(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を射出する複数の固体光源を含み、前記励起光を平行な光線束として射出する光源部と、
前記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に分割された前記励起光を集光する集光光学系と、
集光された前記励起光によって励起され蛍光を発する発光素子と、を備え、
前記光源部は、前記複数の固体光源から射出された前記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る前記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を特徴とする光源装置。
【請求項２】
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を特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
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、
前記光照射面の平面視面積と、前記光照射面と同じ空間位置において前記光照射面と平行な平面を照射する前記励起光の照射面積と、が略等しい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を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
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を特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項６】
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を特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
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を特徴とする請求項１，５，６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
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、
【数１】
0005699568.tif 000005
によって表される形状であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項９】
請求項１から８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、光源装置およびプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクターにおいては、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられるのが一般的であった。ところが、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、ランプから放射される紫外線が液晶ライトバルブを劣化させる、等の課題がある。そこで、放電ランプに代わる方式の光源を用いたプロジェクターが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１で提案されているプロジェクターでは、蛍光体に外部から励起光を入射させ、得られる発光光（蛍光）を射出させる光源が用いられている。詳しくは特許文献１では、蛍光体の可視光放射方向端面の面積総和が、励起光発光端面の面積総和より小さく設定されており、励起光の光源を直接用いるよりも、さらに小さな面積から強い光を放つことができる光源として提案されている。この構造により、光利用効率が高く、低コスト低消費電力で明るいプロジェクターが実現可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２７３６１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、特許文献１に記載された光源では、蛍光体に光を集めすぎると、次のような理由により発光量が低下してしまう。
【０００６】
すなわち、励起光の強度が大きいと、蛍光体分子の中で励起される電子の割合が増え、励起できる電子（基底状態の電子）が減少するため、励起光の光量に応じた発光ができなくなる、いわゆる光飽和現象が発生する。これによって、発光効率（励起光の入射光量に対する蛍光体の発光量の割合）が低下してしまう。そのため、上記特許文献１のような光源を用い、強い光を得ようとして励起光量を増やしたとしても、所望の光量を得ることが難しかった。
【０００７】
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、発光効率の低下を抑制し、強い（光量の多い）光を射出することが可能な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有し、高品質な画像表示が可能なプロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者は、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、上述の光飽和現象を考慮すると、励起光の光強度は照射領域内においてできるだけ均一になっているとよいという考えに至った。なぜなら、蛍光体からできるだけ多くの光量の蛍光を発するように励起光を照射する場合、励起光の光量にムラがあると、蛍光体に励起光を照射した面全体から良好に蛍光を射出させることができないからである。
【０００９】
一方で、蛍光体を良好に発光させるための励起光の光源としては、通常、レーザー光源のような固体光源が用いられ、さらに、光量を増加させるために複数の固体光源を用いた固体光源アレイが用いられる。しかし、固体光源アレイを用いると、各固体光源から射出される光の光線軸が各々離間しており、固体光源アレイ全体では、射出される励起光の光線束内に、各固体光源に対応した光線軸近傍では明るく、各固体光源間の領域に対応した部分では暗いといった、光量のムラが生じていた。そのため、蛍光体に光飽和を生じさせず、且つ蛍光体の全面から蛍光を射出させる、といった効率的な発光が困難となっていた。
【００１０】
そこで、上記の課題を解決するため、本発明の光源装置は、励起光を射出する複数の固体光源を含み、前記励起光を平行な光線束として射出する光源部と、前記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に分割された前記励起光を集光する集光光学系と、集光された前記励起光によって励起され蛍光を発する発光素子と、を備え、前記光源部は、前記複数の固体光源から射出された前記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る前記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を特徴とする。
そこで、上記の課題を解決するため、本発明の光源装置は、励起光を射出する複数の固体光源を含み、前記励起光を平行な光線束として射出する光源部と、前記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に分割された前記励起光を集光する集光光学系と、集光された前記励起光によって励起され蛍光を発する発光素子と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば複数の固体光源から射出され、離散的な光強度分布を有する励起光が、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、発光効率の低下を容易に抑制し、安定して強い光を射出することが可能な光源装置とすることができる。
【００１１】
第１に、本発明においては、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望ましい。
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。
【００１２】
本発明においては、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、前記光照射面の平面視面積と、前記光照射面と同じ空間位置において前記光照射面と平行な平面を照射する前記励起光の照射面積と、が略等しいことが望ましい。
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。
【００１３】
本発明においては、前記光源部は、前記複数の固体光源から射出された前記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る前記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望ましい。
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。
【００１４】
本発明においては、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望ましい。
この構成によれば、レンズアレイに入射する励起光に、平行化レンズを透過することによる強度分布が発生されにくく、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い。そのため、光飽和を抑制して発光素子に発光させることが容易となる。
【００１５】
第２に、本発明においては、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望ましい。
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。
【００１６】
本発明においては、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望ましい。
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。
【００１７】
本発明においては、前記光源部は、前記複数の固体光源から射出された前記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る前記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望ましい。
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。
【００１８】
本発明においては、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望ましい。
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に発光させることが容易となる。
【００１９】
本発明においては、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、以下の式（１）によって表される形状であることが望ましい。
【数１】
0005699568.tif 000002
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。
【００２０】
また、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、発光素子における光飽和現象の発生が抑制されることにより光源装置から射出される光量が安定し、明るさムラが抑制されて高品質な画像表示が可能なプロジェクターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の光源装置およびプロジェクターを示す模式図である。
【図２】第１実施形態の光源装置に含まれる光源部の正面図である。
【図３】光源および発光素子の発光特性を示すグラフである。
【図４】第１実施形態の光源装置に含まれる光源部の側面図である。
【図５】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。
【図６】励起光の主光線に直交する平面における励起光の光強度を示す計算結果である。
【図７】偏光変換素子の概略説明図である。
【図８】第１実施形態の光源装置の変形例を示す説明図である。
【図９】励起光の主光線に直交する平面における励起光の光強度を示す計算結果である。
【図１０】第１実施形態の光源装置の変形例を示す説明図である。
【図１１】第１実施形態の光源装置の変形例を示す説明図である。
【図１２】第１実施形態の光源装置の変形例を示す説明図である。
【図１３】第１実施形態の光源装置の変形例を示す説明図である。
【図１４】第２実施形態の光源装置を示す模式図である。
【図１５】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。
【図１６】励起光の主光線に直交する平面での励起光の光強度を示す計算結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１実施形態］
以下、図１〜図１３を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る光源装置およびプロジェクターについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００２３】
図１は、本実施形態の光源装置１００およびプロジェクターＰＪを示す模式図である。図に示すようにプロジェクターＰＪは、光源装置１００、色分離光学系２００、液晶ライトバルブ（光変調素子）４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂ、色合成素子５００、投写光学系６００を含んでいる。
【００２４】
プロジェクターＰＪは、概略すると以下のように動作する。光源装置１００から射出された光は、色分離光学系２００により複数の色光に分離される。色分離光学系２００により分離された複数の色光は、それぞれ対応する液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂに入射して変調される。液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂにより変調された各色光は、色合成素子５００に入射して合成される。色合成素子５００により合成された光は、投写光学系６００により壁やスクリーン等の被投写面７００に拡大投写され、フルカラーの投写画像が表示される。
以下、プロジェクターＰＪの各構成要素について説明する。
【００２５】
光源装置１００は、青色光を射出する２つの光源１０Ｂ（第１の光源１０Ｂａ、第２の光源１０Ｂｂ）を有している。
【００２６】
光源装置１００は、光源１０Ｂａから射出される光の光路に沿って見ると、光源１０Ｂａ、コリメート光学系２０、レンズインテグレーター３０、光波長選択光学系４０、重畳光学系５０、発光素子６０、レンズアレイ１２０，１３０、偏光変換素子１４０、重畳レンズ１５０がこの順に配置された構成になっている。
【００２７】
ここで、光源１０Ｂａとコリメート光学系２０とは、本発明における光源部を構成する。また、レンズインテグレーター３０に含まれる第２レンズアレイ３４と、重畳光学系５０とは、本発明における集光光学系を構成する。
【００２８】
また、光源装置１００は、光源１０Ｂｂから射出される光の光路に沿って見ると、光源１０Ｂｂ、コリメーターレンズアレイ２２ｂ，集光レンズ７０、ディフューザー８０、平行化レンズ９０、光波長選択光学系４０、レンズアレイ１２０，１３０、偏光変換素子１４０、重畳レンズ１５０がこの順に配置された構成になっている。
【００２９】
このような構成を有する光源装置１００では、光源１０Ｂａから射出される青色光は、発光素子６０に照射され、発光素子６０が備える蛍光体から蛍光を射出させるための励起光として用いられる。発光素子６０から射出された蛍光は、光源１０Ｂｂから射出される青色光と光路上で混色され、液晶ライトバルブの照明光として用いる白色光Ｌとして光源装置１００から射出される。
【００３０】
以下、まず第１の光源１０Ｂａから射出される光の挙動について説明しながら、各構成を説明し、次いで、第２の光源１０Ｂｂから射出される光の挙動について説明しながら、各構成を説明する。
【００３１】
図２は、光源１０Ｂａの正面図である。図に示すように、光源１０Ｂａは、基台１１上にレーザー光源（固体光源）１２が５個×５個の正方形状に２次元配列（合計２５個）で並べられているレーザー光源アレイである。各レーザー光源１２は、平面視で角丸矩形を有しており、長軸方向が一方向に向かうようにして配列している。
【００３２】
光源１０Ｂａは、発光素子６０が備える蛍光物質を励起させる励起光として、青色（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ、図３（ａ）参照）のレーザー光を射出する。図３（ａ）において、符号Ｂで示すのは、光源１０Ｂａが励起光として射出する色光成分である。なお、光源１０Ｂａは、図２に示すようなレーザー光源アレイではなく、１つだけレーザー光源を用いることとしても良い。また、後述する蛍光物質を励起させることができる波長の光であれば、４４５ｎｍ以外のピーク波長を有する色光を射出する光源であっても構わない。図１では、光源１０Ｂａから射出される励起光を、符号Ｂで示している。
【００３３】
図４は、光源１０Ｂａの側面図である。図に示すように、光源１０Ｂａから出射された励起光は、コリメート光学系２０に含まれる第１のコリメーターレンズアレイ２２ａで平行化される。その後、集光レンズ２４で集光された励起光の光線は、集光レンズ２４の焦点Ｆ１の方向に進み、平行化レンズ２６によって再度平行化される。このようなコリメート光学系２０を透過することにより、励起光は、光線束全体の幅が狭められる。
【００３４】
ここで、平行化レンズ２６は、入射面２６ａが球面状の凸面であり、射出面２６ｂが非球面状の凹面となっている。射出面２６ｂの形状をさらに具体的に説明すると、平行化レンズ２６の射出面２６ｂの非球面形状は、式（２）の関係をほぼ満足する形状となっている。すなわち、射出面２６ｂでは、射出面２６ｂ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。
【００３５】
【数２】
0005699568.tif 000003
【００３６】
ここで、ｒ，Ｚは、図４に示すように、平行化レンズ２６の射出面２６ｂと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。
【００３７】
また、式（２）中、近軸曲率ｃは、集光レンズ２４で集光された励起光の光線を、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２４で集光された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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
本実施形態における平行化レンズ２６の非球面の回転二次曲面形状は、式（２）の左辺第３項を無視した下式（３）に基づき、次のような方法によって決定される。
【００４１】
【数３】
0005699568.tif 000004
【００４２】
まず、集光レンズ２４の形状と、平行化レンズ２６の入射面２６ａの曲率と、平行化レンズ２６の屈折率ｎと、平行化レンズ２６の中心部の厚みと、平行化レンズ２６の設置位置とを考慮して、近軸曲率ｃの値を求める。
【００４３】
具体的には、まず、集光レンズ２４の形状、および平行化レンズ２６の入射面２６ａ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２６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２６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。
【００４４】
このようにして求めた曲率の値が、射出面２６ｂ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２６の入射面２６ａを平面とする場合には、入射面２６ａの曲率を０とする。
【００４５】
次に、円錐定数Ｋを求める。本実施形態の光源装置１００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１００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。
【００４６】
このようにして設計された平行化レンズ２６を用いると、コリメート光学系２０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。
【００４７】
コリメート光学系２０を透過した励起光は、レンズインテグレーター３０に入射する。レンズインテグレーター３０は、第１レンズアレイ３２と第２レンズアレイ３４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３２、第２レンズアレイ３４は、コリメート光学系２０から射出された光の輝度分布を均一化するものである。
【００４８】
レンズインテグレーター３０を透過した励起光は、光波長選択光学系４０に入射する。光波長選択光学系４０は、ダイクロイックミラー４２およびダイクロイックミラー４４を有している。ダイクロイックミラー４２およびダイクロイックミラー４４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る。
【００４９】
ダイクロイックミラー４２およびダイクロイックミラー４４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４２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。一方、ダイクロイックミラー４４は青色光を透過させ、青色光よりも長波長の光（例えば、４８０ｎｍよりも長波長の光）を反射させる。ここでは、励起光は、ダイクロイックミラー４４を透過するとともに、ダイクロイックミラー４２で反射される。
【００５０】
ダイクロイックミラー４２で反射された励起光は、重畳光学系５０に入射して、発光素子６０上に結像する。
【００５１】
図５には、レンズインテグレーター３０に入射した励起光（青色光Ｂ）が、発光素子６０に照射されるまでの励起光の挙動を図示している。
【００５２】
図５に示すように、第１レンズアレイ３２は、複数の第１小レンズ３２ａを含んでおり、第２レンズアレイ３４は複数の第２小レンズ３４ａを含んでいる。また、第１小レンズ３２ａおよび第２小レンズ３４ａの平面視形状は、発光素子６０の光照射面６０ａの平面視形状と略相似形となっている。
【００５３】
第１レンズアレイ３２および第２レンズアレイ３４において、第１小レンズ３２ａと第２小レンズ３４ａとは１対１で対応している。コリメート光学系２０から射出された光は、複数の第１小レンズ３２ａに空間的に分かれて入射し、第１小レンズ３２ａは、入射した光を対応する第２小レンズ３４ａに結像させる。これにより、複数の第２小レンズ３４ａの各々に、二次光源像が形成される。
【００５４】
また、複数の第２小レンズ３４ａの各々から射出される光は、ダイクロイックミラー４２を介して第１レンズ５２および第２レンズ５４を含んで構成される重畳光学系５０で集光され、発光素子６０上に結像する。言い換えると、第２レンズアレイ３４と重畳光学系５０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６０の光照射面６０ａに結像させる。
【００５５】
図５に示すように、発光素子６０は、板状の基体６１と、基体６１の励起光入射側の面に形成された蛍光体層６２と、を有している。蛍光体層６２は、例えば、平面視で１ｍｍ×１ｍｍの略正方形状に形成されており、蛍光を発する蛍光体粒子６２１を有している。このような蛍光体層６２は、励起光（青色光）を吸収し黄色（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ、図３（ｂ）参照）の蛍光に変換する機能を有する。
【００５６】
図３（ｂ）において符号Ｒで示した成分は、蛍光体層６２が射出する黄色光のうち赤色光として利用可能な色光成分であり、符号Ｇで示した成分は、同様に緑色光として利用可能な色光成分である。図１では、赤色光を符号Ｒ、緑色光を符号Ｇで示し、赤色光Ｒと緑色光Ｇとを含む蛍光を符号ＲＧで示している。
【００５７】
このような構成において、第２レンズアレイ３４と重畳光学系５０とを含んで構成される光学系は、第１レンズアレイ３２のレンズ面と、発光素子６０の光照射面６０ａ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３４と重畳光学系５０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３２のレンズ面と一致し、像面が光照射面６０ａ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６０ａ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。
【００５８】
ここで、「第１レンズアレイ３２のレンズ面」とは、第１レンズアレイ３２が有する複数の第１小レンズ３２ａ間の谷をつないだ仮想的な面のことである。
【００５９】
図６は、励起光の主光線に直交する平面での、励起光の光強度を示す計算結果であり、図６（ａ）は、第１レンズアレイ３２に入射する励起光の光強度、図６（ｂ）は光照射面６０ａに入射する励起光の光強度を示す分布図である。図６（ａ）（ｂ）では、光強度が大きい箇所ほど明るく、光強度が小さい箇所ほど暗くなるようにして、光強度を領域の明度に対応させて表示している。
【００６０】
また、図６（ｃ）は、図６（ｂ）の分布図において、原点を通り、且つｘ軸およびｙ軸に沿った領域での光強度を示すグラフである。図６（ｃ）の横軸は、図６（ｂ）の領域中のｘ軸またはｙ軸上の位置（座標）、縦軸は、光強度（放射照度）を示している。
【００６１】
図６（ａ）に示すように、第１レンズアレイ３２に入射する前の空間位置では、励起光の光強度分布は、図２に示す光源１０Ｂａに対応して、離散的に明るい部分と暗い部分とが存在している。対して、図６（ｂ）に示すように、光照射面６０ａ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、図６（ｃ）に示すように、光照射面６０ａの全ての領域内で光強度が略等しい、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っている。
【００６２】
発光素子６０には、上述のようにレンズインテグレーター３０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６０の平面視形状と略同一形状に成形されている。そのため、発光素子６０に対して、面内で光飽和を生じないように、且つ、光照射面６０ａの全面に励起光を照射することが容易となる。したがって、発光素子６０は、光照射面６０ａ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。
【００６３】
発光素子６０から射出される蛍光ＲＧに対しては、重畳光学系５０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５０で平行化された後に、光波長選択光学系４０に入射する。光波長選択光学系４０においては、ダイクロイックミラー４４で反射してレンズアレイ１２０に向けて射出される。
【００６４】
次に、第２の光源１０Ｂｂから射出される光について説明しながら、各構成について説明する。
【００６５】
光源１０Ｂｂは、図２に示す光源１０Ｂａと同様の構成を有しており、青色光を射出するレーザー光源アレイである。光源１０Ｂｂから出射された青色光は第２のコリメーターレンズアレイ２２ｂで平行化され、集光レンズ７０で集光される。
【００６６】
集光レンズ７０の焦点位置にはディフューザー８０が設けられている。ディフューザー８０は透過する光を散乱させる機能を有している。光源１０Ｂｂから射出されるコヒーレント光である青色光が、ディフューザー８０で散乱することにより青色光の内に光路差が設けられ、可干渉性が低下する。そのため、被投写面７００に投写されたときにスペックルと呼ばれる干渉縞が生じにくくなる。
【００６７】
ディフューザー８０を透過した青色光は、平行化レンズ９０に入射し平行化された後に、光波長選択光学系４０に入射し、ダイクロイックミラー４２で反射してレンズアレイ１２０に向けて射出される。すなわち、光波長選択光学系４０から射出される光は、発光素子６０から射出される赤色光および緑色光が混色した蛍光ＲＧと、光源１０Ｂｂ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。
【００６８】
なお、本実施形態では、光源１０Ｂｂがレーザー光源アレイであることとしたが、表示に用いる青色光を射出することができるならば、レーザー光源アレイである必要はない。
【００６９】
レンズアレイ１２０，１３０は、光波長選択光学系４０から射出された白色光Ｌの輝度分布を均一化するものである。レンズアレイ１２０は、複数の第１小レンズ１２２を含んでおり、レンズアレイ１３０は複数の第２小レンズ１３２を含んでいる。レンズアレイ１２０とレンズアレイ１３０とにおいて、第１小レンズ１２２と第２小レンズ１３２とは１対１で対応している。光波長選択光学系４０から射出された光Ｌは、複数の第１小レンズ１２２に空間的に分かれて入射し、第１小レンズ１２２は、入射した光を対応する第２小レンズ１３２に結像させる。これにより、複数の第２小レンズ１３２の各々に、二次光源像が形成される。なお、第１小レンズ１２２，第２小レンズ１３２の外形形状は、液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域の外形形状と略相似形となっている。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
色分離光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０、ミラー２３０、ミラー２４０、ミラー２５０、フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ，フィールドレンズ３００Ｂ、リレーレンズ２６０、リレーレンズ２７０を含んでいる。ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、所定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特性を有している。ここでは、ダイクロイックミラー２１０が緑色光と青色光とを反射させ、ダイクロイックミラー２２０が緑色光を反射させる。
【００７４】
光源装置１００から射出された光Ｌは、ダイクロイックミラー２１０に入射する。光Ｌのうちの赤色光Ｒは、ダイクロイックミラー２１０を通ってミラー２３０に入射し、ミラー２３０で反射してフィールドレンズ３００Ｒに入射する。赤色光Ｒは、フィールドレンズ３００Ｒにより平行化された後に、液晶ライトバルブ４００Ｒに入射する。
【００７５】
光Ｌのうちの緑色光Ｇと青色光Ｂとは、ダイクロイックミラー２１０で反射して、ダイクロイックミラー２２０に入射する。緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー２２０で反射してフィールドレンズ３００Ｇに入射する。緑色光Ｇは、フィールドレンズ３００Ｇにより平行化された後に、液晶ライトバルブ４００Ｇに入射する。
【００７６】
ダイクロイックミラー２２０を通った青色光Ｂは、リレーレンズ２６０を通りミラー２４０で反射した後、リレーレンズ２７０を通りミラー２５０で反射してフィールドレンズ３００Ｂに入射する。青色光Ｂは、フィールドレンズ３００Ｂにより平行化された後に、液晶ライトバルブ４００Ｂに入射する。
【００７７】
液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂは、例えば透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成される。液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給するＰＣ等の信号源（図示略）と電気的に接続されており、供給された画像信号に基づき入射光を画素ごとに空間変調して、それぞれ赤色画像、緑色画像、青色画像を形成する。液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂにより変調された光（形成された画像）は、色合成素子５００に入射する。
【００７８】
色合成素子５００は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光Ｒが反射し緑色光Ｇが透過するミラー面と、青色光Ｂが反射し緑色光Ｇが透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。ダイクロイックプリズムに入射した緑色光Ｇは、ミラー面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤色光Ｒ、青色光Ｂは、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光Ｇの射出方向と同じ方向に射出される。このようにして３つの色光（画像）が重ね合わされて合成され、合成された色光が投写光学系６００によって被投写面７００に拡大投写される。
本実施形態のプロジェクターＰＪでは、以上のようにして画像表示を行う。
【００７９】
以上のような構成の光源装置１００によれば、発光素子６０において光飽和現象の発生が抑制されることにより光量が安定し、従来に比べて発光効率の高い光源とすることができる。
【００８０】
また、以上のような構成のプロジェクターＰＪによれば、光飽和現象の発生が抑制されることにより光源装置から射出される光量が安定し、明るさムラが抑制されて高品質な画像表示が可能となる。
【００８１】
なお、本実施形態においては、平行化レンズ２６は、射出面２６ｂが非球面形状を有することとしたが、入射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。
【００８２】
図８に示す平行化レンズ２７は、入射面２７ａが、式（３）の関係を満足する回転二次曲面形状とされており、射出面２７ｂが平面である片凹レンズである。このような平行化レンズ２７を用いると、上述の平行化レンズ２６を用いる場合と比較して、より平行度の高い光線束を得やすいという利点がある。
【００８３】
すなわち、上述の平行化レンズ２６から射出される光線束は、平行化レンズ２６の入射面２６ａと射出面２６ｂとにおける屈折により、２回の進行方向の変更を経て射出される。一方、平行化レンズ２７から射出される光線束は、平行化レンズ２７の入射面２７ａにおける屈折により平行化されるため、１回のみの進行方向の変更を経て射出されるため、レンズの成形誤差による平行化の乱れが生じにくい。したがって、平行化レンズ２７を用いれば、より平行度の高い光線束を得ることが可能となる。
【００８４】
一方で、上述の平行化レンズ２７から射出される光線束は、図９に示すような光強度分布となる。図９は、平行化レンズ２７を用いた場合の励起光の主光線に直交する平面での、励起光の光強度を示す計算結果であり、図６に対応する図である。
【００８５】
図９（ａ）に示すように、平行化レンズ２７を用いると第１レンズアレイ３２に入射する前の空間位置では、励起光の光強度分布は離散的で且つ糸巻き状に歪んで配置されている。これは、図８に示すように、平行化レンズ２７では、入射する光線の入射角が、平行化レンズ２７の中央（符号α）と周辺（符号β）とで、かなり大きな差が生じているためであり、このため、平行化レンズ２７から射出される光線束は、中央が強く周囲が弱くなるような強度分布が発生しやすくなっている。
【００８６】
そして、図９（ｂ）（ｃ）に示すように、光照射面６０ａに入射する前の空間位置では、励起光は、１ｍｍ×１ｍｍの略正方形状の領域内に均一なトップハット形状の光強度分布に近づいているものの、図６（ｂ）（ｃ）に示す光強度分布よりも不均一なものとなっている。これは、第１レンズアレイ３２に入射する前の光強度の不均一さ（図９（ａ）参照）を反映した結果であると考えられる。
【００８７】
このような平行化レンズ２７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。
【００８８】
具体的には、まず、集光レンズ２４の形状、および平行化レンズ２７の屈折率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２７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２７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。
【００８９】
次に、円錐定数Ｋを求める。ここで、平行化レンズ２７では、入射面２７ａが式（３）に基づいて設定された非球面であるため、平行化レンズ２７に入射する励起光は、入射面２７ａ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２７ｂ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２７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２７の反射面形状の非球面の円錐定数Ｋは、ほぼＫ＝−ｎ２で決定されている。
【００９０】
したがって、本変形例においては、円錐定数Ｋは、Ｋ＝−ｎ２で求めることができ、平行化レンズ２６を用いる場合のようなシミュレーションを行う必要はない。このような平行化レンズ２７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２７ａを非球面形状とする場合には、入射面２７ａを回転双曲面形状とするとよい。
【００９１】
また、本実施形態においては、励起光の光源として図２に示すような光源１０Ｂａを用いることとしたが、次の図１０、１１に示すような光源部を用いることもできる。
【００９２】
図１０は、光源装置１０１を示す概略図である。光源装置１０１では、励起光を射出する光源として上述の光源１０Ｂａの代わりに光源１３を用いている。光源１３から射出された青色光Ｂはコリメーターレンズアレイ２８で平行化された後に、複数の反射ミラー２９ａを含む反射部２９で反射されて集光レンズ２４に入射する構成となっている。
【００９３】
反射ミラー２９ａは、各レーザー光源１２から射出された青色光Ｂに対応して設けられ、主光線の間隔をＷ１からＷ２（Ｗ１＞Ｗ２）とする機能を有している。反射ミラー２９ａは、互いに間隔Ｗ３ずつ離間して配置しており、各反射ミラー２９ａで反射することで、主光線の間隔を変更する構成となっている。
【００９４】
図１１は光源装置１０１が有する光源１３の平面図である。図１１に示すように、光源１３は、基台１１上にレーザー光源１２が１０個×５個の長方形状に２次元配列（合計５０個）で並べられているレーザー光源アレイである。各レーザー光源１２は、平面視で矩形を有しており、長軸方向が一方向に向かうようにして配列している。また、レーザー光源１２の短軸方向には、間隔Ｗ１を空けて配列している。
【００９５】
このような光源１３では、図１１（ｂ）に示すように、各レーザー光源１２から射出されるレーザー光（青色光Ｂ）は、主光線の間隔がレーザー光源１２の配置間隔Ｗ１に応じたものとなる。
【００９６】
そのため図１１（ｃ）に示すように、反射部２９で反射されたレーザー光（青色光Ｂ）は、主光線の間隔が間隔Ｗ２となり、光線束全体では光量が多くなる。
【００９７】
このような構成の光源装置１０１では、光源１３から射出される光の密度を高めることができるため、発光素子６０に照射する光の光量を増やし、強い蛍光を射出することが可能な光源装置となる。
【００９８】
また、本実施形態においては、発光素子６０が発する蛍光ＲＧには、赤色光Ｒと緑色光Ｇとが含まれることとしたが、これに限らない。例えば、図１２に示す光源装置１０２のように発光素子６３のように、緑色光Ｇのみを含む蛍光を発することとしてもよい。
【００９９】
その場合、図１２に示すように、表示に用いる青色光を射出する光源１０Ｂｂの他に、赤色光を射出する光源１０Ｒを用意するとよい。すなわち、光源１０Ｂｂから射出される青色光Ｂと光源１０Ｒから射出される赤色光Ｒとの光路上に、青色光を反射し他の光を透過するダイクロイックミラー４６を配置して光路上で混色し、混色した光を集光レンズ７０に導く構成とするとよい。光源１０Ｒは、赤色光を射出することができるならば、レーザー光源アレイであってもよく、他の構成であってもよい。
【０１００】
また、本実施形態においては、発光素子６０を励起光の入射する側に蛍光を射出する反射型の構成としたが、励起光の入射する面と対向する面に蛍光を射出する透過型の構成であることとしても構わない。
【０１０１】
図１３は、透過型の発光素子６４を有する光源装置１０３の概略図である。
【０１０２】
図に示すように、光源装置１０３では、光源１０Ｂから射出した励起光（青色光Ｂ）が、コリメート光学系２０、レンズインテグレーター３０、重畳光学系５０を介して、発光素子６４の一方の面（入射面６４ａ）に入射する。発光素子６４では、一部の励起光が吸収されて赤色光と緑色光とを含む蛍光ＲＧに変換され、残りの励起光が吸収されずに透過する。そのため、発光素子６４の他方の面（射出面６４ｂ）からは、吸収されなかった励起光（青色光Ｂ）と、蛍光ＲＧとが混色した白色光Ｌが射出される。
【０１０３】
発光素子６４から射出された光Ｌは、第１ピックアップレンズ５６、第２ピックアップレンズ５７を含むピックアップ光学系５９で広がりを抑えられた後に、レンズアレイ１２０，１３０、偏光変換素子１４０、重畳レンズ１５０を介して射出される。
【０１０４】
このような光源装置１０３であっても、光源１０Ｂから射出した励起光の光強度をレンズインテグレーター３０で平均化した後に、発光素子６４が有する蛍光体層に入射させるため、発光効率の高い光源とすることができる。
【０１０５】
また、本実施形態においては、コリメート光学系２０に含まれる集光レンズ２４と平行化レンズ２６とが、いわゆるガリレオタイプのアフォーカル光学系を形成しているが、平行化レンズ２６の代わりに凸レンズを用い、いわゆるケプラータイプのアフォーカル光学系を形成することとしても構わない。
【０１０６】
また、本実施形態においては、第１レンズアレイ３２のレンズ面と、発光素子６０の光照射面６０ａとが、集光光学系を介して共役関係にあることとしたが、光照射面６０ａに結像していなくても、第１レンズアレイ３２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６０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。
【０１０７】
また、本実施形態においては、集光した励起光は照射面積が１ｍｍ×１ｍｍの略正方形状に成形されており、この大きさは蛍光体層６２の平面視面積と略同じであることとしたが、例えば、励起光の照射面積の方が蛍光体層６２よりも少しばかり大きいこととしても、発光素子６０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。
【０１０８】
また、本実施形態においては、第１レンズアレイ３２と第２レンズアレイ３４の小レンズの平面視形状と、光照射面６０ａの平面視形状とが、略相似形であることとした。しかし、相似形でないとした場合には、一部の励起光が無駄となるが、発光素子６０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。
【０１０９】
また、本実施形態においては、上記式（３）を用いて平行化レンズ２６の凹面を設計することとしたが、その他通常知られた非球面の設計方法を用いても構わない。
【０１１０】
［第２実施形態］
図１４は、本発明の第２実施形態に係る光源装置の説明図である。以下の説明においては、第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１１１】
図１４に示すように、光源装置１０４は、第１実施形態の光源装置１００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３２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５０が本発明の集光光学系として機能する。
【０１１２】
図１５は、第１レンズアレイ３２および重畳光学系５０の機能を示す説明図である。図１５においては、簡略化のため、重畳光学系５０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５０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。
【０１１３】
図１５（ａ）に示すように、第１レンズアレイ３２および重畳光学系５０を含んで構成される光学系では、第１レンズアレイ３２に入射する励起光（青色光Ｂ）が平行であり、第１レンズアレイ３２と重畳光学系５０とを透過した励起光の主光線が、重畳光学系５０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３２と重畳光学系５０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３２および重畳光学系５０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３２を透過した後、重畳光学系５０に入射し、重畳光学系５０から射出される励起光は、重畳光学系５０に係る一定幅の射出瞳Ｐを通過する。
【０１１４】
このような構成では、射出瞳Ｐの幅は、重畳光学系５０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３２を構成する小レンズ３２ａと相似形となる。すなわち、射出瞳Ｐの幅は、重畳光学系５０と第１レンズアレイ３２との距離Ｌａにはよらず、常に一定となる。例えば、射出瞳Ｐが１ｍｍ×１ｍｍの略正方形状となるように設計する。
【０１１５】
したがって、図１５（ｂ）に示すように、重畳光学系５０の焦点Ｆ２の位置に、射出瞳と同じ大きさの発光素子６０を配置し、光照射面６０ａ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１００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６０に照射することができる。
【０１１６】
図１６は、光源装置１０４の励起光の主光線に直交する平面での、励起光の光強度を示す計算結果であり、図６（ｂ）（ｃ）に対応する図である。
【０１１７】
図１６（ａ）に示すように、発光素子６０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、図１６（ｂ）に示すように、全ての領域内で光強度が略等しい、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っている。
【０１１８】
光源装置１０４においては、第１レンズアレイ３２で複数の光線束に分割された励起光が重畳光学系５０で集光されるため、光強度分布が平均化される。加えて、図１５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、光源１０Ｂａのように離散的な光源であっても、良好に光強度分布を平均化することが可能となる。
【０１１９】
以上のような構成の光源装置１０４によれば、光飽和現象の発生が抑制されることにより光量が安定し、従来に比べて発光効率の高い光源とすることができる。
【０１２０】
なお、本実施形態においては、平行化レンズ２６を用いることとして説明したが、図８に示す平行化レンズ２７を用いることとしてもよい。入射面が凹面であり射出面が平面である平行化レンズ２７は、上述のように平行化レンズ２７を透過する励起光の平行度を平行化レンズ２６よりも向上させることができる。そのため、第１レンズアレイ３２および重畳光学系５０を用いた励起光の平均化を行い易くなる。
【０１２１】
また、本実施形態においては、発光素子６０の光照射面６０ａ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の方が大きい場合であっても、一部の励起光が無駄となるが、発光素子６０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。
【０１２２】
また、本実施形態においては、光照射面６０ａが重畳光学系５０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３２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６０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。
【０１２３】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１０Ｂａ…光源（光源部）、１２…レーザー光源（固体光源）、２０…コリメート光学系（光源部）、２２ａ…コリメーターレンズアレイ、２４…集光レンズ、２６，２７…平行化レンズ、２６ａ，２７ａ…入射面、２６ｂ，２７ｂ…射出面、３２…レンズアレイ、３４…第２レンズアレイ、５０…重畳光学系、６０，６３，６４…発光素子、６０ａ…光照射面、６１…基体、６２…蛍光体層、１００〜１０４…光源装置、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調素子）、６００…投写光学系、Ｂ…青色光（励起光）、Ｆ２…焦点、Ｐ…射出瞳、ＰＪ…プロジェクター、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図６】
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【図９】
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【図１６】
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