(57)【要約】【課題】固体光源の配列形態に起因する色むらを抑制しつつ、小型化を実現する光源装置及び上記光源装置を備えるプロジェクターを提供する。【解決手段】光源装置４は、青色光ＢＬからなる第１の光束を射出する光源部４１と、第１の光束を、第２の光束と、第３の光束とに分離する光合成装置５０と、第２の光束を拡散させた第４の光束を射出する拡散装置４５と、第３の光束により励起され、蛍光ＹＬからなる第５の光束を射出する波長変換装置４８と、第５の光束の部分光束である第６の光束を射出する開口部が形成された絞り４７と、を備え、光合成装置５０は、第４の光束と第６の光束を合成して、照明光としての第７の光束を射出する。ここで、第３の光束の中心光線に直交する面に平行な方向から見た絞り４７の開口部の長さは、波長変換装置４８に入射する第３の光束を同じ方向から見た場合の最大入射角の大きさに応じた長さになっている。【選択図】図２
2020134896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長帯域に属する第１の光束を射出する光源と、
前記第１の光束を、第２の光束と、第３の光束とに分離する分離部と、
前記第２の光束が入射し、入射した前記第２の光束を拡散させた第４の光束を射出する拡散装置と、
前記第３の光束が入射し、入射した前記第３の光束により励起され、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域に属する第５の光束を射出する波長変換装置と、
前記第５の光束が入射し、前記第５の光束の部分光束である第６の光束を射出する開口部が形成された絞りと、
前記第４の光束と前記第６の光束を合成し、第７の光束を射出する合成部と、を備え、
前記第３の光束の中心を通る光線を中心光線とし、
前記中心光線と直交する面に平行な第１方向から見た場合、前記中心光線と前記第３の光束に含まれる光線の成す角度のうち、最大の角度を第１入射角度とし、
前記中心光線と直交する面に平行で、前記第１方向と直交する第２方向から見た場合、前記中心光線と前記第３の光束に含まれる光線の成す角度のうち、最大の角度を第２入射角度とし、
前記第１入射角度が前記第２入射角度よりも大きい場合、前記第１方向から見た前記開口部の長さが前記第２方向から見た前記開口部の長さよりも長いことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記分離部は、第１の偏光成分の光束と、前記第１の偏光成分と異なる第２の偏光成分の光束のうち、一方を透過して他方を反射する偏光分離素子を備え、前記偏光分離素子によって前記第１の光束を前記第２の光束と前記第３の光束とに分離することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記拡散装置及び前記波長変換装置は反射型であり、
前記分離部は、前記合成部としても機能し、前記拡散装置で反射された前記第４の光束と、前記波長変換装置で反射されて前記絞りを透過した前記第６の光束とを前記偏光分離素子によって合成することを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記偏光分離素子は、前記第２の波長帯域に属する光束を偏光成分によって分離しないことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光源と、前記分離部との間の光路上に配置され、前記第１の光束に含まれる前記第１の偏光成分の割合を調整する偏光調整装置を備えることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記偏光調整装置は、
前記光源と、前記分離部との間の光路上に配置される第１位相差板と、
前記第１位相差板と、前記分離部との間の光路上に配置される第２位相差板と、を備え、
前記第１位相差板及び前記第２位相差板の少なくとも一方は、前記第１の光束と直交する面内の角度が調整可能に設けられることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
請求項１乃至６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る前記第７の光束を変調して画像を形成する画像形成装置と、
前記画像形成装置によって形成された前記画像を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクターに採用される光源装置として、青色光と蛍光（黄色光）とを含む白色光を射出する光源装置が知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。このようなプロジェクターに用いられる光源装置は、一般的に、多数の固体光源がマトリクス状に配列されて構成されている。各々の固体光源から射出された青色光は、各固体光源に対応して設けられたコリメーター光学系により平行光に変換されて射出される。特許文献２に記載のプロジェクターでは、コリメーター光学系から射出された平行光は、ピックアップ光学系により集光されて蛍光体層及び拡散反射素子に入射する。
【０００３】
ここで、固体光源の配列形態が面内方向で異なる場合、すなわち、固体光源群から射出される光の射出領域が面内方向に異方性を有する場合、ピックアップ光学系から射出される光は、光源装置における固体光源の配列形態に対応した輝度分布を有する。この光が拡散反射素子に入射すると、入射光は拡散反射される。したがって、拡散反射素子から射出される拡散光は、入射光の輝度分布を反映した異方性を有する輝度分布となる。一方、蛍光体層では、入射光はランバート反射されるため、蛍光体層から射出される蛍光は、等方的な輝度分布を有する。このように、互いに輝度分布の異なる拡散光と蛍光を合成して照明光を生成すると、輝度分布の差に起因する色むらが発生してしまう。
上記のような固体光源の配列形態に起因する色むらを抑制するために、特許文献２では、固体光源群から射出された光の輝度分布を均一化するための光学系であるホモジナイザー光学系を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１１８３０２号公報
【特許文献２】特開２０１５−４９４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光源装置にホモジナイザー光学系を備える場合、その光学系を配置するスペースを光路中に確保する必要が生じるため、光源装置自体が大型化してしまう。その結果、光源装置の小型化が困難になるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の光源装置は、第１の波長帯域に属する第１の光束を射出する光源と、前記第１の光束を、第２の光束と、第３の光束とに分離する分離部と、前記第２の光束が入射し、入射した前記第２の光束を拡散させた第４の光束を射出する拡散装置と、前記第３の光束が入射し、入射した前記第３の光束により励起され、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域に属する第５の光束を射出する波長変換装置と、前記第５の光束が入射し、前記第５の光束の部分光束である第６の光束を射出する開口部が形成された絞りと、前記第４の光束と前記第６の光束を合成し、第７の光束を射出する合成部と、を備え、前記第３の光束の中心を通る光線を中心光線とし、前記中心光線と直交する面に平行な第１方向から見た場合、前記中心光線と前記第３の光束に含まれる光線の成す角度のうち、最大の角度を第１入射角度とし、前記中心光線と直交する面に平行で、前記第１方向と直交する第２方向から見た場合、前記中心光線と前記第３の光束に含まれる光線の成す角度のうち、最大の角度を第２入射角度とし、前記第１入射角度が前記第２入射角度よりも大きい場合、前記第１方向から見た前記開口部の長さが前記第２方向から見た前記開口部の長さよりも長いことを特徴とする。
【０００７】
この光源装置において、前記分離部は、第１の偏光成分の光束と、前記第１の偏光成分と異なる第２の偏光成分の光束のうち、一方を透過して他方を反射する偏光分離素子を備え、前記偏光分離素子によって前記第１の光束を前記第２の光束と前記第３の光束とに分離することが望ましい。
【０００８】
この光源装置において、前記拡散装置及び前記波長変換装置は反射型であり、前記分離部は、前記合成部としても機能し、前記拡散装置で反射された前記第４の光束と、前記波長変換装置で反射されて前記絞りを透過した前記第６の光束とを前記偏光分離素子によって合成することが望ましい。
【０００９】
この光源装置において、前記偏光分離素子は、前記第２の波長帯域に属する光束を偏光成分によって分離しないことが望ましい。
【００１０】
この光源装置において、前記光源と、前記分離部との間の光路上に配置され、前記第１の光束に含まれる前記第１の偏光成分の割合を調整する偏光調整装置を備えることが望ましい。
【００１１】
この光源装置において、前記偏光調整装置は、前記光源と、前記分離部との間の光路上に配置される第１位相差板と、前記第１位相差板と、前記分離部との間の光路上に配置される第２位相差板と、を備え、前記第１位相差板及び前記第２位相差板の少なくとも一方は、前記第１の光束と直交する面内の角度が調整可能に設けられることが望ましい。
【００１２】
本願のプロジェクターは、上記の光源装置と、前記光源装置から射出される前記第７の光束を変調して画像を形成する画像形成装置と、前記画像形成装置によって形成された前記画像を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】プロジェクターの構成を示す概略図。
【図２】光源装置の構成を示す概略図。
【図３】光源ユニットの配列形態を示す概略図。
【図４Ａ】第３の光束を進行方向から見た場合の断面図。
【図４Ｂ】第３の光束を進行方向に対して直交する面と平行な第１方向から見た場合の概略図。
【図４Ｃ】第３の光束を進行方向に対して直交する面と平行な第２方向から見た場合の概略図。
【図５】絞りの形状を示した概略図。
【図６Ａ】第５の光束及び第６の光束を第１方向から見た場合の概略図。
【図６Ｂ】第５の光束及び第６の光束を第２方向から見た場合の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
［プロジェクターの概略構成］
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の構成を示す概略図である。
本実施形態に係るプロジェクター１は、外装筐体２の内部に設けられた光源装置４から射出された照明光を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーン等の被投射面上に拡大投射するものである。
【００１５】
図１に示すように、プロジェクター１は、光源装置４を含む画像投射装置３及び制御装置６を外装筐体２の内部に備える。さらに、プロジェクター１は、図示を省略するが、プロジェクター１を構成する電子部品に電力を供給する電源装置、及び、プロジェクター１を構成する冷却対象を冷却する冷却装置を備える。
これらのうち、制御装置６は、制御回路等を備えて構成され、プロジェクター１の動作を制御する。例えば、制御装置６は、後述する光変調装置３４３に、投射する画像に関する画像情報を出力して、当該画像情報に応じた画像光を形成させる他、光源装置４の点灯や発光光量を制御する。
【００１６】
［画像投射装置の構成］
画像投射装置３は、光源装置４と、均一化装置３１、色分離装置３２、リレー装置３３、画像形成装置３４、投射光学装置３５及び光学部品用筐体３６と、を備える。これらのうち、光源装置４は、白色の光束である照明光を射出する。この光源装置４の構成については、後に詳述する。
ここで、光源装置４から画像投射装置３に向けて射出される照明光の射出方向を＋Ｘ方向とする。また、＋Ｘ方向に直交し、投射光学装置３５の投射方向と反対の方向を＋Ｚ方向とする。さらに、ＸＺ面に直交し、設置面と対向する外装筐体２の底面側から天面側に向かう方向を＋Ｙ方向とする。画像投射装置３は、ＸＺ面に略平行な略Ｌ字状の光学ユニットとして構成されている。これ以降の記載及び図においては、この定義に基づく座標系を使用して説明する。
【００１７】
均一化装置３１は、光源装置４から入射される照明光の中心軸に対する直交面内の輝度を均一化する。この均一化装置３１は、当該照明光の入射順に、第１レンズアレイ３１１、調光装置３１２、第２レンズアレイ３１３、偏光変換素子３１４及び重畳レンズ３１５を有する。なお、調光装置３１２は、無くてもよい。
【００１８】
これらのうち、第１レンズアレイ３１１は、入射される照明光を複数の部分光束に分割する複数の第１レンズ（図示省略）を有し、第２レンズアレイ３１３は、第１レンズアレイ３１１から入射される複数の部分光束を、重畳レンズ３１５とともに後述する光変調装置３４３に重畳させる複数の第２レンズ（図示省略）を有する。これら第１レンズと第２レンズとは１対１で対応し、ある第１レンズから射出された部分光束は、対応する第２レンズに入射される。このような第２レンズアレイ３１３は、後述する拡散装置４５及び波長変換装置４８と共役な関係にあり、これら拡散装置４５及び波長変換装置４８にて形成される像は、第２レンズアレイ３１３の各第２レンズにて再結像される。そして、第２レンズアレイ３１３と拡散装置４５との間の光路長は、第２レンズアレイ３１３と波長変換装置４８との間の光路長と一致する。
【００１９】
また、詳しい図示を省略するが、偏光変換素子３１４は、偏光分離層、反射層及び位相差層をそれぞれ複数有しており、入射される照明光の偏光方向を揃える機能を有する。
それぞれ複数の偏光分離層及び反射層は、±Ｙ方向に長く形成され、±Ｚ方向に交互に配列されている。各偏光分離層は、第２レンズアレイ３１３から射出された各部分光束が入射される位置に配置され、各反射層は、当該各部分光束が直接入射されない位置に配置されている。なお、複数の偏光分離層及び反射層は、±Ｚ方向に長く形成され、±Ｙ方向に交互に配列されてもよい。
偏光分離層は、ｐ偏光を通過させ、ｓ偏光を反射させる。偏光分離層に応じて設けられる反射層は、当該偏光分離層にて反射されたｓ偏光を、ｐ偏光の通過方向に沿うように反射させる。そして、複数の位相差層のそれぞれは、偏光分離層を通過したｐ偏光の光路上に設けられ、入射されるｐ偏光をｓ偏光に変換する。これにより、偏光変換素子３１４から射出される光の偏光方向は、ｓ偏光に揃えられ、当該ｓ偏光が、偏光変換素子３１４の光射出面における略全面から射出される。なお、偏光変換素子３１４は、ｐ偏光を射出する構成としてもよい。
【００２０】
色分離装置３２は、均一化装置３１から入射される光束を、赤色光、緑色光及び青色光の３つの色光に分離する。この色分離装置３２は、ダイクロイックミラー３２１，３２２及び反射ミラー３２３を有する。ダイクロイックミラー３２１は、赤色光及び緑色光を透過して、青色光を反射する。ダイクロイックミラー３２１で反射した青色光は、反射ミラー３２３でさらに反射されて画像形成装置３４に入射する。ダイクロイックミラー３２２は、ダイクロイックミラー３２１を透過した赤色光及び緑色光のうち、赤色光を透過して、緑色光を反射する。ダイクロイックミラー３２２で反射した緑色光は、画像形成装置３４に入射する。また、ダイクロイックミラー３２２を透過した赤色光は、リレー装置３３を経由して画像形成装置３４に入射する。
【００２１】
リレー装置３３は、分離された３つの色光のうち、他の色光に比べて光路が長い赤色光の光路上に設けられる。このリレー装置３３は、入射側レンズ３３１、リレーレンズ３３３及び反射ミラー３３２，３３４を有しており、光路が長いことに起因する赤色光の照明効率の低下を抑制する。
【００２２】
画像形成装置３４は、分離された各色光を画像情報に応じて変調した後、当該各色光を合成して画像光を形成する。この画像形成装置３４は、色光毎に設けられるフィールドレンズ３４１、入射側偏光板３４２、光変調装置３４３及び射出側偏光板３４４と、変調された各色光を合成して画像光を形成する１つの色合成装置３４５と、を有する。
光変調装置３４３は、赤色光を変調し、赤色画像光を生成する赤色光変調装置３４３Ｒと、緑色光を変調し、緑色画像光を生成する緑色光変調装置３４３Ｇと、青色光を変調し、青色画像光を生成する青色光変調装置３４３Ｂと、を備えている。本実施形態では、光変調装置３４３は、液晶パネルを有する構成が採用されている。
また、色合成装置３４５は、本実施形態ではクロスダイクロイックプリズムにより構成されているが、複数のダイクロイックミラーを組み合わせた構成としてもよい。色合成装置３４５は、生成された赤色画像光、緑色画像光及び青色画像光を合成し、投射光学装置３５に射出する。
【００２３】
投射光学装置３５は、画像形成装置３４が合成した画像光を、外装筐体２の外部に配置される被投射面に向けて拡大投射する。投射光学装置３５は、図示しない１枚以上のレンズを備えている。
【００２４】
光学部品用筐体３６は、均一化装置３１、色分離装置３２、リレー装置３３、画像形成装置３４を構成する光学部品を内部に収容する。この光学部品用筐体３６には、設計上の光軸である照明光軸Ａｘが設定されており、この照明光軸Ａｘは、光源装置４から射出される光の中心軸、すなわち、後述する第２照明光軸Ａｘ２と一致する。
【００２５】
［光源装置の構成］
図２は、光源装置４の構成を示す模式図である。
光源装置４は、上記のように、均一化装置３１に照明光を射出する。この光源装置４は、図２に示すように、光源としての光源部４１、偏光調整装置４２、第３位相差板４３、第１集光素子４４、拡散装置４５、第２集光素子４６、絞り４７、波長変換装置４８、第４位相差板４９及び光合成装置５０を有する。
【００２６】
これらのうち、光源部４１、偏光調整装置４２、第３位相差板４３、第１集光素子４４及び拡散装置４５は、＋Ｚ方向に沿う第１照明光軸Ａｘ１上に配置されている。また、波長変換装置４８、絞り４７、第２集光素子４６及び第４位相差板４９は、＋Ｘ方向に沿う第２照明光軸Ａｘ２上に配置される。更に、光合成装置５０は、第１照明光軸Ａｘ１と第２照明光軸Ａｘ２が交差する位置に配置される。なお、図２において、第１照明光軸Ａｘ１と第２照明光軸Ａｘ２は直交しているが、これに限らず、完全に直交していなくてもよい。
【００２７】
［光源部の構成］
光源部４１は、固体光源４１１、マイクロレンズ４１２及び放熱部材４１３を有する。固体光源４１１と対応するマイクロレンズ４１２は、＋Ｚ方向に沿って配置され、固体光源ユニットＳＬを構成する。固体光源４１１は青色光ＢＬを射出し、固体光源４１１から射出された青色光ＢＬは、マイクロレンズ４１２に入射する。マイクロレンズ４１２は、入射した青色光ＢＬを＋Ｚ方向に平行な平行光として射出する。
光源部４１は、複数の固体光源ユニットＳＬが、ＸＹ平面と平行な面内において縦横にマトリクス状に配列された光源ユニットＳＵを構成する。光源ユニットＳＵを構成する各々の固体光源ユニットＳＬは、それぞれが＋Ｚ方向に向かって青色光ＢＬを射出する。したがって、光源部４１から射出された青色光ＢＬは、所定のスポット径を有する複数の光束がマトリクス状に配列した状態になっている。以後、光源部４１から射出される複数の光束をまとめて一つの光束とみなしたものを第１の光束と呼称する。
【００２８】
固体光源４１１として、本実施形態では、ピーク波長が４４０ｎｍのｓ偏光の青色光ＢＬを射出するＬＤ（Laser Diode）が採用されている。しかしながら、ピーク波長が４４６ｎｍ又は４６０ｎｍの青色光ＢＬを射出するＬＤを、固体光源４１１として採用してもよい。また、ｐ偏光の青色光ＢＬを射出するＬＤを、固体光源４１１として採用してもよい。また、固体光源４１１はＬＤに限定されず、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）であってもよい。
なお、固体光源４１１から射出された青色光ＢＬは、後述する波長変換装置４８に含まれる蛍光体を励起させる励起光としても利用される。このことから、以下の説明では、光源部４１から射出される青色光ＢＬを励起光と呼称する場合もある。
【００２９】
放熱部材４１３は、固体光源４１１の冷却に利用される。放熱部材４１３は、固体光源４１１と接続されており、固体光源４１１で発生した熱を伝熱し、放熱することで固体光源４１１を冷却する。また、放熱部材４１３は、固体光源４１１を支持して、光源部４１を一体化する支持部材としての機能も有する。この放熱部材４１３は、図示を省略するが、固体光源４１１を支持し、熱を伝達する受熱部と、複数のフィンを有するヒートシンクと、を有する。
【００３０】
［偏光調整装置の構成］
偏光調整装置４２は、第１位相差板４２１及び第２位相差板４２２を含む。第１位相差板４２１及び第２位相差板４２２は、それぞれ１／４波長板で構成される。第１位相差板４２１及び第２位相差板４２２のどちらか一方、あるいは両方が、第１照明光軸Ａｘ１を回転軸として回動可能に設けられている。
光源部４１から射出された青色光ＢＬは、第１照明光軸Ａｘ１に沿って偏光調整装置４２の第１位相差板４２１に入射する。入射した青色光ＢＬは、第１位相差板４２１により円偏光に変換されて射出される。第１位相差板４２１から射出された円偏光は、第１位相差板４２１の後段に配置された第２位相差板４２２に入射する。第２位相差板４２２に入射した円偏光は、直線偏光成分であるｐ偏光及びｓ偏光に所定の割合で変換されて射出される。このとき、射出されるｐ偏光及びｓ偏光の割合は、第１照明光軸Ａｘ１と直交するＸＹ面内方向における第１位相差板４２１に対する第２位相差板４２２の回転角で決定される。よって、第１位相差板４２１及び第２位相差板４２２の少なくとも一方を回動することにより、偏光調整装置４２から射出される青色光ＢＬに偏光成分の割合を調整することができる。
【００３１】
偏光調整装置４２から射出されたｐ偏光及びｓ偏光の両方を含む青色光ＢＬは、後述する偏光分離素子５１を備えた光合成装置５０により分離される。具体的には、ｐ偏光の青色光ＢＬは光合成装置５０を透過して、拡散装置４５に入射する。拡散装置４５に入射したｐ偏光は拡散反射され、照明光に含まれる青色光成分となる。一方、ｓ偏光の青色光ＢＬは光合成装置５０により反射され、波長変換装置４８に入射する。波長変換装置４８に入射したｓ偏光は、蛍光体を励起し、蛍光ＹＬを生成するための励起光として利用される。
【００３２】
このように、偏光調整装置４２は、射出されるｐ偏光及びｓ偏光の割合を調整することによって、光源装置４から射出される照明光の光量やホワイトバランスを調整する役割がある。
なお、青色光ＢＬに含まれる光束のうち、光合成装置５０を透過し、拡散装置４５に向かう部分光束を第２の光束とも呼称する。また、青色光ＢＬに含まれる光束のうち、光合成装置５０により反射され、波長変換装置４８に向かう部分光束を第３の光束とも呼称する。
【００３３】
［第１集光素子の構成］
第１集光素子４４は、拡散装置４５と光合成装置５０との間の光路上に第１照明光軸Ａｘ１に沿って配置されている。この第１集光素子４４は、偏光調整装置４２から射出され、光合成装置５０を透過した第２の光束であるｐ偏光を拡散装置４５の位置に集光させる集光素子であるとともに、当該拡散装置４５で拡散反射された拡散光を平行化して、光合成装置５０に向けて射出させる平行化素子でもある。なお、拡散装置４５で拡散反射され、光合成装置５０に向かう拡散光の光束を第４の光束とも呼称する。
本実施形態では、第１集光素子４４は、３つのレンズ４４１〜４４３を備えて構成されているが、当該第１集光素子４４を構成するレンズの数は、適宜変更可能である。
【００３４】
［第３位相差板の構成］
光合成装置５０と第１集光素子４４のレンズ４４１との間の光路上には、第３位相差板４３が配置されている。第３位相差板４３は、１／４波長板で形成されている。第１照明光軸Ａｘ１に沿って偏光調整装置４２から光合成装置５０に入射し、光合成装置５０を透過したｐ偏光は、第３位相差板４３を通過することにより円偏光に変換される。円偏光は、第１集光素子４４により拡散装置４５の位置に集光され、拡散装置４５により拡散反射される。拡散反射された円偏光は、第１集光素子４４に再度入射し、平行化された後、第３位相差板４３を再度通過する。これにより、円偏光はｓ偏光に変換される。第３位相差板４３により変換されたｓ偏光の青色光ＢＬは、光合成装置５０の偏光分離素子５１により反射されるため、第２照明光軸Ａｘ２に沿った方向（＋Ｘ方向）に進路を変更され、光源装置４から射出される。
【００３５】
［拡散装置の構成］
拡散装置４５は、第１照明光軸Ａｘ１上であって、第１集光素子４４の後段の光路上に配置されている。拡散装置４５は、第３位相差板４３により変換され、第１集光素子４４から入射される円偏光を、所定の拡散率にて拡散反射させる。すなわち、本実施形態において、拡散装置４５は、反射型の拡散装置である。しかしながら、拡散装置４５の態様はこれに限定されず、透過型の拡散装置を用いてもよい。
このような拡散装置４５は、入射される光を拡散反射させる拡散層４５１と、これを支持する基板４５２とを有しており、拡散層４５１は、基板４５２の一方の面、すなわち第１集光素子４４のレンズ４４３と対向する側の面に形成されている。なお、第１照明光軸Ａｘ１と略平行な軸を回転軸として基板４５２を回転させる回転装置を設けてもよい。回転装置は、当該基板４５２を回転させることで、スペックルを効果的に低減できるという効果を有する。
【００３６】
［第２集光素子の構成］
第２集光素子４６は、光合成装置５０と波長変換装置４８との間の光路上に第２照明光軸Ａｘ２に沿って配置されている。この第２集光素子４６は、偏光調整装置４２から射出され、光合成装置５０により反射された第３の光束であるｓ偏光の青色光ＢＬを波長変換装置４８の波長変換素子４８１の位置に集光させる集光素子であるとともに、当該波長変換装置４８の波長変換素子４８１で生成された変換光である蛍光ＹＬを平行化して、光合成装置５０に向けて射出する平行化素子でもある。なお、波長変換装置４８から射出され、後述する絞り４７に向かう変換光の光束を第５の光束とも呼称する。
本実施形態では、第２集光素子４６は、３つのレンズ４６１〜４６３を備えて構成されているが、当該第２集光素子４６を構成するレンズの数は、適宜変更可能である。
【００３７】
［波長変換装置の構成］
波長変換装置４８は、入射する励起光によって励起され、当該励起光とは異なる波長の変換光としての蛍光ＹＬを射出する。波長変換装置４８は、波長変換素子４８１と、当該波長変換素子４８１を支持する円板状の支持体４８２と、支持体４８２を回転させる回転装置４８３と、を有する。なお、本実施形態において、波長変換装置４８は、生成した蛍光ＹＬを励起光の入射方向に向けて射出する反射型の波長変換装置であるが、波長変換装置４８の態様はこれに限定されず、透過型の波長変換装置を用いてもよい。
【００３８】
波長変換素子４８１は、詳しい図示を省略するが、支持体４８２における入射側表面に位置する反射層と、当該反射層上に位置する波長変換層と、を有している。波長変換素子４８１は、ＹＺ平面と平行な支持体４８２の表面上において、回転装置４８３の回転軸から励起光であるｓ偏光の青色光ＢＬの集光位置までの距離を半径とする円の円周上の位置に帯状に配置されている。
波長変換層は、励起光により励起されて非偏光の蛍光ＹＬを射出する蛍光体を含む蛍光体層である。本実施形態において、蛍光ＹＬは、５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する黄色光であるが、蛍光ＹＬはこれに限定されず、例えば、緑色光や赤色光であってもよい。この波長変換層にて生じる蛍光ＹＬの一部は、第２集光素子４６側、すなわち＋Ｘ方向に向けて射出され、他の一部は、反射層側、すなわち−Ｘ方向に向けて射出される。
反射層は、波長変換層で生成された蛍光ＹＬのうち、反射層側に向けて射出された蛍光ＹＬを第２集光素子４６側に反射させる。
【００３９】
回転装置４８３は、第２照明光軸Ａｘ２と略平行な軸を回転軸として、支持体４８２に支持された波長変換素子４８１を回転させる。
回転装置４８３が波長変換素子４８１を回転させることにより、波長変換素子４８１の特定の箇所が、励起光であるｓ偏光の集光位置に常に位置することを防ぐ役割がある。これにより、波長変換素子４８１の熱飽和の発生を抑制できる。
【００４０】
［絞りの構成］
波長変換装置４８と第２集光素子４６との間の光路上には、板状の絞り４７（図５参照）が配置される。絞り４７には、入射した蛍光ＹＬの光束のうち、一部の部分光束が通過する略長方形の開口部４７１が形成されており、他の部分光束は、絞り４７によって遮光される。ここで、開口部４７１の大きさは、絞り４７に入射する光束のうち、光合成装置５０で分離され、波長変換装置４８に向かう第３の光束は遮らず、波長変換装置４８で生成され、光合成装置５０に向かう第５の光束の一部を遮るように設定されている。詳細については後述する。
【００４１】
開口部４７１の大きさを第３の光束の光束幅よりも大きくすることで、励起光であるｓ偏光の青色光ＢＬが、絞り４７で遮光されることがなくなる。このため、全てが波長変換装置４８の波長変換素子４８１に入射し、励起光として無駄なく利用できる。また、開口部４７１の大きさを第５の光束の光束幅よりも小さくすることで、波長変換装置４８から射出され、絞り４７に入射した蛍光ＹＬの光束のうちの一部は、絞り４７により遮られる。絞り４７には、遮られた蛍光ＹＬを吸収するための光吸収部材が形成されている。絞り４７により遮られた蛍光ＹＬは、この光吸収部材により吸収される。光吸収部材には、一般の光学機器に用いられる任意の光吸収材、反射防止材等を用いることができる。なお、絞り４７は、第２集光素子４６と離間して配置される板状の部材に限定されず、例えば、第２集光素子４６のレンズ４６３の表面に光吸収材や反射防止材等を直接配置し、絞り４７として機能させるようにしてもよい。
【００４２】
以後、絞り４７の開口部４７１を通過した蛍光ＹＬの部分光束を第６の光束とも呼称する。第６の光束は、第２集光素子４６に入射し、第２集光素子４６により平行化されて光合成装置５０に入射する。第６の光束は、光合成装置５０を透過し、照明光に含まれる黄色光成分となる。
【００４３】
［光合成装置の構成］
光合成装置５０は、第１の光束である青色光ＢＬを、第２の光束であるｐ偏光と、第３の光束であるｓ偏光に分離する分離部としての機能と、拡散装置４５により拡散反射された拡散光である第４の光束と、波長変換装置４８により生成された蛍光ＹＬである第５の光束の部分光束である第６の光束を合成する合成部としての機能の両方を兼ねている。
【００４４】
本実施形態では、光合成装置５０は波長選択性を有する偏光分離素子５１を備えている。具体的には、偏光分離素子５１は、所定の第１の波長帯域の光束については、その光束に含まれる直線偏光成分のうち、第１の偏光成分を有する光束を透過する一方、第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分を有する光束を反射する偏光分離膜として機能する。また、この偏光分離素子５１は、第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光束については、その光束に含まれる直線偏光成分によって分離しない。すなわち直線偏光成分によらずに透過するダイクロイック光学素子として機能する。
【００４５】
本実施形態において、青色光ＢＬは第１の波長帯域に含まれる一方、蛍光ＹＬは第２の波長帯域に含まれる。また、第１の偏光成分はｐ偏光であり、第２の偏光成分はｓ偏光である。このため、第１の波長帯域に属する青色光ＢＬが光合成装置５０に入射すると、そのｓ偏光は反射される一方、ｐ偏光は透過する。さらに、ｓ偏光によって波長変換装置４８の波長変換素子４８１が励起されて生成した蛍光ＹＬが光合成装置５０に入射すると、その全てが光合成装置５０を透過する。
【００４６】
しかしながら、光合成装置５０を構成する波長選択性を有する偏光分離素子５１の特性はこの態様に限定されず、適宜変更可能である。例えば、第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光束については、その光束に含まれる直線偏光成分によらず反射するように光合成装置５０を構成してもよい。また、第１の波長帯域に属する光束について、ｐ偏光を反射し、ｓ偏光を透過するように光合成装置５０を構成してもよい。
【００４７】
本実施形態において、拡散装置４５により拡散反射され、第３位相差板４３によりｓ偏光に変換された青色光ＢＬの光束である第４の光束は、光合成装置５０により反射され、第２照明光軸Ａｘ２に沿った＋Ｘ方向に進路を変更される。また、波長変換装置４８により生成され、絞り４７を通過した蛍光ＹＬの部分光束である第６の光束は、光合成装置５０を透過し、第２照明光軸Ａｘ２に沿った＋Ｘ方向に進行する。これら第４の光束と第６の光束が合成された光束が照明光となる。第４の光束は、照明光の青色光成分であり、第６の光束は、照明光の黄色光成分である。以後、光合成装置５０から射出された照明光の光束を第７の光束とも呼称する。
【００４８】
また、本実施形態において、光合成装置５０は、第１照明光軸Ａｘ１と第２照明光軸Ａｘ２が交差する位置に配置される。また、第１照明光軸Ａｘ１と第２照明光軸Ａｘ２のそれぞれに対して交差し、＋Ｚ方向に向かって射出された光束の一部が、−Ｘ方向に向かって反射されるように配置されている。しかしながら、光合成装置５０の配置はこれに限定されず、拡散装置４５及び波長変換装置４８のレイアウトに応じて適宜変更可能である。
【００４９】
［第４位相差板の構成］
第４位相差板４９は、光合成装置５０から射出された第７の光束である照明光の偏光成分を変換する。具体的に、第４位相差板４９は、照明光に含まれる青色光成分及び黄色光成分の両方を円偏光に変換する１／４波長板である。第４位相差板４９が設けられる理由は、以下の通りである。
波長変換装置４８の波長変換素子４８１で生成される蛍光ＹＬは非偏光である。本実施形態では、波長変換装置４８から光合成装置５０までの第２照明光軸Ａｘ２の光路上には位相差板が配置されていない。したがって、光合成装置５０から射出される第７の光束の黄色光成分も非偏光である。一方、第３位相差板４３を通過した拡散光である第４の光束は、上記のとおり、ｓ偏光である。
【００５０】
ここで、第４位相差板４９が配置されない場合について考えてみる。すると、第７の光束の黄色光成分が偏光変換素子３１４に入射した場合、ｐ偏光及びｓ偏光のうち、一方の偏光成分は、偏光分離層にて反射された後、反射層にて反射されて、偏光変換素子３１４から射出される。一方、他方の偏光成分は、偏光分離層を透過した後に位相差層にて一方の偏光成分に変換されて、偏光変換素子３１４から射出される。ここで、非偏光である黄色光成分はｐ偏光とｓ偏光のそれぞれの偏光成分を半々含んでいると見なせる。したがって、第７の光束の黄色光成分については、偏光変換素子３１４の光射出面の略全面から射出される。
【００５１】
一方、第７の光束の青色光成分にはｓ偏光しか含まれないため、これが偏光変換素子３１４に入射した場合、第７の光束の青色光成分は偏光分離層にてすべて反射あるいは透過される。したがって、青色光成分は偏光変換素子３１４の光射出面の一部からしか射出されない。よって、偏光変換素子３１４から射出される黄色光成分と青色光成分の分布が異なるため、均一化装置３１から射出される照明光に色むらが生じてしまう。
【００５２】
一方、光合成装置５０と均一化装置３１との間の光路上に第４位相差板４９である１／４波長板が配置される場合、第７の光束に含まれる黄色光成分及び青色光成分はともに円偏光に変換される。したがって、第４位相差板４９を配置すると、黄色光成分及び青色光成分の両方が偏光変換素子３１４の光射出面の略全面から射出されるようになり、均一化装置３１から射出される照明光の色むらを抑制できる。
【００５３】
［光源ユニットＳＵからの射出光について］
上記のとおり、光源部４１の光源ユニットＳＵは、複数の固体光源ユニットＳＬが、ＸＹ平面と平行な面内において縦横にマトリクス状に配列されて構成されている。図３は、固体光源ユニットＳＬの配列を示す概略図である。図３には、複数の固体光源ユニットＳＬが、±Ｙ方向に沿って延伸する基板上に配列された固体光源アレイＳＡが示されている。
光源ユニットＳＵは、このような固体光源アレイＳＡが、±Ｘ方向に沿って複数配列されることによって構成されている。図３に示した構成の場合、１枚の基板上に±Ｙ方向に沿って５組の固体光源ユニットＳＬが配置された固体光源アレイＳＡが、±Ｘ方向に沿って３枚配列されている。
【００５４】
なお、図３では、各々の固体光源ユニットＳＬの発光領域は±Ｙ方向を長辺とする略長方形状であるが、固体光源ユニットＳＬの発光領域の形状はこれに限定されない。例えば、発光領域の形状は正方形状でも良いし、円形や楕円形であっても良い。
また、図３では、±Ｙ方向に延伸する固体光源アレイＳＡが±Ｘ方向に沿って配列されているが、これに限定されず、±Ｘ方向に延伸する固体光源アレイＳＡが±Ｙ方向に沿って配列されてもよい。さらに、図３では、固体光源アレイＳＡが３枚配列されているが、これに限定されず、何枚配列されてもよい。
【００５５】
このように、複数の固体光源アレイＳＡが配列されて構成された光源ユニットＳＵでは、青色光ＢＬが射出される領域における±Ｘ方向の長さと±Ｙ方向の長さが異なる場合がある。すなわち、±Ｘ方向と±Ｙ方向で青色光ＢＬの射出領域に異方性が生じる場合がある。具体的に、図３に示した構成の場合、青色光ＢＬが射出される領域の±Ｙ方向の長さは、±Ｘ方向の長さよりも長い。
このため、射出領域に異方性がある光源ユニットＳＵから射出された第１の光束の輝度分布は、その光源ユニットＳＵの配列形態を反映したものとなる。具体的に、光源ユニットＳＵから射出された青色光ＢＬの輝度が大きい領域の範囲は、±Ｙ方向の方が±Ｘ方向よりも長くなる。
【００５６】
続いて、上記のように輝度分布に異方性を有する青色光ＢＬが、拡散装置４５と波長変換装置４８にそれぞれ入射した場合、拡散装置４５から射出される拡散光と波長変換装置４８から射出される変換光がどのような輝度分布を示すかを考える。
【００５７】
まず、波長変換装置４８における蛍光ＹＬの拡散について考える。波長変換装置４８の波長変換素子４８１は、一般的に均等拡散反射面と見なせる。そのため、波長変換素子４８１に入射した第３の光束により励起されて生成した蛍光ＹＬの拡散反射は、いわゆるランバート反射と見なせる。したがって、波長変換装置４８の波長変換素子４８１において、入射した第３の光束により励起されて生成した蛍光ＹＬの輝度分布は、励起光の入射角度によらず等方的となる。ゆえに、生成した蛍光ＹＬの輝度分布のうち、波長変換素子４８１の入射側表面に平行な任意の第１方向に沿った蛍光ＹＬの輝度分布と、第１方向とは異なる第２方向に沿った蛍光ＹＬの輝度分布は、ほぼ一致する。
【００５８】
続いて、拡散装置４５における青色光ＢＬの拡散について考える。拡散装置４５の拡散層４５１は、通常の拡散反射面と見なせる。通常の拡散反射面で拡散された拡散光の輝度分布は、入射光の拡散反射面に対する入射角に依存して変化する。そのため、拡散装置４５に入射した第２の光束が拡散された拡散光の輝度分布は、必ずしも等方的にはならない。具体的に、拡散層４５１の入射側表面に平行な任意の第１方向に沿った拡散光の輝度分布と、第１方向とは異なる第２方向に沿った拡散光の輝度分布が、互いにほぼ等しくなるためには、次の条件を満たす必要がある。すなわち、拡散層４５１の法線であって、拡散層４５１上の集光点を通る法線を含むすべての断面について、入射する青色光ＢＬの入射角が等しい必要がある。
【００５９】
しかしながら、実際の光源部４１では、上記のように複数の固体光源ユニットＳＬが所定のマトリクス状に配列されているため、そこから射出される青色光ＢＬは、上記のように異方性を有している場合がある。このような場合には、拡散装置４５により拡散された拡散光の輝度分布は、任意の第１方向に沿った方向の輝度分布と、第１方向とは異なる第２方向に沿った方向の輝度分布が異なることを意味している。
上記のような拡散装置４５の拡散層４５１の拡散特性と、波長変換装置４８の波長変換素子４８１の拡散特性の違いに起因して、青色光ＢＬの拡散光の輝度分布が、蛍光ＹＬの輝度分布と異なる場合が生じる。青色光ＢＬの拡散光の輝度分布と蛍光ＹＬの輝度分布の差は、最終的に照明光の色むらとして知覚される。
【００６０】
［波長変換装置への入射光について］
以下に、図３に示した配列形態を有する光源ユニットＳＵから射出され、波長変換装置４８の波長変換素子４８１に入射する第３の光束について、図を用いて説明する。図４Ａは、光合成装置５０から第２集光素子４６に向かう光路上において、第３の光束を、第３の光束の中心を通る中心光線Ｒｃの進行方向から見た場合の断面図である。図４Ｂは、第３の光束を、第３の光束の中心を通る中心光線Ｒｃの進行方向に対して直交する面と平行な第１方向から見た場合の概略図である。また、図４Ｃは、第３の光束を、第３の光束の中心を通る中心光線Ｒｃの進行方向に対して直交する面と平行で、かつ、第１方向と直交する第２方向から見た場合の概略図である。
【００６１】
波長変換装置４８の波長変換素子４８１に入射する第３の光束は、光源ユニットＳＵの配列形態に対応するような異方性を有する輝度分布を有している。図４Ａの場合、第３の光束は、図３に示した光源ユニットＳＵの５×３の配列形態に対応するように輝度分布を有している。
【００６２】
続いて、第２集光素子４６と波長変換装置４８との間の光路上における第３の光束を図４Ａの断面と平行な方向から見た場合について、図４Ｂ及び図４Ｃを用いて説明する。なお、簡単のため、図４Ｂ及び図４Ｃでは、第２集光素子４６を１枚のレンズで表現している。
光合成装置５０で分離された第３の光束は、第２集光素子４６によって集光され、波長変換装置４８の波長変換素子４８１に入射する。そのため、第３の光束に含まれる光線のうち、中心光線Ｒｃ以外の光線は、波長変換素子４８１に対して所定の入射角を有する。
【００６３】
まず、波長変換装置４８の波長変換素子４８１に入射する第３の光束を第１方向から見た場合について、図４Ｂを用いて説明する。ここで、第３の光束に含まれる光線のうち、中心光線Ｒｃから±Ｙ方向に最も離れた位置を通る光線を第１外周光線Ｒｅ１と呼称する。そして、第１方向から見たときの中心光線Ｒｃと第１外周光線Ｒｅ１との成す角を第１入射角度θ１と呼称する。図４Ｂに示すように、第３の光束を第１方向から見ると、第１入射角度θ１は、第３の光束に含まれる各光線と中心光線Ｒｃの成す角のうち最大の入射角度になる。
【００６４】
次に、波長変換装置４８の波長変換素子４８１に入射する第３の光束を第１方向と直交する第２方向から見た場合について、図４Ｃを用いて説明する。ここで、第３の光束に含まれる光線のうち、中心光線Ｒｃから±Ｚ方向に最も離れた位置を通る光線を第２外周光線Ｒｅ２と呼称する。そして、第２方向から見たときの中心光線Ｒｃと第２外周光線Ｒｅ２との成す角を第２入射角度θ２と呼称する。図４Ｃに示すように、第３の光束を第２方向から見ると、第２入射角度θ２は、第３の光束に含まれる各光線と中心光線Ｒｃの成す角のうち最大の入射角度になる。
【００６５】
ここで、図４Ｂ及び図４Ｃから、第１入射角度θ１の大きさと、第２入射角度θ２の大きさが異なっていることがわかる。具体的には、第２入射角度θ２は、第１入射角度θ１よりも小さくなっている。これは、図４Ａに示されている光源ユニットＳＵの配列形態に対応した第３の光束の輝度分布の異方性に起因しており、第３の光束の輝度分布が広がっている領域が長い方向ほど、波長変換素子４８１への入射角も大きくなる。
【００６６】
［拡散装置への入射光について］
本実施形態において、光源ユニットＳＵの射出面と、波長変換装置４８の波長変換素子４８１は共役な関係にある。また、光源ユニットＳＵの射出面と、拡散装置４５の拡散層４５１も共役な関係にある。したがって、図３に示した配列形態を有する光源ユニットＳＵから射出され、拡散装置４５の拡散層４５１に入射する第２の光束は、波長変換装置４８の波長変換素子４８１に入射する第３の光束と相似である。ゆえに、拡散装置４５の拡散層４５１に入射する第２の光束についての詳細な説明は省略する。
【００６７】
［絞りの形状について］
上記の青色光ＢＬの輝度分布と蛍光ＹＬの輝度分布の差に起因する照明光の色むらを抑制するために、本実施形態では、波長変換装置４８と第２集光素子４６との間の光路上に絞り４７を配置している。上記の通り、絞り４７の開口部４７１の大きさは、波長変換装置４８から射出された蛍光ＹＬの光束である第５の光束の光束幅よりも小さくなるように形成されており、絞り４７に入射した第５の光束のうちの一部を遮光する。
【００６８】
図５は、本実施形態における絞り４７の形状を示す概略図である。絞り４７は、ランバート反射により等方的な輝度分布を有する蛍光ＹＬの入射光束の一部を規制することにより、絞り４７を通過する前後で蛍光ＹＬの輝度分布を変化させる。具体的には、蛍光ＹＬの輝度分布が、光源ユニットＳＵの配列形態に対応した異方性を有する青色光ＢＬの拡散光の輝度分布と略一致するように絞り４７が配置される。そのため、図５に示す通り、絞り４７の開口部４７１の形状は、絞り４７を通過する第５の光束が異方性を有するように形成される。開口部４７１の形状は、±Ｙ方向に平行な２つの辺と、±Ｚ方向に平行な２つの辺を有する長方形であり、開口部４７１の±Ｙ方向に沿った長さＬ１は、±Ｚ方向に沿った長さＬ２よりも長い。
【００６９】
本実施形態における絞り４７の具体的な形状について、図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図６Ａは、第２集光素子４６と波長変換装置４８との間の光路における第５の光束及び第６の光束を第１方向から見た場合の概略図である。また、図６Ｂは、第２集光素子４６と波長変換装置４８との間の光路における第５の光束及び第６の光束を第２方向から見た場合の概略図である。図６Ａ及び図６Ｂでは、波長変換装置４８の波長変換素子４８１から射出される蛍光ＹＬの光束である第５の光束に含まれる光線のうち、いくつかを代表して記載している。
【００７０】
絞り４７の開口部４７１の大きさは、波長変換装置４８から射出された蛍光ＹＬの光束である第５の光束の光束幅よりも小さくなるように形成されており、第５の光束の一部が絞り４７により遮光される。本実施形態において、第１方向から見た場合の絞り４７の開口部４７１の長さは、±Ｙ方向の長さＬ１である。同様に、第２方向から見た場合の絞り４７の開口部４７１の長さは、±Ｚ方向の長さＬ２である。
【００７１】
ここで、本実施形態における絞り４７の開口部４７１の大きさは、中心光線Ｒｃの進行方向に対して直交する面と平行なある方向から見たときの第３の光束に含まれる光線の入射角の最大値が大きいほど、同じ方向から見たときの開口部４７１の長さが長くなるように形成されている。つまり、開口部４７１の各辺の長さは、対応する方向から見た場合の入射角の大きさに比例する。本実施形態の場合、図６Ａ及び図６Ｂから分かるように、絞り４７を第１方向から見た場合の開口部４７１の大きさである開口部４７１の長さＬ１が、絞り４７を第２方向から見た場合の開口部４７１の大きさである開口部４７１の長さＬ２よりも長くなっている。これは、第３の光束を第１方向から見た場合の最大入射角度である第１入射角度θ１の大きさが、第３の光束を第２方向から見た場合の最大入射角度である第２入射角度θ２の大きさよりも大きいことに対応している。
【００７２】
第５の光束のうち、絞り４７の開口部４７１を通過した部分光束が第６の光束となる。開口部４７１の大きさが大きいほど、より多くの光束が絞り４７を通過できるため、照明光に含まれる蛍光ＹＬの輝度も大きくなる。絞り４７の開口部４７１の形状に異方性を持たせることで、波長変換素子４８１でランバート反射され、等方的な輝度分布を有する蛍光ＹＬの光束が、輝度分布に異方性を有する光束に変換される。さらに、第１方向から見た場合と第２方向から見た場合の絞り４７の開口部４７１の長さが、第３の光束の入射角度の大きさと比例する場合、等方的な輝度分布を有する蛍光ＹＬの光束が、通常の拡散反射をされた場合と同等の輝度分布を有する光束に変換される。
【００７３】
本実施形態の場合、図４Ｂ及び図４Ｃに示されている通り、第３の光束を第１方向から見た場合の最大入射角度である第１入射角度θ１の大きさが、第３の光束を第２方向から見た場合の最大入射角度である第２入射角度θ２の大きさよりも大きい。すなわち、θ１＞θ２の関係を満たす。このため、第１方向から見た場合の絞り４７の開口部４７１の長さＬ１が、第２方向から見た場合の絞り４７の開口部４７１の長さＬ２よりも長い、すなわち、Ｌ１＞Ｌ２となるように絞り４７が形成されている。
【００７４】
さらに、開口部４７１の長さの比Ｌ１／Ｌ２の値が、第３の光束の入射角度の比θ１／θ２と等しくなるように、すなわち、Ｌ１／Ｌ２＝θ１／θ２の関係式を満たすようにＬ１，Ｌ２を設定することがより好ましい。これにより、蛍光ＹＬの部分光束である第６の光束の輝度分布が、拡散装置４５で拡散された拡散光の輝度分布と略一致するため、青色光ＢＬの拡散光の輝度分布と蛍光ＹＬの輝度分布の差に起因する色むらを抑制することができる。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態の光源装置４及びプロジェクター１によれば、以下の効果を得ることができる。
【００７６】
（１）本実施形態によれば、絞り４７の開口部４７１の形状は、波長変換装置４８に入射する第３の光束の入射角度と対応づいている。具体的に、第３の光束を第１方向から見た場合の最大の入射角度である第１入射角度θ１が、第２方向から見た場合の最大の入射角度である第２入射角度θ２よりも大きい場合、第１方向から見た場合の開口部４７１の長さＬ１が、第２方向から見た場合の開口部４７１の長さＬ２よりも長くなるように絞り４７が形成されている。このため、絞り４７から射出される第６の光束の輝度分布は、絞り４７に入射する第５の光束の輝度分布とは異なり、第４の光束が有する輝度分布と略一致する。このため、第７の光束である照明光に含まれる第４の光束の輝度分布と第６の光束の輝度分布が略一致するため、輝度分布の差に起因する色むらを、ホモジナイザー光学系を追加することなく抑制できる。この結果、光源装置４の小型化と低コスト化を実現することが可能となる。
【００７７】
（２）本実施形態によれば、光合成装置５０は、ｐ偏光及びｓ偏光のうち、一方を透過し、他方を反射する偏光分離素子５１を備えているため、第１の光束を、第２の光束と、第３の光束に分離することができ、一つの光源部４１から射出される光束を、拡散装置４５と、波長変換装置４８の両方に導くことができる。
【００７８】
（３）本実施形態によれば、拡散装置４５及び波長変換装置４８が反射型であり、光合成装置５０が分離部としても合成部としても機能するため、それぞれを別々に設ける場合と比較して、光学部品の部品点数を削減でき、光源装置４のさらなる小型化、低コスト化を実現することができる。
（４）本実施形態によれば、光合成装置５０の偏光分離素子５１は、青色光ＢＬを偏光成分によって分離するのに対して、蛍光ＹＬについては、その偏光成分によって分離しない。このため、光合成装置５０は、第６の光束を無駄なく利用することができる。
【００７９】
（５）本実施形態によれば、偏光調整装置４２が第１の光束に含まれるｐ偏光とｓ偏光の割合を調整できるため、光合成装置５０で分離される第２の光束と第３の光束の割合を変更することができる。したがって、青色光ＢＬからなる第４の光束と、蛍光ＹＬからなる第６の光束との割合を調整することができ、照明光のホワイトバランスを調整することができる。
【００８０】
（６）本実施形態によれば、偏光調整装置４２から射出される青色光ＢＬに含まれるｐ偏光とｓ偏光の割合を、第１位相差板４２１に対する第２位相差板４２２の相対的な角度を調整することで変更することができる。したがって、照明光のホワイトバランスの調整を簡単な構成で実現することができる。
【００８１】
［他の実施形態］
上記の実施形態では、プロジェクター１は、それぞれ液晶パネルを有する光変調装置３４３（３４３Ｒ，３４３Ｇ，３４３Ｂ）を備えるとした。しかしながら、これに限らず、２つ以下、あるいは、４つ以上の光変調装置を備えるプロジェクターにも適用可能である。
また、画像投射装置３において、各光学部品のレイアウトは適宜変更可能であり、一部の光学部品を省略してもよい。例えば、上記の実施形態では、光合成装置５０が、分離部としての機能と、合成部としての機能の両方を兼ね備えているが、分離部と合成部を別々の光学素子で構成してもよい。この場合、拡散装置４５と波長変換装置４８は透過型を採用してもよく、第３位相差板４３は不要となる。
【００８２】
上記の実施形態では、光変調装置３４３は、光入射面と光射出面とが異なる透過型の液晶パネルを有する構成であった。しかしながら、これに限らず、光変調装置３４３は、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを有する構成としてもよい。また、入射光束を変調して画像情報に応じた画像を形成可能な光変調装置であれば、マイクロミラーを用いたデバイス、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を利用したものなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。
【００８３】
上記の実施形態では、投射光学装置３５は、画像形成装置３４から−Ｚ方向に沿って入射された画像光を、同じ−Ｚ方向に沿って投射する構成とした。しかしながら、これに限らず、当該投射光学装置３５における光路の下流側に非球面ミラーを配置して、画像形成装置３４から−Ｚ方向に沿って入射される画像光を他の方向に折り返す構成としてもよい。
【００８４】
上記の実施形態では、本発明の光源装置４をプロジェクター１に適用した例を挙げた。しかしながら、これに限らず、例えば、照明器具及び自動車等のヘッドライト等に、本発明に係る光源装置４を採用してもよい。
【００８５】
以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。
【００８６】
光源装置は、第１の波長帯域に属する第１の光束を射出する光源と、前記第１の光束を、第２の光束と、第３の光束とに分離する分離部と、前記第２の光束が入射し、入射した前記第２の光束を拡散させた第４の光束を射出する拡散装置と、前記第３の光束が入射し、入射した前記第３の光束により励起され、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域に属する第５の光束を射出する波長変換装置と、前記第５の光束が入射し、前記第５の光束の部分光束である第６の光束を射出する開口部が形成された絞りと、前記第４の光束と前記第６の光束を合成し、第７の光束を射出する合成部と、を備え、前記第３の光束の中心を通る光線を中心光線とし、前記中心光線と直交する面に平行な第１方向から見た場合、前記中心光線と前記第３の光束に含まれる光線の成す角度のうち、最大の角度を第１入射角度とし、前記中心光線と直交する面に平行で、前記第１方向と直交する第２方向から見た場合、前記中心光線と前記第３の光束に含まれる光線の成す角度のうち、最大の角度を第２入射角度とし、前記第１入射角度が前記第２入射角度よりも大きい場合、前記第１方向から見た前記開口部の長さが前記第２方向から見た前記開口部の長さよりも長いことを特徴とする。
【００８７】
この構成によれば、絞りが、第５の光束の一部を遮光し、第５の光束の部分光束である第６の光束を射出する。このとき、絞りの開口部の形状は、波長変換装置に入射する第３の光束の入射角度と対応づいている。具体的に、第３の光束を第１方向から見た場合の最大の入射角度を第１入射角度とし、第３の光束を第１方向と直交する第２方向から見た場合の最大の入射角度を第２入射角度とし、第１入射角度が第２入射角度よりも大きい場合、第１方向から見た場合の開口部の長さが、第２方向から見た場合の開口部の長さよりも長くなるように絞りが形成されている。このため、絞りから射出される第６の光束の輝度分布は、絞りに入射する第５の光束の輝度分布とは異なり、第４の光束が有する輝度分布と略一致する。このため、第７の光束に含まれる第４の光束の輝度分布と第６の光束の輝度分布が略一致するため、輝度分布の差に起因する色むらを、ホモジナイザー光学系を追加することなく抑制できる。この結果、光源装置を小型化することが可能となる。
【００８８】
この光源装置において、前記分離部は、第１の偏光成分の光束と、前記第１の偏光成分と異なる第２の偏光成分の光束のうち、一方を透過して他方を反射する偏光分離素子を備え、前記偏光分離素子によって前記第１の光束を前記第２の光束と前記第３の光束とに分離することが望ましい。
【００８９】
この構成によれば、分離部は、第１の偏光成分及び第２の偏光成分のうち、一方を透過し、他方を反射する偏光分離素子を備えているため、第１の光束を、第２の光束と、第３の光束に分離することができ、一つの光源のみから射出される光束を、拡散装置と、波長変換装置の両方に導くことができる。
【００９０】
この光源装置において、前記拡散装置及び前記波長変換装置は反射型であり、前記分離部は、前記合成部としても機能し、前記拡散装置で反射された前記第４の光束と、前記波長変換装置で反射されて前記絞りを透過した前記第６の光束とを前記偏光分離素子によって合成することが望ましい。
【００９１】
この構成によれば、拡散装置及び波長変換装置が反射型であり、分離部は、合成部としても機能するため、分離部と合成部を別々に設ける場合と比較して、光学部品の部品点数を削減でき、光源装置を小型化することができる。
【００９２】
この光源装置において、前記偏光分離素子は、前記第２の波長帯域に属する光束を偏光成分によって分離しないことが望ましい。
【００９３】
この構成によれば、偏光分離素子は、第２の波長帯域に属する第６の光束を、その偏光成分によって分離しない。このため、合成部は、第２の波長帯域に属する第６の光束を無駄なく利用することができる。
【００９４】
この光源装置において、前記光源と、前記分離部との間の光路上に配置され、前記第１の光束に含まれる前記第１の偏光成分の割合を調整する偏光調整装置を備えることが望ましい。
【００９５】
この構成によれば、偏光調整装置が第１の光束に含まれる第１の偏光成分の割合を調整できるため、分離部で分離される第２の光束と第３の光束の割合を変更することができる。したがって、第１の波長帯域に属する第４の光束と、第２の波長帯域に属する第６の光束との割合を調整することができ、照明光のホワイトバランスを調整することができる。
【００９６】
この光源装置において、前記偏光調整装置は、前記光源と、前記分離部との間の光路上に配置される第１位相差板と、前記第１位相差板と、前記分離部との間の光路上に配置される第２位相差板と、を備え、前記第１位相差板及び前記第２位相差板の少なくとも一方は、前記第１の光束と直交する面内の角度が調整可能に設けられることが望ましい。
【００９７】
この構成によれば、偏光調整装置から射出される第１の光束に含まれる第１の偏光成分の割合を、第１位相差板に対する第２位相差板の相対的な角度を調整することで変更することができる。したがって、照明光のホワイトバランスの調整を簡単な構成で実現することができる。
【００９８】
プロジェクターは、上記の光源装置と、前記光源装置から射出される前記第７の光束を変調して画像を形成する画像形成装置と、前記画像形成装置によって形成された前記画像を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする。
【００９９】
この構成によれば、第１の波長帯域に属する第４の光束の輝度分布と、第２の波長帯域に属する第６の光束の輝度分布の不一致に起因する色むらを抑制しつつ、小型のプロジェクターを提供できる。
【符号の説明】
【０１００】
１…プロジェクター、２…外装筐体、３…画像投射装置、３１…均一化装置、３２…色分離装置、３３…リレー装置、３４…画像形成装置、３５…投射光学装置、３６…光学部品用筐体、４…光源装置、４１…光源部、４１１…固体光源、４１２…マイクロレンズ、４１３…放熱部材、４２…偏光調整装置、４２１…第１位相差板、４２２…第２位相差板、４３…第３位相差板、４４…第１集光素子、４４１〜４４３…レンズ、４５…拡散装置、４５１…拡散層、４５２…基板、４６…第２集光素子、４６１〜４６３…レンズ、４７…絞り、４７１…開口部、４８…波長変換装置、４８１…波長変換素子、４８２…支持体、４８３…回転装置、４９…第４位相差板、５０…光合成装置、５１…偏光分離素子、Ａｘ…照明光軸、Ａｘ１…第１照明光軸、Ａｘ２…第２照明光軸、ＢＬ…青色光、Ｒｃ…中心光線、Ｒｅ１…第１外周光線、Ｒｅ２…第２外周光線、ＳＡ…固体光源アレイ、ＳＬ…固体光源ユニット、ＳＵ…光源ユニット、ＹＬ…蛍光。
【図１】
2020134896.tif 000003
【図２】
2020134896.tif 000004
【図３】
2020134896.tif 000005
【図４Ａ】
2020134896.tif 000006
【図４Ｂ】
2020134896.tif 000007
【図４Ｃ】
2020134896.tif 000008
【図５】
2020134896.tif 000009
【図６Ａ】
2020134896.tif 000010
【図６Ｂ】
2020134896.tif 000011