(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、第１の光ビーム変換光学系と、光線合成部と、を備える。第１，第２，第３の発光素子はそれぞれ第１，第２，第３の光ビームを射出する。光線合成部は、第１，第２，第３の光ビームがそれぞれ入射する第１，第２，第３の領域を有する。第１，第２，第３の光ビームの一つを特定光ビームとし、第２，第３の領域が並ぶ方向を第３の方向としたとき、第１の光ビーム変換光学系は、特定光ビームが光線合成部に入射したときの特定光ビームの第３の方向の寸法を、特定光ビームが第１の光ビーム変換光学系から射出したときの特定光ビームの第３の方向の寸法よりも小さくするように、特定光ビームを変換する。【選択図】図２
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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、
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の光ビーム、前記第２の光ビーム、および前記第３の光ビームのうちの一つを特定光ビームとしたとき、前記特定光ビームの寸法を変化させる第１の光ビーム変換光学系と、
前記第１の光ビーム変換光学系の下段に設けられ、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り、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光線合成部と、を備え、
前記光線合成部は、前記第２の光ビームが入射する第２の領域と、前記第３の光ビームが入射する第３の領域と、前記第２の領域と前記第３の領域との間に位置し、前記第１の光ビームが入射する第１の領域と、を有し、
前記第２の領域と前記第３の領域とが並んでいる方向を第３の方向としたとき、前記第１の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームが前記光線合成部に入射したときの前記特定光ビームの前記第３の方向の寸法を、前記特定光ビームが前記第１の光ビーム変換光学系から射出したときの前記特定光ビームの前記第３の方向の寸法よりも小さくするように、前記特定光ビームを変換する、光源装置。
【請求項２】
前記第３の方向は、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１の方向と前記第２の方向との間の方向であり、
前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とは、前記第１の方向において互いに異なる位置に配置されており、
前記第１の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームを、前記平面視において収束する収束光ビームに変換して射出し、
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、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記合成光線束の光路中に設けられ、前記特定光ビームを前記平面視において平行化する第２の光ビーム変換光学系をさらに備えた、請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１の光ビーム、前記第２の光ビーム、および前記第３の光ビームの各々は、前記特定光ビームに相当し、
前記第１の光ビーム、前記第２の光ビーム、および前記第３の光ビームが前記第２の光ビーム変換光学系に入射するとき、前記平面視において、前記第２の光ビームと前記第３の光ビームとが並んでいる方向における前記第１の光ビームの寸法が前記第２の光ビームと前記第３の光ビームとの間の間隔よりも小さい、請求項３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の方向において互いに異なる位置に配置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の方向において互いに異なる位置に配置された複数の発光素子を備え、
前記光線合成部は、複数の反射領域と複数の光透過領域とを備え、
前記複数の反射領域と前記複数の光透過領域とは、前記平面視において交互に配置されている、請求項３または請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１の光ビーム変換光学系は、前記第１の光源ユニットから射出された複数の光ビームの各々に対応した複数の第１レンズを備えた第１のレンズアレイと、前記第２の光源ユニットから射出された複数の光ビームの各々に対応した複数の第２レンズを備えた第２のレンズアレイと、を備え、
前記第２の光ビーム変換光学系は、複数のコリメーターレンズを備えたコリメーターレンズアレイを備え、
前記平面視において、前記複数のコリメーターレンズのピッチは、前記第１の光源ユニットから射出された前記複数の光ビームのピッチの１／２である、請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第１の光源ユニットが備える前記複数の発光素子の各々は、前記第２の方向と交差する短手方向を有する光射出領域を備えたレーザーダイオードで構成され、
前記第２の光源ユニットが備える前記複数の発光素子の各々は、前記第１の方向と交差する短手方向を有する光射出領域を備えたレーザーダイオードで構成された、請求項５または請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第１の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームを、前記平面視において収束させるとともに、前記第１の方向と前記第２の方向とを含む面と直交する面内においては平行化する、請求項２から請求項７までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第３の方向は、前記第１の方向および前記第２の方向と直交しており、
前記第１の発光素子と前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とは、前記第３の方向において互いに異なる位置に配置されており、
前記第１の方向から見たとき、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、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１０】
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３の方向において互いに異なる位置に配置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３の方向において互いに異なる位置に配置された複数の発光素子を備え、
前記第１の光源ユニットの前記複数の発光素子と前記第２の光源ユニットの前記複数の発光素子とからの複数の光ビーム各々は、前記特定光ビームに相当し、
前記第１の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームが前記光線合成部に入射したときの前記特定光ビームの前記第３の方向の寸法を、前記特定光ビームが前記第１の光ビーム変換光学系から射出したときの前記特定光ビームの前記第３の方向の寸法よりも小さくするように、前記特定光ビームを変換する、請求項９に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記合成光線束の光路中に設けられた第２の光ビーム変換光学系をさらに備え、
前記第２の光ビーム変換光学系は、前記第３の方向と直交する方向から見たとき、前記特定光ビームを平行光として射出する、請求項９または請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記第２の光源ユニットが備える前記複数の発光素子は、前記第３の方向に配列された複数の光源列をなすように設けられており、
前記複数の光源列のうち、前記第２の発光素子を含む光源列は、前記第１の方向において前記第２の発光素子とは異なる位置に配置されて第４の光ビームを射出する第４の発光素子を含み、
前記光線合成部は、前記第４の光ビームが入射する第４の領域をさらに有し、
前記光線合成部は、前記第１の光ビーム変換光学系と前記第２の光ビーム変換光学系との間の前記第２の光ビームの光路中で前記第２の光ビームの前記第３の方向の寸法が最も小さい位置において前記第２の光ビームを受光し、かつ、前記第１の光ビーム変換光学系と前記第２の光ビーム変換光学系との間の前記第４の光ビームの光路中で前記第４の光ビームの前記第３の方向の寸法が最も小さい位置において前記第４の光ビームを受光するように設けられている、請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記第２の方向に沿った前記第２の発光素子と前記光線合成部との距離は、前記第２の方向に沿った前記第４の発光素子と前記光線合成部との距離と等しい、請求項１２に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記第１の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームが入射するアナモフィックレンズを備える、請求項９から請求項１３までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記第３の方向と垂直な面における前記特定光ビームの拡がり角は、前記特定光ビームの主光線と前記第３の方向とを含む面における前記特定光ビームの拡がり角よりも大きく、
前記特定光ビームは、前記アナモフィックレンズの前記第３の方向と垂直な面における焦点位置から射出され、
前記第３の方向から見たとき、前記アナモフィックレンズは前記特定光ビームを平行化する、請求項１４に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記合成光線束の少なくとも一部を蛍光に変換する蛍光体層をさらに備えた、請求項１から請求項１５までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６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、光ビーム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程、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、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の光ビーム、前記第２の光ビーム、および前記第３の光ビームのうちの一つを特定光ビームとしたとき、前記特定光ビームの寸法を変化させる第１の光ビーム変換光学系と、前記第１の光ビーム変換光学系の下段に設けられ、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り、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光線合成部と、を備える。前記光線合成部は、前記第２の光ビームが入射する第２の領域と、前記第３の光ビームが入射する第３の領域と、前記第２の領域と前記第３の領域との間に位置し、前記第１の光ビームが入射する第１の領域と、を有する。前記第２の領域と前記第３の領域とが並んでいる方向を第３の方向としたとき、前記第１の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームが前記光線合成部に入射したときの前記特定光ビームの前記第３の方向の寸法を、前記特定光ビームが前記第１の光ビーム変換光学系から射出したときの前記特定光ビームの前記第３の方向の寸法よりも小さくするように、前記特定光ビームを変換する。
【０００８】
本明細書において、第１の光ビーム、第２の光ビーム、および第３の光ビームのうちの一つを特定光ビームとする。本発明の一つの態様の光源装置は上記の第１の光ビーム変換光学系を備えているため、特定光ビームの第３の方向の寸法が、第１の光ビーム変換光学系から射出した時点よりも光線合成部に入射した時点で小さくなる。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の光線束と第２の光線束とを光線合成部で合成するときの特定光ビームの損失を低減することができる。これにより、少なくとも第２の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、前記第３の方向は、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１の方向と前記第２の方向との間の方向であり、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とは、前記第１の方向において互いに異なる位置に配置されており、前記第１の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームを、前記平面視において収束する収束光ビームに変換して射出し、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てもよい。
【００１０】
この構成によれば、第１の光線束の射出方向と第２の光線束の射出方向との間の方向に第２の領域と第３の領域とが並べられた光線合成部を備えた光源装置を提供することができ、幅が小さい合成光線束を得ることができる。
【００１１】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記合成光線束の光路中に設けられ、前記特定光ビームを前記平面視において平行化する第２の光ビーム変換光学系をさらに備えていてもよい。
【００１２】
この構成によれば、第２の光ビーム変換光学系により、前記平面視において特定光ビームを平行化することができる。
【００１３】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１の光ビーム、前記第２の光ビーム、および前記第３の光ビームの各々は、前記特定光ビームに相当し、前記第１の光ビーム、前記第２の光ビーム、および前記第３の光ビームが前記第２の光ビーム変換光学系に入射するとき、前記平面視において、前記第２の光ビームと前記第３の光ビームとが並んでいる方向における前記第１の光ビームの寸法が前記第２の光ビームと前記第３の光ビームとの間の間隔よりも小さくてもよい。
【００１４】
上記の構成によれば、第１の光ビーム、第２の光ビーム、および第３の光ビームの各々が第２の光ビーム変換光学系における各光ビームに対応した領域に入射する。これにより、特定光ビームを良好に平行化することができる。
【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の方向において互いに異なる位置に配置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の方向において互いに異なる位置に配置された複数の発光素子を備え、前記光線合成部は、複数の反射領域と複数の光透過領域とを備え、前記複数の反射領域と前記複数の光透過領域とは、前記平面視において交互に配置されていてもよい。
【００１６】
この構成によれば、光線合成部は、複数の反射領域と複数の光透過領域とを用いて、複数の発光素子を備えた第１の光源ユニットからの第１の光線束と、複数の発光素子を備えた第２の光源ユニットからの第２の光線束と、を容易に合成できる。
【００１７】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１の光ビーム変換光学系は、前記第１の光源ユニットから射出された複数の光ビームの各々に対応した複数の第１レンズを備えた第１のレンズアレイと、前記第２の光源ユニットから射出された複数の光ビームの各々に対応した複数の第２レンズを備えた第２のレンズアレイと、を備え、前記第２の光ビーム変換光学系は、複数のコリメーターレンズを備えたコリメーターレンズアレイを備え、前記平面視において、前記複数のコリメーターレンズのピッチは、前記第１の光源ユニットから射出された前記複数の光ビームのピッチの１／２であってもよい。
【００１８】
この構成によれば、第１の光源ユニットから射出された複数の光ビームの各々が第１のレンズアレイにより平面視において収束する収束光ビームに変換され、第２の光源ユニットから射出された複数の光ビームの各々が第２のレンズアレイにより平面視において収束する収束光ビームに変換される。これにより、第１の光源ユニットおよび第２の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実現することができる。また、複数の光ビームの各々が当該光ビームに対応したコリメーターレンズに入射するため、小さい損失で平行光を得ることができる。
【００１９】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１の光源ユニットが備える前記複数の発光素子の各々は、前記第２の方向と交差する短手方向を有する光射出領域を備えたレーザーダイオードで構成され、前記第２の光源ユニットが備える前記複数の発光素子の各々は、前記第１の方向と交差する短手方向を有する光射出領域を備えたレーザーダイオードで構成されていてもよい。
【００２０】
この構成によれば、光ビーム変換光学系は、各発光素子から射出された光ビームを、当該光ビームの拡がり角の相対的に小さい方向に収束する収束光ビームに変換して射出する。そのため、屈折力が小さい光ビーム変換光学系を用いることができる。
【００２１】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームを、前記平面視において収束させるとともに、前記第１の方向と前記第２の方向とを含む面と直交する面内においては平行化してもよい。
【００２２】
この構成によれば、第１の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームを、第１の方向と第２の方向とを含む面と直交する面内においては平行化された収束光ビームに変換することができる。そのため、第１の方向と第２の方向とに垂直な方向における光線合成部の寸法を小さくすることができる。
【００２３】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第３の方向は、前記第１の方向および前記第２の方向と直交しており、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とは、前記第３の方向において互いに異なる位置に配置されており、前記第１の方向から見たとき、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てもよい。
【００２４】
この構成によれば、第１の光線束の射出方向および第２の光線束の射出方向と直交する方向に第２の領域と第３の領域とが並べられた光線合成部を備えた光源装置を提供することができ、幅が小さい合成光線束を得ることができる。
【００２５】
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３の方向において互いに異なる位置に配置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３の方向において互いに異なる位置に配置された複数の発光素子を備え、前記第１の光源ユニットの前記複数の発光素子と前記第２の光源ユニットの前記複数の発光素子とからの複数の光ビーム各々は、前記特定光ビームに相当し、前記第１の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームが前記光線合成部に入射したときの前記特定光ビームの前記第３の方向の寸法を、前記特定光ビームが前記第１の光ビーム変換光学系から射出したときの前記特定光ビームの前記第３の方向の寸法よりも小さくするように、前記特定光ビームを変換してもよい。
【００２６】
この構成によれば、光源装置の第３の方向の寸法を小さくすることができる。
【００２７】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記合成光線束の光路中に設けられた第２の光ビーム変換光学系をさらに備えていてもよく、前記第２の光ビーム変換光学系は、前記第１の方向もしくは前記第２の方向から見たとき、前記特定光ビームを平行光として射出してもよい。
【００２８】
この構成によれば、光線合成部に入射する前に収束され、光線合成部から射出された後に発散する光を第２の光ビーム変換光学系によって平行光とすることができる。これにより、第２の光ビーム変換光学系よりも後段の光学系における光の損失を抑えることができる。
【００２９】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第２の光源ユニットが備える前記複数の発光素子は、前記第３の方向に配列された複数の光源列をなすように設けられており、前記複数の光源列のうち、前記第２の発光素子を含む光源列は、前記第１の方向において前記第２の発光素子とは異なる位置に配置されて第４の光ビームを射出する第４の発光素子を含んでいてもよい。この場合、前記光線合成部は、前記第４の光ビームが入射する第４の領域を有する。さらに前記光線合成部は、前記第１の光ビーム変換光学系と前記第２の光ビーム変換光学系との間の前記第２の光ビームの光路中で前記第２の光ビームの前記第３の方向の寸法が最も小さい位置において前記第２の光ビームを受光し、かつ、前記第１の光ビーム変換光学系と前記第２の光ビーム変換光学系との間の前記第４の光ビームの光路中で前記第４の光ビームの前記第３の方向の寸法が最も小さい位置において前記第４の光ビームを受光するように設けられていてもよい。
【００３０】
この構成によれば、第２の光ビームおよび第４の光ビームは、第３の方向の各々の寸法が最も小さい位置において光線合成部に入射するため、光線合成部による光の損失を抑えることができる。
【００３１】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第２の方向に沿った前記第２の発光素子と前記光線合成部との距離は、前記第２の方向に沿った前記第４の発光素子と前記光線合成部との距離と等しくてもよい。
【００３２】
この構成によれば、第１の光ビーム変換光学系の設計が容易である。
【００３３】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームが入射するアナモフィックレンズを備えていてもよい。
【００３４】
この構成によれば、第１の光ビーム変換光学系の構成を簡略化できるとともに、特定光ビームを特定の方向に収束させることができる。
【００３５】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第３の方向と垂直な面における前記特定光ビームの拡がり角は、前記特定光ビームの主光線と前記第３の方向とを含む面における前記特定光ビームの拡がり角よりも大きく、前記特定光ビームは、前記アナモフィックレンズの前記第３の方向と垂直な面における焦点位置から射出され、前記第３の方向から見たとき、前記アナモフィックレンズは前記特定光ビームを平行化してもよい。
【００３６】
この構成によれば、特定光ビームの拡がり角が相対的に小さい方向において特定光ビームの第３の方向の寸法を小さくするため、特定光ビームの第３の方向の寸法を小さくしやすく、光の損失を確実に抑えることができる。
【００３７】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記合成光線束の少なくとも一部を蛍光に変換する蛍光体層をさらに備えていてもよい。
【００３８】
この構成によれば、光源装置が射出する光の色を調整することができる。
【００３９】
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。
【００４０】
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小型の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】
【００４１】
【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平面図である。
【図３】図２の要部の拡大図である。
【図４】発光素子および光ビーム変換光学系の側面図である。
【図５】発光素子の斜視図である。
【図６】光線合成部を図２の矢印Ｄ方向から見た正面図である。
【図７】第１実施形態の変形例の照明装置の平面図である。
【図８】図７の要部の拡大図である。
【図９】第２実施形態の照明装置の平面図である。
【図１０】発光素子および光ビーム変換光学系の側面図である。
【図１１】第３実施形態の第１光源装置の要部の平面図である。
【図１２】第４実施形態の光源装置の斜視図である。
【図１３】光源装置の平面図である。
【図１４】光源装置を第２の方向から見た側面図である。
【図１５】光源装置を第１の方向から見た側面図である。
【図１６】光線合成部の第１の例を示す正面図である。
【図１７】光線合成部の第２の例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
［第１実施形態］
第１実施形態に係るプロジェクターについて、図１〜図８を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、スクリーン上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した３つの液晶光変調装置を備えている。プロジェクターは、照明装置の光源として、レーザーダイオードを備えている。
【００４３】
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、色合成光学系５と、投射光学系６と、を備えている。
【００４４】
本実施形態において、照明装置２は、照明光として白色光Ｗを色分離光学系３に向けて射出する。
【００４５】
色分離光学系３は、白色光Ｗ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および第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａと、第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂと、を備えている。
【００４６】
第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過するとともに、その他の光（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、緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過する。
【００４７】
第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、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の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置され、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により光変調装置４Ｇに向けて反射される。
【００４８】
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。
【００４９】
光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，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ている。また、液晶パネルの入射側および射出側にはそれぞれ偏光板（図示せず）が配置されている。
【００５０】
光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。
【００５１】
色合成光学系５は、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，および青色光ＬＢに対応した各画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系６に向けて射出する。色合成光学系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。
【００５２】
投射光学系６は、投射レンズ群から構成されている。投射光学系６は、色合成光学系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。
【００５３】
（照明装置）
次に、上記照明装置２の構成について説明する。
図２は、照明装置２の概略構成を示す図である。
図２に示すように、照明装置２は、第１光源装置１１と、第２光源装置１２と、均一化照明光学系１３と、を備えている。
第１実施形態の第１光源装置１１は、特許請求の範囲の光源装置に相当する。
【００５４】
以下、図面において、ＸＹＺ直交座標系を用いて説明することもある。
図２において、照明装置２における照明光軸１００ａｘと平行な方向がＸ軸方向である。第１光源装置１１の光軸ａｘ１と平行な方向がＹ軸方向である。Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ直交する方向がＺ軸方向である。
【００５５】
図２に示すように、第１光源装置１１は、第１の光源ユニット１５と、第２の光源ユニット１６と、第１光ビーム変換光学系１７と、光線合成部１８と、第１コリメート光学系７０と、ダイクロイックミラー８０と、第１集光光学系９０と、回転蛍光板３０と、を備える。また、第１光ビーム変換光学系１７は、第１の光源ユニット１５に対応した第１のレンズアレイ２１と、第２の光源ユニット１６に対応した第２のレンズアレイ２２と、を備える。
本実施形態の第１コリメート光学系７０は、特許請求の範囲の第２の光ビーム変換光学系に対応する。
【００５６】
第１の光源ユニット１５および第２の光源ユニット１６は、複数の発光素子２５を備えている。発光素子２５は、レーザーダイオードから構成されている。発光素子２５は、例えば発光強度のピーク波長が４４５ｎｍの青色の光ビームＬを射出する。
【００５７】
第１の光源ユニット１５の発光素子２５は第１の発光素子２５ａを含み、Ｘ軸方向（第２の方向）に並んでいる。第１の発光素子２５ａから射出された光ビームＬを第１の光ビームＬ１と称する。第１の光源ユニット１５は、第１の光ビームＬ１を含む複数の光ビームＬからなる第１の光線束ＬＴ１をＹ軸方向（第１の方向）に射出する。
【００５８】
第２の光源ユニット１６の発光素子２５はＹ軸方向において互いに異なる位置に配置された第２の発光素子２５ｂと第３の発光素子２５ｃとを含み、Ｙ軸方向（第１の方向）に並んでいる。第２の発光素子２５ｂから射出された光ビームＬを第２の光ビームＬ２と称し、第３の発光素子２５ｃから射出された光ビームＬを第３の光ビームＬ３と称する。第２の光源ユニット１６は、第２の光ビームＬ２と第３の光ビームＬ３とを含む複数の光ビームＬからなる第２の光線束ＬＴ２をＸ軸方向（第２の方向）に射出する。
【００５９】
第２の発光素子２５ｂと第３の発光素子２５ｃとしては、第２の光源ユニット１６の４個の発光素子２５のうち互いに隣り合った２つの発光素子２５が選択される。本実施形態においては、図２の左から２番目に位置する発光素子２５を第２の発光素子２５ｂとし、左から３番目に位置する発光素子２５を第３の発光素子２５ｃとする。また、第１の発光素子２５ａとしては、Ｚ軸方向から見たとき、光線合成部１８への入射位置が第２の光ビームＬ２の入射位置と第３の光ビームＬ３の入射位置との間となる光ビームＬを射出する発光素子２５が選択される。したがって、本実施形態においては、第１の発光素子２５ａとしては、第１の光源ユニット１５の４個の発光素子２５のうち上から２番目に位置する発光素子２５が選択される。
【００６０】
図５は、発光素子２５の斜視図である。
図５に示すように、発光素子２５は、光ビームＬを射出する光射出領域２５１を有する。光射出領域２５１の平面形状は、光ビームＬの主光線Ｌｃ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である。
【００６１】
本実施形態において、光射出領域２５１の長手方向Ｗ１の幅は、例えば４０μｍである。光射出領域２５１の短手方向Ｗ２の幅は、例えば１μｍである。ただし、光射出領域２５１の形状および寸法は、これに限定されない。第１の光源ユニット１５の発光素子２５において、光射出領域２５１の長手方向Ｗ１はＸ軸方向（第２の方向）と一致し、光射出領域２５１の短手方向Ｗ２はＸ軸方向と交差するＺ軸方向と一致する。第２の光源ユニット１６の発光素子２５において、光射出領域２５１の長手方向Ｗ１はＹ軸方向（第１の方向）と一致し、光射出領域２５１の短手方向Ｗ２はＹ軸方向と交差するＺ軸方向と一致する。
【００６２】
発光素子２５から射出された光ビームＬは、光射出領域２５１の長手方向Ｗ１と平行な偏光方向を有する直線偏光からなる。光射出領域２５１の短手方向Ｗ２における光ビームＬの拡がり角は、光射出領域２５１の長手方向Ｗ１における光ビームＬの拡がり角よりも大きい。これにより、光ビームＬの断面形状ＬＳ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。
【００６３】
図４は、第１の光源ユニット１５の発光素子および光ビーム変換光学系をＸ軸方向から見た側面図である。なお、第２の光源ユニット１６の構成も第１の光源ユニット１５の構成と同様であるため、ここでは第１の光源ユニット１５の構成のみを図示する。
第１のレンズアレイ２１は、第１の光源ユニット１５から射出された複数の光ビームＬの各々に対応した複数の第１レンズ４１を備えている。複数の第１レンズ４１は、Ｘ軸方向に並んでいる。第１レンズ４１は、アナモフィックレンズで構成されている。図２に示すように、第１レンズ４１は、入射した光ビームＬを、複数の第１レンズ４１の配列方向（Ｘ軸方向）と光ビームＬの主光線の方向（Ｙ軸方向）とに平行な面（ＸＹ平面）内において収束させる。また、図４に示すように、第１レンズ４１は、入射した光ビームＬを、ＸＹ平面と直交する面（ＹＺ平面）内において平行化する。
【００６４】
第２のレンズアレイ２２は、第２の光源ユニット１６から射出された複数の光ビームＬの各々に対応した複数の第２レンズ４２を備えている。複数の第２レンズ４２は、Ｙ軸方向に並んでいる。第２レンズ４２は、アナモフィックレンズで構成されている。第２レンズ４２は、入射した光ビームＬを、複数の第２レンズ４２の配列方向（Ｙ軸方向）と光ビームＬの主光線の方向（Ｘ軸方向）とに平行な面（ＸＹ平面）内において収束させる。また、第２レンズ４２は、入射した光ビームＬを、ＸＹ平面と直交する面（ＸＺ平面）内において平行化する。
【００６５】
図６は、光線合成部１８を図２の矢印Ｄの方向から見た正面図である。矢印Ｄの方向は、光線合成部１８の面法線方向である。図２には、光線合成部１８に入射する光ビームＬを模式的に示した。
図６に示すように、光線合成部１８は、光透過性を有する基板４４と、複数の反射部材４５と、を備える。複数の反射部材４５は、基板４４の一面上に所定の間隔をおいて設けられている。反射部材４５は、例えば金属膜、誘電体多層膜等からなる反射膜で構成される。基板４４の一面のうち、反射部材４５が設けられた領域が反射領域１８ｒであり、反射部材４５が設けられていない領域が光透過領域１８ｔである。すなわち、光線合成部１８は、複数の反射領域１８ｒと、複数の光透過領域１８ｔと、を備える。Ｚ軸方向から見た平面視において、反射領域１８ｒと光透過領域１８ｔとは、交互に配置されている。本明細書において、Ｚ軸方向から見た平面視のことを単に平面視と称する。
【００６６】
図２に示すように、光線合成部１８は、第１の光源ユニット１５から射出された第１の光線束ＬＴ１の中心軸ＬＴ１ｃと、第２の光源ユニット１６から射出された第２の光線束ＬＴ２の中心軸ＬＴ２ｃと、のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。すなわち、光線合成部は、Ｘ軸とＹ軸とのそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。
【００６７】
図６に示すように、光線合成部１８を基板４４の面法線方向から見たとき、反射領域１８ｒおよび光透過領域１８ｔの形状は、Ｚ軸方向を長手方向とし、ＸＹ面内においてＸ軸およびＹ軸と４５°の角度をなす方向を短手方向とする長方形状である。第１の光源ユニット１５と光線合成部１８とは、第１の光源ユニット１５の各発光素子２５から射出された各光ビームＬがそれぞれ対応する光透過領域１８ｔに入射するように配置されている。第２の光源ユニット１６と光線合成部１８とは、第２の光源ユニット１６の各発光素子２５から射出された各光ビームＬがそれぞれ対応する反射領域１８ｒに入射するように配置されている。光線合成部１８は、第１の光線束ＬＴ１を透過させ、第２の光線束ＬＴ２を反射させることにより、第１の光線束ＬＴ１と第２の光線束ＬＴ２とを含む合成光線束ＬＴ３を生成する。
【００６８】
ここで、第１光ビーム変換光学系１７による光ビームＬの収束について、さらに詳しく説明する。
図３は、図２の要部の拡大図である。
光線合成部１８において、第２の光ビームＬ２が入射する反射領域１８ｒを第２の領域１８ｒ２とし、第３の光ビームＬ３が入射する反射領域１８ｒを第３の領域１８ｒ３とする。また、第２の領域１８ｒ２と第３の領域１８ｒ３との間に位置し、第１の光ビームＬ１が入射する光透過領域１８ｔを第１の領域１８ｔ１とする。さらに、第２の領域１８ｒ２と第３の領域１８ｒ３とが並んでいる方向を第３の方向Ｑとする。このとき、第３の方向Ｑは、Ｘ軸方向（第２の方向）およびＹ軸方向（第１の方向）のそれぞれに対して４５°の角度をなす。
【００６９】
本実施形態では、第１の光ビームＬ１、第２の光ビームＬ２、および第３の光ビームＬ３は、いずれも特定光ビームに相当している。
【００７０】
図３に示すように、第１レンズ４１は第１の光ビームＬ１を、平面視において収束する収束光ビームに変換する。よって、光線合成部１８に入射した際の第１の光ビームＬ１のＸ軸方向の径は、第１光ビーム変換光学系１７から射出された際の当該第１の光ビームＬ１のＸ軸方向の径よりも小さくなる。言い換えれば、第１レンズ４１は、第１の光ビームＬ１が光線合成部１８に入射したときの第１の光ビームＬ１の第３の方向Ｑの寸法ｗ１ｂを、第１の光ビームＬ１が第１の光ビーム変換光学系１７から射出したときの第１の光ビームＬ１の第３の方向Ｑの寸法ｗ１ａよりも小さくするように、第１の光ビームＬ１を平面視において収束する収束光ビームに変換して射出する。以下、収束光ビームは少なくとも平面視において収束する光ビームを意味する。
【００７１】
第２レンズ４２は、第２の光ビームＬ２を収束光ビームに変換する。よって、光線合成部１８に入射した際の第２の光ビームＬ２のＹ軸方向の径は、第１光ビーム変換光学系１７から射出された際の当該第２の光ビームＬ２のＹ軸方向の径よりも小さくなる。言い換えれば、第２レンズ４２は、第２の光ビームＬ２が光線合成部１８に入射したときの第２の光ビームＬ２の第３の方向Ｑの寸法ｗ２ｂを、第２の光ビームＬ２が第１の光ビーム変換光学系１７から射出したときの第２の光ビームＬ２の第３の方向Ｑの寸法ｗ２ａよりも小さくするように、第２の光ビームＬ２を収束光ビームに変換して射出する。
【００７２】
第３の光ビームＬ３は、第２の光ビームＬ２と同様に、第２レンズ４２によって収束光ビームに変換される。
【００７３】
このように、第１の光ビーム変換光学系１７は、特定光ビームが光線合成部１８に入射したときの特定光ビームの第３の方向Ｑの寸法を、特定光ビームが第１の光ビーム変換光学系１７から射出したときの特定光ビームの第３の方向Ｑの寸法よりも小さくするように、特定光ビームを収束光ビームに変換して射出する。
【００７４】
図２に示すように、第１コリメート光学系７０は、光線合成部１８の下段に設けられている。第１コリメート光学系７０は、第１光ビーム変換光学系１７から射出された特定光ビームを、平面視において平行化する。第１コリメート光学系７０は、複数のコリメーターレンズ４７を備えたコリメーターレンズアレイを備える。平面視において、複数のコリメーターレンズ４７のピッチＰ１は、第１の光源ユニット１５から射出された複数の光ビームＬのピッチＰ２の１／２である。
【００７５】
第１の光ビームＬ１、第２の光ビームＬ２、および第３の光ビームＬ３のそれぞれが第１コリメート光学系７０に入射するとき、平面視において、第２の光ビームＬ２と第３の光ビームＬ３とが並んでいる方向（Ｘ軸方向）における第１の光ビームＬ１の寸法は、第２の光ビームＬ２と第３の光ビームＬ３との間の間隔よりも小さい。
【００７６】
回転蛍光板３０は、モーター３１により回転可能な基板３２上に環状の蛍光体層３３を備える。基板３２は、例えば、アルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属板から構成されている。
【００７７】
蛍光体層３３は、青色の励起光Ｅによって励起され、赤色光および緑色光を含む蛍光光Ｙを射出する。蛍光体層３３は、例えばＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅを含有する。
【００７８】
誘電体多層膜３４は、蛍光体層３３と基板３２との間に設けられている。誘電体多層膜３４は、入射した蛍光光Ｙの大部分を基板３２とは反対側に向けて反射する。つまり、回転蛍光板３０は、励起光Ｅが入射する側と同じ側に向けて蛍光光Ｙを射出する。
【００７９】
第１コリメート光学系７０からは、第１の光線束ＬＴ１と第２の光線束ＬＴ２とからなる合成光線束ＬＴ３が射出される。合成光線束ＬＴ３はダイクロイックミラー８０に入射する。合成光線束ＬＴ３は、励起光Ｅを構成する。
【００８０】
本実施形態において、ダイクロイックミラー８０は、第１コリメート光学系７０から第１集光光学系９０までの光路中に、第１光源装置１１の光軸ａｘ１および照明装置２の照明光軸１００ａｘのそれぞれに対して４５°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー８０は、励起光Ｅを第１集光光学系９０に向けて反射する。
【００８１】
第１集光光学系９０は、励起光Ｅを回転蛍光板３０の蛍光体層３３に向かって集光させるとともに、回転蛍光板３０から射出された蛍光光Ｙを略平行化する。第１集光光学系９０は、第１凸レンズ９２と、第２凸レンズ９４と、を備える。
【００８２】
第２光源装置１２は、第２光源７１０と、第２集光光学系７６０と、散乱板７３２と、第２コリメート光学系７７０と、を備える。
【００８３】
第２光源７１０は、複数の発光素子７１１を備える。複数の発光素子７１１は、それぞれレーザーダイオードから構成されている。発光素子７１１は、例えば発光強度のピーク波長が４４５ｎｍの青色の光ビームを射出するが、ピーク波長は４４５ｎｍに限定されない。
【００８４】
第２集光光学系７６０は、第１凸レンズ７６２と、第２凸レンズ７６４と、を備える。第２集光光学系７６０は、第２光源７１０から射出された青色光Ｂを散乱板７３２付近に集光する。
【００８５】
散乱板７３２は、第２光源７１０から射出された青色光Ｂを散乱することにより、回転蛍光板３０から射出された蛍光光Ｙの配光分布に類似した配光分布を青色光Ｂに与える。散乱板７３２としては、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。
【００８６】
第２コリメート光学系７７０は、第１凸レンズ７７２と、第２凸レンズ７７４と、を備える。第２コリメート光学系７７０は、散乱板７３２から射出された青色光Ｂを略平行化する。
【００８７】
第２光源装置１２から射出された青色光Ｂは、ダイクロイックミラー８０で反射され、回転蛍光板３０から射出されてダイクロイックミラー８０を透過した蛍光光Ｙと合成され、白色光Ｗとなる。白色光Ｗは、均一化照明光学系１３に入射する。
【００８８】
均一化照明光学系１３は、第１レンズアレイ１２５と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備える。
【００８９】
第１レンズアレイ１２５は、ダイクロイックミラー８０から射出された白色光Ｗを複数の部分光束に分割する複数の第１小レンズ１２５ａを有する。複数の第１小レンズ１２５ａは、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。
【００９０】
第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２５の複数の第１小レンズ１２５ａに対応する複数の第２小レンズ１３２を備える。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２５の各第１小レンズ１２５ａの像を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第２小レンズ１３２は、照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。
【００９１】
偏光変換素子１４０は、白色光Ｗの偏光方向を揃える。偏光変換素子１４０は、例えば偏光分離膜と位相差板とミラーとから構成されている。偏光変換素子１４０は、非偏光である蛍光光Ｙを直線偏光に変換する。
【００９２】
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された各部分光束を集光して光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍で互いに重畳させる。第１レンズアレイ１２５、第２レンズアレイ１３０、および重畳レンズ１５０は、画像形成領域上での白色光Ｗの面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。
【００９３】
従来の光源装置においては、コリメーターレンズにより平行化された光が光線合成部に入射するため、光線合成部に入射した際の光ビームの径は、コリメーターレンズから射出された際の光ビームの径と略同じである。そのため、光源装置を小型化するために複数の発光素子の配列ピッチを小さくすると、光線合成部において光のけられが生じ、損失が生じるという問題があった。
【００９４】
これに対して、本実施形態の第１光源装置１１は、第１のレンズアレイ２１と第２のレンズアレイ２２とを有する第１光ビーム変換光学系１７を備えている。第１の光源ユニット１５から射出された複数の光ビームＬの各々は、第１のレンズアレイ２１によってＸＹ平面内において収束させられる。また、第２の光源ユニット１６から射出された複数の光ビームＬの各々は、第２のレンズアレイ２２によってＸＹ平面内において収束させられる。前述したように、光線合成部１８に入射した際の第１の光ビームＬ１のＸ軸方向の径は、第１光ビーム変換光学系１７から射出された際の第１の光ビームＬ１のＸ軸方向の径よりも小さくなる。また、光線合成部１８に入射した際の第２の光ビームＬ２のＹ軸方向の径は、第１光ビーム変換光学系１７から射出された際の第２の光ビームＬ２のＹ軸方向の径よりも小さくなる。
【００９５】
そのため、複数の発光素子２５の配列ピッチを小さくしても、光のけられが生じにくく、光の損失を低減することができる。また、複数の発光素子２５の配列ピッチを小さくすることによって、第１の光源ユニット１５、第２の光源ユニット１６、および光線合成部１８を小さくできるため、第１光源装置１１の小型化を図ることができる。
【００９６】
また、本実施形態の第１光源装置１１では、第１の光源ユニット１５からの第１の光線束ＬＴ１と第２の光源ユニット１６からの第２の光線束ＬＴ２とを合成するため、第１光源装置１１の高輝度化を図ることができる。また、光線合成部１８に偏光分離素子を利用しないため、第１の光線束ＬＴ１の偏光方向と第２の光線束ＬＴ２の偏光方向とを互いに一致させることができる。そのため、第１光源装置１１の後段の光学系において、偏光方向の違いによる明るさの違い、色付きの違い等の光学特性への影響を低減することができる。
【００９７】
また、本実施形態の第１光源装置１１が備えている第１コリメート光学系７０は、収束光ビームに変換された特定光ビームを平行光に変換することができる。
【００９８】
また、本実施形態の第１光源装置１１において、第１の光ビームＬ１、第２の光ビームＬ２、および第３の光ビームＬ３が第１コリメート光学系７０に入射するとき、平面視において、第２の光ビームＬ２と第３の光ビームＬ３とが並んでいる方向における第１の光ビームＬ１の寸法は、第２の光ビームＬ２と第３の光ビームＬ３との間の間隔よりも小さくなっている。これにより、各光ビームが当該光ビームに対応したコリメーターレンズ４７に入射するため、光利用効率の低下を低減することができる。
【００９９】
また、本実施形態の第１光源装置１１において、第１の光源ユニット１５は、Ｘ軸方向に配列された複数の発光素子２５を備え、第２の光源ユニット１６は、Ｙ軸方向に配列された複数の発光素子２５を備え、光線合成部１８は、平面視において、複数の反射領域１８ｒと複数の光透過領域１８ｔとが交互に配置されている。これにより、光線合成部１８は、第１の光線束ＬＴ１と第２の光線束ＬＴ２とを容易に合成できる。
【０１００】
また、本実施形態の第１光源装置１１において、第１の光源ユニット１５が備える複数の発光素子２５の各々は、Ｘ軸方向と交差する短手方向を有する光射出領域２５１を備えたレーザーダイオードで構成され、第２の光源ユニット１６が備える複数の発光素子２５の各々は、Ｙ軸方向と交差する短手方向を有する光射出領域２５１を備えたレーザーダイオードで構成されている。そのため、各発光素子２５から射出された光ビームＬの断面の長手方向は、反射領域１８ｒもしくは光透過領域１８ｔの長手方向（Ｚ軸方向）と一致する。各発光素子２５から射出された光ビームＬの断面の短手方向は、反射領域１８ｒもしくは光透過領域１８ｔの短手方向と一致する。言い換えれば、光ビームＬの断面の短手方向は、ＸＹ平面と平行である。これにより、光ビームＬの断面の短手方向が反射領域１８ｒもしくは光透過領域１８ｔの長手方向と一致する場合と比較して、屈折力が小さい第１光ビーム変換光学系１７を用いることができる。
【０１０１】
また、本実施形態の第１光源装置１１において、第１光ビーム変換光学系１７は、Ｚ軸方向においては光を平行化するアナモフィックレンズで構成されている。これにより、光線合成部１８のＺ軸方向における寸法を小さくすることができる。
【０１０２】
（第１実施形態の変形例）
以下、第１実施形態の変形例について、図７および図８を用いて説明する。
本変形例の照明装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、第１光源装置の第１の光源ユニットの構成が第１実施形態と異なる。そのため、第１光源装置全体の説明は省略し、第１の光源ユニットについてのみ説明する。
図７は、第１実施形態の変形例の照明装置の平面図である。図８は、図７の要部の拡大図である。
図７および図８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。
【０１０３】
図７に示すように、本変形例の第１光源装置５１において、第１の光源ユニット５２は、第１の光ビームＬ１を射出する第１の発光素子２５ａを含む複数の発光素子２５と、複数のミラー５３と、を備える。複数のミラー５３の各々は、複数の発光素子２５から射出された複数の光ビームＬの各々の光路上に設けられている。各ミラー５３は、各発光素子２５から射出された各光ビームＬの光路を９０°折り曲げ、各光ビームＬを光線合成部１８に導く。
【０１０４】
本変形例において、第１の光源ユニット５２を構成する複数の発光素子２５は、第２の光源ユニット１６を構成する複数の発光素子２５に隣り合う位置に設けられている。第１の光源ユニット５２および第２の光源ユニット１６を構成する全ての発光素子２５は、光ビームＬを第２の方向（Ｘ軸方向）に向けて射出する。
【０１０５】
ミラーは、第１の方向（Ｙ軸方向）および第２の方向（Ｘ軸方向）のそれぞれに対して４５°の角度をなすように設けられている。そのため、光ビームＬは、第１の光源ユニット５２の発光素子２５から第２の方向（Ｘ軸方向）に向けて射出された後、ミラー５３で反射して第１の方向（Ｙ軸方向）に向けて進み、光線合成部１８に入射する。上記実施形態では、複数の発光素子２５から光線合成部１８までの光ビームＬの光路が直線状に延びていたのに対し、本変形例では、複数の発光素子２５から光線合成部１８までの光ビームＬの光路が９０°折れ曲がっている。なお、光ビームＬの光路が折れ曲がる角度は必ずしも９０°でなくてもよい。
【０１０６】
本変形例においても、第１の光ビーム変換光学系１７は、特定光ビームが光線合成部１８に入射したときの特定光ビームの第３の方向の寸法を、特定光ビームが第１の光ビーム変換光学系１７から射出したときの特定光ビームの第３の方向の寸法よりも小さくするように、特定光ビームを収束光ビームに変換する。
【０１０７】
ただし、本変形例のように、複数の発光素子２５から光線合成部１８までの光路が折れ曲がっている場合、第３の方向の寸法を以下のように考える。
図８は、図７における１個の発光素子２５ａから光線合成部１８までの光路の拡大図である。
発光素子２５ａから射出された光ビームＬが折れ曲がっている場合は、図８に示すように、発光素子２５ａから射出された光ビームＬの主光線ＬＣを直線状に延ばした仮想的な配置を考える。仮想的な配置において、第１レンズ４１は、第１の光ビームＬ１が光線合成部１８に入射したときの第１の光ビームＬ１の第３の方向の寸法ｗ１ｄを、第１の光ビームＬ１が第１レンズ４１から射出したときの第１の光ビームＬ１の第３の方向の寸法ｗ１ｃよりも小さくするように、第１の光ビームＬ１を収束光ビームに変換する。光ビームＬが９０°以外の角度に折れ曲がっている場合も同様である。
【０１０８】
本変形例においても、大型化を抑えつつ、光の損失が小さい第１光源装置５１を実現できる、といった第１実施形態の同様の効果が得られる。
【０１０９】
［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実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光ビーム変換光学系の構成が第１実施形態と異なる。そのため、光源装置全体の説明は省略し、光ビーム変換光学系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、発光素子および光ビーム変換光学系の側面図である。
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。
【０１１０】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様、第１光源装置６１が特許請求の範囲の光源装置に相当する。
図９に示すように、第１光源装置６１が備えている光ビーム変換光学系６２は、第１の光源ユニット１５に対応した第１のシリンドリカルレンズ６３および第１のレンズアレイ６４と、第２の光源ユニット１６に対応した第２のシリンドリカルレンズ６５および第２のレンズアレイ６６と、を備える。
【０１１１】
第１のシリンドリカルレンズ６３は、第１の光源ユニット１５を構成する複数の発光素子２５に対して共通に設けられている。複数の発光素子２５から射出された複数の光ビームＬは、第１のシリンドリカルレンズ６３に入射する。第１のシリンドリカルレンズ６３は、平面視において、曲率を有していない。また、図１０に示すように、第１のシリンドリカルレンズ６３は、Ｘ軸方向から見た側面視において、曲率を有している。第１のシリンドリカルレンズ６３は、入射した各光ビームＬをＹＺ平面において平行化する。
【０１１２】
図９に示すように、第１のレンズアレイ６４は、第１の光源ユニット１５から射出された複数の光ビームＬの各々に対応した複数の第１シリンドリカルレンズ６７を備えている。複数の第１シリンドリカルレンズ６７は、Ｘ軸方向に並んでいる。第１シリンドリカルレンズ６７は、平面視において、曲率を有している。また、図１０に示すように、第１シリンドリカルレンズ６７は、Ｘ軸方向から見た側面視において、曲率を有していない。第１シリンドリカルレンズ６７は、入射した光ビームＬを複数の第１シリンドリカルレンズ６７の配列方向と光ビームＬの主光線の方向（Ｙ軸方向）とに平行な面（ＸＹ平面）内において収束させる。
【０１１３】
図９に示すように、第２のシリンドリカルレンズ６５は、第２の光源ユニット１６を構成する複数の発光素子２５に対して共通に設けられている。複数の発光素子２５から射出された複数の光ビームＬは、第２のシリンドリカルレンズ６５に入射する。第２のシリンドリカルレンズ６５は、平面視において、曲率を有していない。第２のシリンドリカルレンズ６５は、Ｙ軸方向から見た側面視において、曲率を有している。第２のシリンドリカルレンズ６５は、入射した各光ビームＬをＸＺ平面において平行化する。
【０１１４】
第２のレンズアレイ６６は、第２の光源ユニット１６から射出された複数の光ビームＬの各々に対応した複数の第２シリンドリカルレンズ６８を備えている。複数の第２シリンドリカルレンズ６８は、Ｙ軸方向に並んでいる。第２シリンドリカルレンズ６８は、平面視において、曲率を有している。また、第２シリンドリカルレンズ６８は、Ｙ軸方向から見た側面視において、曲率を有していない。第２シリンドリカルレンズ６８は、入射した各光ビームＬを、複数の第２シリンドリカルレンズ６８の配列方向と光ビームＬの主光線の方向（Ｘ軸方向）とに平行な面（ＸＹ平面）内において収束させる。
その他の構成は第１実施形態と同じである。
【０１１５】
第２実施形態においても、大型化を抑えつつ、光の損失が小さい第１光源装置６１を実現できる、といった第１実施形態の同様の効果が得られる。
【０１１６】
［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。
図１１は、第３実施形態の第１光源装置の要部の平面図である。
第３実施形態の第１光源装置の基本構成は第１実施形態と共通であり、第１コリメート光学系よりも下段側の構成が第１実施形態と異なる。よって、図１１では、第１実施形態と共通な部分の図示を省略する。
図１１において、第１実施形態で用いた図２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。
【０１１７】
図１１に示すように、第３実施形態の第１光源装置１０１は、第１の光源ユニット１５と、第２の光源ユニット１６と、第１光ビーム変換光学系１７と、第１光線合成部１８と、第１コリメート光学系７０と、第３の光源ユニット１０２と、第４の光源ユニット１０３と、第３光ビーム変換光学系１０４と、第２光線合成部１０５と、第２コリメート光学系１０６と、位相差板１０７と、偏光分離素子１０８と、を備える。第１光ビーム変換光学系１７は、第１のレンズアレイ２１と、第２のレンズアレイ２２と、を備える。第３光ビーム変換光学系１０４は、第３のレンズアレイ１１１と、第４のレンズアレイ１１２と、を備える。
【０１１８】
すなわち、第３実施形態の第１光源装置１０１は、第１実施形態の第１光源装置１１における第１の光源ユニット１５、第２の光源ユニット１６、光ビーム変換光学系１７、および光線合成部１８と同じ構成の光源部を２組備える。したがって、第１の光源ユニット１５、第２の光源ユニット１６、第１光ビーム変換光学系１７、および第１光線合成部１８からなる第１光源部１１５と、第３の光源ユニット１０２、第４の光源ユニット１０３、第３光ビーム変換光学系１０４、および第２光線合成部１０５からなる第２光源部１１６と、は、各構成要素の配置と光の進行方向とが互いに異なるだけであって、構成は同じである。
【０１１９】
第１光源部１１５においては、光線合成部１８が第１の光源ユニット１５から射出された第１の光線束ＬＴ１を透過させ、第２の光源ユニット１６から射出された第２の光線束ＬＴ２を反射させることによって、合成光線束ＬＴ５を生成する。同様に、第２光源部１１６においては、第２光線合成部１０５が第３の光源ユニット１０２から射出された第１の光線束ＬＴ１を反射させ、第４の光源ユニット１０３から射出された第２の光線束ＬＴ２を透過させることによって、合成光線束ＬＴ６を生成する。第１光源部１１５と第２光源部１１６とは、第１コリメート光学系７０から射出される光線束ＬＴ５の射出方向と第２コリメート光学系１０６から射出される光線束ＬＴ６の射出方向とが９０°の角度をなすように配置されている。
【０１２０】
第２光源部１１６と偏光分離素子１０８との間に、位相差板１０７が設けられている。位相差板１０７は、例えば１／２波長板で構成されている。一方、第１光源部１１５と偏光分離素子１０８との間に、位相差板は設けられていない。そのため、各光源ユニットから射出された光ビームＬの偏光方向が全て同じであったとしても、第１光源部１１５から偏光分離素子１０８に入射する光ビームＬの偏光方向と、第２光源部１１６から位相差板１０７を経て偏光分離素子１０８に入射する光ビームＬの偏光方向と、は互いに異なる。なお、位相差板１０７は、第１光源部１１５と偏光分離素子１０８との間に設けられ、第２光源部１１６と偏光分離素子１０８との間に設けられていなくてもよい。
【０１２１】
第３実施形態の場合、各光源ユニットから射出された全ての光ビームＬの偏光方向は、偏光分離素子１０８に対するＰ偏光である。この場合、光線束ＬＴ５は偏光分離素子１０８に対してＰ偏光として入射する。一方、光線束ＬＴ６は位相差板１０７を透過するため、偏光分離素子１０８に対してＳ偏光として入射する。偏光分離素子１０８がＰ偏光の光線束ＬＴ５を透過させ、Ｓ偏光の光線束ＬＴ６を反射させることによって、光線束ＬＴ５と光線束ＬＴ６が合成される。
【０１２２】
第３実施形態においても、大型化を抑えつつ、光の損失が小さい第１光源装置１０１を実現できる、といった第１実施形態の同様の効果が得られる。また、第３実施形態の第１光源装置１０１は、第１〜第４の光源ユニットを備えているため、合成光線束の強度を高めることができる。
【０１２３】
なお、第１光源部１１５から射出された光ビームＬの偏光方向を第２光源部１１６から射出された光ビームＬの偏光方向と異ならせてもよい。例えば第１光源部１１５から射出される光ビームＬの偏光方向を偏光分離素子１０８に対するＰ偏光とし、第２光源部１１６から射出される光ビームＬの偏光方向を偏光分離素子１０８に対するＳ偏光としてもよい。第１光源部１１５と第２光源部１１６とで射出光線束の偏光方向を異ならせるためには、図１１の構成から、例えば第１光源部１１５、第２光源部１１６のいずれか一方を射出光線束の中心軸周りに９０°回転させた配置とすればよい。この構成によれば、位相差板１０７が不要となる。
【０１２４】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１２〜図１５を用いて説明する。
第４実施形態の第１光源装置の基本構成は第１実施形態と概略同じであり、ダイクロイックミラー８０よりも下段側の構成は第１実施形態と共通である。よって、ダイクロイックミラー８０よりも下段側の部材の図示を省略する。
図１２は、第４実施形態の第１光源装置の斜視図である。図１３は、第１光源装置の平面図である。図１４は、第１光源装置を第２の方向（Ｘ軸方向）から見た側面図である。図１５は、第１光源装置を第１の方向（Ｙ軸方向）から見た側面図である。
図１２〜図１５において、第１実施形態で用いた図２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。
【０１２５】
図１２〜図１５に示すように、第１光源装置１６０は、第１の光源ユニット１６１と、第２の光源ユニット１６２と、第１光ビーム変換光学系１６３と、光線合成部１６４と、第１コリメート光学系１６５と、ダイクロイックミラー８０（図２参照）と、第１集光光学系９０（図２参照）と、回転蛍光板３０（図２参照）と、を備える。また、第１光ビーム変換光学系１６３は、第１の光源ユニット１６１に対応した第１のレンズアレイ１６６と、第２の光源ユニット１６２に対応した第２のレンズアレイ１６７と、を備える。
本実施形態の第１コリメート光学系１６５は、特許請求の範囲の第２の光ビーム変換光学系に対応する。
【０１２６】
図１４に示すように、第１の光源ユニット１６１は、第１の光ビームＬ１を射出する第１の発光素子２５ａを含む複数の発光素子２５を備える。複数の発光素子２５は、Ｚ軸方向に配列された複数の光源列２５Ｆをなすように設けられている。本実施形態において、複数の発光素子２５は、Ｚ軸方向に配列された４列の光源列２５Ｆをなしている。各光源列２５Ｆは、３個の発光素子２５で構成されている。図１３に示すように、一つの光源列２５Ｆを構成する３個の発光素子２５は、Ｘ軸方向（第２の方向）およびＹ軸方向（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１の光源ユニット１６１は、第１の光ビームＬ１を含む複数の光ビームＬからなる第１の光線束ＬＴ１をＹ軸方向（第１の方向）に射出する。なお、後述するように、Ｚ軸方向は第３の方向に相当する。
【０１２７】
図１５に示すように、第２の光源ユニット１６２は、第２の光ビームＬ２を射出する第２の発光素子２５ｂと第３の光ビームＬ３を射出する第３の発光素子２５ｃとを含む複数の発光素子２５を備える。複数の発光素子２５は、Ｚ軸方向に配列された複数の光源列２５Ｆをなすように設けられている。本実施形態において、複数の発光素子２５は、Ｚ軸方向に配列された４列の光源列２５Ｆをなしている。各光源列２５Ｆは、３個の発光素子２５で構成されている。図１３に示すように、一つの光源列２５Ｆを構成する３個の発光素子２５は、Ｘ軸方向（第２の方向）およびＹ軸方向（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１６２は、第２の光ビームＬ２と第３の光ビームＬ３とを含む複数の光ビームＬからなる第２の光線束ＬＴ２をＸ軸方向（第２の方向）に射出する。第１の光源ユニット１６１および第２の光源ユニット１６２を構成する複数の発光素子２５は、図示しない基板上にそれぞれ実装されている。
【０１２８】
図１５に示すように、第２の発光素子２５ｂと第３の発光素子２５ｃとしては、第２の光源ユニット１６２の１２個の発光素子２５のうち、Ｚ軸方向において互いに隣り合う２つの発光素子２５が選択される。本実施形態においては、図１５の最上段の光源列２５Ｆの左端に位置する発光素子２５を第２の発光素子２５ｂとし、上から２段目の光源列２５Ｆの左端に位置する発光素子２５を第３の発光素子２５ｃとする。また、図１２に示すように、第１の発光素子２５ａとしては、光線合成部１６４において、第２の光ビームＬ２と第３の光ビームＬ３との間に位置する光ビームＬを射出する発光素子２５が選択される。したがって、本実施形態においては、第１の発光素子２５ａとして、図１４に示す第１の光源ユニット１６１の１２個の発光素子２５のうち、図１４の最上段の光源列の右端に位置する発光素子２５が選択される。
【０１２９】
また、図１５に示すように、第２の光源ユニット１６２において、第２の発光素子２５ｂを含む光源列２５Ｆのうち、Ｘ軸方向（第２の方向）およびＹ軸方向（第１の方向）において第２の発光素子２５ｂとは異なる位置に配置された発光素子２５を第４の発光素子２５ｄとする。第４の発光素子２５ｄは、第４の光ビームＬ４を射出する。
【０１３０】
第１のレンズアレイ１６６は、第１の光源ユニット１６１の複数の発光素子２５から射出された複数の光ビームＬの各々に対応した複数の第１レンズ１６８を備えている。複数の第１レンズ１６８は、全てが同一のパワーのアナモフィックレンズで構成されている。図１４に示すように、第１レンズ１６８は、入射した光ビームＬを、Ｚ軸方向と光ビームＬの主光線の方向（Ｙ軸方向）とに平行な面（ＹＺ平面）内において収束させる。また、図１３に示すように、第１レンズ１６８は、入射した光ビームＬを、ＸＹ平面内において平行化する。
【０１３１】
第２のレンズアレイ１６７は、第２の光源ユニット１６２の複数の発光素子２５から射出された複数の光ビームＬの各々に対応した複数の第２レンズ１６９を備えている。複数の第２レンズ１６９は、全てが同一のパワーのアナモフィックレンズで構成されている。図１５に示すように、第２レンズ１６９は、入射した光ビームＬを、Ｚ軸方向と光ビームＬの主光線の方向（Ｘ軸方向）とに平行な面（ＸＺ平面）内において収束させる。また、図１３に示すように、第２レンズ１６９は、入射した光ビームＬを、ＸＹ平面内において平行化する。
【０１３２】
図１２に示すように、光線合成部１６４は、複数の反射領域１６４ｒと、複数の光透過領域１６４ｔと、を備える。反射領域１６４ｒの構成と光透過領域１６４ｔの構成とは第１実施形態と同様であるが、反射領域１６４ｒおよび光透過領域１６４ｔの配置は第１実施形態と異なる。本実施形態では、光線合成部１６４をＺ軸方向と垂直な方向から見たとき、反射領域１６４ｒと光透過領域１６４ｔとは交互に配置されている。
【０１３３】
第２の光ビームＬ２および第４の光ビームＬ４が入射する反射領域１６４ｒを第２の領域１６４ｒ２とし、第３の光ビームＬ３が入射する反射領域１６４ｒを第３の領域１６４ｒ３とする。また、第２の領域１６４ｒ２と第３の領域１６４ｒ３との間に位置し、第１の光ビームＬ１が入射する光透過領域１６４ｔを第１の領域１６４ｔ１とする。さらに、第２の領域１６４ｒ２と第３の領域１６４ｒ３とが並んでいる方向を第３の方向とする。本実施例の場合、第３の方向は、Ｘ軸方向（第２の方向）およびＹ軸方向（第１の方向）と直交するＺ軸方向である。上述したように、第４の光ビームＬ４は、第２の光ビームＬ２が入射する第２の領域１６４ｒ２に入射する。したがって、本実施形態の第２の領域１６４ｒ２は、特許請求の範囲の第２の領域に相当し、第４の領域にも相当する。
【０１３４】
図１４および図１５に示すように、第１の光ビーム変換光学系１６３は、特定光ビームが光線合成部１６４に入射したときの特定光ビームの第３の方向（Ｚ軸方向）の寸法を、特定光ビームが第１の光ビーム変換光学系１６３から射出したときの特定光ビームの第３の方向（Ｚ軸方向）の寸法よりも小さくするように、特定光ビームを収束光ビームに変換する。
【０１３５】
具体的には、図１４に示すように、第１の光ビーム変換光学系１６３の第１レンズ１６８は、第１の光ビームＬ１が光線合成部１６４に入射したときの第１の光ビームＬ１の第３の方向（Ｚ軸方向）の寸法ｗ１ｂを、第１の光ビームＬ１が第１の光ビーム変換光学系１６３から射出したときの第１の光ビームＬ１の第３の方向（Ｚ軸方向）の寸法ｗ１ａよりも小さくするように、第１の光ビームＬ１を収束光ビームに変換する。
【０１３６】
また、図１５に示すように、第１の光ビーム変換光学系１６３の第２レンズ１６９は、第２の光ビームＬ２が光線合成部１６４に入射したときの第２の光ビームＬ２の第３の方向（Ｚ軸方向）の寸法ｗ２ｂを、第２の光ビームＬ２が第１の光ビーム変換光学系１６３から射出したときの第２の光ビームＬ２の第３の方向（Ｚ軸方向）の寸法ｗ２ａよりも小さくするように、第２の光ビームＬ２を収束光ビームに変換する。第３の光ビームＬ３は、第２の光ビームＬ２と同様に収束光ビームに変換される。
【０１３７】
第１コリメート光学系１６５は、光線合成部１６４の下段に設けられている。第１コリメート光学系１６５は、合成光線束を構成する複数の光ビームＬの各々に対応して設けられた複数のシリンドリカルレンズ１７０で構成されている。本実施形態の場合、第１の光源ユニット１６１の１２個の発光素子２５から射出された１２本の光ビームＬと、第２の光源ユニット１６２の１２個の発光素子２５から射出された１２本の光ビームＬと、が合成されて合成光線束ＬＴ３が形成される。したがって、図１４および図１５に示すように、第１コリメート光学系１６５は、２４個のシリンドリカルレンズ１７０で構成されている。
【０１３８】
図１２および図１３に示すように、各シリンドリカルレンズ１７０は、シリンドリカルレンズ１７０の母線方向をＸ軸方向に向けて配置されている。したがって、各シリンドリカルレンズ１７０は、ＸＹ平面においては屈折力を有しておらず、ＹＺ平面において屈折力を有している。第１コリメート光学系１６５は、Ｚ軸と直交する方向（Ｘ軸方向）から見たとき、特定光ビームを平行光として射出する。
【０１３９】
図１３に示すように、光線合成部１６４は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに対して４５°の角度をなしている。また、第１の光源ユニット１６１の各光源列２５Ｆを構成する３個の発光素子２５は、Ｙ軸方向においてそれぞれ異なる位置に配置されている。これにより、Ｙ軸方向に沿った各発光素子２５と光線合成部１６４との距離は互いに等しい。
【０１４０】
同様に、第２の光源ユニット１６２の各光源列２５Ｆを構成する３個の発光素子２５は、Ｘ軸方向においてそれぞれ異なる位置に配置されている。これにより、Ｘ軸方向に沿った各発光素子２５と光線合成部１６４との距離は互いに等しい。例えば一つの光源列２５Ｆにおいて、Ｘ軸方向（第２の方向）に沿った第２の発光素子２５ｂと光線合成部１６４との距離は、Ｘ軸方向（第２の方向）に沿った第４の発光素子２５ｄと光線合成部１６４との距離と等しい。
【０１４１】
上述したように、複数の第１レンズ１６８の全てが同一のパワーのアナモフィックレンズで構成され、第１の光源ユニット１６１の各発光素子２５と光線合成部１６４との距離が互いに等しく設定されている。よって、図１４に示すように、第１の光源ユニット１６１の全ての発光素子２５から射出された光ビームＬを容易に光線合成部１６４の各光透過領域１６４ｔにおいて結像させることができる。ただし、本明細書において、光ビームＬがある位置において結像する、ということは、Ｚ軸と垂直な方向から見たとき、光ビームＬの第３の方向の寸法がその位置において、第１の光ビーム変換光学系１６３と第１コリメート光学系１６５との間の光路中で最も小さい寸法となることを意味する。
【０１４２】
同様に、複数の第２レンズ１６９の全てが同一のパワーのアナモフィックレンズで構成され、第２の光源ユニット１６２の各発光素子２５と光線合成部１６４との距離が互いに等しく設定されている。よって、図１５に示すように、第２の光源ユニット１６２の全ての発光素子２５から射出された光ビームＬを容易に光線合成部１６４の各反射領域１６４ｒにおいて結像させることができる。
【０１４３】
すなわち、光線合成部１６４は、第１の光ビーム変換光学系１６３と第１コリメート光学系１６５との間の複数の光ビームＬの各々の光路中で当該光ビームＬの第３の方向（Ｚ軸方向）の寸法が最も小さい位置において当該光ビームＬを受光する。例えば、光線合成部１６４は、第２の光ビームＬ２が結像する位置において第２の光ビームＬ２を受光し、かつ、第４の光ビームＬ４が結像する位置において第４の光ビームＬ４を受光する。
【０１４４】
第３の方向（Ｚ軸方向）と垂直な面における特定光ビームの拡がり角は、特定光ビームの主光線と第３の方向とを含む面における特定光ビームの拡がり角よりも大きい。図１３に示すように、各発光素子２５は、アナモフィックレンズからなる第１レンズ１６８および第２レンズ１６９の第３の方向と垂直な面における焦点位置に配置されている。すなわち、特定光ビームは、アナモフィックレンズの第３の方向と垂直な面における焦点位置から射出される。この構成により、第３の方向から見たとき、アナモフィックレンズは、特定光ビームを平行化する。
【０１４５】
第４実施形態においても、大型化を抑えつつ、光の損失が小さい第１光源装置１６０を実現できる、といった第１実施形態の同様の効果が得られる。
【０１４６】
特に本実施形態の場合、光源ユニット１６１から射出された複数の光ビームＬの各々は対応する光透過領域１６４ｔにおいて結像し，光源ユニット１６２から射出された複数の光ビームＬの各々は対応する反射領域１６４ｒにおいて結像する。これにより、光の損失をより十分に抑えつつ、第１光源装置１６０のＺ軸方向の寸法をより小さくすることができる。
【０１４７】
例えば、第１の光源ユニット１６１において、Ｘ軸方向に沿った複数の発光素子２５と光線合成部１６４との距離は互いに等しいため、同一のパワーの複数の第１レンズ１６８を備えた第１の光ビーム変換光学系１６３によって、複数の光ビームＬの各々が光線合成部１６４において結像している構成を容易に実現することができる。第２の光源ユニット１６２についても同様である。
【０１４８】
さらに、光線合成部１６４に入射するときの光ビームＬの寸法が各光透過領域１６４ｔもしくは各反射領域１６４ｒの寸法よりも小さかったとしても、発光素子２５の実装位置のばらつきによって、光透過領域１６４ｔを通過すべき光ビームＬの一部が反射領域で反射したり、反射領域１６４ｒで反射すべき光ビームＬの一部が光透過領域１６４ｔを通過したりして、光の損失が生じる場合がある。この問題に対して、本実施形態の第１光源装置１６０では、光ビームＬの第３の方向の寸法が最も小さくなった位置で光線合成部１６４に入射するため、発光素子２５の実装誤差のマージンを大きくすることができる。
【０１４９】
また、第１光源装置１６０は第１コリメート光学系１６５を備えているため、光線合成部１６４に入射する前に収束され、光線合成部１６４から射出された後に発散する光ビームＬは、Ｘ軸方向から見たとき、第１コリメート光学系１６５によって平行化される。これにより、第１コリメート光学系１６５よりも後段の光学系における光の損失を抑えることができる。
【０１５０】
また、第１の光ビーム変換光学系１６３は複数のアナモフィックレンズで構成されているため、第１の光ビーム変換光学系１６３の構成を簡略化できるとともに、特定の光ビームＬを特定の方向に収束させることができる。また、特定光ビームのＺ軸方向の寸法を小さくしやすく、光の損失を確実に抑えることができる。
【０１５１】
なお、上記第１〜第４実施形態の第１光源装置には、例えば、以下に示す光線合成部を用いることができる。
図１６は、光線合成部の第１の例を示す正面図である。図１７は、光線合成部の第２の例を示す正面図である。
【０１５２】
図１６に示すように、第１の例の光線合成部１８１は、複数の短冊状ミラー１８２と、支持部材１８３と、を備える。複数の短冊状ミラー１８２の各々は、両端で支持部材１８３に支持されている。隣り合う短冊状ミラー１８２は、間隔をおいて配置されている。短冊状ミラー１８２が設けられた領域が反射領域１８１ｒであり、隣り合う短冊状ミラー１８２間の間隙が光透過領域１８１ｔである。
【０１５３】
図１７に示すように、第２の例の光線合成部１９１は、透明基板１９２と、複数の開口部１９３ｈが形成された反射膜１９３と、を備える。反射膜１９３の開口部１９３ｈには反射防止膜１９４が設けられている。反射膜１９３が設けられた領域が反射領域１９１ｒであり、反射膜１９３の開口部１９３ｈにあたる領域が光透過領域１９１ｔである。
【０１５４】
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。
【０１５５】
（変形例１）
上記実施形態の光源装置は、第１の光源ユニットの複数の発光素子から射出された全ての光ビームと、第２の光源ユニットの複数の発光素子から射出された全ての光ビームと、を収束光ビームに変換する光ビーム変換光学系を備えていた。この構成に代えて、本発明の光源装置は、第１のレンズアレイ２１と第２のレンズアレイ２２のうち一方のみを備えた光ビーム変換光学系を備えてもよい。
例えば、光源装置が第１のレンズアレイ２１のみを備えている場合、第２のレンズアレイ２２に代えて、第２の光源ユニットから射出された複数の光ビーム各々を平行化する光学系を用いればよい。
【０１５６】
（変形例２）
光ビーム変換光学系は、一つの光源ユニットの複数の発光素子から射出された複数の光ビームのうち、一部の光ビームのみを収束光ビームに変換してもよい。例えば、第１の発光素子から射出された第１の光ビーム、第２の発光素子から射出された第２の光ビーム、および第３の発光素子から射出された第３の光ビームのうち、第２の光ビームのみを収束光ビームに変換する光ビーム変換光学系を備えていてもよい。この構成によれば、第２の発光素子と第３の発光素子とのピッチが小さかったとしても、第２の光ビームのけられを低減できるので、光ビームの損失を低減できるとともに、装置の大型化を回避できる光源装置を実現することができる。
【０１５７】
変形例１，２では、光線合成部から射出された合成光線束に収束光ビームと非収束光ビームとが混在するため、合成光線束を第１コリメート光学系で一括して平行化することは難しい。そのため、収束光ビームが光線合成部の反射領域に入射するのであれば、当該反射領域の反射面に曲率を持たせて収束光ビームを平行化することが好ましい。収束光ビームが光線合成部の光透過領域に入射するのであれば、当該光透過領域の構成部材に屈折力を付与して収束光ビームを平行化することが好ましい。このように、光線合成部によって収束光ビームを平行化する場合、第１コリメート光学系を省略することができる。
【０１５８】
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。
【０１５９】
また、光ビーム変換光学系は、レンズ以外の光学部材で構成されていてもよい。例えば、各発光素子に対応した複数の凹面ミラーで光ビーム変換光学系を構成してもよい。
【０１６０】
また、光ビーム変換光学系は、光線合成部の反射領域もしくは光透過領域の短手方向だけでなく、長手方向にも光ビームを収束させてもよい。
【０１６１】
また、第２実施形態において、光ビーム変換光学系が単体のシリンドリカルレンズとシリンドリカルレンズアレイとの組合せで構成されている例を示したが、例えば球面レンズもしくは非球面レンズからなるコリメーターレンズとシリンドリカルレンズアレイとの組合せで構成されていてもよい。
【０１６２】
また、光透過領域が第２の光線束を透過させ、反射領域が第１の光線束を反射させる構成でもよい。
【０１６３】
また、上記実施形態では、３つの光変調装置を備えるプロジェクターを例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。さらに、光変調装置としては、上述した液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイスなどを用いることもできる。
【０１６４】
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】
【０１６５】
１…プロジェクター、２…照明装置、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投射光学系、１１，５１，１０１，１６０…第１光源装置（光源装置）、１５，５２，１６１…第１の光源ユニット、１６，１６２…第２の光源ユニット、１７，１６３…第１光ビーム変換光学系、１８，１６４，１８１，１９１…光線合成部、１８ｒ，１６４ｒ，１８１ｒ，１９１ｒ…反射領域、１８ｒ２，１６４ｒ２…第２の領域、１８ｒ３，１６４ｒ３…第３の領域、１８ｔ，１６４ｔ，１８１ｔ，１９１ｔ…光透過領域、１８ｔ１，１６４ｔ１…第１の領域、２１…第１のレンズアレイ、２２…第２のレンズアレイ、２５…発光素子、２５ａ…第１の発光素子、２５ｂ…第２の発光素子、２５ｃ…第３の発光素子、２５ｄ…第４の発光素子、４７…コリメーターレンズ、７０，１６５…第１コリメート光学系（第２の光ビーム変換光学系）、Ｌ１…第１の光ビーム、Ｌ２…第２の光ビーム、Ｌ３…第３の光ビーム、Ｌ４…第４の光ビーム、ＬＴ１…第１の光線束、ＬＴ２…第２の光線束。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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