JP2019032471A - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】テレセントリック性を容易に確保できる小型の照明装置を提供する。【解決手段】本発明の照明装置は、複数の発光素子を備え、複数の光からなる光線束を射出する光源部と、光源部から射出された光線束の光路上に設けられた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の光路上に設けられた光線束圧縮光学系と、を備える。光線束圧縮光学系は、光線束の入射側から順に配置された第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、および第４のレンズを含み、第１のレンズは正のパワーを有する球面レンズからなり、第２のレンズは正のパワーを有する第１のアナモフィックレンズからなり、第３のレンズは負のパワーを有する第２のアナモフィックレンズからなり、第４のレンズは球面レンズからなる。【選択図】図２

Description

本発明は、照明装置およびプロジェクターに関する。

例えばプロジェクターに用いる照明装置として、半導体レーザー等の発光素子を利用した照明装置が提案されている。下記の特許文献１には、２次元レーザーアレイ光源と、インテグレーター光学系と、複数の第１レンズと、複数の第２レンズと、を含む照明光学系を備えたプロジェクターが開示されている。このプロジェクターにおいて、２次元レーザーアレイ光源から射出された複数の光は、インテグレーター光学系によって重畳され、液晶パネル等の光変調素子に照射される。

特開２０１３−１５７６２号公報

一般的に、光変調素子のアスペクト比はレーザーアレイ光源から射出される光のアスペクト比とは異なり、さらに、光変調素子のサイズはレーザーアレイ光源から射出される光のサイズとは異なる。そのため、光変調素子を照明する場合、レーザーアレイ光源から射出された光のアスペクト比やサイズを調整するための光学系が必要となる。照明装置の小型化やコスト低減の目的でインテグレーター光学系を省略すると、レーザーアレイ光源からの光の断面形状を調整しつつサイズを大きく変換しなければならない。そのため、仮にレーザーアレイ光源からの光のアスペクト比やサイズが調整できたとしても、光変調素子に入射する光のテレセントリック性を確保することが難しい。

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って、テレセントリック性を容易に確保できる小型の照明装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、前記照明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。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の照明装置は、複数の発光素子を備え、複数の光からなる光線束を射出する光源部と、前記光源部から射出された前記光線束の光路上に設けられた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の光路上に設けられた光線束圧縮光学系と、を備える。前記光線束圧縮光学系は、前記光線束の入射側から順に配置された第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、および第４のレンズを含み、前記第１のレンズは正のパワーを有する球面レンズからなり、前記第２のレンズは正のパワーを有する第１のアナモフィックレンズからなり、前記第３のレンズは負のパワーを有する第２のアナモフィックレンズからなり、前記第４のレンズは球面レンズからなる。

本発明の一つの態様の照明装置によれば、ともに球面レンズからなる第１のレンズと第４のレンズとによってアフォーカル光学系が構成され、このアフォーカル光学系によって、光源部からの光線束は平行度が維持されつつサイズが縮小される。また、ともにアナモフィックレンズからなる第２のレンズと第３のレンズとによって形状調整光学系が構成され、この形状調整光学系によって、光源部からの光線束の断面形状およびアスペクト比が調整される。このように、２つのアナモフィックレンズからなる形状調整光学系が２つの球面レンズからなるアフォーカル光学系の内部に組み込まれているため、テレセントリック性を容易に確保できる小型の照明装置を実現することができる。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第１のアナモフィックレンズは第１のシリンドリカルレンズから構成され、前記第２のアナモフィックレンズは第２のシリンドリカルレンズから構成されていてもよい。

この構成によれば、照明装置のコストを低減することができる。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記複数の発光素子の各々は半導体レーザーから構成され、前記コリメート光学系は、第３のシリンドリカルレンズと、前記第３のシリンドリカルレンズの後段に設けられた第４のシリンドリカルレンズと、を含み、前記第３のシリンドリカルレンズの母線と前記第４のシリンドリカルレンズの母線とが互いに直交していてもよい。

この構成によれば、複数の球面レンズを備えたコリメート光学系を用いた場合と比べて、光線束のサイズを縮小した後の複数の光の間隔が小さくなるため、光線束の照度の均一性を高めることができる。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記複数の発光素子の各々は半導体レーザーからなり、前記コリメート光学系は、複数の凸レンズを含み、前記半導体レーザーの光射出領域の長手方向は、前記第１のシリンドリカルレンズの母線および前記第２のシリンドリカルレンズの母線と平行であってもよい。

この構成によれば、半導体レーザーの光射出領域の長手方向が第１のシリンドリカルレンズの母線および第２のシリンドリカルレンズの母線と垂直である場合に比べて、光線束のサイズを縮小した後の複数の光の間隔が小さくなるため、光線束の照度の均一性を高めることができる。

本発明の一つの態様の照明装置は、前記光線束圧縮光学系を通過した前記光線束を拡散させる拡散素子をさらに備えていてもよい。

この構成によれば、光線束圧縮光学系を通過した光線束が拡散素子によって拡散されるため、光線束の照度の均一性を高めることができる。

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。

この構成によれば、表示品位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。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記光変調装置は、長手方向を有する画像形成領域を備え、前記第１のアナモフィックレンズは第１のシリンドリカルレンズからなり、前記第２のアナモフィックレンズは第２のシリンドリカルレンズからなり、前記第１のシリンドリカルレンズの母線および前記第２のシリンドリカルレンズの母線は、前記長手方向と平行であってもよい。

この構成によれば、光線束のアスペクト比やサイズを画像形成領域のアスペクト比やサイズに合わせて調整しやすい。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の照明装置の斜視図である。 照明装置の平面図である。 照明装置の側面図である。 発光素子の斜視図である。 光線束圧縮光学系の前段における光線束の強度分布を示すシミュレーション結果である。 光線束圧縮光学系の後段における光線束の強度分布を示すシミュレーション結果である。 画像形成領域における光線束の強度分布を示すシミュレーション結果である。 第２実施形態の照明装置の斜視図である。 光線束圧縮光学系の前段における光線束の強度分布を示すシミュレーション結果である。 光線束圧縮光学系の後段における光線束の強度分布を示すシミュレーション結果である。 画像形成領域における光線束の強度分布を示すシミュレーション結果である。

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。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図１に示すように、プロジェクター１００は、赤色光用照明装置１０１Ｒと、緑色光用照明装置１０１Ｇと、青色光用照明装置１０１Ｂと、赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒと、緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇと、青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂと、フィールドレンズ１０６Ｂと、フィールドレンズ１０６Ｇと、フィールドレンズ１０６Ｒと、色合成素子１０３と、投射光学系１０４と、を備えている。

本実施形態において、赤色光用照明装置１０１Ｒ、緑色光用照明装置１０１Ｇ、および青色光用照明装置１０１Ｂの各々は、特許請求の範囲の「照明装置」に対応する。赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒ、緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇ、および青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂの各々は、特許請求の範囲の「光変調装置」に対応する。

プロジェクター１００は、概略、以下のように動作する。
赤色光用照明装置１０１Ｒから射出された複数の赤色のレーザー光からなる光線束ＬＲは、フィールドレンズ１０６Ｒを介して赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒに入射して変調される。緑色光用照明装置１０１Ｇから射出された複数の緑色のレーザー光からなる光線束ＬＧは、フィールドレンズ１０６Ｇを介して緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇに入射して変調される。青色光用照明装置１０１Ｂから射出された複数の青色のレーザー光からなる光線束ＬＢは、フィールドレンズ１０６Ｂを介して青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂに入射して変調される。

青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂは、図示を省略するが、一対のガラス基板の間に液晶層が挟持された液晶パネルと、液晶パネルの光入射側に配置された光入射側偏光板と、液晶パネルの光射出側に配置された光射出側偏光板と、を備えている。また、青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂは、長手方向と短手方向とを有する矩形状の画像形成領域を備えている。液晶パネルの動作モードは、ＴＮモード、ＶＡモード、横電界モード等、特に限定されるものではない。緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇ、赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒも、同様の構成である。青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂは、青色光用照明装置１０１Ｂ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。緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇ、赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒについても、同様である。

赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒにより変調された赤色光、緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇにより変調された緑色光、および青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂにより変調された青色光は、色合成素子１０３によって合成される。色合成素子１０３は、例えばクロスダイクロイックプリズムから構成されている。色合成素子１０３により合成された光は、画像光として射出された後、投射光学系１０４によりスクリーンＳＣＲに拡大投射される。投射光学系１０４は、複数のレンズによって構成されている。このようにして、フルカラーの画像が表示される。

以下、青色光用照明装置１０１Ｂから光線束が射出される方向をＹ方向とし、投射光学系１０４から光が射出される方向をＸ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向と垂直な方向をＺ方向として説明する。

各照明装置について説明する。
青色光用照明装置１０１Ｂ、緑色光用照明装置１０１Ｇ、および赤色光用照明装置１０１Ｒは、射出する光の色（波長域）が互いに異なるだけであり、装置構成は同様である。一例として、青色光用照明装置１０１Ｂは、概ね３８０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長域にピーク波長を有する光を射出する。緑色光用照明装置１０１Ｇは、概ね４９５ｎｍ〜５８５ｎｍの波長域にピーク波長を有する光を射出する。赤色光用照明装置１０１Ｒは、概ね５８５ｎｍ〜７２０ｎｍの波長域にピーク波長を有する光を射出する。

したがって、以下では、青色光用照明装置１０１Ｂについてのみ説明し、赤色光用照明装置１０１Ｒおよび緑色光用照明装置１０１Ｇについては説明を省略する。

図２は青色光用照明装置１０１Ｂの斜視図である。図３は、青色光用照明装置１０１ＢをＺ方向に見た平面図である。図４は、青色光用照明装置１０１ＢをＸ方向に見た側面図である。

図２〜図４に示すように、青色光用照明装置１０１Ｂは、光源部１１と、コリメート光学系１２と、光線束圧縮光学系１３と、拡散素子１４と、を備えている。光源部１１は、複数の発光素子１１１を備え、複数の光Ｌからなる光線束Ｋを射出する。コリメート光学系１２は、光源部１１から射出された光線束Ｋの光路上に設けられている。光線束圧縮光学系１３は、コリメート光学系１２を通過した光線束Ｋの光路上に設けられている。拡散素子１４は、光線束圧縮光学系１３を通過した光線束Ｋを拡散させる。

最初に、光線束圧縮光学系１３について説明する。
光線束圧縮光学系１３は、光線束Ｋの入射側から順に配置された第１のレンズ１３１、第２のレンズ１３２、第３のレンズ１３３および第４のレンズ１３４を含んでいる。第１のレンズ１３１は、正のパワーを有する球面レンズからなる。第２のレンズ１３２は、正のパワーを有する第１のアナモフィックレンズからなる。第３のレンズ１３３は、負のパワーを有する第２のアナモフィックレンズからなる。第４のレンズ１３４は、負のパワーを有する球面レンズからなる。

第１のレンズ１３１と第４のレンズ１３４とは、コリメート光学系１２から射出された光線束Ｋを圧縮するアフォーカル光学系を構成する。第１のレンズ１３１は、球面からなる凸面と平面とを有する平凸レンズから構成されている。第４のレンズ１３４は、球面からなる凹面と平面とを有する平凹レンズから構成されている。

第２のレンズ１３２と第３のレンズ１３３とは、コリメート光学系１２から射出された光線束Ｋのアスペクト比を調整する形状調整光学系を構成する。第２のレンズ１３２は、第１のアナモフィックレンズである第１のシリンドリカルレンズから構成されている。第１のシリンドリカルレンズは、凸面と平面とを有する平凸レンズから構成されており、母線１３２ｂがＸ方向と平行な方向を向くように配置されている。第３のレンズ１３３は、第２のアナモフィックレンズである第２のシリンドリカルレンズから構成されている。第２のシリンドリカルレンズは、凹面と平面とを有する平凹レンズから構成されており、母線１３３ｂがＸ方向と平行な方向を向くように配置されている。

第１のシリンドリカルレンズの母線１３２ｂおよび第２のシリンドリカルレンズの母線１３３ｂは、青色光用照明装置１０１Ｂに対応する青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂの画像形成領域の長手方向と平行である。

図４に示すように、第２のレンズ１３２は、母線１３２ｂと直交するＹＺ平面と平行な面内においてのみ屈折力を持っていることで、発光素子１１１からの光ＬをＹＺ平面と平行な面内において屈折させる。一方、図３に示すように、第２のレンズ１３２は、母線１３２ｂと平行なＸＹ平面と平行な面内においては屈折力を持たない。そのため、光Ｌは、ＸＹ平面と平行な面内においては、屈折することなく、第２のレンズ１３２を透過する。

図４に示すように、第３のレンズ１３３は、母線１３３ｂと直交するＹＺ平面と平行な面内においてのみ屈折力を持っていることで、発光素子１１１からの光ＬをＹＺ平面と平行な面内において屈折させる。一方、図３に示すように、第３のレンズ１３３は、母線１３３ｂと平行なＸＹ平面と平行な面内においては屈折力を持たない。そのため、光Ｌは、ＸＹ平面と平行な面内においては、屈折することなく、第３のレンズ１３３を透過する。

したがって、光線束Ｋは、光線束圧縮光学系１３を通過することにより、ＸＹ平面と平行な面内よりもＹＺ平面と平行な面内において大きい圧縮率で圧縮される。第２のレンズ１３２と第３のレンズ１３３との間の距離、第２のレンズ１３２の屈折力、および第３のレンズ１３３の屈折力は、光線束圧縮光学系１３を透過した光線束Ｋの断面形状のアスペクト比が画像形成領域のアスペクト比と略一致するように設定されている。

また、第１のレンズ１３１と第４のレンズ１３４とがアフォーカル光学系を構成するため、光線束圧縮光学系１３の前後でのテレセントリック性が維持される。

図２に示すように、光源部１１は、基材１１２と、複数の支持部材１１３と、支持部材１１３に支持された複数の発光素子１１１とを備える。基材１１２および支持部材１１３は、例えばアルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属材料から構成されている。複数の支持部材１１３は、基材１１２の第１面１１２ａに設置されている。

各支持部材１１３は板状の部材であって、上面１１３ａと下面１１３ｂとを有する。上面１１３ａおよび下面１１３ｂ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１１３ａはＸＹ平面と平行であり、水平面となっている。

複数の発光素子１１１の各々は、半導体レーザーから構成されている。複数の発光素子１１１は、支持部材１１３の上面１１３ａに一方向（Ｘ方向）に沿って所定の間隔をおいて実装されている。また、複数の支持部材１１３は、基材１１２の第１面１１２ａに一方向（Ｚ方向）に沿って所定の間隔をおいて固定されている。本実施形態では、一例として、光源部１１は、５個の発光素子１１１がそれぞれ実装された５個の支持部材１１３を備えている。

各発光素子１１１が１本のレーザービームからなる光Ｌを射出し、光源部１１は全体として複数の光Ｌを含む光線束Ｋを射出する。Ｘ方向において隣り合う２つの光Ｌの間隔とＺ方向において隣り合う２つの光Ｌの間隔とは略同じである。そのため、光線束Ｋの中心軸に垂直な断面形状は、略正方形状である。

図５は、発光素子１１１の斜視図である。
図５に示すように、発光素子１１１は、光Ｌを射出する光射出面１１１ａを有している。光射出面１１１ａは、光射出面１１１ａからの光Ｌの主光線Ｌｃの射出方向から見て、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。図５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。

発光素子１１１から射出される光Ｌ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Ｌの短手方向Ｗ２への拡がりは、光Ｌ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Ｌ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。そのため、光Ｌ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。

図２に示すように、光源部１１から射出された光線束Ｋは、コリメート光学系１２に入射する。コリメート光学系１２は、光源部１１の側から順に配置された第１のシリンドリカルレンズアレイ１２１と、第２のシリンドリカルレンズアレイ１２２と、を備えている。

図４に示すように、第１のシリンドリカルレンズアレイ１２１は、複数の第３のシリンドリカルレンズ１２３を含んでいる。第１のシリンドリカルレンズアレイ１２１は、Ｚ方向に配列されている発光素子１１１の数と一致した数の第３のシリンドリカルレンズ１２３を備えている。本実施形態において、第１のシリンドリカルレンズアレイ１２１は、５個の第３のシリンドリカルレンズ１２３を備えている。複数の第３のシリンドリカルレンズ１２３は、一体形成されていてもよいし、別体で構成されていてもよい。

図３に示すように、第２のシリンドリカルレンズアレイ１２２は、複数の第４のシリンドリカルレンズ１２４を含んでいる。第２のシリンドリカルレンズアレイ１２２は、各支持部材１１３に実装された発光素子１１１の数と一致した数の第４のシリンドリカルレンズ１２４を備えている。本実施形態において、第２のシリンドリカルレンズアレイ１２２は、５個の第４のシリンドリカルレンズ１２４を備えている。複数の第４のシリンドリカルレンズ１２４は、一体形成されていてもよいし、別体で構成されていてもよい。

第４のシリンドリカルレンズ１２４は、母線１２４ｂの方向が支持部材１１３の上面１１３ａと交差するように配置されている。また、図２に示すように、コリメート光学系１２をＹ方向に見たとき、第４のシリンドリカルレンズ１２４の母線１２４ｂと第３のシリンドリカルレンズ１２３の母線１２３ｂの方向とは、互いに直交している。

第３のシリンドリカルレンズ１２３は、母線１２３ｂと直交するＹＺ平面と平行な面内においてのみ屈折力を持っていることで、発光素子１１１からの光ＬをＹＺ平面と平行な面内において平行化する。一方、第３のシリンドリカルレンズ１２３は、母線１２３ｂと平行なＸＹ平面と平行な面内においては屈折力を持たない。そのため、光Ｌは、ＸＹ平面と平行な面内においては、屈折することなく、第３のシリンドリカルレンズ１２３を透過する。

第４のシリンドリカルレンズ１２４は、母線１２４ｂと平行なＹＺ平面と平行な面内においては屈折力を持たないため、第３のシリンドリカルレンズ１２３を透過した光Ｌは、ＹＺ平面と平行な面内においては、屈折することなく、第４のシリンドリカルレンズ１２４を透過する。一方、第４のシリンドリカルレンズ１２４は、母線１２４ｂと直交するＸＹ平面と平行な面内において屈折力を持つため、第３のシリンドリカルレンズ１２３を透過した光ＬをＸＹ平面と平行な面内において平行化する。

第３のシリンドリカルレンズ１２３と第４のシリンドリカルレンズ１２４との間の距離、第３のシリンドリカルレンズ１２３の屈折力、および第４のシリンドリカルレンズ１２４の屈折力は、光Ｌの断面形状を楕円形から略円形に変換するように設定されている。

このように、光源部１１から射出された光線束Ｋは、２つのシリンドリカルレンズ１２３，１２４を含むコリメート光学系１２によって平行光に変換される。

拡散素子１４は、光線束圧縮光学系１３から射出された光線束Ｋを拡散光線束に変換し、青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂに向けて射出させる。青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂの画像形成領域における光線束Ｋの照度分布の均一性は、拡散素子１４によって高められる。拡散素子１４として、例えば光学ガラスからなる磨りガラス板が用いられる。

本実施形態の照明装置１０１Ｂによれば、第１のレンズ１３１と第４のレンズ１３４とによってアフォーカル光学系が構成され、光源部１１からの光線束Ｋは、アフォーカル光学系によって平行度が維持されつつサイズが縮小される。また、第２のレンズ１３２と第３のレンズ１３３とによって形状調整光学系が構成され、形状調整光学系によって光源部１１からの光線束Ｋのアスペクト比が液晶ライトバルブ１０２Ｂの画像形成領域のアスペクト比に略一致するように調整される。このように、光線束圧縮光学系１３において、２つのシリンドリカルレンズからなる形状調整光学系が２つの球面レンズからなるアフォーカル光学系の内部に組み込まれているため、テレセントリック性を容易に確保できる小型の照明装置１０１Ｂを実現することができる。

本発明者は、本実施形態の光線束圧縮光学系１３の効果を実証するため、光線束圧縮光学系１３の前段、後段および画像形成領域における光線束Ｋの強度分布のシミュレーションを行った。その結果について説明する。
図６は、光線束圧縮光学系１３の前段における光線束Ｋの強度分布を示すシミュレーション結果である。図７は、光線束圧縮光学系１３の後段における光線束Ｋの強度分布を示すシミュレーション結果である。図８は、画像形成領域における光線束Ｋの強度分布を示すシミュレーション結果である。なお、図６、図７および図８における縮尺は互いに異なっている。

光線束圧縮光学系１３の前段においては、図６に示すように、光線束ＫのＸ方向の幅Ｗｘ１とＺ方向の幅Ｗｚ１とは略等しく、光線束Ｋを構成する複数の光Ｌの配列は、略正方形状となった。また、上述したように、２組のシリンドリカルレンズアレイからなるコリメート光学系１２が用いられたことにより、光線束Ｋを構成する各光Ｌの断面形状は、発光素子１１１から射出された直後の細長い楕円形（図５参照）から円形となった。

光線束圧縮光学系１３のＺ方向の圧縮率がＸ方向の圧縮率よりも大きいため、光線束圧縮光学系１３の後段においては、図７に示すように、光線束ＫのＺ方向の幅Ｗｚ２はＸ方向の幅Ｗｘ２よりも小さく、光線束Ｋを構成する複数の光Ｌの配列は、長方形状となった。また、光線束Ｋを構成する各光Ｌの断面形状は、Ｘ方向に長手方向を有する楕円形となった。光線束Ｋの断面の形状（アスペクト比）とサイズはそれぞれ、画像形成領域Ｈの形状とサイズに略一致している。

図７に示す強度分布を有する光線束Ｋが拡散素子１４を透過することによって、図８に示すように、画像形成領域Ｈ内での強度分布が略均一となった。

このように、本実施形態の光線束圧縮光学系１３によれば、光源部１１からの光線束Ｋのサイズやアスペクト比を最適化できることが判った。

また、本実施形態の照明装置１０１Ｂにおいては、第２のレンズ１３２を構成する第１のアナモフィックレンズが第１のシリンドリカルレンズから構成され、第３のレンズ１３３を構成する第２のアナモフィックレンズが第２のシリンドリカルレンズから構成されているため、照明装置のコストを低減することができる。

また、本実施形態の照明装置１０１Ｂにおいては、コリメート光学系１２が第３のシリンドリカルレンズと第４のシリンドリカルレンズとを含んでいるため、複数の凸レンズ（球面レンズ）を備えたコリメート光学系を用いた場合と比べて、図７に示すように、光線束Ｋのサイズを縮小した後の複数の光Ｌの間隔が小さくなる。これにより、光線束Ｋの照度均一性を高めることができる。

以上の効果は、照明装置１０１Ｇ，１０１Ｒにおいても得られる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図９〜図１２を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と略同様であるが、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、異なる部分についてのみ説明する。
図９は、本実施形態の青色光用照明装置２０１Ｂの斜視図である。
図９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。

図９に示すように、青色光用照明装置２０１Ｂは、光源部１１と、コリメート光学系１６と、光線束圧縮光学系１３と、拡散素子１４と、を備えている。コリメート光学系１６は、複数の発光素子１１１の数と等しい数の複数の球面凸レンズ１６１を含んでいる。複数の球面凸レンズ１６１の各々は、球面からなる凸面と平面とを有し、複数の発光素子１１１の各々に対応して設けられている。発光素子１１１を構成する半導体レーザーの光射出領域の長手方向は、第２のレンズ１３２を構成する第１のシリンドリカルレンズの母線および第３のレンズ１３３を構成する第２のシリンドリカルレンズの母線と平行である。
青色光用照明装置２０１Ｂのその他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態においても、テレセントリック性を容易に確保できる小型の照明装置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。

本発明者は、本実施形態の光線束圧縮光学系１３の効果を実証するため、光線束圧縮光学系１３の前段、後段および画像形成領域における光線束Ｋの強度分布のシミュレーションを行った。その結果について説明する。
図１０は、光線束圧縮光学系１３の前段における光線束Ｋの強度分布を示すシミュレーション結果である。図１１は、光線束圧縮光学系１３の後段における光線束Ｋの強度分布を示すシミュレーション結果である。図１２は、画像形成領域における光線束Ｋの強度分布を示すシミュレーション結果である。なお、図１０、図１１および図１２における縮尺は互いに異なっている。

光線束圧縮光学系１３の前段においては、図１０に示すように、光線束ＫのＸ方向の幅Ｗｘ３とＺ方向の幅Ｗｚ３とは略等しく、光線束Ｋを構成する複数の光Ｌの配列は、略正方形状となった。また、第１実施形態と異なり、複数の球面凸レンズ１６１からなるコリメート光学系１６が用いられているため、光線束Ｋを構成する各光Ｌの断面形状は、発光素子１１１から射出された直後と同様、細長い楕円形（図５参照）である。

光線束圧縮光学系１３の後段においては、図１１に示すように、光線束ＫのＺ方向の幅Ｗｚ４はＸ方向の幅Ｗｘ４よりも小さく、光線束Ｋを構成する複数の光Ｌの配列は、長方形状となった。また、光線束Ｋを構成する各光Ｌの断面形状は、楕円形であるが、図１０に示した光線束圧縮光学系１３の前段での各光Ｌの断面形状に比べて、楕円の短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比（アスペクト比）が小さくなった。光線束Ｋの断面の形状（アスペクト比）とサイズはそれぞれ、画像形成領域Ｈの形状とサイズに略一致している。

図１１に示す強度分布を有する光線束Ｋが拡散素子１４を透過することにより、図１２に示すように、画像形成領域内での強度分布が略均一となった。

このように、本実施形態の光線束圧縮光学系１３によれば、光源部１１からの光線束のサイズやアスペクト比を最適化できることが判った。

また、本実施形態の照明装置において、半導体レーザーの光射出領域の長手方向が第１のシリンドリカルレンズの母線および第２のシリンドリカルレンズの母線と平行であるため、半導体レーザーの光射出領域の長手方向が第１のシリンドリカルレンズの母線および第２のシリンドリカルレンズの母線と垂直である場合に比べて、各光Ｌの断面形状である楕円のアスペクト比が小さくなり、光線束のサイズを縮小した後の複数の光Ｌの間隔が小さくなる。これにより、光線束Ｋの照度の均一性をより高めることができる。

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、光線束圧縮光学系は、第２のレンズを構成する第１のアナモフィックレンズおよび第３のレンズを構成する第２のアナモフィックレンズがともにシリンドリカルレンズで構成され、これらのシリンドリカルレンズの母線と平行な面内（ＸＹ平面）では屈折力を有していなかったが、この構成に代えて、ＸＹ平面内、ＹＺ平面内の双方で屈折力を有する第１のアナモフィックレンズおよび第２のアナモフィックレンズで構成されていてもよい。この場合、ＹＺ平面内の屈折力は、ＸＹ平面内の屈折力よりも大きいことが望ましい。この構成によれば、第１のレンズおよび第４のレンズのパワー不足を、第１のアナモフィックレンズおよび第２のアナモフィックレンズで補うことができる。

また、上記実施形態では、光線束圧縮光学系は、第４のレンズとして、負のパワーを有する球面レンズ（凹レンズ）が用いられていたが、正のパワーを有する球面レンズ（凸レンズ）が用いられてもよい。

また、上記実施形態で例示した光源部、照明装置、およびプロジェクターの各構成要素の数、配置、形状、材料、寸法等については、適宜変更が可能である。

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、一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本発明を適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。

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応用する例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置を自動車用ヘッドライト等の照明器具にも適用することができる。

１１…光源部、１２，１６…コリメート光学系、１３…光線束圧縮光学系、１４…拡散素子、１００…プロジェクター、１０１Ｂ…青色光用照明装置（照明装置）、１０１Ｇ…緑色光用照明装置（照明装置）、１０１Ｒ…赤色光用照明装置（照明装置）、１０２Ｂ…青色光用液晶ライトバルブ（光変調装置）、１０２Ｇ…緑色光用液晶ライトバルブ（光変調装置）、１０２Ｒ…赤色光用液晶ライトバルブ（光変調装置）、１０４…投射光学系、１１１…発光素子、１３１…第１のレンズ、１３２…第２のレンズ、１３３…第３のレンズ、１３４…第４のレンズ、Ｋ…光線束、Ｌ…光。

Claims (7)

1. 複数の発光素子を備え、複数の光からなる光線束を射出する光源部と、
   前記光源部から射出された前記光線束の光路上に設けられた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の光路上に設けられた光線束圧縮光学系と、
   を備え、
   前記光線束圧縮光学系は、前記光線束の入射側から順に配置された第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズおよび第４のレンズを含み、
   前記第１のレンズは正のパワーを有する球面レンズからなり、
   前記第２のレンズは正のパワーを有する第１のアナモフィックレンズからなり、
   前記第３のレンズは負のパワーを有する第２のアナモフィックレンズからなり、
   前記第４のレンズは球面レンズからなる、照明装置。
2. 前記第１のアナモフィックレンズは第１のシリンドリカルレンズからなり、
   前記第２のアナモフィックレンズは第２のシリンドリカルレンズからなる、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記複数の発光素子の各々は半導体レーザーからなり、
   前記コリメート光学系は、第３のシリンドリカルレンズと、前記第３のシリンドリカルレンズの後段に設けられた第４のシリンドリカルレンズと、を含み、
   前記第３のシリンドリカルレンズの母線と前記第４のシリンドリカルレンズの母線とが互いに直交している、請求項１または請求項２に記載の照明装置。
4. 前記複数の発光素子の各々は半導体レーザーからなり、
   前記コリメート光学系は、複数の凸レンズを含み、
   前記半導体レーザーの光射出領域の長手方向は、前記第１のシリンドリカルレンズの母線および前記第２のシリンドリカルレンズの母線と平行である、請求項２に記載の照明装置。
5. 前記光線束圧縮光学系を通過した前記光線束を拡散させる拡散素子をさらに備える、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の照明装置。
6. 請求項１から請求項５まで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前記光線束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。
7. 前記光変調装置は、長手方向を有する画像形成領域を備え、
   前記第１のアナモフィックレンズは第１のシリンドリカルレンズからなり、
   前記第２のアナモフィックレンズは第２のシリンドリカルレンズからなり、
   前記第１のシリンドリカルレンズの母線および前記第２のシリンドリカルレンズの母線は、前記長手方向と平行である、請求項６に記載のプロジェクター。