンズからなるアフォーカルレンズ１２３ｂと、から構成されている。アフォーカル光学系１２３を通過した励起光ＢＬは、ホモジナイザー光学系１２４に入射する。

ホモジナイザー光学系１２４は、被照明領域において励起光ＢＬの光強度分布を均一な分布、いわゆるトップハット分布に変換する。ホモジナイザー光学系１２４は、例えばマルチレンズアレイ１２４ａと、マルチレンズアレイ１２４ｂと、から構成されている。ホモジナイザー光学系１２４から射出された励起光ＢＬは、ダイクロイックミラー１５０に入射する。

ダイクロイックミラー１５０は、青色光成分を反射させ、黄色光成分を透過させる波長選択性を有している。すなわち、ダイクロイックミラー１５０は、第１発光部１２１から射出された励起光ＢＬを反射させ、後述する波長変換素子１１０から射出された蛍光ＹＬを透過させる特性を有する。ダイクロイックミラー１５０は、光軸ａｘ２および光軸ａｘ３に対して４５°の角度をなすように配置されている。ダイクロイックミラー１５０に入射した励起光ＢＬは、ダイクロイックミラー１５０で反射してピックアップ光学系１２７に向かって進む。

ピックアップ光学系１２７は、励起光ＢＬを波長変換素子１１０の波長変換層１１に向かって集光させるとともに、波長変換層１１から射出される蛍光ＹＬを平行化する。ピックアップ光学系１２７は、ピックアップレンズ１２７ａと、ピックアップレンズ１２７ｂと、から構成されている。

波長変換素子１１０は、波長変換層１１と、波長変換層１１を支持する支持基板１２と、波長変換層１１と支持基板１２との間に設けられた反射層１３と、を有している。波長変換層１１は、例えばＹＡＧ蛍光体粒子が焼結された焼結体で構成されている。波長変換素子１１０は、励起光ＢＬを、励起波長帯とは異なる黄色波長帯の蛍光ＹＬ（第１波長帯の第１の光）に波長変換する。蛍光ＹＬは、例えば５００〜７００ｎｍの波長帯にピーク波長を有する。

支持基板１２は、例えば銅、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料から構成されている。反射層１３は、例えば銀、アルミニウム等の反射率が高い金属材料または誘電体多層膜から構成されている。波長変換層１１で生成された蛍光ＹＬのうち、支持基板１２に向かって進む蛍光ＹＬは、反射層１３によって反射され、波長変換層１１から外部に射出される。波長変換素子１１０から射出された蛍光ＹＬは、ピックアップ光学系１２７に向かって進む。

蛍光ＹＬは、ピックアップ光学系１２７によって平行光に変換された後、ダイクロイックミラー１５０を透過し、インテグレーター光学系１３１に入射する。インテグレーター光学系１３１は、入射した蛍光ＹＬを複数の光束に分割する。インテグレーター光学系１３１は、第１レンズアレイ１３１ａと、第２レンズアレイ１３１ｂと、から構成されている。第１レンズアレイ１３１ａおよび第２レンズアレイ１３１ｂのそれぞれは、複数のレンズがアレイ状に配列された構成を有している。

インテグレーター光学系１３１から射出された蛍光ＹＬは、偏光変換素子１３２に入射する。偏光変換素子１３２は、蛍光ＹＬを所定の偏光方向を有する直線偏光に変換する。偏光変換素子１３２は、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１３２を通過した蛍光ＹＬは、凸レンズからなる重畳レンズ１３３ａに入射する。重畳レンズ１３３ａは、偏光変換素子１３２から射出された複数の光束を照明対象物上で互いに重畳させる。これにより、照明対象物を均一に照明することができる。重畳光学系１３３は、第１レンズアレイ１３１ａおよび第２レンズアレイ１３１ｂからなるインテグレーター光学系１３１と、重畳レンズ１３３ａと、により構成されている。すなわち、第１光源装置１０１は、波長変換素子１１０と光変調素子４００Ｒ，４００Ｇとの間の蛍光ＹＬの光路上に設けられた凸レンズを含むインテグレーター光学系１３１を有する。

以下、第２光源装置１０２の構成について説明する。
図３は、第２光源装置１０２の概略構成図である。
図３に示すように、第２光源装置１０２は、第２発光部１２５と、コリメーター光学系１２２と、アフォーカル光学系１２３と、ホモジナイザー光学系１２４と、第１偏光分離素子１４０と、第１位相差板１４１と、ピックアップ光学系１４２と、拡散素子１４３と、インテグレーター光学系１４４と、第２偏光分離素子１４５と、第２位相差板１４６と、非球面凹面ミラー１４７（光学素子）と、を備えている。

第２発光部１２５は、複数の第２発光素子１２５ａを有している。複数の第２発光素子１２５ａは、光軸ａｘ４と直交する面内にアレイ状に配列されている。第２発光素子１２５ａの個数は、特に限定されない。第２発光素子１２５ａの個数は、第１発光部１２１の第１発光素子１２１ａの個数と異なっていてもよい。また、第２発光素子１２５ａは、第２波長帯を有する青色光ＢＬ２（第２の光）を射出する。第２波長帯は、励起波長帯と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第２発光素子１２５ａは、直線偏光、具体的には、第１偏光分離素子１４０に対するＳ偏光を射出する半導体レーザー光源で構成されている。なお、コリメーター光学系１２２、アフォーカル光学系１２３、およびホモジナイザー光学系１２４の構成は、第１光源装置１０１と同様であるため、説明を省略する。

第２発光部１２５の中央に位置する第２発光素子１２５ａから射出される主光線の光路を光軸ａｘ４とする。また、後述する拡散素子１４３から射出される青色光ＢＬ２の主光線の光路を光軸ａｘ５とする。光軸ａｘ４と光軸ａｘ５とは、同一平面内にあり、かつ、互いに直交している。

光軸ａｘ４上において、第２発光部１２５、コリメーター光学系１２２、アフォーカル光学系１２３、ホモジナイザー光学系１２４、および第１偏光分離素子１４０は、この順に並んで配置されている。光軸ａｘ５上において、拡散素子１４３、ピックアップ光学系１４２、第１位相差板１４１、第１偏光分離素子１４０、インテグレーター光学系１４４、第２偏光分離素子１４５、第２位相差板１４６、および非球面凹面ミラー１４７は、この順に並んで配置されている。第１偏光分離素子１４０は、光軸ａｘ４および光軸ａｘ５に対して４５°の角度をなすように配置されている。第２偏光分離素子１４５は、光軸ａｘ５に対して４５°の角度をなすように配置されている。

第１偏光分離素子１４０は、Ｓ偏光成分を反射し、Ｐ偏光成分を透過する。ホモジナイザー光学系１２４から射出された青色光ＢＬ２は、Ｓ偏光であるため、第１偏光分離素子１４０で反射し、第１位相差板１４１に向かって進む。

第１位相差板１４１は、青色光ＢＬ２のピーク波長に対する１／４波長板で構成されている。したがって、Ｓ偏光の青色光ＢＬ２は、第１位相差板１４１を透過することによって例えば右回りの円偏光の青色光ＢＬ２に変換され、ピックアップ光学系１４２に向かって進む。

ピックアップ光学系１４２は、青色光ＢＬ２を拡散素子１４３に向かって集束させるとともに、拡散素子１４３から射出される青色光ＢＬ２を平行化する。ピックアップ光学系１４２は、ピックアップレンズ１４２ａと、ピックアップレンズ１４２ｂと、から構成されている。

拡散素子１４３は、例えばピックアップ光学系１４２に対向する第１面１４３ａに凹凸構造が設けられた反射型の拡散素子で構成されている。また、拡散素子１４３は、凹凸構造の形状および寸法が最適化されることにより、入射した青色光ＢＬ２の偏光状態を乱さずに拡散反射させる特性を有する。そのため、拡散素子１４３に入射した右回りの円偏光の青色光ＢＬ２は、拡散素子１４３で反射し、左回りの円偏光の青色光ＢＬ２に変換される。

左回りの円偏光の青色光ＢＬ２は、ピックアップ光学系１４２によって平行光に変換された後、第１位相差板１４１を再度透過することでＰ偏光の青色光ＢＬ２に変換され、第１偏光分離素子１４０を透過し、インテグレーター光学系１４４に向かって進む。

第２光源装置１０２において、インテグレーター光学系１４４は、基材の対向する２つの面にレンズ構造が形成された両面レンズアレイで構成されている。これにより、２枚のレンズアレイを備えたインテグレーター光学系を用いた場合に比べて、物理的な光路長を短くすることができ、第２光源装置１０２の小型化が図れる。

第２偏光分離素子１４５は、Ｓ偏光成分を反射し、Ｐ偏光成分を透過する。インテグレーター光学系１４４から射出された青色光ＢＬ２は、Ｐ偏光であるため、第２偏光分離素子１４５を透過し、第２位相差板１４６に向かって進む。

第２位相差板１４６は、青色光ＢＬ２のピーク波長に対する１／４波長板で構成されている。したがって、Ｐ偏光の青色光ＢＬ２は、第２位相差板１４６を透過することによって例えば左回りの円偏光の青色光ＢＬ２に変換され、非球面凹面ミラー１４７に向かって進む。非球面凹面ミラー１４７の詳細については、後述する。

左回りの円偏光の青色光ＢＬ２は、非球面凹面ミラー１４７で反射し、右回りの円偏光の青色光ＢＬ２に変換される。右回りの円偏光の青色光ＢＬ２は、第２位相差板１４６を再度透過することでＳ偏光の青色光ＢＬ２に変換され、第２偏光分離素子１４５で反射し、第２光源装置１０２から射出される。

非球面凹面ミラー１４７は、拡散素子１４３と光変調素子４００Ｂとの間の青色光ＢＬ２の光路上に設けられている。非球面凹面ミラー１４７は、非球面の反射面を有し、拡散素子１４３から射出された青色光ＢＬ２を反射させて光変調素子４００Ｂに導くとともに、光変調素子４００Ｂの画像形成領域での像面湾曲を増大させる。青色光ＢＬ２は、非球面凹面ミラー１４７のパワーによって集束された状態で光変調素子４００Ｂに導かれる。このとき、青色光ＢＬ２は、光変調素子４００Ｂの画像形成領域の中央部よりも周縁部において焦点が合うように、非球面凹面ミラー１４７の焦点位置および光変調素子４００Ｂの位置が設定されている。また、非球面凹面ミラー１４７は、光変調素子４００Ｂ上で樽型の歪曲収差を発生させる特性を有している。

本発明者は、本実施形態のプロジェクター１の第２光源装置１０２において、一般的な凹面ミラーを用いたところ、投射画像の色ムラが発生したことを認識した。本発明者は、色ムラの原因について考察する過程において、第１光源装置１０１の重畳レンズ１３３ａを構成する凸レンズの特性と、第２光源装置１０２に用いる凹面ミラーの特性と、の違いに着目した。なお、上記の一般的な凹面ミラーは、球面からなる反射面を有する凹面ミラーである。

一般的な凸レンズは、光軸に近い中央部での焦点位置と光軸から遠い周縁部での焦点位置との差が大きい、すなわち、像面湾曲が大きい。そのため、像面の周縁部に焦点を合わせると、中央部の光線が周縁部に広がり、中央部で像がぼける。その結果、光変調装置の画像形成領域上での光の照度分布は、均一になりやすい。これに対して、一般的な凹面ミラーは、光軸に近い中央部での焦点位置と光軸から遠い周縁部での焦点位置との差が小さい、すなわち、像面湾曲が小さい。そのため、像面の周縁部に焦点を合わせたとき、凸レンズに比べて、中央部の光線が周縁部に広がりにくく、中央部で像がぼけにくい。その結果、光変調装置の画像形成領域上での光の照度分布は、均一になりにくい。これにより、本発明者は、光変調装置の画像形成領域上において、青色光の照度分布と青色光以外の色光の照度分布とが異なり、その結果、色ムラが発生したと考えた。

そこで、本発明者は、本願の青色光の光路で用いられる凹面ミラーの像面湾曲を、一般的な凹面ミラーの像面湾曲に対して意図的に増加させる、すなわち、中央部の焦点位置と周縁部の焦点位置との差を大きくすればよいことに想到した。これにより、中央部の光線が周縁部に広がって、第２光変調装置での光の照度分布が均一化される結果、第１光変調装置での光の照度分布に近付き、色ムラを低減することができる。なお、特許請求の範囲における「像面湾曲を増大させる」の意味は、上記の一般的な凹面ミラー、すなわち、球面からなる反射面を有する凹面ミラーの像面湾曲と比べて増大させる、ということである。像面湾曲の基準となる凹面ミラーの球面の形状は、凹面ミラーから第２光変調装置までの距離等のパラメーターによって決まる。

本実施形態の照明装置１００において、第１光源装置１０１は、凸レンズからなる重畳レンズ１３３ａを備えるとともに、第２光源装置１０２は、光変調素子４００Ｂでの像面湾曲を増大させる非球面凹面ミラー１４７を備えている。これにより、光変調素子４００Ｂの画像形成領域の中央部よりも周縁部で焦点が合った状態が維持されつつ、中央部の青色光ＢＬ２が周縁部に広がる結果、光変調素子４００Ｂの画像形成領域上での青色光の照度分布が均一になりやすくなる。その結果、光変調素子４００Ｂでの照度分布と、光変調素子４００Ｒ，４００Ｇでの照度分布と、が揃えられ、色ムラを低減することができる。

また、本実施形態の場合、非球面凹面ミラー１４７が樽型の歪曲収差を発生させるため、画像形成領域の中央部の光線が周縁部に向かって広がりやすく、光変調素子４００Ｂの画像形成領域上での照度分布を均一化させる効果をより高めることができる。なお、非球面凹面ミラー１４７は、必ずしも樽型の歪曲収差を発生させる特性を有していなくてもよいが、糸巻き型の歪曲収差を発生させる特性を有していないことが望ましい。

本発明者は、本実施形態で用いた非球面凹面ミラーの効果を実証するためのシミュレーションを行った。以下、シミュレーションの結果について説明する。
シミュレーションにおいては、発光素子から所定の強度分布を有する光を射出させたときの光変調装置の画像形成領域上での照度分布を求めた。本実施形態のプロジェクター１については、比較のために、第２光源装置１０２による光変調素子４００Ｂの画像形成領域上での照度分布、および第１光源装置１０１による光変調素子４００Ｒ，４００Ｇの画像形成領域上での照度分布の双方を求めた。

これに対して、上記実施形態の第２光源装置１０２の非球面凹面ミラー１４７を球面凹面ミラーに置き換えた光源装置を比較例の光源装置とした。比較例の光源装置についても、本実施形態と同様の条件により、光源装置による光変調装置の画像形成領域上での照度分布を求めた。

図４は、本実施形態の第２光源装置１０２において、光変調素子４００Ｂの画像形成領域上での照度分布を示す図である。図５は、本実施形態の第１光源装置１０１において、光変調素子４００Ｒ，４００Ｇの画像形成領域上での照度分布を示す図である。図６は、比較例の光源装置において、光変調装置の画像形成領域での照度分布を示す図である。
図４〜図６において、横軸は光変調装置の画像形成領域での位置を示し、横軸の原点は像面の中心を示す。縦軸は照度［a.u.］を示す。また、符号Ｖのグラフは画像形成領域の垂直方向である短辺方向の照度分布を示し、符号Ｈのグラフは画像形成領域の水平方向である長辺方向の照度分布を示す。

図６に示すように、比較例の光源装置においては、グラフＶおよびグラフＨの双方ともに、画像形成領域の中央部付近の照度は、周縁部付近の照度に比べてわずかに高くなっている。これに対して、図４に示すように、本実施形態の第２光源装置１０２においては、グラフＶおよびグラフＨの双方ともに、画像形成領域の中央部と周縁部とで照度が略一定になっている。また、図５に示すように、本実施形態の第１光源装置１０１においては、グラフＶおよびグラフＨの双方ともに、画像形成領域の中央部と周縁部とで照度が略一定になっている。したがって、本実施形態においては、第２光源装置１０２による光変調素子４００Ｂ上での照度分布は、第１光源装置１０１による光変調素子４００Ｒ，４００Ｇ上での照度分布と略一致している。

以上のシミュレーション結果から、本実施形態の第２光源装置１０２によれば、非球面凹面ミラー１４７の採用により光変調素子４００Ｂ上での照度分布の均一性を比較例に比べて高められるとともに、光変調素子４００Ｂ上での照度分布を光変調素子４００Ｒ，４００Ｇ上での照度分布に略一致させることができることが実証された。これにより、スクリーン上での画像の色ムラを低減することができる。

［第２実施形態］
以下、本願の第２実施形態について、図７および図８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第１光源装置の構成は第１実施形態と同様であり、第２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第１光源装置の説明は省略する。
図７は、第２実施形態の第２光源装置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３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、本実施形態の第２光源装置１０４は、第２発光部１２５と、コリメーター光学系１２２と、アフォーカル光学系１２３と、ホモジナイザー光学系１２４と、第１偏光分離素子１４０と、第１位相差板１４１と、ピックアップ光学系１４２と、拡散素子１４３と、インテグレーター光学系１４４と、非球面補償板（光学素子）１４８と、第２偏光分離素子１４５と、第２位相差板１４６と、凹面ミラー１４９と、を備えている。

非球面補償板１４８は、拡散素子１４３と凹面ミラー１４９との間の青色光ＢＬ２の光路上に設けられている。非球面補償板１４８は、透光性部材で構成され、第１面１４８ａと第２面１４８ｂとを有している。また、第１面１４８ａおよび第２面１４８ｂのいずれか一方は、光変調素子４００Ｂでの像面湾曲を増大させる非球面を有している。本実施形態での「光変調素子４００Ｂでの像面湾曲を増大させる」は、非球面補償板１４８を備えていない場合に比べて、光変調素子４００Ｂでの像面湾曲を増大させる、という意味である。また、非球面補償板１４８は、樽型の歪曲収差を発生させる特性を有していてもよいが、糸巻き型の歪曲収差を発生させる特性を有していないことが望ましい。

凹面ミラー１４９は、拡散素子１４３から射出された青色光ＢＬ２を反射させる。凹面ミラー１４９は、第１実施形態の非球面凹面ミラー１４７と異なり、球面からなる反射面を有している。
第２光源装置１０４のその他の構成は、第１実施形態の第２光源装置１０２と同様である。

本実施形態のプロジェクターにおいても、非球面補償板１４８を用いたことにより光変調素子４００Ｂの画像形成領域上での青色光ＢＬ２の照度分布が均一になりやすく、光変調素子４００Ｂでの光の照度分布と、光変調素子４００Ｒ，４００Ｇでの光の照度分布と、が揃いやすく、色ムラを低減することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

本発明者は、第１実施形態と同様、本実施形態で用いた非球面補償板の効果を実証するためのシミュレーションを行った。
図８は、本実施形態の第２光源装置１０４において、光変調素子４００Ｂの画像形成領域上での照度分布を示す図である。
図８において、横軸は、光変調装置の画像形成領域での位置［a.u.］を示し、縦軸は、照度［a.u.］を示す。また、符号Ｖのグラフは画像形成領域の垂直方向である短辺方向の照度分布を示し、符号Ｈのグラフは画像形成領域の水平方向である長辺方向の照度分布を示す。

図８に示すように、本実施形態の第２光源装置１０４においては、グラフＶおよびグラフＨの双方ともに、画像形成領域の中央部と周縁部とで照度が略一定になっている。以上のシミュレーション結果から、本実施形態の第２光源装置１０４においても、第１実施形態の第２光源装置１０２と同様、光変調素子４００Ｂ上での照度分布の均一性を高められるとともに、光変調素子４００Ｂ上での照度分布を光変調素子４００Ｒ，４００Ｇ上での照度分布に略一致させることができ、スクリーン上での画像の色ムラを低減できることが実証された。

なお、本願の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本願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、第１光源装置として、固定型の波長変換素子を備えた光源装置の例を挙げたが、この構成に代えて、モーター等の駆動源によって回転可能とされた波長変換素子を備える光源装置が用いられてもよい。同様に、上記実施形態では、第２光源装置として、固定型の拡散素子を備えた光源装置の例を挙げたが、この構成に代えて、モーター等の駆動源によって回転可能とされた拡散素子を備える光源装置が用いられてもよい。

その他、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、本願を、液晶ライトバルブを用いたプロジェクターに適用した例を示したが、これに限られない。本願を、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適用してもよい。

１…プロジェクター、１００…照明装置、１０１…第１光源装置、１０２，１０４…第２光源装置、１１０…波長変換素子、１２１ａ…第１発光素子、１２５ａ…第２発光素子、１３１…インテグレーター光学系、１４３…拡散素子、１４７…非球面凹面ミラー（光学素子）、１４８…非球面補償板（光学素子）、１４９…凹面ミラー、４００…光変調装置、４００Ｒ，４００Ｇ…光変調素子（第１光変調素子）、４００Ｂ…光変調素子（第２光変調素子）、６００…投射光学装置、ＢＬ…励起光、ＢＬ２…青色光（第２波長帯の第２の光）、ＹＬ…蛍光（第１波長帯の第１の光）。

Claims (7)

1. 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複数の光変調素子と、
   前記複数の光変調素子により変調された光を投射する投射光学装置と、
   を備え、
   前記照明装置は、第１波長帯の第１の光を射出する第１光源装置と、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２の光を射出する第２光源装置と、を有し、
   前記複数の光変調素子は、前記第１の光のうちの少なくとも一部の波長帯の光を変調する第１光変調素子と、前記第２の光を変調する第２光変調素子と、を有し、
   前記第１光源装置は、励起波長帯を有する励起光を射出する第１発光素子と、前記励起光を前記励起波長帯とは異なる前記第１波長帯の前記第１の光に波長変換する波長変換素子と、を有し、
   前記第２光源装置は、前記第２の光を射出する第２発光素子と、前記第２発光素子から射出された前記第２の光を拡散させる拡散素子と、前記拡散素子と前記第２光変調素子との間の前記第２の光の光路上に設けられ、前記第２の光を前記第２光変調素子に導くとともに前記第２光変調素子での像面湾曲を増大させる、非球面を有する光学素子と、を有する、プロジェクター。
2. 前記第２光変調素子は、前記第２光変調素子の中央部よりも前記第２光変調素子の周縁部において前記光学素子の焦点が合う位置に配置されている、請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記光学素子は、前記拡散素子から射出された前記第２の光を反射させる非球面凹面ミラーで構成されている、請求項１または請求項２に記載のプロジェクター。
4. 前記第２光源装置は、前記拡散素子から射出された前記第２の光を反射させる凹面ミラーをさらに有し、
   前記光学素子は、前記拡散素子と前記凹面ミラーとの間の前記第２の光の光路上に設けられた非球面補償板で構成されている、請求項１または請求項２に記載のプロジェクター。
5. 前記光学素子は、前記第２光変調素子上で樽型の歪曲収差を発生させる特性を有する、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
6. 前記第１光源装置は、前記波長変換素子と前記第１光変調素子との間の前記第１の光の光路上に設けられた凸レンズを含むインテグレーター光学系をさらに有する、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
7. 前記第１発光素子および前記第２発光素子のそれぞれは、レーザー光源で構成されている、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のプロジェクター。

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