(57)【要約】【課題】光利用効率が高い、照明装置を提供する。また、前記光源装置を備えたプロジェクターを提供する。【解決手段】実装面を有する実装基板と、実装面に実装された複数の発光部とを有する光源アレイと、光源アレイから射出された光線束が入射するコリメート光学系と、第１レンズアレイ及び第２レンズアレイを含むホモジナイザー光学系と、を備え、光線束の主光線が実装面と平行に光源アレイから射出されるように、複数の発光部が実装面と平行な第１方向に沿って実装され、複数の発光部各々の長手方向は第１方向と一致しており、第２レンズアレイの第２小レンズの長手方向は、実装面と平行である照明装置に関する。【選択図】図４
2017027903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装面を有する実装基板と、前記実装面に実装された複数の発光部とを有する光源アレイと、
前記光源アレイから射出された光線束が入射するコリメート光学系と、
第１レンズアレイ及び第２レンズアレイを含むホモジナイザー光学系と、を備え、
前記光線束の主光線が前記実装面と平行に前記光源アレイから射出されるように、前記複数の発光部が前記実装面と平行な第１方向に沿って実装され、
前記複数の発光部各々の長手方向は前記第１方向と一致しており、
前記第２レンズアレイの第２小レンズの長手方向は、前記実装面と平行である
照明装置。
【請求項２】
前記コリメート光学系は、第１シリンドリカルレンズと、該第１シリンドリカルレンズの後段に配置された第２シリンドリカルレンズを備え、
第１シリンドリカルレンズは、第１の母線を有し、
第２シリンドリカルレンズは、第２の母線を有し、
前記第１の母線は、前記実装面と平行であり、
前記第２の母線の方向は、前記実装面と交差する
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光線束は、前記複数の発光部のうち第１の発光部から射出された第１の光ビームを含み、
前記第１シリンドリカルレンズと前記第２シリンドリカルレンズとの間の距離と、前記第１シリンドリカルレンズの屈折力と、前記第２シリンドリカルレンズの屈折力とは、前記第２シリンドリカルレンズを透過した前記第１の光ビームの断面のアスペクト比が略１となるように設定されている
請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１シリンドリカルレンズの前記第１の母線と垂直な断面形状は非球面である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記断面形状は、円錐定数Ｋが、−１＜Ｋ＜０で近似される形状である
請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出される光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
プロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及びプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターは、光源部から射出される光を、光変調装置で画像情報に応じて変調し、得られた画像を投写レンズによって拡大投写するものである。近年、このようなプロジェクターに用いられる光源装置の光源として、高輝度且つ高出力な光が得られる半導体レーザーなどのレーザー光源が注目されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、複数の半導体レーザーを２次元的に配列したアレイ光源と、該アレイ光源から射出された光線束を平行化する一対のシリンドリカルレンズと、照明光を均一化するインテグレータ光学系とを備えたプロジェクター用照明装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記アレイ光源を実装する際、実装バラツキが生じることを避けられない。しかしながら、上記従来技術においては、半導体レーザーの実装バラツキを考慮していないため、アレイ光源から射出された光を効率良く利用できず、光利用効率が低下するといった問題があった。
【０００６】
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、光利用効率が高い、照明装置を提供することを目的とする。また、前記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とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様に従えば、実装面を有する実装基板と、前記実装面に実装された複数の発光部とを有する光源アレイと、前記光源アレイから射出された光線束が入射するコリメート光学系と、第１レンズアレイ及び第２レンズアレイを含むホモジナイザー光学系と、を備え、前記光線束の主光線が前記実装面と平行に前記光源アレイから射出されるように、前記複数の発光部が前記実装面と平行な第１方向に沿って実装され、前記複数の発光部各々の長手方向は前記第１方向と一致しており、前記第２レンズアレイの第２小レンズの長手方向は、前記実装面と平行である照明装置が提供される。
【０００８】
第１態様に係る構成では、発光部各々の長手方向と第２小レンズの長手方向とが実装面と平行となる。これにより、例えば、第１方向において発光部の実装誤差が生じた場合でも、発光部から射出された光の２次光源像は第２小レンズからはみ出しにくい。また、複数の発光部は実装面に実装されるため、該実装面の法線方向において実装誤差は発生しにくい。
したがって、光源アレイから射出された光線束は、第２レンズアレイの後段に設けられた光学部材に効率良く入射するので、高い光利用効率を得ることができる。
【０００９】
上記第１態様において、前記コリメート光学系は、第１シリンドリカルレンズと、該第１シリンドリカルレンズの後段に配置された第２シリンドリカルレンズを備え、第１シリンドリカルレンズは、第１の母線を有し、第２シリンドリカルレンズは、第２の母線を有し、前記第１の母線は、前記実装面と平行であり、前記第２の母線の方向は、前記実装面と交差する構成としてもよい。
この構成によれば、第１シリンドリカルレンズ及び第２シリンドリカルレンズにより発光部各々から射出された光を平行化することができる。また、第１シリンドリカルレンズは実装面と垂直な方向に屈折力を持ち、第２シリンドリカルレンズは他の方向に屈折力を持っている。さらに、第２シリンドリカルレンズは第１シリンドリカルレンズの後段に配置されているため、第２シリンドリカルレンズの焦点距離は第１シリンドリカルレンズの焦点距離よりも長い。そのため、第１方向において発光部の実装誤差が生じた場合でも、実装誤差の影響が比較的小さい。
【００１０】
上記第１態様において、前記光線束は、前記複数の発光部のうち第１の発光部から射出された第１の光ビームを含み、前記第１シリンドリカルレンズと前記第２シリンドリカルレンズとの間の距離と、前記第１シリンドリカルレンズの屈折力と、前記第２シリンドリカルレンズの屈折力とは、前記第２シリンドリカルレンズを透過した前記第１の光ビームの断面のアスペクト比が略１となるように設定されている構成としてもよい。
この構成によれば、第１の光ビームの断面積を大きくすることができる。これにより、第１の光ビームは第１レンズアレイの小レンズに良好に入射する。よって、ホモジナイザー光学系は、光源アレイから射出された光線束を良好に均一化することができる。
また、第１レンズアレイ及び第２レンズアレイを構成する各小レンズを小さくしなくても被照明領域を高い均一性で照明することができる。
【００１１】
上記第１態様において、前記第１シリンドリカルレンズの前記第１の母線と垂直な断面形状は非球面である構成としてもよい。
この構成によれば、発光部から射出された光の拡がり角が大きい場合でも、第１シリンドリカルレンズによって良好に平行化される。
【００１２】
また、断面形状は、円錐定数Ｋが、−１＜Ｋ＜０で近似される形状であってもよい。
この構成によれば、球面収差を良好に補正することができるため、発光部から射出された光の発散角が大きい場合でも、第１シリンドリカルレンズによって良好に平行化される。
【００１３】
本発明の第２態様に従えば、上記第１態様の照明装置と、前記照明装置から射出される光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。
【００１４】
第２態様に係るプロジェクターの構成によれば、上記照明装置を備えるので、本プロジェクター自体も光利用効率が高く、明るい照明光により優れた表示品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】プロジェクターの概略構成を示す平面図。
【図２】光源アレイの概略構成を示す斜視図。
【図３】発光部の要部構成を示す図。
【図４】コリメート光学系の概略構成を示す斜視図。
【図５】（ａ）は図４を−Ｘ方向から見た側面図、（ｂ）は図４を＋Ｚ方向から見た平面図。
【図６】比較例に係る第２レンズアレイを＋Ｘ方向から見た平面図。
【図７】第２レンズアレイを＋Ｘ方向から見た平面図。
【図８】第１レンズアレイの光入射面を概念的に示した図。
【図９】（ａ）は蛍光発光素子の正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ａ１線矢視による断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、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。
【００１７】
（プロジェクター）
まず、図１に示すプロジェクター１の一例について説明する。
図１は、プロジェクター１の概略構成を示す平面図である。
【００１８】
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１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。プロジェクター１は、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを用いている。
【００１９】
具体的に、プロジェクター１は、図１に示すように、照明装置２と、第１の全反射ミラー７ａと、第２の全反射ミラー７ｂと、第３の全反射ミラー７ｃと、ダイクロイックミラー８と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６とを備えている。
【００２０】
照明装置２は、第１の照明光としての青色光ＬＢと、第２の照明光としての黄色光ＹＬとを射出する。
【００２１】
ダイクロイックミラー８は、照明装置２からの黄色光ＹＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離する機能を有する。ダイクロイックミラー８は、分離した赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧを反射する。
【００２２】
第１の全反射ミラー７ａは、青色光ＬＢの光路中に配置されており、照明装置２から射出された青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに向けて反射する。
第２の全反射ミラー７ｂは、緑色光ＬＧの光路中に配置されており、分離された緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに向けて反射する。
第３の全反射ミラー７ｃは、赤色光ＬＲの光路中に配置されており、分離された赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。
【００２３】
光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを通過させる間に、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を通過させる間に、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を通過させる間に、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。
【００２４】
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、一対の偏光板（図示せず）が配置されている。
【００２５】
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９Ｒ，フィールドレンズ９Ｇ，フィールドレンズ９Ｂが配置されている。
【００２６】
合成光学系５は、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，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。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ている。
【００２７】
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、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、拡大されたカラー映像が表示される。
【００２８】
（照明装置）
次に、照明装置２の構成について説明する。
照明装置２は、光源アレイ１０と、コリメート光学系１１と、第１のインテグレータ光学系１２と、位相差板１３と、偏光分離素子１４と、ピックアップ光学系１５と、蛍光発光素子１６と、青色光用重畳レンズ１７と、全反射ミラー１８と、第２の第２のインテグレータ光学系１９と、偏光変換素子２０と、黄色光用重畳レンズ２１と、全反射ミラー２２とを備えている。なお、以下の説明において、光源アレイ１０の光軸を光軸ａｘ１とする。また、光軸ａｘ１と同一平面内にあり、該光軸ａｘ１に直交する光軸を光軸ａｘ２とする。
【００２９】
光源アレイ１０と、コリメート光学系１１と、第１のインテグレータ光学系１２と、位相差板１３と、偏光分離素子１４と、ピックアップ光学系１５と、蛍光発光素子１６とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。
一方、全反射ミラー１８と、青色光用重畳レンズ１７と、偏光分離素子１４と、第２のインテグレータ光学系１９と、偏光変換素子２０と、黄色光用重畳レンズ２１と、全反射ミラー２２とは、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。
【００３０】
光源アレイ１０は、複数の発光部４０を有している。
図２は光源アレイ１０の概略構成を示す斜視図である。以下、図面を用いた説明において、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。図２において、Ｘ方向は発光部４０の配列方向を規定し、Ｙ方向は発光部４０から射出される光の主光線の方向を規定し、Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向にそれぞれ直交する方向であって鉛直方向を規定する。
【００３１】
図２に示すように、光源アレイ１０は、本体部１０Ａと、複数の支持部材１０Ｂと、該支持部材１０Ｂに支持された複数の発光部４０とを備える。
【００３２】
本体部１０Ａおよび支持部材１０Ｂは、例えば、アルミや銅といった放熱性に優れた金属材料から構成される。
複数の支持部材１０Ｂは、本体部１０Ａの側面１０Ａ１に取り付けられている。各支持部材１０Ｂは、側面１０Ａ１の上下方向において、各々の間隔を均等とするように配置されている。
【００３３】
各支持部材１０Ｂは板状の部材であって、上面１０Ｂ１と下面１０Ｂ２とを有する。上面１０Ｂ１及び下面１０Ｂ２の平面形状は略矩形状であって、Ｘ方向に長辺を有し、Ｙ方向に短辺を有している。上面１０Ｂ１はＸＹ平面と平行であり、水平面となっている。
【００３４】
本実施形態において、複数の発光部４０は、それぞれ半導体レーザーから構成される。複数の発光部４０は、支持部材１０Ｂの上面１０Ｂ１に一次元的に実装されている。複数の発光部４０が配列している方向を第１方向（Ｘ方向）とする。各発光部４０は青色の光ビームからなる光線ＢＬを射出する。光源アレイ１０は、複数の光線ＢＬを含む光線束Ｋを射出する。
【００３５】
本実施形態において、複数の発光部４０のうち１つの発光部４０が特許請求の範囲の「第１の発光部」に相当し、一つの発光部４０から射出された光線ＢＬが特許請求の範囲の「第１の光ビーム」に相当する。支持部材１０Ｂは特許請求の範囲の「実装基板」に相当し、上面１０Ｂ１は特許請求の範囲の「実装面」に相当する。
【００３６】
図３は発光部４０の要部構成を示す図である。
図３に示すように、発光部４０は、光を射出する光射出面４０ａを有している。光射出面４０ａは、射出される光の主光線の方向から視て長手方向Ｗ１と短手方向Ｗ２とを有した略矩形状の平面形状を有している。
【００３７】
ここで、光射出面４０ａの長手方向Ｗ１の幅と短手方向Ｗ２の幅との比（以下、アスペクト比と称す場合もある）は、３０：１以上とするのが好ましい。本実施形態において、光射出面４０ａの長手方向Ｗ１の幅は例えば４０μｍであり、光射出面４０ａの短手方向Ｗ２の幅は例えば、１μｍであるが、光射出面４０ａの形状はこれに限定されない。
なお、図３において、長手方向Ｗ１はＸ方向と平行であり、短手方向Ｗ２はＺ方向と平行である。
【００３８】
発光部４０から射出される光線ＢＬは、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。光線ＢＬの短手方向Ｗ２への拡がりは、光線ＢＬの長手方向Ｗ１への拡がりよりも大きい。本実施形態において、光線ＢＬの長手方向Ｗ１への拡がり角度の最大値（最大放射角度）は例えば２０°であり、短手方向Ｗ２への拡がり角度の最大値（最大放射角度）は例えば７０°である。
【００３９】
そのため、光線ＢＬの断面形状ＢＳは、Ｚ方向（短手方向Ｗ２）を長軸方向とした楕円形状となる。
【００４０】
本実施形態において、複数の発光部４０は、各発光部４０から射出される光線ＢＬの主光線ＢＬａがＹ方向と平行となるように、上面１０Ｂ１に実装されている。言い換えれば、光線束Ｋの主光線が上面１０Ｂ１と平行である。
【００４１】
光源アレイ１０から射出された光線束Ｋは、コリメート光学系１１に入射する。
図１に示したように、コリメート光学系１１は、第１のシリンドリカルレンズアレイ５０と、第２のシリンドリカルレンズアレイ５５とを含む。
【００４２】
図４はコリメート光学系１１の概略構成を示す斜視図である。
図４に示すように、第１のシリンドリカルレンズアレイ５０は、第２のシリンドリカルレンズアレイ５５よりも光源アレイ１０側に配置されている。第１のシリンドリカルレンズアレイ５０は、複数の第１シリンドリカルレンズ５１を有する。なお、複数の第１シリンドリカルレンズ５１は、各々が一体形成されていても良いし、別体で構成されていても良い。
【００４３】
第１シリンドリカルレンズ５１は、Ｘ方向に沿う第１の母線５１Ｍと、凸状のレンズ面５２と、平坦な裏面５３と、を有する。第１の母線５１Ｍは上面１０Ｂ１と平行である。
本実施形態において、第１シリンドリカルレンズ５１は平凸レンズであるため、製造コストを抑えることが可能である。
【００４４】
本実施形態において、第１シリンドリカルレンズ５１は、裏面５３を各発光部４０の光射出面４０ａに対向させている。第１シリンドリカルレンズ５１の数は支持部材１０Ｂの数に対応する。
本実施形態においては、図２に示したように、支持部材１０Ｂが５段設けられていることから、第１のシリンドリカルレンズアレイ５０は５つの第１シリンドリカルレンズ５１から構成されている。
【００４５】
このような構成に基づき、発光部４０から射出された光線ＢＬは、対応する第１シリンドリカルレンズ５１によりＹＺ面内において平行化されるようになっている。
【００４６】
一方、第２のシリンドリカルレンズアレイ５５は、複数の第２シリンドリカルレンズ５６を有する。第２のシリンドリカルレンズアレイ５５は、各支持部材１０Ｂに実装された発光部４０の数に対応した数の第２シリンドリカルレンズ５６を有する。なお、複数の第２シリンドリカルレンズ５６は、各々が一体形成されていても良いし、別体で構成されていても良い。
【００４７】
第２シリンドリカルレンズ５６は、第２の母線５６Ｍの方向が支持部材１０Ｂの上面１０Ｂ１と交差するように配置されている。本実施形態では、第２の母線５６Ｍの方向は、上面１０Ｂ１と直交している。また、第２シリンドリカルレンズ５６は、第２の母線５６Ｍが第１シリンドリカルレンズ５１の第１の母線５１Ｍの方向と直交している。
【００４８】
第２シリンドリカルレンズ５６は、凸状のレンズ面５７と、平坦な裏面５８とを有する平凸レンズである。
【００４９】
本実施形態において、第２シリンドリカルレンズ５６は、裏面５８を第１シリンドリカルレンズ５１のレンズ面５２に対向させている。第２シリンドリカルレンズ５６の数は、各上面１０Ｂ１のＸ方向に沿って配置される発光部４０の数に対応する。
本実施形態においては、図４に示すように、支持部材１０Ｂの上面１０Ｂ１に発光部４０が５個配置されていることから、第２のシリンドリカルレンズアレイ５５は５つの第２シリンドリカルレンズ５６を有している。
【００５０】
このような構成に基づき、第１シリンドリカルレンズ５１を透過した光線ＢＬは、対応する第２シリンドリカルレンズ５６によりＸＹ面内において平行化されるようになっている。
【００５１】
図５はコリメート光学系１１によるレンズ効果を説明するための図であり、図５（ａ）は図４を−Ｘ方向から見た側面図であり、図５（ｂ）は図４を＋Ｚ方向から見た平面図である。
図５（ａ）に示すように、第１シリンドリカルレンズ５１は、第１の母線５１Ｍと直交するＹＺ平面と平行な面内においてのみレンズ効果を持っていることで、発光部４０から射出された光線ＢＬをＹＺ平面と平行な面内にて平行化する。一方、第１シリンドリカルレンズ５１は、第１の母線５１Ｍと平行なＸＹ平面と平行な面内においてはレンズ効果を持たない。そのため、図５（ｂ）に示すように、光線ＢＬは、ＸＹ平面と平行な面内においては、レンズ効果を受けることなく、第１シリンドリカルレンズ５１を透過する。
【００５２】
なお、本実施形態においては、第１シリンドリカルレンズ５１の第１の母線５１Ｍと垂直な断面において、レンズ面５２の断面形状は非球面である。本実施形態において、上記断面形状は、円錐定数Ｋが、−１＜Ｋ＜０で近似される形状である。
この構成によれば、球面収差を良好に補正することができるため、光線ＢＬの拡がり角度が大きい（７０°）場合でも、第１シリンドリカルレンズ５１によって良好に平行化される。
【００５３】
第２シリンドリカルレンズ５６は、図５（ａ）に示すように、第２の母線５６Ｍと平行なＹＺ平面と平行な面内においてはレンズ効果を持たないため、光線ＢＬはＹＺ平面と平行な面内においてレンズ効果を受けずに第２シリンドリカルレンズ５６を透過する。一方、第２シリンドリカルレンズ５６は、図５（ｂ）に示すように、第２の母線５６Ｍと直交するＸＹ平面と平行な面内においてレンズ効果を持つため、第１シリンドリカルレンズ５１を透過した光線ＢＬをＸＹ平面と平行な面内にて平行化する。
【００５４】
本実施形態において、第１シリンドリカルレンズ５１と第２シリンドリカルレンズ５６との間の距離と、第１シリンドリカルレンズ５１の屈折力と、第２シリンドリカルレンズ５６の屈折力とは、第２シリンドリカルレンズ５６を透過した光線ＢＬの断面のアスペクト比が略１となるように設定されている。すなわち、本実施形態において、コリメート光学系１１を透過した光線ＢＬの断面形状ＢＳは、図３に示した楕円状ではなく、略円形状である。
【００５５】
このように本実施形態によれば、光源アレイ１０から射出された光線束Ｋを２つのシリンドリカルレンズを含むコリメート光学系１１によって平行光に変換することが可能である。
【００５６】
コリメート光学系１１により平行化された光線束Ｋは、第１のインテグレータ光学系１２に入射する。第１のインテグレータ光学系１２は、第１レンズアレイ１２ａと、第２レンズアレイ１２ｂとを含む。第１レンズアレイ１２ａは複数の第１小レンズ１２ａｍを含み、第２レンズアレイ１２ｂは複数の第２小レンズ１２ｂｍを含む。複数の第２小レンズ１２ｂｍは複数の第１小レンズ１２ａｍとそれぞれ対応している。
【００５７】
第１レンズアレイ１２ａと蛍光発光素子１６は互いに光学的に共役であり、第１レンズアレイ１２ａと光変調装置４Ｂとは互いに光学的に共役である。また、発光部４０の光射出面４０ａと第２レンズアレイ１２ｂとは互いに光学的に共役である。
【００５８】
第１のインテグレータ光学系１２は、後述のように、ピックアップ光学系１５と協働して、蛍光発光素子１６を照射する光の照度分布（明るさ）を均一化する。また、第１のインテグレータ光学系１２は、後述のように、青色光用重畳レンズ１７と協働して、光変調装置４Ｂの画像形成領域において光の照度分布を均一化する。
【００５９】
ところで、本実施形態のように、複数の発光部４０を備えた光源アレイ１０を有した照明装置２では、発光部４０のアライメントに多少のずれが生じることが避けられない。つまり、本実施形態において、照明装置２は多少の実装誤差を有したものとなっている。
【００６０】
ここで、比較例として、第１レンズアレイ１１２ａ及びその後段に配置された第２レンズアレイ１１２ｂを含むホモジナイザー光学系１１２を参照しながら、本実施形態の構成について説明する。
【００６１】
図６は、比較例に係る第２レンズアレイ１１２ｂを＋Ｙ方向から見た平面図である。
光源アレイ１０において上記の実装誤差が生じると、蛍光体層３４上での照度分布の均一性が低下する。これは、１つの発光部４０から射出された光線ＢＬによって第２小レンズ１１２ｂｍ上に形成される２次光源像Ｇの位置が、第２小レンズ１１２ｂｍの所定の位置、たとえば第２小レンズ１１２ｂｍの中央からずれるためである。
【００６２】
発光部４０の光射出面４０ａと第２レンズアレイ１１２ｂとは光学的に共役であるため、光射出面４０ａがＸ方向に長手方向を有する長方形の場合、第２小レンズ１１２ｂｍ上に形成される２次光源像ＧはＸ方向に長手方向を有した長方形となる。
【００６３】
ここで、実装誤差による第２小レンズ１１２ｂｍ上での２次光源像Ｇの移動は各方向に同じ割合で発生する。第２小レンズ１１２ｂｍの平面形状はＸ方向の長さがＺ方向の長さと等しい正方形である。
【００６４】
実装誤差が生じると、２次光源像Ｇは所定の位置からずれる。なお、本実施形態では、複数の発光部４０を支持部材１０Ｂの上面１０Ｂ１（水平面）に実装している。そのため、複数の発光部４０は、上面１０Ｂ１に直交する高さ方向（Ｚ方向）における実装誤差は生じにくい。しかしながら、上面１０Ｂ１において、発光部４０の実装位置がＸ方向にずれる可能性はある。この場合、２次光源像ＧもＸ方向にずれる。
【００６５】
図６からわかるように、Ｘ方向にずれた２次光源像Ｇは第２小レンズ１１２ｂｍからはみ出すおそれがある。２次光源像Ｇのうち第２小レンズ１１２ｂｍからはみだした成分は所定の被照明領域を照射することができない。そのため、２次光源像Ｇがはみ出すと、光源アレイ１０から射出された光線束Ｋを効率良く利用することが出来ず、光利用効率が低下してしまう。
【００６６】
ここで、発光部４０の光射出面４０ａのアスペクト比が例えば３０：１以上の場合、２次光源像Ｇが長手方向に細長い形状であるため、２次光源像Ｇが第２小レンズ１１２ｂｍからはみ出しやすい。
【００６７】
この問題を解決すべく、本実施形態の照明装置２では、矩形の第２小レンズ１２ｂｍを含む第１のインテグレータ光学系１２を備えている。
【００６８】
図７は第２レンズアレイ１２ｂを＋Ｙ方向から見た平面図である。
図７に示すように、第２レンズアレイ１２ｂの第２小レンズ１２ｂｍの平面形状は、Ｘ方向に沿って長手を有する矩形である。したがって、発光部４０に生じた実装誤差によりＸ方向に２次光源像Ｇがずれたとしても、２次光源像Ｇが第２小レンズ１２ｂｍからはみ出しにくい。
よって、光源アレイ１０から射出された光線束Ｋを効率良く利用することができる。また、光源アレイ１０において要求される発光部４０の実装精度が低くなるため、製造が容易となってコスト低減を図ることができる。
【００６９】
また、本実施形態によれば、光射出面４０ａのアスペクト比が例えば３０：１以上と大きく、従来、２次光源像Ｇのはみ出しが起こり易い場合でも、２次光源像Ｇのはみ出しを低減することができる。光射出面４０ａのアスペクト比が大きいほど、本発明は顕著な効果を奏する。
【００７０】
第１シリンドリカルレンズ５１は上面１０Ｂ１と垂直な方向に屈折力を持ち、第２シリンドリカルレンズ５６は他の方向に屈折力を持っている。さらに、第２シリンドリカルレンズ５６は第１シリンドリカルレンズ５１の後段に配置されているため、第２シリンドリカルレンズ５６の焦点距離は第１シリンドリカルレンズ５１の焦点距離よりも長い。そのため、第１方向において発光部４０の実装誤差が生じた場合でも、実装誤差の影響が比較的小さい。
【００７１】
なお、第１のインテグレータ光学系１２による効果を向上させるには、第１レンズアレイ１２ａの第１小レンズ１２ａｍに対して光線ＢＬを効率良く入射させる必要がある。これは、各第１小レンズ１２ａｍに入射した光を照明領域上で互いに重畳させることで、該照明領域における照度分布を均一化するからである。
【００７２】
図８は第１レンズアレイ１２ａの光入射面を概念的に示した図である。なお、図８では比較として、アスペクト比が１よりも小さい場合の光線ＢＬ’を示している。
本実施形態では、上述のように、コリメート光学系１１から射出された光線ＢＬの断面形状ＢＳのアスペクト比を略１としている。
【００７３】
図８に示すように、断面形状のアスペクト比が略１となる光線ＢＬは、断面形状のアスペクト比が１よりも小さい光線ＢＬ’に比べ、第１小レンズ１２ａｍに対する入射面積が大きい。そのため、本実施形態によれば、第１のインテグレータ光学系１２の光重畳性能を向上させることが可能である。
【００７４】
また、光線ＢＬはアスペクト比が略１であり面積が大きいため、第１小レンズ１２ａｍを小さくしなくても被照明領域を高い均一性で照明することができる。つまり、第１レンズアレイ１２ａを構成する第１小レンズ１２ａｍの数を減らすことができるので、製造が容易であり、第１レンズアレイ１２ａのコストを下げることができる。
したがって、本実施形態によれば、光線ＢＬのアスペクト比を略１とすることで、低コストな第１のインテグレータ光学系１２を用いて、被照明領域を高い均一性で照明することができる。
【００７５】
第１のインテグレータ光学系１２を透過した光線束Ｋは位相差板１３に入射する。
位相差板１３は、例えば回転可能とされた１／２波長板である。１／２波長板の回転角度を適切に設定することにより、位相差板１３を透過した光線束Ｋを、偏光分離素子１４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とすることができる。
【００７６】
偏光分離素子１４は、光軸ａｘ１及び光軸ａｘ２に対し、それぞれ４５°の角度をなすように配置されている。偏光分離素子１４は、例えば、偏光ビームスプリッターから構成され、位相差板１３を通過した光線束Ｋを位相差板１３に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光分離機能を有している。また、偏光分離素子１４は光線束Ｋとは波長帯が異なる、後述する蛍光光からなる黄色光ＹＬを、その偏光状態にかかわらず反射させる色分離機能を有している。
【００７７】
具体的に、偏光分離素子１４は、入射光（光線束Ｋ）のうちのＳ偏光成分の光線ＢＬｓを反射させ、入射光のうちのＰ偏光成分の光線ＢＬｐを透過させる。
Ｓ偏光成分である光線ＢＬｓは、偏光分離素子１４で反射して青色光用重畳レンズ１７に向かう。Ｐ偏光成分である光線ＢＬｐは、偏光分離素子１４を透過して蛍光発光素子１６に向かう。
【００７８】
偏光分離素子１４から射出されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、青色光用重畳レンズ１７に入射する。青色光用重畳レンズ１７は、第１のインテグレータ光学系１２と協同して、光変調装置４Ｂの画像形成領域に光線ＢＬｓを青色光ＬＢとして重畳させることで該青色光ＬＢの照度分布を均一化する。具体的に、青色光用重畳レンズ１７を透過した光線ＢＬｓは、全反射ミラー１８，７ａおよびフィールドレンズ９Ｂを介して、青色光ＬＢとして光変調装置４Ｂに入射する。
【００７９】
本実施形態によれば、第１のインテグレータ光学系１２は矩形の第２小レンズ１２ｂｍを備えているため、光変調装置４Ｂの画像形成領域に対して均一な明るさの青色光ＬＢを効率良く照射することができる。
【００８０】
一方、Ｐ偏光成分である光線ＢＬｐは、偏光分離素子１４を透過してピックアップ光学系１５に入射する。ピックアップ光学系１５は、光線ＢＬｐを蛍光発光素子１６の蛍光体層３４上に集光する機能と、蛍光体層３４から射出された蛍光をピックアップする機能とを備える。ピックアップ光学系１５は、例えばピックアップレンズ１５ａ，１５ｂから構成されている。
【００８１】
ピックアップ光学系１５は、第１のインテグレータ光学系１２と協同して、蛍光発光素子１６の蛍光体層３４上に光線ＢＬｐを重畳させる。本実施形態において、第１のインテグレータ光学系１２は矩形の第２小レンズ１２ｂｍを備えているため、蛍光体層３４に対して均一な明るさの光線ＢＬｐを励起光として効率良く照射することができる。
【００８２】
図９は蛍光発光素子１６の概略構成を示す図である。図９（ａ）は蛍光発光素子１６の正面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ１−Ａ１線矢視による断面図である。
図９（ａ）に示すように、蛍光発光素子１６は、蛍光体層３４と、蛍光体層３４を支持する円板３５と、駆動部３６とを有している。円板３５は、駆動部３６により回転軸Ｏの周りに回転可能である。円板３５は、例えば、アルミや銅といった放熱性に優れた金属製の円板から構成されている。蛍光体層３４は、円板３５の上面３５ａに、円板３５の周方向に沿って設けられている。駆動部３６は、例えば、モーター等の駆動源から構成される。
【００８３】
蛍光体層３４は、光線ＢＬｐを吸収して蛍光からなる黄色光ＹＬ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。
【００８４】
蛍光体層３４には、耐熱性および表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような蛍光体層３４としては、例えば、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。
【００８５】
ところで、蛍光体粒子がレーザー光からなる光線ＢＬｐを吸収して、蛍光体層３４の温度が過度に上昇すると、温度消光という現象が生じ、蛍光体粒子の発光効率が低下する。
【００８６】
本実施形態によれば、上記第１のインテグレータ光学系１２により均一化した光線ＢＬｐを蛍光体層３４に照射するので、蛍光体層３４の温度が過度に上昇することが防止される。よって、発光効率が低下しにくい。
したがって、本実施形態によれば、黄色光ＹＬの発光効率の低下を低減できる。
【００８７】
蛍光体層３４の光線ＢＬｐが入射する側とは反対側には、反射部３７が設けられている。反射部３７は、蛍光体層３４で生成された黄色光ＹＬをピックアップ光学系１５側に向けて反射する。
【００８８】
また、前述したように、第１レンズアレイ１２ａと蛍光発光素子１６は互いに光学的に共役であり、第１レンズアレイ１２ａと光変調装置４Ｂとは互いに光学的に共役である。そのため、光線ＢＬｐが蛍光体層３４上に形成するスポットＳと光変調装置４Ｂ上に形成するスポットとは互いに相似である。つまり、光線ＢＬｐが蛍光体層３４上に形成するスポットＳのアスペクト比は、光変調装置４Ｂの画像形成領域のアスペクト比と略等しくなっている。
【００８９】
本実施形態において、上記スポットＳの長辺方向は円板３５の半径方向と一致している。円板３５は回転するため、スポットＳは、蛍光体層３４上をスポットＳの短辺方向に相対移動する。そのため、単位時間あたり（円板３５が１回転する時間あたり）、蛍光体層３４の所定部分に入射する光線ＢＬｐの光量は、上記スポットＳの短辺方向を円板３５の半径方向に一致させた場合よりも少ない。
これにより、蛍光体層３４の温度上昇が低減されるので、温度消光が起こりにくく、蛍光体層３４は黄色光ＹＬを効率良く生成することができる。
【００９０】
蛍光体層３４から射出された黄色光ＹＬは、ピックアップ光学系１５によって平行光に変換された後、偏光分離素子により反射されることで第２のインテグレータ光学系１９に入射する。
【００９１】
第２のインテグレータ光学系１９は、黄色光用重畳レンズ２１と協働して被照明領域での黄色光ＹＬによる照度分布を均一化する。
【００９２】
第２のインテグレータ光学系１９は、例えば、レンズアレイ１９ａ，レンズアレイ１９ｂから構成されている。レンズアレイ１９ａ，１９ｂは、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。
【００９３】
第２のインテグレータ光学系１９を通過した黄色光ＹＬは、偏光変換素子２０に入射する。偏光変換素子２０は、例えば、偏光分離膜と位相差板とから構成され、黄色光ＹＬを直線偏光に変換する。
【００９４】
偏光変換素子２０を通過した黄色光ＹＬは、黄色光用重畳レンズ２１に入射する。黄色光用重畳レンズ２１は、偏光変換素子２０から射出された黄色光ＹＬを被照明領域に重畳させる。本実施形態では、第２のインテグレータ光学系１９と黄色光用重畳レンズ２１とによって、被照明領域における照度分布が均一化される。
【００９５】
具体的に、黄色光用重畳レンズ２１から射出された黄色光ＹＬは、全反射ミラー２２により反射され、ダイクロイックミラー８によって赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離される。赤色光ＬＲは、ダイクロイックミラー８を透過し、第３の全反射ミラー７ｃ及びフィールドレンズ９Ｒを経て光変調装置４Ｒの画像形成領域を均一な明るさで照明する。
また、緑色光ＬＧは、ダイクロイックミラー８及び第２の全反射ミラー７ｂで反射された後、フィールドレンズ９Ｇを経て光変調装置４Ｇの画像形成領域を均一な明るさで照明する。
【００９６】
以上述べたように、本実施形態によれば、光源アレイ１０から射出した光が蛍光発光素子１６或いは光変調装置４Ｂに効率良く入射するので、光利用効率が高くなる。よって、明るい照明光を得ることができる。よって、本実施形態のプロジェクター１によれば、明るい照明光により表示品質に優れたものとなる。
【００９７】
なお、本発明の一実施形態を例示して説明したが、本発明は上記実施形態のものに必ずしも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。たとえば、第１の母線５１Ｍの方向と第２の母線５５Ｍの方向とは、必ずしも直交していなくてもよい。
【００９８】
また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１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。
【００９９】
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。本発明による照明装置は、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】
【０１００】
１…プロジェクター、２…照明装置、４Ｂ、４Ｇ、４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、１０…光源アレイ、１０Ｂ…支持部材、１１…コリメート光学系、１２…ホモジナイザー光学系、１２ａ…第１レンズアレイ、１２ｂ…第２レンズアレイ、４０…発光部、５１…第１シリンドリカルレンズ、５１Ｍ…第１の母線、５６…第２シリンドリカルレンズ、５６Ｍ…第２の母線、Ｋ…光線束、ＢＳ…断面形状。
【図１】
2017027903.tif 000003
【図２】
2017027903.tif 000004
【図３】
2017027903.tif 000005
【図４】
2017027903.tif 000006
【図５】
2017027903.tif 000007
【図６】
2017027903.tif 000008
【図７】
2017027903.tif 000009
【図８】
2017027903.tif 000010
【図９】
2017027903.tif 000011