(57)【要約】【課題】光源ユニットの大型化を抑えつつ、光損失が小さい光源装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、第１の発光素子を含む第１の光源ユニットと、第２の発光素子と第３の発光素子とを含む第２の光源ユニットと、光路変更部と、第１の光合成部と、を備える。第１の発光素子は第１の光ビームを第１の方向に射出する。第２の発光素子と第３の発光素子はそれぞれ、第２の光ビームと第３の光ビームを、第１の方向と交差する第２の方向に射出する。光路変更部は、第２の光ビームと第３の光ビームとの間隔を拡大して第１の光合成部に入射させる。第１の光合成部は、第１の光線束と第２の光線束とのうちのいずれか一方を反射させることによって、第１の光線束と第２の光線束とを含む合成光線束を生成する。合成光線束において、第１の光ビームは、第２の光ビームと第３の光ビームとの間に位置している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光ビームを射出する第１の発光素子を含み、前記第１の光ビームを含む第１の光線束を第１の方向に射出する第１の光源ユニットと、
前記第１の方向において互いに異なる位置に配置された第２の光ビームを射出する第２の発光素子と第３の光ビームを射出する第３の発光素子とを含み、前記第２の光ビームと前記第３の光ビームとを含む第２の光線束を前記第１の方向と交差する第２の方向に射出する第２の光源ユニットと、
前記第１の方向と前記第２の方向とに垂直な方向から見た平面視において、前記第２の光ビームと前記第３の光ビームとの間隔を拡大する光路変更部と、
前記光路変更部の下段に設けられ、前記第１の光線束と前記第２の光線束とのうちのいずれか一方の光線束を反射させることによって、前記第１の光線束と前記第２の光線束とを含む合成光線束を生成する第１の光合成部と、を備え、
前記平面視において、前記合成光線束において、前記第１の光ビームは、前記第２の光ビームと前記第３の光ビームとの間に位置している、光源装置。
【請求項２】
前記平面視において、前記光路変更部と前記第１の光合成部との間の光路における前記第２の光ビームと前記第３の光ビームとの間隔は、前記第１の光ビームの幅よりも大きい、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記第２の発光素子と前記第３の発光素子との各々は、短手方向を有する光射出面を備えたレーザーダイオードからなり、
前記第２の発光素子の前記光射出面の前記短手方向と、前記第３の発光素子の前記光射出面の前記短手方向とは、前記第１の方向と交差している、請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１の方向において互いに異なる位置に配置された第４の光ビームを射出する第４の発光素子と第５の光ビームを射出する第５の発光素子とを含み、前記第４の光ビームと前記第５の光ビームとを含む第３の光線束を前記第２の光源ユニットに向けて射出する第３の光源ユニットと、
前記第３の光線束を前記第１の方向に反射させることによって、前記第１の光線束と前記第３の光線束とを合成する第２の光合成部と、をさらに備え、
前記第１の光合成部は、前記第２の光ビームを前記第１の方向に反射させる第１の反射領域と、前記第３の光ビームを前記第１の方向に反射させる第２の反射領域と、前記第１の反射領域と前記第２の反射領域との間に設けられ、前記第１の光ビームを前記第１の方向に通過させる第１の光透過領域と、を備え、
前記第４の発光素子と前記第５の発光素子とは、前記第４の光ビームおよび前記第５の光ビームのうちの少なくとも一方が前記第１の光透過領域を通過するように配置されており、
前記第１の光合成部は、前記第２の光合成部と協働して、前記第１の光線束と前記第２の光線束と前記第３の光線束とを含む前記合成光線束を生成する、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。
【請求項５】
前記第１の光源ユニットは、前記第１の発光素子を含むとともに前記第２の方向に配列された複数の発光素子を備え、
前記第２の光源ユニットは、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを含むとともに前記第１の方向に配列された複数の発光素子を備え、
前記第１の光合成部は、前記第１の反射領域と前記第２の反射領域とを含む複数の反射領域と、前記第１の光透過領域を含む複数の光透過領域と、を備え、
前記平面視において、前記複数の反射領域と前記複数の光透過領域とは、交互に配置されており、
前記複数の光透過領域のうちの一つの光透過領域の幅は、前記複数の反射領域のうち該一つの光透過領域の両側に設けられた二つの反射領域の幅よりも大きい、請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記平面視において、前記第１の光合成部と前記第２の光合成部とは、互いに交差している、請求項４または請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記光路変更部は、前記第２の光ビームを反射させる第１の反射素子と、前記第１の反射素子で反射された前記第２の光ビームを反射させる第２の反射素子と、を含む、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された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系と、を備えた、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。
【背景技術】
【０００２】
例えばプロジェクターに用いる光源装置として、レーザー素子を利用した光源装置が提案されている。下記の特許文献１には、複数のレーザー素子を備えた２つのレーザーアレイと、２つのレーザーアレイから射出された光束を合成する光合成素子と、各レーザー素子から射出された光ビームを平行化するコリメーターレンズと、を備えた光源装置が開示されている。この光源装置において、光合成素子は、基板と、基板の一面において一方向に延在し、互いに間隔を空けて設けられた複数の反射膜と、を備える。一方のレーザーアレイから射出された光束が光合成素子の反射膜で反射し、他方のレーザーアレイから射出された光束が光合成素子の反射膜間のスペースを透過することにより、２つの光束が合成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０２５２７４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の光合成素子では、複数の光ビームが並ぶ方向において、反射膜の寸法およびスペースの寸法は、光ビームの径以上であることが望ましい。その理由は、光ビームの径が反射膜の寸法およびスペースの寸法よりも大きい場合、光の損失が生じるからである。すなわち、光ビームの径が反射膜の寸法よりも大きい場合、反射膜で反射されるべき光の一部はスペースを透過し、合成光束の射出方向に進まない。また、光ビームの径がスペースの寸法よりも大きい場合、スペースを透過すべき光の一部は反射膜で反射され、合成光束の射出方向に進まない。
【０００５】
ところが、反射膜の寸法およびスペースの寸法を大きくするには、レーザー素子の配列ピッチを大きくする必要がある。そのため、光の損失を低減しようとして反射膜の寸法およびスペースの寸法を大きくすると、レーザー素子の配列ピッチが大きくなり、レーザーアレイが大型化する、という問題がある。原理的には、コリメーターレンズをレーザー素子に充分近付けることによってビーム径を小さくすれば、光の損失を低減することができる。ところが、コリメーターレンズをレーザー素子に近付けるほど、コリメーターレンズの焦点距離を短くしなければならない。焦点距離が短いほど、レーザー素子の位置ずれの影響を受けやすいという問題がある。そのため、コリメーターレンズをレーザー素子に充分近付けて配置することは難しい。
【０００６】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、複数の発光素子を含む光源ユニットの大型化を抑えつつ、光の損失が小さい光源装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の光源装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光源装置は、第１の光ビームを射出する第１の発光素子を含み、前記第１の光ビームを含む第１の光線束を第１の方向に射出する第１の光源ユニットと、前記第１の方向において互いに異なる位置に配置された第２の光ビームを射出する第２の発光素子と第３の光ビームを射出する第３の発光素子とを含み、前記第２の光ビームと前記第３の光ビームとを含む第２の光線束を前記第１の方向と交差する第２の方向に射出する第２の光源ユニットと、前記第１の方向と前記第２の方向とに垂直な方向から見た平面視において、前記第２の光ビームと前記第３の光ビームとの間隔を拡大する光路変更部と、前記光路変更部の下段に設けられ、前記第１の光線束と前記第２の光線束とのうちのいずれか一方の光線束を反射させることによって、前記第１の光線束と前記第２の光線束とを含む合成光線束を生成する第１の光合成部と、を備え、前記平面視において、前記合成光線束において、前記第１の光ビームは、前記第２の光ビームと前記第３の光ビームとの間に位置している。
【０００８】
本発明の一つの態様の光源装置は光路変更部を備えているため、第１の方向と第２の方向とに垂直な方向から見た平面視において、第２の光ビームと第３の光ビームとの間隔が光路変更部によって拡大される。そのため、第２の発光素子と第３の発光素子とのピッチが小さい場合でも、第１の光合成部によって合成光線束を生成する際の光の損失を低減することができる。これにより、第２の発光素子と第３の発光素子とを含む第２の光源ユニットの小型化が図れ、光の損失が小さい光源装置を実現することができる。
【０００９】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記平面視において、前記光路変更部と前記第１の光合成部との間の光路における前記第２の光ビームと前記第３の光ビームとの間隔は、前記第１の光ビームの幅よりも大きくてもよい。
【００１０】
上記の構成によれば、第１の光合成部によって合成光線束を生成する際の光の損失を最小限に抑えることができる。
【００１１】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子との各々は、短手方向を有する光射出面を備えたレーザーダイオードからなり、前記第２の発光素子の前記光射出面の前記短手方向と、前記第３の発光素子の前記光射出面の前記短手方向とは、前記第１の方向と交差していてもよい。
【００１２】
上記の構成によれば、第２の発光素子の光射出面の短手方向と第３の発光素子の光射出面の短手方向とが第１の方向と交差していない場合と比べて、合成光線束の幅を小さくでき、かつ、光源装置を小型化することができる。
【００１３】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記第１の方向において互いに異なる位置に配置された第４の光ビームを射出する第４の発光素子と第５の光ビームを射出する第５の発光素子とを含み、前記第４の光ビームと前記第５の光ビームとを含む第３の光線束を前記第２の光源ユニットに向けて射出する第３の光源ユニットと、前記第３の光線束を前記第１の方向に反射させることによって、前記第１の光線束と前記第３の光線束とを合成する第２の光合成部と、をさらに備え、前記第１の光合成部は、前記第２の光ビームを前記第１の方向に反射させる第１の反射領域と、前記第３の光ビームを前記第１の方向に反射させる第２の反射領域と、前記第１の反射領域と前記第２の反射領域との間に設けられ、前記第１の光ビームを前記第１の方向に通過させる第１の光透過領域と、を備え、前記第４の発光素子と前記第５の発光素子とは、前記第４の光ビームおよび前記第５の光ビームのうちの少なくとも一方が前記第１の光透過領域を通過するように配置されており、前記第１の光合成部は、前記第２の光合成部と協働して、前記第１の光線束と前記第２の光線束と前記第３の光線束とを含む前記合成光線束を生成してもよい。
【００１４】
上記の構成によれば、第１の光線束と第２の光線束とに加えて、第３の光源ユニットから射出された第３の光線束を含む合成光線束を生成することができる。つまり、第１の光源ユニット、第２の光源ユニットおよび第３の光源ユニットそれぞれから射出された光を合成することができる。これにより、光源装置から射出される合成光線束の光量を増やすことができる。
【００１５】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１の光源ユニットは、前記第１の発光素子を含むとともに前記第２の方向に配列された複数の発光素子を備え、前記第２の光源ユニットは、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを含むとともに前記第１の方向に配列された複数の発光素子を備え、前記第１の光合成部は、前記第１の反射領域と前記第２の反射領域とを含む複数の反射領域と、前記第１の光透過領域を含む複数の光透過領域と、を備え、前記平面視において、前記複数の反射領域と前記複数の光透過領域とは、交互に配置されており、前記複数の光透過領域のうちの一つの光透過領域の幅は、前記複数の反射領域のうち該一つの光透過領域の両側に設けられた二つの反射領域の幅よりも大きくてもよい。
【００１６】
上記の構成によれば、一つの光透過領域の幅が当該光透過領域の両側に設けられた二つの反射領域の幅よりも大きいため、光透過領域を透過すべき光ビームのうちその隣の反射領域に入射する光の量が低減される。これにより、光の損失を低減することができる。
【００１７】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記平面視において、前記第１の光合成部と前記第２の光合成部とは、互いに交差していてもよい。
【００１８】
上記の構成によれば、第１の光合成部と第２の光合成部とが互いに交差していない場合に比べて、光源装置を小型化することができる。
【００１９】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記光路変更部は、前記第２の光ビームを反射させる第１の反射素子と、前記第１の反射素子で反射された前記第２の光ビームを反射させる第２の反射素子と、を含んでもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、簡易な構成の光路変更部を実現することができる。
【００２１】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置から射出された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系と、を備える。
【００２２】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置を備えているため、光利用効率に優れたプロジェクターを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】第１実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図３】第１実施形態の光源装置の平面図である。
【図４】発光素子の斜視図である。
【図５】第１の光合成部の正面図である。
【図６】第１の光合成部の反射領域の幅と光透過領域の幅との関係の一例を示す図である。
【図７】第１の光合成部の反射領域の幅と光透過領域の幅との関係の他の例を示す図である。
【図８】第１の光合成部の反射領域の幅と光透過領域の幅との関係のさらに他の例を示す図である。
【図９】第２実施形態の照明装置の平面図である。
【図１０】第２実施形態の光源装置の平面図である。
【図１１】第３実施形態の光源装置の平面図である。
【図１２】第４実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２５】
［第１実施形態］
第１実施形態のプロジェクターは、３つの透過型液晶ライトバルブを用いたプロジェクターの一例である。
図１は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。図２は、本実施形態の照明装置を示す概略構成図である。
【００２６】
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上にカラー画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７０と、均一照明光学系４０と、色分離光学系３と、赤色光用の光変調装置４Ｒ，緑色光用の光変調装置４Ｇ，青色光用の光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６０と、を備えている。
【００２７】
照明装置７０は、白色の照明光ＷＬを均一照明光学系４０に向けて射出する。照明装置７０は、後述する本実施形態の光源装置を備えている。
【００２８】
均一照明光学系４０は、ホモジナイザー光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備えている。
ホモジナイザー光学系３１は、第１のマルチレンズアレイ３１ａと、第２のマルチレンズアレイ３１ｂと、から構成されている。
【００２９】
均一照明光学系４０は、照明装置７０から射出された照明光ＷＬの強度分布を被照明領域である光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂにおいて均一化する。均一照明光学系４０から射出された照明光ＷＬは、色分離光学系３に入射する。
【００３０】
色分離光学系３は、照明装置７０から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａと、第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、第３の反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａと、第２のリレーレンズ９ｂと、を備えている。
【００３１】
第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置７０から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む光と、に分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過し、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射する。
第２のダイクロイックミラー７ｂは、第１のダイクロイックミラー７ａで反射した光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。
【００３２】
第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されている。第１の反射ミラー８ａは、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、青色光ＬＢの光路中に配置されている。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂで反射し、光変調装置４Ｇに向けて進む。
【００３３】
第１のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの光射出側に配置されている。第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する。
【００３４】
光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。
【００３５】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。また、液晶パネルの光入射側および光射出側には、図示しない偏光板がそれぞれ配置されている。偏光板は、特定の偏光方向を有する直線偏光光を透過させる。
【００３６】
光変調装置４Ｒの光入射側には、フィールドレンズ１０Ｒが配置されている。光変調装置４Ｇの光入射側には、フィールドレンズ１０Ｇが配置されている。光変調装置４Ｂの光入射側には、フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒは、光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行化する。フィールドレンズ１０Ｇは、光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行化する。フィールドレンズ１０Ｂは、光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化する。
【００３７】
合成光学系５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢのそれぞれに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系６０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る。
【００３８】
投射光学系６０は、複数の投射レンズを含む投射レンズ群から構成されている。投射光学系６０は、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、拡大されたカラー画像が表示される。
【００３９】
以下、照明装置７０について説明する。
図２は、本実施形態の照明装置７０の概略構成図である。
図２に示すように、照明装置７０は、光源装置２と、ホモジナイザー光学系２５と、第１の位相差板２６ａと、偏光ビームスプリッター２７と、第１のピックアップ光学系２８と、蛍光体層を備えた蛍光体ホイール（波長変換素子）２９と、第２の位相差板２６ｂと、第２のピックアップ光学系４１と、回転拡散素子４２と、を備えている。以下、偏光ビームスプリッターをＰＢＳと略称する。
【００４０】
光源装置２と、ホモジナイザー光学系２５と、第１の位相差板２６ａと、ＰＢＳ２７と、第２の位相差板２６ｂと、第２のピックアップ光学系４１とは、光軸ＡＸ０上に配置されている。第１のピックアップ光学系２８は、光軸ＡＸ０と直交する光軸ＡＸ１上に配置されている。
【００４１】
ホモジナイザー光学系２５は、光源装置２から射出された光線束の強度分布を、被照明領域において均一にする。ホモジナイザー光学系２５は、例えば第１のマルチレンズアレイ２５ａと、第２のマルチレンズアレイ２５ｂと、から構成されている。第１のマルチレンズアレイ２５ａは、等ピッチで配列された複数のレンズ２５ａｍを備えている。第２のマルチレンズアレイ２５ｂは、上記レンズ２５ａｍと同じピッチで配列された複数のレンズ２５ｂｍを備えている。
【００４２】
第１の位相差板２６ａは、例えば回転可能とされた１／２波長板で構成されている。光源装置２から射出された光は直線偏光であるため、第１の位相差板２６ａの回転角度を適切に設定することにより、第１の位相差板２６ａに入射した光を、ＰＢＳ２７に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光に変換することができる。第１の位相差板２６ａの回転角度を変えることにより、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率を変化させることができる。
【００４３】
ＰＢＳ２７は、光軸ＡＸ０および光軸ＡＸ１に対して４５°の角度をなすように配置されている。ＰＢＳ２７は、入射光のうちのＳ偏光成分を反射させ、入射光のうちのＰ偏光成分を透過させる。Ｓ偏光成分は、ＰＢＳ２７で反射して蛍光体ホイール２９に向かって進む。Ｐ偏光成分は、ＰＢＳ２７を透過して回転拡散素子４２に向かって進む。
【００４４】
ＰＢＳ２７から射出されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１のピックアップ光学系２８に入射する。第１のピックアップ光学系２８は、光線ＢＬｓを蛍光体ホイール２９上の蛍光体層４７に向けて集光させる。第１のピックアップ光学系２８は、第１のピックアップレンズ２８ａと、第２のピックアップレンズ２８ｂと、から構成されている。
【００４５】
第１のピックアップ光学系２８から射出された光は、蛍光体ホイール２９上の蛍光体層４７に入射する。蛍光体ホイール２９は、反射型の回転蛍光板であり、蛍光光を発する蛍光体層４７と、蛍光体層４７を支持する回転板４９と、蛍光体層４７と回転板４９との間に設けられた蛍光光を反射する反射膜（図示略）と、回転板４９を駆動する駆動モーター５０と、を有する。蛍光体ホイール２９は、反射膜を備えているため、蛍光光をＰＢＳ２７に向けて射出する。回転板４９としては、例えば円板が用いられるが、回転板４９の形状は円板に限定されず、平板であればよい。
【００４６】
蛍光体層４７は、光線ＢＬｓを吸収して黄色の蛍光に変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよく、２種以上の材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いてもよい。
【００４７】
一方、ＰＢＳ２７から射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、第２の位相差板２６ｂに入射する。第２の位相差板２６ｂは、１／４波長板で構成されている。光線ＢＬｐは、第２の位相差板２６ｂを透過することによって円偏光に変換される。第２の位相差板２６ｂを透過した光線ＢＬｐは、第２のピックアップ光学系４１に入射する。第２のピックアップ光学系４１は、入射光を回転拡散素子４２に向けて集光させる。第２のピックアップ光学系４１は、第１のピックアップレンズ４１ａと、第２のピックアップレンズ４１ｂと、から構成されている。
【００４８】
回転拡散素子４２は、拡散反射板５２と、拡散反射板５２を回転させるための駆動モーター５３と、を備えている。拡散反射板５２は、第２のピックアップ光学系４１から射出された円偏光の光線ＢＬｐをＰＢＳ２７に向けて拡散反射させる。拡散反射板５２は、拡散反射板５２に入射した光線ＢＬｐをランバート反射させることが好ましい。駆動モーター５３の回転軸は、光軸ＡＸ０と略平行に配置されている。これにより、拡散反射板５２は、拡散反射板５２に入射する光の光軸に交差する面内で回転可能となっている。拡散反射板５２は、回転軸の方向から見て、例えば円形に形成されているが、拡散反射板５２の形状は円板に限定されず、平板であればよい。
【００４９】
拡散反射板５２によって反射され、第２のピックアップ光学系４１を再び透過した円偏光の光線ＢＬｐは、再び第２の位相差板２６ｂを透過して、Ｓ偏光の光線となる。
【００５０】
蛍光体層４７から射出された黄色の蛍光光と、回転拡散素子４２から射出された青色の光線ＢＬｐとは、ＰＢＳ２７によって合成され、白色の照明光ＷＬとなる。照明光ＷＬは、図１に示す均一照明光学系４０に入射する。
【００５１】
図３は、光源装置２の概略構成を示す図である。
図３に示すように、光源装置２は、第１の光源ユニット７１と、第２の光源ユニット７２と、第３の光源ユニット７３と、第１の光路変更部８１と、第２の光路変更部８２と、第３の光路変更部８３と、光合成部９０と、コリメート光学系７７と、を備えている。光合成部９０は、第１の光合成部９１と、第２の光合成部９２と、を備えている。
【００５２】
第１の光源ユニット７１と、第２の光源ユニット７２と、第３の光源ユニット７３とはそれぞれ、複数の発光素子７５を備えている。図４は、発光素子７５の斜視図である。図４に示すように、発光素子７５は、光ビームＢＬを射出する光射出面７５ａを有するレーザーダイオードから構成されている。レーザーダイオードは、青色の光ビームＢＬを射出する。光射出面７５ａは、射出される光ビームＢＬの主光線ＢＬａの方向から見て、長手方向Ｗ１と短手方向Ｗ２とを有する略矩形状の平面形状を有している。
【００５３】
発光素子７５から射出された光ビームＢＬは、長手方向Ｗ１と平行な偏光方向を有する直線偏光である。光ビームＢＬの短手方向Ｗ２への拡がりは、光ビームＢＬの長手方向Ｗ１への拡がりよりも大きい。そのため、光ビームＢＬの中心軸に垂直な断面形状ＢＳは、Ｚ軸方向（短手方向Ｗ２）を長軸方向とした楕円形状となる。
【００５４】
以下、説明の便宜上、図３に示す第１の光源ユニット７１の５個の発光素子７５を、左から右に順に、発光素子７５Ａ、発光素子７５Ｂ、発光素子７５Ｃ、発光素子７５Ｄ、発光素子７５Ｅと称する。また、Ｚ軸方向から見た平面視のことを単に平面視と称する。
【００５５】
第１の光源ユニット７１が備える複数の発光素子７５は、光ビームＢＬＥ（第１の光ビーム）を射出する発光素子７５Ｅ（第１の発光素子）を含む。複数の発光素子７５は、互いに所定の間隔をおいて２次元アレイ状に配列されている。複数の発光素子７５の配列方向の一方を第２の方向（Ｙ軸方向）とし、他方をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向はＹ軸方向と直交している。第１の光源ユニット７１は、光ビームＢＬＥを含む複数の光ビームからなる第１の光線束ＢＬ１を、Ｙ軸方向およびＺ軸方向と垂直な第１の方向（Ｘ軸方向）に射出する。図３の例では、Ｙ軸方向に５個の発光素子７５が配列されているが、Ｙ軸方向に配列される発光素子の数は５個に限ることはない。また、Ｚ軸方向に配列される発光素子７５の数は特に限定されない。ただし、第１の光源ユニット７１が備える発光素子７５の光射出面７５ａの長手方向Ｗ１はＹ軸方向と平行であり、短手方向Ｗ２はＺ軸方向と平行である。したがって、発光素子７５から射出された光ビームＢＬの断面形状ＢＳは、Ｚ軸方向を長軸方向とした楕円形状である。
【００５６】
以下、説明の便宜上、図３に示す第２の光源ユニット７２の５個の発光素子７５を、上から下に順に、発光素子７５Ｆ、発光素子７５Ｇ、発光素子７５Ｈ、発光素子７５Ｉ、発光素子７５Ｊと称する。
【００５７】
第２の光源ユニット７２が備える複数の発光素子７５は、光ビームＢＬＧ（第２の光ビーム）を射出する発光素子７５Ｇ（第２の発光素子）と、光ビームＢＬＦ（第３の光ビーム）を射出する発光素子７５Ｆ（第３の発光素子）と、を含む。複数の発光素子７５は、互いに所定の間隔をおいて第１の方向およびＺ軸方向に沿って２次元アレイ状に配列されている。したがって、発光素子７５Ｇと発光素子７５Ｆとは、第１の方向において互いに異なる位置に配置されている。第２の光源ユニット７２は、光ビームＢＬＧと光ビームＢＬＦとを含む複数の光ビームからなる第２の光線束ＢＬ２を、Ｙ軸方向（第２の方向）に射出する。図３の例では、Ｘ軸方向に５個の発光素子７５が配列されているが、Ｘ軸方向に配列される発光素子７５の数は５個に限ることはない。また、Ｚ軸方向に配列される発光素子７５の数は特に限定されない。ただし、第２の光源ユニット７２が備える発光素子７５の光射出面７５ａの長手方向Ｗ１はＸ軸方向と平行であり、短手方向Ｗ２はＺ軸方向と平行である。したがって、発光素子７５から射出された光ビームＢＬの断面形状ＢＳは、Ｚ軸方向を長軸方向とした楕円形状である。
【００５８】
以下、説明の便宜上、図３に示す第３の光源ユニット７３の５個の発光素子７５を、上から下に向けて順に、発光素子７５Ｋ、発光素子７５Ｌ、発光素子７５Ｍ、発光素子７５Ｎ、発光素子７５Ｏと称する。
【００５９】
第３の光源ユニット７３が備える複数の発光素子７５は、光ビームＢＬＯ（第４の光ビーム）を射出する発光素子７５Ｏ（第４の発光素子）と、光ビームＢＬＮ（第５の光ビーム）を射出する発光素子７５Ｎ（第５の発光素子）と、を含む。複数の発光素子７５は、互いに所定の間隔をおいて第１の方向およびＺ軸方向に沿って２次元アレイ状に配列されている。したがって、発光素子７５Ｏと発光素子７５Ｎとは、第１の方向において互いに異なる位置に配置されている。第３の光源ユニット７３は、光ビームＢＬＯと光ビームＢＬＮとを含む複数の光ビームからなる第３の光線束ＢＬ３を、−Ｙ軸方向に射出する。図３の例では、Ｘ軸方向に５個の発光素子７５が配列されているが、Ｘ軸方向に配列される発光素子７５の数は５個に限ることはない。また、Ｚ軸方向に配列される発光素子７５の数は特に限定されない。ただし、第３の光源ユニット７３が備える発光素子７５の光射出面７５ａの長手方向Ｗ１はＸ軸方向と平行であり、短手方向Ｗ２はＺ軸方向と平行である。したがって、発光素子７５から射出された光ビームＢＬの断面形状ＢＳは、Ｚ軸方向を長軸方向とした楕円形状である。
【００６０】
第１の光源ユニット７１、第２の光源ユニット７２、および第３の光源ユニット７３は、同じ発光素子７５を備えている。したがって、図３に示すように、平面視において、第１の光源ユニット７１、第２の光源ユニット７２、および第３の光源ユニット７３それぞれから射出された光ビームＢＬの幅は、互いに略等しい。
【００６１】
第１の光路変更部８１は、第１の光源ユニット７１から射出された複数の光ビームＢＬのうち一部の光ビームＢＬの光路を変更する。第１の光路変更部８１は、発光素子７５Ｂから射出された光ビームＢＬＢの光路を変更する光路変更部８１Ｂと、発光素子７５Ｄから射出された光ビームＢＬＤの光路を変更する光路変更部８１Ｄと、を含む。
【００６２】
光路変更部８１Ｂおよび光路変更部８１Ｄの各々は、第１の光源ユニット７１から射出された１本の光ビームを反射させる第１の反射素子８１１と、第１の反射素子８１１で反射された光ビームを反射させる第２の反射素子８１２と、を含む。第１の光路変更部８１は、平面視において、第１の光源ユニット７１から射出された互いに隣り合う２本の光ビームＢＬ間の間隔を拡大する。
【００６３】
第２の光路変更部８２は、第２の光源ユニット７２から射出された複数の光ビームＢＬのうち一部の光ビームＢＬの光路を変更する。第２の光路変更部８２は、発光素子７５Ｇから射出された光ビームＢＬＧの光路を変更する光路変更部８２Ｇと、発光素子７５Ｉから射出された光ビームＢＬＩの光路を変更する光路変更部８２Ｉと、を含む。
【００６４】
光路変更部８２Ｇおよび光路変更部８２Ｉの各々は、第２の光源ユニット７２から射出された１本の光ビームを反射させる第１の反射素子８２１と、第１の反射素子８２１で反射された光ビームを反射させる第２の反射素子８２２と、を含む。第２の光路変更部８２は、平面視において、第２の光源ユニット７２から射出された互いに隣り合う２本の光ビームＢＬの間隔を拡大する。本実施形態の第２の光路変更部８２は、特許請求の範囲の光路変更部に対応する。
【００６５】
第３の光路変更部８３は、第３の光源ユニット７３から射出された複数の光ビームＢＬのうち一部の光ビームＢＬの光路を変更する。第３の光路変更部８３は、発光素子７５Ｌから射出された光ビームＢＬＬの光路を変更する光路変更部８３Ｌと、発光素子７５Ｎから射出された光ビームＢＬＮの光路を変更する光路変更部８３Ｎと、を含む。
【００６６】
光路変更部８３Ｌおよび光路変更部８３Ｎの各々は、第３の光源ユニット７３から射出された１本の光ビームを反射させる第１の反射素子８３１と、第１の反射素子８３１で反射された光ビームを反射させる第２の反射素子８３２と、を含む。第３の光路変更部８３は、平面視において、第３の光源ユニット７３から射出された互いに隣り合う２本の光ビームＢＬの間隔を拡大する。
【００６７】
光路変更部のより具体的な作用を、第２の光路変更部８２で代表して説明する。第１の光路変更部８１および第３の光路変更部８３についても、第２の光路変更部８２と同様の作用が得られる。
【００６８】
第２の光源ユニット７２において、発光素子７５Ｇから射出された光ビームＢＬＧは、後述するコリメート光学系７７により平行化された後、光路変更部８２Ｇに入射する。光路変更部８２Ｇにおいて、光ビームＢＬＧは、第１の反射素子８２１で反射して進行方向を９０°変えてＸ軸方向に進み、さらに第２の反射素子８２２で反射して再度進行方向を９０°変えてＹ軸方向に進む。光ビームＢＬＧは、光路変更部８２Ｇに入射する前の時点において、光ビームＢＬＦの光ビームＢＬＨ側に位置している。ところが、光ビームＢＬＧは、光路変更部８２Ｇを通過して光路が変更されたことにより、光ビームＢＬＦの光ビームＢＬＨとは反対側に移動し、全ての光ビームの光路のうち最も外側に位置する。
【００６９】
同様に、発光素子７５Ｉから射出された光ビームＢＬＩは、コリメート光学系７７を経て光路変更部８２Ｉに入射する。光路変更部８２Ｉにおいて、光ビームＢＬＩは、光路が変更される。光ビームＢＬＩは、光路変更部８２Ｉに入射する前の時点において、光ビームＢＬＪの光ビームＢＬＨ側に位置している。ところが、光ビームＢＬＩは、光路が変更されたことにより、光ビームＢＬＪの光ビームＢＬＨとは反対側に移動し、全ての光ビームの光路のうち最も外側に位置する。
【００７０】
第２の光源ユニット７２において、発光素子７５Ｆ、発光素子７５Ｈおよび発光素子７５Ｊの各々から射出された光ビームＢＬは、光ビームＢＬの光路が変更されることなく、Ｙ軸方向に進む。
【００７１】
以上のように、平面視において、第２の光源ユニット７２から射出された複数の光ビームＢＬ間の間隔は、第２の光路変更部８２によって拡大される。つまり、平面視において、第２の光路変更部８２と光合成部９０との間における第２の光線束の幅Ｕ２は、第２の光路変更部８２と第２の光源ユニット７２との間における第２の光線束の幅Ｕ１よりも大きい。
【００７２】
第１の光合成部９１は、第１の光路変更部８１および第２の光路変更部８２の下段に設けられた板体により構成されている。第１の光合成部９１は、第１の光合成部９１の面法線方向が光軸ＡＸ０に対して４５°の角度をなすように配置されている。第１の光合成部９１は、第１の光線束ＢＬ１を透過させるとともに第２の光線束ＢＬ２をＸ軸方向に反射することによって、第１の光線束ＢＬ１と第２の光線束ＢＬ２とを含む合成光線束を生成する。合成光線束はＸ軸方向に進行する。
【００７３】
図５は、図３の矢印Ｑ方向から見た第１の光合成部９１の正面図である。
第１の光合成部９１は、第１の反射領域９１ｒ１と第２の反射領域９１ｒ２とを含む複数の反射領域９１ｒと、第１の光透過領域９１ｔ１を含む複数の光透過領域９１ｔと、を備えている。平面視において、複数の反射領域９１ｒと複数の光透過領域９１ｔとは、交互に配置されている。第１の光合成部９１は、例えば一面に反射膜が形成された金属板に、パンチ抜き加工を施すことによって作製することができる。一つの反射領域９１ｒの幅Ｗｒと一つの光透過領域９１ｔの幅Ｗｔとは互いに異なる。複数の光透過領域９１ｔのうちの一つの光透過領域９１ｔの幅Ｗｔは、光透過領域９１ｔの両側に設けられた二つの反射領域９１ｒの幅Ｗｒよりも大きい。
【００７４】
図３に示すように、第１の反射領域９１ｒ１は、光ビームＢＬＧ（第２の光ビーム）をＸ軸方向（第１の方向）に反射させる。第２の反射領域９１ｒ２は、光ビームＢＬＦ（第３の光ビーム）をＸ軸方向（第１の方向）に反射させる。第１の光透過領域９１ｔ１は、第１の反射領域９１ｒ１と第２の反射領域９１ｒ２との間に設けられ、光ビームＢＬＥ（第１の光ビーム）をＸ軸方向（第１の方向）に通過させる。また、第３の光源ユニット７３の発光素子７５Ｏ（第４の発光素子）と発光素子７５Ｎ（第５の発光素子）とは、光ビームＢＬＯ（第４の光ビーム）および光ビームＢＬＮ（第５の光ビーム）のうちの少なくとも一方が第１の光透過領域９１ｔ１を通過するように配置されている。
【００７５】
第２の光合成部９２は、第１の光路変更部８１および第３の光路変更部８３の下段に設けられた板体により構成されている。平面視において、第１の光合成部９１と第２の光合成部９２とは、互いに交差している。第２の光合成部９２は、第１の光線束ＢＬ１を透過させるとともに第３の光線束ＢＬ３をＸ軸方向に反射させることによって、第１の光線束ＢＬ１と第３の光線束ＢＬ３とを含む合成光線束を生成してＸ軸方向に射出する。第２の光合成部９２の具体的な構成は、第１の光合成部９１と同様である。
【００７６】
以上の構成により、第１の光合成部９１は、第２の光合成部９２と協働して、第１の光線束ＢＬ１と第２の光線束ＢＬ２と第３の光線束ＢＬ３とを含む合成光線束ＢＬ４を生成する。合成光線束ＢＬ４は、光合成部９０からＸ軸方向に射出される。平面視において、合成光線束ＢＬ４の中の光ビームＢＬＥ（第１の光ビーム）は、光ビームＢＬＧ（第２の光ビーム）と光ビームＢＬＦ（第３の光ビーム）との間に位置している。
【００７７】
コリメート光学系７７は、第１の光源ユニット７１、第２の光源ユニット７２、および第３の光源ユニット７３の各々の光射出側に設けられている。コリメート光学系７７は、複数の発光素子７５の配列に対応して２次元アレイ状に配列された複数のコリメートレンズを含んでいる。各光源ユニットの各発光素子７５から射出された光ビームＢＬは、コリメートレンズを透過することによって平行化される。
【００７８】
従来の光源装置においては、光源ユニットの小型化のために複数の発光素子の配列ピッチを小さくすると、隣り合う光ビーム同士が接近し、光合成部の反射領域で反射されるべき光ビームの一部が光透過領域を透過し、光透過領域を透過すべき光ビームの一部が反射領域で反射される。その結果、光の損失が生じ、光源装置として光利用効率が低下する、という課題があった。
【００７９】
上記の課題に対して、本実施形態の光源装置２は第１の光路変更部８１、第２の光路変更部８２および第３の光路変更部８３を備えているため、平面視において、第１の光源ユニット７１、第２の光源ユニット７２および第３の光源ユニット７３の各々から射出された複数の光ビームＢＬの間隔が各光路変更部によって拡大される。そのため、各光源ユニットの複数の発光素子７５の配列ピッチを小さくしても、反射領域９１ｒで反射されるべき光ビームＢＬ、例えば光ビームＢＬＧのうち光透過領域９１ｔを透過する成分の割合、および、光透過領域９１ｔを透過すべき光ビームＢＬ、例えば光ビームＢＬＥのうち反射領域９１ｒで反射する成分の割合を低減することができる。これにより、各光源ユニットを小型化しつつ、光の損失が小さい光源装置を実現することができる。
【００８０】
また、本実施形態のプロジェクター１は、上記構成の光源装置２を備えているため、光利用効率に優れた小型のプロジェクターを実現することができる。
【００８１】
また、平面視において、第２の光路変更部８２と第１の光合成部９１との間の光路における光ビームＢＬＧ（第２の光ビーム）と光ビームＢＬＦ（第３の光ビーム）との間隔は、光ビームＢＬＥ（第１の光ビーム）の幅よりも大きい。そのため、平面視における反射領域９１ｒの幅を、第２の光源ユニット７２から射出された光ビームＢＬの幅と等しく設定した場合であっても、平面視における第１の光透過領域９１ｔ１の幅を光ビームＢＬＥの幅よりも大きく設定することができる。よって、第１の光合成部９１によって第１の光線束ＢＬ１と第２の光線束ＢＬ２とを合成する際の光の損失を最小限に抑えることができる。
【００８２】
また、本実施形態の光源装置２においては、第１の光源ユニット７１、第２の光源ユニット７２および第３の光源ユニット７３と、第１の光合成部９１および第２の光合成部９２と、を備えているため、第１の光線束ＢＬ１と第２の光線束ＢＬ２と第３の光線束ＢＬ３とを少ない損失で合成して合成光線束ＢＬ４を生成することができる。
【００８３】
また、本実施形態の光源装置２において、各光源ユニットの複数の発光素子７５の光射出面７５ａの短手方向Ｗ２は、Ｘ軸方向と交差し、Ｚ軸方向と平行となっている。この構成によれば、各光源ユニットの複数の発光素子の光射出面の短手方向がＸ軸方向もしくはＹ軸方向と平行となっている場合と比べて、合成光線束ＢＬ４の幅を小さくでき、かつ、光合成部９０を小型化することができる。これにより、光源装置２を小型化することができる。
【００８４】
また、第１の光源ユニット７１、第２の光源ユニット７２および第３の光源ユニット７３からの複数の光線束を第１の光合成部９１および第２の光合成部９２を用いて合成する場合、平面視において、例えば第１の光合成部９１と第２の光合成部９２とを互いに交差させず、Ｙ軸方向に並べて配置する構成も考えられる。これに対して、本実施形態の光源装置２では、平面視において、第１の光合成部９１と第２の光合成部９２とは互いに交差している。本実施形態の構成によれば、第１の光合成部９１と第２の光合成部９２とをＹ軸方向に並べて配置する構成に比べ、合成光線束ＢＬ４の幅を小さくできるとともに、光合成部９０を小型化することができる。また、本実施形態の構成によれば、第１の光合成部９１と第２の光合成部９２とをＸ軸方向に並べて配置する構成に比べ、光合成部９０を小型化することができる。
【００８５】
本実施形態の光源装置２においては、第１の光路変更部８１、第２の光路変更部８２および第３の光路変更部８３の各々が第１の反射素子と第２の反射素子とから構成されているため、簡易な構成の光路変更部を実現することができる。なお、光路変更部は、必ずしも互いに別体の２つの反射素子で構成されていなくてもよい。光路変更部として、例えば、複数の発光素子の配列方向と平行な方向に延在するプリズム構造体を用いてもよい。例えば光路変更部８２Ｇに代えて、第１の方向に延在するプリズム構造体を用いてもよい。この場合、プリズム構造体の＋Ｘ側の端面と−Ｘ側の端面はそれぞれ、第１の方向に対して斜めに傾斜しており、第１の反射素子と第２の反射素子として機能する。
【００８６】
以下、本発明者らは、第１の光合成部９１の反射領域９１ｒの幅と光透過領域９１ｔの幅との関係について検討した。第２の光合成部９２についても、第１の光合成部９１と同様である。
【００８７】
図６、図７、および図８は、第１の光合成部９１の反射領域９１ｒの幅と光透過領域９１ｔの幅との関係の例を示す図である。ただし、各図の下段の第１の光合成部９１を示している箇所は、第１の光合成部９１をＹ軸方向から見た図として示している。また、第２の光源ユニット７２から射出された光ビームをＢＬ２と称し、他の光源ユニットから射出された光ビームをＢＬ３と称する。
【００８８】
図３に示したように、複数の光ビームＢＬ２および複数の光ビームＢＬ３は、互いに隣り合う光ビームＢＬ２間の空間に二つの光ビームＢＬ３が位置するように第１の光合成部９１に入射することを前提とする。
【００８９】
図６は、光ビームＢＬＧおよび光ビームＢＬＩの光路が変更されたことによって、複数の光ビームＢＬ２および複数の光ビームＢＬ３が隙間無く、かつ互いに重ならないように配置されている例を示している。
【００９０】
図６においては、光路変更前の光ビームＢＬ２間のピッチをｐ１とし、光ビームＢＬ２の幅および光ビームＢＬ３の幅をｗとする。また、Ｙ軸方向から見たときの反射領域９１ｒの幅をＬ１とし、光透過領域９１ｔの幅をＳ１とする。前述したように、第１の光合成部９１の面法線方向は光軸ＡＸ０に対して４５°の角度をなしている。すなわち、第１の光合成部９１の面法線方向はＹ軸方向に対して４５°の角度をなしている。よって、図３の矢印Ｑ方向（すなわち、Ｙ軸に対して４５°傾いた方向）から見たときの反射領域９１ｒの幅は、Ｌ１×√２であり、光透過領域９１ｔの幅はＳ１×√２である。
【００９１】
光合成部９０による光合成における光の損失を最小限に抑えるためには、図３、図６に示すように、反射領域９１ｒの幅と光透過領域９１ｔの幅とは、一つの反射領域９１ｒで一つの光ビームＢＬの全てが反射し、一つの光透過領域９１ｔを二つの光ビームＢＬの全てが透過するように設定される必要がある。
【００９２】
そのため、図６に示すように、光ビームＢＬＧおよび光ビームＢＬＩの光路が変更されたことによって、複数の光ビームＢＬ２および複数の光ビームＢＬ３が隙間無く、かつ互いに重ならないように配置されている場合、光透過領域９１ｔの幅Ｓ１が幅ｗの２倍に設定され、反射領域９１ｒの幅Ｌ１が幅ｗに設定されている。光透過領域９１ｔの幅Ｓ１と反射領域９１ｒの幅Ｌ１との比Ｓ１／Ｌ１は２である。このとき、幅Ｓ１および幅Ｌ１はそれぞれ最小であり、光合成部９０を最も小型化することが可能である。
【００９３】
図７は、光路変更前の光ビーム間のピッチをｐ２としたとき、ピッチｐ２が、幅ｗの３倍よりもわずかに小さい例である。つまりこの例では、ピッチｐ２は、複数の光ビームＢＬ２の間隔をわずかに広げれば、互いに隣り合う光ビームＢＬ２間の空間に２個の光ビームＢＬ３をちょうど入れることができるような値である。
図７においては、光路変更前の光ビーム間のピッチをｐ２とし、光ビームの幅をｗとし、反射領域９１ｒの幅をＬ２とし、光透過領域９１ｔの幅をＳ２とする。
【００９４】
図７に示すように、光ビームの光路変更前は、光ビームＢＬＨは光ビームＢＬＧと隣り合っているが、光路が変更された後は、光ビームＢＬＨは光ビームＢＬＦと隣り合っている。光ビームＢＬＧの光路変更後の互いに隣り合う光ビームＢＬ２間の間隔は、幅ｗの５倍よりもわずかに小さいが、互いに隣り合う光ビームＢＬ２間の空間に２個の光ビームＢＬ３を互いに重ならないように入れることができるほど、幅ｗの２倍よりも充分大きい。ここで、反射領域９１ｒの幅Ｌ２を、１個の光ビームＢＬ２がちょうど入るだけの最小限の幅に設定したとすると、光透過領域９１ｔの幅Ｓ２と反射領域９１ｒの幅Ｌ２との比Ｓ２／Ｌ２は、５よりも小さい値である。この場合、反射領域９１ｒの幅Ｌ２は最小である。
【００９５】
図８は、ピッチｐ２が、幅ｗの３倍よりもわずかに小さい第２の例であり、反射領域９１ｒの幅が最大に設定されている。
図８においては、光路変更前の光ビーム間のピッチをｐ２とし、光ビームの幅をｗとし、反射領域の幅をＬ３とし、光透過領域の幅をＳ３とする。
【００９６】
図８の例でも、図７の例と同様、光路変更後の互いに隣り合う光ビームＢＬ２間の間隔は、幅ｗの５倍よりもわずかに小さいが、互いに隣り合う光ビームＢＬ２間の空間に２個の光ビームＢＬ３を互いに重ならないように入れることができるほど、幅ｗの２倍よりも充分大きい。
【００９７】
ここで、複数の光ビームＢＬが第１の光合成部９１に入射する際に、複数の光ビームＢＬが等間隔に配置されているとし、反射領域９１ｒの幅Ｌ３を、光透過領域９１ｔを透過すべき光ビームＢＬ３が反射領域９１ｒに入らない程度に最大限の幅に設定したとする。この場合、光透過領域９１ｔの幅Ｓ３と反射領域９１ｒの幅Ｌ３との比Ｓ３／Ｌ３は、１よりも大きい値である。
【００９８】
以下の説明では、反射領域９１ｒの幅をＬと称し、光透過領域９１ｔの幅をＳと称することがある。以上の検討結果から、第１の光合成部９１の光透過領域９１ｔの幅Ｓと反射領域９１ｒの幅Ｌとの比Ｓ／Ｌは、１より大きく、５よりも小さい値であることが望ましい（１＜Ｓ／Ｌ＜５）。ただし、第１の光合成部９１を最も小型化できるという意味において、図６に示したように、比Ｓ／Ｌは、２であることがより望ましい。
【００９９】
本発明者らは、比Ｓ／Ｌについて、具体的な寸法の一例を挙げてさらに検討した。
具体的な寸法の一例として、図７および図８に示した光ビームの幅ｗを２．３ｍｍとし、光路変更前の光ビーム間のピッチｐ２を３．７ｍｍとした。
【０１００】
図７に示すように、反射領域９１ｒの幅Ｌ２を最小にした場合、反射領域９１ｒの幅Ｌ２は光ビームの幅ｗと等しい（Ｌ２＝ｗ）。また、互いに隣り合う反射領域９１ｒ間のピッチｐは、光路変更前の光ビーム間のピッチの２倍である（ｐ＝ｐ２×２）。そのため、光透過領域の幅Ｓ２は、隣り合う反射領域９１ｒ間のピッチｐから反射領域９１ｒの幅Ｌ２（光ビームの幅ｗ）を引いた値となる（Ｓ２＝ｐ２×２−ｗ）。よって、光透過領域９１ｔの幅Ｓ２と反射領域９１ｒの幅Ｌ２との比Ｓ２／Ｌ２は、Ｓ２／Ｌ２＝（３．７×２−２．３）／２．３＝５．１／２．３≒２．２となる。
【０１０１】
図８に示した例では、複数の光ビームＢＬが等間隔に配置されているため、互いに隣り合う光ビームＢＬ間の間隔ｐ０は、ｐ０＝（ｐ２×２−ｗ×３）／３と表される。反射領域９１ｒの幅Ｌ３を最大にした場合、反射領域９１ｒの幅Ｌ３は、Ｌ３＝ｗ＋ｐ０×２＝（ｐ２×４−ｗ×３）／３と表され、Ｌ３＝（３．７×４−２．３×３）／３＝２．６３［ｍｍ］となる。また、光透過領域９１ｔの幅Ｓ３は、Ｓ３＝ｗ×２＋ｐ０＝（ｐ２×２＋ｗ×３）／３と表され、Ｓ３＝（３．７×２＋２．３×３）／３＝４．７７［ｍｍ］となる。したがって、光透過領域９１ｔの幅Ｓ３と反射領域９１ｒの幅Ｌ３との比Ｓ３／Ｌ３は、Ｓ３／Ｌ３＝４．７７／２．６３≒１．８となる。
【０１０２】
以上の検討結果から、比Ｓ／Ｌは、１．８以上、２．２以下であることが望ましい（１．８≦Ｓ／Ｌ≦２．２）。第１の光合成部９１を最も小型化できるという意味では、比Ｓ／Ｌは、２であることがさらに望ましい。
【０１０３】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図９および図１０を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、照明装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、照明装置についてのみ説明する。
図９は、第２実施形態の照明装置の平面図である。図１０は、第２実施形態の光源装置の平面図である。
図９および図１０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。
【０１０４】
第１実施形態の照明装置７０においては、光源装置２から射出された合成光線束を第１の位相差板２６ａによってＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光に変換することにより、一方の偏光成分が表示用の青色光として回転拡散素子４２に導かれ、他方の偏光成分が励起光として蛍光体ホイール２９に導かれる構成であった。これに対して、第２実施形態の照明装置８０においては、光源装置１０２の内部において表示用の青色光ＬＢと励起光ＬＥとが分けられ、これら青色光ＬＢと励起光ＬＥとが個別に射出される構成となっている。
【０１０５】
図９に示すように、照明装置８０は、光源装置１０２と、ホモジナイザー光学系２５と、反射ミラー１０３と、ダイクロイックミラー１０４と、第１のピックアップ光学系２８と、蛍光体層４７を備えた蛍光体ホイール（波長変換素子）２９と、第２のピックアップ光学系４１と、集光光学系１０５と、回転拡散素子４２と、を備えている。
【０１０６】
光源装置１０２から射出された青色の励起光ＬＥは、ホモジナイザー光学系２５、反射ミラー１０３を経てダイクロイックミラー１０４に入射する。ダイクロイックミラー１０４は、青色波長域の光を透過させ、黄色波長域の光を反射させる。そのため、青色の励起光ＬＥは、ダイクロイックミラー１０４を透過した後に第１のピックアップ光学系２８を経て蛍光体ホイール２９に入射する。蛍光体ホイール２９の蛍光体層４７で生成された黄色の蛍光光ＬＹは、第１のピックアップ光学系２８を経てダイクロイックミラー１０４で反射し、光路が９０°折り曲げられてダイクロイックミラー１０４から射出される。
【０１０７】
一方、光源装置１０２から射出された表示用の青色光ＬＢは、集光光学系１０５を経て回転拡散素子４２に入射する。回転拡散素子４２を透過して拡散された青色光ＬＢは、第２のピックアップ光学系４１を経てダイクロイックミラー１０４を透過し、ダイクロイックミラー１０４から射出される。蛍光体層４７から射出された黄色の蛍光光ＬＹと、回転拡散素子４２から射出された青色光ＬＢとは、ダイクロイックミラー１０４によって合成され、白色の照明光ＷＬとなる。照明光ＷＬは、図１に示す均一照明光学系４０に入射する。
【０１０８】
図１０に示すように、光源装置１０２は、第１の光源ユニット７１と、第２の光源ユニット７２と、第３の光源ユニット７３と、第１の光路変更部８１と、第２の光路変更部８２と、光路変更部８３Ｎと、光合成部１０７と、を備えている。光合成部１０７は、第１の光合成部９１と、第２の光合成部１０８と、を備えている。
【０１０９】
光源装置１０２においては、第３の光源ユニット７３から射出された第３の光線束ＢＬ３のうち、一部の光線束が表示用の青色光ＬＢとして他の光線束から分離される。すなわち、第３の光源ユニットの５個の発光素子７５のうち、発光素子７５Ｋ、発光素子７５Ｌおよび発光素子７５Ｍの各々から射出された光ビームの光路上において、コリメート光学系７７の下段に反射ミラー１０９が設けられている。これにより、発光素子７５Ｋ、発光素子７５Ｌおよび発光素子７５Ｍの各々から射出された光ビームＢＬは、反射ミラー１０９で反射し、青色光ＬＢとして光源装置１０２からＸ軸方向に射出される。
【０１１０】
また、第３の光源ユニット７３の５個の発光素子７５のうち、発光素子７５Ｎおよび発光素子７５Ｏの各々から射出された光ビームＢＬは、励起光ＬＥとして用いられる。
【０１１１】
第２の光合成部１０８は、第１実施形態の第２の光合成部９２と異なり、光ビームＢＬＮを反射させる反射領域１０８ｒと、光ビームＢＬＯを反射させる反射領域１０８ｒと、光ビームＢＬＤを透過させる光透過領域１０８ｔと、を備えていればよい。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１１２】
本実施形態においても、光路変更部が備えられたことにより、各光源ユニットを小型化しつつ、光の損失が小さい光源装置１０２を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。また、光利用効率に優れた小型のプロジェクター１を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１３】
本実施形態の場合、第２の光合成部１０８は、２つの反射領域１０８ｒと、光透過領域１０８ｔと、を備えていればよいため、第１実施形態の光源装置２に比べて第２の光合成部１０８を小型化することができる。
【０１１４】
また、本実施形態の照明装置８０においては、第１実施形態で用いられた第１の位相差板２６ａが不要になる。また、第３の光源ユニット７３のうち、表示用の青色光ＬＢとして分離する光ビームＢＬの数を変えることによって、表示用の青色光ＬＢと励起光ＬＥとの光量のバランスを調整することができる。
【０１１５】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１１を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターおよび照明装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、光源装置についてのみ説明する。
図１１は、第３実施形態の光源装置の平面図である。
図１１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。
【０１１６】
図１１に示すように、光源装置１１２は、第１の光源ユニット７１と、第２の光源ユニット７２と、第１の光路変更部８１と、第２の光路変更部８２と、第１の光合成部９１と、を備えている。すなわち、第３実施形態は、２つの光源ユニットからの２つの光線束を合成する光源装置の例である。個々の構成要素の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１１７】
本実施形態においても、光路変更部が備えられたことにより、各光源ユニットを小型化しつつ、光の損失が小さい光源装置１１２を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。また、光利用効率に優れた小型のプロジェクター１を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１８】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１２を用いて説明する。
第４実施形態では、デジタルマイクロミラーからなる光変調装置を備えたプロジェクターに第１実施形態の光源装置を組み合わせた例について説明する。
図１２は、第４実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【０１１９】
図１２に示すように、プロジェクター１２１は、光源装置２と、拡散板１２２と、ダイクロイックミラー１２３と、ピックアップ光学系１２４と、蛍光体・拡散板ホイール１２５と、導光光学系１２６と、光変調装置１２７と、投射光学系６０と、を備えている。ピックアップ光学系１２４は、第１のピックアップレンズ１２４ａと、第２のピックアップレンズ１２４ｂと、から構成されている。
【０１２０】
導光光学系１２６は、第１の反射ミラー１２６ａと、第２の反射ミラー１２６ｂと、第３の反射ミラー１２６ｃと、を備えている。導光光学系１２６は、さらに第１の反射ミラー１２６ａと第２の反射ミラー１２６ｂとの間、第２の反射ミラー１２６ｂと第３の反射ミラー１２６ｃとの間にリレーレンズを備えていてもよい。
【０１２１】
拡散板１２２は、光源装置２から射出された合成光線束を拡散させる。ダイクロイックミラー１２３は、青色光を反射させ、緑色光および赤色光を透過させる。
【０１２２】
蛍光体・拡散板ホイール１２５は、回転可能とされた円形の蛍光体・拡散板１３０と、蛍光体・拡散板１３０を回転させる駆動モーター１３１と、を備えている。蛍光体・拡散板１３０は、基板１３２と、蛍光体・拡散層１３３と、選択反射層１３４と、を備えている。蛍光体・拡散層１３３は、緑色光を生成する蛍光体層、赤色光を生成する蛍光体層、および青色光を拡散透過させる拡散層が基板１３２の円周方向に並んで設けられた構成を有しており、緑色光と赤色光と青色光とを時系列的に射出する。選択反射層１３４は、基板と蛍光体・拡散層との間に設けられ、緑色光および赤色光を反射させ、青色光を透過させる。このような構成に基づき、蛍光体・拡散板ホイール１２５は、緑色光と赤色光をピックアップ光学系１２４に向けて射出し、青色光を第１の反射ミラー１２６ａに向けて射出する。
【０１２３】
本実施形態のプロジェクター１２１においても、光利用効率に優れた小型のプロジェクターを実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１２４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明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、２個もしくは３個の光源ユニットの全てに光路変更部が備えられていた。この構成に代えて、変形例として、一部の光源ユニットにのみ光路変更部が備えられていてもよい。例えば、光源ユニットによって複数の発光素子の配列ピッチが異なり、配列ピッチが相対的に狭い発光素子を備えた光源ユニットにのみ、光路変更部が備えられた構成であってもよい。
【０１２５】
他の変形例として、第１の光源ユニットは少なくとも１つの発光素子を備えていればよく、第２の光源ユニットは少なくとも２つの発光素子を備えていればよい。
【０１２６】
その他、照明装置およびプロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、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。本発明による光源装置は、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。
【符号の説明】
【０１２７】
１，１２１…プロジェクター、２，１０２，１１２…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ，１２７…光変調装置、６０…投射光学系、７１…第１の光源ユニット、７２…第２の光源ユニット、７３…第３の光源ユニット、７５…発光素子、７５Ｃ…発光素子（第１の発光素子）、７５Ｇ…発光素子（第２の発光素子）、７５Ｈ…発光素子（第３の発光素子）、７５Ｌ…発光素子（第４の発光素子）、７５Ｍ…発光素子（第５の発光素子）、８２…第２の光路変更部（光路変更部）、９１…第１の光合成部、９１ｒ…反射領域、９１ｒ１…第１の反射領域、９１ｒ２…第２の反射領域、９１ｔ１…第１の光透過領域、９１ｔ…光透過領域、９２…第２の光合成部、８２１…第１の反射素子、８２２…第２の反射素子、ＢＬ１…第１の光線束、ＢＬ２…第２の光線束、ＢＬ３…第３の光線束、ＢＬ４…合成光線束、ＢＬＣ…光ビーム（第１の光ビーム）、ＢＬＧ…光ビーム（第２の光ビーム）、ＢＬＨ…光ビーム（第３の光ビーム）、ＢＬＬ…光ビーム（第４の光ビーム）、ＢＬＭ…光ビーム（第５の光ビーム）。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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