JP2017146552A - 照明装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】高い光利用効率が得られる、照明装置及びプロジェクターを提供する。
【解決手段】第１の光ビームと第２の光ビームとを含む光線束を射出する光源装置と、光線束が入射するコリメート光学系と、コリメート光学系を通過した光線束が入射する拡散素子と、拡散素子によって拡散された光線束が入射する第１の集光光学系と、第１の集光光学系を通過した光線束が入射する第１のレンズアレイと、第１のレンズアレイの後段に設けられた第２のレンズアレイと、第２のレンズアレイの後段に設けられた第２の集光光学系と、を備え、第１の光ビームと第２の光ビームとは、拡散素子上の互いに異なる領域に入射し、第１の光ビームの主光線と第２の光ビームの主光線とは、互いに近づくように第１のレンズアレイに向かって進行し、拡散素子は第１の集光光学系の焦点位置の近傍に設けられている照明装置に関する。
【選択図】図２

Description

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。

近年、プロジェクター用の光源としてレーザー光源が注目されている。しかしながら、レーザー光はコヒーレント光であるため、スクリーン上には、干渉によって生じたスペックルと呼ばれる斑点模様が表示され、表示品質を低下させる原因となる。そのため、下記特許文献１の表示装置では、レーザー光が入射するプリズムアレイを動かすことでスペックルを低減させるようにしている。
しかしながら、この表示装置においては、プリズムアレイを動かすための駆動機構が必要となるため、構造が複雑化してしまう。

そこで、透明無機材料からなるマトリクス中に屈折率が異なる粒子を分散させた、下記特許文献２の光散乱体を拡散部材として用いることで、安価にスペックルを低減させることが考えられる。

特開２０１２−２２６２９２号公報 特開平７−１９８９４９号公報

光を拡散素子の一点に集中させ、その点で拡散させることでスペックルを低減させるには、十分な大きさの拡散角が必要となる。しかしながら、拡散角が大きい拡散部材では後方散乱が生じるため、光の利用効率が低下してしまう。

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、スペックルが低減され、かつ、光利用効率が高い、照明装置及びプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明の第１態様に従えば、第１の光ビームと第２の光ビームとを含む光線束を射出する光源装置と、前記光線束が入射するコリメート光学系と、前記コリメート光学系を通過した前記光線束が入射する拡散素子と、前記拡散素子によって拡散された前記光線束が入射する第１の集光光学系と、前記第１の集光光学系を通過した前記光線束が入射する第１のレンズアレイと、前記第１のレンズアレイの後段に設けられた第２のレンズアレイと、前記第２のレンズアレイの後段に設けられた第２の集光光学系と、を備え、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとは、前記拡散素子上の互いに異なる領域に入射し、前記第１の光ビームの主光線と前記第２の光ビームの主光線とは、互いに近づくように前記第１のレンズアレイに向かって進行し、前記拡散素子は前記第１の集光光学系の焦点位置の近傍に設けられている照明装置が提供される。

第１態様に係る照明装置によれば、第１の光ビーム及び第２の光ビームは拡散素子上の互いに異なる領域に入射する。そのため、拡散素子上に形成されるスポットサイズは、第１の光ビーム及び第２の光ビームを拡散素子上の同じ領域に入射させた場合に拡散素子上に形成されるスポットサイズよりも大きくなる。そのため、スペックル低減効果を確保しつつ、拡散角を小さくできる。
よって、拡散素子における後方散乱を低減することができる。また、第１の集光光学系に対する入射角が大きい光成分が少なくなるので、該第１の集光光学系を構成するレンズ表面での反射が低減される。
したがって、拡散素子での後方散乱によるロス及びレンズ表面での反射が低減されることで、高い光利用効率が得られる。

上記第１態様において、前記第１の光ビームの主光線と前記第２の光ビームの主光線とは、互いに平行な状態で前記拡散素子に入射するのが好ましい。
この構成によれば、拡散素子上において励起光が形成するスポットサイズを大きくすることができる。

上記第１態様において、前記第１の集光光学系は、前記拡散素子側から順に、正のパワーを持つ第１のレンズ群と、負のパワーを持つ第２のレンズ群と、正のパワーを持つ第３のレンズ群と、からなるのが好ましい。
この構成によれば、第１の集光光学系における光学長を短くできる。

上記第１態様において、前記第１の光ビームの主光線と前記第２の光ビームの主光線とは、集光するように前記拡散素子に入射するのが好ましい。
この構成によれば、第１の集光光学系を構成するレンズの枚数を減らすことができる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様に係る照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調することにより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。

第２態様に係るプロジェクターは上記第１態様に係る照明装置を備えるので、光利用効率が高く、明るい画像を表示することができる。

第１実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す上面図である。 青色光の光線図である。 図２について光線の主光線のみを示した図である。 拡散素子の要部構成を示す図である。 第２実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す上面図である。 第１照明装置の要部における光線図である。 図６について光線の主光線のみを示した図である。 第２実施形態の変形例に係る青色光の光線図である。 拡散素子から射出される青色光を示した要部拡大図である。 図８について光線の主光線のみを示した図である。 第３実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す上面図である。 青色照明装置の要部における光線図である。 図１２について光線の主光線のみを示した図である。 第３実施形態の変形例に係る青色光の光線図である。 拡散素子から射出される青色光を示した要部拡大図である。 第４実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す上面図である。

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。

（第１実施形態）
本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。本実施形態のプロジェクターは、スクリーン（被投射面）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、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを備えている。

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上面図である。
プロジェクター１は、図１に示すように、照明装置１００、色分離導光光学系２００、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム５００及び投写光学系６００を備える。

本実施形態において、照明装置１００は白色光Ｗを色分離導光光学系２００に向けて射出する。

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からの白色光Ｗを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢに分離し、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢをそれぞれが対応する液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導光する。
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、フィールドレンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー２１０は、青色光成分を通過させ、緑色光成分及び赤色光成分を反射するダイクロイックミラーである。
ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、赤色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
反射ミラー２３０は、青色光成分を反射する反射ミラーである。
反射ミラー２４０，２５０は赤色光成分を反射する反射ミラーである。

ダイクロイックミラー２１０を通過した青色光ＬＢは、反射ミラー２３０で反射され、フィールドレンズ３００Ｂを通過し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。
ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光ＬＧは、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射され、フィールドレンズ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を通過した赤色光ＬＲは、リレーレンズ２６０、反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、反射ミラー２５０、フィールドレンズ３００Ｒを経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。

液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調して各色光に対応する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、各フィールドレンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置され、各液晶光変調装置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配置される。

クロスダイクロイックプリズム５００は、各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂから射出された各画像光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。

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によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。

照明装置１００は、第１光源装置１０、第１コリメート光学系１５、第１アフォーカル光学系２０、拡散素子３０、反射ミラー３５、ピックアップ光学系４０、ダイクロイックミラー８０、第２光源装置１１０、第２コリメート光学系１１５、第２アフォーカル光学系１２０、ピックアップ光学系１３０、回転蛍光板５０、第１レンズアレイ１４０、第２レンズアレイ１５０、偏光変換素子１６０及び重畳レンズ１７０を備える。本実施形態において、第１コリメート光学系１５は特許請求の範囲の「コリメート光学系」に相当する。

第１光源装置１０は、レーザー光からなる青色の光ビーム（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）を射出する半導体レーザーからなる。第１光源装置１０は、複数の半導体レーザーからなる。第１コリメート光学系１５は、各半導体レーザーに対応して設けられた複数のコリメートレンズ１５ａからなる。第１光源装置１０から射出された青色光Ｂは、図２に示したように、各半導体レーザーから射出された複数の光線Ｂ１を含んだ光線束からなる。半導体レーザーから射出された光線Ｂ１は、対応するコリメートレンズ１５ａによって平行化される。なお、第１光源装置１０は、４４５ｎｍ以外の波長（例えば、４６０ｎｍ）の青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。

第１アフォーカル光学系２０は、第１レンズ２１、第２レンズ２２及び第３レンズ２３を含む。第１レンズ２１及び第２レンズ２２は、それぞれ光入射面側に曲面を有する平凸レンズから形成されている。第３レンズ２３は、両凹レンズから形成されている。第１アフォーカル光学系２０は、青色光Ｂの光束径を調整する。

拡散素子３０は、例えば、スリガラス、ホログラフィックディフューザー、及びマイクロレンズアレイ等から構成される。本実施形態の拡散素子３０は、例えば、マイクロレンズアレイから構成される。なお、拡散素子３０の詳細な構成については、後述する。

ピックアップ光学系４０は、第１ピックアップレンズ４１及び第２ピックアップレンズ４２を含む。第１ピックアップレンズ４１及び第２ピックアップレンズ４２（以下、これらを総称してレンズ４１，４２と呼ぶ場合がある）は、それぞれ光射出面側に球面を有する平凸レンズから形成されている。本実施形態において、ピックアップ光学系４０は特許請求の範囲の「第１の集光光学系」に相当する。

第２光源装置１１０は、複数の半導体レーザーから構成され、励起光としてレーザー光からなる青色光Ｅ（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）を射出する。

第２アフォーカル光学系１２０は、第１レンズ１２１及び第２レンズ１２２を含む。第１レンズ１２１は光入射面側に曲面を有する平凸レンズから形成されている。第２レンズ１２２は両凹レンズから形成されている。第２アフォーカル光学系１２０は、青色光Ｅの光束径を調整する。第２アフォーカル光学系１２０により光束径が調整された青色光Ｅはダイクロイックミラー８０に入射する。

ダイクロイックミラー８０は、第２アフォーカル光学系１２０からピックアップ光学系１３０までの光路中に配置されている。ダイクロイックミラー８０は、青色光Ｅを反射し、赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光光Ｙを通過させる。

ピックアップ光学系１３０は、ダイクロイックミラー８０からの青色光Ｅを略集光した状態で回転蛍光板５０の蛍光体層５２に入射させる機能と、回転蛍光板５０から射出された蛍光光Ｙを略平行化する機能とを有する。ピックアップ光学系１３０は、第１レンズ１３１及び第２レンズ１３２を備える。第１レンズ１３１及び第２レンズ１３２は、凸レンズからなる。

回転蛍光板５０は、モーター５５と、モーター５５により回転する円板５１と、該円板５１上にリング状に設けられた蛍光体層５２と、蛍光体層５２と円板５１との間に設けられた反射膜５３とを有する。円板５１は、例えば、アルミや銅といった放熱性に優れた金属製部材から構成されている。

蛍光体層５２は、青色光Ｅを吸収して黄色の蛍光光Ｙ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。

第１レンズアレイ１４０は、ダイクロイックミラー８０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１４２を有する。複数の第１小レンズ１４２は、照明光軸と直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ１５０は、第１レンズアレイ１４０の複数の第１小レンズ１４２に対応する複数の第２小レンズ１５２を有する。第２レンズアレイ１５０は、重畳レンズ１７０とともに、第１レンズアレイ１４０の各第１小レンズ１４２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。複数の第２小レンズ１５２は照明光軸に直交する面内にマトリクス状に配列されている。

偏光変換素子１６０は、第１レンズアレイ１４０により分割された各部分光束を、直線偏光光に変換する。偏光変換素子１６０は、回転蛍光板５０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させるとともに他方の直線偏光成分を照明光軸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。

重畳レンズ１７０は、偏光変換素子１６０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で互いに重畳させる。第１レンズアレイ１４０、第２レンズアレイ１５０及び重畳レンズ１７０は、回転蛍光板５０からの光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。本実施形態において、重畳レンズ１７０は特許請求の範囲の「第２の集光光学系」に相当する。

図２は照明装置１００の要部における光線図である。具体的に、図２は、第１コリメート光学系１５から射出された青色光Ｂの光線図を示したものである。なお、図２では、図を見易くするため、反射ミラー３５及びダイクロイックミラー８０の図示を省略している。

本実施形態において、第１アフォーカル光学系２０を透過した各光線Ｂ１は、図２に示すように、互いに平行な状態で拡散素子３０に入射する。つまり、各光線Ｂ１は拡散素子３０上の互いに異なる領域に入射している。各光線Ｂ１が拡散素子３０上の互いに異なる領域に入射するように、第１アフォーカル光学系２０が構成されている。具体的には、第１アフォーカル光学系２０は、互いに平行な状態で入射した複数の光線Ｂ１を互いに平行な状態で射出する。

拡散素子３０によって拡散された光線Ｂ１は、拡がった状態でピックアップ光学系４０に入射する。拡散素子３０は、ピックアップ光学系４０の焦点位置に設けられている。具体的に、拡散素子３０の光射出面３０ａがピックアップ光学系４０の焦点位置（焦点面上）に設けられている。そのため、拡散素子３０により拡散された光線Ｂ１はピックアップ光学系４０を透過することで平行光となり、所定位置Ｓにおいて重畳される。本実施形態において、所定位置Ｓは、第１レンズアレイ１４０を配置する位置に相当する。

本実施形態によれば、拡散素子３０により拡散した複数の光線Ｂ１を第１レンズアレイ１４０上で重畳させた場合、例えば、第１光源装置１０において何らかの異常が生じて一つの光線Ｂ１が射出されなかったとしても、第１レンズアレイ１４０上に形成される照度分布に影響が生じ難くなる。つまり、照明装置１００は、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｂ，４００Ｇの各画像形成領域に生じる色ムラを低減できる。

図３は各光線Ｂ１の主光線を示したものである。なお、複数の光線Ｂ１のうち一つの光線Ｂ１を光線Ｂ１ａと称し、他の光線Ｂ１を光線Ｂ１ｂと称する。図３では、光線Ｂ１ａと光線Ｂ１ｂの主光線をそれぞれ符号Ｂ１ａ’，Ｂ１ｂ’で示す。本実施形態において、光線Ｂ１ａは特許請求の範囲の「第１の光ビーム」に相当し、光線Ｂ１ｂは特許請求の範囲の「第２の光ビーム」に相当する。

主光線Ｂ１ａ’及び主光線Ｂ１ｂ’は、図３に示すように、ピックアップ光学系４０によって屈折し、互いに近づくように第１レンズアレイ１４０に向かって進行する。そして、主光線Ｂ１ａ’及び主光線Ｂ１ｂ’は第１レンズアレイ１４０が配置された位置にて１点で集光する。なお、図３に示すように、主光線Ｂ１ａ’及び主光線Ｂ１ｂ’以外の他の主光線も、互いに近づくように第１レンズアレイ１４０に向かって進行し、所定位置Ｓ（第１レンズアレイ１４０の配置位置）において１点で集光する。

本実施形態においては、各光線Ｂ１が拡散素子３０上の互いに異なる領域に入射している。そのため、拡散素子３０上に形成されるスポットサイズは、各光線Ｂ１を拡散素子３０上の同じ領域に入射させる従来技術において拡散素子３０上に形成されるスポットサイズよりも大きい。そのため、本実施形態の拡散素子３０の拡散角を、従来技術における拡散素子の拡散角よりも小さくすることができる。
なお、本実施形態では、拡散素子３０上に形成されるスポットサイズが大きくなるものの、拡散角を小さくしているため、発光面積と発散立体角度との積で規定されるエテンデューはそれほど増加しない。これにより、偏光変換素子１６０によって光が蹴られないため、青色光Ｂを効率良く利用できる。

ところで、大きい角度で拡散された光をピックアップするピックアップ光学系は、その焦点距離が非常に短くなる。焦点距離の短いピックアップ光学系はレンズパワーが必要となることからレンズが３枚必要であり、そのうちの１枚は非球面レンズとなる。そのため、拡散角が大きな拡散素子を用いた場合、ピックアップ光学系のコストが高くなる。

これに対し、本実施形態のように拡散素子３０による拡散角を小さくすると、ピックアップ光学系４０の焦点距離を延ばすことが可能となる。焦点距離が延びるとレンズパワーを下げられることができるため、レンズの枚数を減らすことが可能となる。本実施形態のピックアップ光学系４０は上述のように球面を有する２枚の平凸レンズからなるレンズ４１，４２を有するため、低コスト化が図られている。

また、一般的に、半導体レーザーから射出された光は拡がり角度に異方性があることが知られている。そのため、第１光源装置１０から射出された青色光Ｂの各光線Ｂ１が拡散素子３０上に入射するとき、入射角度の幅はＹ方向とＸ方向とで異なる。

図４は本実施形態の拡散素子３０の要部構成を示す図である。光線Ｂ１の拡がり角が小さい方向をＸ方向とし、光線Ｂ１の拡がり角が大きい方向をＹ方向とする。

図４に示すように、本実施形態の拡散素子３０は、平面形状が六角形のマイクロレンズ３０ｂを複数有したレンズアレイから構成されている。拡散素子３０は、六方配置するマイクロレンズ３０ｂのＸ方向のピッチＰ１をＹ方向のピッチＰ２よりも大きくしている。

この構成に基づき、拡散素子３０は、拡がり角の小さいＸ方向において光線Ｂ１を相対的に大きく拡散し、拡がり角の大きいＹ方向において光線Ｂ１を相対的に小さく拡散することができる。これにより、拡散素子３０により拡散された光線Ｂ１のＸ方向の拡散角度がＹ方向の拡散角度とほぼ等しくなる。よって、青色光Ｂで照射される第１レンズアレイ１４０の領域は、Ｘ方向とＹ方向とで略同じ大きさとなる。つまり、アスペクト比が略１となる。

なお、本実施形態のマイクロレンズ３０ｂの平面形状は六角形であるが、平面形状や配置はこれに限定されない。平面形状は四角形でもよい。配置はランダム配置でもよい。

以上述べたように、本実施形態の照明装置１００は拡散素子３０を備えているため、スペックルを低減することができる。さらに、拡散素子３０の拡散角が比較的小さいため、拡散素子３０による後方散乱が低減されている。また、拡散素子３０による拡散角が比較的小さいため、ピックアップ光学系４０に対する入射角が大きい光成分が少ない。これにより、第１ピックアップレンズ４１の光入射面での反射を低減することができる。
したがって、拡散素子３０での後方散乱によるロス及び第１ピックアップレンズ４１の光入射面での反射が低減されるため、第１光源装置１０から射出した青色光Ｂを効率良く利用することができる。

また、拡散素子３０上に形成される青色光Ｂのスポットサイズが大きくなるため、拡散素子３０の拡散角が比較的小さくても、十分なスペックル低減効果が得られる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係るプロジェクターについて説明する。なお、上記実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。

図５は本実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す上面図である。
本実施形態のプロジェクター１Ａは、図５に示すように、第１照明装置１０１、第２照明装置１０２、色分離導光光学系２００Ａ、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム５００及び投写光学系６００を備える。本実施形態において、第１照明装置１０１が特許請求の範囲に記載の「照明装置」に相当する。

本実施形態において、第１照明装置１０１は青色光Ｂを色分離導光光学系２００Ａに向けて射出し、第２照明装置１０２は赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光光Ｙを色分離導光光学系２００Ａに向けて射出する。

色分離導光光学系２００Ａは、ダイクロイックミラー２１１、反射ミラー２３１，２３２を備える。色分離導光光学系２００Ａは、第２照明装置１０２からの黄色光を赤色光及び緑色光に分離し、赤色光及び緑色光をそれぞれが対応する液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇに導光する。

ダイクロイックミラー２１１は、赤色光成分を通過させ、緑色光成分を反射するダイクロイックミラーである。
反射ミラー２３１は、緑色光成分を反射する反射ミラーであり、反射ミラー２３２は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。

ダイクロイックミラー２１１で反射された緑色光ＬＧは、反射ミラー２３１でさらに反射され、フィールドレンズ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２１１を通過した赤色光ＬＲは、反射ミラー２３２で反射され、フィールドレンズ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。
第１照明装置１０１から射出された青色光Ｂは、反射ミラー２３３で反射され、フィールドレンズ３００Ｂを通過し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。

第１照明装置１０１は、光源装置１０Ａ、第１コリメート光学系１５、第１アフォーカル光学系２０、拡散素子３０、反射ミラー３５Ａ、ピックアップ光学系４０Ａ、第１レンズアレイ１４０、第２レンズアレイ１５０、偏光変換素子１６０及び重畳レンズ１７０を備える。

光源装置１０Ａは、第１実施形態の第１光源装置１０と同一の構成を有している。そのため、光源装置１０Ａから射出される青色光Ｂは、複数の光線Ｂ１を含んだ光線束からなる。

ピックアップ光学系４０Ａは、第１ピックアップレンズ４１Ａ及び第２ピックアップレンズ４２Ａを含む。
第１ピックアップレンズ４１Ａ及び第２ピックアップレンズ４２Ａは、それぞれ光射出面側に球面を有する平凸レンズから形成されている。本実施形態において、第１ピックアップレンズ４１Ａと第２ピックアップレンズ４２Ａとの間には反射ミラー３５Ａが配置されている。

第２照明装置１０２は、光源装置１０Ｂ、第２アフォーカル光学系１２０、ダイクロイックミラー８０、ピックアップ光学系１３０、回転蛍光板５０、第１レンズアレイ１４０、第２レンズアレイ１５０、偏光変換素子１６０及び重畳レンズ１７０を備える。

光源装置１０Ｂは、第１実施形態の第２光源装置１１０と同一の構成を有している。そのため、光源装置１０Ｂから射出される青色光Ｅは、複数の光線を含んだ光線束からなる。

第２照明装置１０２において、重畳レンズ１７０は、偏光変換素子１６０からの各部分光束を集光して液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇの画像形成領域近傍で互いに重畳させる。

図６は第１照明装置１０１の要部における光線図である。具体的に、図６は、第１コリメート光学系１５から射出された青色光Ｂの光線図を示したものである。なお、図６では、図を見易くするため、反射ミラー３５Ａの図示を省略している。

図６に示すように、拡散素子３０によって拡散された光線Ｂ１は、拡がった状態でピックアップ光学系４０Aに入射する。

拡散素子３０は、ピックアップ光学系４０Ａの焦点位置に設けられている。具体的に、拡散素子３０の光射出面３０ａがピックアップ光学系４０Ａの焦点位置（焦点面上）に設けられている。そのため、拡散素子３０により拡散された光線Ｂ１はピックアップ光学系４０Ａ（第２ピックアップレンズ４２Ａ）を透過することで平行光となり、所定位置Ｓに配置された第１レンズアレイ１４０上に重畳される。

本実施形態において、ピックアップ光学系４０Ａを構成する第１ピックアップレンズ４１Ａ及び第２ピックアップレンズ４２Ａは、互いが離間した状態に配置されている。具体的に、第１実施形態と比較すると、第１ピックアップレンズ４１Ａは拡散素子３０の近傍に配置されている。

図７は図６について光線Ｂ１を主光線のみで表示したものである。なお、複数の光線Ｂ１のうち一つの光線Ｂ１を光線Ｂ１ａと称し、他の光線Ｂ１を光線Ｂ１ｂと称する。図７では、光線Ｂ１ａと光線Ｂ１ｂの主光線をそれぞれ符号Ｂ１ａ’，Ｂ１ｂ’で示す。

主光線Ｂ１ａ’及び主光線Ｂ１ｂ’は、第１ピックアップレンズ４１Ａによって屈折し、互いに近づくように第１レンズアレイ１４０に向かって進行する。そして、主光線Ｂ１ａ’及び主光線Ｂ１ｂ’は第１レンズアレイ１４０が配置された位置にて１点で集光する。

主光線Ｂ１ａ’及び主光線Ｂ１ｂ’が第１ピックアップレンズ４１Ａを透過した直後から互いに近づき始めるため、第１ピックアップレンズ４１Ａに離間して配置される第２ピックアップレンズ４２Ａの後方側の近傍において１点に集光する。なお、図７に示すように、主光線Ｂ１ａ’及び主光線Ｂ１ｂ’以外の他の主光線も、互いに近づくように第１レンズアレイ１４０に向かって進行し、上述のように第２ピックアップレンズ４２Ａの後方側の近傍にて１点で集光する。
ここで、光線Ｂ１の主光線の集光位置に第１レンズアレイ１４０を配置すれば、該第１レンズアレイ１４０上の照度分布の広がりを抑えることができる。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様、第１照明装置１０１から射出した青色光Ｂを効率良く利用することができる。
また、本実施形態によれば、第２ピックアップレンズ４２Ａの後方側の近傍に第１レンズアレイ１４０を配置することができる。すなわち、第１実施形態の構成に比べて、第１照明装置１０１を小型化することができる。つまり、第１照明装置１０１を有するプロジェクター１Ａ自体も小型なものとなる。

（第２実施形態の変形例）
続いて、第２実施形態の変形例について説明する。具体的に本変形例と第２実施形態との違いは、第１アフォーカル光学系２０Ａから射出された青色光Ｂの主光線が集光するように拡散素子３０に入射する点である。

図８は本変形例における青色光Ｂの光線図である。図９は拡散素子３０から射出された青色光Ｂを示した要部拡大図である。図１０は各光線Ｂ１の主光線を示したものである。複数の光線Ｂ１のうち一つの光線Ｂ１を光線Ｂ１ａと称し、他の光線Ｂ１を光線Ｂ１ｂと称する。図１０では、光線Ｂ１ａと光線Ｂ１ｂの主光線をそれぞれ符号Ｂ１ａ’，Ｂ１ｂ’で示す。なお、図８は第２実施形態の図６に対応する図であり、図１０は第２実施形態の図７に対応する図である。

図８に示すように、第１アフォーカル光学系２０Ａは、第１レンズ２１Ａ、第２レンズ２２Ａ及び第３レンズ２３Ａを含み、互いに平行な状態で入射した複数の光線Ｂ１を互いに集光する状態で射出するように構成されている。そのため、主光線Ｂ１ａ’及び主光線Ｂ１ｂ’は、図１０に示すように、集光するように拡散素子３０に入射し、拡散素子３０から射出された後も、互いに近づくように第１レンズアレイ１４０に向かって進行する。これは、第２実施形態において、第１ピックアップレンズ４１Ａを透過した後の青色光Ｂの光線図とほぼ等価である。つまり、本変形例では、第１アフォーカル光学系２０Ａから青色光Ｂを少し集光させた状態で拡散素子３０に入射させているので、第２実施形態の第１ピックアップレンズ４１Ａを省略している。なお、第１アフォーカル光学系２０Ａによる青色光Ｂの集光度合いは、第２ピックアップレンズ４２Ａによる主光線Ｂ１ａ’及び主光線Ｂ１ｂ’の集光位置に基づいて設計される。

本変形例によれば、第２実施形態のピックアップ光学系４０Ａの構成要素から第１ピックアップレンズ４１Ａを削除することができるので、コストを低減することができる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態に係るプロジェクターについて説明する。なお、上記実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。

図１１は本実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す上面図である。
本実施形態のプロジェクター１Ｂは、図１１に示すように、赤色照明装置１０５、緑色照明装置１０４、青色照明装置１０３、反射ミラー２３４，２３５、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム５００及び投写光学系６００を備える。本実施形態において、赤色照明装置１０５、緑色照明装置１０４、青色照明装置１０３の各々は特許請求の範囲に記載の「照明装置」に相当する。

本実施形態において、赤色照明装置１０５は赤色光ＬＲを射出し、緑色照明装置１０４は緑色光ＬＧを射出し、青色照明装置１０３は青色光Ｂを射出する。
赤色照明装置１０５から射出された赤色光ＬＲは、反射ミラー２３５で反射され、フィールドレンズ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。
緑色照明装置１０４から射出された緑色光ＬＧは、直接フィールドレンズ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。
青色照明装置１０３から射出された青色光Ｂは、反射ミラー２３４で反射され、フィールドレンズ３００Ｂを通過し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。

赤色照明装置１０５、緑色照明装置１０４及び青色照明装置１０３は、射出する光の色が異なる以外、同一の構成を有している。以下では、青色照明装置１０３の構成についてのみ説明する。

青色照明装置１０３は、光源装置１１、第１コリメート光学系１５，第１アフォーカル光学系２０、拡散素子３０、ピックアップ光学系４５、第１レンズアレイ１４０、第２レンズアレイ１５０、偏光変換素子１６０及び重畳レンズ１７０を備える。

光源装置１１は、第１実施形態の第１光源装置１０と同一の構成を有している。そのため、光源装置１１から射出される青色光Ｂは、複数の光線Ｂ１を含んだ光線束からなる。なお、赤色照明装置１０５においては、光源装置１１から赤色光ＬＲが射出され、緑色照明装置１０４においては、光源装置１１から緑色光ＬＧが射出される。

本実施形態において、ピックアップ光学系４５は、拡散素子３０側から順に配置された、第１レンズ群４６、第２レンズ群４７及び第３レンズ群４８を含む。第１レンズ群４６は正のパワーを有し、第２レンズ群４７は負のパワーを有し、第３レンズ群４８は正のパワーを有する。本実施形態において、第１レンズ群４６は特許請求の範囲の「第１のレンズ群」に相当し、第２レンズ群４７は特許請求の範囲の「第２のレンズ群」に相当し、第３レンズ群４８は特許請求の範囲の「第３のレンズ群」に相当する。

本実施形態において、第１レンズ群４６は１つの平凸レンズ（球面レンズ）から形成されている。第２レンズ群４７は１つの両凹レンズから形成されている。第３レンズ群４８はメニスカスレンズ４８ａと平凸レンズ４８ｂとから形成されている。なお、第１レンズ群４６及び第２レンズ群４７が複数のレンズから構成されていても良い。

図１２は青色照明装置１０３の要部における光線図である。具体的に、図１２は、第１コリメート光学系１５から射出された青色光Ｂの光線図を示したものである。
図１２に示すように、拡散素子３０によって拡散された光線Ｂ１は、拡がった状態でピックアップ光学系４５に入射する。

拡散素子３０は、ピックアップ光学系４５の焦点位置に設けられている。具体的に、拡散素子３０の光射出面３０ａがピックアップ光学系４５の焦点位置（焦点面上）に設けられている。そのため、拡散素子３０により拡散された光線Ｂ１はピックアップ光学系４５を透過することで平行光となり、所定位置Ｓに配置された第１レンズアレイ１４０上に重畳される。

図１３は各光線Ｂ１の主光線を示した図である。なお、複数の光線Ｂ１のうち一つの光線Ｂ１を光線Ｂ１ａと称し、他の光線Ｂ１を光線Ｂ１ｂと称する。図１３では、光線Ｂ１ａと光線Ｂ１ｂの主光線をそれぞれ符号Ｂ１ａ’，Ｂ１ｂ’で示す。

本実施形態において、光線Ｂ１ａの主光線Ｂ１ａ’及び光線Ｂ１ｂの主光線Ｂ１ｂ’は、互いに近づくように第１レンズアレイ１４０に向かって進行している。
具体的に、互いに平行な状態で拡散素子３０を透過した主光線Ｂ１ａ’及び主光線Ｂ１ｂ’は、図１３に示すように、第１レンズ群４６により屈折されて互いに近づくように（集光するように）第２レンズ群４７に入射し、第２レンズ群４７により屈折されることで集光度が低下した後、第３レンズ群４８を透過し所定位置Ｓで集光する。主光線Ｂ１ａ’及び主光線Ｂ１ｂ’以外の他の主光線も同様に進行し、所定位置Ｓで集光する。
ここで、光線Ｂ１の主光線の集光位置に第１レンズアレイ１４０を配置すれば、該第１レンズアレイ１４０上の照度分布の広がりを抑えることができる。

以上述べたように、本実施形態によれば、赤色照明装置１０５、緑色照明装置１０４及び青色照明装置１０３各々から射出した赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光Ｂを効率良く利用することができる。
また、本実施形態によれば、第１実施形態および第２実施形態と比較して、照明装置を小型化することができる。
したがって、これら赤色照明装置１０５、緑色照明装置１０４及び青色照明装置１０３を有するプロジェクター１Ｂも小型なものとなる。

（第３実施形態の変形例）
続いて、第３実施形態の変形例について説明する。具体的に本変形例と第３実施形態との違いは、第１アフォーカル光学系２０Ａから射出された光の主光線が集光するように拡散素子３０に入射する点である。

図１４は本変形例における青色光Ｂの光線図である。図１５は各光線Ｂ１の主光線を示したものである。複数の光線Ｂ１のうち一つの光線Ｂ１を光線Ｂ１ａと称し、他の光線Ｂ１を光線Ｂ１ｂと称する。図１５では、光線Ｂ１ａと光線Ｂ１ｂの主光線をそれぞれ符号Ｂ１ａ’，Ｂ１ｂ’で示す。なお、図１４は第３実施形態の図１２に対応する図であり、図１５は第３実施形態の図１３に対応する図である。

主光線Ｂ１ａ’及び主光線Ｂ１ｂ’は、図１５に示すように、集光するように拡散素子３０に入射し、拡散素子３０から射出された後も、互いに近づくように第１レンズアレイ１４０に向かって進行する。これは、第３実施形態において、第１レンズ群４６を透過した後の青色光Ｂの光線図と略等価である。つまり、本変形例では、第１アフォーカル光学系２０から青色光Ｂを少し集光させた状態で拡散素子３０に入射させているので、第３実施形態の第１レンズ群４６を省略している。なお、第１アフォーカル光学系２０Ａによる青色光Ｂの集光度合いは、第２レンズ群４７および第３レンズ群４８から構成されるピックアップ光学系４５による主光線Ｂ１ａ’及び主光線Ｂ１ｂ’の集光位置に基づいて設計される。

本変形例によれば、第３実施形態のピックアップ光学系４５の構成要素からピックアップ光学系４５を削除することができるので、コストを低減することができる。

（第４実施形態）
続いて、第４実施形態に係るプロジェクターについて説明する。なお、上記実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。

図１６は本実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す上面図である。
本実施形態のプロジェクター１Ｃは、図１６に示すように、照明装置１０６、色分離導光光学系２００、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム５００及び投写光学系６００を備える。

本実施形態において、照明装置１０６は白色光を色分離導光光学系２００に向けて射出する。

照明装置１０６は、第１光源装置１６、第１コリメート光学系１６ａ、第２光源装置１７、第２コリメート光学系１７ａ、第１偏光分離素子１８、第２偏光分離素子１９、第１アフォーカル光学系２０Ｂ、第４レンズ２４、位相差板３８、拡散素子３０，３１、ピックアップ光学系４０、反射ミラー３６、反射ミラー３７、第３偏光分離素子８１、ピックアップ光学系１３０、回転蛍光板５０、第１レンズアレイ１４０、第２レンズアレイ１５０、偏光変換素子１６０及び重畳レンズ１７０を備える。

第１光源装置１６は上記実施形態と同様、複数のレーザー光線を含む青色光Ｂｐを射出する。第２光源装置１７は複数のレーザー光を含む青色光Ｂｓを射出する。本実施形態において、第１光源装置１６から射出される青色光Ｂｐは、第１偏光分離素子１８、第２偏光分離素子１９および第３偏光分離素子８１に対してＰ偏光として入射し、第２光源装置１７から射出される青色光Ｂｓは第１偏光分離素子１８及び第２偏光分離素子１９に対してＳ偏光として入射する。

第２偏光分離素子１９は、第１アフォーカル光学系２０Ｂを構成する第１レンズ２１Ｂ及び第２レンズ２２Ｂの間に位置する。反射ミラー３６は、拡散素子３０及びピックアップ光学系４０間に位置する。

第１偏光分離素子１８、第２偏光分離素子１９及び第３偏光分離素子８１は、例えばダイクロイックミラーから構成されている。これらは、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。なお、第３偏光分離素子８１は青色光とは波長帯が異なる後述の蛍光光を、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。

本実施形態において、第１光源装置１６から射出された青色光Ｂｐは第１偏光分離素子１８、第２偏光分離素子１９および第１アフォーカル光学系２０Ｂを透過して拡散素子３０に入射する。第１アフォーカル光学系２０Ｂは、互いに平行な状態で入射した複数の光線Ｂ１を互いに平行な状態で射出するように構成されている。拡散素子３０によって拡散された光線Ｂ１は、拡がった状態でピックアップ光学系４０に入射する。ピックアップ光学系４０を透過した複数の光線Ｂ１は反射ミラー３７で反射された後、第３偏光分離素子８１を透過し、第１レンズアレイ１４０上に互いに重畳される。

本実施形態において、第１アフォーカル光学系２０Ｂ、拡散素子３０、ピックアップ光学系４０及び第１レンズアレイ１４０を透過する青色光Ｂｐの光線図は、第１実施形態の図２，３と等価である。

一方、第２光源装置１７から射出された青色光Ｂｓは第１偏光分離素子１８及び第２偏光分離素子１９で反射され、第４レンズ２４に入射する。本実施形態において、第４レンズ２４は、両凹レンズから形成されている。第４レンズ２４は、第１レンズ２１とともにアフォーカル光学系を構成する。

第４レンズ２４を透過した青色光Ｂｓは位相差板３８に入射する。位相差板３８は、例えば、λ／２板である。位相差板３８は、入射したＳ偏光の青色光ＢｓをＰ偏光の青色光Ｂｐ’として射出する。

青色光Ｂｐ’は第３偏光分離素子８１を透過してピックアップ光学系１３０に入射する。ピックアップ光学系１３０は、第３偏光分離素子８１からの青色光Ｂｐ’を略集光した状態で回転蛍光板５０の蛍光体層５２に入射させる機能と、回転蛍光板５０から射出される蛍光光Ｙを略平行化する機能とを有する。

蛍光体層５２から射出された蛍光光Ｙは第３偏光分離素子８１により反射され、該第３偏光分離素子８１を透過してきた青色光Ｂｐと合成される。これにより、白色光が生成される。

本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様、拡散素子３０での後方散乱によるロス及び第１ピックアップレンズ４１の光入射面での反射が低減されるので、第１光源装置１６から射出した青色光Ｂｐは効率良く利用される。
また、青色光Ｂｐの光路長を長くする必要がある場合、比較的焦点距離が長いピックアップ光学系４０を用いるとよい。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、拡散素子３０がピックアップ光学系の焦点位置に設けられる場合を説明したが、拡散素子３０はピックアップ光学系の焦点位置から僅かにずれた位置に配置されていてもよい。つまり、拡散素子３０はピックアップ光学系の焦点位置近傍の近傍に設けられていればよい。

ピックアップ光学系の焦点位置からずれた位置に拡散素子３０を配置すると、第２レンズアレイ１５０上に形成される複数の２次光源像がぼけるため、スペックル低減効果を高めることができる。なお、焦点位置からのずらし量は、第２レンズアレイ１５０の第２小レンズ１５２上に２次光源像が収まる範囲に設定すればよい。

また、上記実施形態では、拡散素子３０により拡散された光が集光する所定位置Ｓに第１レンズアレイ１４０を配置する場合を例に挙げたが、第１レンズアレイ１４０を配置する位置をピックアップ光学系側に近づけても良い。この場合において、第１レンズアレイ１４０上の照度分布に生じたぼけを考慮して、拡散素子３０の拡散角度を小さくするようにしてもよい。

また、上記実施形態では、液晶光変調装置を備えたプロジェクターに本発明による照明装置を搭載した例を示したが、これに限られない。光変調装置としては、例えばデジタルマイクロミラーデバイスを用いてもよい。また、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。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…プロジェクター、１０，１０Ａ，１１…光源装置、１６…第１光源装置、２０…第１アフォーカル光学系、３０…拡散素子、４０，４０Ａ，４５…ピックアップ光学系、４６…第１レンズ群、４７…第２レンズ群、４８…第３レンズ群、１００，１０６…照明装置、１０１…第１照明装置、１０３…青色照明装置、１０４…緑色照明装置、１０５…赤色照明装置、１４０…第１レンズアレイ、１５０…第２レンズアレイ、１７０…重畳レンズ、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶光変調装置、６００…投写光学系、Ｂ１…光線、Ｂ１ａ’，Ｂ１ｂ’…主光線。

Claims (5)

1. 第１の光ビームと第２の光ビームとを含む光線束を射出する光源装置と、
   前記光線束が入射するコリメート光学系と、
   前記コリメート光学系を通過した前記光線束が入射する拡散素子と、
   前記拡散素子によって拡散された前記光線束が入射する第１の集光光学系と、
   前記第１の集光光学系を通過した前記光線束が入射する第１のレンズアレイと、
   前記第１のレンズアレイの後段に設けられた第２のレンズアレイと、
   前記第２のレンズアレイの後段に設けられた第２の集光光学系と、
   を備え、
   前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとは、前記拡散素子上の互いに異なる領域に入射し、
   前記第１の光ビームの主光線と前記第２の光ビームの主光線とは、互いに近づくように前記第１のレンズアレイに向かって進行し、
   前記拡散素子は前記第１の集光光学系の焦点位置の近傍に設けられている
   照明装置。
2. 前記第１の光ビームの主光線と前記第２の光ビームの主光線とは、互いに平行な状態で前記拡散素子に入射する
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第１の集光光学系は、前記拡散素子側から順に、正のパワーを持つ第１のレンズ群と、負のパワーを持つ第２のレンズ群と、正のパワーを持つ第３のレンズ群と、からなる
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第１の光ビームの主光線と前記第２の光ビームの主光線とは、集光するように前記拡散素子に入射する
   請求項１に記載の照明装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置と、
   前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調することにより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。

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