JP5915124B2 - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクターに関するものである。

従来、励起光を射出する複数の固体光源と、複数の固体光源から射出された励起光によって励起され蛍光を発する蛍光体層と、を備える光源装置が知られている。また、このような光源装置を備えるプロジェクターが知られている（例えば、特開２００４−３２７３６１号公報）。

従来の光源装置においては、蛍光体層が複数の固体光源からの励起光が集光される集光位置に配置されている。このため、蛍光体層から蛍光が発せられる発光領域の面積、すなわちエテンデューを大きくすることなく蛍光の光量を増大させることできる。よって、光の利用効率を低下させることなく光源装置の輝度を高くすることができる。

特開２００４−３２７３６１号公報

光源装置の技術分野においては、光の利用効率を低下させることなく光源装置の輝度をより一層高くすることができる光源装置が求められている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光の利用効率を低下させることなく光源装置の輝度をより一層高くすることができる光源装置を提供することを目的とする。また、このような光源装置を備え、光の利用効率を低下させることなく表示画面の輝度をより一層高くすることができるプロジェクター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、本発明の光源装置は、第１の励起光を射出する複数の第１固体光源を含む第１光源部と、第２の励起光を射出する複数の第２固体光源を含む第２光源部と、前記第１光源部から射出された複数の前記第１の励起光と前記第２光源部から射出された複数の前記第２の励起光とを合成し、合成励起光として射出する励起光合成部と、前記励起光合成部から射出された前記合成励起光を複数の部分光線束に分割するレンズアレイと、前記複数の部分光線束を集光する集光光学系と、前記集光光学系で集光された前記複数の部分光線束によって励起され蛍光を発する発光素子と、を含み、前記複数の第１固体光源および前記複数の第２固体光源各々は半導体レーザーからなり、前記半導体レーザーは、平面視において長方形形状の発光領域を有し、前記発光領域の短辺方向に沿った光の拡がり角が前記発光領域の長辺方向に沿った光の拡がり角より大きくなるよう構成され、前記複数の第１固体光源は、前記複数の第１固体光源各々の発光領域の長辺方向が第１の方向と平行になるようにマトリクス状に配置され、前記複数の第２固体光源は、前記複数の第２固体光源各々の発光領域の長辺方向が第２の方向と平行になるようにマトリクス状に配置され、前記複数の第１固体光源のうち一の第１固体光源の発光領域を前記励起光合成部に投影したときの形状の長辺方向と短辺方向それぞれが、前記複数の第２固体光源のうち一の第２固体光源の発光領域を前記励起光合成部に投影したときの形状の長辺方向と短辺方向と互いに逆になる関係を有し、前記第１光源部は、前記複数の第１固体光源と一対一で対応するとともに、前記複数の第１固体光源の配置に対応してマトリクス状に配置された複数の第１コリメーターレンズを有する第１コリメーターレンズアレイを備え、前記複数の第１コリメーターレンズは一体に形成されており、前記第２光源部は、前記複数の第２固体光源と一対一で対応するとともに、前記複数の第２固体光源の配置に対応してマトリクス状に配置された複数の第２コリメーターレンズを有する第２コリメーターレンズアレイを備え、前記複数の第２コリメーターレンズは一体に形成されており、前記複数の第１コリメーターレンズの前記第１の方向のピッチは、前記複数の第１コリメーターレンズの前記第１の方向と交差する方向のピッチよりも短く、前記複数の第２コリメーターレンズの前記第２の方向のピッチは、前記複数の第２コリメーターレンズの前記第２の方向と交差する方向のピッチよりも短いことを特徴とする。
上記の課題を解決するため、本発明の光源装置は、第１の励起光を射出する複数の第１固体光源を含む第１光源部と、第２の励起光を射出する複数の第２固体光源を含む第２光源部と、前記第１光源部から射出された複数の前記第１の励起光と前記第２光源部から射出された複数の前記第２の励起光とを合成し、合成励起光として射出する励起光合成部と、前記励起光合成部から射出された前記合成励起光を複数の部分光線束に分割するレンズアレイと、前記複数の部分光線束を集光する集光光学系と、前記集光光学系で集光された前記複数の部分光線束によって励起され蛍光を発する発光素子と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、複数の固体光源を含む２つの光源部（第１光源部及び第２光源部）から射出された励起光を用いて蛍光を発する。このため、光源装置の輝度をより一層高くすることができる。本明細書において、第１光源部及び第２光源部をまとめて２つの光源部と呼ぶことがある。

また、２つの光源部からの励起光を、励起光合成部を用いて合成した後、発光素子に集光させている。このため、２つの光源部からの励起光を本発明に係る励起光合成部を用いることなく合成する場合と比較して、発光素子に対してより一層小さな入射角で、発光素子のより小さな領域に励起光を入射させることが可能となる。つまり、エテンデューの増大を小さくすることができる。この意味においても、２つの光源部を用いることに起因して生じる蛍光光の利用効率の低下を小さくすることができる。

また、２つの光源部からの励起光が、レンズアレイと集光光学系を介することで発光素子上にて重畳し、光強度分布が平均化される。そのため、発光素子全体に一様な光強度で励起光を照射することが可能となる。これにより、励起光を照射した領域内で局所的に光飽和が生じないように光量を制御することが容易となる。したがって、励起光の利用効率を低下させることなく光源装置の輝度をより一層高くすることができる。

前記光源装置において、前記励起光合成部は、Ｐ偏光として入射する光を透過しかつＳ偏光として入射する光を反射する偏光分離膜を有し、前記複数の前記第１の励起光が前記励起光合成部にＰ偏光として入射し、前記複数の第２の励起光が前記励起光合成部にＳ偏光として入射するように構成されていることが好ましい。

この構成によれば、偏光分離膜の原理を利用して、第１の励起光と第２の励起光とを高い効率で合成することが可能となる。

前記光源装置において、前記励起光合成部は、前記偏光分離膜を挟むように設けられた第１透明部材と第２透明部材とをさらに備え、前記複数の第１の励起光のうち一の第１の励起光は前記第１透明部材を介して前記偏光分離膜に入射し、前記複数の第２の励起光のうち一の第２の励起光は前記第２透明部材を介して前記偏光分離膜に入射することが好ましい。

この構成によれば、２つの光源部からの励起光がそれぞれ透明部材を通過した後に偏光分離膜に入射する。そのため、偏光分離膜と空気層（２つの光源部からの励起光が偏光分離膜に入射するまでに通る媒体）との間で屈折率差が大きい場合であっても、前記屈折率差を緩和することができる。よって、本発明に係る透明部材が偏光分離膜に形成されることなく２つの光源部からの励起光が直接偏光分離膜に入射する構成と比較して、前記屈折率差が大きいことによって生じる光の損失を少なくすることができる。

前記光源装置において、前記励起光合成部は、前記第１透明部材と前記偏光分離膜との間の界面と、前記第２透明部材と前記偏光分離膜との間の界面とが、前記偏光分離膜を挟んで互いに重なり合うように配置されていることが好ましい。

この構成によれば、第１の励起光及び第２の励起光のそれぞれが、励起光合成部において偏光分離膜を挟んで互いに対向する領域に入射するように構成されている場合において、透明部材で前記屈折率差を緩和しやすくなる。よって、前記屈折率差が大きいことによって光の損失が生じることを抑制することができる。

前記光源装置において、前記励起光合成部は、前記第１透明部材と前記偏光分離膜との間の界面と、前記第２透明部材と前記偏光分離膜との間の界面とが、前記偏光分離膜を挟んで互いに部分的に重なるように配置されていることが好ましい。

この構成によれば、第１の励起光が偏光分離膜に入射する領域及び第２の励起光が偏光分離膜に入射する領域のそれぞれが、偏光分離膜において一部重なるように配置される。よって、合成励起光にムラが生じることを抑制することができる。

前記光源装置において、前記励起光合成部は、前記複数の第１の励起光を通過させる通過領域と、前記複数の第２の励起光を反射させる反射領域と、を有することが好ましい。

この構成によれば、第１の励起光と第２の励起光とを高い効率で合成することが可能となる。例えば、励起光合成部が通過領域に開口部を有する構成の場合、第１の励起光が励起光合成部の開口部を通過することによって光の損失が生じることを抑制することができる。

前記光源装置において、前記複数の第１固体光源および前記複数の第２固体光源各々は半導体レーザーからなり、前記半導体レーザーは、平面視において長方形形状の発光領域を有し、前記発光領域の短辺方向に沿った光の拡がり角が前記発光領域の長辺方向に沿った光の拡がり角より大きくなるよう構成され、前記複数の第１固体光源のうち一の第１固体光源の発光領域を前記励起光合成部に投影したときの形状の長辺方向と短辺方向それぞれが、前記複数の第２固体光源のうち一の第２固体光源の発光領域を前記励起光合成部に投影したときの形状の長辺方向と短辺方向と互いに逆になる関係を有することが好ましい。

この構成によれば、半導体レーザーの特性を利用して、第１の励起光が偏光分離膜に入射する領域と第２の励起光が偏光分離膜に入射する領域との間に隙間が生じにくくなる。よって、合成励起光にムラが生じることを抑制することができる。

前記光源装置において、前記複数の第１固体光源はアレイ状に配列され、前記第１光源部は、前記複数の第１固体光源に対応して設けられた複数の第１コリメーターレンズを有する第１コリメーターレンズアレイを備え、前記複数の第１コリメーターレンズのうち一の第１コリメーターレンズは、前記複数の第１固体光源のうち一の第１固体光源から射出された第１の励起光を平行化し、前記複数の第２固体光源はアレイ状に配列され、前記第２光源部は、前記複数の第２固体光源に対応して設けられた複数の第２コリメーターレンズを有する第２コリメーターレンズアレイを備え、前記複数の第２コリメーターレンズのうち一の第２コリメーターレンズは、前記複数の第２固体光源のうち一の第２固体光源から射出された第２の励起光を平行化することが好ましい。

この構成によれば、第１の励起光及び第２の励起光のそれぞれが平行化した状態で励起光合成部に入射する。このため、第１の励起光及び第２の励起光のそれぞれが励起光合成部に斜めに入射する場合に比べて、外部に励起光が漏れることを抑制することができる。よって、第１の励起光と第２の励起光とを高い効率で合成することが可能となる。

前記光源装置において、前記複数の第１固体光源は、前記複数の第１固体光源各々の発光領域の長辺方向が第１の方向と平行になるようにマトリクス状に配置され、前記複数の第１コリメーターレンズは、前記複数の第１固体光源の配置に対応してマトリクス状に配置され、前記複数の第１コリメーターレンズの前記第１の方向のピッチは、前記複数の第１コリメーターレンズの前記第１の方向と交差する方向のピッチよりも短く、前記複数の第２固体光源は、前記複数の第２固体光源各々の発光領域の長辺方向が第２の方向と平行になるようにマトリクス状に配置され、前記複数の第２コリメーターレンズは、前記複数の第２固体光源に配置に対応してマトリクス状に配置され、前記複数の第２コリメーターレンズの前記第２の方向のピッチは、前記複数の第２コリメーターレンズの前記第２の方向と交差する方向のピッチよりも短いことが好ましい。

この構成によれば、第１固体光源アレイ及び第２固体光源アレイの双方の固体光源アレイにおいて複数の固体光源が整然と配置される。このため、各固体光源アレイの小型化を図ることができる。また、第１コリメーターレンズアレイ及び第２コリメーターレンズアレイの双方のコリメーターレンズアレイにおいて複数のコリメーターレンズが半導体レーザーの光放射特性に対応した状態で整然と配置される。このため、各コリメーターレンズアレイの小型化も図ることができる。よって、光源装置の小型化を図ることができる。

前記光源装置において、前記集光光学系は、前記レンズアレイと対になり、前記部分光線束が入射する第２レンズアレイと、前記第２レンズアレイから射出される前記部分光線束を前記発光素子上で重畳させる重畳光学系と、を有し、前記レンズアレイのレンズ面と、前記発光素子の光照射面とが、前記集光光学系を介して共役関係にあることが好ましい。

この構成によれば、複数の部分光線束が発光素子の光照射面上で良好に重畳する。そのため、光強度分布を平均化しやすく、発光素子の光飽和を生じないように光量を制御することが容易となる。

前記光源装置において、前記レンズアレイを構成する複数の小レンズの平面視形状は、前記光照射面の平面視形状と相似形であり、前記光照射面を照射する前記励起光の光強度分布は、前記光照射面と同じ空間位置において光強度が等しい連続的な光強度分布になっていることが好ましい。

この構成によれば、励起光を発光素子に無駄なく照射することができるため、投入する励起光量に対する取り出す蛍光量を最大化することができる。

前記光源装置において、前記発光素子は、光照射面が前記集光光学系の焦点位置に重なって設けられ、前記レンズアレイと前記集光光学系とを両端とするインテグレート光学系は、前記光照射面と共役する面が無限遠に設定されていることが好ましい。

この構成によれば、集光光学系とレンズアレイとの相対位置を精緻に設定しなくても、集光光学系と発光素子との相対位置を設定することにより、発光素子への励起光を重畳させることができる。また、焦点位置においては励起光が結像していないため、励起光の像がぼやけ光強度を平均化しやすい。そのため、発光素子において光飽和を生じないように光量を制御することが容易となる。

前記光源装置において、前記レンズアレイを構成する複数の小レンズの平面視形状は、前記発光素子の光照射面の平面視形状と相似形であり、前記発光素子の光照射面の平面視面積は、前記インテグレート光学系の射出瞳の大きさと略等しいことが好ましい。

この構成によれば、励起光を発光素子に無駄なく照射することができる。このため、投入する励起光量に対する取り出す蛍光量を最大化することができる。

前記光源装置において、前記励起光合成部から射出された前記合成励起光を集光する集光レンズと、前記集光レンズから射出された前記合成励起光を平行化する平行化レンズと、を有し、前記平行化レンズは、入射面または射出面のいずれか一方に、回転二次曲面形状の凹面を有することが好ましい。

この構成によれば、レンズアレイに入射する励起光の平行度を向上させることができる。このため、レンズアレイおよび集光光学系を用いた励起光の平均化を設計通りに制御しやすく、発光効率の低下を容易に抑制することができる。

前記光源装置において、前記平行化レンズは、前記入射面が前記凹面であり、前記射出面が平面であることが好ましい。

この構成によれば、平行化レンズを透過する励起光の平行度をより向上させることができる。このため、レンズアレイおよび集光光学系を用いた励起光の平均化を行い易く、光飽和を抑制して発光素子を発光させることが容易となる。

前記光源装置において、前記平行化レンズは、前記入射面が球面状の凸面であり、前記射出面が前記凹面であることが好ましい。

この構成によれば、平行化レンズを透過する励起光の平行度をより向上させることができる。このため、レンズアレイおよび集光光学系を用いた励起光の平均化を行い易く、光飽和を抑制して発光素子を発光させることが容易となる。

前記光源装置において、前記凹面は、前記凹面と前記光線束の中心軸との交点を原点、前記中心軸をＺ軸、前記中心軸と直交する軸をｒ軸としたｒθＺ円柱座標系における座標値をｒおよびＺとし、近軸曲率をｃとし、円錐定数をＫとしたとき、

によって表される形状であることが好ましい。

この構成によれば、凹面の形状を容易に決定することができる。また、この式に基づいて決定された非球面を有するレンズを用いれば、球面収差を小さくすることができるため、光源装置から射出される光の平行度をより一層向上させることができる。

前記光源装置において、前記複数の第１の励起光のうち一の第１の励起光は、前記励起光合成部において前記複数の第２の励起光が入射する領域とは異なる領域に入射するように構成されていることが好ましい。

この構成によれば、励起光合成部の特定領域に過大な熱的負荷がかかることがない。そのため、２つの光源部を用いることに起因して励起光合成部の寿命が短くなる、ということもない。

本発明のプロジェクターは、上述の光源装置と、前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、上述の光源装置を有するため、光の利用効率を低下させることなく表示画面の輝度をより一層高くすることができるプロジェクターを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す模式図である。 同、光源装置が備える固体光源アレイの正面図である。 同、励起光合成部における第１の励起光及び第２の励起光の入射領域を示す図である。 同、アフォーカル光学系の側面図である。 同、レンズインテグレーターに入射した励起光の挙動を示す説明図である。 同、発光素子の光照射面を照射する励起光の光強度分布を示す図である。 同、偏光変換素子の概略説明図である。 同、アフォーカル光学系の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る光源装置を示す模式図である。 同、光源装置が備える固体光源アレイの正面図である。 同、励起光合成部における第１の励起光及び第２の励起光の入射領域を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る光源装置を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係る光源装置を示す模式図である。 本発明の第５実施形態に係る光源装置を示す模式図である。 同、励起光合成部の模式図である。 本発明の第６実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す模式図である。 同、第１レンズアレイおよび重畳光学系の機能を示す説明図である。 本発明の第７実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

（第１実施形態）
本発明のプロジェクターの一実施形態について、図１から図８を参照して説明する。
本実施形態においては、プロジェクター１０００として光変調パネルで生成された画像情報を含む色光を投写光学系を介してスクリーン（被投写面）上に投写する投写型のプロジェクターを例に挙げて説明する。

なお、以下の説明においては、必要に応じてＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。本実施形態においては、第１光源部１０から射出される光の光軸に平行な方向をＸ方向としており、Ｘ方向に直交する２方向をＹ方向、Ｚ方向としている。

図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクター１０００の光学系を示す模式図である。
図１に示すように、プロジェクター１０００は、照明装置１００と、色分離導光光学系２００と、光変調装置としての液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投写光学系６００と、を備えている。

照明装置１００は、光源装置１と、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備えている。照明装置１００は、赤色光、緑色光及び青色光を含む白色光を射出する。

光源装置１は、図１に示すように、第１光源部１０と、第２光源部２０と、励起光合成部３０と、アフォーカル光学系４０と、レンズインテグレーター５０と、ダイクロイックミラー６０と、重畳光学系７０と、発光素子８０と、を備えている。
ここで、レンズインテグレーター５０に含まれる第２レンズアレイ５２と、重畳光学系７０とは、本発明における集光光学系を構成する。

第１光源部１０は、第１固体光源アレイ１１及び第１コリメーターレンズアレイ１４を有する。第２光源部２０は、第２固体光源アレイ２１及び第２コリメーターレンズアレイ２４を有する。

図２は、光源装置１が備える固体光源アレイ（第１固体光源アレイ１１、第２固体光源アレイ２１）の正面図である。図２（ａ）は第１固体光源アレイ１１を励起光合成部３０側から見た図（以下、正面図とする）であり、図２（ｂ）は第２固体光源アレイ２１の正面図である。

第１固体光源アレイ１１は、図２（ａ）に示すように、基板１２及び励起光として青色光を射出する２０個の第１固体光源１３を有する。第１固体光源アレイ１１においては、２０個の第１固体光源１３が５行４列のマトリクス状に配置されている。

なお、本発明の光源装置１においては、第１固体光源１３の数は２０個に限定されず、２個以上であればよい。
基板１２は、第１固体光源１３を搭載する機能を有する。例えば、基板１２は、第１固体光源１３に対する電力の供給を仲介する機能や、第１固体光源１３で発生する熱を放熱する機能等を有する。

第１固体光源１３は、励起光として青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ）を射出する半導体レーザーからなる。当該半導体レーザーは、図２（ａ）に示すように、長方形形状の発光領域を有し、発光領域の短辺方向に沿った光の拡がり角が前記発光領域の長辺方向に沿った光の拡がり角より大きくなるように構成されている。半導体レーザーにおける発光領域の大きさは、例えば、長辺ＶＬが８μｍ、短辺ＶＳが２μｍである。

第１固体光源１３は、励起光合成部３０の入射面に対するＰ偏光からなる青色光を射出する。

なお、第１光源部１０からの励起光がＰ偏光からなる励起光として励起光合成部３０に入射する構成としては、上記のようにＰ偏光からなる励起光を射出する固体光源を用いる構成に限らない。例えば、励起光合成部３０の入射面に対するＳ偏光からなる励起光を射出する固体光源とλ／２板とを用いてもよい。

第１コリメーターレンズアレイ１４は、複数の第１固体光源１３に対応して設けられ、２０個の第１コリメーターレンズ１５を有する。図示による説明は省略するが、複数の第１コリメーターレンズ１５は、５行４列のマトリクス状に配置されている。一の第１コリメーターレンズ１５は、複数の第１固体光源１３のうち一の第１固体光源１３から射出された青色光を略平行化する。第１コリメーターレンズ１５は、平凸レンズからなる。

第１コリメーターレンズアレイ１４は、複数の第１コリメーターレンズ１５における平面が第１固体光源アレイ１１側を向くように配置されている。

なお、第１コリメーターレンズアレイ１４は、複数の第１コリメーターレンズ１５における凸面が第１固体光源アレイ１１側を向くように配置されていてもよい。

第２固体光源アレイ２１は、図２（ｂ）に示すように、基板２２及び励起光として青色光を射出する２５個の第２固体光源２３を有する。第２固体光源アレイ２１においては、２５個の第２固体光源２３が５行５列のマトリクス状に配置されている。

なお、本発明の光源装置１においては、第２固体光源２３の数は２５個に限定されず、２個以上であればよい。
基板２２は、第２固体光源２３を搭載する機能を有する。例えば、基板２２は、第２固体光源２３に対する電力の供給を仲介する機能や、第２固体光源２３で発生する熱を放熱する機能等を有する。

第２固体光源２３は、励起光として青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ）を射出する半導体レーザーからなる。当該半導体レーザーは、図２（ｂ）に示すように、長方形形状の発光領域を有し、発光領域の短辺方向に沿った光の拡がり角が前記発光領域の長辺方向に沿った光の拡がり角より大きくなるように構成されている。半導体レーザーにおける発光領域の大きさは、例えば、長辺ＶＬが８μｍ、短辺ＶＳが２μｍである。

第２固体光源２３は、励起光合成部３０の入射面に対するＳ偏光からなる青色光を射出する。

なお、第２光源部２０からの励起光がＳ偏光からなる励起光として励起光合成部３０に入射する構成としては、上記のようにＳ偏光からなる励起光を射出する固体光源を用いる構成に限らない。例えば、励起光合成部３０の入射面に対するＰ偏光からなる励起光を射出する固体光源とλ／２板とを用いてもよい。

第２コリメーターレンズアレイ２４は、複数の第２固体光源２３に対応して設けられ、複数の第２固体光源２３から射出された青色光をそれぞれ略平行化する２５個の第２コリメーターレンズ２５を有する。図示による説明は省略するが、複数の第２コリメーターレンズ２５は、５行５列のマトリクス状に配置されている。一の第２コリメーターレンズ２５は、複数の第２固体光源２３のうち一の第２固体光源２３から射出された青色光を略平行化する。第２コリメーターレンズ２５は、平凸レンズからなる。

第２コリメーターレンズアレイ２４は、複数の第２コリメーターレンズ２５における平面が第２固体光源アレイ２１側を向くように配置されている。

なお、第２コリメーターレンズアレイ２４は、複数の第２コリメーターレンズ２５における凸面が第２固体光源アレイ２１側を向くように配置されていてもよい。

本実施形態に係る光源装置１においては、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、複数の第１固体光源１３のうち一の第１固体光源１３の発光領域を励起光合成部３０に投影したときの形状の長辺方向と短辺方向それぞれが、複数の第２固体光源２３のうち一の第２固体光源２３の発光領域を励起光合成部３０に投影したときの形状の長辺方向と短辺方向と互いに逆になる関係を有する。より詳しくは、第１固体光源１３の発光領域を励起光合成部３０に投影したとき、発光領域の長辺方向はＺ軸方向であり、発光領域の短辺方向はＹ軸方向である。一方、第２固体光源２３の発光領域を励起光合成部３０に投影したとき、発光領域の長辺方向はＹ軸方向であり、発光領域の短辺方向はＺ軸方向である。このように、第１固体光源１３の発光領域を励起光合成部３０に投影したときの形状及び第２固体光源２３の発光領域を励起光合成部３０に投影したときの形状のそれぞれが、長辺方向と短辺方向とが互いに逆になる関係を有する。また、基板１２は正面視において長方形形状であり、基板２２は正面視において正方形形状である。基板１２の大きさは基板２２の大きさよりも小さい。

第１光源部１０及び第２光源部２０は、図１、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図３に示すように、後述する励起光合成部３０によって合成された青色光の光軸に垂直な平面において第１光源部１０からの青色光（第１の励起光）と第２光源部２０からの青色光（第２の励起光）とが互いにずれるように、配置されている。

このように本実施形態に係る第１固体光源アレイ１１においては、複数の第１固体光源１３は、各々の発光領域の長辺方向と短辺方向とに並んでマトリクス状に配置されている。第１固体光源アレイ１１における前記長辺方向を第１の方向とする。また、第２固体光源アレイ２１においては、複数の第２固体光源２３は、各々の発光領域の長辺方向と短辺方向とに並んでマトリクス状に配置されている。第２固体光源アレイ２１における前記長辺方向を第２の方向とする。

第１コリメーターレンズアレイ１４においては、複数の第１コリメーターレンズ１５が、複数の第１固体光源１３の配置に対応して、第１の方向と、第１の方向と交差する方向と、に並んでマトリクス状に配置されている。第１の方向における複数の第１コリメーターレンズ１５のピッチＰＳは、第１の方向と交差する方向における複数の第１コリメーターレンズ１５のピッチＰＬよりも短い。

同様に、第２コリメーターレンズアレイ２４においては、複数の第２コリメーターレンズ２５が、複数の第２固体光源２３の配置に対応して、第２の方向と、第２の方向と交差する方向と、に並んでマトリクス状に配置されている。第２の方向における複数の第２コリメーターレンズ２５のピッチＰＳは、第２の方向と交差する方向における複数の第２コリメーターレンズ２５のピッチＰＬよりも短い。

以下、レンズピッチが相対的に長い長ピッチの方向を長ピッチ方向とし、レンズピッチが相対的に短い短ピッチの方向を短ピッチ方向とする。

励起光合成部３０は、第１光源部１０からの複数の青色光（第１励起光）を通過させるとともに第２光源部２０からの複数の青色光（第２励起光）を反射することにより、第１光源部１０からの複数の青色光と第２光源部２０からの複数の青色光とを合成する。励起光合成部３０は、第１光源部１０からの複数の青色光と第２光源部２０からの複数の青色光とを合成し、合成励起光として射出する。励起光合成部３０は、Ｐ偏光からなる光を通過しＳ偏光からなる光を反射する偏光分離膜を有する。励起光合成部３０は、アフォーカル光学系４０の光軸１０ａｘと励起光合成面との角度が所定の角度（例えば４５度程度）をなすように配置されている。

図３は、励起光合成部３０における第１の励起光及び第２の励起光の入射領域を示す図である。図３において、実線で囲まれた部分は第１の励起光の入射領域、破線で囲まれた部分は第２の励起光の入射領域である。

図３に示すように、本実施形態においては、第１光源部１０から射出された第１の励起光及び第２光源部２０から射出された第２の励起光のそれぞれが、励起光合成部３０において互いに異なる領域に入射するように構成されている。第１の励起光の入射領域は５行４列のマトリクス状に分布し、第２の励起光の入射領域は５行５列のマトリクス状に分布する。その結果、５行９列のマトリクス状の強度分布が得られる。

図４は、アフォーカル光学系４０の側面図である。
図４に示すように、アフォーカル光学系４０は、集光レンズ４１と、平行化レンズ４２とを有し、これらが光路上にこの順に配列している。励起光合成部３０から射出された合成励起光は、集光レンズ４１で集光される。その後、集光レンズ４１で集光された合成励起光は、平行化レンズ４２で平行化される。このようなアフォーカル光学系４０を透過することにより、合成励起光は、光線束全体の幅が狭められる。

ここで、平行化レンズ４２は、入射面４２ａが非球面状の凹面であり、射出面４２ｂが平面である片凹レンズである。入射面４２ａの形状をさらに具体的に説明すると、平行化レンズ４２の入射面４２ａの非球面形状は、下記式（２）の関係をほぼ満足する形状となっている。すなわち、入射面４２ａでは、入射面４２ａの非球面形状を回転二次曲面形状とすることにより、平行度の高い光を射出することが可能となっている。

ここで、ｒ，Ｚは、図４に示すように、平行化レンズ４２の入射面４２ａと合成励起光の光線束の中心軸１０ａｘとの交点を原点Ｌ０とし、中心軸１０ａｘに軸対象なｒθＺ円柱座標系における座標値である。なお、図４において、Ｚ方向は、励起光の射出方向を正としている。ｒは、原点Ｌ０からの中心軸１０ａｘに直交する方向への距離を示している。θは、所定のｒ方向からの角度を示しているが、式（２）から分かるように、非球面の形状は角度θに依存しない。

また、式（２）中、近軸曲率ｃは、集光レンズ４１で集光された合成励起光の光線を、球面状の平凹レンズを用いて平行光に変換すると仮定した場合の、当該球面の曲率を示している。すなわち、近軸領域（回転軸付近の領域）では、この曲率ｃを有する平凹レンズを用いることにより、集光レンズ４１で集光された合成励起光の光線を平行光に変換することができることになる。

Ｋは、円錐定数と呼ばれる値である。この円錐定数Ｋの値によって、回転二次曲面形状は特定の形状に限定される。すなわち、円錐定数Ｋの値が−１＜Ｋ＜０である場合には、非球面は回転楕円面となる。また、円錐定数Ｋの値がＫ＝−１である場合には、非球面は回転放物面となる。さらに、円錐定数Ｋの値が、Ｋ＜−１である場合には、非球面は回転双曲面となる。

また、左辺第３項は、一般非球面項と呼ばれる距離ｒに依存する関数であるが、十分に小さな値であるため、本実施形態では無視することとしている。

本実施形態における平行化レンズ４２の非球面の回転二次曲面形状は、式（２）の左辺第３項を無視した下記式（３）に基づき、次のような方法によって決定される。

まず、集光レンズ４１の形状と、平行化レンズ４２の入射面４２ａの曲率と、平行化レンズ４２の屈折率ｎと、平行化レンズ４２の中心部の厚みと、平行化レンズ４２の設置位置とを考慮して、近軸曲率ｃの値を求める。

具体的には、まず、集光レンズ４１の形状、および平行化レンズ４２の入射面４２ａの曲率、屈折率ｎ、中心部の厚み、設置位置を予め決めておく。また、平行化レンズ４２の代わりとして、入射面の曲率、屈折率、中心部の厚みが同じで且つ射出面が球面状の凹レンズを想定する。そして、予め決定された形状と同形状の集光レンズに対し、平行化レンズ４２の設置位置に上記凹レンズを配置した場合に、球面収差がなければ平行光に変換できる当該凹レンズの入射面の曲率を求める。このようにして求めた曲率の値が近軸曲率ｃとなる。

次に、円錐定数Ｋを求める。ここで、平行化レンズ４２では、入射面４２ａが式（３）に基づいて設定された非球面である。このため、平行化レンズ４２に入射する励起光は、入射面４２ａでの屈折により進行方向がほぼ平行な方向に変えられ、射出面４２ｂではほとんど屈折作用を受けない。この結果、平行化レンズ４２の屈折率ｎと円錐定数Ｋとの関係が一定となる。なお、平行化レンズ４２の反射面形状の非球面の円錐定数Ｋは、ほぼＫ＝−ｎ^２で決定されている。

したがって、本実施形態においては、円錐定数Ｋは、Ｋ＝−ｎ^２で求めることができる。このような平行化レンズ４２の非球面の円錐定数Ｋは、−２．１＜Ｋ＜−３．８の範囲である。したがって、入射面４２ａを非球面形状とする場合には、入射面４２ａを回転双曲面形状とするとよい。

このようにして設計された平行化レンズ４２を用いると、アフォーカル光学系４０を透過した励起光を平行度が高い光とすることができる。

アフォーカル光学系４０を透過した合成励起光は、レンズインテグレーター５０に入射する。レンズインテグレーター５０は、第１レンズアレイ５１と第２レンズアレイ５２とを有し、これらが光路上にこの順に配列している。第１レンズアレイ５１、第２レンズアレイ５２は、アフォーカル光学系４０から射出された光の輝度分布を均一化するものである。

レンズインテグレーター５０を透過した励起光は、ダイクロイックミラー６０に入射する。ダイクロイックミラー６０は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層して構成されている。

ダイクロイックミラー６０は、励起光の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる波長選択性を有している。具体的には、ダイクロイックミラー６０は青色光を反射させ、青色光よりも長波長の光（例えば、４８０ｎｍよりも長波長の光）を透過させる。

ダイクロイックミラー６０で反射された励起光は、重畳光学系７０に入射して、発光素子８０上に結像する。

図５は、レンズインテグレーター５０に入射した励起光（青色光）が発光素子８０に照射されるまでの励起光の挙動を示す説明図である。

図５に示すように、第１レンズアレイ５１は、複数の第１小レンズ５１ａを含んでおり、第２レンズアレイ５２は複数の第２小レンズ５２ａを含んでいる。また、第１小レンズ５１ａおよび第２小レンズ５２ａの平面視形状は、発光素子８０の光照射面８０ａの平面視形状と略相似形となっている。

なお、図５においては、便宜上、発光素子８０のうち励起光の照射領域８０ａに対応する部分のみを示している。蛍光体層８２における励起光の照射領域８０ａは、例えば、平面視で１ｍｍ×１ｍｍの略正方形状である。

第１レンズアレイ５１および第２レンズアレイ５２において、第１小レンズ５１ａと第２小レンズ５２ａとは１対１で対応している。アフォーカル光学系４０から射出された光は、複数の第１小レンズ５１ａに空間的に分かれて入射し、第１小レンズ５１ａは、入射した光を対応する第２小レンズ５２ａに結像させる。これにより、複数の第２小レンズ５２ａの各々に、二次光源像が形成される。

また、複数の第２小レンズ５２ａの各々から射出される光は、ダイクロイックミラー６０を介して重畳光学系７０で集光され、発光素子８０上に結像する。言い換えると、第２レンズアレイ５２と重畳光学系７０とを含んで構成される集光光学系は、入射した光を対応する発光素子８０の光照射面８０ａに結像させる。

重畳光学系７０は、第１レンズ７１及び第２レンズ７２を含んで構成されている。第１レンズ７１及び第２レンズ７２は、両凸レンズからなる。なお、第１レンズ７１及び第２レンズ７２の形状は、上記形状に限定されるものではない。要するに、第１レンズ７１と第２レンズ７２とからなる重畳光学系が、ダイクロイックミラー６０で反射された励起光を所定の集光位置に集光することができればよい。また、重畳光学系７０を構成するレンズの枚数は、１枚であってもよく、３枚以上であってもよい。

このような構成において、第２レンズアレイ５２と重畳光学系７０とを含んで構成される光学系は、第１レンズアレイ５１のレンズ面と、発光素子８０の光照射面８０ａとが共役関係にあるように構成されているとよい。すなわち、第２レンズアレイ５２と重畳光学系７０とを含んで構成される光学系の物体面が第１レンズアレイ５１のレンズ面と一致し、像面が光照射面８０ａと一致するように構成されているとよい。これにより、光照射面８０ａには、強度分布が平均化された励起光が照射されることとなる。

ここで、「第１レンズアレイ５１のレンズ面」とは、第１レンズアレイ５１が有する複数の第１小レンズ５１ａ間の谷をつないだ仮想的な面のことである。

図１に戻り、発光素子８０は励起光が入射する側と同じ側へ蛍光を発する、いわゆる反射型の回転蛍光板である。発光素子８０は、モーター８３により回転駆動される回転板８１の上に、回転板８１の回転軸の回りに蛍光体層８２が形成されてなる。蛍光体層８２は蛍光体粒子８２ａ（図５参照）とバインダーを含む。

この発光素子８０には、第１レンズ７１及び第２レンズ７２によって集光された励起光（青色光）が、蛍光体層８２の表面から入射する。また、発光素子８０は、励起光が入射する側と同じ側に向けて、蛍光体層８２が発した蛍光を射出する。蛍光は赤色光及び緑色光を含む。

回転板８１は、使用時において７５００ｒｐｍで回転する。回転板８１の直径は５０ｍｍであり、蛍光体層８２に入射する青色光の集光スポットが回転板８１の回転中心から約２２．５ｍｍ離れた場所に位置するように構成されている。つまり、回転板８１は、青色光の集光スポットが約１８ｍ／秒の速度で回転軸の回りに円を描くように移動する。

回転板８１は、蛍光体層８２が発する蛍光を反射する材料よりなる。回転板８１の材料としては、例えば、Ａｌ等の熱伝導率の高い金属材料等を用いることができる。

蛍光体層８２は、蛍光を発する蛍光体粒子８２ａを有しており、励起光（青色光）を吸収し、概ね４９０〜７５０ｎｍ（発光強度のピーク：５７０ｎｍ）の蛍光に変換する機能を有する。この蛍光には、緑色光（波長５３０ｎｍ付近）及び赤色光（波長６３０ｎｍ付近）が含まれる。

蛍光体粒子８２ａは、図１に示す第１光源部１０及び第２光源部２０から射出される励起光を吸収し、蛍光を発する粒子状の蛍光物質である。例えば、蛍光体粒子８２ａには、波長が約４６０ｎｍの青色光によって励起されて蛍光を発する物質が含まれており、励起光の一部を、赤色の波長帯域から緑色の波長帯域まで含む光に変換して射出する。

蛍光体粒子８２ａとしては、通常知られたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。例えば、平均粒径が１０μｍの（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅで示される組成のＹＡＧ系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であっても良く、２種以上の形成材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いることとしても良い。

図６は、発光素子８０の光照射面８０ａを照射する励起光の光強度分布を示す図である。図６において、横軸は照射位置、縦軸は励起光の強度（放射照度）を示している。

図３に示したように、第１レンズアレイ５１に入射する前の空間位置では、励起光の光強度分布は、第１光源部１０及び第２光源部２０における複数の固体光源の配列状態に対応して、離散的に明るい部分と暗い部分とが存在する。これに対して、重畳光学系７０を通過した後、光照射面８０ａに入射する前の空間位置では、励起光は、１ｍｍ×１ｍｍの略正方形状に成形される。これにより、励起光は、光照射面８０ａの全ての領域内で光強度が略等しくなり、図６に示すように、いわゆるトップハット形状の光強度分布に近づいた連続的な光強度分布となる。図６において励起光の光強度分布の概ね均一となる領域ＳＡが、光照射面８０ａに対応した大きさとなる。

発光素子８０には、上述のようにレンズインテグレーター５０を透過する前と比べて光強度分布が均一に近づいた励起光が照射される。また、照射される励起光は、発光素子８０の光照射面８０ａの平面視形状と略同一形状に成形されている。そのため、光照射面８０ａ内で蛍光の光飽和が生じないように、光照射面８０ａの全面にわたって光強度分布が略均一な励起光を発光素子８０に照射することが容易となる。したがって、発光素子８０は、光照射面８０ａの全面から良好に蛍光ＲＧを発する二次光源として使用することができる。

発光素子８０から射出される蛍光ＲＧに対しては、重畳光学系７０はピックアップ光学系として機能する。そのため蛍光ＲＧは、重畳光学系７０で平行化された後に、ダイクロイックミラー６０に入射する。その後、蛍光ＲＧは、ダイクロイックミラー６０を透過してレンズアレイ１２０に向けて射出される。

なお、ダイクロイックミラー６０には、重畳光学系７０からの光が入射する入射面と反対側の表面に、図示しない他の光源装置から射出された青色光が入射し、重畳光学系７０からの光の光線軸と平行な方向に（レンズアレイ１２０に向けて）反射される。

すなわち、ダイクロイックミラー６４０から射出される光は、発光素子８０から射出される赤色光及び緑色光が混色した蛍光ＲＧと、他の光源装置から射出される青色光Ｂと、が混色された白色光Ｌとなる。

第１レンズアレイ１２０は、図１に示すように、光源装置１０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。第１レンズアレイ１２０は、光源装置１からの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、複数の第１小レンズ１２２が照明光軸１００ａｘと直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。図示による説明は省略するが、第１小レンズ１２２の外形形状は、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域の外形形状に関して略相似形である。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１小レンズ１２２に対応する複数の第２小レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２の像を液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に結像させる機能を有する。第２レンズアレイ１３０は、複数の第２小レンズ１３２が照明光軸１００ａｘに直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。

偏光変換素子１４０は、レンズアレイ１２０，１３０から射出された光Ｌの偏光状態を揃えるものである。図７に示すように、偏光変換素子１４０は、複数の偏光変換セル１４１を含んでいる。偏光変換セル１４１は、第２小レンズ１３２と１対１で対応している。第２小レンズ１３２に形成された二次光源像からの光Ｌは、この第２小レンズ１３２に対応する偏光変換セル１４１の入射領域１４２に入射する。

偏光変換セル１４１の各々には、入射領域１４２に対応させて、偏光ビームスプリッタ膜１４３（以下、ＰＢＳ膜１４３と称する）及び位相差板１４５が設けられている。入射領域１４２に入射した光Ｌは、ＰＢＳ膜１４３によりＰＢＳ膜１４３に対するＰ偏光Ｌ１とＳ偏光Ｌ２とに分離される。Ｐ偏光Ｌ１、Ｓ偏光Ｌ２の一方の偏光（ここではＳ偏光Ｌ２）は、反射部材１４４で反射した後、位相差板１４５に入射する。位相差板１４５に入射したＳ偏光Ｌ２は、位相差板１４５により偏光状態が他方の偏光（ここではＰ偏光Ｌ１）の偏光状態に変換されてＰ偏光Ｌ３になり、Ｐ偏光Ｌ１とともに射出される。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された光を被照明領域にて重畳させるものである。光源装置１００から射出された光は、空間的に分割された後、重畳されることにより輝度分布が均一化されて光線軸１００ａｘ周りの軸対称性が高められる。

重畳レンズ１５０は、当該部分光束を集光して液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に重畳させるための光学素子である。重畳レンズ１５０の光軸と照明装置１００の光軸とが略一致するように、重畳レンズ１５０が配置されている。

なお、重畳レンズ１５０は、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。

このような構成により、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０及び重畳レンズ１５０は、レンズインテグレーター光学系として、光源装置１からの光をより均一にする。

なお、レンズインテグレーター光学系の代わりにインテグレーターロッドを備えるロッドインテグレーター光学系を用いることもできる。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０，２２０、反射ミラー２３０，２４０，２５０及びリレーレンズ２６０，２７０を備える。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの色光を照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導光する機能を有する。

色分離導光光学系２００と、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー２１０，２２０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を通過させる波長選択透過膜が形成されたミラーである。ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を反射して、緑色光及び青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。反射ミラー２４０，２５０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２１０で反射された赤色光は、反射ミラー２３０で反射され、集光レンズ３００Ｒを通過して赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。

ダイクロイックミラー２１０を通過した緑色光は、ダイクロイックミラー２２０で反射され、集光レンズ３００Ｇを通過して緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。

ダイクロイックミラー２２０を通過した青色光は、リレーレンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、射出側の反射ミラー２５０、集光レンズ３００Ｂを経て青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。リレーレンズ２６０，２７０及び反射ミラー２４０，２５０は、ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光成分を液晶光変調装置４００Ｂまで導く機能を有する。

なお、青色光の光路にこのようなリレーレンズ２６０，２７０が設けられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。実施形態１に係るプロジェクター１０００においては、青色光の光路の長さが長いのでこのような構成とされているが、赤色光の光路の長さを長くして、リレーレンズ２６０，２７０及び反射ミラー２４０，２５０を赤色光の光路に用いる構成も考えられる。

液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、入射され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り、照明装置１００の照明対象となる。

なお、図示を省略したが、各集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置される。また、各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が配置される。これら入射側偏光板、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ及び射出側偏光板によって、入射された各色光の光変調が行われる。

液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。

クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光板から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。この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、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００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。

本実施形態の光源装置１によれば、複数の固体光源を含む２つの光源部（第１光源部１０及び第２光源部２０）から射出された励起光を用いて蛍光を発する。このため、光源装置１の輝度をより一層高くすることができる。

また、２つの光源部からの励起光を、励起光合成部３０を用いて合成した後、発光素子８０に集光させている。このため、２つの光源部からの励起光を本発明に係る励起光合成部３０を用いることなく合成する場合と比較して、発光素子８０に対してより一層小さな入射角で、発光素子のより小さな領域に励起光を入射させることが可能となる。つまり、エテンデューの増大を小さくすることができる。この意味においても、２つの光源部を用いることに起因して生じる蛍光光の利用効率の低下を小さくすることができる。

また、２つの光源部からの励起光が、第１レンズアレイ５１と集光光学系（第２レンズアレイ５２と重畳光学系７０とを含んで構成される集光光学系）を介することで発光素子８０上にて重畳し、光強度分布が平均化される。そのため、発光素子８０全体に一様な光強度で励起光を照射することが可能となる。これにより、励起光を照射した領域内で光飽和を生じないように光量を制御することが容易となる。

したがって、励起光の利用効率を低下させることなく光源装置１の輝度をより一層高くすることができる。

また、この構成によれば、第１の励起光及び第２の励起光のそれぞれが、励起光合成部３０において互いに異なる領域に入射するように構成されている。このため、励起光合成部３０の特定領域に過大な熱的負荷がかかることがない。そのため、２つの光源部を用いることに起因して励起光合成部３０の寿命が短くなる、ということもない。

また、この構成によれば、励起光合成部３０は、Ｐ偏光からなる光を透過しかつＳ偏光からなる光を反射する偏光分離膜を有する。また、第１光源部１０から射出される複数の第１の励起光が励起光合成部３０にＰ偏光からなる励起光として入射し、第２光源部２０から射出される複数の第２の励起光が励起光合成部３０にＳ偏光からなる励起光として入射するように構成されている。このため、偏光分離膜の原理を利用して、第１の励起光と第２の励起光とを高い効率で合成することが可能となる。

また、この構成によれば、第１固体光源１３及び第２固体光源２３の双方の固体光源は、半導体レーザーからなる。半導体レーザーは、小型で高出力であるため、上記のような構成とすることにより、小型で光出力な光源装置１となる。

また、この構成によれば、半導体レーザーは、平面視において長方形形状の発光領域を有する。また、発光領域の短辺方向に沿った拡がり角が発光領域の長辺方向に沿った拡がり角より大きくなるよう構成される。さらに、前述したように、第１固体光源１３の発光領域及び第２固体光源２３の発光領域のそれぞれが、長辺方向と短辺方向とが互いに逆になる関係を有する。このため、半導体レーザーの特性を利用して、第１の励起光が偏光分離膜３２に入射する領域と第２の励起光が偏光分離膜３２に入射する領域との間に隙間が生じにくくなる。よって、合成励起光にムラが生じることを抑制することができる。

なお、励起光合成部３０がＰ偏光からなる光を透過しかつＳ偏光からなる光を反射する偏光分離膜３２を有する場合においては、別途位相差板を設ける必要がなくなる。

さらに、第１の励起光及び第２の励起光のそれぞれが、励起光合成部３０において互いに一部重なる領域に入射するように構成されている場合においては、偏光分離膜３２における第１の励起光及び第２の励起光の入射領域を狭くすることができる。よって、装置の小型化を図ることができる。

また、この構成によれば、第１の光源部１０は第１固体光源アレイ１１と第１コリメーターレンズアレイ１４とを有し、第２の光源部２０は第２固体光源アレイ２１と第２コリメーターレンズアレイ２４とを有する。これにより、第１の励起光及び第２の励起光のそれぞれが平行化した状態で励起光合成部３０に入射する。このため、第１の励起光及び第２の励起光のそれぞれが平行化していない状態で励起光合成部３０に入射する場合に比べて、外部に励起光が漏れることを抑制することができる。よって、第１の励起光と第２の励起光とを高い効率で合成することが可能となる。

また、この構成によれば、第１固体光源アレイ１１及び第２固体光源アレイ２１において複数の第１固体光源１３及び複数の第２固体光源２３がそれぞれマトリクス状に配置される。また、第１コリメーターレンズアレイ１４及び第２コリメーターレンズアレイ２４において複数の第１コリメーターレンズ１５及び複数の第２コリメーターレンズ２５がそれぞれマトリクス状に配置される。さらに、第１コリメーターレンズ１５と第１固体光源１３の発光領域とは、レンズピッチの長ピッチ方向と発光領域の短辺方向とが対応する関係を有し、かつ、レンズピッチの短ピッチ方向と前記発光領域の長辺方向とが対応する関係を有する。また、第２コリメーターレンズ２５と第２固体光源２３の発光領域とは、レンズピッチの長ピッチ方向と発光領域の短辺方向とが対応する関係を有し、かつ、レンズピッチの短ピッチ方向と前記発光領域の長辺方向とが対応する関係を有する。これにより、第１固体光源アレイ１１及び第２固体光源アレイ２１の双方の固体光源アレイにおいて複数の固体光源が整然と配置される。このため、第１固体光源アレイ１１及び第２固体光源アレイ２１の小型化を図ることができる。また、第１コリメーターレンズアレイ１４及び第２コリメーターレンズアレイ２４の双方のコリメーターレンズアレイにおいて複数のコリメーターレンズが半導体レーザーの光放射特性に対応した状態で整然と配置される。このため、各コリメーターレンズアレイ１４，２４の小型化も図ることができる。よって、光源装置１の小型化を図ることができる。

また、この構成によれば、集光光学系が第２レンズアレイ５２と重畳光学系７０とにより構成され、第１レンズアレイ５１のレンズ面と、発光素子８０の光照射面８０ａとが、集光光学系を介して共役関係にある。これにより、複数の部分光線束が発光素子８０の光照射面８０ａ上で良好に重畳する。そのため、光強度分布を平均化しやすく、発光素子８０の光飽和を生じないように光量を制御することが容易となる。

また、この構成によれば、第１レンズアレイ５１を構成する複数の小レンズ５１ａの平面視形状が光照射面８０ａの平面視形状と相似形である。また、光照射面８０ａを照射する励起光の光強度分布が光照射面８０ａと同じ空間位置において光強度が略均一化された連続的な光強度分布になっている。このため、励起光を発光素子８０に無駄なく照射することができるため、投入する励起光量に対する取り出す蛍光量を最大化することができる。

また、この構成によれば、平行化レンズ４２が入射面４２ａに回転二次曲面形状の凹面を有する。これにより、第１レンズアレイ５１に入射する励起光の平行度を向上させることができる。このため、第１レンズアレイ５１および集光光学系を用いた励起光の平均化を設計通りに制御しやすく、発光効率の低下を容易に抑制することができる。

また、この構成によれば、平行化レンズ４２は入射面４２ａが凹面であり射出面４２ｂが平面である。これにより、平行化レンズ４２を透過する励起光の平行度をより向上させることができる。このため、第１レンズアレイ５１および集光光学系を用いた励起光の平均化を行い易く、光飽和を抑制して発光素子を発光させることが容易となる。

また、この構成によれば、凹面が上記式（３）によって決定される。このため、凹面の形状を容易に決定することができる。また、上記式（３）に基づいて決定された非球面を有するレンズを用いれば、球面収差を小さくすることができるため、光源装置１から射出される光の平行度をより一層向上させることができる。

本実施形態のプロジェクター１０００によれば、上述の光源装置１を有するため、光の利用効率を低下させることなく表示画面の輝度をより一層高くすることができるプロジェクター１０００を提供することができる。

なお、本実施形態においては、平行化レンズ４２は、入射面４２ａが非球面形状を有することとしたが、射出面側が非球面形状であるレンズを用いることとしても構わない。

図８は、本実施形態に係るアフォーカル光学系の変形例を示す図である。
図８に示すように、本変形例に係るアフォーカル光学系４０Ａは、集光レンズ４３と、平行化レンズ４４とを有し、これらが光路上にこの順に配列している。

本変形例に係る平行化レンズ４４は、射出面４４ｂが、上記式（３）の関係を満足する回転二次曲面形状とされており、入射面４４ａが球面状の凸面である。このような平行化レンズ４４の非球面の回転二次曲面形状は、上記式（３）に基づき、次のような方法によって決定される。

具体的には、まず、集光レンズ４３の形状、および平行化レンズ４４の入射面４４ａの曲率、屈折率ｎ、中心部の厚み、設置位置を予め決めておく。また、平行化レンズ４４の代わりとして、入射面の曲率、屈折率、中心部の厚みが同じで且つ射出面が球面状の凹レンズを想定する。そして、予め決定された形状と同形状の集光レンズに対し、平行化レンズ４４の設置位置に上記凹レンズを配置した場合に、近軸領域（回転軸付近の領域）で透過光を平行光に変換できるような、当該凹レンズの射出面の曲率を求める。

このようにして求めた曲率の値が、射出面４４ｂの形状を規定する上記式（３）における近軸曲率ｃとなる。ここで、平行化レンズ４４の入射面４４ａを平面とする場合には、入射面４４ａの曲率を０とする。

次に、円錐定数Ｋを求める。本実施形態の光源装置１において、円錐定数Ｋは、その値を変更しながら、繰り返し式（３）を用いてシミュレーションを行うことにより、平行光が射出される条件に設定される。このシミュレーションでは、光源装置１から射出される光線束を収差のない理想レンズで集光したときに、集光点での光スポット径が最も小さくなる場合を、ほぼ平行な光が射出される条件とすることが考えられる。

本変形例においても、平行化レンズ４４を透過する励起光の平行度をより向上させることができる。このため、第１レンズアレイ５１および集光光学系を用いた励起光の平均化を行い易く、光飽和を抑制して発光素子８０を発光させることが容易となる。

また、本実施形態の光源装置１では、蛍光体層８２が形成された基板として回転板８１を用いたが、これに限らない。例えば、蛍光体層が形成された基板として励起光が入射する方向に対して交差する方向に振動可能な基板を用いてもよい。

また、本実施形態の光源装置１では、発光素子８０として回転型（移動型）の発光素子を用いたが、これに限らない。例えば、固定型の発光素子を用いてもよい。

また、本実施形態の光源装置１では、励起光として青色光を射出する各固体光源１３，２３と、青色光から赤色光及び緑色光を含む蛍光を発する蛍光体層８２を用いたが、これに限らない。例えば、励起光として紫色光又は紫外光を射出する各固体光源と、紫色光又は紫外光から赤色光、緑色光及び青色光を含む色光を発する蛍光体層とを用いてもよい。

また、本実施形態の光源装置１では、全体として白色光を射出するように構成されているが、これに限らず、白色光以外の光を射出するように構成されていてもよい。

また、本実施形態の光源装置１では、アフォーカル光学系４０の光軸１０ａｘと励起光合成面とのなす角度が４５度という設定で、励起光合成部３０上において第１光源部１０から射出された第１の励起光が第２光源部２０から射出された第２の励起光と互いに重ならないように、複数の第１固体光源１３と複数の第２固体光源２３とを配置していた。具体的には、図３からわかるように、複数の第１固体光源１３を複数の第２固体光源２３に対して相対的にＺ軸方向にずらして配置していた。しかし、アフォーカル光学系４０の光軸１０ａｘと励起光合成面とのなす角度が４５度の場合に、励起光合成部３０上において第１の励起光が第２の励起光と互いに重なるように複数の第１固体光源１３と複数の第２固体光源２３とを配置されている場合であっても、アフォーカル光学系４０の光軸１０ａｘと励起光合成面との角度を４５°角度からずらすことによって、励起光合成部３０上において第１の励起光が第２の励起光と互いに重ならないようにすることができる。

また、本実施形態の光源装置１では、半導体レーザーからなる各固体光源を用いたが、これに限らない。例えば、発光ダイオードからなる各固体光源を用いてもよい。

また、本実施形態の光源装置１では、発光強度のピークが約４６０ｎｍの青色光を射出する半導体レーザーからなる各固体光源を用いたが、これに限らない。例えば、発光強度のピークが４４０ｎｍ〜４５０ｎｍの青色光を射出する半導体レーザーからなる各固体光源を用いてもよい。このような構成とすることにより、蛍光体層において、青色光から蛍光を発する効率を向上させることが可能となる。

また、本実施形態の光源装置１では、蛍光体層８２における励起光の照射領域８０ａは、一辺が１ｍｍの正方形である例を挙げたが、これに限らない。一辺が１ｍｍの正方形に包含されるサイズの照射領域であればよいので、照射領域として、さらに小さな（例えば、一辺が０．８ｍｍの正方形や、一辺が０．６ｍｍの正方形）照射領域であってもよい。このような構成とすることにより、蛍光を発する照射領域の面積をより十分に小さいものとすることができる。

また、本実施形態のプロジェクター１０００では、光変調装置として液晶光変調装置を用いたが、これに限定らない。光変調装置としては、画像情報に応じて入射光を変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置等を用いてもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。

また、本実施形態のプロジェクター１０００では、液晶光変調装置として３つの液晶光変調装置を用いたが、これに限らない。１つ、２つ又は４つ以上の液晶光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。

また、本実施形態のプロジェクター１０００では、透過型のプロジェクターを用いたが、これに限らない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を透過するタイプであることを意味している。「反射型」とは、反射型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターに本発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を奏することができる。

（第２実施形態）
図９は、本発明の第２実施形態に係る光源装置２を示す模式図である。
図９に示すように、本実施形態に係る光源装置２は、第１光源部１０に替えて第１光源部１０Ａを備えている点、励起光合成部３０に替えて励起光合成部３０Ａを備えている点、で上述の第１実施形態に係る光源装置１と異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図９においては、アフォーカル光学系４０、レンズインテグレーター５０、ダイクロイックミラー６０、重畳光学系７０及び発光素子８０の図示を省略している。

図９に示すように、第１光源部１０Ａは、第１固体光源アレイ１１Ａ及び第１コリメーターレンズアレイ１４Ａを有する。第２光源部２０は、第２固体光源アレイ２１及び第２コリメーターレンズアレイ２４を有する。

図１０は、光源装置２が備える固体光源アレイ（第１固体光源アレイ１１Ａ、第２固体光源アレイ２１）の正面図である。図１０（ａ）は第１固体光源アレイ１１Ａの正面図であり、図１０（ｂ）は第２固体光源アレイ２１の正面図である。

第１固体光源アレイ１１Ａは、図１０（ａ）に示すように、基板１２Ａ及び励起光として青色光を射出する２５個の第１固体光源１３Ａを有する。第１固体光源アレイ１１Ａにおいては、２５個の第１固体光源１３Ａが５行５列のマトリクス状に配置されている。

なお、本発明の光源装置２においては、第１固体光源１３Ａの数は２５個に限定されず、２個以上であればよい。

基板１２Ａは、第１固体光源１３Ａを搭載する機能を有する。例えば、基板１２Ａは、第１固体光源１３Ａに対する電力の供給を仲介する機能や、第１固体光源１３Ａで発生する熱を放熱する機能等を有する。

第１固体光源１３Ａは、励起光として青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ）を射出する半導体レーザーからなる。当該半導体レーザーは、図１０（ａ）に示すように、長方形形状の発光領域を有し、発光領域の短辺方向に沿った拡がり角が前記発光領域の長辺方向に沿った拡がり角より大きくなるように構成されている。半導体レーザーにおける発光領域の大きさは、例えば、長辺が８μｍ、短辺が２μｍである。

第１固体光源１３Ａは、励起光合成部３０Ａの入射面に対するＰ偏光からなる青色光を射出する。なお、第１光源部１０Ａからの励起光がＰ偏光からなる励起光として励起光合成部３０Ａに入射するようになるためには、上記のようにＰ偏光からなる励起光を射出する固体光源を用いる他にも、励起光合成部３０Ａの入射面に対するＳ偏光からなる励起光を射出する固体光源とλ／２板とを用いてもよい。

第１コリメーターレンズアレイ１４Ａは、複数の第１固体光源１３Ａに対応して設けられ、２５個の第１コリメーターレンズ１５Ａを有する。図示による説明は省略するが、複数の第１コリメーターレンズ１５Ａは、５行５列のマトリクス状に配置されている。一の第１コリメーターレンズ１５Ａは、複数の第１固体光源１３Ａのうち一の第１固体光源１３Ａから射出された青色光を略平行化する。第１コリメーターレンズ１５Ａは、平凸レンズからなる。

第１コリメーターレンズアレイ１４Ａは、複数の第１コリメーターレンズ１５Ａにおける平面が第１固体光源アレイ１１Ａ側を向くように配置されている。なお、第１コリメーターレンズアレイ１４Ａは、複数の第１コリメーターレンズ１５Ａにおける凸面が第１固体光源アレイ１１Ａ側を向くように配置されていてもよい。

第２固体光源アレイ２１及び第２コリメーターレンズアレイ２４は、図９及び図１０（ｂ）に示すように、第１実施形態に係る第２固体光源アレイ２１及び第２コリメーターレンズアレイ２４と同様の構成を有するため、詳細な説明は省略する。

本実施形態に係る光源装置２においても、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、第１固体光源１３Ａの発光領域及び第２固体光源２３の発光領域のそれぞれが、長辺方向と短辺方向とが互いに逆になる関係を有する。より詳しくは、第１固体光源１３Ａの発光領域を励起光合成部３０Ａに投影したとき、発光領域の長辺方向はＺ軸方向であり、発光領域の短辺方向はＹ軸方向である。一方、第２固体光源２３の発光領域を励起光合成部３０Ａに投影したとき、発光領域の長辺方向はＹ軸方向であり、発光領域の短辺方向はＺ軸方向である。このように、第１固体光源１３Ａの発光領域を励起光合成部３０Ａに投影したときの形状及び第２固体光源２３の発光領域を励起光合成部３０Ａに投影したときの形状のそれぞれが、長辺方向と短辺方向とが互いに逆になる関係を有する。

その一方、第１光源部１０Ａ及び第２光源部２０は、図９、図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１１に示すように、後述する励起光合成部３０Ａによって合成された青色光の光軸に垂直な平面において第１光源部１０Ａからの青色光（第１の励起光）と第２光源部２０からの青色光（第２の励起光）とが互いに一部重なるように配置されている。

本実施形態に係る励起光合成部３０Ａは、複数の構造体３１を有する。複数の構造体３１のうち一の構造体３１は、第１透明部材３３と第２透明部材３４との間に挟まれた偏光分離膜３２を備える。第１透明部材３３、第２透明部材３４の形成材料は、例えばガラスを用いる。励起光合成部３０Ａは，ＸＺ平面視において矩形状の複数の構造体３１が偏光分離膜３２に沿って並んで組み合わされた、いわゆるキューブ型の偏光ビームコンバイナーである。

励起光合成部３０Ａは、偏光分離膜３２において第１光源部１０Ａから射出される第１の励起光が入射する側に第１透明部材３３が設けられ、偏光分離膜３２において第２光源部２０から射出される第２の励起光が入射する側に第２透明部材３４が設けられている。第１透明部材３３及び第２透明部材３４は、ＸＺ平面視において三角形状（ここでは直角二等辺三角形状）であり、偏光分離膜３２を中心に線対称の形状である。第１透明部材３３及び第２透明部材３４は、ＸＺ平面視において直角二等辺三角形の底辺が偏光分離膜３２を挟んで対向するように配置されている。

このように、本実施形態に係る励起光合成部３０Ａは、第１透明部材３３と偏光分離膜３２との第１の界面ＳＦ１と、第２透明部材３４と偏光分離膜３２との第２の界面ＳＦ２とが、偏光分離膜３２を挟んで互いに対向して重なり合うように配置されている。

図１１は、励起光合成部３０Ａにおける第１の励起光の入射領域及び第２の励起光の入射領域を示す図である。図１１において、実線で囲まれた部分は第１の励起光の入射領域、破線で囲まれた部分は第２の励起光の入射領域である。

図９及び図１１に示すように、第１の励起光の入射領域は５行５列のマトリクス状に分布し、第２の励起光の入射領域は５行５列のマトリクス状に分布する。また、第１光源部１０Ａから射出された第１の励起光の光軸と、第２光源部２０から射出された第２の励起光の光軸とが、励起光合成部３０Ａにおいて互いに交差するように構成されている。そのため、励起光合成部３０Ａにおいて、第１の励起光は第２の励起光と重なる。その結果、５行５列のマトリクス状の強度分布が得られる。

本実施形態の光源装置２によれば、第１光源部１０Ａから射出される第１の励起光は第１透明部材３３を介して偏光分離膜３２に入射し、第２光源部２０から射出される第２の励起光は第２透明部材３４を介して偏光分離膜３２に入射する。そのため、偏光分離膜３２と空気層（２つの光源部からの励起光が偏光分離膜３２に入射するまでに通る媒体）との間で屈折率差が大きい場合であっても、前記屈折率差を緩和することができる。よって、本発明に係る第１透明部材３３及び第２透明部材３４が偏光分離膜３２に配置されることなく２つの光源部からの励起光が直接偏光分離膜３２に入射する構成と比較して、前記屈折率差が大きいことによって光の損失が生じることを抑制することができる。

また、この構成によれば、第１の界面ＳＦ１と第２の界面ＳＦ２とが偏光分離膜３２を挟んで互いに対向して重なり合うように配置されている。このため、第１の励起光及び第２の励起光のそれぞれが、励起光合成部３０Ａにおいて偏光分離膜３２を挟んで互いに対向する領域に入射するように構成されている場合において、第１透明部材３３及び第２透明部材３４によって前記屈折率差を緩和しやすくなる。よって、前記屈折率差が大きいことによって光の損失が生じることを抑制することができる。

（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態に係る光源装置３を示す模式図である。
図１２に示すように、本実施形態に係る光源装置３は、励起光合成部３０に替えて励起光合成部３０Ｂを備えている点、で上述の第１実施形態に係る光源装置１と異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図１２においては、アフォーカル光学系４０、レンズインテグレーター５０、ダイクロイックミラー６０、重畳光学系７０及び発光素子８０の図示を省略している。

図１２に示すように、本実施形態に係る励起光合成部３０Ｂは、偏光分離膜３２Ｂを挟んで第１透明部材３３Ｂ及び第２透明部材３４Ｂが取り付けられて構成されている。第１透明部材３３Ｂ及び第２透明部材３４Ｂは、例えば三角柱プリズムである。励起光合成部３０Ｂは，ＸＺ平面視において三角形状の複数の第１透明部材３３Ｂと第２透明部材３４とが偏光分離膜３２Ｂに沿って並んで配置されている。

励起光合成部３０Ｂは、第１光源部１０から射出される第１の励起光が入射する側に第１透明部材３３Ｂが設けられ、第２光源部２０から射出される第２の励起光が入射する側に第２透明部材３４Ｂが設けられている。第１透明部材３３Ｂ及び第２透明部材３４Ｂは、ＸＺ平面視において三角形状（ここでは直角二等辺三角形状）であり、偏光分離膜３２Ｂを中心に線対称の形状である。第１透明部材３３Ｂ及び第２透明部材３４Ｂは、ＸＺ平面視において直角二等辺三角形の底辺が偏光分離膜３２を挟んで対向するように配置されている。

このように、本実施形態に係る励起光合成部３０Ｂは、第１透明部材３３Ｂと偏光分離膜３２Ｂとの第１の界面ＳＦ１と、第２透明部材３４Ｂと偏光分離膜３２Ｂとの第２の界面ＳＦ２とが、偏光分離膜３２Ｂを挟んで部分的に重なるように配置されている。

ここで、複数の第１透明部材３３Ｂが、偏光分離膜３２Ｂの第１の励起光が入射する側に所定のピッチで設けられ、複数の第２透明部材３４Ｂが、偏光分離膜３２Ｂの第２の励起光が入射する側に所定のピッチで設けられている。そして、本実施形態に係る励起光合成部３０Ｂでは、第１の界面ＳＦ１と第２の界面ＳＦ２とが、偏光分離膜３２Ｂを挟んで互いに半ピッチずれるように配置されている。

例えば、図１２において、ＸＺ平面視において、一の第１透明部材３３Ｂの底辺の中点をＣＰ１、一の第２透明部材３４Ｂの底辺の中点をＣＰ２とする。この場合、第１透明部材３３Ｂのひとつの端部は第２透明部材３４Ｂの底辺の中点ＣＰ２と重なり合う。また、第２透明部材３４Ｂのひとつの端部は第１透明部材３３Ｂの底辺の中点ＣＰ１と重なり合う。

本実施形態の光源装置３によれば、第１の励起光が偏光分離膜３２Ｂに入射する領域及び第２の励起光が偏光分離膜３２Ｂに入射する領域のそれぞれが、偏光分離膜３２Ｂにおいて一部重なるように配置される。よって、合成励起光にムラが生じることを抑制することができる。

（第４実施形態）
図１３は、本発明の第４実施形態に係る光源装置４を示す模式図である。
図１３に示すように、本実施形態に係る光源装置４は、励起光合成部３０Ａに替えて励起光合成部３０Ｃを備えている点で上述の第２実施形態に係る光源装置２と異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図９と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第２実施形態に係る励起光合成部３０Ａは、ＸＺ平面視において矩形状の複数の構造体３１が偏光分離膜３２に沿って並んで組み合わされた、いわゆるキューブ型の偏光ビームコンバイナーであったが、本実施形態に係る励起光合成部３０Ｃはこのような構成となっていない。

すなわち、本実施形態に係る励起光合成部３０Ｃは、図１３に示すように、偏光分離膜３２Ｃを挟んで第１透明部材３３Ｃ及び第２透明部材３４Ｃが取り付けられて構成されている。第１透明部材３３Ｃ及び第２透明部材３４Ｃは、例えば三角柱プリズムである。励起光合成部３０Ｃは，ＸＺ平面視において三角形状の複数の第１透明部材３３Ｃと複数の第２透明部材３４Ｃとが偏光分離膜３２Ｃに沿って並んで配置されている。

本実施形態に係る励起光合成部３０Ｃは、第１透明部材３３Ｃと偏光分離膜３２Ｃとの第１の界面ＳＦ１の全面と、第２透明部材３４Ｃと偏光分離膜３２Ｃとの第２の界面ＳＦ２の全面とが、偏光分離膜３２Ｃを挟んで互いに対向して重なり合うように配置されている。

本実施形態の光源装置４においても、第１の励起光及び第２の励起光のそれぞれが、励起光合成部３０Ｃにおいて偏光分離膜３２Ｃを挟んで互いに対向する領域に入射するように構成されている場合において、第１透明部材３３Ｃ及び第２透明部材３４Ｃで前記屈折率差を緩和しやすくなる。よって、前記屈折率差が大きいことによって光の損失が生じることを抑制することができる。

（第５実施形態）
図１４は、本発明の第５実施形態に係る光源装置５を示す模式図である。
図１４に示すように、本実施形態に係る光源装置５は、励起光合成部３０に替えて励起光合成部３０Ｄを備えている点、で上述の第１実施形態に係る光源装置１と異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図１４においては、アフォーカル光学系４０、レンズインテグレーター５０、ダイクロイックミラー６０、重畳光学系７０及び発光素子８０の図示を省略している。

図１５は、本実施形態に係る励起光合成部３０Ｄの模式図である。図１５（ａ）は励起光合成部３０Ｄの斜視図であり、図１５（ｂ）は励起光合成部３０Ｄを第１光源部１０側から見た図である。

図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、本実施形態に係る励起光合成部３０Ｄは、複数の第１の励起光を通過させる通過領域ＡＲ１と、複数の第２の励起光を反射させる反射領域ＡＲ２と、を有する。励起光合成部３０Ｄにおける通過領域ＡＲ１は、偏光分離膜３２Ｄに設けられた複数の開口部３２Ｄａからなる。一の開口部３２Ｄａは第１光源部１０側から見て矩形状である。複数の開口部３２Ｄａは、複数の第１固体光源１３に対応して設けられ、５行４列のマトリクス状に配置されている。開口部３２Ｄａの大きさは、一の第１固体光源１３から射出される第１の励起光の光線束のうち少なくとも一部が通過可能な大きさとなっている。

本実施形態の光源装置５によれば、第１の励起光が偏光分離膜３２Ｄを透過することによって生じる光の損失を抑制することができるため、複数の第１の励起光と複数の第２の励起光とを高い効率で合成することが可能となる。

一の第１固体光源１３から射出される第１の励起光の光軸が開口部３２Ｄａを通過することが好ましい。励起光の光束のうち光軸における強度が最も強いからである。さらに、開口部３２Ｄａの大きさは、一の第１固体光源１３から射出される第１の励起光の光束全てを通過させるような大きさであり、反射領域ＡＲ２は、複数の第２の励起光の光束全てを反射可能であることが好ましい。この構成によれば、第１の励起光が偏光分離膜３２Ｄを透過することによって生じる光の損失を最小にすることができるため、複数の第１の励起光と複数の第２の励起光とをさらに高い効率で合成することが可能となる。

なお、本実施形態の光源装置５では、励起光合成部３０Ｄとして偏光分離膜３２Ｄの通過領域ＡＲ１に開口部３２Ｄａを有する構成を例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、励起光合成部としては、通過領域に対応する領域に穴を開けた反射ミラーを用いてもよい。また、反射領域に対応する領域に反射層を形成した透明基板を用いてもよい。

ただし、このような構成であると、励起光が通過領域と反射領域との境界部分に入射する場合に光の損失が生じる場合がある。したがって、励起光が通過領域と反射領域との境界部分に入射する場合であっても光の損失が生じることを抑制するためには、本実施形態のように、偏光分離膜３２Ｄに穴を開けて形成された開口部３２Ｄａを通過領域ＡＲ１とする構成が好ましい。

（第６実施形態）
図１６は、本発明の第６実施形態に係るプロジェクター２０００を示す模式図である。
図１６に示すように、本実施形態に係るプロジェクター２０００は、照明装置１００に替えて照明装置１００Ｅを備えている点（光源装置１に替えて光源装置６を備えている点で上述の第１実施形態に係るプロジェクター１０００と異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１６に示すように、プロジェクター２０００は、光源装置６が第１実施形態に係る光源装置１と構成が一部共通している。異なるのは、レンズインテグレーターが対を成しておらず第１レンズアレイ５１を１枚のみで使用することである。本実施形態においては、重畳光学系７０が本発明の集光光学系として機能する。

図１７は、第１レンズアレイ５１および重畳光学系７０の機能を示す説明図である。図１７においては、簡略化のため、重畳光学系７０を模式的に１つの凸レンズとして図示している。重畳光学系７０は、球面収差がない、または球面収差が補正されて低減されているものとする。

なお、図１７においては、便宜上、発光素子８０のうち励起光の照射領域８０ａに対応する部分のみを示している。蛍光体層８２における励起光の照射領域８０ａは、例えば、平面視で１ｍｍ×１ｍｍの略正方形状である。

図１７（ａ）に示すように、第１レンズアレイ５１および重畳光学系７０を含んで構成される光学系では、第１レンズアレイ５１に入射する励起光（青色光Ｂ）が平行光であり、第１レンズアレイ５１と重畳光学系７０とを透過した励起光の主光線が、重畳光学系７０の焦点Ｆ２を通過する構成となっている。言い換えると、第１レンズアレイ５１と重畳光学系７０を両端とする光学系は、物体面が無限遠に設定されている。すなわち、第１レンズアレイ５１および重畳光学系７０を含んで構成される光学系が、物体側テレセントリックとなっている。このような光学系では、入射する励起光（青色光Ｂ）は、第１レンズアレイ５１を透過した後、重畳光学系７０に入射し、重畳光学系７０から射出される励起光は、重畳光学系７０に係る一定幅の射出瞳Ｐを通過する。

このような構成では、射出瞳Ｐの幅は、重畳光学系７０の開口数ＮＡと焦点距離Ｌｂとによって一定の大きさに定まる。また、射出瞳Ｐの形状は、第１レンズアレイ５１を構成する小レンズ５１ａと相似形となる。すなわち、射出瞳Ｐの幅は、重畳光学系７０と第１レンズアレイ５１との距離Ｌａにはよらず、常に一定となる。例えば、入射瞳Ｐが１ｍｍ×１ｍｍの略正方形状となるように設計する。

したがって、図１７（ｂ）に示すように、重畳光学系７０の焦点Ｆ２の位置に、射出瞳と同じ大きさの発光素子８０を配置し、光照射面８０ａと共役する面を無限遠に設定することで、第１実施形態の光源装置１と比べて、レンズアレイの使用数を減らす（図１に示した第２レンズアレイを使わない）ことが可能となる。その結果、少ない部品数で励起光の光強度を平均化し、発光素子８０に照射することができる。

本実施形態の光源装置５によれば、第１レンズアレイ５１で複数の光線束に分割された励起光が重畳光学系７０で集光されるため、光強度分布が平均化される。加えて、図１７（ａ）に示す射出瞳Ｐでは、励起光は結像していないため、励起光の像がぼやけ、光強度を平均化しやすい。そのため、発光素子８０において光飽和を生じないように光量を制御することが容易となる。

また、この構成によれば、第１レンズアレイ５１を構成する複数の小レンズ５１ａの平面視形状は、発光素子８０の光照射面８０ａの平面視形状と相似形であり、発光素子８０の光照射面８０ａの平面視面積は、インテグレート光学系の射出瞳Ｐの大きさと略等しい。これにより、励起光を発光素子８０に無駄なく照射することができる。このため、投入する励起光量に対する取り出す蛍光量を最大化することができる。

なお、本実施形態においては、発光素子８０の光照射面８０ａの平面視面積が、射出瞳Ｐの大きさと略等しいこととした。しかし、例えば射出瞳Ｐの方が大きいことと場合であっても、一部の励起光が無駄となるが、発光素子８０での光飽和は抑制されるため、発光効率の改善が期待できる。

また、本実施形態においては、光照射面８０ａが重畳光学系７０の焦点Ｆ２と重なって配置されることとしたが、焦点Ｆ２からずれていたとしても、第１レンズアレイ５１を介することによる励起光の重畳の効果が期待でき、励起光の光強度は平均化される傾向にある。そのため、発光素子８０における光飽和現象を抑制し、発光効率の高い光源とすることができる。

（第７実施形態）
図１８は、本発明の第７実施形態に係るプロジェクター３０００を示す模式図である。
図１８に示すように、本実施形態に係るプロジェクター３０００は、照明装置１００に替えて照明装置１００Ｆを備えている点（光源装置１に替えて光源装置７を備えている点、色分離導光光学系２００に替えて色分離導光光学系２０２を備えている点、第２照明装置７００をさらに備える点、で上述の第１実施形態に係るプロジェクター１０００と異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

上記第１実施形態においては、青色光のうち一部から赤色光及び緑色光を含む蛍光を発する発光素子８０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態に係る光源装置７は、青色光の全部から蛍光（赤色光及び緑色光）を発する発光素子８０Ｆを備える。また、本実施形態に係る発光素子８０Ｆは励起光が入射する側とは反対側から蛍光を発する、いわゆる透過型の発光素子である。また、発光素子８０Ｆは、固定型の発光素子である。また、プロジェクター３０００は、青色光を射出する第２照明装置７００をさらに備える。符号７２０で示すのは青色光光源部であり、第２光源部２０と同様の構成を有する。符号７３０で示すのは青色光を集光し、散乱した後に略平行化する散乱光学系である。青色光生成部７２０及び散乱光学系７３０は、第２光源装置７１０を構成する。符号７４０で示す第１レンズアレイは第１レンズアレイ１２０と、符号７５０で示す第２レンズアレイは第２レンズアレイ１３０と、符号７６０で示す偏光変換素子は偏光変換素子１４０と、符号７７０で示す重畳レンズは重畳レンズ１５０とそれぞれ同様の構成を有する。さらにプロジェクター３０００は、照明装置１００Ｆ及び第２照明装置７００に対応する色分離導光光学系２０２を備える。

本実施形態のプロジェクター３０００においても、上述の光源装置７を有するため、光の利用効率を低下させることなく表示画面の輝度をより一層高くすることができるプロジェクター３０００を提供することができる。

本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも、適用することができる。

上記各実施形態においては、本発明の光源装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、これに限らない。例えば、本発明の光源装置を他の光学機器（例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ、照明機器等）に適用することも可能である。

１，２，３，４，５，６，７…光源装置、１０，１０Ａ…第１光源部、１１，１１Ａ…第１固体光源アレイ、１３，１３Ａ…第１固体光源、１４，１４Ａ…第１コリメーターレンズアレイ、１５，１５Ａ…第１コリメーターレンズ、２０…第２光源部、２１…第２固体光源アレイ、２３…第２固体光源、２４…第２コリメーターレンズアレイ、２５…第２コリメーターレンズ、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ…励起光合成部、３２，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ…偏光分離膜、３３，３３Ｂ，３３Ｃ…第１透明部材、３４，３４Ｂ，３４Ｃ…第２透明部材、４１，４３…集光レンズ、４２，４４…平行化レンズ、４２ａ，４４ａ…入射面、４２ｂ，４４ｂ…射出面、５１…第１レンズアレイ（レンズアレイ）、５１ａ…小レンズ、５２…第２レンズアレイ、７０…重畳光学系、８０，８０Ｆ…発光素子、２００…色分離導光光学系、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶光変調装置（光変調装置）、６００…投写光学系、１０００，２０００，３０００…プロジェクター、ＡＲ１…透過領域、ＡＲ２…反射領域、ＳＦ１…第１の界面、ＳＦ２…第２の界面、Ｐ…射出瞳、ＰＬ…長ピッチ、ＰＳ…短ピッチ、ＶＬ…長辺、ＶＳ…短辺

Claims (16)

1. 第１の励起光を射出する複数の第１固体光源を含む第１光源部と、
   第２の励起光を射出する複数の第２固体光源を含む第２光源部と、
   前記第１光源部から射出された複数の前記第１の励起光と前記第２光源部から射出された複数の前記第２の励起光とを合成し、合成励起光として射出する励起光合成部と、
   前記励起光合成部から射出された前記合成励起光を複数の部分光線束に分割するレンズアレイと、
   前記複数の部分光線束を集光する集光光学系と、
   前記集光光学系で集光された前記複数の部分光線束によって励起され蛍光を発する発光素子と、を含み、
   前記複数の第１固体光源および前記複数の第２固体光源各々は半導体レーザーからなり、
   前記半導体レーザーは、平面視において長方形形状の発光領域を有し、前記発光領域の短辺方向に沿った光の拡がり角が前記発光領域の長辺方向に沿った光の拡がり角より大きくなるよう構成され、
   前記複数の第１固体光源は、前記複数の第１固体光源各々の発光領域の長辺方向が第１の方向と平行になるようにマトリクス状に配置され、
   前記複数の第２固体光源は、前記複数の第２固体光源各々の発光領域の長辺方向が第２の方向と平行になるようにマトリクス状に配置され、
   前記複数の第１固体光源のうち一の第１固体光源の発光領域を前記励起光合成部に投影したときの形状の長辺方向と短辺方向それぞれが、前記複数の第２固体光源のうち一の第２固体光源の発光領域を前記励起光合成部に投影したときの形状の長辺方向と短辺方向と互いに逆になる関係を有し、
   前記第１光源部は、前記複数の第１固体光源と一対一で対応するとともに、前記複数の第１固体光源の配置に対応してマトリクス状に配置された複数の第１コリメーターレンズを有する第１コリメーターレンズアレイを備え、
   前記複数の第１コリメーターレンズは一体に形成されており、
   前記第２光源部は、前記複数の第２固体光源と一対一で対応するとともに、前記複数の第２固体光源の配置に対応してマトリクス状に配置された複数の第２コリメーターレンズを有する第２コリメーターレンズアレイを備え、
   前記複数の第２コリメーターレンズは一体に形成されており、
   前記複数の第１コリメーターレンズの前記第１の方向のピッチは、前記複数の第１コリメーターレンズの前記第１の方向と交差する方向のピッチよりも短く、
   前記複数の第２コリメーターレンズの前記第２の方向のピッチは、前記複数の第２コリメーターレンズの前記第２の方向と交差する方向のピッチよりも短い光源装置。
2. 前記励起光合成部は、Ｐ偏光として入射する光を透過しかつＳ偏光として入射する光を反射する偏光分離膜を有し、
   前記複数の前記第１の励起光が前記励起光合成部にＰ偏光として入射し、前記複数の第２の励起光が前記励起光合成部にＳ偏光として入射するように構成されている請求項１に記載の光源装置。
3. 前記励起光合成部は、前記偏光分離膜を挟むように設けられた第１透明部材と第２透明部材とをさらに備え、
   前記複数の第１の励起光のうち一の第１の励起光は前記第１透明部材を介して前記偏光分離膜に入射し、
   前記複数の第２の励起光のうち一の第２の励起光は前記第２透明部材を介して前記偏光分離膜に入射する請求項２に記載の光源装置。
4. 前記励起光合成部は、前記第１透明部材と前記偏光分離膜との間の界面と、前記第２透明部材と前記偏光分離膜との間の界面とが、前記偏光分離膜を挟んで互いに重なり合うように配置されている請求項３に記載の光源装置。
5. 前記励起光合成部は、前記第１透明部材と前記偏光分離膜との間の界面と、前記第２透明部材と前記偏光分離膜との間の界面とが、前記偏光分離膜を挟んで互いに部分的に重なるように配置されている請求項３に記載の光源装置。
6. 前記励起光合成部は、前記複数の第１の励起光を通過させる通過領域と、前記複数の第２の励起光を反射させる反射領域と、を有する請求項１または２に記載の光源装置。
7. 前記集光光学系は、前記レンズアレイと対になり、前記部分光線束が入射する第２レンズアレイと、前記第２レンズアレイから射出される前記部分光線束を前記発光素子上で重畳させる重畳光学系と、を有し、
   前記レンズアレイのレンズ面と、前記発光素子の光照射面とが、前記集光光学系を介して共役関係にある請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記レンズアレイを構成する複数の小レンズの平面視形状は、前記光照射面の平面視形状と相似形であり、
   前記光照射面を照射する前記励起光の光強度分布は、前記光照射面と同じ空間位置において光強度が連続的な光強度分布になっている請求項７に記載の光源装置。
9. 前記発光素子は、光照射面が前記集光光学系の焦点位置に重なって設けられ、
   前記レンズアレイと前記集光光学系とを両端とするインテグレート光学系は、前記光照射面と共役する面が無限遠に設定されている請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 前記レンズアレイを構成する複数の小レンズの平面視形状は、前記発光素子の光照射面の平面視形状と相似形であり、
    前記発光素子の光照射面の平面視面積は、前記インテグレート光学系の射出瞳の大きさと略等しい請求項９に記載の光源装置。
11. 前記励起光合成部から射出された前記合成励起光を集光する集光レンズと、前記集光レンズから射出された前記合成励起光を平行化する平行化レンズと、を有し、
    前記平行化レンズは、入射面または射出面のいずれか一方に、回転二次曲面形状の凹面を有する請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の光源装置。
12. 前記平行化レンズは、前記入射面が前記凹面であり、前記射出面が平面である請求項１１に記載の光源装置。
13. 前記平行化レンズは、前記入射面が球面状の凸面であり、前記射出面が前記凹面である請求項１１に記載の光源装置。
14. 前記凹面は、前記凹面と前記光線束の中心軸との交点を原点、前記中心軸をＺ軸、前記中心軸と直交する軸をｒ軸としたｒθＺ円柱座標系における座標値をｒおよびＺとし、近軸曲率をｃとし、円錐定数をＫとしたとき、
    

    

    によって表される形状である請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の光源装置。
15. 前記複数の第１の励起光のうち一の第１の励起光は、前記励起光合成部において前記複数の第２の励起光が入射する領域とは異なる領域に入射するように構成されている請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の光源装置。
16. 請求項１から１５のいずれか１項の光源装置と、前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えるプロジェクター。

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