JP2024056163A - 光源装置および投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投射画像の色むらが低減された、複数種類の発光素子を光源とする投射型画像表示用の光源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】光源装置は、基板と、前記基板上に配置され第一の波長光を射出する第一の発光素子を有する第一の発光部と、前記基板上に配置され前記第一の波長光とは異なる第二の波長光を射出する、前記第一の発光素子の数よりも多い第二の発光素子を有する第二の発光部と、前記第一の発光部からの光を拡散させる第一の拡散素子と、前記第二の発光部からの光を拡散させる第二の拡散素子とを有し、前記第一の拡散素子または前記第二の拡散素子は、互いに直交する二つの方向における拡散角度が互いに異なることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源装置および投射型画像表示装置に関する。

近年、赤青緑それぞれの波長帯域において半導体レーザの開発が進んでおり、低コストで高出力の半導体レーザが実現されつつある。それにあわせて、光源として三原色すべてを直接半導体レーザから得る投射型画像表示装置が提案されている。

特開２０１９－２８０８５号公報

特許文献１の構成では、装置の小型化のため３種類の半導体レーザが同一基板上に設けられている。特許文献１の第１実施形態は、青色半導体レーザが１つ、緑色半導体レーザおよび赤色半導体レーザがそれぞれ３つ並べられた構成であり、光源出力は１０００ｌｍ程度となっている。更なる高出力化のためには半導体レーザの個数を増やす必要があるが、当該実施形態から円形に近い配置を保ちつつ半導体レーザの個数を増やした場合、その基板上の配置の形状に異方性が生じてしまう。その結果、拡散板で拡散された後の青色の光束の形状と赤および緑色の光束の形状との間に乖離が生じ、投射画像の色むらが発生するという課題がある。

上記課題を解決するため、本発明では、投射画像の色むらが低減された、複数種類の発光素子を光源とする投射型画像表示用の光源装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の光源装置は、基板と、前記基板上に配置され第一の波長光を射出する第一の発光素子を有する第一の発光部と、前記基板上に配置され前記第一の波長光とは異なる第二の波長光を射出する、前記第一の発光素子の数よりも多い第二の発光素子を有する第二の発光部と、前記第一の発光部からの光を拡散させる第一の拡散素子と、前記第二の発光部からの光を拡散させる第二の拡散素子とを有し、前記第一の拡散素子または前記第二の拡散素子は、互いに直交する二つの方向における拡散角度が互いに異なることを特徴とする。

本発明によると、投射画像での色むらが低減された、複数種類の発光素子を光源とする投射型画像表示用の光源装置を提供することができる。

実施例１の光源装置の構成の概要図である。 実施例１の半導体レーザの配列と拡散板の拡散特性を説明する図である。 実施例１の拡散板の別例を説明する図である。 実施例２の半導体レーザの配列と拡散板の拡散特性を説明する図である。 実施例３の半導体レーザの配列と拡散板の拡散特性を説明する図である。 実施例４の半導体レーザの配列と拡散板の拡散特性を説明する図である。 実施例５の半導体レーザの配列と拡散板の拡散特性を説明する図である。 実施例６の構成を説明する図である。 実施例６の半導体レーザの配列と拡散板の拡散特性を説明する図である。 実施例７の投射型画像表示装置の構成の概要図である。

以下、本発明の実施形態における波長変換装置の構成例について図を用いて説明する。本発明は以下に説明する実施形態の構成等によって何ら限定されるものではない。また、添付図面においては本実施形態に係る装置を容易に理解できるようにするために実際とは異なる縮尺で描かれており、同一もしくは同様の構成については同一の参照番号を付し、重複した説明を省略する。

図１に、本実施例における光源装置１００の構成図を示す。
半導体レーザ部１０１は、複数のレーザ素子（発光素子）を同一の基板上に配列したものである。その配列については後述する。半導体レーザ部１０１の各半導体レーザからの光はコリメート（平行光に）された（平行度が調整された）状態で光分離部１０２に入射する。光分離部１０２は、Ｓ偏光の光を反射し、Ｐ偏光の光を透過する偏光分離素子となっている。

光分離部１０２に入射する光のうち、青色光（第一の波長光）はＳ偏光で入射することにより光分離部１０２で反射される。また、赤色光（第二の波長光、第三の波長光）および緑色光（第二の波長光、第三の波長光）はＰ偏光で入射することにより光分離部１０２を透過する。

光分離部１０２で反射した青色光は、１／４波長板１０３を透過して円偏光となったのち、集光レンズ１０４によって青色光用拡散板（第一の拡散素子）１０５上に集光され反射拡散される。反射拡散された青色光は集光レンズ（第一の光学素子）１０４によって平行化され、１／４波長板１０３を再度透過することによりＰ偏光となる。その結果、青色光は、光分離部１０２を透過し、後段の光学系へ導かれる。

光分離部１０２を透過した緑色光および赤色光は、１／４波長板１０６を透過して円偏光となったのち、集光レンズ１０７によって赤緑色光用拡散板（第二の拡散素子）１０８上に集光され反射拡散される。反射拡散された緑色光および赤色光は集光レンズ（第二の光学素子）１０７によって平行化され、１／４波長板１０６を再度透過することによりＳ偏光となる。その結果、緑色光および赤色光は、光分離部１０２で反射され、青色光と合波されて後段の光学系へ導かれる。

図２（ａ）に半導体レーザ部１０１のレーザ素子の配列を示す。半導体レーザ部１０１は、青色発光部（第一の発光部）と赤色発光部（第二の発光部、第三の発光部）と緑色発光部（第二の発光部、第三の発光部）とからなる。青色発光部は、１個の青色レーザ素子（第一の発光素子）を含む。赤色発光部は、５個の赤色レーザ素子（第二の発光素子、第三の発光素子）を含む。緑色発光部は、５個の緑色レーザ素子（第二の発光素子、第三の発光素子）を含む。レーザ素子の配置は、なるべく対称性が高くかつ小型となるよう、青色レーザ素子を中心として、他のレーザ素子を三角格子の配列に並べた形となっている。この時、赤色レーザ素子と緑色レーザ素子の配列が広がる方向（長手方向）（図２中の左右方向）と、それに直交する方向（直交方向）であって配列の幅が狭い方向（図２中の上下方向）が存在する。赤緑色光用拡散板１０８は等方的な拡散角度（拡散力）を持つ。その結果、後段の光学系へ射出される光も光束幅が左右方向に広く上下方向に狭い楕円形状となる。

なお、拡散板の拡散角度は、拡散板の面に平行光が入射した際の反射光または透過光の中心輝度の半値となる位置を全角で表したものを拡散角度と定義する。本明細書において、拡散板の拡散角度が等方的である（等方性がある）とは、拡散板の入射面に垂直な、入射光束の軸を含むどの断面においても略同等の拡散角度を有する場合を指すものとする。また、拡散板の拡散角度に異方性があるとは、拡散板の入射面に垂直な、入射光束の軸を含む少なくとも２つの断面において、拡散角度が互いに異なる場合を指すものとする。

本明細書において、レーザ素子の基板上における配置の対称性は、配置されている領域の、長手方向の幅（長さ）を該長手方向に直交する方向（直交方向）の幅（長さ）で除した値で評価されるものとし、この値が１に近いほど対称性が高いと評価するものとする。

本実施例における赤緑色光用拡散板１０８は、等方的な拡散角度を有する拡散板であり、集光レンズ１０７で平行化された後の個々のレーザ素子からの赤色光束および緑色光束（第二の平行光）は、図２（ｂ）の点線で示すような円形状となる。青色光用拡散板１０５は、左右方向の拡散角度が上下方向の拡散角度より大きい楕円拡散板となっている。その結果、青色光用拡散板１０５で反射拡散された後に集光レンズ１０４で平行化された後の青色光束（第一の平行光）は、図２（ｂ）の破線で示すような楕円形状となる。この形状は、前述した左右方向に広い形状となっている赤色光束および緑色光束の全体の外形と近い形状となっている。その結果、本実施例の光源装置１００を光源とする投射型画像表示装置においては、投射画像の色むらの発生を低減・抑制することができる。

図２（ｃ）には比較例として青色光用拡散板１０５の拡散角度が等方的な場合の青色光束の形状を示す。青色光用拡散板１０５の拡散角度が等方的な場合、全体として左右方向に長い形状の赤色光束および緑色光束と円形状の青色光束で光束形状に大きな違いが生じる。その構成の装置を光源として投射型画像表示装置に適用した場合には、このような光束形状の違いは、後段の光学系での照度均一化過程において投射画像の色むらにつながる。

すなわち、青色光用拡散板１０５は、青色発光部と赤色発光部と緑色発光部の基板上の配置に基づき、集光レンズ１０４、１０７からの光束の形状の差が小さくなるように、互いに直交する二方向における拡散角度が互いに異なるように構成される。

本実施例においては、青色発光部と赤色発光部および緑色発光部とのうちの、配置されている基板上の領域の形状の対称性が高い一方である青色発光部からの光を拡散する青色光用拡散板１０５は、互いに直交する二方向における拡散角度が互いに異なる。具体的には、青色光用拡散板１０５は、青色発光部と赤色発光部および緑色発光部とのうちの他方である赤色発光部および緑色発光部の配列の長手方向（図２の左右方向）における拡散角度が該長手方向に直交する直交方向（図２の上下方向）における拡散角度よりも大きい。

特許文献１および該文献で引用されている各文献では、実使用温度４５℃での青色レーザ素子の出力は２．８Ｗ、緑色レーザ素子の出力は０．８Ｗ、赤色レーザ素子の光出力は１．２６Ｗである。これに対し、本実施例の構成では、青色は最大２．８Ｗ、緑色は最大４．０Ｗ、赤色は最大６．３Ｗの光源出力を得られるため、光源出力として２０００ｌｍ程度の明るさを実現することができる。

本発明は本実施例の実施形態に限定されず、その要旨の範囲で変更可能である。本実施例では青色光用拡散板１０５および赤緑色光用拡散板１０８の両方に反射型の拡散板を用いているが、いずれか一方または両方に透過型の拡散板を用いる構成としてもよい。また、赤色光と緑色光をさらに分離して、それぞれに対して拡散板を設置してもよい。スペックル対策のため、各拡散板を回転または振動する構成としてもよい。

また、拡散板は、図３に示すような、青色光用拡散部３０２と赤緑色光用拡散部３０３が、同一の円周上の異なる領域に分かれて配置されている拡散板ホイール（回転部材）３０１を使用してもよい。その場合には、青色光と赤緑色光を光分離部１０２で分離する構成に代えて、青色レーザ素子と赤緑色レーザ素子を時分割で発光させる構成を適用する。不図示の制御部により、青色光用拡散部３０２が光路にあるときに青色レーザ素子が発光し、赤緑色光用拡散部３０３が光路にあるときに赤緑色レーザ素子が発光するように、各レーザ素子の発光と拡散板ホイールの回転とを同期制御するとよい。

さらに、本実施例においては光分離部１０２で青色光を反射し緑色光および赤色光を透過させているが、青色光を透過し緑色光および赤色光を反射させる構成としてもよい。また、図２の各レーザ素子の配列は一例であり、全体になるべく均一になるように配列すれば他の配列でもよい。本実施例においては、緑色レーザ素子および赤色レーザ素子の配列は左右方向に広がっているが、上下方向に広がる配列としてもよい。その場合、青色光用拡散板１０５として拡散角度が上下方向の方が左右方向より大きいものを用いる。

図４を参照しながら実施例２の光源装置１００について説明する。
実施例２の光源装置１００は、青色光用拡散板１０５の拡散角度および赤緑色光用拡散板１０８の拡散角度を除き、実施例１と同様の構成をとる。実施例２では、青色光用拡散板１０５の拡散角度は等方的であり、集光レンズ１０４で平行化された後の青色光束は、図４（ａ）の破線で示すような大きな円形となる。赤緑色光用拡散板１０８は上下方向の拡散角度が左右方向の拡散角度より大きい。その結果、集光レンズ１０７で平行化された後の緑色光束は図４（ａ）の点線で示すような５つの楕円形となる。図では省略しているが、赤色光束も同様の形状となる。緑色レーザ素子および赤色レーザ素子の配列は左右方向に広がっているため、緑色レーザ素子および赤色レーザ素子からの光束形状が上下方向に長い形状となることにより、緑色光および赤色光の全体としては異方性が低減した形状となる。その結果、円形である青色光束に近い光束形状となるため、本実施例の光源装置１００を光源とする投射型画像表示装置においては、投射画像の色むらの発生を抑えることができる。

図４（ｂ）には比較例として赤緑色光用拡散板１０８の拡散角度が等方的な場合の緑色光束の形状を点線で示す。赤緑色光用拡散板１０８の拡散角度が等方的な場合、全体として左右方向に長い形状の赤色光束および緑色光束と、円形状の青色光束で光束形状に大きな違いが生じ、投射画像に色むらが現れてしまう。

本実施例においては、赤緑色光用拡散板１０８は、青色発光部と赤色発光部と緑色発光部の基板上の配置に基づき、集光レンズ１０４、１０７からの光束の形状の差が小さくなるように、互いに直交する二方向における拡散角度が互いに異なるように構成される。

すなわち、青色発光部と赤色発光部および緑色発光部とのうちの、基板上の配置の領域の形状の対称性が低い一方である赤色発光部および緑色発光部からの光を拡散する赤緑色光用拡散板１０８は、互いに直交する二方向における拡散角度が互いに異なる。具体的には、赤緑色光用拡散板１０８は、前記一方である赤色発光部および緑色発光部の配列の長手方向（図４の左右方向）における拡散角度が該長手方向に直交する直交方向（図４の上下方向）における拡散角度よりも小さい。

図５を参照しながら実施例３の光源装置１００について説明する。
実施例３の光源装置１００は、半導体レーザ部１０１の配列、青色光用拡散板１０５の拡散角度および赤緑色光用拡散板１０８の拡散角度を除き、実施例１と同様の構成をとる。

図５（ａ）に本実施例における半導体レーザ部１０１のレーザ素子の配列を示す。半導体レーザ部１０１は、青色発光部と赤色発光部と緑色発光部とからなる。青色発光部は、２個の青色レーザ素子を含む。赤色発光部は、６個の赤色レーザ素子を含む。緑色発光部は、６個の緑色レーザ素子を含む。その配置は、なるべく対称性が高くかつ小型となるよう、各レーザ素子を三角格子の配列に並べ、全体として外形が六角形（多角形）となっている。この時、青色レーザ素子の配列が広がる方向（図５中の上下方向）と、それに直交する配列が狭い方向（図５中の左右方向）が存在する。

実施例３における赤緑色光用拡散板１０８は等方的な拡散角度を持つ。その結果、後段の光学系へ射出される光の光束形状は基板上の各レーザ素子の配置と相似の形状となる。本実施例では赤色レーザ素子および緑色レーザ素子を対称性の高い配置で並べているため、集光レンズ１０７で平行化された後の赤色光束および緑色光束も図５（ｂ）の点線で示すような対称性の高い形状となる。

青色光用拡散板１０５は、左右方向の拡散角度が上下方向の拡散角度より大きい楕円拡散板となっている。その結果、集光レンズ１０４で平行化された後の青色光束は図５（ｂ）の破線で示すような２つの楕円形状となり、青色光全体としては左右方向の光束幅と上下方向の光束幅が同程度となる。この光束形状は緑赤色光束の形状と近く、本実施例の光源装置１００を光源とする投射型画像表示装置においては、投射画像の色むらの発生を抑えることができる。

図５（ｃ）には比較例として青色光用拡散板１０５の拡散角度が等方的な場合の集光レンズ１０４で平行化された後の青色光束の形状を破線で示す。青色光用拡散板１０５の拡散角度が等方的な場合、全体として上下方向に長い形状の青色光束と緑色光束・赤色光束で形状に大きな違いが生じ、その構成の装置を光源として投射型画像表示装置に適用した場合には、投射画像に色むらが現れてしまう。

本実施例においては、青色光用拡散板１０５は、青色発光部と赤色発光部と緑色発光部の基板上の配置に基づき、集光レンズ１０４、１０７からの光束の形状の差が小さくなるように、互いに直交する二方向における拡散角度が互いに異なるように構成される。

すなわち、青色発光部と赤色発光部および緑色発光部とのうちの、基板上の配置の領域の形状の対称性が低い一方である青色発光部からの光を拡散する青色光用拡散板１０５は、互いに直交する二方向における拡散角度が互いに異なる。具体的には、青色光用拡散板１０５は、青色発光部と赤色発光部および緑色発光部とのうちの前記一方である青色発光部の配列の長手方向（図５の上下方向）における拡散角度が該長手方向に直交する直交方向（図４の左右方向）における拡散角度よりも小さい。

実施例３の構成では、青色は最大５．６Ｗ、緑色は最大４．８Ｗ、赤色は最大７．５Ｗの光源出力を得られるため、光源出力として２４００ｌｍ程度の明るさを実現することができる。

図６を参照しながら実施例４の光源装置１００について説明する。
実施例４の光源装置１００は、青色光用拡散板１０５の拡散角度および赤緑色光用拡散板１０８の拡散角度を除き、実施例３と同様の構成をとる。

実施例４における青色光用拡散板１０５は等方的な拡散角度を持つ。その結果、後段の光学系へ射出される光の光束形状は基板上の青色レーザ素子の配置と相似した、上下方向に広い形状となる。その形状を図６（ａ）の破線で示す。

赤緑色光用拡散板１０８は、上下方向の拡散角度が左右方向の拡散角度より大きい楕円拡散板となっている。その結果、集光レンズ１０７で平行化された後の緑色光束は図６（ａ）の点線で示すような楕円形状の集合となり、緑色光全体としては上下方向の光束幅が広い光束形状となる。図では省略しているが、赤色光束も同様の形状となる。この光束形状は青色光束の形状と近く、本実施例の光源装置１００を光源とする投射型画像表示装置においては、投射画像の色むらの発生を抑えることができる。

図６（ｂ）には比較例として赤緑色光用拡散板１０８の拡散角度が等方的な場合の緑色光束の形状を点線で示す。赤緑色光用拡散板１０８の拡散角度が等方的な場合、全体として上下方向に長い形状の青色光束と緑色光束・赤色光束で光束形状に大きな違いが生じ、その構成の装置を光源として投射型画像表示装置に適用した場合には、投射画像に色むらが現れてしまう。

すなわち、赤緑色光用拡散板１０８は、青色発光部と赤色発光部と緑色発光部の基板上の配置に基づき、集光レンズ１０４、１０７からの光束の形状の差が小さくなるように、互いに直交する二方向における拡散角度が互いに異なるように構成される。

本実施例では、青色発光部と赤色発光部および緑色発光部とのうちの、基板上の配置の領域の形状の対称性が高い一方である赤色発光部および緑色発光部からの光を拡散する赤緑色光用拡散板１０８は、互いに直交する二方向における拡散角度が互いに異なる。具体的には、赤緑色光用拡散板１０８は、青色発光部と赤色発光部および緑色発光部とのうちの他方である青色発光部の配列の長手方向（図６の上下方向）における拡散角度が該長手方向に直交する直交方向（図６の左右方向）における拡散角度よりも大きい。

図７を参照しながら実施例５の光源装置１００について説明する。
実施例５の光源装置１００は、半導体レーザ部１０１の配列、青色光用拡散板１０５の拡散角度および赤緑色光用拡散板１０８の拡散角度を除き、実施例１と同様の構成をとる。

図７（ａ）に実施例５における半導体レーザ部１０１のレーザ素子の配列を示す。半導体レーザ部１０１は、青色発光部と赤色発光部と緑色発光部とからなる。青色発光部は、５個の青色レーザ素子を含む。赤色発光部は、１６個の赤色レーザ素子を含む。緑色発光部は、１６個の緑色レーザ素子を含む。その配置は、なるべく対称性が高くかつ小型となるよう、各レーザ素子を三角格子の配列に並べ、全体として外形が六角形（多角形）となっている。青色レーザ素子の配置は、外形が長方形（多角形）をなすことにより、ある程度対称性が高い配置となっている。この時、青色レーザ素子の配列が広がる方向（図中の左右方向）と、それに直交する配列が狭い方向（図中の上下方向）が存在する。

実施例５における赤緑色光用拡散板１０８は等方的な拡散角度を持つ。その結果、後段の光学系へ射出される光の光束形状は基板上の赤色レーザ素子と緑色レーザ素子の配置の形状と相似した形状となる。本実施例ではレーザ素子を対称性の高い配置で並べているため、後段の光学系へ射出される光の光束も図７（ｂ）の点線で示すような対称性の高い形状となる。

青色光用拡散板１０５は、図７（ｂ）中に示すように、上下方向の拡散角度が左右方向の拡散角度より大きい楕円拡散板となっている。その結果、集光レンズ１０４で平行化された後の青色光束は図７（ｂ）の破線で示すような５つの楕円形状となり、青色光全体としては左右方向の光束幅と上下方向の光束幅が同程度となる。この光束形状は赤緑色光束の形状と近く、本構成により、本実施例の光源装置１００を光源とする投射型画像表示装置においては、投射画像の色むらの発生を抑えることができる。

図７（ｃ）には比較例として青色光用拡散板１０５の拡散角度が等方的な場合の青色光束の形状を破線で示す。青色光用拡散板１０５の拡散角度が等方的な場合、全体として左右方向に長い形状の青色光束と、緑色光束・赤色光束との間で光束形状に大きな違いが生じ、その構成の装置を光源として投射型画像表示装置に適用した場合には、投射画像に色むらが現れてしまう。

本実施例においては、青色光用拡散板１０５は、青色発光部と赤色発光部と緑色発光部の基板上の配置に基づき、集光レンズ１０４、１０７からの光束の形状の差が小さくなるように、互いに直交する二方向における拡散角度が互いに異なるように構成される。

すなわち、青色発光部と赤色発光部および緑色発光部とのうちの、基板上の配置の領域の形状の対称性が低い一方である青色発光部からの光を拡散する青色光用拡散板１０５は、互いに直交する二方向における拡散角度が互いに異なる。具体的には、青色光用拡散板１０５は、青色発光部と赤色発光部および緑色発光部とのうちの前記一方である青色発光部の配列の長手方向（図７の左右方向）における拡散角度が該長手方向に直交する直交方向（図７の上下方向）における拡散角度よりも小さい。

本実施例の構成では、青色は最大１４Ｗ、緑色は最大１２．８Ｗ、赤色は最大２０Ｗの光源出力を得られるため、光源出力として６４００ｌｍ程度の明るさを実現することができる。

本実施例では、青色光用拡散板１０５を楕円拡散板としているが、これに限定されるものではない。実施例４と同様に、青色光用拡散板１０５として等方的な拡散角度を持つ拡散板を用い、赤緑色光用拡散板１０８を左右方向の拡散角度が上下方向の拡散角度より大きい楕円拡散板とすることにより、青色光と赤緑色光の光束形状を近づけてもよい。

図８、９を参照しながら実施例６の光源装置１００について説明する。
図８に実施例６の光源装置１００の構成を示す。本実施例では、図１の半導体レーザ部１０１の代わりに半導体レーザ部６０１が用いられる。また、青色光用拡散板６０２が追加されている。

図９（ａ）に実施例６における半導体レーザ部７０１のレーザ素子の配列を示す。半導体レーザ部６０１は、青色発光部と赤色発光部と緑色発光部とからなる。青色発光部は、３個の青色レーザ素子を含む。赤色発光部は、９個の赤色レーザ素子を含む。緑色発光部は、９個の緑色レーザ素子を含む。その配置は、なるべく対称性が高くかつ小型となるよう、各レーザ素子を正三角形の頂点の位置に並べた配列となっている。青色レーザ素子は直線状に配置されている。この時、青色レーザ素子の配列が広がる方向（図中の上下方向）と、それに直交する配列が狭い方向（図中の左右方向）が存在する。

本実施例における青色光用拡散板１０５は、左右方向の拡散角度が上下方向の拡散角度より大きい楕円拡散板となっている。その結果、集光レンズ１０４で平行化された後の青色光束は図９（ｂ）の破線で示すような３つの楕円形状となり、緑色光束の形状と近い形状となる。本構成により、本実施例の光源装置１００を光源とする投射型画像表示装置においては、投射画像の色むらの発生を抑えることができる。

図９（ｃ）には比較例として青色光用拡散板１０５の拡散角度が等方的な場合の青色光束の形状を破線で示す。青色光用拡散板１０５の拡散角度が等方的な場合、全体として上下方向に長い形状の青色光束と、緑色光束・赤色光束との間で光束形状に違いが生じ、その構成の装置を光源として投射型画像表示装置に適用した場合には、投射画像に色むらが現れてしまう。

本実施例においては、青色光用拡散板１０５は、青色発光部と赤色発光部と緑色発光部の基板上の配置に基づき、集光レンズ１０４、１０７からの光束の形状の差が小さくなるように、互いに直交する二方向における拡散角度が互いに異なるように構成される。

すなわち、青色発光部と赤色発光部および緑色発光部とのうちの、基板上の配置の領域の形状の対称性が低い一方である青色発光部からの光を拡散する青色光用拡散板１０５は、互いに直交する二方向における拡散角度が互いに異なる。具体的には、青色光用拡散板１０５は、青色発光部と赤色発光部および緑色発光部とのうちの前記一方である青色発光部の配列の長手方向（図９の上下方向）における拡散角度が該長手方向に直交する直交方向（図９の左右方向）における拡散角度よりも小さい。

本実施例の構成では、青色は最大８．４Ｗ、緑色は最大７．２Ｗ、赤色は最大１１Ｗの光源出力を得られるため、光源出力として３５００ｌｍ程度の明るさを実現することができる。

本実施例においては、暗い画像を投射する場合など、１０００ｌｍ程度の出力で十分な場合は、中央の７個のレーザ素子の群のみを点灯することを可能とする。この時、青色光用拡散板１０５と青色光用拡散板６０２を入れ替えることによって、青色光に対する拡散板の拡散特性を変化させる。本実施例における青色光用拡散板６０２は等方的な拡散力（拡散角度）を持っており、青色光束の形状は図９（ｄ）の破線で示すような円形状となる。これは緑色光束の形状に近く、本実施例の光源装置１００を光源とする投射型画像表示装置においては、投射画像の色むらの発生を抑えることができる。

図９に示した実施例では、全てのレーザ素子の群を点灯する場合と、中央の７個のレーザ素子の群のみを点灯する場合の切り換えを可能とする例を示した。本発明はこれに限定されることはなく、選択的に点灯するレーザ素子の群を３通り以上にして、より細かく出力光量を選択可能としてもよい。その場合には、対応する拡散板の拡散特性は、点灯するレーザ素子の配置の対称性を考慮して、複数種類の楕円拡散特性を有する拡散板の間での切り換えを可能とする構成としてもよい。

以上のように本実施例においては、一部のレーザ素子のみを点灯して暗い画像に適した出力の光を発生するとき、拡散板を入れかえることによって色むらの発生を抑えることが可能となる。

本実施例においては、拡散板は固定式のものとしているが、回転式のものを用いることによってスペックル低減を行ってもよい。その場合、青色光用拡散板１０５と青色光用拡散板６０２は、同一の拡散板ホイール（回転部材）に異なる半径の２つの同心円状に配置し、光路に対する平行移動により切り換える。

本実施例では、楕円拡散板である青色光用拡散板１０５と等方的な拡散特性を持つ青色光用拡散板６０２を切り換える構成としているが、これに限定されるものではない。青色光用拡散板１０５として等方的な拡散角度を持つ拡散板を用い、赤緑色光用拡散板１０８を上下方向の拡散角度が左右方向の拡散角度より大きい楕円拡散板としてもよい。この場合、中央の７個のみを点灯するモードでは、楕円拡散板である赤緑色光用拡散板１０８を等方的な拡散特性を持つ別の赤緑色光用拡散板と切り替えることにより、青色光と赤緑色光の光束形状を互いに近づけることができる。

なお、実施例１乃至６の光源装置１００では、青色光用拡散板１０５または赤緑色光用拡散板１０８を、互いに直交する二つの方向における拡散角度が互いに異なるように構成し、平行光となった青色光と赤緑色光の光束形状の差を小さくすることを可能とした。しかし、本発明は実施例で例示した構成に限定されるものではない。青色光用拡散板１０５および赤緑色光用拡散板１０８のそれぞれにおいて、互いに直交する二つの方向における拡散角度が互いに異なるように構成し、コリメートされた青色光と赤緑色光の光束形状の差を小さくするように構成してもよい。さらに、赤緑色光を赤色光と緑色光とに分離する光学系を有し、赤色光および緑色光のそれぞれに対して独立に、互いに直交する二つの方向における拡散角度が互いに異なるように構成された拡散板を用いるようにしてもよい。

実施例７の投射型画像表示装置の構成を図１０に示す。実施例７の投射型画像表示装置は、実施例１乃至６で示した光源装置１００の後段に、照明光学系１２０、色分離導光光学系１４０、光変調装置１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂ、クロスダイクロイックプリズム１６０および投写光学系１７０を備える。

光変調装置１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂの各々は、入射した色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものである。光変調装置１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂの各々の光入射側には入射側偏光板１８０が配置され、各光変調装置１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂの各々の光射出側には射出側偏光板１９０が配置されている。ここでは透過型の液晶光変調装置の図を示したが、反射型の液晶光変調装置、または、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた光変調装置を適用してもよい。

照明光学系１２０は第一レンズアレイ１２１、第二レンズアレイ１２２、およびコンデンサレンズ１２３から構成される。

第一レンズアレイ１２１は、光源装置１００からの光を複数の部分光束に分割するための複数のレンズセルを有する。複数のレンズセルは、照明光軸と直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第二レンズアレイ１２２は、第一レンズアレイ１２１の複数のレンズセルに対応する複数のレンズセルを有する。第二レンズアレイ１２２は、コンデンサレンズ１２３とともに、第一レンズアレイ１２１のレンズセルの像を光変調装置１５０Ｒ，１５０Ｇ，１５０Ｂの画像形成領域近傍に結像させる。複数のレンズセルは照明光軸に直交する面内にマトリクス状に配列されている。

コンデンサレンズ１２３は、第二レンズアレイ１２２からの各部分光束を集光して光変調装置１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂの画像形成領域近傍に重畳させる。第一レンズアレイ１２１、第二レンズアレイ１２２およびコンデンサレンズ１２３は、光源装置１００からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

色分離導光光学系１４０は、ダイクロイックミラー１４１、１４２、反射ミラー１４３、１４４、１４５およびリレーレンズ１４６、１４７を備える。色分離導光光学系１４０は、照明光学系１２０からの光を赤色光、緑色光および青色光に分離し、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれが対応する光変調装置１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂに導光する。色分離導光光学系２００と、光変調装置１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂとの間には、集光レンズ１４８Ｒ、１４８Ｇ、１４８Ｂが配置されている。ダイクロイックミラー１４１は、赤色光成分を通過させ、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である。ダイクロイックミラー１４２は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。反射ミラー１４３は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。反射ミラー１４４、１４５は青色光成分を反射する反射ミラーである。

ダイクロイックミラー１４１を通過した赤色光は、反射ミラー１４３で反射され、集光レンズ１４８Ｒを通過して赤色光用の光変調装置１５０Ｒの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー１４１で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー１４２でさらに反射され、集光レンズ１４８Ｇを通過して緑色光用の光変調装置１５０Ｇの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー１４２を通過した青色光は、リレーレンズ１４６、入射側の反射ミラー１４４、リレーレンズ１４７、射出側の反射ミラー１４５、集光レンズ１４８Ｂを経て青色光用の光変調装置１５０Ｂの画像形成領域に入射する。

クロスダイクロイックプリズム１６０は、各光変調装置１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂからの各画像光を合成してカラー画像を形成する。このクロスダイクロイックプリズム１６０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面で略正方形状をなす。直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。クロスダイクロイックプリズム１６０から射出されたカラー画像は、投写光学系１７０によって拡大投写され、スクリーン上で画像を形成する

本実施形態の開示は、以下の構成を含む。
（構成１）
基板と、
前記基板上に配置され第一の波長光を射出する第一の発光素子を有する第一の発光部と、
前記基板上に配置され前記第一の波長光とは異なる第二の波長光を射出する、前記第一の発光素子の数よりも多い第二の発光素子を有する第二の発光部と、
前記第一の発光部からの光を拡散させる第一の拡散素子と、
前記第二の発光部からの光を拡散させる第二の拡散素子とを有し、
前記第一の拡散素子または前記第二の拡散素子は、互いに直交する二つの方向における拡散角度が互いに異なることを特徴とする光源装置。
（構成２）
前記第一の拡散素子または前記第二の拡散素子は、前記第一の発光部の前記基板上の配置および前記第二の発光部の前記基板上の配置に基づいて、互いに直交する二つの方向における拡散角度が互いに異なるように構成されることを特徴とする構成１に記載の光源装置。
（構成３）
前記第一の拡散素子で拡散された前記第一の発光部からの光を平行光とする第一の光学素子と、前記第二の拡散素子で拡散された前記第二の発光部からの光を平行光とする第二の光学素子とを有し、
前記第一の拡散素子または前記第二の拡散素子は、前記第一の発光部および前記第二の発光部の前記基板上の配置に基づいて、前記第一の光学素子からの光束と前記第二の光学素子からの光束との間の形状の差を小さくするように、互いに直交する二つの方向における拡散角度が互いに異なるように構成されることを特徴とする構成２に記載の光源装置。
（構成４）
前記第一の発光部および前記第二の発光部のうち、配置されている前記基板上の領域の形状の対称性が高い一方からの光を拡散する拡散素子である前記第一の拡散素子または前記第二の拡散素子は、前記第一の発光部および前記第二の発光部のうちの他方の配列の長手方向における拡散角度が前記長手方向に直交する直交方向における拡散角度よりも大きいことを特徴とする構成１から３までのいずれかに記載の光源装置。
（構成５）
前記第一の発光部および前記第二の発光部のうち、配置されている前記基板上の領域の形状の対称性が低い一方からの光を拡散する拡散素子である前記第一の拡散素子または前記第二の拡散素子は、前記第一の発光部および前記第二の発光部のうちの前記一方の配列の長手方向における拡散角度が前記長手方向に直交する直交方向における拡散角度よりも小さいことを特徴とする構成１から３までのいずれかに記載の光源装置。
（構成６）
前記第二の発光部は、前記第一の発光部より配置の対称性が低く、
前記第一の拡散素子は、前記第二の発光部が配置されている領域の長手方向の拡散角度が、該長手方向と直交する方向の拡散角度よりも大きいことを特徴とする構成４に記載の光源装置。
（構成７）
前記第二の発光部は、前記第一の発光部より配置の対称性が低く、
前記第二の拡散素子は、前記第二の発光部が配置されている領域の長手方向の拡散角度が、該長手方向と直交する方向の拡散角度よりも小さいことを特徴とする構成５に記載の光源装置。
（構成８）
前記第一の発光部の複数の前記第一の発光素子を含み、
前記第一の発光部は、前記第二の発光部より配置の対称性が低く、
前記第一の拡散素子は、前記第一の発光部が配置されている領域の長手方向の拡散角度が、該長手方向と直交する方向の拡散角度より小さいことを特徴とする構成５に記載の光源装置。
（構成９）
前記第一の発光部は複数の前記第一の発光素子を含み、
前記第一の発光部は、前記第二の発光部より配置の対称性が低く、
前記第二の拡散素子は、前記第一の発光部が配置されている領域の長手方向の拡散角度が、該長手方向と直交する方向の拡散角度より大きいことを特徴とする構成４に記載の光源装置。
（構成１０）
前記第一の発光素子は直線状に配置されていることを特徴とする構成１から９までのいずれかに記載の光源装置。
（構成１１）
前記第一の発光部は複数の前記第一の発光素子を含み、配置されている領域の外形が多角形をなすことを特徴とする構成１から９までのいずれかに記載の光源装置。
（構成１２）
前記第一の発光部は複数の前記第一の発光素子を含み、
前記第一の発光部は、複数の前記第一の発光素子のうち、発光させる前記第一の発光素子の群を切り換えることが可能であり、
発光させる前記第一の発光素子の前記群に基づき、前記第一の拡散素子の拡散角度が切り換え可能であることを特徴とする構成１に記載の光源装置。
（構成１３）
前記第一の拡散素子は反射型の拡散素子であることを特徴とする構成１から１２までのいずれかに記載の光源装置。
（構成１４）
前記第二の拡散素子は反射型の拡散素子であることを特徴とする構成１から１３までのいずれかに記載の光源装置。
（構成１５）
前記基板上に配置され、前記第一の波長光および前記第二の波長光とは異なる第三の波長光を射出する複数の第三の発光素子を有する第三の発光部を有し、
前記第二の拡散素子は、前記第二の発光部および前記第三の発光部からの光を拡散させることを特徴とする構成１から１４までのいずれかに記載の光源装置。
（構成１６）
前記第一の波長光は青色であることを特徴とする構成１から１５までのいずれかに記載の光源装置。
（構成１７）
前記第二の波長光は赤色または緑色の一方であることを特徴とする構成１から１６までのいずれかに記載の光源装置。
（構成１８）
前記第一の波長光は青色であり、前記第二の波長光は赤色または緑色の一方であり、前記第三の波長光は赤色または緑色の他方であることを特徴とする構成１５に記載の光源装置。
（構成１９）
前記第一の拡散素子と前記第二の拡散素子が同一の円周上の異なる領域に配置された回転部材と、
前記第一の拡散素子が前記第一の発光部からの光の光路にあるときに前記第一の発光部が発光し、前記第二の拡散素子が前記第二の発光部からの光の光路にあるときに前記第二の発光部が発光するように、前記第一の発光部の発光と、前記第二の発光部の発光と、前記回転部材の回転とを制御する制御部とを有することを特徴とする構成１から１４までのいずれかに記載の光源装置。
（構成２０）
構成１から１９までのいずれかに記載の光源装置を用いた投射型画像表示装置。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１００ 光源装置
１０１、７０１ 半導体レーザ部（第一の発光部、第二の発光部、第三の発光部）
１０５、７０２ 青色光用拡散板（第一の拡散素子）
１０８ 赤緑光色用拡散板（第二の拡散素子）

Claims (20)

1. 基板と、
   前記基板上に配置され第一の波長光を射出する第一の発光素子を有する第一の発光部と、
   前記基板上に配置され前記第一の波長光とは異なる第二の波長光を射出する、前記第一の発光素子の数よりも多い第二の発光素子を有する第二の発光部と、
   前記第一の発光部からの光を拡散させる第一の拡散素子と、
   前記第二の発光部からの光を拡散させる第二の拡散素子とを有し、
   前記第一の拡散素子または前記第二の拡散素子は、互いに直交する二つの方向における拡散角度が互いに異なることを特徴とする光源装置。
2. 前記第一の拡散素子または前記第二の拡散素子は、前記第一の発光部の前記基板上の配置および前記第二の発光部の前記基板上の配置に基づいて、互いに直交する二つの方向における拡散角度が互いに異なるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第一の拡散素子で拡散された前記第一の発光部からの光を平行光とする第一の光学素子と、前記第二の拡散素子で拡散された前記第二の発光部からの光を平行光とする第二の光学素子とを有し、
   前記第一の拡散素子または前記第二の拡散素子は、前記第一の発光部および前記第二の発光部の前記基板上の配置に基づいて、前記第一の光学素子からの光束と前記第二の光学素子からの光束との間の形状の差を小さくするように、互いに直交する二つの方向における拡散角度が互いに異なるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第一の発光部および前記第二の発光部のうち、配置されている前記基板上の領域の形状の対称性が高い一方からの光を拡散する拡散素子である前記第一の拡散素子または前記第二の拡散素子は、前記第一の発光部および前記第二の発光部のうちの他方の配列の長手方向における拡散角度が前記長手方向に直交する直交方向における拡散角度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
5. 前記第一の発光部および前記第二の発光部のうち、配置されている前記基板上の領域の形状の対称性が低い一方からの光を拡散する拡散素子である前記第一の拡散素子または前記第二の拡散素子は、前記第一の発光部および前記第二の発光部のうちの前記一方の配列の長手方向における拡散角度が前記長手方向に直交する直交方向における拡散角度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
6. 前記第二の発光部は、前記第一の発光部より配置の対称性が低く、
   前記第一の拡散素子は、前記第二の発光部が配置されている領域の長手方向の拡散角度が、該長手方向と直交する方向の拡散角度よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
7. 前記第二の発光部は、前記第一の発光部より配置の対称性が低く、
   前記第二の拡散素子は、前記第二の発光部が配置されている領域の長手方向の拡散角度が、該長手方向と直交する方向の拡散角度よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
8. 前記第一の発光部の複数の前記第一の発光素子を含み、
   前記第一の発光部は、前記第二の発光部より配置の対称性が低く、
   前記第一の拡散素子は、前記第一の発光部が配置されている領域の長手方向の拡散角度が、該長手方向と直交する方向の拡散角度より小さいことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
9. 前記第一の発光部は複数の前記第一の発光素子を含み、 前記第一の発光部は、前記第二の発光部より配置の対称性が低く、
   前記第二の拡散素子は、前記第一の発光部が配置されている領域の長手方向の拡散角度が、該長手方向と直交する方向の拡散角度より大きいことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
10. 前記第一の発光素子は直線状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
11. 前記第一の発光部は複数の前記第一の発光素子を含み、配置されている領域の外形が多角形をなすことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
12. 前記第一の発光部は複数の前記第一の発光素子を含み、
    前記第一の発光部は、複数の前記第一の発光素子のうち、発光させる前記第一の発光素子の群を切り換えることが可能であり、
    発光させる前記第一の発光素子の前記群に基づき、前記第一の拡散素子の拡散角度が切り換え可能であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
13. 前記第一の拡散素子は反射型の拡散素子であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
14. 前記第二の拡散素子は反射型の拡散素子であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
15. 前記基板上に配置され、前記第一の波長光および前記第二の波長光とは異なる第三の波長光を射出する複数の第三の発光素子を有する第三の発光部を有し、
    前記第二の拡散素子は、前記第二の発光部および前記第三の発光部からの光を拡散させることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
16. 前記第一の波長光は青色であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
17. 前記第二の波長光は赤色または緑色の一方であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
18. 前記第一の波長光は青色であり、前記第二の波長光は赤色または緑色の一方であり、前記第三の波長光は赤色または緑色の他方であることを特徴とする請求項１５に記載の光源装置。
19. 前記第一の拡散素子と前記第二の拡散素子が同一の円周上の異なる領域に配置された回転部材と、
    前記第一の拡散素子が前記第一の発光部からの光の光路にあるときに前記第一の発光部が発光し、前記第二の拡散素子が前記第二の発光部からの光の光路にあるときに前記第二の発光部が発光するように、前記第一の発光部の発光と、前記第二の発光部の発光と、前記回転部材の回転とを制御する制御部とを有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
20. 請求項１から１９までのいずれか一項に記載の光源装置を用いた投射型画像表示装置。