JP7200644B2 - 照明装置及びプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及びプロジェクターに関するものである。

従来、照明装置から射出した白色の照明光を分離したＲＧＢ各色の光を３つの液晶パネルに入射させることで画像を表示するプロジェクターがある（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１７－９６８３号公報

しかしながら、上記プロジェクターでは、照明光の偏光方向を液晶パネルの光入射側に配置される偏光板の透過軸方向に揃えるための偏光変換素子が必要となる。そのため、照明装置の大型化やコスト増加という問題が生じてしまう。

本発明の第一態様に従えば、第１の波長帯の第１の光を射出する第１レーザー光源部と、第２の波長帯の第２の光を射出する第２レーザー光源部と、前記第１の光および前記第２の光と異なる偏光方向を持つ第３の波長帯の第３の光を射出する第３レーザー光源部と、前記第１の光、前記第２の光および前記第３の光を合成して合成光を生成する光合成素子と、前記光合成素子の後段に設けられ、前記合成光のうちの前記第３の波長帯の光の位相を変化させる所定帯域位相差板と、を備え、前記所定帯域位相差板の後段において、前記合成光に含まれる光の偏光方向が揃っている照明装置が提供される。

上記第一態様において、前記所定帯域位相差板の後段に設けられた拡散素子をさらに備えるのが好ましい。

上記第一態様において、前記所定帯域位相差板は１／２波長板であるのが好ましい。

本発明の第二態様に従えば、第１の波長帯の第１の光を射出する第１レーザー光源部と、第２の波長帯の第２の光を射出する第２レーザー光源部と、前記第１の光および前記第２の光と異なる偏光方向を持つ第３の波長帯の第３の光を射出する第３レーザー光源部と、を備え、前記第１の光と前記第２の光と前記第３の光とを含む光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出された前記光を、前記第３の光と、前記第１の光および前記第２の光と、に分離する光合成分離素子と、前記光合成分離素子で分離した前記第３の光が入射する第１の拡散素子と、前記第１の拡散素子と前記光合成分離素子との間に設けられる第１の位相差板と、前記光合成分離素子で分離した前記第１の光および前記第２の光がそれぞれ入射する第２の拡散素子と、前記第２の拡散素子と前記光合成分離素子との間に設けられる第２の位相差板と、前記光合成分離素子の後段に設けられる所定帯域位相差板と、を備え、前記光合成分離素子は、前記第１の位相差板による前記第３の光における拡散光と、前記第２の位相差板による前記第１の光および前記第２の光における拡散光と、を合成して合成拡散光を生成し、前記所定帯域位相差板は、前記合成拡散光のうちの前記第３の波長帯の光の位相を変化させ、前記位相差板の後段において、前記合成拡散光に含まれる光の偏光方向が揃っている照明装置が提供される。

上記第二態様において、前記第１の光、前記第２の光および前記第３の光は、第１方向に射出され、前記第１レーザー光源部は複数の第１レーザー素子で構成され、前記第２レーザー光源部は複数の第２レーザー素子で構成され、前記第３レーザー光源部は少なくとも一つの第３レーザー素子で構成されており、前記第１レーザー素子の個数は、前記第３レーザー素子の個数よりも多く、前記第１レーザー素子は、前記第３レーザー素子を囲むように、前記第３の光の中心軸の周りに回転対称に設けられ、前記第２レーザー素子の個数は、前記第３レーザー素子の個数よりも多く、前記第２レーザー素子は、前記第３レーザー素子を囲むように、前記第３の光の前記中心軸の周りに回転対称に設けられているのが好ましい。

上記第二態様において、前記第１の光は赤色であり、前記第２の光は緑色であり、前記第３の光は青色であり、前記光源部は、３個の前記第１レーザー素子と、３個の前記第２レーザー素子と、１個の前記第３レーザー素子と、を備えるのが好ましい。

上記第二態様において、前記第１の拡散素子における前記第３の光の拡散角度は、前記第２の拡散素子における前記第１の光および前記第２の光の拡散角度よりも大きいのが好ましい。

上記第二態様において、前記所定帯域位相差板は１／２波長板であり、前記第１の位相差板および前記第２の位相差板は１／４波長板であるのが好ましい。

本発明の第三態様に従えば、上記第一態様または第二態様に係る照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する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装置と、を備えたプロジェクターが提供される。

第一実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 照明装置の概略構成を示す図である。 第二実施形態の照明装置の概略構成を示す図である。 光源装置の斜視図である。 光源装置を光の射出方向から見た正面図である。 第１の拡散素子における光の拡散状態を示す図である。 第２の拡散素子における光の拡散状態を示す図である。

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。
まず、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、本実施形態に係るプロジェクター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射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，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６とを備えている。

色分離光学系３は、照明装置２から射出された照明光ＷＬを赤色照明光Ｒと、緑色照明光Ｇと、青色照明光Ｂとに分離する。色分離光学系３は、ダイクロイックミラー７ａ及びダイクロイックミラー７ｂと、全反射ミラー８ａ、全反射ミラー８ｂ及び全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを備えている。以下、赤色、緑色及び青色を総称してＲＧＢ各色と呼ぶ場合もある。

ダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色照明光Ｒと、その他の光（緑色照明光Ｇ及び青色照明光Ｂ）とに分離する。ダイクロイックミラー７ａは、赤色照明光Ｒを透過すると共に、その他の光を反射する。ダイクロイックミラー７ｂは、緑色照明光Ｇを反射すると共に青色照明光Ｂを透過させる。

全反射ミラー８ａは、赤色照明光Ｒを光変調装置４Ｒに向けて反射する。全反射ミラー８ｂ及び全反射ミラー８ｃは、青色照明光Ｂを光変調装置４Ｂに導く。緑色照明光Ｇは、ダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色照明光Ｂの光路中におけるダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。

光変調装置４Ｒは、赤色照明光Ｒを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色照明光Ｇを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色照明光Ｂを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。

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及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。なお、本実施形態において、液晶パネルの入射側における偏光板の透過軸は、色分離光学系３に対するＳ偏光に対応している。

また、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。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの各画像光が入射する。合成光学系５は、各画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学装置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。

投射光学装置６は、投射レンズ群からなり、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が表示される。

続いて、照明装置２の構成について説明する。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、赤色用光源部（第１レーザー光源部）２０Ｒと、青色用光源部（第２レーザー光源部）２０Ｂと、緑色用光源部（第３レーザー光源部）２０Ｇと、光合成素子２１と、所定帯域位相差板２４と、集光レンズ２２と、拡散素子２３と、ピックアップレンズ２５と、均一化照明光学系３５と、を備える。

本実施形態において、赤色用光源部２０Ｒ、光合成素子２１及び青色用光源部２０Ｂは、赤色用光源部２０Ｒの光軸ａｘ１上に並んで配置されている。緑色用光源部２０Ｇ、光合成素子２１、集光レンズ２２、拡散素子２３、ピックアップレンズ２５及び均一化照明光学系３５は、照明装置２の照明光軸ａｘ２上に並んで配置されている。光軸ａｘ１と照明光軸ａｘ２とは、互いに直交している。なお、青色用光源部２０Ｂの光軸は赤色用光源部２０Ｒの光軸ａｘ１と一致しており、緑色用光源部２０Ｇの光軸は照明光軸ａｘ２と一致している。

赤色用光源部２０Ｒはマルチエミッターパッケージで構成されている。赤色用光源部２０Ｒは、基板１１と、基板１１上にマトリクス状に配列された複数の赤色発光素子１２と、フレーム１３と、カバーガラス１４とを備えている。基板１１は、例えば銅等の熱伝導率の高い金属で構成されている。

複数の赤色発光素子１２は、基板１１とフレーム１３とカバーガラス１４とに囲まれた空間に収容されている。本実施形態の赤色用光源部２０Ｒは例えば、２０個の赤色発光素子１２を含む。赤色発光素子１２は、例えば、ピーク波長が６３５ｎｍ±２０ｎｍとなる第１の波長帯のレーザー光としての赤色光線Ｋｒを射出する半導体レーザーから構成される。本実施形態において、赤色発光素子１２から射出される赤色光線Ｋｒは直線偏光である。より具体的に赤色光線Ｋｒは色分離光学系３に対するＳ偏光に相当し、光変調装置４Ｒを構成する液晶パネルの入射側偏光板を透過可能である。以下、色分離光学系３に対するＳ偏光を単に「Ｓ偏光」と呼ぶ。

フレーム１３はカバーガラス１４を基板１１に取り付ける。カバーガラス１４には、複数のコリメーターレンズ１４ａが一体に設けられている。コリメーターレンズ１４ａは凸レンズで構成されている。コリメーターレンズ１４ａは、対応する赤色発光素子１２から射出された赤色光線Ｋｒを平行化する。コリメーターレンズ１４ａは、カバーガラス１４と別体であってもよい。

このような構成に基づいて、赤色用光源部２０Ｒは、複数の赤色光線Ｋｒを含む平行光線束からなる赤色光（第１の光）ＬＲを光合成素子２１に向けて射出するようになっている。

続いて、青色用光源部２０Ｂの構成について説明する。
青色用光源部２０Ｂは、複数の青色用発光パッケージ１７を含む。本実施形態の青色用光源部２０Ｂは、青色用発光パッケージ１７を３つ備えている。

本実施形態において、各青色用発光パッケージ１７は、ＣＡＮパッケージタイプの半導体レーザーから構成されている。図２に示すように、３つの青色用発光パッケージ１７は、光軸ａｘ１と直交する面内において光軸ａｘ１に対して軸対称に配置されている。

具体的に、青色用発光パッケージ１７は内部に収容された一つの青色発光素子１８と、コリメーターレンズ１９とを有する。青色発光素子１８は、例えばピーク波長が４５５ｎｍ±２０ｎｍとなる第３の波長帯のレーザー光としての青色光線Ｋｂを射出する半導体レーザーから構成される。本実施形態において、青色発光素子１８から射出される青色光線Ｋｂは直線偏光である。より具体的に青色光線Ｋｂは色分離光学系３に対するＳ偏光に相当し、光変調装置４Ｂを構成する液晶パネルの入射側偏光板を透過可能である。

コリメーターレンズ１９は、青色発光素子１８から射出された青色光線Ｋｂを平行化する。なお、コリメーターレンズ１９は、青色用発光パッケージ１７とは別体で構成してもよい。

このような構成に基づいて、青色用光源部２０Ｂは、複数の青色光線Ｋｂを含む平行光線束からなる青色光（第２の光）ＬＢを光合成素子２１に向けて射出するようになっている。

続いて、緑色用光源部２０Ｇの構成について説明する。緑色用光源部２０Ｇは、射出する光の波長が異なる以外、赤色用光源部２０Ｒと同様の構成を有している。そのため、赤色用光源部２０Ｒと同様の構成については同じ符号を付して説明する。

具体的に、緑色用光源部２０Ｇは、赤色用光源部２０Ｒと同様、マルチエミッターパッケージから構成されており、基板１１と、基板１１上にマトリクス状に配列された複数の緑色発光素子１６と、フレーム１３と、カバーガラス１４とを備えている。

複数の緑色発光素子１６は、基板１１とフレーム１３とカバーガラス１４とに囲まれた空間に収容されている。本実施形態の緑色用光源部２０Ｇは例えば、２０個の緑色発光素子１６を含む。緑色発光素子１６は、例えば、ピーク波長が５５０ｎｍ±３０ｎｍとなる第２の波長帯のレーザー光としての緑色光線Ｋｇを射出する半導体レーザーから構成される。緑色発光素子１６から射出された緑色光線Ｋｇは、カバーガラス１４に設けられた対応するコリメーターレンズ１４ａにより平行化される。本実施形態において、緑色発光素子１６から射出される緑色光線Ｋｇは直線偏光である。より具体的に緑色光線Ｋｇは色分離光学系３に対するＰ偏光に相当する。緑色光線Ｋｇは後述の所定帯域位相差板２４でＳ偏光に変換されることで光変調装置４Ｇを構成する液晶パネルの入射側偏光板を透過可能である。以下、色分離光学系３に対するＰ偏光を単に「Ｐ偏光」と呼ぶ。

このような構成に基づいて、緑色用光源部２０Ｇは、複数の緑色光線Ｋｇを含む平行光線束からなる緑色光（第３の光）ＬＧを光合成素子２１に向けて射出するようになっている。本実施形態において、緑色用光源部２０Ｇから射出される緑色光ＬＧは、赤色用光源部２０Ｒから射出される赤色光ＬＲと青色用光源部２０Ｂから射出される青色光ＬＢと異なる偏光方向を持つ。

ところで、半導体レーザー素子の発光効率は発光色毎に異なるため、半導体レーザー素子の光出力も発光色毎に異なる。青色発光素子１８の発光効率は、緑色発光素子１６の発光効率および赤色発光素子１２の発光効率よりも高い。そのため、青色発光素子１８の光出力は、緑色発光素子１６の光出力および赤色発光素子１２の光出力よりも高い。なお、一つの発光装置が複数の発光素子（半導体レーザー素子）を備えている場合、発光装置の光出力は、複数の発光素子の光出力の合計と等しくなる。

本実施形態の照明装置２では、例えば、明るさが６０００ｌｍの白色光を得るために、赤色用光源部２０Ｒおよび緑色用光源部２０Ｇにおける発光素子の数をそれぞれ２０個、青色用光源部２０Ｂにおける発光素子の数を３個とした。

光合成素子２１は、赤色用光源部２０Ｒ、青色用光源部２０Ｂおよび緑色用光源部２０Ｇから射出されるＲＧＢ各色の光である赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢをそれぞれ合成する。光合成素子２１は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。光合成素子２１は、クロスダイクロイックプリズムを構成する４つのプリズムの間に設けられた、第１のダイクロイックミラー２１ａと第２のダイクロイックミラー２１ｂとを含む。

第１のダイクロイックミラー２１ａ及び第２のダイクロイックミラー２１ｂは、それぞれ光軸ａｘ１及び照明光軸ａｘ２に対して４５°で交差するように配置されている。また、第１のダイクロイックミラー２１ａ及び第２のダイクロイックミラー２１ｂは、互いに４５°の角度をなすように交差する。

第１のダイクロイックミラー２１ａは、赤色光ＬＲを反射するとともに、緑色光ＬＧ及び青色光Ｌｂを透過させる光学特性を有している。第２のダイクロイックミラー２１ｂは、青色光ＬＢを反射するとともに、赤色光ＬＲ及び緑色光ＬＧを透過させる光学特性を有している。本実施形態では、緑色光ＬＧがＰ偏光として入射するため、上述の光学特性を有した第１のダイクロイックミラー２１ａおよび第２のダイクロイックミラー２１ｂの設計が容易となる。

このような構成に基づき、光合成素子２１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを合成した合成光ＳＬを所定帯域位相差板２４に向けて射出するようになっている。

所定帯域位相差板２４は１／２波長板である。より具体的に、本実施形態の所定帯域位相差板２４は、緑色光ＬＧにおける波長帯の光の位相を変化させる緑色狭帯域の１／２位相差板から構成される。これにより、所定帯域位相差板２４は、入射する合成光ＳＬのうち緑色光ＬＧの位相を選択的に変化させる。合成光ＳＬは、所定帯域位相差板２４を透過することで合成光ＳＬ１に変換される。

具体的に、合成光ＳＬに含まれる緑色光ＬＧはＰ偏光であるため、所定帯域位相差板２４を透過することでＳ偏光の緑色光ＬＧｓに変換される。一方、合成光ＳＬの残り成分である赤色光ＬＲおよび青色光ＬＢは所定帯域位相差板２４を透過しても偏光方向が変化せず、Ｓ偏光のままとなる。従って、所定帯域位相差板２４を透過した合成光ＳＬ１は、Ｓ偏光の赤色光ＬＲと、Ｓ偏光の緑色光ＬＧｓと、Ｓ偏光の青色光ＬＢとで構成される。したがって、所定帯域位相差板２４の後段において、合成光ＳＬ１に含まれる光の偏光方向が揃っている。

続いて、所定帯域位相差板２４を透過した合成光ＳＬ１は、集光レンズ２２で集光された状態で拡散素子２３に入射する。拡散素子２３は、集光レンズ２２の射出側に配置される。拡散素子２３は、合成光ＳＬ１を拡散させることにより、画質を低下させるスペックルの発生を抑制する。

なお、拡散素子２３としては、公知の拡散板、例えば、磨りガラスや、ホログラフィックディフューザー、透明基板の表面にブラスト処理を施したもの、透明基板の内部にビーズのような散乱材を分散させ、散乱材によって光を散乱させるものなどを用いることができる。

また、拡散素子２３を所定の回転軸の回りに回転させる構成を採用してもよい。このように拡散素子２３を回転させることで、該拡散素子２３を透過する光の拡散状態を時間的に変化させることでスペックルパターンが時間的に変化するようになる。よって、時間平均されたスペックルパターンが観察者に認識されるため、拡散素子２３を回転させない場合よりもスペックルノイズを目立ち難くすることができる。

拡散素子２３で拡散された合成光ＳＬ１はピックアップレンズ２５により平行化されて均一化照明光学系３５に入射する。均一化照明光学系３５は、第１のレンズアレイ３０と、第２のレンズアレイ３１と、重畳レンズ３２とを含む。

第１のレンズアレイ３０は、拡散素子２３から射出された合成光ＳＬ１を複数の部分光線束に分割するための複数の第１小レンズ３０ａを有する。複数の第１小レンズ３０ａは、照明装置２の照明光軸ａｘ２と直交する面内にアレイ状に配列されている。

第２のレンズアレイ３１は、複数の第２小レンズ３１ａを有する。複数の第２小レンズ３１ａの各々は複数の第１小レンズ３０ａに対応している。第２のレンズアレイ３１は、重畳レンズ３２とともに、第１のレンズアレイ３０の各第１小レンズ３０ａの像を被照明領域である各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の近傍に重畳させる。

以上のように、本実施形態の照明装置２は、偏向方向が揃った合成光ＳＬ１を白色の照明光ＷＬとして各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域に向けて射出する。つまり、本実施形態の照明装置２によれば、偏向方向が揃った白色の照明光ＷＬを生成することができる。そのため、照明光ＷＬの偏光方向を各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを構成する液晶パネルの偏光板の透過軸方向に揃える必要がない。よって、従来の偏光方向が揃っていない照明光を用いる場合に用いられていた偏光変換素子を省略できる。一般的に偏光変換素子はコストが高い。そのため、本実施形態の照明装置２によれば、偏光変換素子を省略することでコスト低減を図ることができる。

また、偏光変換素子は現状における製造技術的な制約から小型化が難しいため、偏光変換素子を用いた場合、装置構成が大型化するという問題があった。これに対し、本実施形態の照明装置２によれば、偏光変換素子を省略することで装置構成の小型化を図ることができる。

以上のように、本実施形態のプロジェクター１は、小型かつ低コストの照明装置２を備えるので、プロジェクター自体の小型化および低コスト化を実現することができる。また、照明装置２はスペックルノイズの発生が少なく、ホワイトバランスに優れたものであるため、スペックルノイズの少ない画像を投射することができる。

（第二実施形態）
続いて、第二実施形態に係る照明装置について説明する。本実施形態において、第一実施形態と共通の部材及び構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図３は本実施形態の照明装置の概略構成を示す図である。図３に示すように、照明装置１０２は、光源装置４０と、光合成分離素子４１と、第１の位相差板４２と、第１の集光光学系４３と、第１の拡散素子４４と、第２の位相差板４５と、第２の集光光学系４６と、第２の拡散素子４７と、所定帯域位相差板４８と、均一化照明光学系３５と、を備える。

以下、照明装置１０２から照明光が射出される方向をＹ方向とし、光源装置４０から光が射出される方向をＸ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向と垂直な方向をＺ方向として説明する。光源装置４０の光軸ａｘはＸ軸と平行であり、照明光軸ａｘ２はＹ軸と平行である。

本実施形態において、光源装置４０、光合成分離素子４１、第２の位相差板４５、第２の集光光学系４６および第２の拡散素子４７は光源装置４０の光軸ａｘ上に並んで配置されている。第１の拡散素子４４、第１の集光光学系４３、第１の位相差板４２、光合成分離素子４１、所定帯域位相差板４８および均一化照明光学系３５は照明装置１０２の照明光軸ａｘ２上に並んで配置されている。光軸ａｘと照明光軸ａｘ２とは、互いに直交している。

図４は、光源装置４０の斜視図である。図４においては、図面を見やすくするため、一部の半導体レーザーの台座の図示を省略する。図５は光源装置４０を光の射出方向から見た正面図である。
図４および図５に示すように、光源装置４０は、赤色レーザー光源部（第１レーザー光源部）５０Ｒと、緑色レーザー光源部（第２レーザー光源部）５０Ｇと、青色レーザー光源部（第３レーザー光源部）５０Ｂと、を備えている。赤色レーザー光源部５０Ｒ、緑色レーザー光源部５０Ｇおよび青色レーザー光源部５０Ｂは保持部材５３で一体に保持されている。なお、保持部材５３の材料は特に限定されないが、例えば熱伝導率が高い金属が望ましい。

赤色レーザー光源部５０Ｒは、複数の赤色半導体レーザー素子５１Ｒ（第１レーザー素子）で構成される。緑色レーザー光源部５０Ｇは、複数の緑色半導体レーザー素子５１Ｇ（第２レーザー素子）で構成される。青色レーザー光源部５０Ｂは、少なくとも一つの青色半導体レーザー素子５１Ｂ（第３レーザー素子）で構成される。

本実施形態の光源装置４０では、例えば、明るさが１０００ｌｍの白色光を得るために、
赤色半導体レーザー素子５１Ｒを３個、緑色半導体レーザー素子５１Ｇを３個、青色半導体レーザー素子５１Ｂを１個有している。なお、青色レーザー光源部５０Ｂは複数の青色半導体レーザー素子５１Ｂを備えていてもよく、少なくとも一つの青色半導体レーザー素子５１Ｂを備えていればよい。また、赤色半導体レーザー素子５１Ｒおよび緑色半導体レーザー素子５１Ｇの個数は必ずしも３個でなくてもよい。また、赤色半導体レーザー素子５１Ｒの個数と緑色半導体レーザー素子５１Ｇの個数とが異なっていてもよい。

赤色半導体レーザー素子５１Ｒは、例えば、ピーク波長が６３５ｎｍ±２０ｎｍとなる第１の波長帯のレーザー光としての赤色光線ＫＲを射出する。緑色半導体レーザー素子５１Ｇは、例えば、ピーク波長が５５０ｎｍ±３０ｎｍとなる第２の波長帯のレーザー光としての緑色光線ＫＧを射出する。青色半導体レーザー素子５１Ｂは、例えば、ピーク波長が４５５ｎｍ±２０ｎｍとなる第３の波長帯のレーザー光としての青色光線ＫＢを射出する。

このような構成に基づいて、赤色レーザー光源部５０Ｒは、３個の赤色半導体レーザー素子５１Ｒから射出される３本の赤色光線ＫＲで構成された赤色光（第１の光）ＬＲ１を射出するようになっている。また、緑色レーザー光源部５０Ｇは、３個の緑色半導体レーザー素子５１Ｇから射出される３本の緑色光線ＫＧで構成された緑色光（第２の光）ＬＧ１を射出するようになっている。また、青色レーザー光源部５０Ｂは、１個の青色半導体レーザー素子５１Ｂから射出される１本の青色光線ＫＢで構成された青色光（第３の光）ＬＢ１を射出するようになっている。

赤色半導体レーザー素子５１Ｒ、緑色半導体レーザー素子５１Ｇおよび青色半導体レーザー素子５１Ｂのそれぞれは、ＣＡＮパッケージタイプの半導体レーザーで構成されている。

図５に示すように、赤色半導体レーザー素子５１Ｒ、緑色半導体レーザー素子５１Ｇおよび青色半導体レーザー素子５１Ｂには、それぞれ一つ以上の半導体レーザーチップ５２Ｒ、一つ以上の半導体レーザーチップ５２Ｇ、または一つ以上の半導体レーザーチップ５２Ｂが収容されている。また、図３に示すように、赤色半導体レーザー素子５１Ｒ、緑色半導体レーザー素子５１Ｇおよび青色半導体レーザー素子５１Ｂは、光射出面にコリメーターレンズが一体に設けられている。これにより、赤色半導体レーザー素子５１Ｒ、緑色半導体レーザー素子５１Ｇおよび青色半導体レーザー素子５１Ｂは平行光を射出可能である。

なお、図５では、各半導体レーザー素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂにおいて、一つの半導体レーザーチップ５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂがそれぞれ内部に収容されているが、複数の半導体レーザーチップ５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂがそれぞれ内部に収容される構成でもよい。

図５に示すように、半導体レーザー素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂのうち、青色半導体レーザー素子５１Ｂは、光源装置４０の中心部に位置するように保持部材５３に配置されている。複数の緑色半導体レーザー素子５１Ｇおよび複数の赤色半導体レーザー素子５１Ｒは、青色半導体レーザー素子５１Ｂを取り囲むように、保持部材５３における青色半導体レーザー素子５１Ｂの周辺領域に配置されている。

緑色半導体レーザー素子５１Ｇと赤色半導体レーザー素子５１Ｒとは、青色半導体レーザー素子５１Ｂを中心とする仮想円上に位置するように保持部材５３に配置されている。緑色半導体レーザー素子５１Ｇと赤色半導体レーザー素子５１Ｒとは、仮想円の周方向に沿って交互に設けられている。

なお、当該仮想円の中心は、青色レーザー光源部５０Ｂの青色光ＬＢの光の中心軸に一致していてもよい。個々の赤色半導体レーザー素子５１Ｒが射出する赤色光線ＫＲの光の中心軸は、当該仮想円上にあってもよい。個々の緑色半導体レーザー素子５１Ｇが射出する緑色光線ＫＧの光の中心軸は、当該仮想円上にあってもよい。

以上の配置により、本実施形態の光源装置４０において、赤色半導体レーザー素子５１Ｒ、緑色半導体レーザー素子５１Ｇおよび青色半導体レーザー素子５１Ｂの発光中心同士を結んだ複数の直線ｍが互いになす角度は、互いに等しく、全て６０°である。
また、３本の直線ｍが、青色半導体レーザー素子５１Ｂの青色光ＬＢの光の中心軸の周囲に形成する角度をそれぞれ中心角としたそれぞれの扇形の円弧の長さは、互いに等しい。なお、複数の扇形の中心角は、互いに等しく、全て６０°である。同様に、３本の直線ｍが、半導体レーザーチップ５２Ｂおよびその近傍に形成する角度をそれぞれ中心角としたそれぞれの扇形の円弧の長さは、互いに等しい。なお、複数の扇形の中心角は、互いに等しく、全て６０°である。

このように、複数の緑色半導体レーザー素子５１Ｇは、青色半導体レーザー素子５１Ｂの周辺領域において、青色光ＬＢ１の中心軸の周りに回転対称に設けられている。また、複数の赤色半導体レーザー素子５１Ｒは、青色半導体レーザー素子５１Ｂの周辺領域において、青色光ＬＢ１の中心軸の周りに回転対称に設けられている。
複数の緑色半導体レーザー素子５１Ｇが、青色半導体レーザー素子５１Ｂを囲むように、青色光ＬＢ１の中心軸の周りに回転対称に設けられる、とは、上述したような配置、位置関係を満たしていればよい。また同様に、複数の赤色半導体レーザー素子５１Ｒが、青色半導体レーザー素子５１Ｂを囲むように、青色光ＬＢ１の中心軸の周りに回転対称に設けられる、とは、上述したような配置、位置関係を満たしていればよい。

本実施形態において、赤色半導体レーザー素子５１Ｒおよび緑色半導体レーザー素子５１Ｇと、青色半導体レーザー素子５１Ｂとは、互いに異なる方向の直線偏光を射出する向きで配置されている。赤色半導体レーザー素子５１Ｒおよび緑色半導体レーザー素子５１Ｇは、図１に示した色分離光学系３に対するＰ偏光を射出し、青色半導体レーザー素子５１Ｂは、図１に示した色分離光学系３に対するＳ偏光を射出する。また、赤色光ＬＲ１および緑色光ＬＧ１は後述の光合成分離素子４１に対してＰ偏光として入射し、青色光ＬＢ１は後述の光合成分離素子４１に対してＳ偏光として入射する。

以上の構成により、本実施形態の光源装置４０は、図３に示すように、赤色光ＬＲ１、緑色光ＬＧ１および青色光ＬＢ１を含む白色の光ＬＷをＸ方向（第１方向）に向けて射出する。光源装置４０から射出された白色の光ＬＷは、光合成分離素子４１に入射する。

光合成分離素子４１に入射する光ＬＷのうち、赤色光ＬＲ１および緑色光ＬＧ１は光合成分離素子４１に対してＰ偏光として入射し、青色光ＬＢ１は光合成分離素子４１に対してＳ偏光として入射する。光合成分離素子４１は偏光ビームスプリッターで構成され、光ＬＷを、偏光ビームスプリッターに対するＳ偏光である青色光ＬＢ１とＰ偏光である赤色光ＬＲ１および緑色光ＬＧ１とに分離する偏光分離機能を有する。

具体的に、光合成分離素子４１は、Ｓ偏光である青色光ＬＢ１を反射させ、Ｐ偏光である赤色光ＬＲ１および緑色光ＬＧ１を透過させる。これにより、光合成分離素子４１は、光ＬＷを、青色光ＬＢ１と、赤色光ＬＲ１および緑色光ＬＧ１とに分離する。

光合成分離素子４１で反射されたＳ偏光の青色光ＬＢ１は第１の位相差板４２に入射する。第１の位相差板４２は１／４波長板から構成される。したがって、Ｓ偏光である青色光ＬＢ１は、この第１の位相差板４２によって、例えば、右回り円偏光の青色光ＬＢｃ１に変換された後、第１の集光光学系４３に入射する。第１の集光光学系４３は、青色光ＬＢｃ１を第１の拡散素子４４上に集光する。第１の拡散素子４４は、光反射型の拡散板４４ａと、拡散板４４ａを回転させる駆動部４４ｂとを含む。

一方、光合成分離素子４１を透過したＰ偏光の赤色光ＬＲ１および緑色光ＬＧ１は第２の位相差板４５に入射する。第２の位相差板４５は１／４波長板から構成される。したがって、Ｐ偏光である赤色光ＬＲ１および緑色光ＬＧ１は、この第２の位相差板４５によって、例えば、右回り円偏光の赤色光ＬＲｃ１および緑色光ＬＧｃ１にそれぞれ変換された後、第２の集光光学系４６に入射する。第２の集光光学系４６は、赤色光ＬＲｃ１および緑色光ＬＧｃ１を第２の拡散素子４７上に集光して入射する。第２の拡散素子４７は、光反射型の拡散板４７ａと、拡散板４７ａを回転させる駆動部４７ｂとを含む。本実施形態において、第２の拡散素子４７における拡散板４７ａの拡散角度は、第１の拡散素子４４における拡散板４４ａの拡散角度よりも小さい。

ところで、青色光ＬＢ１は、光源装置４０の中央に配置された１個の青色半導体レーザー素子５１Ｂから射出された１本の青色光線ＫＢで構成される。これに対して、緑色光ＬＧ１は、青色光ＬＢ１の中心軸の周りに回転対称に設けられた３個の緑色半導体レーザー素子５１Ｇから射出された３本の緑色光線ＫＧで構成される。同様に、赤色光ＬＲ１は、青色光ＬＢの中心軸の周りに回転対称に設けられた３個の赤色半導体レーザー素子５１Ｒから射出された３本の赤色光線ＫＲで構成される。

図６Ａは第１の拡散素子４４における光の拡散状態を示す図であり、図６Ｂは第２の拡散素子４７における光の拡散状態を示す図である。
本実施形態の光源装置４０から射出された光ＬＷにおいて、青色光ＬＢ１（青色光ＬＢｃ１）の光束幅Ｈ１は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、緑色光ＬＧ１（緑色光ＬＧｃ１）および赤色光ＬＲ１（赤色光ＬＲｃ１）の光束幅Ｈ２よりも細い。したがって、第１の拡散素子４４に対する青色光ＬＢｃ１の入射角度αは第２の拡散素子４７に対する緑色光ＬＧｃ１および赤色光ＬＲｃ１の入射角度βよりも小さくなる。

ここで、仮に第１の拡散素子４４における青色光ＬＢ１の拡散角度と、第２の拡散素子４７における緑色光ＬＧ１および赤色光ＬＲ１の拡散角度とが同じであったとすると、青色光ＬＢ１は、緑色光ＬＧ１および赤色光ＬＲ１に比べて、入射角度αが小さい分だけ、拡散角度分布が小さくなり、スペックルノイズの抑制効果が小さくなってしまう。

これに対し、本実施形態の照明装置１０２では、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、第１の拡散素子４４における青色光ＬＢ１（青色光ＬＢｃ１）の拡散角度α１が第２の拡散素子４７における赤色光ＬＲ１（赤色光ＬＲｃ１）および緑色光ＬＧ１（緑色光ＬＧｃ１）の拡散角度β１よりも大きい。

したがって、第１の拡散素子４４に対する入射角度αの小さい青色光ＬＢ１（青色光ＬＢｃ１）は、第２の拡散素子４７に対する入射角度βが大きい赤色光ＬＲ１（赤色光ＬＲｃ１）および緑色光ＬＧ１（緑色光ＬＧｃ１）に対して、入射角度が小さくても、拡散角度分布を同等に大きくすることができ、スペックルノイズの抑制効果を十分に得ることができる。さらに、第1のレンズアレイ３０に入射する光束径が大きくなることで重畳性能が向上するため、結果的に均一化照明光学系３５による均一化も改善される。

以下、第１の拡散素子４４によって拡散反射された青色光ＬＢｃ１を青色光ＢＬｃ２と称する。また、第２の拡散素子４７によって拡散反射された赤色光ＬＲｃ１を赤色光ＬＲｃ２と称し、第２の拡散素子４７によって拡散反射された緑色光ＬＧｃ１を緑色光ＬＧｃ２と称する。

本実施形態の照明装置１０２によれば、青色光ＬＢｃ１を第１の拡散素子４４で拡散反射させることでスペックルの発生を抑制した青色光ＬＢｃ２が得られる。例えば、右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１は左回り円偏光の青色光ＬＢｃ２として反射される。青色光ＬＢｃ２は第１の集光光学系４３によって平行光に変換された後に再び第１の位相差板４２に入射する。左回り円偏光の青色光ＬＢｃ２は、第１の位相差板４２によってＰ偏光の青色光ＬＢｐに変換される。Ｐ偏光の青色光ＬＢｐは、光合成分離素子４１を透過する。

また、本実施形態の照明装置１０２によれば、赤色光ＬＲｃ１を第２の拡散素子４７で拡散反射させることでスペックルの発生を抑制した赤色光ＬＲｃ２が得られる。例えば、左回り円偏光の赤色光ＬＲｃ１は右回り円偏光の赤色光ＬＲｃ２として反射される。赤色光ＬＲｃ２は第２の集光光学系４６によって平行光に変換された後に再び第２の位相差板４５に入射する。右回り円偏光の赤色光ＬＲｃ２は、第２の位相差板４５によってＳ偏光の赤色光ＬＲｓに変換される。Ｓ偏光の赤色光ＬＲｓは光合成分離素子４１で反射される。

また、本実施形態の照明装置１０２によれば、緑色光ＬＧｃ１を第２の拡散素子４７で拡散反射させることでスペックルの発生を抑制した緑色光ＬＧｃ２が得られる。例えば、左回り円偏光の緑色光ＬＧｃ１は右回り円偏光の緑色光ＬＧｃ２として反射される。緑色光ＬＧｃ２は第２の集光光学系４６によって平行光に変換された後に再び第２の位相差板４５に入射する。右回り円偏光の緑色光ＬＧｃ２は、第２の位相差板４５によってＳ偏光の緑色光ＬＧｓに変換される。Ｓ偏光の緑色光ＬＧｓは光合成分離素子４１で反射される。

このように赤色光ＬＲｓ、緑色光ＬＧｓおよび青色光ＬＢｐは、光合成分離素子４１から互いに同一方向に向けて射出される。したがって、赤色光ＬＲｓ、緑色光ＬＧｓおよび青色光ＬＢｐは、光合成分離素子４１で互いに合成されて白色の合成拡散光ＬＷ１を生成する。

このような構成に基づき、光合成分離素子４１は、赤色光ＬＲｓ、緑色光ＬＧｓおよび青色光ＬＢｐを合成した合成拡散光ＬＷ１を所定帯域位相差板４８に向けて射出するようになっている。

所定帯域位相差板４８は１／２波長板である。より具体的に、本実施形態の所定帯域位相差板４８は、青色光ＬＢ１における波長帯の光の位相を変化させる青色狭帯域の１／２位相差板から構成される。すなわち、所定帯域位相差板２４は、入射する合成拡散光ＬＷ１のうち青色光ＬＢ１の位相を選択的に変化させる。合成拡散光ＬＷ１は、所定帯域位相差板４８を透過することで合成拡散光ＬＷ２に変換される。

具体的に、合成拡散光ＬＷ１に含まれる青色光ＬＢｐはＰ偏光であるため、所定帯域位相差板４８を透過することでＳ偏光の青色光ＬＢｓに変換される。一方、合成拡散光ＬＷ１の残り成分である赤色光ＬＲｓおよび緑色光ＬＧｓは所定帯域位相差板４８を透過しても偏光方向が変化せず、Ｓ偏光のままとなる。従って、所定帯域位相差板４８を透過した合成拡散光ＬＷ１は、Ｓ偏光の赤色光ＬＲｓと、Ｓ偏光の緑色光ＬＧｓと、Ｓ偏光の青色光ＬＢｓとで構成される。したがって、所定帯域位相差板４８の後段において、合成拡散光ＬＷ２に含まれる光の偏光方向が揃っている。所定帯域位相差板４８を透過した合成拡散光ＬＷ２は均一化照明光学系３５に入射する。

以上のように、本実施形態の照明装置１０２は、偏向方向が揃った合成拡散光ＬＷ２を白色の照明光ＷＬとして各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域に向けて射出する。つまり、本実施形態の照明装置１０２においても、偏向方向が揃った白色の照明光ＷＬを生成することができる。したがって、本実施形態においても、偏光変換素子を省略することで小型化および低コスト化を図った照明装置１０２を実現できる、小型化および低コスト化を図りつつ、スペックルノイズの少ない画像を投射可能なプロジェクターを実現できる、といった第一実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
上記実施形態では、３つの光変調装置を備えるプロジェクターを例示したが、一つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスが用いられてもよい。

また、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、２，１０２…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、２０Ｒ…赤色用光源部（第１レーザー光源部）、２０Ｂ…青色用光源部（第２レーザー光源部）、２０Ｇ…緑色用光源部（第３レーザー光源部）、２１…光合成素子、２３…拡散素子、２４，４８…所定帯域位相差板、４０…光源装置、４１…光合成分離素子、４２…第１の位相差板、４４…第１の拡散素子、４５…第２の位相差板、４７…第２の拡散素子、５０Ｒ…赤色レーザー光源部（第１レーザー光源部）、５０Ｇ…緑色レーザー光源部（第２レーザー光源部）、５０Ｂ…青色レーザー光源部（第３レーザー光源部）、ＬＲ…赤色光（第１の光）、ＬＢ…青色光（第２の光）、ＬＧ…緑色光（第３の光）、ＬＲ１…赤色光（第１の光）、ＬＧ１…緑色光（第２の光）、ＬＢ１…青色光（第３の光）、ＬＷ…光、ＬＷ１，ＬＷ２…合成拡散光、α１，β１…拡散角度、ＳＬ，ＳＬ１…合成光。

Claims (9)

1. 第１の波長帯の第１の偏光を射出する第１レーザー光源部と、
   第２の波長帯の第２の偏光を射出する第２レーザー光源部と、
   前記第１の偏光および前記第２の偏光と異なる偏光方向を持つ第３の波長帯の第３の偏
   光を射出する第３レーザー光源部と、
   前記第１の偏光、前記第２の偏光、および前記第３の偏光を合成して合成光を生成する
   光合成素子と、
   前記光合成素子の後段に設けられ、前記合成光のうちの前記第３の波長帯の光の位相を
   変化させる所定帯域位相差板と、
   を備え、
   前記所定帯域位相差板の後段において、前記合成光に含まれる光の偏光方向が揃ってい
   る照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記所定帯域位相差板の後段に設けられた拡散素子をさらに備える照明装置。
3. 請求項１または２に記載の照明装置であって、
   前記所定帯域位相差板は１／２波長板である照明装置。
4. 第１の波長帯の第１の光を射出する第１レーザー光源部と、第２の波長帯の第２の光を
   射出する第２レーザー光源部と、前記第１の光および前記第２の光と異なる偏光方向を持
   つ第３の波長帯の第３の光を射出する第３レーザー光源部と、を備え、前記第１の光と前
   記第２の光と前記第３の光とを含む光を射出する光源装置と、
   前記光源装置から射出された前記光を、前記第３の光と、前記第１の光および前記第２
   の光と、に分離する光合成分離素子と、
   前記光合成分離素子で分離した前記第３の光が入射する第１の拡散素子と、
   前記第１の拡散素子と前記光合成分離素子との間に設けられる第１の位相差板と、
   前記光合成分離素子で分離した前記第１の光および前記第２の光がそれぞれ入射する第
   ２の拡散素子と、
   前記第２の拡散素子と前記光合成分離素子との間に設けられる第２の位相差板と、
   前記光合成分離素子の後段に設けられる所定帯域位相差板と、
   を備え、
   前記光合成分離素子は、前記第１の拡散素子による前記第３の光における拡散光と、前
   記第２の拡散素子による前記第１の光および前記第２の光における拡散光と、を合成して
   合成拡散光を生成し、
   前記所定帯域位相差板は、前記合成拡散光のうちの前記第３の波長帯の光の位相を変化
   させ、
   前記所定帯域位相差板の後段において、前記合成拡散光に含まれる光の偏光方向が揃っ
   ている照明装置。
5. 請求項４に記載の照明装置であって、
   前記第１の光、前記第２の光、および前記第３の光は、第１方向に射出され、
   前記第１レーザー光源部は複数の第１レーザー素子で構成され、前記第２レーザー光源
   部は複数の第２レーザー素子で構成され、前記第３レーザー光源部は少なくとも一つの第
   ３レーザー素子で構成されており、
   前記第１レーザー素子の個数は、前記第３レーザー素子の個数よりも多く、
   前記第１レーザー素子は、前記第３レーザー素子を囲むように、前記第３の光の中心軸
   の周りに回転対称に設けられ、
   前記第２レーザー素子の個数は、前記第３レーザー素子の個数よりも多く、
   前記第２レーザー素子は、前記第３レーザー素子を囲むように、前記第３の光の前記中
   心軸の周りに回転対称に設けられている照明装置。
6. 請求項５に記載の照明装置であって、
   前記第１の光は赤色であり、
   前記第２の光は緑色であり、
   前記第３の光は青色であり、
   前記光源部は、３個の前記第１レーザー素子と、３個の前記第２レーザー素子と、１個
   の前記第３レーザー素子と、を備える照明装置。
7. 請求項５または６に記載の照明装置であって、
   前記第１の拡散素子における前記第３の光の拡散角度は、前記第２の拡散素子における
   前記第１の光および前記第２の光の拡散角度よりも大きい照明装置。
8. 請求項４から７のいずれか一項に記載の照明装置であって、
   前記所定帯域位相差板は１／２波長板であり、
   前記第１の位相差板および前記第２の位相差板は１／４波長板である照明装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の照明装置と、
   前記照明装置からの光を変調する光変調装置と、
   前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
   を備えるプロジェクター。

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