(57)【要約】【課題】高輝度の光を射出することが可能で、様々な用途において高い光利用効率で利用可能な光を射出することが可能で、かつ、従来の光源装置の場合よりも光源装置の軽量化を図ることが可能な光源装置を提供する。【解決手段】複数の固体光源と、複数の固体光源で生成された光をそれぞれ略平行化する複数のコリメーターレンズと、複数のコリメーターレンズからの光を所定の集光位置に集光する集光光学系４０とを備える光源装置であって、集光光学系４０は、入射面が平面であり射出面が非球面凸面である複数の小レンズが複数のコリメーターレンズのそれぞれに対応して配置された小レンズ集合体からなり、集光光学系４０の入射面及び射出面のうち一方の面には、複数の小レンズのうち少なくとも１つの小レンズの面が光源装置の光軸に沿って後退した状態となるように所定の段差が設けられている光源装置。【選択図】図４
2012058638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固体光源と、
前記複数の固体光源のそれぞれに対応して設けられ、前記複数の固体光源で生成された光をそれぞれ略平行化する複数のコリメーターレンズと、
前記複数のコリメーターレンズからの光を所定の集光位置に集光する集光光学系とを備える光源装置であって、
前記集光光学系は、入射面が平面であり射出面が非球面凸面である複数の小レンズが前記複数のコリメーターレンズのそれぞれに対応して配置された小レンズ集合体からなり、
前記集光光学系の前記入射面及び前記射出面のうち一方の面には、前記複数の小レンズのうち少なくとも１つの小レンズの面が前記光源装置の光軸に沿って後退した状態となるように所定の段差が設けられていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記集光光学系の前記入射面は、連続面であり、
前記集光光学系の前記射出面は、各コリメーターレンズからの光がいずれも前記所定の集光位置に集光されるように、複数の小レンズ毎に、前記射出面の後退量に応じて前記射出面の曲率半径が設定されていることを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光源装置において、
前記集光光学系の前記射出面は、連続面であり、
前記集光光学系の前記入射面は、前記複数の小レンズ毎に、後退量が設定されていることを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置において、
前記小レンズの射出面は双曲面からなり、
前記双曲面の円錐係数をＫとし、前記小レンズの屈折率をｎとするとき、
「Ｋ＝−ｎ２」の条件を満たすことを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置において、
前記固体光源は、半導体レーザーからなることを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の光源装置において、
前記集光位置の近傍に位置し、前記集光光学系からの光の一部又は全部から蛍光を生成する蛍光層をさらに備えることを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の光源装置において、
前記集光位置の近傍に位置し、前記集光光学系からの光を拡散させながら通過させる透過型拡散手段をさらに備えることを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の光源装置を備える照明装置と、
前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置からの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、光源装置及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の固体光源と、前記複数の固体光源のそれぞれに対応して設けられ、前記複数の固体光源で生成された光をそれぞれ略平行化する複数のコリメーターレンズと、前記複数のコリメーターレンズからの光を所定の集光位置に集光する集光光学系とを備える光源装置が知られている。また、このような光源装置を備えるプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
従来の光源装置によれば、複数の固体光源を備えるため、高輝度の光を射出することが可能となる。また、従来の光源装置によれば、複数の固体光源からの光を所定の集光位置に集光する集光光学系を備えるため、様々な用途において高い光利用効率で利用可能な光を射出することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７８９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の光源装置においては、複数の固体光源からの光を所定の集光位置に集光可能とするために、大きな集光光学系を備えることが必要となり、光源装置の軽量化を図ることが困難となるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、高輝度の光を射出することが可能で、様々な用途において高い光利用効率で利用可能な光を射出することが可能で、かつ、従来の光源装置の場合よりも光源装置の軽量化を図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備え、軽量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】
【０００６】
［１］本発明の光源装置は、複数の固体光源と、前記複数の固体光源のそれぞれに対応して設けられ、前記複数の固体光源で生成された光をそれぞれ略平行化する複数のコリメーターレンズと、前記複数のコリメーターレンズからの光を所定の集光位置に集光する集光光学系とを備える光源装置であって、前記集光光学系は、入射面が平面であり射出面が非球面凸面である複数の小レンズが前記複数のコリメーターレンズのそれぞれに対応して配置された小レンズ集合体からなり、前記集光光学系の前記入射面及び前記射出面のうち一方の面には、前記複数の小レンズのうち少なくとも１つの小レンズの面が前記光源装置の光軸に沿って後退した状態となるように所定の段差が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の光源装置によれば、複数の固体光源を備えるため、従来の光源装置の場合と同様に、高輝度な光を射出することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の光源装置によれば、複数の固体光源からの光を所定の集光位置に集光する集光光学系を備えるため、従来の光源装置の場合と同様に、様々な用途において高い光利用効率で利用可能な光を射出することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の光源装置によれば、集光光学系は、入射面が平面であり射出面が非球面凸面である複数の小レンズが複数のコリメーターレンズのそれぞれに対応して配置された小レンズ集合体からなり、集光光学系の入射面及び射出面のうち一方の面には、複数の小レンズのうち少なくとも１つの小レンズの面が光源装置の光軸に沿って後退した状態となるように所定の段差が設けられているため、入射面及び射出面がともに連続面である通常の集光光学系（集光レンズ）の場合よりも集光光学系の軽量化を図ることが可能となり、もって、従来の光源装置の場合よりも光源装置の軽量化を図ることが可能となる。
【００１０】
このため、本発明の光源装置は、高輝度の光を射出することが可能で、様々な用途において高い光利用効率で利用可能な光を射出することが可能で、かつ、従来の光源装置の場合よりも光源装置の軽量化を図ることが可能な光源装置となる。
【００１１】
なお、本発明の光源装置において、「小レンズ集合体」には、複数の小レンズを集めて構成した小レンズ集合体のみならず、プレス成形法などにより一体成形して作製した小レンズ集合体も含まれる。
【００１２】
本明細書において、「後退」とは、入射面においては、入射面が光軸に沿って射出面に近づくことをいい、射出面においては、射出面が光軸に沿って入射面に近づくことをいう。
また、「複数の小レンズのうち少なくとも１つの小レンズの面が光源装置の光軸に沿って後退した状態となる」とは、入射面及び射出面のうち一方の面において、ある小レンズの面が、隣接する少なくとも１つの小レンズの面よりも光源装置の光軸に沿って後退した状態となることをいう。
【００１３】
［２］本発明の光源装置においては、前記集光光学系の前記入射面は、連続面であり、前記集光光学系の前記射出面は、各コリメーターレンズからの光がいずれも前記所定の集光位置に集光されるように、複数の小レンズ毎に、前記射出面の後退量に応じて前記射出面の曲率半径が設定されていることが好ましい。
【００１４】
このように、本発明の光源装置においては、複数の小レンズ毎に、射出面の後退量に応じて射出面の曲率半径が設定されているため、各コリメーターレンズからの光はいずれも所定の集光位置に正しく集光されるようになる。
【００１５】
［３］本発明の光源装置においては、前記集光光学系の前記射出面は、連続面であり、前記集光光学系の前記入射面は、前記複数の小レンズ毎に、後退量が設定されていることが好ましい。
【００１６】
このような構成とすることにより、集光光学系の軽量化の程度、集光光学系の機械的強度及び集光光学系の製造コストを比較考量して、複数の小レンズ毎に、射出面の後退量を適宜決定することができる。
【００１７】
［４］本発明の光源装置においては、前記小レンズの射出面は双曲面からなり、前記双曲面の円錐係数をＫとし、前記小レンズの屈折率をｎとするとき、「Ｋ＝−ｎ２」の条件を満たすことが好ましい。
【００１８】
このような構成とすることにより、コリメーターレンズからの光を所定の集光位置に精度良く集光することが可能となる。
【００１９】
本明細書においては、「Ｋ＝−ｎ２」とは、「Ｋ」と「−ｎ２」とが完全に一致することのみを表すものではなく、実質的に一致しているとみなせる程度に数値が近いことを表す。具体的には、小数点以下第３桁で四捨五入したときに、小数点以下第２桁までの双方の数値が一致していればよい。
【００２０】
［５］本発明の光源装置においては、前記固体光源は、半導体レーザーからなることが好ましい。
【００２１】
半導体レーザーは小型で高出力であるため、このような半導体レーザーを高密度で集積することにより、小型で高出力な光源装置とすることが可能となる。
【００２２】
［６］本発明の光源装置においては、前記集光位置の近傍に位置し、前記集光光学系からの光の一部又は全部から蛍光を生成する蛍光層をさらに備えることが好ましい。
【００２３】
このような構成とすることにより、特定の色光を生成する固体光源を用いて、所望の色光を得ることが可能となる。
なお、上記の構成は、光源装置の後段にレンズインテグレーター光学系を配置して光の面内光強度分布を均一化する際には特に有効である。
【００２４】
［７］本発明の光源装置においては、前記集光位置の近傍に位置し、前記集光光学系からの光を拡散させながら通過させる透過型拡散手段をさらに備えることが好ましい。
【００２５】
このような構成とすることにより、特定の色光を生成する固体光源からの色光をそのまま、様々な用途において高い光利用効率で利用することが可能となる。
なお、上記の構成も、光源装置の後段にレンズインテグレーター光学系を配置して光の面内光強度分布を均一化する際には特に有効である。
【００２６】
［８］本発明のプロジェクターは、本発明の光源装置を備える照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置からの光を投写する投写光学系とを備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明のプロジェクターは、従来の光源装置の場合よりも光源装置の軽量化を図ることが可能な本発明の光源装置を備えるため、軽量なプロジェクターとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を示す平面図。
【図２】実施形態１における固体光源アレイ２０をコリメーターレンズアレイ３０側から見た図。
【図３】実施形態１における固体光源２４の発光強度特性及び蛍光体の発光強度特性を示すグラフ。
【図４】実施形態１における集光光学系４０の形状を説明するために示す図。
【図５】試験例における集光光学系４０ａを説明するために示す図。
【図６】試験例における集光光学系４０ａによる集光の様子を示す図。
【図７】実施形態２に係る光源装置１２の光学系を示す平面図。
【図８】実施形態２における集光光学系４２の形状を説明するために示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の光源装置及びプロジェクターについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００３０】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を示す平面図である。
図２は、実施形態１における固体光源アレイ２０をコリメーターレンズアレイ３０側から見た図である。
図３は、実施形態１における固体光源２４の発光強度特性及び蛍光体の発光強度特性を示すグラフである。図３（ａ）は固体光源２４の発光強度特性を示すグラフであり、図３（ｂ）は蛍光層５４が含有する蛍光体の発光強度特性を示すグラフである。発光強度特性とは、光源であれば電圧を印加したときに、蛍光体であれば励起光が入射したときに、どのような波長の光をどの位の強度で射出するのかという特性のことをいう。グラフの縦軸は相対発光強度を表し、発光強度が最も強い波長における発光強度を１としている。グラフの横軸は波長を表す。
【００３１】
図４は、実施形態１における集光光学系４０の形状を説明するために示す図である。図４（ａ）は集光光学系４０を蛍光生成部５０側から見た図であり、図４（ｂ）は集光光学系４０の斜視図である。なお、図４においては、実線で表される境界には段差が設けられており、破線で表される境界には段差が設けられていない。後述する図８においても同様である。
なお、各図面においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれｚ軸方向（図１における照明光軸１００ａｘ方向）、ｘ軸方向（図１における紙面に平行かつｚ軸に垂直な方向）及びｙ軸方向（図１における紙面に垂直かつｚ軸に垂直な方向）として表示する。
【００３２】
実施形態１に係るプロジェクター１０００は、図１に示すように、照明装置１００と、色分離導光光学系２００と、光変調装置としての３つの液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投写光学系６００とを備える。
照明装置１００は、光源装置１０と、レンズインテグレーター光学系１１０とを備える。照明装置１００は、照明光として赤色光、緑色光及び青色光を含む光（つまり、白色光として用いることができる光）を射出する。
【００３３】
光源装置１０は、固体光源アレイ２０と、コリメーターレンズアレイ３０と、集光光学系４０と、蛍光生成部５０と、コリメーター光学系６０とを備える。
【００３４】
固体光源アレイ２０は、図１及び図２に示すように、複数の固体光源を有する。具体的には、基板２２及び５６個の固体光源２４（１つにのみ符号を図示）を有する。固体光源アレイ２０においては、図２に示すように、５６個の固体光源２４が７行８列のマトリクス状に配置されている。
なお、本発明の光源装置においては、固体光源の数は複数（２個以上）であればよく、５６個に限定されるものではない。また、複数の固体光源は離散的に配置されていてもよい。
【００３５】
基板２２は、固体光源２４を搭載する機能を有する。詳細な説明は省略するが、基板２２は、固体光源２４に対する電力の供給を仲介する機能や、固体光源２４で発生する熱を放熱する機能等を併せて有する。
【００３６】
固体光源２４は、励起光と色光とを兼ねる青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ、図３（ａ）参照。）を生成する半導体レーザーからなる。当該半導体レーザーは、図２に示すように、長方形形状の発光領域を有し、発光領域の短辺方向に沿った拡がり角が発光領域の長辺方向に沿った拡がり角より大きくなるように構成されている。
【００３７】
コリメーターレンズアレイ３０は、図１に示すように、５６個の固体光源２４のそれぞれに対応して設けられ、５６個の固体光源２４で生成された光をそれぞれ略平行化する５６個のコリメーターレンズ３２（１つにのみ符号を図示）を有する。５６個のコリメーターレンズ３２は、５６個の固体光源２４に対応するように、７行８列のマトリクス状に配置されている。詳しい説明は省略するが、コリメーターレンズ３２は、入射面が双曲面で、かつ、射出面が平面の非球面平凸レンズからなる。
なお、本発明の光源装置においては、コリメーターレンズの数は固体光源の数に対応していればよく、５６個に限定されるものではない。また、各コリメーターレンズは離散的に配置されていてもよい。
【００３８】
集光光学系４０は、５６個のコリメーターレンズからの光を所定の集光位置に集光する。
集光光学系４０は、図１及び図４に示すように、入射面が平面であり射出面が非球面凸面である５６個の小レンズが５６個のコリメーターレンズ３２のそれぞれに対応して配置された小レンズ集合体からなる。集光光学系４０の入射面は連続面であり、集光光学系４０の射出面は、中心側ほど光源装置１０の光軸（実施形態１においては照明光軸１００ａｘと一致する。）に沿って大きく後退した状態となるように段差が設けられている。よって、集光光学系４０は、「集光光学系の入射面及び射出面のうち一方の面には、複数の小レンズのうち少なくとも１つの小レンズの面が光源装置の光軸に沿って後退した状態となるように所定の段差が設けられている」という条件を満たす。
【００３９】
集光光学系４０においては、小レンズの射出面は双曲面からなり、当該双曲面の円錐係数をＫとし、小レンズの屈折率をｎとするとき、「Ｋ＝−ｎ２」の条件を満たす。つまり、例えば５６個の小レンズがｎ＝１．５０のＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）からなる場合には、Ｋが−２．２５であれば上記の条件を満たすことになる。
【００４０】
また、集光光学系４０においては、各コリメーターレンズ３２からの光がいずれも所定の集光位置に集光されるように、複数の小レンズ毎に、射出面の後退量に応じて射出面の曲率半径が設定されている。
【００４１】
蛍光生成部５０は、集光位置の近傍に位置し、集光光学系４０からの光の一部から赤色光（発光強度のピーク：約６１０ｎｍ）及び緑色光（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ）を含む蛍光を生成する（図３（ｂ）参照。）蛍光層５４を有する。また、蛍光層５４を担持する透明部材５２を有する。蛍光生成部５０は、蛍光の生成に関わることなく蛍光層５４を通過する青色光を蛍光（赤色光及び緑色光）とともに含む光（つまり、白色光として用いることが可能な光）を射出する。蛍光生成部５０は、全体として正方形の板状の形状を有し、所定の位置（図１参照。）に固定されている。
【００４２】
透明部材５２は、少なくとも集光光学系４０からの光（青色光）を通過させる。透明部材５２は、例えば、光学ガラスからなる。なお、透明部材上に、集光光学系からの光を通過させ、蛍光を反射する層（例えば、誘電体多層膜）が形成されていてもよい。
【００４３】
蛍光層５４は、集光光学系４０からの光がデフォーカス状態で蛍光層５４に入射する位置に配置されている。
蛍光層５４は、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅを含有する層からなる。なお、蛍光層としては、他の蛍光体（上記以外のＹＡＧ系蛍光体、シリケート系蛍光体、ＴＡＧ系蛍光体等）を含有する蛍光層を用いることもできる。また、蛍光層として、集光光学系からの光を赤色光に変換する蛍光体（例えばＣａＡｌＳｉＮ３赤色蛍光体）と、集光光学系からの光を緑色に変換する蛍光体（例えばβサイアロン緑色蛍光体）とを含有する蛍光層を用いることもできる。
なお、蛍光の生成に関わることなく蛍光層５４を通過する一部の青色光は、蛍光とともに射出される。このとき、青色光は蛍光層５４中で散乱又は反射されるため、蛍光とほぼ同様の分布（いわゆるランバーシャン分布）特性を有する光として蛍光生成部５０から射出される。
【００４４】
コリメーター光学系６０は、蛍光生成部５０からの光を略平行化する。コリメーター光学系６０は、図１に示すように、第１レンズ６２及び第２レンズ６４を備える。
第１レンズ６２及び第２レンズ６４は、両凸レンズからなる。なお、第１レンズ及び第２レンズの形状は、上記形状に限定されるものではなく、第１レンズと第２レンズとからなるコリメーター光学系が、蛍光生成部からの光を略平行化することが可能な形状であればよい。また、コリメーター光学系を構成するレンズの枚数は、１枚であってもよく、３枚以上であってもよい。
【００４５】
レンズインテグレーター光学系１１０は、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を備える。
なお、レンズインテグレーター光学系の代わりにインテグレーターロッドを備えるロッドインテグレーター光学系を用いることもできる。
【００４６】
第１レンズアレイ１２０は、図１に示すように、光源装置１０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。第１レンズアレイ１２０は、光源装置１０からの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、複数の第１小レンズ１２２が照明光軸１００ａｘと直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。図示による説明は省略するが、第１小レンズ１２２の外形形状は、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域の外形形状に関して略相似形である。
【００４７】
第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０における複数の第１小レンズ１２２に対応する複数の第２小レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、各第１小レンズ１２２の像を液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に結像させる機能を有する。第２レンズアレイ１３０は、複数の第２小レンズ１３２が照明光軸１００ａｘに直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。
【００４８】
偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光からなる光として射出する偏光変換素子である。
偏光変換素子１４０は、光源装置１０からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板とを有している。
【００４９】
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を集光して液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に重畳させるための光学素子である。重畳レンズ１５０は、重畳レンズ１５０の光軸と照明光軸１００ａｘとが略一致するように配置されている。なお、重畳レンズは、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。
【００５０】
色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０，２２０、反射ミラー２３０，２４０，２５０及びリレーレンズ２６０，２７０を備える。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離するとともに、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導光する機能を有する。
色分離導光光学系２００と、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂが配置されている。
【００５１】
ダイクロイックミラー２１０，２２０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を通過させる波長選択透過膜が形成されている。
ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を反射して、緑色光及び青色光成分を通過させる。
ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させる。
【００５２】
ダイクロイックミラー２１０で反射された赤色光は、反射ミラー２３０で反射され、集光レンズ３００Ｒを通過して赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー２１０を青色光とともに通過した緑色光は、ダイクロイックミラー２２０で反射され、集光レンズ３００Ｇを通過して緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー２２０を通過した青色光は、リレーレンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、射出側の反射ミラー２５０、集光レンズ３００Ｂを経て青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。リレーレンズ２６０，２７０及び反射ミラー２４０，２５０は、ダイクロイックミラー２２０を通過した青色光成分を液晶光変調装置４００Ｂまで導く機能を有する。
【００５３】
なお、青色光の光路にこのようなリレーレンズ２６０，２７０が設けられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の発散等による光利用効率の低下を防止するためである。実施形態１に係るプロジェクター１０００においては、青色光の光路の長さが長いのでこのような構成とされているが、赤色光の光路の長さを長くして、リレーレンズ及び反射ミラーを赤色光の光路に用いる構成も考えられる。
【００５４】
液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、照明装置１００からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置であり、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものである。なお、図示を省略したが、集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が介在配置され、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が介在配置される。これら入射側偏光板、各液晶光変調装置及び射出側偏光板によって、入射された各色光の光変調が行われる。
各液晶光変調装置は、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
【００５５】
クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光板から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。この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、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。
【００５６】
クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。
【００５７】
次に、実施形態１に係る光源装置１０及びプロジェクター１０００の効果を説明する。
【００５８】
実施形態１に係る光源装置１０によれば、複数の固体光源２４を備えるため、従来の光源装置の場合と同様に、高輝度な光を射出することが可能となる。
【００５９】
また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、複数の固体光源２４からの光を所定の集光位置に集光する集光光学系４０を備えるため、従来の光源装置の場合と同様に、様々な用途において高い光利用効率で利用可能な光を射出することが可能となる。
【００６０】
また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、集光光学系４０は、入射面が平面であり射出面が非球面凸面である複数の小レンズが複数のコリメーターレンズ３２のそれぞれに対応して配置された小レンズ集合体からなり、集光光学系４０の入射面及び射出面のうち一方の面（実施形態１においては射出面）には、複数の小レンズのうち少なくとも１つの小レンズの面が光源装置１０の光軸に沿って後退した状態となるように所定の段差が設けられているため、入射面及び射出面がともに連続面である通常の集光光学系（集光レンズ）の場合よりも集光光学系の軽量化を図ることが可能となり、もって、従来の光源装置の場合よりも光源装置の軽量化を図ることが可能となる。
【００６１】
このため、実施形態１に係る光源装置１０は、高輝度の光を射出することが可能で、様々な用途において高い光利用効率で利用可能な光を射出することが可能で、かつ、従来の光源装置の場合よりも光源装置の軽量化を図ることが可能な光源装置となる。
【００６２】
また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、複数の小レンズ毎に、射出面の後退量に応じて射出面の曲率半径が設定されているため、各コリメーターレンズ３２からの光はいずれも所定の集光位置に正しく集光されるようになる。
【００６３】
また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、小レンズの射出面は双曲面からなり、「Ｋ＝−ｎ２」の条件を満たすため、コリメーターレンズ３２からの光を所定の集光位置に精度良く集光することが可能となる。
【００６４】
また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、固体光源２４は、半導体レーザーからなるため、このような半導体レーザーを高密度で集積することにより、小型で高出力な光源装置とすることが可能となる。
【００６５】
また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、集光位置の近傍に位置し、集光光学系４０からの光（青色光）の一部から蛍光（赤色光及び緑色光）を生成する蛍光層５４を備えるため、特定の色光を生成する固体光源２４を用いて、所望の色光を得ることが可能となる。
【００６６】
実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、従来の光源装置の場合よりも光源装置の軽量化を図ることが可能な実施形態１に係る光源装置１０を備えるため、軽量なプロジェクターとなる。
【００６７】
［試験例］
本試験例においては、本発明により定義される集光光学系４０ａが、複数のコリメーターレンズからの光を所定の集光位置に正しく集光できるかどうかを確認するためにシミュレーションを行った。
【００６８】
図５は、集光光学系４０ａを説明するために示す図である。図５（ａ）は集光光学系４０ａにおける複数の小レンズの光軸厚みを表示する図であり、図５（ｂ）は小レンズの光軸厚み、曲率半径及びバックフォーカス（ｂｆ）の関係を表示する表である。なお、図５（ａ）中、小レンズの光軸厚みは、当該小レンズに対応する囲みの中に表されている。
本試験例においては「小レンズの光軸厚み」を以下のように定義する。すなわち、対象とする小レンズにおける入射面及び射出面を外挿して仮想の平凸レンズを構成したとき、当該平凸レンズの光軸上の厚みのことを、「小レンズの光軸厚み」とする。
また、本試験例においては「小レンズのバックフォーカス」を以下のように定義する。すなわち、上記した平凸レンズの光軸上の射出面から焦点までの距離のことをいう。
なお、光軸厚み、曲率半径及びバックフォーカス（ｂｆ）の数値の単位は、いずれもミリメートル（ｍｍ）である。
図６は、集光光学系４０ａによる集光の様子を示す図である。図６においては、白色に近いほど入射する光の強度が高いことを表す。
【００６９】
集光光学系４０ａは、基本的には実施形態１における集光光学系４０と同様の構成を有する。但し、集光光学系４０ａにおいては、屈折率ｎを１．５３３とし、円錐係数Ｋを−２．３５０５４としている。これば、「Ｋ＝−ｎ２」の条件を満たす。
【００７０】
図５（ａ）からも分かるように、四隅に位置する小レンズにおける光軸厚みが最も大きく（２５ｍｍ）、中央部に位置する小レンズにおける光軸厚みが最も小さい（５ｍｍ）。
【００７１】
シミュレーションは、実施形態１における固体光源アレイ２０及びコリメーターレンズアレイ３０と同様の構成を有する固体光源アレイ２０ａ及びコリメーターレンズアレイ３０ａ（ともに図示せず。）の各光学パラメータと、上記した集光光学系４０ａの各光学パラメータとを用いて行った。
【００７２】
シミュレーションの結果、図６に示すように、上記した集光光学系４０ａを用いた場合に、複数のコリメーターレンズからの光を、十分に小さい範囲である０．４ｍｍ四方の正方形の中に集光できること、すなわち、複数のコリメーターレンズからの光を所定の集光位置に正しく集光できることが確認できた。
【００７３】
［実施形態２］
図７は、実施形態２に係る光源装置１２の光学系を示す平面図である。
図８は、実施形態２における集光光学系４２の形状を説明するために示す図である。図８（ａ）は集光光学系４２を蛍光生成部５０側から見た図であり、図８（ｂ）は集光光学系４２の斜視図である。
【００７４】
実施形態２に係る光源装置１２は、基本的には実施形態１に係る光源装置１０と同様の構成を有するが、入射面に段差が設けられている点で実施形態１に係る光源装置１０の場合とは異なる。すなわち、実施形態２に係る光源装置１２においては、図７及び図８に示すように、集光光学系４２の入射面には、複数の小レンズのうちいくつかの小レンズの面が光源装置の光軸に沿って後退した状態となるように所定の段差が設けられている。そして、集光光学系４２の入射面は、複数の小レンズ毎に後退量が設定されており、中心側ほど光源装置１２の光軸に沿って大きく後退した状態となるように段差が設けられている。
【００７５】
このように、実施形態２に係る光源装置１２は、入射面に段差が設けられている点で実施形態１に係る光源装置１０の場合とは異なるが、集光光学系４２は、入射面が平面であり射出面が非球面凸面である複数の小レンズが複数のコリメーターレンズ３２のそれぞれに対応して配置された小レンズ集合体からなり、集光光学系４２の入射面及び射出面のうち一方の面（実施形態２においては入射面）には、複数の小レンズのうち少なくとも１つの小レンズの面が光源装置１２の光軸に沿って後退した状態となるように所定の段差が設けられているため、実施形態１に係る光源装置１０の場合と同様に、高輝度の光を射出することが可能で、様々な用途において高い光利用効率で利用可能な光を射出することが可能で、かつ、従来の光源装置の場合よりも光源装置の軽量化を図ることが可能な光源装置となる。
【００７６】
また、実施形態２に係る光源装置１２によれば、集光光学系４２の入射面は、複数の小レンズ毎に、後退量が設定されているため、集光光学系の軽量化の程度、集光光学系の機械的強度及び集光光学系の製造コストを比較考量して、複数の小レンズ毎に、射出面の後退量を適宜決定することができる。
【００７７】
なお、実施形態２に係る光源装置１２は、入射面に段差が設けられている点以外は、実施形態１に係る光源装置１０と同様の構成を有するため、実施形態１に係る光源装置１０が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。
【００７８】
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【００７９】
（１）上記各実施形態においては、集光光学系からの光の一部から蛍光を生成する蛍光層を備え、蛍光を含む光を射出する光源装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。上記した蛍光層の代わりに、集光光学系からの光を拡散させながら通過させる透過型拡散手段を備え、固体光源が生成する光をそのまま射出する光源装置を用いてもよい。このような構成とすることにより、特定の色光を生成する固体光源からの色光をそのまま、様々な用途において高い光利用効率で利用することが可能となる。この場合にも、所定の集光位置の近傍に配置されたインテグレーターロッド等の光均一化手段を用いることもできる。
【００８０】
（２）上記各実施形態においては、固体光源及び蛍光層として、青色光を生成する固体光源２４と、青色光の一部から赤色光及び緑色光を含む蛍光を生成する蛍光層５４とを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固体光源及び蛍光層として、紫色光又は紫外光を生成する固体光源と、紫色光又は紫外光から赤色光、緑色光及び青色光を含む色光を生成する蛍光層とを用いてもよい。
【００８１】
（３）上記各実施形態においては、「白色光として用いることができる光」を射出する光源装置としたが、本発明はこれに限定されるものではない。「白色光として用いることができる光」以外の光（例えば、赤色光及び緑色光からなる光や、特定の色光成分を多く含む光）を射出する光源装置としてもよい。
【００８２】
（４）上記各実施形態においては、発光強度のピークが約４６０ｎｍの青色光を生成する固体光源２４を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、発光強度のピークが４４０ｎｍ〜４５０ｎｍの青色光を生成する固体光源を用いてもよい。このような構成とすることにより、蛍光体における蛍光生成効率を向上させることが可能となる。
【００８３】
（５）上記各実施形態においては、固体光源として半導体レーザーからなる固体光源２４を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固体光源として発光ダイオードからなる固体光源を用いてもよい。
【００８４】
（６）上記各実施形態においては、透過型のプロジェクターを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶光変調装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型の液晶光変調装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を得ることができる。
【００８５】
（７）上記各実施形態においては、プロジェクターの光変調装置として液晶光変調装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。光変調装置としては、一般に、画像情報に応じて入射光を変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置等を用いてもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。
【００８６】
（８）上記各実施形態においては、３つの液晶光変調装置を用いたプロジェクターを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。１つ、２つ又は４つ以上の液晶光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。
【００８７】
（９）本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも可能である。
【００８８】
（１０）上記各実施形態においては、本発明の光源装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の光源装置を他の光学機器（例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ、照明機器等。）に適用することもできる。
【符号の説明】
【００８９】
１０，１２…光源装置、２０…固体光源アレイ、２２…基板、２４…固体光源、３０…コリメーターレンズアレイ、３２…コリメーターレンズ、４０，４２…集光光学系、５０…蛍光生成部、５２…透明部材、５４…蛍光層、６０…コリメーター光学系、６２…第１レンズ、６４…第２レンズ、１００…照明装置、１００ａｘ…照明光軸、１１０…レンズインテグレーター光学系、１２０…第１レンズアレイ、１２２…第１小レンズ、１３０…第２レンズアレイ、１３２…第２小レンズ、１４０…偏光変換素子、１５０…重畳レンズ、２００…色分離導光光学系、２１０，２２０…ダイクロイックミラー、２３０，２４０，２５０…反射ミラー、２６０，２７０…リレーレンズ、３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…集光レンズ、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶光変調装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写光学系、１０００…プロジェクター、ＳＣＲ…スクリーン
【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６】
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