JP6536202B2 - 光源装置、照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、照明装置およびプロジェクターに関するものである。

近年、プロジェクターに用いる光源装置として、高輝度、高出力の光が得られる半導体レーザー等の固体光源を用いたものが注目されている。下記特許文献１に記載の技術では、光源装置からの光を液晶パネルに均一に照明するために、二枚のレンズアレイと重畳レンズとからなる重畳光学系を用いている。

この光源装置では、半導体レーザーからの光の一部を拡散させることで生成した拡散光と、半導体レーザーからの光の残りを蛍光体層に入射させることで生成した蛍光とが合成されている。

特開２０１３−２５０４９４号公報

ところで、蛍光体層においては蛍光のにじみが生じるが、上記光源装置では蛍光のにじみを考慮していないため、拡散光を生成する拡散板に形成される集光スポットの径が蛍光体層に形成される集光スポットの径と同程度となっている。そのため、蛍光体層と拡散板との間で、発光領域の大きさに差が生じていた。そのため、重畳光学系の重畳性能が色によって異なり、画像の色ムラが生じるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、色ムラが低減された、光源装置を提供することを目的の一つとする。また、前記光源装置を備えた照明装置を提供することを目的とする。また、前記照明装置を備えたプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明の第１態様に従えば、光源と、前記光源からの光線束を第１の光線束と第２の光線束とに分離する光分離合成手段と、前記第１の光線束が入射する蛍光体層と、前記第２の光線束が入射する拡散反射素子と、前記光分離合成手段と前記蛍光体層との間の前記第１の光線束の光路に設けられた第１のレンズユニットと、前記光分離合成手段と前記拡散反射素子との間の前記第２の光線束の光路に設けられた第２のレンズユニットと、を備えた光源装置であって、前記蛍光体層から射出された蛍光光と前記拡散反射素子から射出された拡散光とは前記光分離合成手段によって合成され、前記拡散反射素子上における前記第２の光線束のスポットの大きさは、前記蛍光体層上における前記第１の光線束のスポットの大きさよりも大きい光源装置が提供される。

第１態様に係る光源装置は、拡散反射素子上におけるスポットの大きさが蛍光体層上におけるスポットの大きさよりも大きいので、にじみを生じさせる蛍光体層の発光領域の大きさと、にじみを生じさせない拡散反射素子の発光領域の大きさとの差を小さくすることができる。よって、色ムラを低減することができる。

上記第１態様において、前記第２のレンズユニットの焦点距離が、前記第１のレンズユニットの焦点距離よりも長いのが好ましい。
この構成によれば、簡便且つ確実に、拡散反射素子上におけるスポットの大きさを蛍光体層上におけるスポットの大きさよりも大きくすることができる。

上記第１態様において、前記拡散反射素子上における前記第２の光線束のスポットの大きさは、前記蛍光体層の発光領域の大きさとほぼ同じであるのが好ましい。
この構成によれば、にじみを生じさせる蛍光体層とにじみを生じさせない拡散反射素子との間で、発光領域の大きさをほぼ揃えることができる。よって、色ムラの発生をより低減することができる。なお、本明細書において、蛍光体層から蛍光光が射出される領域のことを蛍光体層の発光領域と称する。また、拡散反射素子から拡散光が射出される領域のことを拡散反射素子の発光領域と称する。

上記第１態様において、前記第２のレンズユニットは、前記拡散反射素子上において前記第２の光線束のスポットをデフォーカス状態とするのが好ましい。
この構成によれば、容易に第２の光線束のスポットの大きさを第１の光線束のスポットの大きさよりも大きくすることができる。

上記第１態様において、前記蛍光体層の発光領域の大きさをＤ１、前記第１の光線束のスポットの大きさをＤ２、前記第２の光線束のスポットの大きさをＤ３としたとき、下記の条件を満足するのが好ましい。
｜Ｄ１−Ｄ３｜＜Ｄ１−Ｄ２
この構成によれば、Ｄ３＝Ｄ２という条件を満たす場合よりも色むらを低減することができる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様の光源装置と、前記光源装置から射出された光が入射する均一照明光学系と、を備える照明装置が提供される。

第２態様による照明装置によれば、上記光源装置を備えるので、色ムラが低減された照明光を得ることができる。

本発明の第３態様に従えば、上記第２態様に係る照明装置と、前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。

第３態様によるプロジェクターは、上記照明装置を備えるので、色ムラが低減された画像を表示できる。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す平面図。 光源装置の概略構成を示す平面図。 （ａ），（ｂ）はにじみ現象を説明するための図。 各光線束のスポットの大きさを示した図。 第２実施形態の光源装置の概略構成を示す平面図。 第１および第２の集光光学系の配置を説明する図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（プロジェクター）
まず、図１に示すプロジェクター１の一例について説明する。
図１は、プロジェクター１の概略構成を示す平面図である。

本実施形態のプロジェクター１は、スクリーン（被投射面）ＳＣＲ上にカラー映像（画像）を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。プロジェクター１は、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー（レーザー光源）を用いている。

具体的に、プロジェクター１は、図１に示すように、照明装置２Ａと、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６と、を概略備えている。

照明装置２Ａは、照明光としての照明光ＷＬを色分離光学系３に向けて射出する。照明装置２Ａは、光源装置２と、均一照明光学系４０とを含む。

均一照明光学系４０は、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備える。なお、偏光変換素子３２は必須ではない。均一照明光学系４０は、光源装置２から射出された照明光ＷＬの強度分布を被照明領域において均一化する。均一照明光学系４０から射出された照明光ＷＬは色分離光学系３へ入射する。

色分離光学系３は、照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離するためのものである。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａおよび第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂと、を概略備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、光源装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する機能を有する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過するとともに、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、分離された緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過する。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに向けて反射する。
なお、緑色光ＬＧの光路中には、全反射ミラーを配置する必要はなく、緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂにより光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの光射出側に配置されている。第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを通過させる間に、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを通過させる間に、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを通過させる間に、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側および射出側には、一対の偏光板（図示せず）が配置されており、特定の方向の直線偏光光のみを通過させる構成となっている。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂは、それぞれの光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢを平行化するためのものである。

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

投射光学系６は、投射レンズ群から構成されている。投射光学系６は、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像（画像）が表示される。

（光源装置）
次に、上記照明装置２Ａに用いられる本発明の一つの態様を適用した光源装置の具体的な実施形態について説明する。

図２は、光源装置２の概略構成を示す平面図である。
光源装置２は、図２に示すように、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、第１の位相差板１５と、偏光分離素子５０Ａを含む光学素子２５Ａと、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、第２の位相差板２８と、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、を概略備えている。なお、本実施形態のアレイ光源２１は、特許請求の範囲の「光源」に対応する。

これらの構成要素のうち、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、第１の位相差板１５と、光学素子２５Ａと、第２の位相差板２８と、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。一方、蛍光発光素子２７と、第１の集光光学系２６と、光学素子２５Ａとは、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、互いに直交する位置関係にある。なお、第１の集光光学系２６は特許請求の範囲の「第１のレンズユニット」に対応し、第２の集光光学系２９は特許請求の範囲の「第２のレンズユニット」に対応する。

アレイ光源２１は、固体光源としての複数の半導体レーザー２１１を備える。複数の半導体レーザー２１１は光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ状に配置されている。半導体レーザー２１１は、例えば青色の光線ＢＬ（例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光）を射出する。本実施形態において、アレイ光源２１は、複数の光線ＢＬからなる光線束Ｋ１を射出する。

アレイ光源２１から射出された光線束Ｋ１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、アレイ光源２１から射出された光線束Ｋ１を平行光束に変換するものである。コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａ各々は、複数の半導体レーザー２１１に対応して配置されている。

コリメーター光学系２２を通過した光線束Ｋ１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Ｋ１の光束径を調整するものである。アフォーカル光学系２３は、例えば凸レンズ２３ａ，凹レンズ２３ｂ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Ｋ１は、ホモジナイザー光学系２４に入射する。ホモジナイザー光学系２４は、例えば第１のレンズアレイ２４ａと第２のレンズアレイ２４ｂとから構成されている。第１のレンズアレイ２４ａは複数の第１小レンズ２４ａｍを含み、第２のレンズアレイ２４ｂは複数の第２小レンズ２４ｂｍを含む。

ホモジナイザー光学系２４を通過した光線束Ｋ１は第１の位相差板１５に入射する。第１の位相差板１５は、例えば回転可能とされた１／２波長板である。半導体レーザー２１１から射出された光線ＢＬは直線偏光である。１／２波長板の回転角度を適切に設定することにより、第１の位相差板１５を透過した光線ＢＬを、光学素子２５Ａ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とすることができる。第１の位相差板１５を回転させることにより、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率を変化させることができる。

光学素子２５Ａは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ａｘ１に対して４５°の角度をなす傾斜面Ｋを有している。傾斜面Ｋは、光軸ａｘ２に対しても４５°の角度をなしている。光学素子２５Ａは、互いに直交する光軸ａｘ１，ａｘ２の交点と傾斜面Ｋの光学中心とが一致するように配置されている。なお、光学素子２５Ａとしては、ダイクロイックプリズムのようなプリズム形状のものに限らず、平行平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。

傾斜面Ｋには、波長選択性を有する偏光分離素子５０Ａが設けられている。偏光分離素子５０Ａは、第１の位相差板１５を通過した光線束Ｋ１を、偏光分離素子５０Ａに対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光分離機能を有している。具体的に、偏光分離素子５０Ａは、入射光のうちのＳ偏光成分を反射させ、入射光のうちのＰ偏光成分を透過させる。Ｓ偏光成分（光線束ＢＬｓ）は、偏光分離素子５０Ａで反射して蛍光発光素子２７に向かう。Ｐ偏光成分（光線束ＢＬｐ）は、偏光分離素子５０Ａを透過して拡散反射素子３０に向かう。

偏光分離素子５０Ａは、後述する光線束Ｋ１とは波長帯が異なる蛍光光ＹＬを、その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。また、偏光分離素子５０Ａは、後述する拡散反射素子３０による反射光と、蛍光光ＹＬとを合成する光合成機能を有している。偏光分離素子５０Ａは特許請求の範囲の「光分離合成手段」に対応する。

偏光分離素子５０Ａから射出されたＳ偏光の光線束ＢＬｓは、第１の集光光学系２６に入射する。第１の集光光学系２６は、光線束ＢＬｓを蛍光発光素子２７の蛍光体層３４に向けて集光させるものである。また、第１の集光光学系２６はホモジナイザー光学系２４と協働して、蛍光体層３４上での光線束ＢＬｓによる照度分布を均一化する。第１の集光光学系２６は、例えばピックアップレンズ２６ａ，２６ｂから構成されている。なお、Ｓ偏光の光線束ＢＬｓは特許請求の範囲の「第１の光線束」に対応する。

第１の集光光学系２６から射出された光線束ＢＬｓは蛍光発光素子２７に入射する。本実施形態では、第１の集光光学系２６の焦点位置に蛍光発光素子２７が配置されている。

蛍光発光素子２７は、蛍光体層３４と、蛍光体層３４を支持する基板３５と、蛍光体層３４を基板３５に固定する固定部材３６と、を有している。

蛍光発光素子２７においては、蛍光体層３４の光線束ＢＬｓが入射する側と反対側の面を基板３５に接触させた状態で、蛍光体層３４の側面と基板３５との間に設けられた固定部材３６によって、蛍光体層３４が基板３５に固定支持されている。

蛍光体層３４は、光線束ＢＬｓを吸収して黄色の蛍光光ＹＬに変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子としては、例えば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。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよく、２種以上の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てもよい。

蛍光体層３４には、耐熱性および表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような蛍光体層３４としては、例えば、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。

蛍光体層３４の光線束ＢＬｓが入射する側とは反対側には、反射部３７が設けられている。反射部３７は、蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬのうち、一部の蛍光光ＹＬを反射する機能を有している。

反射部３７は、鏡面反射面からなることが好ましい。蛍光発光素子２７においては、蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬを反射部３７で鏡面反射させることにより、蛍光体層３４から効率的に蛍光光ＹＬを射出することができる。

具体的に、反射部３７は、蛍光体層３４の光線束ＢＬｓが入射する側とは反対側の面に反射膜３７ａを設けることによって構成することができる。この場合、反射膜３７ａの蛍光体層３４と対向する面が鏡面反射面となる。反射部３７は、基板３５が光反射特性を有する基材からなる構成であってもよい。この場合、反射膜３７ａを省略し、基板３５の蛍光体層３４と対向する面を鏡面化することにより、この面を鏡面反射面とすることができる。

固定部材３６には、光反射特性を有する無機接着剤を用いることが好ましい。この場合、光反射特性を有する無機接着剤によって蛍光体層３４の側面から漏れ出す光を蛍光体層３４内へと反射させることができる。これにより、蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬの光取り出し効率を更に高めることができる。

基板３５の蛍光体層３４を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３８が配置されている。蛍光発光素子２７においては、ヒートシンク３８を介して放熱できるため、蛍光体層３４の熱劣化を防ぐことができる。

蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬのうち、一部の蛍光光ＹＬは、反射部３７によって反射され、蛍光体層３４の外部へと射出される。また、蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬのうち、他の一部の蛍光光ＹＬは、反射部３７を介さずに蛍光体層３４の外部へと射出される。このようにして、蛍光光ＹＬが第１の集光光学系２６に向かって蛍光体層３４から射出される。

蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬは、第１の集光光学系２６および偏光分離素子５０Ａを透過する。

蛍光体層３４の発光領域の大きさは、にじみ現象によって励起光（光線束ＢＬｓ）のスポットの大きさよりも大きくなる。図３は、にじみ現象を説明するための図であり、図３（ａ）は蛍光体層３４の断面図であり、図３（ｂ）は蛍光体層３４の平面図である。

図３（ａ）に示すように、本実施形態の蛍光体層３４は、例えばバインダー３４ａ中に蛍光体粒子３４ｂが分散されている。図３（ｂ）に示したスポットＳ１は、蛍光体層３４に励起光が照射される領域である。スポットＳ１に入射した励起光は屈折や反射をしながら拡がっていく。そのため、平面視においてスポットＳ１の外側に配置されている蛍光体粒子３４ｂにも励起光が照射される。さらに、蛍光体粒子３４ｂから射出された蛍光光ＹＬも屈折や反射をしながら拡がっていく。そのため、図３（ｂ）に示すように、蛍光体層３４の発光領域Ｈ１の大きさＤ１は、にじみのためにスポットＳ１の大きさＤ２よりも大きい。

ここで、図３（ｂ）に示すように、蛍光体層３４の発光領域Ｈ１は、光線束ＢＬｓのスポットＳ１を外側に０．２〜０．３ｍｍ程度だけ同心状に拡大させた形となる。なお、にじみによる発光領域Ｈ１の拡大量（上記０．２〜０．３ｍｍ）は、スポットＳ１の大きさによらず略一定である。

一方、偏光分離素子５０Ａから射出されたＰ偏光の光線束ＢＬｐは、第２の位相差板２８に入射する。なお、Ｐ偏光の光線束ＢＬｐは特許請求の範囲の「第２の光線束」に対応する。

第２の位相差板２８は、偏光分離素子５０Ａと拡散反射素子３０との間の光路中に配置された１／４波長板（λ／４板）から構成される。光線束ＢＬｐは、第２の位相差板２８を透過することによって円偏光の光線束ＢＬｃに変換される。第２の位相差板２８を透過した光線束ＢＬｃは、第２の集光光学系２９に入射する。

第２の集光光学系２９は、光線束ＢＬｃを拡散反射素子３０に向けて集光させるものである。第２の集光光学系２９は、例えばピックアップレンズ２９ａ、ピックアップレンズ２９ｂから構成されている。また、第２の集光光学系２９はホモジナイザー光学系２４と協働して、拡散反射素子３０上での光線束ＢＬｃによる照度分布を均一化する。本実施形態では、第２の集光光学系２９の焦点位置に拡散反射素子３０（拡散反射板３０Ａ）が配置されている。

拡散反射素子３０は、第２の集光光学系２９から射出された光線束ＢＬｃを偏光分離素子５０Ａに向けて拡散反射させるものである。拡散反射素子３０で反射した光を光線束ＢＬｃ’と称する。光線束ＢＬｃ’は、特許請求の範囲における拡散光に相当する。拡散反射素子３０としては、拡散反射素子３０に入射した光線束ＢＬｃをランバート反射させるものを用いることが好ましい。

拡散反射素子３０は、拡散反射板３０Ａと、拡散反射板３０Ａを回転させるためのモーター等の駆動源３０Ｍと、を備えている。拡散反射板３０Ａは、例えば光反射性を持つ部材の表面に凹凸を形成することで製造することができる。駆動源３０Ｍの回転軸は、光軸ａｘ１と略平行に配置されている。これにより、拡散反射板３０Ａは、拡散反射板３０Ａに入射する光線束ＢＬｃの主光線に交差する面内で回転可能に構成されている。拡散反射板３０Ａは、回転軸の方向から見て例えば円形に形成されている。

拡散反射板３０Ａによって反射され、第２の集光光学系２９を再び透過した円偏光の光線束ＢＬｃ’（拡散光）は、再び第２の位相差板２８を透過して、Ｓ偏光の光線束ＢＬｓ’となる。

拡散反射板３０Ａは、表面に凹凸を持つ部材で構成されているため、光線束ＢＬｃが拡散反射板３０Ａで反射するとき、にじみが生じることはない。つまり、光線束ＢＬｃ’が拡散反射板３０Ａで反射された直後の光束径は、光線束ＢＬｃが拡散反射板３０Ａに入射する直前の光束径と実質的に同じである。ただし、光線束ＢＬｃ’は、拡散反射板３０Ａで反射された直後から拡がっていく。
本明細書では、拡散反射素子３０から光線束ＢＬｃ’が射出される領域のことを拡散反射素子３０の発光領域と称する。拡散反射素子３０上における光線束ＢＬｃのスポットＳ２が、拡散反射素子３０の発光領域に相当する。

光線束ＢＬｓ’（青色光）が偏光分離素子５０Ａを透過した蛍光光ＹＬと合成されることで、白色の照明光ＷＬが生成される。

ところで、拡散反射素子３０の発光領域の大きさと、蛍光体層３４の発光領域の大きさとの間に差があると、照明光ＷＬに色ムラが生る。

これに対し、本実施形態においては、図４に示すように、拡散反射素子３０上における光線束ＢＬｃのスポットＳ２（拡散反射素子３０の発光領域）の大きさＤ３を、蛍光体層３４上における光線束ＢＬｓのスポットＳ１の大きさＤ２よりも大きくしている。なお、図４は光線束ＢＬｃのスポットＳ２と光線束ＢＬｓのスポットＳ１との大きさを示した図である。

本実施形態では、光線束ＢＬｃのスポットＳ２の大きさＤ３を、蛍光光ＹＬの発光領域Ｈ１の大きさＤ１と同じとしている。
本実施形態では、にじみによる発光領域Ｈ１の拡大量（＝Ｄ１−Ｄ２）をβとすると、Ｄ３＝β＋Ｄ２の条件を満たすように各スポットＳ１，Ｓ２の大きさが設定されている。すなわち、本実施形態の光源装置２は、Ｄ３＞Ｄ２の関係を満している。

なお、必ずしもＤ３＝β＋Ｄ２という条件を満たす必要は無い。スポットＳ２の大きさＤ３が蛍光光ＹＬの発光領域Ｈ１の大きさＤ１とほぼ同じであればよい。さらには、下記の条件を満たせばよい。
｜Ｄ１−Ｄ３｜＜Ｄ１−Ｄ２
この条件を満たすことで、Ｄ３＝Ｄ２という条件を満たす場合よりも色むらを低減することができる。

これにより、にじみが発生する蛍光体層３４の発光領域の大きさと、にじみが発生しない拡散反射素子３０の発光領域の大きさとの差を小さくしている。

具体的に本実施形態の光源装置２においては、上述の条件（Ｄ３＝β＋Ｄ２）を満たすように、第２の集光光学系２９の焦点距離を第１の集光光学系２６の焦点距離よりも長くしている。

以下、焦点距離とスポットの大きさとの関係について説明する。
ここで、第２の集光光学系２９の焦点距離をｆ_２、第１の集光光学系２６の焦点距離をｆ_１、ホモジナイザー光学系２４を構成する第１のレンズアレイ２４ａの第１小レンズ２４ａｍの大きさをＬ、ホモジナイザー光学系２４を構成する第２のレンズアレイ２４ｂの第２小レンズ２４ｂｍの焦点距離をｆ_３とする。

蛍光体層３４上における光線束ＢＬｓのスポットＳ１の大きさＤ２と拡散反射素子３０上における光線束ＢＬｃのスポットＳ２の大きさＤ３とはそれぞれ、下記の式（１）および式（２）で表される。

Ｄ２＝（ｆ_１×Ｌ）／ｆ_３ …式（１）

Ｄ３＝（ｆ_２×Ｌ）／ｆ_３ …式（２）

上記式（１）、（２）から、第２の集光光学系２９の焦点距離ｆ_２を第１の集光光学系２６の焦点距離ｆ_１よりも長くすることで、Ｄ３＞Ｄ２の条件を満足できることが分かる。

本実施形態の光源装置２によれば、蛍光体層３４の発光領域の大きさと拡散反射素子３０の発光領域の大きさとの差が小さいので、照明光ＷＬの色ムラが低減されている。

色ムラが低減された照明光ＷＬは、図１、２に示した均一照明光学系４０（インテグレータ光学系３１）に入射する。

インテグレータ光学系３１は、例えば、レンズアレイ３１ａ，レンズアレイ３１ｂから構成されている。レンズアレイ３１ａ，３１ｂは、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。

インテグレータ光学系３１を通過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、例えば、偏光分離膜と位相差板とから構成され、照明光ＷＬを直線偏光に変換する。

偏光変換素子３２を通過した照明光ＷＬは、重畳光学系３３に入射する。重畳光学系３３は、例えば、重畳レンズから構成され、偏光変換素子３２から射出された照明光ＷＬを被照明領域に重畳させる。本実施形態では、インテグレータ光学系３１と重畳光学系３３とによって、被照明領域における照度分布が均一化される。

本実施形態の照明装置２Ａによれば、色ムラが低減された照明光ＷＬを均一な照度分布で被照明領域に照射することができる。よって、この照明装置２Ａを備えた本実施形態のプロジェクター１によれば、表示品質に優れたものとなる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る光源装置について説明する。なお、本実施形態と上記実施形態との違いはスポットの大きさの調整方法である。そのため、上記実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その説明については省略若しくは簡略化する。

図５は、本実施形態の光源装置１０２の概略構成を示す平面図である。
光源装置１０２は、図５に示すように、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、第１の位相差板１５と、光学素子２５Ａと、第１の集光光学系１２６と、蛍光発光素子２７と、第２の位相差板２８と、第２の集光光学系１２９と、拡散反射素子３０と、を概略備えている。

本実施形態において、第１の集光光学系１２６および第２の集光光学系１２９は、第１実施形態と異なり、それぞれの焦点距離が同じとなっている。第１の集光光学系１２６は、例えばレンズ１２６ａ，１２６ｂから構成されている。第２の集光光学系１２９は、例えばレンズ１２９ａ，１２９ｂから構成されている。なお、第１の集光光学系１２６は特許請求の範囲の「第１のレンズユニット」に対応し、第２の集光光学系１２９は特許請求の範囲の「第２のレンズユニット」に対応する。

第１の集光光学系１２６および第２の集光光学系１２９の焦点距離が同じ場合、上記式（１）、（２）で示したように、拡散反射素子３０上における光線束ＢＬｃのスポットの大きさと蛍光体層３４上における光線束ＢＬｓのスポットの大きさとが同じとなり、Ｄ３＞Ｄ２の関係を満たさなくなってしまう。

図６は第１の集光光学系１２６の配置および第２の集光光学系１２９の配置を説明する図である。
図６に示すように、本実施形態では、第１の集光光学系１２６の焦点位置Ｆ１に蛍光体層３４が位置するように、第１の集光光学系１２６と蛍光発光素子２７との相対位置を設定している。
また、本実施形態では、第２の集光光学系１２９の焦点位置Ｆ２と異なる位置（焦点位置Ｆ２よりも後側）に拡散反射板３０Ａが位置するように、第２の集光光学系１２９と拡散反射素子３０との相対位置を設定している。

すなわち、本実施形態において、第２の集光光学系１２９は拡散反射素子３０（拡散反射板３０Ａ）上において光線束ＢＬｃのスポットＳ２をデフォーカス状態とするとともに、第１の集光光学系１２６は蛍光体層３４上において光線束ＢＬｓのスポットＳ１をフォーカス状態とする。

これにより、デフォーカス状態とされた光線束ＢＬｃの拡散反射素子３０上でのスポットＳ２の大きさＤ３は、フォーカス状態とされた光線束ＢＬｓの蛍光体層３４上でのスポットＳ１の大きさＤ２よりも大きくなる。

本実施形態においてもＤ３＝β＋Ｄ２の条件を満たすように、光線束ＢＬｃのスポットＳ２のデフォーカス状態が設定されている。したがって、拡散反射素子３０の発光領域の大きさＤ３は、蛍光体層３４の発光領域Ｈ１の大きさＤ１と同じとなっている。なお、拡散反射板３０Ａを焦点位置Ｆ２よりも手前側に配置することで、光線束ＢＬｃのスポットＳ２をデフォーカス状態とするようにしてもよい。

よって、本実施形態の光源装置１０２においても、色ムラが低減された照明光ＷＬが得られる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に必ずしも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。
上記実施形態では本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。

１…プロジェクター、２…光源装置、２Ａ…照明装置、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投写光学系、２１…アレイ光源、２６…第１の集光光学系、２９…第２の集光光学系、３０…拡散反射素子、３３…重畳光学系、３４…蛍光体層、５０Ａ…偏光分離素子、Ｋ１…光線束、ＢＬｓ…光線束（第１の光線束）、ＢＬｐ…光線束（第２の光線束）、Ｓ１，Ｓ２…スポット、Ｈ１…発光領域、ＹＬ…蛍光光。

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源からの光線束を第１の光線束と第２の光線束とに分離する光分離合成手段と、
   前記第１の光線束が入射する蛍光体層と、
   前記第２の光線束が入射する拡散反射素子と、
   前記光分離合成手段と前記蛍光体層との間の前記第１の光線束の光路に設けられた第１のレンズユニットと、
   前記光分離合成手段と前記拡散反射素子との間の前記第２の光線束の光路に設けられた第２のレンズユニットと、を備えた光源装置であって、
   前記蛍光体層から射出された蛍光光と前記拡散反射素子から射出された拡散光とは前記光分離合成手段によって合成され、
   前記拡散反射素子上における前記第２の光線束のスポットの大きさは、前記蛍光体層上における前記第１の光線束のスポットの大きさよりも大きい
   光源装置。
2. 前記第２のレンズユニットの焦点距離が、前記第１のレンズユニットの焦点距離よりも長い
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記拡散反射素子上における前記第２の光線束のスポットの大きさは、前記蛍光体層の発光領域の大きさとほぼ同じである
   請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記第２のレンズユニットは、前記拡散反射素子上において前記第２の光線束のスポットをデフォーカス状態とする
   請求項１又は３に記載の光源装置。
5. 前記蛍光体層の発光領域の大きさをＤ１、前記第１の光線束のスポットの大きさをＤ２、前記第２の光線束のスポットの大きさをＤ３としたとき、下記の条件を満足する請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
   ｜Ｄ１−Ｄ３｜＜Ｄ１−Ｄ２
6. 請求項１〜５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た光が入射する均一照明光学系と、を備える
   照明装置。
7. 請求項６に記載の照明装置と、
   前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
   前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
   プロジェクター。

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