JP2021086009A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】被照明領域中央部での照度低下が少なく、小型の光源装置を提供する。【解決手段】本願の光源装置は、第１光源と、第２光源と、第３光源と、第４光源と、拡散素子と、第１光路変更素子と、第２光路変更素子と、第３光路変更素子と、第４光路変更素子と、を備える。第１光源は、第１光源像を拡散素子上の第１位置に形成し、第２光源は、第２光源像を拡散素子上の第２位置に形成し、第３光源は、第３光源像を拡散素子上の第３位置に形成し、第４光源は、第４光源像を拡散素子上の第４位置に形成する。第１光源像の長手方向および第３光源像の長手方向は、拡散素子上の第１方向に沿い、第２光源像の長手方向および第４光源像の長手方向は、拡散素子上の第１方向に直交する第２方向に沿い、第１の光の光路上に第１位相差板が設けられ、第３の光の光路上に第２位相差板が設けられている。【選択図】図４

Description

本願は、光源装置およびプロジェクターに関する。

プロジェクターに用いる光源装置として、レーザー光源が注目されている。下記の特許文献１には、複数の発光点を有するレーザー光源と、複数の発光点から射出された複数のレーザー光を集光する集光レンズと、集光レンズによって集光された複数のレーザー光の各々の拡散角を広げる拡散素子と、を備えたレーザー光源装置が開示されている。

特開２００８−９６７７７号公報

特許文献１の光源装置において、小型化を図るため、例えば集光レンズを省いてレーザー光源から拡散素子までの距離を短くすると、拡散角の広い拡散素子が必要となる。ところが、透過型の拡散素子を用いる場合、拡散角を広くし過ぎると、内部全反射の影響によって光の透過率が低下する。したがって、光の透過率を確保するためには、拡散角が比較的狭い拡散素子を用いる必要がある。

拡散角が狭い拡散素子に対して１個のレーザー光源から光を照射したとしても、特に問題は生じない。ところが、例えば光源装置の高輝度化を目的として、拡散角が狭い拡散素子に対して複数のレーザー光源から光を照射した場合には、拡散素子の中央部、すなわち、拡散素子の光軸に近い領域で所望の照度が得られず、拡散素子上の照度分布が不均一となるおそれがあった。その結果、このレーザー光源装置を備えたプロジェクターにおいては、投射画像の明るさムラおよび色ムラが生じるおそれがあった。

上記の課題を解決するために、本願の一つの態様の光源装置は、第１の光を射出する第１光源と、第２の光を射出する第２光源と、第３の光を射出する第３光源と、第４の光を射出する第４光源と、前記第１の光、前記第２の光、前記第３の光、および前記第４の光を拡散させる拡散素子と、前記第１光源と前記拡散素子との間の前記第１の光の光路上に設けられ、前記第１の光の光路を折り返す第１光路変更素子と、前記第２光源と前記拡散素子との間の前記第２の光の光路上に設けられ、前記第２の光の光路を折り返す第２光路変更素子と、前記第３光源と前記拡散素子との間の前記第３の光の光路上に設けられ、前記第３の光の光路を折り返す第３光路変更素子と、前記第４光源と前記拡散素子との間の前記第４の光の光路上に設けられ、前記第４の光の光路を折り返す第４光路変更素子と、を備え、前記第１光源は、第１光源像を前記拡散素子上の第１位置に形成し、前記第２光源は、第２光源像を前記拡散素子上の前記第１位置とは異なる第２位置に形成し、前記第３光源は、第３光源像を前記拡散素子上の前記第１位置および前記第２位置とは異なる第３位置に形成し、前記第４光源は、第４光源像を前記拡散素子上の前記第１位置、前記第２位置および前記第３位置とは異なる第４位置に形成し、前記第１光源像の長手方向および前記第３光源像の長手方向は、前記拡散素子上の第１方向に沿い、前記第２光源像の長手方向および前記第４光源像の長手方向は、前記拡散素子上の前記第１方向に直交する第２方向に沿い、前記第１の光の光路上に第１位相差板が設けられ、前記第３の光の光路上に第２位相差板が設けられている。

本願の一つの態様の光源装置において、前記第１光路変更素子は、前記第１光源から射出された前記第１の光を反射させる第１前段ミラーと、前記第１前段ミラーで反射した前記第１の光を反射させる第１後段ミラーと、を有し、前記第２光路変更素子は、前記第２光源から射出された前記第２の光を反射させる第２前段ミラーと、前記第２前段ミラーで反射した前記第２の光を反射させる第２後段ミラーと、を有し、前記第３光路変更素子は、前記第３光源から射出された前記第３の光を反射させる第３前段ミラーと、前記第３前段ミラーで反射した前記第３の光を反射させる第３後段ミラーと、を有し、前記第４光路変更素子は、前記第４光源から射出された前記第４の光を反射させる第４前段ミラーと、前記第４前段ミラーで反射した前記第４の光を反射させる第４後段ミラーと、を有していてもよい。

本願の一つの態様の光源装置において、前記第１光源像、前記第２光源像、前記第３光源像、および前記第４光源像は、前記拡散素子上において、前記第１光源像の一つの短辺が前記第２光源像の一つの長辺に対向し、前記第２光源像の一つの短辺が前記第３光源像の一つの長辺に対向し、前記第３光源像の一つの短辺が前記第４光源像の一つの長辺に対向し、前記第４光源像の一つの短辺が前記第１光源像の一つの長辺に対向するように、配置されていてもよい。

本願の一つの態様の光源装置において、前記第１位相差板は、前記第１の光の波長帯に対する１／２波長板で構成され、前記第２位相差板は、前記第３の光の波長帯に対する１／２波長板で構成されていてもよい。

本願の一つの態様のプロジェクターは、本願の一つの態様の光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１光源装置の概略構成図である。 第２光源装置の概略構成図である。 第２光源装置の要部の斜視図である。 拡散素子上の複数の光源像の配置を示す図である。 拡散素子から射出された光束の照度分布を示す図である。 変形例の第２光源装置による拡散素子上の複数の光源像の配置を示す図である。 拡散素子から射出された光束の照度分布を示す図である。 第１比較例の光源装置の概略構成図である。 拡散素子から射出された光束の照度分布を示す図である。 第２比較例の光源装置の概略構成図である。 拡散素子から射出された光束の照度分布を示す図である。 第２実施形態の第２光源装置の概略構成図である。

［第１実施形態］
以下、本願の第１実施形態について、図１〜図１２を用いて説明する。
図１は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、照明装置１００と、色分離導光光学系２００と、光変調装置４００と、クロスダイクロイックプリズム５００と、投射光学装置６００と、を備える。光変調装置４００は、赤色光用の光変調素子４００Ｒと、光変調素子４００Ｇと、光変調素子４００Ｂと、を有する。

照明装置１００は、第１光源装置１０１と、第２光源装置１０２とを含む。第１光源装置１０１は、赤色光Ｒと緑色光Ｇとを含む黄色の蛍光ＹＬを色分離導光光学系２００に向けて射出する。第２光源装置１０２は、青色光Ｂを色分離導光光学系２００に向けて射出する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０と、反射ミラー２２０と、反射ミラー２３０と、反射ミラー２５０と、を備える。色分離導光光学系２００は、第１光源装置１０１から射出された黄色の蛍光ＹＬを赤色光Ｒと緑色光Ｇとに分離し、赤色光Ｒを光変調素子４００Ｒに導き、緑色光Ｇを光変調素子４００Ｇに導く。また、色分離導光光学系２００は、第２光源装置１０２から射出された青色光Ｂを光変調素子４００Ｂに導光する。

フィールドレンズ３００Ｒは、色分離導光光学系２００と光変調素子４００Ｒとの間に設けられている。フィールドレンズ３００Ｇは、色分離導光光学系２００と光変調素子４００Ｇとの間に設けられている。フィールドレンズ３００Ｂは、色分離導光光学系２００と光変調素子４００Ｂとの間に設けられている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光Ｒを透過させ、緑色光Ｇを反射させる。反射ミラー２２０は、ダイクロイックミラー２１０で反射した緑色光Ｇを反射させる。反射ミラー２３０は、ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光Ｒを反射させる。反射ミラー２５０は、第２光源装置１０２から射出された青色光Ｂを反射させる。

ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光Ｒは、反射ミラー２３０で反射され、フィールドレンズ３００Ｒを透過して赤色光用の光変調素子４００Ｒの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光Ｇは、反射ミラー２２０でさらに反射され、フィールドレンズ３００Ｇを透過して緑色光用の光変調素子４００Ｇの画像形成領域に入射する。反射ミラー２５０で反射された青色光Ｂは、フィールドレンズ３００Ｂを経て青色光用の光変調素子４００Ｂの画像形成領域に入射する。

光変調素子４００Ｒ、光変調素子４００Ｇ、および光変調素子４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、各色に対応する画像光を形成する。光変調素子４００Ｒ、光変調素子４００Ｇ、および光変調素子４００Ｂのそれぞれは、液晶パネルで構成されている。図示を省略したが、光変調素子４００Ｒ、光変調素子４００Ｇ、および光変調素子４００Ｂの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。光変調素子４００Ｒ、光変調素子４００Ｇ、および光変調素子４００Ｂの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。

クロスダイクロイックプリズム５００は、光変調素子４００Ｒ、光変調素子４００Ｇ、および光変調素子４００Ｂから射出された各画像光を合成して合成光を生成し、カラー画像を形成する。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設けられている。

投射光学装置６００は、クロスダイクロイックプリズム５００から射出された合成光をスクリーンＳＣＲに拡大投射し、カラー画像を形成する。

以下、第１光源装置１０１の構成について説明する。
図２は、第１光源装置１０１の概略構成図である。
図２に示すように、第１光源装置１０１は、第１発光部１２１と、第１コリメーター光学系１２２と、アフォーカル光学系１２３と、ホモジナイザー光学系１２４と、ダイクロイックミラー１５０と、ピックアップ光学系１２７と、波長変換素子１１０と、第１インテグレーター光学系１３１と、偏光変換素子１３２と、重畳光学系１３３と、を備えている。

第１発光部１２１は、複数の第１発光素子１２１ａを有している。複数の第１発光素子１２１ａは、光軸と直交する面内にアレイ状に配列されている。第１発光素子１２１ａの個数は、特に限定されない。第１発光素子１２１ａは、例えば４４０〜４７０ｎｍの励起波長帯を有する励起光ＢＬを射出する。すなわち、励起光ＢＬは、青色波長帯の光である。第１発光素子１２１ａは、直線偏光を射出する半導体レーザー光源で構成されている。

本実施形態において、第１発光部１２１の中央の第１発光素子１２１ａから射出される主光線の光路を光軸ａｘ２とする。また、後述する波長変換素子１１０から射出される光の主光線の光路を光軸ａｘ３とする。光軸ａｘ２と光軸ａｘ３とは、同一平面内にあり、かつ、互いに直交している。

光軸ａｘ２上において、第１発光部１２１、第１コリメーター光学系１２２、アフォーカル光学系１２３、ホモジナイザー光学系１２４、およびダイクロイックミラー１５０は、この順に並んで配置されている。光軸ａｘ３上において、波長変換素子１１０、ピックアップ光学系１２７、ダイクロイックミラー１５０、第１インテグレーター光学系１３１、偏光変換素子１３２、および重畳光学系１３３は、この順に並んで配置されている。

第１コリメーター光学系１２２は、第１発光部１２１の各第１発光素子１２１ａから射出された励起光ＢＬを平行光に変換する。第１コリメーター光学系１２２は、例えばアレイ状に並べられた複数のコリメーターレンズ１２２ａで構成されている。１つのコリメーターレンズ１２２ａは、１つの第１発光素子１２１ａに対応して配置されている。第１コリメーター光学系１２２によって平行光に変換された励起光ＢＬは、アフォーカル光学系１２３に入射する。

アフォーカル光学系１２３は、複数の励起光ＢＬからなる光束のスポット径を変換する。アフォーカル光学系１２３は、例えば凸レンズからなるアフォーカルレンズ１２３ａと、凹レンズからなるアフォーカルレンズ１２３ｂと、から構成されている。アフォーカル光学系１２３を通過した励起光ＢＬは、ホモジナイザー光学系１２４に入射する。

ホモジナイザー光学系１２４は、被照明領域において励起光ＢＬの光強度分布を均一な分布、いわゆるトップハット分布に変換する。ホモジナイザー光学系１２４は、例えばマルチレンズアレイ１２４ａと、マルチレンズアレイ１２４ｂと、から構成されている。ホモジナイザー光学系１２４から射出された励起光ＢＬは、ダイクロイックミラー１５０に入射する。

ダイクロイックミラー１５０は、青色光成分を反射させ、黄色光成分を透過させる波長選択性を有している。すなわち、ダイクロイックミラー１５０は、第１発光部１２１から射出された励起光ＢＬを反射させ、後述する波長変換素子１１０から射出された蛍光ＹＬを透過させる特性を有する。ダイクロイックミラー１５０は、光軸ａｘ２および光軸ａｘ３に対して４５°の角度をなすように配置されている。ダイクロイックミラー１５０に入射した励起光ＢＬは、ダイクロイックミラー１５０で反射してピックアップ光学系１２７に向かって進む。

ピックアップ光学系１２７は、励起光ＢＬを波長変換素子１１０の波長変換層１１に向かって集光させるとともに、波長変換層１１から射出される蛍光ＹＬを平行化する。ピックアップ光学系１２７は、ピックアップレンズ１２７ａと、ピックアップレンズ１２７ｂと、から構成されている。

波長変換素子１１０は、波長変換層１１と、波長変換層１１を支持する支持基板１２と、波長変換層１１と支持基板１２との間に設けられた反射層１３と、を有している。波長変換層１１は、例えばＹＡＧ蛍光体粒子が焼結された焼結体で構成されている。波長変換素子１１０は、励起光ＢＬを、励起波長帯とは異なる黄色波長帯の蛍光ＹＬ（第１波長帯の第１の光）に波長変換する。蛍光ＹＬは、例えば５００〜７００ｎｍの波長帯にピーク波長を有する。

支持基板１２は、例えば銅、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料から構成されている。反射層１３は、例えば銀、アルミニウム等の反射率が高い金属材料または誘電体多層膜から構成されている。波長変換層１１で生成された蛍光ＹＬのうち、支持基板１２に向かって進む蛍光ＹＬは、反射層１３によって反射され、波長変換層１１から外部に射出される。波長変換素子１１０から射出された蛍光ＹＬは、ピックアップ光学系１２７に向かって進む。

蛍光ＹＬは、ピックアップ光学系１２７によって平行光に変換された後、ダイクロイックミラー１５０を透過し、第１インテグレーター光学系１３１に入射する。第１インテグレーター光学系１３１は、入射した蛍光ＹＬを複数の光束に分割する。第１インテグレーター光学系１３１は、第１レンズアレイ１３１ａと、第２レンズアレイ１３１ｂと、から構成されている。第１レンズアレイ１３１ａおよび第２レンズアレイ１３１ｂのそれぞれは、複数のレンズがアレイ状に配列された構成を有している。

第１インテグレーター光学系１３１から射出された蛍光ＹＬは、偏光変換素子１３２に入射する。偏光変換素子１３２は、蛍光ＹＬを所定の偏光方向を有する直線偏光に変換する。偏光変換素子１３２は、偏光分離膜と、位相差板と、ミラーと、から構成されている。

偏光変換素子１３２を通過した蛍光ＹＬは、重畳レンズ１３３ａに入射する。重畳レンズ１３３ａは、偏光変換素子１３２から射出された複数の光束を照明対象である光変調装置の画像形成領域上で互いに重畳させる。これにより、蛍光ＹＬは、画像形成領域を均一に照明することができる。重畳光学系１３３は、第１レンズアレイ１３１ａおよび第２レンズアレイ１３１ｂからなる第１インテグレーター光学系１３１と、重畳レンズ１３３ａと、により構成されている。

以下、第２光源装置１０２の構成について説明する。
図３は、第２光源装置１０２の概略構成図である。図４は、第２光源装置１０２の要部の斜視図である。図４では、第２光源装置１０２のうち、光源部２１、拡散素子２２、距離短縮部２３、第１位相差板２４、および第２位相差板２５を図示し、その他の構成要素の図示を省略する。

図３に示すように、第２光源装置１０２は、光源部２１と、拡散素子２２と、距離短縮部２３と、第１位相差板２４と、第２位相差板２５と、第２コリメーター光学系２６と、第２インテグレーター光学系２７と、偏光分離素子２８と、第３位相差板２９と、凹面ミラー３０と、を備えている。

後述する光源部２１から射出される青色光束ＢＨの中心軸を光軸ａｘ４と定義する。光源部２１、距離短縮部２３、拡散素子２２、第２コリメーター光学系２６、第２インテグレーター光学系２７、偏光分離素子２８、第３位相差板２９、および凹面ミラー３０は、光軸ａｘ４に沿ってこの順に配置されている。

図４に示すように、光源部２１は、第１の光Ｌ１を射出する第１光源３１と、第２の光Ｌ２を射出する第２光源３２と、第３の光Ｌ３を射出する第３光源３３と、第４の光Ｌ４を射出する第４光源３４と、を有する。第１光源３１、第２光源３２、第３光源３３、および第４光源３４のそれぞれは、第２発光素子３５と結像レンズ３６とを含むＣＡＮパッケージ型のレーザー光源から構成されている。第１光源３１、第２光源３２、第３光源３３、および第４光源３４のそれぞれは、全て同一のレーザー光源から構成されている。したがって、光源部２１は、第１の光Ｌ１、第２の光Ｌ２、第３の光Ｌ３、および第４の光Ｌ４を含む青色光束ＢＨを射出する。なお、図４においては、第２発光素子３５と結像レンズ３６とを収容するパッケージの図示を省略する。

第２発光素子３５は、半導体レーザー素子から構成されている。第２発光素子３５は、例えば４４０〜４７０ｎｍの波長帯を有する青色光Ｂを射出する。第２発光素子３５の波長帯は、第１発光素子１２１ａの波長帯と同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、青色光Ｂは、後述する偏光分離素子２８に対するＰ偏光である。第２発光素子３５は、全体がチップ状の形状を有し、青色光Ｂの射出方向から見て長方形状の発光面を有する。結像レンズ３６は、第２発光素子３５から射出された光を拡散素子２２に向けて集光し、拡散素子２２上に第２発光素子３５の光源像を形成する。

拡散素子２２は、光源部２１から射出された青色光束ＢＨを拡散させる。拡散素子２２は、例えば光軸ａｘ４に垂直な光入射面２２ａおよび光射出面２２ｂを有し、光入射面２２ａおよび光射出面２２ｂのいずれか一方に凹凸構造が設けられた透過型の拡散素子で構成されている。拡散素子２２は、凹凸構造の形状および寸法等が最適化されることにより、青色光束ＢＨの偏光状態を乱さずに拡散させる特性を有する。拡散素子２２は、比較的狭い拡散角で青色光束ＢＨを拡散させる特性を有する。

距離短縮部２３は、光源部２１と拡散素子２２との間の青色光束ＢＨの光路上に設けられている。距離短縮部２３は、光源部２１から射出された青色光束ＢＨの光路を折り返すことによって、光源部２１と拡散素子２２との間の実質的な光路長を確保しつつ、光源部２１と拡散素子２２との間の物理的距離を短縮する。

距離短縮部２３は、第１の光Ｌ１の光路を折り返す第１光路変更素子４１と、第２の光Ｌ２の光路を折り返す第２光路変更素子４２と、第３の光Ｌ３の光路を折り返す第３光路変更素子４３と、第４の光Ｌ４の光路を折り返す第４光路変更素子４４と、を有する。第１光路変更素子４１は、第１光源３１と拡散素子２２との間の第１の光Ｌ１の光路上に設けられている。第２光路変更素子４２は、第２光源３２と拡散素子２２との間の第２の光Ｌ２の光路上に設けられている。第３光路変更素子４３は、第３光源３３と拡散素子２２との間の第３の光Ｌ３の光路上に設けられている。第４光路変更素子４４は、第４光源３４と拡散素子２２との間の第４の光Ｌ４の光路上に設けられている。

第１光路変更素子４１は、第１前段ミラー４１１と、第１後段ミラー４１２と、を有する。第１前段ミラー４１１は、第１光源３１から射出された第１の光Ｌ１を第１後段ミラー４１２に向けて反射させる。第１後段ミラー４１２は、第１前段ミラー４１１で反射した第１の光Ｌ１を拡散素子２２に向けて反射させる。

第２光路変更素子４２は、第２前段ミラー４２１と、第２後段ミラー４２２と、を有する。第２前段ミラー４２１は、第２光源３２から射出された第２の光Ｌ２を第２後段ミラー４２２に向けて反射させる。第２後段ミラー４２２は、第２前段ミラー４２１で反射した第２の光Ｌ２を拡散素子２２に向けて反射させる。

第３光路変更素子４３は、第３前段ミラー４３１と、第３後段ミラー４３２と、を有する。第３前段ミラー４３１は、第３光源３３から射出された第３の光Ｌ３を第３後段ミラー４３２に向けて反射させる。第３後段ミラー４３２は、第３前段ミラー４３１で反射した第３の光Ｌ３を拡散素子２２に向けて反射させる。

第４光路変更素子４４は、第４前段ミラー４４１と、第４後段ミラー４４２と、を有する。第４前段ミラー４４１は、第４光源３４から射出された第４の光Ｌ４を第４後段ミラー４４２に向けて反射させる。第４後段ミラー４４２は、第４前段ミラー４４１で反射した第４の光Ｌ４を拡散素子２２に向けて反射させる。

各光路変更素子４１，４２，４３，４４を構成する全てのミラー４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２，４４１，４４２は、長方形状の外形を有している。これらのミラーは、必ずしも長方形状の外形を有していなくてもよく、例えば正方形状の外形を有していてもよい。しかしながら、第２発光素子３５の長方形状の発光面から射出された長方形状の断面を有する各光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が各ミラー４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２，４４１，４４２に入射するため、ミラーの形状も光に合わせて長方形状とした方が、ミラーの形状を正方形とした場合よりもミラーの面積が少なくて済み、ミラーを小型化することができる。

第１位相差板２４は、第１光源３１と第１前段ミラー４１１との間の第１の光Ｌ１の光路上に設けられている。第１位相差板２４は、第１の光Ｌ１の波長帯に対する１／２波長板で構成されている。第２位相差板２５は、第３光源３３と第３前段ミラー４３１との間の第３の光Ｌ３の光路上に設けられている。第２位相差板２５は、第３の光Ｌ３の波長帯に対する１／２波長板で構成されている。第１位相差板２４および第２位相差板２５は、必ずしも１／２波長板でなくてもよいが、１／２波長板であることが望ましい。

第２コリメーター光学系２６は、拡散素子２２から射出された青色光束ＢＨを平行化する。第２コリメーター光学系２６は、第１コリメーターレンズ２６ａと、第２コリメーターレンズ２６ｂと、から構成されている。

第２インテグレーター光学系２７は、基材の２つの面に複数のレンズがそれぞれ形成された両面レンズアレイで構成されている。これにより、２枚のレンズアレイを備えたインテグレーター光学系を用いた場合に比べて、物理的な光路長を短くすることができ、第２光源装置１０２の小型化が図れる。

偏光分離素子２８は、Ｓ偏光成分を反射し、Ｐ偏光成分を透過する。第２インテグレーター光学系２７から射出された青色光束ＢＨは、光源部２１から射出された直後の偏光方向が維持されたＰ偏光であるため、偏光分離素子２８を透過し、第３位相差板２９に向かって進む。

第３位相差板２９は、青色光束ＢＨの波長帯に対する１／４波長板で構成されている。したがって、Ｐ偏光の青色光束ＢＨは、第３位相差板２９を透過することによって例えば左回りの円偏光の青色光束ＢＨに変換され、凹面ミラー３０に向かって進む。

凹面ミラー３０は、拡散素子２２と光変調素子４００Ｂとの間の青色光束ＢＨの光路上に設けられている。凹面ミラー３０は、球面の反射面３０ａを有し、拡散素子２２から射出された青色光束ＢＨを反射させて光変調素子４００Ｂに導くとともに、光変調素子４００Ｂの画像形成領域に青色光束ＢＨを集束させる。

左回りの円偏光の青色光束ＢＨは、凹面ミラー３０で反射し、右回りの円偏光の青色光束ＢＨに変換される。右回りの円偏光の青色光束ＢＨは、第３位相差板２９を再度透過することでＳ偏光の青色光束ＢＨに変換され、偏光分離素子２８で反射し、第２光源装置１０２から射出される。

本実施形態の第２光源装置１０２のように、透過型の拡散素子を備える光源装置においては、内部全反射を抑制し、光透過率の低下を抑える目的で、比較的狭い拡散角特性を有する拡散素子が用いられる。この場合、拡散素子が有する拡散角特性の狭さを補うため、光源からの光を大きい入射角で入射させる構成を有する光源装置が考えられる。

ここで、本発明者は、以下に示す第１比較例の光源装置を想定し、拡散素子から所定距離離れた位置での光束の照度分布のシミュレーションを行った。
図９は、第１比較例の光源装置の概略構成図である。
図９に示すように、第１比較例の光源装置８０は、光軸ａｘ４の方向から見て、正方形状に配列された４個の光源８１と、拡散素子８２と、を備えている。拡散素子８２は、狭い拡散角特性を有する。また、各光源８１は、拡散素子８２に対する光の入射角θ１が例えば３０°となるように、光軸ａｘ４に対して傾いて配置されている。

図１０は、拡散素子８２から射出された光束の照度分布を示すシミュレーション結果である。図１０において、白っぽく見える領域は照度が相対的に高い領域であり、黒っぽく見える領域は照度が相対的に低い領域である。
図１０に示すように、照度の高い領域が正方形の４つの角部付近に現れており、光軸ａｘ４に近い中央部の照度が角部の照度に比べて大きく低下した照度分布が得られることが判った。

次に、本発明者は、以下に示す第２比較例の光源装置を想定し、拡散素子から所定距離離れた位置での光束の照度分布のシミュレーションを行った。
図１１は、第２比較例の光源装置の概略構成図である。
図１１に示すように、第２比較例の光源装置９０は、光軸ａｘ４の方向から見て、正方形状に配列された４個の光源９１と、拡散素子９２と、を備えている。拡散素子９２は、狭い拡散角特性を有する。また、各光源９１は、拡散素子９２に対する光の入射角θ２が例えば１５°となるように、光軸ａｘ４に対して傾いて配置されている。したがって、第２比較例における入射角θ２は、第１比較例における入射角θ１に比べて小さい。

図１２は、拡散素子９２から射出された光束の照度分布を示すシミュレーション結果である。図１２において、白っぽく見える領域は照度が相対的に高い領域であり、黒っぽく見える領域は照度が相対的に低い領域である。
図１２に示すように、光軸ａｘ４に近い中央部の照度が角部の照度に比べて高くなっており、第１比較例の光源装置８０を用いた場合の領域中央部の照度低下の問題は改善されることが判った。

しかしながら、第２比較例の光源装置９０は、以下の問題を有している。
第１比較例の光源装置８０においては、拡散素子８２に対する光の入射角θ１が大きいため、各光源８１の位置が光軸ａｘ４から離れ、光源８１同士の間隔が広い。そのため、各光源８１を拡散素子８２に近い位置に配置しても、隣り合う光源８１のパッケージ同士が干渉しにくい。これに対して、第２比較例の光源装置９０においては、拡散素子９２に対する光の入射角θ２が小さいため、各光源９１の位置が光軸ａｘ４に近く、光源９１同士の間隔が狭い。そのため、各光源９１を拡散素子９２に近い位置に配置すると、隣り合う光源９１のパッケージ同士が干渉し、各光源９１を所定の位置に配置することが難しい。したがって、隣り合う光源９１のパッケージ同士が干渉しないように、各光源９１を拡散素子９２から遠い位置に配置せざるを得ない。この場合、光源装置９０が大型化するという問題がある。

そこで、本発明者は、図３に示したように、距離短縮部２３を設け、各光源３１，３２，３３，３４から射出される光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の光路を折り返すことにより、各光源３１，３２，３３，３４と拡散素子２２との間の実質的な光路長を維持しつつ、光源部２１と拡散素子２２との間の物理的距離を短縮できることに想到した。ところが、折り返した光路の空間を確保するために、各光路変更素子４１，４２，４３，４４を構成する２枚のミラーを各光源３１，３２，３３，３４の光軸に対してずらす必要がある。そのため、一つの光源と一つの光路変更素子とを一つのセットと考え、そのセットを各光源の光軸を中心として回転させると、回転角度によっては、一つの光路変更素子４１，４２，４３，４４のミラーと他の光路変更素子４１，４２，４３，４４のミラーとが干渉するおそれがあることが判った。

各光路変更素子４１，４２，４３，４４を構成する２枚のミラーのうち、特に前段ミラーは、角度によっては後段ミラーよりも光軸ａｘ４に近い位置に配置されることになり、前段ミラー同士の干渉が生じるおそれが高い。そこで、本発明者は、光源と光路変更素子とからなる各セットの回転角度を検討した結果、図４に示すように、第１光路変更素子４１の前段ミラー４１１および第３光路変更素子４３の前段ミラー４３１の長手方向が第１方向を向き、第２光路変更素子４２の前段ミラー４２１および第４光路変更素子４４の前段ミラー４４１の長手方向が第１方向と直交する第２方向を向く配置を採用すればよい。

各前段ミラーの配置を上記のようにした場合、各光源の第２発光素子３５の向きは、第１光源３１、第２光源３２、第３光源３３、および第４光源３４の順に、光軸ａｘ４を中心として９０°ずつ回転した状態となる。この配置によれば、各光路変更素子４１，４２，４３，４４の前段ミラー４１１，４２１，４３１，４４１が拡散素子２２の外側、かつ、拡散素子２２から最も離れた位置に配置されるため、各光路変更素子４１，４２，４３，４４の前段ミラー同士が干渉するおそれを最も少なくできる。

以上の配置を採用した場合、拡散素子２２上に形成される４つの光源像の配置は、図５に示すようになる。すなわち、図５に示すように、第１光源３１は、第１光源像Ｓ１を拡散素子２２上の第１位置に形成し、第２光源３２は、第２光源像Ｓ２を拡散素子２２上の第１位置とは異なる第２位置に形成し、第３光源３３は、第３光源像Ｓ３を拡散素子２２上の第１位置および第２位置とは異なる第３位置に形成し、第４光源３４は、第４光源像Ｓ４を拡散素子２２上の第１位置、第２位置および第３位置とは異なる第４位置に形成する。第１光源像Ｓ１の長手方向および第３光源像Ｓ３の長手方向は、拡散素子２２上の第１方向に沿い、第２光源像Ｓ２の長手方向および第４光源像Ｓ４の長手方向は、拡散素子２２上の第１方向に直交する第２方向に沿う。

さらに、第１光源像Ｓ１、第２光源像Ｓ２、第３光源像Ｓ３、および第４光源像Ｓ４は、拡散素子２２上において、第１光源像Ｓ１の一つの短辺が第２光源像Ｓ２の一つの長辺に対向し、第２光源像Ｓ２の一つの短辺が第３光源像Ｓ３の一つの長辺に対向し、第３光源像Ｓ３の一つの短辺が第４光源像Ｓ４の一つの長辺に対向し、第４光源像Ｓ４の一つの短辺が第１光源像Ｓ１の一つの長辺に対向するように、配置されている。

一般に、半導体レーザー素子から射出された光は、発光面の長手方向に平行な偏光方向を有する直線偏光である。したがって、上記の各光源像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の配置において、仮に第１位相差板２４および第２位相差板２５がなかったとすると、互いに異なる偏光方向を有する光が混在した光束が拡散素子２２から射出され、後段の偏光分離素子２８において光束の全てを透過させ、凹面ミラー３０に導くことができなくなり、光利用効率が低下する。

そこで、本実施形態の第２光源装置１０２においては、第１光源３１と拡散素子２２との間の第１の光Ｌ１の光路上に１／２波長板からなる第１位相差板２４が設けられ、第３光源３３と拡散素子２２との間の第３の光Ｌ３の光路上に１／２波長板からなる第２位相差板２５が設けられているため、図５に実線の矢印で示したように、第１の光Ｌ１および第３の光Ｌ３の偏光方向を９０°回転させて、第２の光Ｌ２および第４の光Ｌ４の偏光方向に合わせることができる。その結果、全ての光が偏光分離素子２８に対するＰ偏光に揃った光束が拡散素子２２から射出される。これにより、光束の全てを凹面ミラー３０に導くことができ、光利用効率を確保することができる。なお、本実施形態の構成に代えて、第２光源３２と拡散素子２２との間の第２の光Ｌ２の光路上、および第４光源３４と拡散素子２２との間の第４の光Ｌ４の光路上に位相差板が設けられていてもよい。

本発明者は、本実施形態の第２光源装置１０２について、拡散素子２２から所定距離離れた位置での青色光束ＢＨの照度分布のシミュレーションを行った。
図６は、拡散素子２２から射出された青色光束ＢＨの照度分布を示すシミュレーション結果である。図６において、白っぽく見える領域は照度が相対的に高い領域であり、黒っぽく見える領域は照度が相対的に低い領域である。
図６に示すように、光軸ａｘ４に近い中央部の照度が角部の照度に比べて高くなっており、第１比較例の光源装置による領域中央部の照度低下の問題は改善されることが判った。さらに、同じ照度を占める領域の形状が概ね矩形状であり、拡散素子２２の後段に位置する第２インテグレーター光学系２７の外形も矩形状であるため、拡散素子２２から射出された青色光束ＢＨを第２インテグレーター光学系２７に効率良く入射させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、被照明領域の中央部での照度低下のおそれが少なく、照度分布が略均一であり、かつ、小型の第２光源装置１０２を提供することができる。

また、本実施形態の第２光源装置１０２の採用により、投射画像の明るさムラおよび色ムラが少なく、小型のプロジェクター１を提供することができる。特に本実施形態の場合、拡散素子２２から射出された青色光束ＢＨの光路を凹面ミラー３０によって折り返しているため、拡散素子２２よりも後段の物理的距離を短くでき、プロジェクター１の小型化に寄与することができる。

［変形例］
上記実施形態では、拡散素子２２上の複数の光源像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の配置が図５のようになっている場合を挙げたが、拡散素子２２上の複数の光源像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、必ずしも図５のように配置されていなくてもよい。

図７は、本変形例の第２光源装置による拡散素子上の複数の光源像の配置を示す図である。
図７に示すように、本変形例の第２光源装置において、第１光源像Ｓ１の長手方向および第３光源像Ｓ３の長手方向は、拡散素子２２上の第１方向に沿い、第２光源像Ｓ２の長手方向および第４光源像Ｓ４の長手方向は、拡散素子２２上の第１方向に直交する第２方向に沿っている。この特徴点については、上記実施形態と同様である。

ただし、上記実施形態とは異なる特徴点として、第１光源像Ｓ１、第２光源像Ｓ２、第３光源像Ｓ３、および第４光源像Ｓ４は、拡散素子２２上において、全ての光源像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の短辺が拡散素子２２の中心に対向するように、配置されている。

本変形例の場合も、上記実施形態と同様、第１光源３１と拡散素子２２との間の第１の光Ｌ１の光路上および第３光源３３と拡散素子２２との間の第３の光Ｌ３の光路上、または第２光源３２と拡散素子２２との間の第２の光Ｌ２の光路上および第４光源３４と拡散素子２２との間の第４の光Ｌ４の光路上に位相差板が設けられていれば、偏光方向が互いに揃った光を含む青色光束ＢＨを拡散素子２２から射出させることができる。光源装置の図示を省略するが、本変形例の場合も、各光路変更素子の前段ミラーが拡散素子２２の外側の位置に配置されるため、各光路変更素子の前段ミラー同士が干渉するおそれを少なくできる。

本発明者は、本変形例の光源装置について、拡散素子２２から所定距離離れた位置での青色光束ＢＨの照度分布のシミュレーションを行った。
図８は、拡散素子２２から射出された青色光束ＢＨの照度分布を示すシミュレーション結果である。図８において、白っぽく見える領域は照度が相対的に高い領域であり、黒っぽく見える領域は照度が相対的に低い領域である。
図８に示すように、光軸に近い中央部の照度が角部の照度に比べて高くなっており、第１比較例の光源装置による中央部の照度低下の問題は改善されることが判った。

［第２実施形態］
以下、本願の第２実施形態について、図１３を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターおよび光源装置の構成は第１実施形態と略同様である。そのため、プロジェクターおよび光源装置の詳細な説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
図１３は、第２実施形態の第２光源装置の概略構成図である。
図１３において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１３に示すように、本実施形態の第２光源装置１０４は、光源部２１と、拡散素子２２と、距離短縮部２３と、第１位相差板（図示略）と、第２位相差板２５と、第２コリメーター光学系２６と、第２インテグレーター光学系２７と、集光レンズ４６と、ミラー４７と、を備えている。光源部２１、拡散素子２２、距離短縮部２３、第１位相差板、第２位相差板２５、第２コリメーター光学系２６、および第２インテグレーター光学系２７の構成は、第１実施形態と同様である。

集光レンズ４６は、凸レンズから構成されている。ミラー４７は、光軸ａｘ４と４５°の角度をなすように配置されている。本実施形態においては、第２インテグレーター光学系２７から射出された青色光束ＢＨは、集光レンズ４６によって集束され、ミラー４７によって反射されて、光変調素子４００Ｂに導かれる。

本実施形態においても、被照明領域の中央部での照度低下のおそれが少なく、小型の光源装置を提供できる、投射画像の明るさムラおよび色ムラが少なく、小型のプロジェクターを提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本願の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本願の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、第１光源装置として、固定型の波長変換素子を備えた光源装置の例を挙げたが、この構成に代えて、モーター等の駆動源によって回転可能とされた波長変換素子を備える光源装置が用いられてもよい。同様に、上記実施形態では、第２光源装置として、固定型の拡散素子を備えた光源装置の例を挙げたが、この構成に代えて、モーター等の駆動源によって回転可能とされた拡散素子を備える光源装置が用いられてもよい。

その他、プロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、本願を、液晶ライトバルブを用いたプロジェクターに適用した例を示したが、これに限られない。本願を、光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに適用してもよい。

１…プロジェクター、２１…光源部、２２…拡散素子、２３…距離短縮部、２４…第１位相差板、２５…第２位相差板、３１…第１光源、３２…第２光源、３３…第３光源、３４…第４光源、３５…第２発光素子（レーザー素子）、３６…結像レンズ、４１…第１光路変更素子、４２…第２光路変更素子、４３…第３光路変更素子、４４…第４光路変更素子、１０２，１０４…第２光源装置（光源装置）、４００…光変調装置、４１１…第１前段ミラー、４１２…第１後段ミラー、４２１…第２前段ミラー、４２２…第２後段ミラー、４３１…第３前段ミラー、４３２…第３後段ミラー、４４１…第４前段ミラー、４４２…第４後段ミラー、６００…投射光学装置、ＢＨ…青色光束（光束）、Ｌ１…第１の光、Ｌ２…第２の光、Ｌ３…第３の光、Ｌ４…第４の光。

Claims (5)

1. 第１の光を射出する第１光源と、
   第２の光を射出する第２光源と、
   第３の光を射出する第３光源と、
   第４の光を射出する第４光源と、
   前記第１の光、前記第２の光、前記第３の光、および前記第４の光を拡散させる拡散素子と、
   前記第１光源と前記拡散素子との間の前記第１の光の光路上に設けられ、前記第１の光の光路を折り返す第１光路変更素子と、
   前記第２光源と前記拡散素子との間の前記第２の光の光路上に設けられ、前記第２の光の光路を折り返す第２光路変更素子と、
   前記第３光源と前記拡散素子との間の前記第３の光の光路上に設けられ、前記第３の光の光路を折り返す第３光路変更素子と、
   前記第４光源と前記拡散素子との間の前記第４の光の光路上に設けられ、前記第４の光の光路を折り返す第４光路変更素子と、
   を備え、
   前記第１光源は、第１光源像を前記拡散素子上の第１位置に形成し、
   前記第２光源は、第２光源像を前記拡散素子上の前記第１位置とは異なる第２位置に形成し、
   前記第３光源は、第３光源像を前記拡散素子上の前記第１位置および前記第２位置とは異なる第３位置に形成し、
   前記第４光源は、第４光源像を前記拡散素子上の前記第１位置、前記第２位置および前記第３位置とは異なる第４位置に形成し、
   前記第１光源像の長手方向および前記第３光源像の長手方向は、前記拡散素子上の第１方向に沿い、
   前記第２光源像の長手方向および前記第４光源像の長手方向は、前記拡散素子上の前記第１方向に直交する第２方向に沿い、
   前記第１の光の光路上に第１位相差板が設けられ、前記第３の光の光路上に第２位相差板が設けられている、光源装置。
2. 前記第１光路変更素子は、前記第１光源から射出された前記第１の光を反射させる第１前段ミラーと、前記第１前段ミラーで反射した前記第１の光を反射させる第１後段ミラーと、を有し、
   前記第２光路変更素子は、前記第２光源から射出された前記第２の光を反射させる第２前段ミラーと、前記第２前段ミラーで反射した前記第２の光を反射させる第２後段ミラーと、を有し、
   前記第３光路変更素子は、前記第３光源から射出された前記第３の光を反射させる第３前段ミラーと、前記第３前段ミラーで反射した前記第３の光を反射させる第３後段ミラーと、を有し、
   前記第４光路変更素子は、前記第４光源から射出された前記第４の光を反射させる第４前段ミラーと、前記第４前段ミラーで反射した前記第４の光を反射させる第４後段ミラーと、を有する、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１光源像、前記第２光源像、前記第３光源像、および前記第４光源像は、前記拡散素子上において、前記第１光源像の一つの短辺が前記第２光源像の一つの長辺に対向し、前記第２光源像の一つの短辺が前記第３光源像の一つの長辺に対向し、前記第３光源像の一つの短辺が前記第４光源像の一つの長辺に対向し、前記第４光源像の一つの短辺が前記第１光源像の一つの長辺に対向するように、配置されている、請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第１位相差板は、前記第１の光の波長帯に対する１／２波長板で構成され、
   前記第２位相差板は、前記第３の光の波長帯に対する１／２波長板で構成されている、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光源装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置によ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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