JP2022034731A - 光学素子、光源装置、画像表示装置、およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】照度ムラが少なく、被照明対象上で互いに離間した複数の部分照射領域を形成できる光学素子を提供する。
【解決手段】本発明の光学素子は、ｍ個の領域がアレイ状に配置される第１マルチレンズ面と、ｍ個の領域に対応して、ｍ個の第２セルがアレイ状に配置される第２マルチレンズ面と、を備え、第１マルチレンズ面に対して光が入射され、第２マルチレンズ面から光が射出され、第１マルチレンズ面のｍ個の領域のそれぞれは、ｎ個の第１セルを有し、ｍ個の第２セルの焦点面は、ｎ個の第１セルよりも射出側に位置し、ｍは、２以上の自然数であり、ｎは、２以上の自然数である。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学素子、光源装置、画像表示装置、およびプロジェクターに関する。

プロジェクター等の画像表示装置の分野において、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。この種の光源装置において、蛍光体上における励起光の照度分布を均一にするために、マルチレンズアレイが用いられる場合がある。

下記の特許文献１に、励起光源と、励起光を受けて緑色光を射出する蛍光板と、マイクロレンズアレイと、赤色光源と、青色光源と、を備えた光源ユニットが開示されている。この光源ユニットにおいて、マイクロレンズアレイは、複数のマイクロ凸レンズがアレイ状に配列された構成を有し、励起光源と蛍光板との間に配置されている。励起光源から射出される励起光は、マイクロレンズアレイによって複数の光線束に分割された後、蛍光板上に重畳されるように照射され、蛍光板を略均一な照度で照明する。ところが、この構成においては、蛍光体の温度上昇に伴って波長変換効率が低下するという問題があった。

蛍光体の波長変換効率を向上させる手法として、下記の特許文献２には、光源と、光源から射出される励起光の光路上に配置されるレンズアレイと、レンズアレイから射出される複数の部分光束を受けて複数の蛍光を射出する波長変換素子と、を備える照明装置が開示されている。この照明装置において、レンズアレイから射出される複数の部分光束は、波長変換素子上で重畳されることなく、波長変換素子の互いに異なる複数の領域に入射する。

特開２０１１－１９７５９７号公報 特開２０１９－２８１２０号公報

特許文献２の照明装置においては、レンズアレイを構成する複数のレンズのうち、一つのレンズから射出される部分光束は、波長変換素子上の分割された複数の領域のうち、一つの領域に入射する。このように、特許文献２の照明装置では、レンズアレイの一つのレンズと波長変換素子の一つの領域とが対応するため、レンズアレイと波長変換素子とを含む照明装置の光学系が大型化するとともに、波長変換素子上の照度ムラが大きくなるおそれがあった。

以上、被照明対象が波長変換素子である場合について説明したが、被照明対象が液晶パネル等の光変調装置である場合に特許文献２のレンズアレイを適用したとしても、光学系の大型化、照度ムラ等、上記と同様の課題がある。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光学素子は、ｍ個の領域がアレイ状に配置される第１マルチレンズ面と、前記ｍ個の領域に対応して、ｍ個の第２セルがアレイ状に配置される第２マルチレンズ面と、を備え、前記第１マルチレンズ面に対して光が入射され、前記第２マルチレンズ面から前記光が射出され、前記第１マルチレンズ面の前記ｍ個の領域のそれぞれは、ｎ個の第１セルを有し、前記ｍ個の第２セルの焦点面は、前記ｎ個の第１セルよりも射出側に位置し、前記ｍは、２以上の自然数であり、前記ｎは、２以上の自然数である。

本発明の一つの態様の光源装置は、光を射出する光源と、前記光源から射出される光が入射される本発明の一つの態様の光学素子と、を備える。

本発明の他の一つの態様の光源装置は、励起光を射出する光源と、前記光源から射出される前記励起光が入射される本発明の一つの態様の光学素子と、前記光学素子から射出される前記励起光が入射され、前記励起光を波長変換して変換光を射出する波長変換素子と、を備える。

本発明のさらに他の一つの態様の光源装置は、光を射出する光源と、前記光源から射出される光が入射される本発明の一つの態様の光学素子と、前記光学素子から射出される光を変調する光変調素子と、を備える。

本発明の一つの態様の画像表示装置は、光を射出する光源と、前記光源から射出される光が入射される本発明の一つの態様の光学素子と、前記光学素子から射出される光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、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光源装置と、前記光源装置から射出される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って変調される光を投写する投写光学装置と、を備える。

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。 第１実施形態の光学素子の斜視図である。 第１実施形態の光学素子の作用を説明するための模式図である。 第１実施形態の光学素子による被照明対象上の照度分布を示す図である。 比較例の光学素子の作用を説明するための模式図である。 比較例の光学素子による被照明対象上の照度分布を示す図である。 第２実施形態の光学素子の平面図である。 第２レンズアレイを移動させた状態の光学素子の平面図である。 第１レンズアレイを移動させた状態の光学素子の平面図である。 第３実施形態の光学素子の模式図である。 第２セルの曲率を図１０Ａとは異ならせたときの光学素子の模式図である。 第４実施形態の光学素子の模式図である。 透光性材料の屈折率を図１１Ａとは異ならせたときの光学素子の模式図である。 第１変形例の光学素子の斜視図である。 第１変形例の光学素子による被照明対象上の照度分布を示す図である。 第２変形例の光学素子による被照明対象上の照度分布を示す図である。 第３変形例の光学素子による被照明対象上の照度分布を示す図である。 第４変形例の光学素子による被照明対象上の照度分布を示す図である。 第５変形例の光学素子による被照明対象上の照度分布を示す図である。 第６変形例の光学素子の斜視図である。 第６変形例の光学素子による被照明対象上の照度分布を示す図である。

［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７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。

［プロジェクターの構成］
本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
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、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写型画像表示装置である。プロジェクター１は、照明装置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、投写光学装置６と、を備える。照明装置２の構成については、後で詳しく説明する。

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、反射ミラー８ａと、反射ミラー８ｂと、反射ミラー８ｃと、リレーレンズ９ａと、リレーレンズ９ｂと、を備える。色分離光学系３は、照明装置２から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに導き、緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに導き、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。

フィールドレンズ１０Ｒは、色分離光学系３と光変調装置４Ｒとの間に配置されている。フィールドレンズ１０Ｒは、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｒに向けて射出する。フィールドレンズ１０Ｇは、色分離光学系３と光変調装置４Ｇとの間に配置されている。フィールドレンズ１０Ｇは、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｇに向けて射出する。フィールドレンズ１０Ｂは、色分離光学系３と光変調装置４Ｂとの間に配置されている。フィールドレンズ１０Ｂは、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｂに向けて射出する。

第１ダイクロイックミラー７ａ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させる。第２ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光成分を反射させ、青色光成分を透過させる。反射ミラー８ａは、赤色光成分を反射させる。反射ミラー８ｂおよび反射ミラー８ｃは、青色光成分を反射させる。

第１ダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲは、反射ミラー８ａで反射し、フィールドレンズ１０Ｒを透過して、赤色光用の光変調装置４Ｒの画像形成領域に入射する。第１ダイクロイックミラー７ａで反射した緑色光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー７ｂでさらに反射し、フィールドレンズ１０Ｇを透過して、緑色光用の光変調装置４Ｇの画像形成領域に入射する。第１ダイクロイックミラー７ａで反射し、第２ダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢは、リレーレンズ９ａ、入射側の反射ミラー８ｂ、リレーレンズ９ｂ、射出側の反射ミラー８ｃ、およびフィールドレンズ１０Ｂを経て、青色光用の光変調装置４Ｂの画像形成領域に入射する。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、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のそれぞれは、液晶ライトバルブから構成されている。図示を省略したが、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。

合成光学系５は、光変調装置４Ｒから射出される赤色の画像光、光変調装置４Ｇから射出される緑色の画像光、および光変調装置４Ｂから射出される青色の画像光を合成して、フルカラーの画像光を形成する。合成光学系５は、４つの直角三角柱状プリズムが貼り合わされ、平面視で略正方形状をなすクロスダイクロイックプリズムで構成されている。直角三角柱状プリズム同士を貼り合わせた界面には、誘電体多層膜が形成されている。

合成光学系５から射出された画像光は、投写光学装置６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。すなわち、投写光学装置６は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂから射出されるフルカラーの画像光を投写する。投写光学装置６は、複数の投写レンズで構成されている。

［照明装置の構成］
本実施形態の照明装置２の一例について説明する。
図２は、照明装置２の概略構成を示す図である。
図２に示すように、照明装置２は、光源装置２０と、偏光分離素子２５と、第１集光光学系２６と、第２位相差板２８２と、第２集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａと、を備える。インテグレーター光学系３１と重畳レンズ３３ａとは、重畳光学系３３を構成する。

光源装置２０は、光源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２８１と、光学素子２４と、波長変換素子４０と、を備える。

図２において、ＸＹＺ直交座標系を用い、光源２１から射出される光線束ＢＬの主光線に沿う軸を光源２１の光軸ａｘ１とし、光軸ａｘ１に平行な軸をＸ軸と定義する。波長変換素子４０から射出される蛍光ＹＬの主光線に沿う軸を波長変換素子４０の光軸ａｘ２とし、光軸ａｘ２に平行な軸をＹ軸と定義する。また、Ｘ軸およびＹ軸に直交する軸をＺ軸と定義する。

光源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２８１と、光学素子２４と、偏光分離素子２５と、第２位相差板２８２と、第２集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光源２１の光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。波長変換素子４０と、第１集光光学系２６と、偏光分離素子２５と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａとは、波長変換素子４０の光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。

光源２１は、励起光を射出する複数の発光素子２１１を備えている。複数の発光素子２１１は、光軸ａｘ１と直交する面内においてアレイ状に並んで配置されている。本実施形態の場合、光源２１は、４個の発光素子２１１がＹ軸に沿って１列に並んで配置された光源ユニットが、４個の発光素子２１１が配列されたＹ軸と直交するＺ軸に沿って４組並べられた構成を有している。すなわち、光源２１は、１６個の発光素子２１１が４行４列にアレイ状に配列された構成を有している。なお、発光素子２１１の個数および配置は、上記の構成に限定されず、発光素子２１１は１個であってもよい。

発光素子２１１は、レーザー光ＢＬ１を射出する半導体レーザー素子で構成されている。半導体レーザー素子は、第１波長帯の青色の光線、具体的にはピーク波長が例えば４６０ｎｍの第１波長帯のレーザー光ＢＬ１を射出する。したがって、光源２１は、全体として、複数のレーザー光ＢＬ１を含む光線束ＢＬを射出する。本実施形態の光線束ＢＬは、特許請求の範囲の光に対応する。

光源２１から射出された光線束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、光源２１から射出される光線束ＢＬを略平行光に変換する。コリメーター光学系２２は、アレイ状に配置された複数のコリメーターレンズ２２１から構成されている。１個のコリメーターレンズ２２１は、１個の発光素子２１１から射出されるレーザー光ＢＬ１が入射する位置に配置されている。

コリメーター光学系２２を通過した光線束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、光線束ＢＬの径、すなわち光線束ＢＬの太さを調整する。アフォーカル光学系２３は、凸レンズ２３１と、凹レンズ２３２と、から構成されている。

アフォーカル光学系２３を通過した光線束ＢＬは、第１位相差板２８１に入射する。第１位相差板２８１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。光源２１から射出された直後の光線束ＢＬは、所定の偏光方向を有する直線偏光である。第１位相差板２８１の回転角度を適切に設定することにより、第１位相差板２８１を透過する光線束ＢＬを、偏光分離素子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線束ＢＬに変換することができる。第１位相差板２８１の回転角度を変えることにより、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率を調整することができる。

第１位相差板２８１を通過した光線束ＢＬは、光学素子２４に入射する。光学素子２４は、被照明領域としての波長変換素子４０および拡散反射素子３０における光線束ＢＬの照度分布を略均一化する。光学素子２４の構成については、後で詳しく説明する。

光学素子２４から射出されたＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む光線束ＢＬは、偏光分離素子２５に入射する。偏光分離素子２５は、例えば波長選択性を有する偏光ビームスプリッターから構成されている。偏光分離素子２５は、光軸ａｘ１および光軸ａｘ２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２５は、光線束ＢＬを、偏光分離素子２５に対するＳ偏光成分の光線束ＢＬｓとＰ偏光成分の光線束ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有する。具体的に、偏光分離素子２５は、Ｓ偏光成分の光線束ＢＬｓを反射させて波長変換素子４０に導き、Ｐ偏光成分の光線束ＢＬｐを透過させて拡散反射素子３０に導く。また、偏光分離素子２５は、偏光分離機能に加えて、青色の光線束ＢＬとは波長帯が異なる黄色光成分を、偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。

偏光分離素子２５で反射したＳ偏光の光線束ＢＬｓは、第１集光光学系２６に入射する。第１集光光学系２６は、偏光分離素子２５から射出される光線束ＢＬｓが入射され、光線束ＢＬｓを波長変換素子４０に向けて集光させる。第１集光光学系２６は、第１レンズ２６１と、第２レンズ２６２と、から構成されている。第１レンズ２６１および第２レンズ２６２のそれぞれは、凸レンズから構成されている。第１集光光学系２６から射出された光線束ＢＬｓは、集光した状態で波長変換素子４０に入射する。

波長変換素子４０は、基材４１と、波長変換層４２と、ヒートシンク４４と、を備える。本実施形態において、波長変換層４２は、蛍光体から構成されている。本実施形態においては、波長変換素子４０として、モーター等の駆動源を有しておらず、回転可能とされていない固定型の波長変換素子が用いられる。波長変換素子４０には、第１レンズ２６１および第２レンズ２６２によって集光された光線束ＢＬｓが入射される。

波長変換層４２は、光線束ＢＬｓを第１波長帯とは異なる第２波長帯の蛍光ＹＬに変換するセラミック蛍光体を含んでいる。第２波長帯は、例えば４９０～７５０ｎｍであり、蛍光ＹＬは、緑色光成分および赤色光成分を含む黄色光である。波長変換層４２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、波長変換層４２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、熱プラズマ法等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。また、波長変換層４２は、例えば複数の気泡等からなる散乱要素を含有していてもよい。波長変換層４２は、散乱要素を含有することにより、蛍光ＹＬの取り出し効率を高めることができる。

波長変換層４２は、基材４１の第１面４１ａに接合材（図示略）によって接合されている。接合材には、例えばナノ銀焼結金属材料が用いられる。基材４１は、例えばアルミニウム、銀等の光反射率の高い金属材料から構成されている。基材４１の第１面４１ａは、波長変換層４２の内部を進行する光を反射する。また、基材４１の第１面４１ａと波長変換層４２との間に、反射層がさらに設けられていてもよい。

ヒートシンク４４は、複数のフィンを有している。ヒートシンク４４は、基材４１の第２面４１ｂに設けられている。ヒートシンク４４は、例えば金属接合によって基材４１に固定されている。波長変換素子４０においては、ヒートシンク４４を介して波長変換層４２の熱を放出できるため、波長変換層４２の熱劣化を抑制することができる。

波長変換素子４０で生成された黄色の蛍光ＹＬは、第１集光光学系２６で略平行化された後、偏光分離素子２５に入射する。上述したように、偏光分離素子２５が偏光状態にかかわらず黄色光成分を透過させる特性を有しているため、蛍光ＹＬは、偏光分離素子２５を透過する。

一方、偏光分離素子２５から射出されたＰ偏光の光線束ＢＬｐは、第２位相差板２８２に入射する。第２位相差板２８２は、偏光分離素子２５と拡散反射素子３０との間の光線束ＢＬｐの光路中に配置された１／４波長板から構成されている。偏光分離素子２５から射出されたＰ偏光の光線束ＢＬｐは、第２位相差板２８２によって、例えば右回りの円偏光の青色光線束ＢＬｃ１に変換された後、第２集光光学系２９に入射する。

第２集光光学系２９は、第１レンズ２９１と、第２レンズ２９２と、から構成されている。第１レンズ２９１および第２レンズ２９２のそれぞれは、凸レンズから構成されている。第２集光光学系２９は、青色光線束ＢＬｃ１を集光させた状態で拡散反射素子３０に入射させる。

拡散反射素子３０は、偏光分離素子２５から射出された光線束ＢＬｐの光路上に配置されている。拡散反射素子３０は、第２集光光学系２９から射出された青色光線束ＢＬｃ１を偏光分離素子２５に向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０は、青色光線束ＢＬｃ１をランバート拡散に近い角度分布で反射させるとともに、青色光線束ＢＬｃ１の偏光状態を乱さないことが望ましい。

以下、拡散反射素子３０によって拡散反射された光を青色光線束ＢＬｃ２と称する。本実施形態においては、青色光線束ＢＬｃ１が拡散反射することによって略均一な照度分布を有する青色光線束ＢＬｃ２が得られる。例えば右回りの円偏光の青色光線束ＢＬｃ１は、拡散反射素子３０によって拡散反射され、左回りの円偏光の青色光線束ＢＬｃ２に変換される。

青色光線束ＢＬｃ２は、第２集光光学系２９によって平行光線束に変換された後、第２位相差板２８２に再度入射する。左回りの円偏光の青色光線束ＢＬｃ２は、第２位相差板２８２によってＳ偏光の青色光線束ＢＬｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色光線束ＢＬｓ１は、偏光分離素子２５によってインテグレーター光学系３１に向けて反射される。

このようにして、青色光線束ＢＬｓ１は、偏光分離素子２５を透過した蛍光ＹＬと合成され、照明光ＷＬとして利用される。すなわち、青色光線束ＢＬｓ１と蛍光ＹＬとは、偏光分離素子２５から互いに同じ方向に向けて射出され、青色光線束ＢＬｓ１と黄色の蛍光ＹＬとが合成された白色の照明光ＷＬが生成される。

照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に向けて射出される。インテグレーター光学系３１は、第１レンズアレイ３１ａと、第２レンズアレイ３１ｂと、から構成されている。第１レンズアレイ３１ａおよび第２レンズアレイ３１ｂ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３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。
偏光変換素子３２は、図示しない偏光分離膜と位相差板とを有している。偏光変換素子３２は、非偏光の蛍光ＹＬを含む照明光ＷＬを、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂに入射させる直線偏光に変換する。具体的には、偏光変換素子３２は、照明光ＷＬを、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの入射側偏光板の透過軸に対応する偏光方向を有する直線偏光に変換する。

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａに入射する。重畳レンズ３３ａは、インテグレーター光学系３１と協働して、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの画像形成領域における照明光ＷＬの照度分布を均一化する。このようにして、照明装置２は、照明光ＷＬを生成する。

［光学素子の構成］
以下、光学素子２４の構成について説明する。
図３は、光学素子２４の斜視図である。

図３に示すように、本実施形態の光学素子２４は、ｍ個の領域Ｒがアレイ状に配置される第１マルチレンズ面２４Ａと、ｍ個の領域Ｒに対応して、ｍ個の第２セル２４２がアレイ状に配置される第２マルチレンズ面２４Ｂと、を備える。光学素子２４において、光線束ＢＬは、第１マルチレンズ面２４Ａに対して入射され、第２マルチレンズ面２４Ｂから射出される。第１マルチレンズ面２４Ａのｍ個の領域Ｒのそれぞれは、ｎ個の第１セル２４１を有している。ｍは２以上の自然数であり、ｎは２以上の自然数である。

具体的な構成として、本実施形態の光学素子２４は、光線束ＢＬが入射される第１面２７ａと、第１面２７ａから入射される光線束ＢＬが射出される第２面２７ｂと、を有するレンズアレイ２７を備える。レンズアレイ２７は、例えば光学ガラス、石英等の無機材料で構成されていてもよいし、樹脂等の有機材料で構成されていてもよい。第１マルチレンズ面２４Ａは、レンズアレイ２７の第１面２７ａから構成され、第２マルチレンズ面２４Ｂは、レンズアレイ２７の第２面２７ｂから構成されている。すなわち、光学素子２４の第１マルチレンズ面２４Ａおよび第２マルチレンズ面２４Ｂは、レンズアレイ２７の互いに対向する２つの面２７ａ，２７ｂから構成されている。

以下の説明において、Ｙ軸方向に並ぶ構成要素を行と称し、Ｚ軸方向に並ぶ構成要素を列と称する。本実施形態の場合、ｍ＝９であり、ｎ＝４である。すなわち、第１マルチレンズ面２４Ａは、９個の領域Ｒが３行３列にアレイ状に配置された構成を有する。また、第１マルチレンズ面２４Ａの９個の領域Ｒのそれぞれは、４個の第１セル２４１を有している。各領域Ｒが有する４個の第１セル２４１は、２行２列にアレイ状に配置されている。したがって、第１マルチレンズ面２４Ａは、全体として、３６個の第１セル２４１が６行６列にアレイ状に配置された構成を有する。

また、第２マルチレンズ面２４Ｂは、第１マルチレンズ面２４Ａの９個の領域Ｒに対応して、９個の第２セル２４２が３行３列にアレイ状に配置された構成を有する。

本実施形態の場合、第１セル２４１および第２セル２４２は、それぞれ凸レンズ形状を有する。第１マルチレンズ面２４Ａを構成する全ての第１セル２４１は、同じ大きさおよび曲率を有する。また、第２マルチレンズ面２４Ｂを構成する全ての第２セル２４２は、同じ大きさおよび曲率を有する。また、本実施形態では、正方形状の被照明対象を想定しているため、光線束ＢＬの進行方向から見た第２セル２４２の形状は、被照明対象と相似形の正方形状である。また、光線束ＢＬの進行方向から見た第１セル２４１の形状も、正方形状である。

図４は、本実施形態の光学素子２４の作用を説明するための模式図である。図４では、光学素子２４のうち、１個の領域Ｒに対応する部分のみを示す。
図４に示すように、９個の第２セル２４２の焦点面Ｆは、４個の第１セル２４１よりも射出側に位置している。本実施形態の場合、全ての第２セル２４２が同じ大きさおよび曲率を有しているため、９個の第２セル２４２の各々の焦点ｆは、Ｘ軸方向において同じ位置に形成される。したがって、焦点面Ｆを、これら９個の焦点ｆを含むＸ軸に垂直な平面と定義する。また、第１セル２４１は、一つの第１セル２４１に対して一方側に隣接する第１セル２４１との接点Ｓ１と、他方側に隣接する第１セル２４１との接点Ｓ２と、の間に位置する面と定義する。また、各第２セル２４２は、焦点面Ｆ上の光線束ＢＬの像を被照明対象上に結像する。

［本実施形態の原理］
以下、本実施形態の光学素子２４における光線束ＢＬの振る舞いについて説明する。
最初に、比較例の光学素子３２４を想定する。
図６は、比較例の光学素子３２４の作用を説明するための模式図である。図６では、光学素子３２４のうち、１個の領域Ｒに対応する部分のみを示す。

図６に示すように、比較例の光学素子３２４においても、本実施形態の光学素子２４と同様、１個の第２セル３４２に対応して、４個の第１セル３４１が２行２列にアレイ状に配置されている。ただし、比較例の光学素子３２４においては、本実施形態の光学素子２４とは異なり、第２セル３４２の焦点面Ｆは、４個の第１セル３４１よりも射出側には位置しておらず、４個の第１セル３４１上に位置している。具体的には、図６の例では、第２セル３４２の焦点面Ｆは、接点Ｓ１および接点Ｓ２を通る位置に形成されている。

上述したように、第２セル３４２は、焦点面Ｆ上の光線束の像を被照明対象上に結像する機能を有する。また、４個の第１セル３４１は、一つの領域Ｒに入射する光線束を４本の部分光線束ＢＬｄに分割する機能を有する。ところが、比較例の光学素子３２４の場合、第２セル３４２の焦点面Ｆが４個の第１セル３４１上に位置しているため、この位置では隣接する部分光線束ＢＬｄ同士の間に隙間が形成されない。

図７は、本発明者によるシミュレーション結果を示しており、比較例の光学素子３２４による被照明対象上の照度分布を示す図である。図７の右側のグラフは直線ＴＹ（Ｙ軸方向）に沿った照度分布を示し、図７の下側のグラフは直線ＴＺ（Ｚ軸方向）に沿った照度分布を示す。
比較例の光学素子３２４の場合、第２セル３４２の焦点面Ｆにおいて隣接する部分光線束ＢＬｄ同士の間に隙間が形成されないため、図７に示すように、被照明対象上においても、照射領域Ｍは、４本の部分光線束ＢＬｄに対応する４個の部分照射領域Ｍ１に分割されるが、４つの部分照射領域Ｍ１の間に隙間が形成されない。そのため、被照明対象上の照度分布は、図７のグラフに示すように、Ｙ軸方向の中央部、およびＺ軸方向の中央部に照度の谷間を持たない略平坦な分布を示す。

例えば上述の特許文献１のように、入射した光を第１マルチレンズ面によって複数の部分光束に分割した後、複数の部分光束の全てを第２マルチレンズ面によって波長変換素子上で１個所に重畳させる場合、波長変換素子の全域が略均一な照度で照明される。このとき、波長変換素子の温度が一様に上昇するため、熱が逃げにくく、蛍光体の温度上昇に伴って波長変換効率が低下するという問題があった。

そこで、入射した光を第１マルチレンズ面によって複数の部分光束に分割した後、複数の部分光束の各々が第２マルチレンズ面によって波長変換素子の互いに異なる複数の領域を照射する構成を採用した場合、複数の部分光束の全てを波長変換素子の１個所に重畳させることは回避できる。ところが、この構成を採用したとしても、比較例の光学素子３２４のように、互いに隣り合う部分照射領域Ｍ１間に隙間がない場合には、波長変換素子上の照度分布は、複数の部分光束の全てを波長変換素子上で重畳させる場合と略変わらない。そのため、蛍光体の温度上昇に伴う波長変換効率の低下を抑制することが難しい。

図５は、本発明者によるシミュレーション結果を示しており、本実施形態の光学素子２４による被照明対象上の照度分布を示す図である。図５の右側のグラフは直線ＴＹ（Ｙ軸方向）に沿った照度分布を示し、図５の下側のグラフは直線ＴＺ（Ｚ軸方向）に沿った照度分布を示す。
上記の問題に対して、図５に示すように、本実施形態の光学素子２４の場合、第２セル２４２の焦点面Ｆにおいて互いに隣接する部分光線束ＢＬｄ同士の間に隙間が形成されるため、被照明対象上においても、照射領域Ｍが、４本の部分光線束ＢＬｄに対応する４個の部分照射領域Ｍ１に分割されるとともに、互いに隣り合う部分照射領域Ｍ１の間に隙間が形成される。そのため、図５の２つのグラフに示すように、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向ともに、中央部に照度の谷間を有し、４つの部分照射領域Ｍ１に明確に分割された照度分布が得られる。

比較例の光学素子３２４を用いた場合、波長変換素子上の照射領域の全体が略一様に温度上昇するため、特に照射領域の中央部近傍の熱が逃げにくく、温度上昇を抑制することが難しい。これに対して、本実施形態の光学素子２４を用いた場合、波長変換素子４０上の照射領域Ｍが互いに離間した４つの部分照射領域Ｍ１に分割されるため、各部分照射領域Ｍ１の中央部から周縁部に向けて熱が逃げやすい。その結果、温度上昇を効果的に抑制することができる。

［第１実施形態の効果］
本実施形態の光学素子２４は、ｍ個の領域がアレイ状に配置される第１マルチレンズ面２４Ａと、ｍ個の領域Ｒに対応して、ｍ個の第２セル２４２がアレイ状に配置される第２マルチレンズ面２４Ｂと、を備え、第１マルチレンズ面２４Ａに対して光線束ＢＬが入射され、第２マルチレンズ面２４Ｂから光線束ＢＬが射出され、第１マルチレンズ面２４Ａのｍ個の領域Ｒのそれぞれは、ｎ個の第１セル２４１を有し、ｍ個の第２セル２４２の焦点面Ｆは、ｎ個の第１セル２４１よりも射出側に位置し、ｍは２以上の自然数であり、ｎは２以上の自然数である。

本実施形態の光学素子２４によれば、上述したように、光線束ＢＬは、照射領域Ｍが互いに離間したｎ個の部分照射領域Ｍ１に分割された状態で波長変換素子４０を照明する。また、ｎ個の部分照射領域Ｍ１のそれぞれに対しては、ｍ個の第２セル２４２から射出される部分光線束ＢＬｄが重畳されるため、部分照射領域Ｍ１の照度分布を均一化することができる。したがって、照度ムラが少なく、互いに分割された複数の部分照射領域Ｍ１を形成できる光学素子２４を提供することができる。

また、本実施形態の光源装置２０は、光線束ＢＬを射出する光源２１と、光源２１から射出される光線束ＢＬが入射される光学素子２４と、光学素子２４から射出される光線束ＢＬが入射され、光線束ＢＬを波長変換して蛍光を射出する波長変換素子４０と、を備える。

本実施形態の光源装置２０によれば、波長変換素子４０の温度上昇を効果的に抑制できるため、波長変換素子４０の温度上昇に伴う波長変換効率の低下を抑制することができる。

以上、波長変換素子４０に着目して説明したが、本実施形態の場合、他の一つの被照明対象である拡散反射素子３０についても、同様の効果が得られる。すなわち、光線束ＢＬは、照射領域Ｍが互いに離間した４つの部分照射領域Ｍ１に分割された状態で拡散反射素子３０を照明する。これにより、拡散反射素子３０の温度上昇を効果的に抑制できるため、拡散反射素子３０の信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態の光学素子２４は、光線束ＢＬが入射される第１面２７ａと、第１面２７ａから入射される光線束ＢＬが射出される第２面２７ｂと、を有するレンズアレイ２７を備え、第１マルチレンズ面２４Ａが第１面２７ａから構成され、第２マルチレンズ面２４Ｂが第２面２７ｂから構成されている。

この構成によれば、第１マルチレンズ面２４Ａと第２マルチレンズ面２４Ｂとが一つのレンズアレイ２７で形成されるため、光源装置２０の部品点数の削減が図れるとともに、光源装置２０を小型化することができる。

また、本実施形態のプロジェクター１は、光源装置２０と、光源装置２０から射出される照明光ＷＬを画像情報に応じて変調する光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒと、光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒによって変調される光を投写する投写光学装置６と、を備える。

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２０を備えるため、小型で表示品質に優れる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図８、図９Ａおよび図９Ｂ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構成は第１実施形態と同様であり、光学素子の構成が第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構成に関する説明は省略する。
図８は、本実施形態の光学素子５０の平面図である。図９Ａは、第２レンズアレイ５２を移動させた状態の光学素子５０の平面図である。図９Ｂは、第１レンズアレイ５１を移動させた状態の光学素子５０の平面図である。

［光学素子の構成］
図８に示すように、本実施形態の光学素子５０は、ｍ個の領域がアレイ状に配置される第１マルチレンズ面５０Ａと、ｍ個の領域Ｒに対応して、ｍ個の第２セル５０２がアレイ状に配置される第２マルチレンズ面５０Ｂと、を備える。光学素子５０において、光線束ＢＬは、第１マルチレンズ面５０Ａに対して入射され、第２マルチレンズ面５０Ｂから射出される。第１マルチレンズ面５０Ａのｍ個の領域Ｒのそれぞれは、ｎ個の第１セル５０１を有している。ｍは２以上の自然数であり、ｎは２以上の自然数である。

本実施形態においても、第１実施形態と同様、ｍ＝９であり、ｎ＝４である。また、第１セル５０１および第２セル５０２の配置についても、第１実施形態と同様である。第１セル５０１および第２セル５０２は、それぞれ凸レンズ形状を有する。第１マルチレンズ面５０Ａを構成する全ての第１セル５０１は、同じ大きさおよび曲率を有する。また、第２マルチレンズ面５０Ｂを構成する全ての第２セル５０２は、同じ大きさおよび曲率を有する。

具体的な構成として、本実施形態の光学素子５０は、第１レンズアレイ５１と、第２レンズアレイ５２と、第１レンズアレイ５１と第２レンズアレイ５２とを保持する保持部材５３と、を備える。

第１レンズアレイ５１は、光線束ＢＬが入射される第３面５１ａと、第３面５１ａから入射される光線束ＢＬが射出される第４面５１ｂと、を有する。本実施形態では、第１マルチレンズ面５０Ａは、第３面５１ａから構成されている。第４面５１ｂは、平面状に形成されている。なお、第１レンズアレイ５１は、入射側と射出側とが逆向きに設置されていてもよい。すなわち、第１マルチレンズ面５０Ａは、光線束ＢＬが射出される第４面５１ｂから構成されていてもよく、光線束ＢＬが入射される第３面５１ａは、平面状に形成されていてもよい。

第２レンズアレイ５２は、第１レンズアレイ５１の第４面５１ｂから射出される光線束ＢＬが入射される第５面５２ａと、第５面５２ａから入射される光線束ＢＬが射出される第６面５２ｂと、を有する。本実施形態では、第２マルチレンズ面５０Ｂは、第６面５２ｂから構成されている。第５面５２ａは、平面状に形成されている。なお、第２レンズアレイ５２は、入射側と射出側とが本実施形態とは逆向きに設置されていてもよい。すなわち、第２マルチレンズ面５０Ｂは、光線束ＢＬが入射される第５面５２ａから構成されていてもよく、光線束ＢＬが射出される第６面５２ｂは、平面状に形成されていてもよい。

第１レンズアレイ５１および第２レンズアレイ５２のそれぞれは、例えば光学ガラス、石英等の無機材料で構成されていてもよいし、樹脂等の有機材料で構成されていてもよい。また、第１レンズアレイ５１および第２レンズアレイ５２のそれぞれは、保持部材５３が挿通する孔を設けるための枠部を有することが望ましい。

保持部材５３は、光線束ＢＬの進行方向であるＸ軸方向に沿って延在し、第１レンズアレイ５１と第２レンズアレイ５２とを保持する。これにより、保持部材５３は、第１レンズアレイ５１と第２レンズアレイ５２との相対的な位置関係を保持する。また、本実施形態の場合、第１レンズアレイ５１および第２レンズアレイ５２のそれぞれは、保持部材５３の特定の位置に固定されてはおらず、保持部材５３の延在方向に沿って移動可能とされている。各レンズアレイ５１，５２は、例えばステッピングモーター等の駆動源によって自動的に移動してもよいし、手動によって移動してもよい。また、第１レンズアレイ５１および第２レンズアレイ５２のいずれか一方のみが、保持部材５３の延在方向に沿って移動可能とされていてもよい。

図８に示す第２レンズアレイ５２の位置に対して、図９Ａに示すように、第２レンズアレイ５２を保持部材５３の延在方向に沿って移動させることにより、光線束ＢＬの進行方向における第１マルチレンズ面５０Ａと第２マルチレンズ面５０Ｂとの間の距離を可変とすることができる。または、図８に示す第１レンズアレイ５１の位置に対して、図９Ｂに示すように、第１レンズアレイ５１を保持部材５３の延在方向に沿って移動させることにより、光線束ＢＬの進行方向における第１マルチレンズ面５０Ａと第２マルチレンズ面５０Ｂとの間の距離Ｎを変化させることができる。なお、第１マルチレンズ面５０Ａと第２マルチレンズ面５０Ｂとの間の距離Ｎは、第１マルチレンズ面５０Ａを構成する第１セル５０１の頂点と、第２マルチレンズ面５０Ｂを構成する第２セル５０２の頂点と、の間の光線束ＢＬの進行方向に沿った距離と定義する。

このように、光線束ＢＬの進行方向における第１マルチレンズ面５０Ａと第２マルチレンズ面５０Ｂとの間の距離Ｎを変化させることにより、光線束ＢＬの進行方向における第１マルチレンズ面５０Ａに対するｍ個の第２セル５０２の焦点面の位置を可変とすることができる。ただし、本実施形態の場合も、ｍ個の第２セル５０２の焦点面は、ｎ個の第１セル５０１よりも射出側に位置している。

［第２実施形態の効果］
本実施形態の光学素子５０においても、光線束ＢＬは、照射領域が互いに離間したｎ個の部分照射領域に分割された状態で被照明対象を照明する。また、ｎ個の部分照射領域のそれぞれに対しては、ｍ個の第２セル５０２から射出される部分光束が重畳されるため、部分照射領域の照度分布を均一化することができる。したがって、照度ムラが少なく、互いに分割された複数の照射領域を形成できる光学素子５０を提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態の光学素子５０においては、光線束ＢＬの進行方向における第１マルチレンズ面５０Ａに対するｍ個の第２セル５０２の焦点面の位置が可変とされている。

図４から判るように、光線束ＢＬの進行方向における第２セル５０２の焦点面の位置を変化させることによって、焦点面上における隣り合う部分光束の間隔を調整することができる。これにより、例えば被照明対象の放熱の度合い等に応じて、隣り合う部分照射領域間の間隔を調整することができる。

また、本実施形態の光学素子５０においては、第１レンズアレイ５１および第２レンズアレイ５２の少なくとも一方を保持部材５３の延在方向に沿って移動可能としたことにより、光線束ＢＬの進行方向における第１マルチレンズ面５０Ａと第２マルチレンズ面５０Ｂとの間の距離Ｎが可変とされている。

この構成によれば、上述した隣り合う部分照射領域間の間隔の調整を、比較的簡易な移動機構によって実現することができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１０Ａおよび図１０Ｂを用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターおよび照明装置の構成は第１実施形態と同様であり、光学素子の構成が第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構成に関する説明は省略する。
図１０Ａは、本実施形態の光学素子５５の模式図である。図１０Ｂは、第２セル５５２の曲率を図１０Ａとは異ならせたときの光学素子５５の模式図である。

［光学素子の構成］
図１０Ａに示すように、本実施形態の光学素子５５は、ｍ個の領域Ｒがアレイ状に配置される第１マルチレンズ面５５Ａと、ｍ個の領域Ｒに対応して、ｍ個の第２セル５５２がアレイ状に配置される第２マルチレンズ面５５Ｂと、を備える。光学素子５５において、光線束ＢＬは、第１マルチレンズ面５５Ａに対して入射され、第２マルチレンズ面５５Ｂから射出される。第１マルチレンズ面５５Ａのｍ個の領域Ｒのそれぞれは、ｎ個の第１セル５５１を有している。ｍは２以上の自然数であり、ｎは２以上の自然数である。

本実施形態においても、第１実施形態と同様、ｍ＝９であり、ｎ＝４である。また、第１セル５５１および第２セル５５２の配置についても、第１実施形態と同様である。第１セル５５１および第２セル５５２は、それぞれ凸レンズ形状を有する。

具体的な構成として、本実施形態の光学素子５５は、第１レンズアレイ５６と、第２レンズアレイ５７と、圧力印加装置５８と、を備える。

第１レンズアレイ５６の構成は、第２実施形態の第１レンズアレイ５１と略同様である。すなわち、第１レンズアレイ５６は、光線束ＢＬが入射される第３面５６ａと、第３面５６ａから入射される光線束ＢＬが射出される第４面５６ｂと、を有する。本実施形態では、第１マルチレンズ面５５Ａは、第３面５６ａから構成されている。第４面５６ｂは、平面状に形成されている。第１レンズアレイ５６は、例えば光学ガラス、石英等の無機材料で構成されていてもよいし、樹脂等の有機材料で構成されていてもよい。

第２レンズアレイ５７は、透光性部材６０と、透光性液体６１と、から構成されている。透光性部材６０は、第１レンズアレイ５６の第４面５６ｂに固定される側面部６０ａと、第２マルチレンズ面５５Ｂを構成するレンズ部６０ｂと、が一体に形成された構成を有する。透光性部材６０は、例えばシリコンゴム等の透光性を有する軟質フィルム材で構成され、弾性変形が可能とされている。透光性液体６１は、例えばシリコンオイル等の屈折率が１よりも大きい液体で構成されている。透光性液体６１は、第１レンズアレイ５６の第４面５６ｂと透光性部材６０とによって囲まれた空間内に充填されている。

圧力印加装置５８は、空間内に充填された透光性液体６１に対して圧力を印加する。圧力印加装置５８によって透光性液体６１に適度な圧力が印加された状態において、レンズ部６０ｂの凸レンズ形状が形成されている。

本実施形態の光学素子５５においては、透光性液体６１に印加する圧力を変化させることによって、透光性部材６０の弾性変形の度合いを変えることができ、第２セル５５２の曲率を可変とすることができる。例えば図１０Ａに示す状態が初期状態であったとすると、透光性液体６１に印加する圧力を初期状態よりも高めることによって、図１０Ｂに示すように、透光性部材６０の膨らみを初期状態に比べて大きくすることができ、第２セル５５２の曲率を大きくすることができる。第２セル５５２の曲率を大きくすることにより、ｍ個の第２セル５５２の焦点面の位置をｎ個の第１セル５５１から遠ざけられるため、被照明対象上において隣り合う部分照射領域間の隙間を大きくすることができる。

［第３実施形態の効果］
本実施形態の光学素子５５においても、光線束ＢＬは、照射領域が互いに離間したｎ個の部分照射領域に分割された状態で被照明対象を照明する。また、ｎ個の部分照射領域のそれぞれに対しては、ｍ個の第２セル５５２から射出される部分光束が重畳されるため、部分照射領域の照度分布を均一化することができる。したがって、照度ムラが少なく、互いに分割された複数の部分照射領域を形成できる光学素子５５を提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態の光学素子５５においても、光線束ＢＬの進行方向における第１マルチレンズ面５５Ａに対するｍ個の第２セル５５２の焦点面の位置が可変とされているため、隣り合う部分照射領域間の間隔を調整できる、といった第２実施形態と同様の効果が得られる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１１Ａおよび図１１Ｂを用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターおよび照明装置の構成は第１実施形態と同様であり、光学素子の構成が第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構成に関する説明は省略する。
図１１Ａは、本実施形態の光学素子６３の模式図である。図１１Ｂは、透光性材料の屈折率を図１１Ａとは異ならせたときの光学素子６３の模式図である。

［光学素子の構成］
図１１Ａに示すように、本実施形態の光学素子６３は、ｍ個の領域Ｒがアレイ状に配置される第１マルチレンズ面６３Ａと、ｍ個の領域Ｒに対応して、ｍ個の第２セル６３２がアレイ状に配置される第２マルチレンズ面６３Ｂと、を備える。光学素子６３において、光線束ＢＬは、第１マルチレンズ面６３Ａに対して入射され、第２マルチレンズ面６３Ｂから射出される。第１マルチレンズ面６３Ａのｍ個の領域Ｒのそれぞれは、ｎ個の第１セル６３１を有している。ｍは２以上の自然数であり、ｎは２以上の自然数である。

本実施形態においても、第１実施形態と同様、ｍ＝９であり、ｎ＝４である。また、第１セル６３１および第２セル６３２の配置についても、第１実施形態と同様である。第１セル６３１および第２セル６３２は、それぞれ凸レンズ形状を有する。

具体的な構成として、本実施形態の光学素子６３は、第１レンズアレイ５６と、第２レンズアレイ６５と、圧力印加装置５８と、を備える。

第１レンズアレイ５６の構成は、第３実施形態の第１レンズアレイ５６と同様である。すなわち、第１レンズアレイ５６は、光線束ＢＬが入射される第３面５６ａと、第３面５６ａから入射される光線束ＢＬが射出される第４面５６ｂと、を有する。本実施形態では、第１マルチレンズ面６３Ａは、第３面５６ａから構成されている。第４面５６ｂは、平面状に形成されている。第１レンズアレイ５６は、例えば光学ガラス、石英等の無機材料で構成されていてもよいし、樹脂等の有機材料で構成されていてもよい。

第２レンズアレイ６５は、透光性部材６６と、透光性材料６７と、から構成されている。透光性部材６６は、第１レンズアレイ５６の第４面５６ｂに固定される側面部６６ａと、第２マルチレンズ面６３Ｂを構成するレンズ部６６ｂと、が一体に形成された構成を有する。透光性部材６６は、例えば光学ガラス等の透光性を有する硬質材で構成されている。透光性材料６７は、例えばシリコンオイル等の屈折率が１よりも大きい液体で構成されている。透光性材料６７は、第１レンズアレイ５６の第４面５６ｂと透光性部材６６とによって囲まれた空間内に充填されている。

圧力印加装置５８は、第３実施形態の圧力印加装置５８と同様である。圧力印加装置５８は、空間内に充填された透光性材料６７に対して圧力を印加する。

本実施形態の光学素子６３においては、透光性材料６７に印加する圧力を変化させることによって、透光性材料６７の屈折率を可変とすることができ、第２セル６３２の焦点距離を変化させることができる。例えば図１１Ａに示す状態が初期状態であったとすると、透光性材料６７に印加する圧力を初期状態よりも高めることによって、図１１Ｂに示すように、透光性材料６７の屈折率を初期状態に比べて大きくすることができ、第２セル６３２の焦点距離を短くすることができる。第２セル６３２の焦点距離を短くすることにより、ｍ個の第２セル６３２の焦点面の位置をｎ個の第１セル６３１から遠ざけられるため、被照明対象上において隣り合う部分照射領域間の隙間を大きくすることができる。

［第４実施形態の効果］
本実施形態の光学素子６３においても、光線束ＢＬは、照射領域が互いに離間したｎ個の部分照射領域に分割された状態で被照明対象を照明する。また、ｎ個の部分照射領域のそれぞれに対しては、ｍ個の第２セル６３２から射出される部分光束が重畳されるため、部分照射領域の照度分布を均一化することができる。したがって、照度ムラが少なく、互いに分割された複数の部分照射領域を形成できる光学素子６３を提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態の光学素子６３においても、光線束ＢＬの進行方向における第１マルチレンズ面６３Ａに対するｍ個の第２セル６３２の焦点面の位置が可変とされているため、隣り合う部分照射領域間の間隔を調整できる、といった第２実施形態と同様の効果が得られる。

［第１変形例］
以下、第１変形例の光学素子について、図１２および図１３を用いて説明する。
図１２は、第１変形例の光学素子６９の斜視図である。

図１２に示すように、第１変形例の光学素子６９は、ｍ個の領域Ｒがアレイ状に配置される第１マルチレンズ面６９Ａと、ｍ個の領域Ｒに対応して、ｍ個の第２セル６９２がアレイ状に配置される第２マルチレンズ面６９Ｂと、を備える。光学素子６９において、光線束ＢＬは、第１マルチレンズ面６９Ａに対して入射され、第２マルチレンズ面６９Ｂから射出される。第１マルチレンズ面６９Ａのｍ個の領域Ｒのそれぞれは、ｎ個の第１セル６９１を有している。ｍは２以上の自然数であり、ｎは２以上の自然数である。

第１変形例においては、ｍ＝９であり、ｎ＝２である。すなわち、第１マルチレンズ面６９Ａは、９個の領域Ｒが３行３列にアレイ状に配置された構成を有する。また、第１マルチレンズ面６９Ａの９個の領域Ｒのそれぞれは、２個の第１セル６９１を有している。各領域Ｒが有する２個の第１セル６９１は、Ｚ軸方向に並んで配置されている。したがって、第１マルチレンズ面６９Ａは、全体として１８個の第１セル６９１が６行３列にアレイ状に配置された構成を有する。第２マルチレンズ面６９Ｂは、上記実施形態と同様である。

図１３は、本発明者によるシミュレーション結果を示しており、第１変形例の光学素子６９による被照明対象上の照度分布を示す図である。
図１３に示すように、第１変形例の光学素子６９の場合、上記の第１マルチレンズ面６９Ａの構成が反映されて、被照明対象上においても、全体の照射領域Ｍが２個の部分照射領域Ｍ１に分割されるとともに、２個の部分照射領域Ｍ１の間に隙間が形成される。

［第２変形例］
以下、第２変形例の光学素子について、図１４を用いて説明する。
なお、以下の第２変形例、第３変形例、第４変形例、および第５変形例では、光学素子の図示を省略し、被照明対象上の照度分布のみを示す。

第２変形例の光学素子は、ｍ個の領域がアレイ状に配置される第１マルチレンズ面と、ｍ個の領域に対応して、ｍ個の第２セルがアレイ状に配置される第２マルチレンズ面と、を備える。第２変形例においては、ｍ＝９であり、ｎ＝３である。すなわち、第１マルチレンズ面の９個の領域のそれぞれは、３個の第１セルを有している。各領域が有する３個の第１セルは、Ｙ軸方向に並んで配置されている。

図１４に示すように、第２変形例の光学素子の場合、上記の第１マルチレンズ面の構成が反映されて、被照明対象上においても、全体の照射領域Ｍが３個の部分照射領域Ｍ１に分割されるとともに、互いに隣り合う部分照射領域Ｍ１の間に隙間が形成される。

［第３変形例］
以下、第３変形例の光学素子について、図１５を用いて説明する。
第３変形例の光学素子は、ｍ個の領域がアレイ状に配置される第１マルチレンズ面と、ｍ個の領域に対応して、ｍ個の第２セルがアレイ状に配置される第２マルチレンズ面と、を備える。第３変形例においては、第２変形例と同様、ｍ＝９であり、ｎ＝３である。すなわち、第１マルチレンズ面の９個の領域のそれぞれは、３個の第１セルを有している。各領域が有する３個の第１セルは、Ｙ軸方向に並んで配置されている。

上記の実施形態および変形例では、正方形状の被照明対象を想定していたが、第３変形例では、長方形状の被照明対象を想定している。図１５に示すように、第３変形例の光学素子の場合、上記の第１マルチレンズ面の構成が反映されて、長方形状の被照明対象上においても、全体の照射領域Ｍが３個の部分照射領域Ｍ１に分割されるとともに、互いに隣り合う部分照射領域Ｍ１の間に隙間が形成される。

［第４変形例］
以下、第４変形例の光学素子について、図１６を用いて説明する。
第４変形例の光学素子は、ｍ個の領域がアレイ状に配置される第１マルチレンズ面と、ｍ個の領域に対応して、ｍ個の第２セルがアレイ状に配置される第２マルチレンズ面と、を備える。第４変形例においては、ｍ＝９であり、ｎ＝９である。すなわち、第１マルチレンズ面の９個の領域のそれぞれは、９個の第１セルを有している。各領域が有する９個の第１セルは、３行３列にアレイ状に配置されている。

図１６に示すように、第４変形例の光学素子の場合、上記の第１マルチレンズ面の構成が反映されて、被照明対象上においても、全体の照射領域Ｍが９個の部分照射領域Ｍ１に分割されるとともに、互いに隣り合う部分照射領域Ｍ１の間に隙間が形成される。

［第５変形例］
以下、第５変形例の光学素子について、図１７を用いて説明する。
第５変形例の光学素子は、ｍ個の領域がアレイ状に配置される第１マルチレンズ面と、ｍ個の領域に対応して、ｍ個の第２セルがアレイ状に配置される第２マルチレンズ面と、を備える。第５変形例においては、ｍ＝９であり、ｎ＝３である。すなわち、第１マルチレンズ面の９個の領域のそれぞれは、３個の第１セルを有している。各領域が有する３個の第１セルにおいては、長方形状の第１セルに対してＹ軸方向に隣り合う領域に、正方形状の２個の第１セルがＺ軸方向に並んで配置されている。

図１７に示すように、第５変形例の光学素子の場合、上記の第１マルチレンズ面の構成が反映されて、被照明対象上においても、全体の照射領域Ｍが３個の部分照射領域Ｍ１，Ｍ２に分割されるとともに、互いに隣り合う部分照射領域の間に隙間が形成される。

［第６変形例］
以下、第６変形例の光学素子について、図１８および図１９を用いて説明する。
図１８は、第６変形例の光学素子７１の斜視図である。

図１８に示すように、第６変形例の光学素子７１は、ｍ個の領域Ｒがアレイ状に配置される第１マルチレンズ面７１Ａと、ｍ個の領域Ｒに対応して、ｍ個の第２セル７１２がアレイ状に配置される第２マルチレンズ面７１Ｂと、を備える。光学素子７１において、光線束ＢＬは、第１マルチレンズ面７１Ａに対して入射され、第２マルチレンズ面７１Ｂから射出される。第１マルチレンズ面７１Ａのｍ個の領域Ｒのそれぞれは、ｎ個の第１セル７１１を有している。

第６変形例においては、ｍ＝９であり、ｎ＝４である。すなわち、第１マルチレンズ面７１Ａの９個の領域Ｒのそれぞれは、４個の第１セル７１１を有している。各領域Ｒが有する４個の第１セル７１１は、２行２列にアレイ状に配置されている。したがって、第１マルチレンズ面７１Ａは、全体として３６個の第１セル７１１が６行６列にアレイ状に配置された構成を有する。第２マルチレンズ面７１Ｂは、上記実施形態と同様である。

第６変形例においては、各領域Ｒが有する４個の第１セル７１１のうち、１個の第１セル７１１と第２セル７１２との間の距離Ｎ１は、他の３個の第１セル７１１と第２セル７１２との間の距離Ｎ２よりも長い。そのため、当該１個の第１セル７１１と第２セル７１２の焦点面との距離は、他の３個の第１セル７１１と第２セル７１２の焦点面との距離よりも長い。なお、１個の第１セル７１１の曲率と、他の３個の第１セル７１１の曲率とは、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。

これにより、第６変形例の光学素子７１の場合、図１９に示すように、上記の第１マルチレンズ面７１Ａの構成が反映されて、被照明対象上においては、全体の照射領域Ｍが４個の部分照射領域Ｍ３，Ｍ４に分割されるとともに、４個の部分照射領域Ｍ３，Ｍ４のうち、１個の部分照射領域Ｍ３の面積が他の３個の部分照射領域Ｍ４の面積よりも小さくなり、１個の部分照射領域Ｍ３のみ、隣り合う照射領域Ｍ４との隙間が大きくなる。このように、複数の部分照射領域のうち、一部の部分照射領域の面積のみを他の部分照射領域の面積と異ならせることも可能である。

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、本発明の一つの態様の光学素子を、光源装置の波長変換素子および拡散反射素子を照明するための部材として適用した例を挙げたが、この構成に代えて、例えば図２に示したインテグレーター光学系３１に適用してもよい。

この場合、光学素子の被照明対象は、図１に示すプロジェクター１を構成する光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒである。光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒを互いに離間した複数の部分照射領域によって照明する技術的な意義として、例えばスクリーン上に複数のウィンドウを投写する場合などが考えられる。その場合、光変調装置の有効表示領域内に複数の画像形成領域が設けられ、複数の画像形成領域以外の領域では画像を形成しないため、この領域には照明光が照射されなくても支障がない。または、本発明の一つの態様の光学素子は、複数のウィンドウを投写する場合に限らず、一つのウィンドウ内に明表示領域と暗表示領域とが分離した画像を表示する場合などにも適用が可能である。このように、本発明の一つの態様の光学素子をプロジェクターのインテグレーター光学系に適用することにより、不要な領域を照明することがなく、照明光の利用効率が高いプロジェクターを実現することができる。

また、第２実施形態においては、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイの少なくとも一方が保持部材の延在方向に沿って移動可能とされ、第２セルの焦点面位置を調整できる構成を示したが、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイは、必ずしも保持部材の延在方向に沿って移動可能とされていなくてもよい。例えば第２セルの焦点面の位置が適宜調整された後、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイが保持部材に対して固定され、それ以降は第１レンズアレイおよび第２レンズアレイが移動できない構成であってもよい。

また、第３実施形態および第４実施形態においては、第１レンズアレイと第２レンズアレイとが一体の部材で構成されていたが、第１レンズアレイと第２レンズアレイとが別体で構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の一つの態様の光学素子を、光源から射出される光を偏光分離素子で２つの光束に分岐し、一方の光束を波長変換素子に入射させ、他方の光束を拡散反射素子に入射させ、波長変換素子から射出される蛍光と拡散反射素子から射出される青色光とを偏光分離素子で合成する形態の照明装置に適用する例を示した。この構成に代えて、本発明の一つの態様の光学素子を、光源から射出される青色光を波長変換素子に入射させ、一部の青色光を励起光として用い、励起光として寄与しない他の一部の青色光を後方散乱させ、波長変換素子から射出される蛍光と青色光とを取り出す形態の照明装置に適用してもよい。

また、上記実施形態では、回転可能とされていない固定型の波長変換素子の例を挙げたが、本発明の一つの態様は、モーターによって回転可能とされた波長変換素子を有する光源装置にも適用が可能である。また、回転可能とされていない固定型の拡散反射素子の例を挙げたが、本発明の一つの態様は、モーターによって回転可能とされた拡散反射素子を有する光源装置にも適用が可能である。

また、上記実施形態では、本発明の一つの態様の光学素子を、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。本発明の一つの態様の光学素子を、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。また、プロジェクターは、複数の光変調装置を有していなくてもよく、１つの光変調装置のみ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を構成する各構成要素の数、配置、形状および材料等の具体的な構成は、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、本発明の一つの態様の光源装置を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。本発明の一つの態様の光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等の光源装置に適用することができる。この場合、この種の光源装置は、光源と、本発明の一つの態様の光学素子と、光学素子から射出される光の照度を調整するための光変調素子と、を備えていてもよい。

本発明の一つの態様の光学素子は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の光学素子は、ｍ個の領域がアレイ状に配置される第１マルチレンズ面と、前記ｍ個の領域に対応して、ｍ個の第２セルがアレイ状に配置される第２マルチレンズ面と、を備え、前記第１マルチレンズ面に対して光が入射され、前記第２マルチレンズ面から前記光が射出され、前記第１マルチレンズ面の前記ｍ個の領域のそれぞれは、ｎ個の第１セルを有し、前記ｍ個の第２セルの焦点面は、前記ｎ個の第１セルよりも射出側に位置し、前記ｍは、２以上の自然数であり、前記ｎは、２以上の自然数である。

本発明の一つの態様の光学素子は、前記光が入射される第１面と、前記第１面から入射される前記光が射出される第２面と、を有するレンズアレイを備え、前記第１マルチレンズ面が前記第１面から構成され、前記第２マルチレンズ面が前記第２面から構成されていてもよい。

本発明の一つの態様の光学素子において、前記光の進行方向における前記第１マルチレンズ面に対する前記ｍ個の第２セルの焦点面の位置が可変であってもよい。

本発明の一つの態様の光学素子において、前記光の進行方向における前記第１マルチレンズ面と前記第２マルチレンズ面との間の距離が可変であってもよい。

本発明の一つの態様の光学素子は、前記光が入射される第３面と、前記第３面から入射される前記光が射出される第４面と、を有する第１レンズアレイと、前記第４面から射出される前記光が入射される第５面と、前記第５面から入射される前記光が射出される第６面と、を有する第２レンズアレイと、前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとを保持する保持部材と、を備え、前記第１マルチレンズ面が前記第３面または前記第４面から構成され、前記第２マルチレンズ面が前記第５面または前記第６面から構成され、前記光の進行方向における前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとの間の距離が可変であってもよい。

本発明の一つの態様の光学素子において、前記ｍ個の第２セルの各々の曲率が可変であってもよい。

本発明の一つの態様の光学素子において、前記第１マルチレンズ面と前記第２マルチレンズ面との間に配置される透光性材料の屈折率が可変であってもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置は、光を射出する光源と、前記光源から射出される光が入射される本発明の一つの態様の光学素子と、を備える。

本発明の一つの態様の光源装置は、励起光を射出する光源と、前記光源から射出される前記励起光が入射される本発明の一つの態様の光学素子と、前記光学素子から射出される前記励起光が入射され、前記励起光を波長変換して蛍光を射出する波長変換素子と、を備える。

本発明の一つの態様の光源装置は、光を射出する光源と、前記光源から射出される光が入射される本発明の一つの態様の光学素子と、前記光学素子から射出される光を変調する光変調素子と、を備える。

本発明の一つの態様の画像表示装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の画像表示装置は、光を射出する光源と、前記光源から射出される光が入射される本発明の一つの態様の光学素子と、前記光学素子から射出される光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、を備える。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、以下の構成を有していてもよい。
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、前記光源装置から射出される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って変調される光を投写する投写光学装置と、を備える。

１…プロジェクター、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投写光学装置、２０…光源装置、２１…光源、２４，５０，５５，６３，６９，７１…光学素子、２４Ａ，５０Ａ，５５Ａ，６３Ａ，６９Ａ，７１Ａ…第１マルチレンズ面、２４Ｂ，５０Ｂ，５５Ｂ，６３Ｂ，６９Ｂ，７１Ｂ…第２マルチレンズ面、２７…レンズアレイ、２７ａ…第１面、２７ｂ…第２面、４０…波長変換素子、５１…第１レンズアレイ、５１ａ…第３面、５１ｂ…第４面、５２…第２レンズアレイ、５２ａ…第５面、５２ｂ…第６面、５３…保持部材、６７…透光性材料、２４１，５０１，５５１，６３１，６９１，７１１…第１セル、２４２，５０２，５５２，６３２，６９２，７１２…第２セル、ＢＬ…光線束（光）、Ｆ…焦点面、Ｎ…光の進行方向における第１マルチレンズ面と第２マルチレンズ面との間の距離、Ｒ…領域。

Claims (12)

1. ｍ個の領域がアレイ状に配置される第１マルチレンズ面と、
   前記ｍ個の領域に対応して、ｍ個の第２セルがアレイ状に配置される第２マルチレンズ面と、
   を備え、
   前記第１マルチレンズ面に対して光が入射され、
   前記第２マルチレンズ面から前記光が射出され、
   前記第１マルチレンズ面の前記ｍ個の領域のそれぞれは、ｎ個の第１セルを有し、
   前記ｍ個の第２セルの焦点面は、前記ｎ個の第１セルよりも射出側に位置し、
   前記ｍは、２以上の自然数であり、
   前記ｎは、２以上の自然数である、光学素子。
2. 前記光が入射される第１面と、前記第１面から入射される前記光が射出される第２面と、を有するレンズアレイを備え、
   前記第１マルチレンズ面が前記第１面から構成され、
   前記第２マルチレンズ面が前記第２面から構成される、請求項１に記載の光学素子。
3. 前記光の進行方向における前記第１マルチレンズ面に対する前記ｍ個の第２セルの焦点面の位置が可変である、請求項１に記載の光学素子。
4. 前記光の進行方向における前記第１マルチレンズ面と前記第２マルチレンズ面との間の距離が可変である、請求項３に記載の光学素子。
5. 前記光が入射される第３面と、前記第３面から入射される前記光が射出される第４面と、を有する第１レンズアレイと、
   前記第４面から射出される前記光が入射される第５面と、前記第５面から入射される前記光が射出される第６面と、を有する第２レンズアレイと、
   前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとを保持する保持部材と、
   を備え、
   前記第１マルチレンズ面が前記第３面または前記第４面から構成され、
   前記第２マルチレンズ面が前記第５面または前記第６面から構成され、
   前記光の進行方向における前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとの間の距離が可変である、請求項４に記載の光学素子。
6. 前記ｍ個の第２セルの各々の曲率が可変である、請求項３に記載の光学素子。
7. 前記第１マルチレンズ面と前記第２マルチレンズ面との間に配置される透光性材料の屈折率が可変である、請求項３に記載の光学素子。
8. 光を射出する光源と、
   前記光源から射出される光が入射される請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光学素子と、
   を備える、光源装置。
9. 励起光を射出する光源と、
   前記光源から射出される前記励起光が入射される請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光学素子と、
   前記光学素子から射出される前記励起光が入射され、前記励起光を波長変換して変換光を射出する波長変換素子と、
   を備える、光源装置。
10. 光を射出する光源と、
    前記光源から射出される光が入射される請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光学素子と、
    前記光学素子から射出される光を変調する光変調素子と、
    を備える、光源装置。
11. 光を射出する光源と、
    前記光源から射出される光が入射される請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光学素子と、
    前記光学素子から射出される光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
    を備える、画像表示装置。
12. 請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載の光源装置と、
    前記光源装置から射出される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って変調される光を投写する投写光学装置と、
    を備える、プロジェクター。

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