JP2020139976A - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】投射画像の色ムラが生じにくいプロジェクターを提供する。
【解決手段】本発明の照明装置は、第１光源装置と、第２光源装置と、制御装置と、を備え、第１光源装置および第２光源装置のそれぞれは、基板と、複数の発光素子と、複数の発光素子を囲む枠体と、複数の発光素子からの光を透過させる透光性部材を有し、基板に対向して設けられた蓋体と、を備え、複数の発光素子は、基板と枠体と蓋体とにより形成された収容空間に収容され、第１光源装置および第２光源装置は、第１光源装置からの光および第２光源装置からの光に交差する平面に、第１光源装置の基板および第２光源装置の基板が沿うように設けられ、制御装置は、第１光源装置からの光と第２光源装置からの光とが入射する光学素子における第１光源装置の照度と、光学素子における第２光源装置の照度と、の差が小さくなるように、第１光源装置と第２光源装置とを制御する。
【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。

プロジェクターに用いられる照明装置として、レーザーダイオード（ＬＤ）等の光源装置と蛍光体とを備えた照明装置が提案されている。この照明装置では、光源装置から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を、照明光の一部として利用する。

例えば特許文献１に、複数のＬＤチップが１つのパッケージ内に収容された構造を有する光源装置が開示されている。この光源装置では、複数のＬＤチップが１つのパッケージを共有するため、製造コストの低減と小型化を図ることができる。

特許文献２には、レーザー光源を有する光源装置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、光源装置は、複数のＣＡＮパッケージ型のレーザー光源を含む２つのレーザー光源群を備えている。２つのレーザー光源群のそれぞれから射出された光は、ディフューザーを介して、第１フライアイレンズおよび第２フライアイレンズを有するインテグレーター光学系に入射する。

特表２０１６−５１８７２６号公報 国際公開第２０１５／０５６３８０号

プロジェクターにおいて、特許文献１の光源装置が複数用いられた場合、これら複数の光源装置から射出された光を特許文献２のインテグレーター光学系に入射させると、投射画像の色ムラが生じるおそれがあった。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の照明装置は、第１光源装置と、第２光源装置と、前記第１光源装置と前記第２光源装置とを制御する制御装置と、を備える。前記第１光源装置および前記第２光源装置のそれぞれは、第１面を有する基板と、前記基板の前記第１面側に設けられた複数の発光素子と、前記複数の発光素子を囲んで設けられ、前記基板の前記第１面側に設けられた枠体と、前記複数の発光素子から射出された光を透過させる透光性部材を有し、前記基板の前記第１面に対向して設けられ、前記枠体の前記基板とは反対側に接合された蓋体と、を備えており、前記複数の発光素子は、前記基板と前記枠体と前記蓋体とにより形成された収容空間に収容されている。前記第１光源装置および前記第２光源装置は、前記第１光源装置から射出される光および前記第２光源装置から射出される光に交差する平面に、前記第１光源装置の前記基板の前記第１面および前記第２光源装置の前記基板の前記第１面が沿うように設けられている。前記制御装置は、前記第１光源装置から射出される光と前記第２光源装置から射出される光とが入射する光学素子における前記第１光源装置の照度と、前記光学素子における前記第２光源装置の照度と、の差が小さくなるように、前記第１光源装置と前記第２光源装置とを制御する。

本発明の一つの態様の照明装置は、第１の偏光を透過させるとともに、第２の偏光を反射させる偏光分離素子を備え、前記偏光分離素子は、前記光源装置と前記光学素子との間の光路上に配置されていてもよい。

本発明の一つの態様の照明装置は、前記偏光分離素子を透過した前記第１の偏光、または前記偏光分離素子で反射した前記第２の偏光のいずれか一方が入射する波長変換素子と、前記偏光分離素子を透過した前記第１の偏光、または前記偏光分離素子で反射した前記第２の偏光のいずれか他方が入射する拡散素子と、をさらに備えていてもよい。

本発明の一つの態様の照明装置は、前記光学素子における前記第１光源装置の照度と、前記光学素子における前記第２光源装置の照度と、を検出する検出装置をさらに備えていてもよい。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記制御装置は、前記第１光源装置を駆動する第１駆動電流を所定の値から変化させたときの前記検出装置の照度検出値と、前記第２光源装置を駆動する第２駆動電流を前記所定の値から変化させたときの前記検出装置の照度検出値と、に基づいて、前記第１駆動電流と前記第２駆動電流とを制御してもよい。

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装置と、を備える。

一実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 照明装置の概略構成図である。 光源装置の斜視図である。 回転拡散板に入射する光の光路を示す模式図である。 回転拡散板から射出される光の光路を示す模式図である。 第１マルチレンズアレイ上での照度分布の一例を示す図である。 第１光源装置の照度検出値と第２光源装置の照度検出値との違いを把握する方法の一つの手順を示す図である。 第１光源装置の照度検出値と第２光源装置の照度検出値との違いを把握する方法の他の一つの手順を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

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）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つの光変調装置を備える。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る。

図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の光学系を示す概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、照明装置２０と、色分離導光光学系２００と、光変調装置４００Ｒと、光変調装置４００Ｇと、光変調装置４００Ｂと、光合成素子５００と、投射光学装置６００と、を備えている。

照明装置２０は、白色の照明光を、後段の色分離導光光学系２００に向けて射出する。照明装置２０の詳細な構成については、後で詳しく説明する。

色分離導光光学系２００は、第１ダイクロイックミラー２１０と、第２ダイクロイックミラー２２０と、第１反射ミラー２３０と、第２反射ミラー２４０と、第３反射ミラー２５０と、第１リレーレンズ２６０と、第２リレーレンズ２７０と、を備えている。色分離導光光学系２００は、照明装置２０から射出された白色の照明光ＬＷを、赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離し、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを、対応する光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導く。

フィールドレンズ３００Ｒは、色分離導光光学系２００と光変調装置４００Ｒとの間に配置され、光変調装置４００Ｒに入射する赤色光ＬＲを略平行化する。フィールドレンズ３００Ｇは、色分離導光光学系２００と光変調装置４００Ｇとの間に配置され、光変調装置４００Ｇに入射する緑色光ＬＧを略平行化する。フィールドレンズ３００Ｂは、色分離導光光学系２００と光変調装置４００Ｂとの間に配置され、光変調装置４００Ｂに入射する青色光ＬＢを略平行化する。

第１ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を透過させ、緑色光成分および青色光成分を反射させる。第２ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射させ、青色光成分を透過させる。第１反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射させる。第２反射ミラー２４０および第３反射ミラー２５０は、青色光成分を反射させる。

第１ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光ＬＲは、第１反射ミラー２３０で反射し、フィールドレンズ３００Ｒを透過して、赤色光用の光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。第１ダイクロイックミラー２１０で反射した緑色光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー２２０でさらに反射し、フィールドレンズ３００Ｇを透過して、緑色光用の光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。第１ダイクロイックミラー２１０で反射した青色光ＬＢは、第２ダイクロイックミラー２２０を透過し、リレーレンズ２６０、第２反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、第３反射ミラー２５０、およびフィールドレンズ３００Ｂを透過して、青色光用の光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂのそれぞれは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する。光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂのそれぞれは、液晶ライトバルブから構成されている。図示を省略したが、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。

光合成素子５００は、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂから射出された各色光を合成してフルカラーの画像光を形成する。光合成素子５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視で略正方形状をなすクロスダイクロイックプリズムで構成されている。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。

光合成素子５００から射出された画像光は、投射光学装置６００によって拡大投射され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。すなわち、投射光学装置６００は、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂにより変調された光を投射する。投射光学装置６００は、複数の投射レンズ６で構成されている。

以下、照明装置２０について説明する。
図２は、照明装置２０の概略構成図である。
図１に示すように、照明装置２０は、照明光射出部２１と、均一照明光学系４０と、を備えている。図２に示すように、照明光射出部２１は、光源装置１０と、アフォーカル光学系２２と、拡散板２３と、第１位相差板２４と、偏光分離素子２５と、第１ピックアップ光学系２６と、波長変換素子２７と、第２位相差板２８と、第２ピックアップ光学系２９と、回転拡散板３０（拡散素子）と、第３位相差板３１と、フォトセンサー５０（検出装置）と、制御装置５１と、を備えている。

光源装置１０、アフォーカル光学系２２、拡散板２３、第１位相差板２４、偏光分離素子２５、第２位相差板２８、第２ピックアップ光学系２９、および回転拡散板３０は、第１光軸ＡＸ１上に配置されている。波長変換素子２７、第１ピックアップ光学系２６、偏光分離素子２５、第３位相差板３１、および均一照明光学系４０は、第１光軸ＡＸ１と直交する第２光軸ＡＸ２上に配置されている。

光源装置１０は、第１光源装置１０１と、第２光源装置１０２と、を有している。第１光源装置１０１と第２光源装置１０２とは、同一の構成を有しており、複数の発光素子が１つのパッケージ内に収容された構成を有する。第１光源装置１０１と第２光源装置１０２とは、いわゆるマルチチップパッケージと呼ばれるタイプの光源装置である。したがって、以下では、第１光源装置１０１を例に挙げて、構成を詳しく説明する。

図３は、第１光源装置１０１の斜視図である。
図３に示すように、第１光源装置１０１は、基板１２と、複数の支持部材１３と、複数の発光素子１４と、枠体１５と、蓋体１６と、複数のリード端子１７と、を備えている。基板１２、枠体１５および蓋体１６は、各々が別体の部材であり、接合材（図示略）を介して接合されている。なお、基板１２と枠体１５とは、一体の部材であってもよい。

基板１２は、第１面１２ａと、第１面１２ａとは反対側の第２面１２ｂと、を有する板材で構成されている。基板１２は、第１面１２ａの法線方向から見た平面視において、略正方形もしくは略長方形等の四角形の形状を有する。基板１２の第１面１２ａ側には、複数の支持部材１３を介して複数の発光素子１４が設けられている。

基板１２の第２面１２ｂには、発光時に複数の発光素子１４から発せられる熱を放出するためのフィン、ヒートシンク等の放熱部材１０３（図２参照）が設けられている。そのため、基板１２は、熱伝導率が高い金属材料で構成されている。この種の金属材料として、銅、アルミニウムなどが好ましく用いられ、銅が特に好ましく用いられる。
以下、単に「平面視」と記載した場合、基板１２の第１面１２ａの法線方向から見たときの平面視を意味する。

複数の支持部材１３は、基板１２の第１面１２ａにおいて、基板１２の一辺と平行な方向に所定の間隔を空けて設けられている。複数の支持部材１３の各々は、複数の発光素子１４に対応して設けられている。この例では、支持部材１３は、４個の発光素子１４に対して共通に設けられているが、１つの支持部材１３に設けられる発光素子１４の数は特に限定されない。

図示しないサブマウントは、例えば窒化アルミニウム、アルミナ等のセラミック材料で構成されている。サブマウントは、支持部材１３と発光素子１４との間に介在し、支持部材１３と発光素子１４との線膨張係数の違いにより生じる熱応力を緩和する。支持部材１３は、銀ロウ、金−スズはんだ等の接合材により基板１２に接合されている。

複数の発光素子１４は、基板１２の第１面１２ａ側に設けられている。発光素子１４は、例えば半導体レーザー、発光ダイオードなどの固体光源から構成されている。発光素子１４は、光源装置１０の用途に応じて任意の波長の発光素子を用いればよい。本実施形態では、蛍光体励起用の波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色光を射出する発光素子１４として、例えば窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）で構成される端面発光型の半導体レーザーが用いられる。また、上記の一般式に加えて、III族元素の一部がホウ素原子で置換されたもの、Ｖ族元素として窒素原子の一部がリン原子、ヒ素原子で置換されたもの等を含んでもよい。

複数の発光素子１４は、平面視において、例えば（ｍ×ｎ）個（ｍ，ｎ：２以上の自然数）の半導体レーザーがｍ行ｎ列の格子状に配列された構成を有する。第１実施形態では、複数の発光素子１４として、例えば１６個の半導体レーザーが４行４列の格子状に配列されている。

発光素子１４は、直方体状の発光素子１４の６つの面のうち、光射出面とは反対側の面が基板１２の第１面１２ａと対向するように、支持部材１３上に設けられている。この配置により、複数の発光素子１４の各々は、基板１２の第１面１２ａと略垂直な方向に光を射出する。発光素子１４は、図示しないサブマウントを介して支持部材１３に接合されている。

枠体１５は、複数の発光素子１４を囲んで設けられ、基板１２の第１面１２ａ側に設けられている。枠体１５は、平面視において、四角形の環状の形状を有する。枠体１５は、四角形の４辺が全て一体の部材であってもよいし、複数の部材が接合された構成であってもよい。枠体１５は、基板１２と蓋体１６との間の距離（間隔）を一定に保持し、複数の発光素子１４が収容される収容空間Ｓの一部を構成する。そのため、枠体１５は、所定の剛性を有することが好ましい。

枠体１５は、蓋体１６に発生する応力を緩和する役目を果たす。そのため、枠体１５は、基板１２の線膨張係数よりも小さく、蓋体１６の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する材料で構成されることが好ましい。枠体１５の材料として、例えばコバール等の金属材料、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等のセラミック材料が好ましく用いられ、コバールやアルミナが特に好ましく用いられる。

蓋体１６は、複数の発光素子１４から射出された光Ｌを透過させる透光性部材１８から構成されている。蓋体１６は、基板１２の第１面１２ａに対向して設けられ、枠体１５の基板１２とは反対側に接合されている。蓋体１６は、平面視において、正方形、長方形を含む四角形の形状を有する。透光性部材１８の材料としては、光透過率の高い透光性材料が好ましく用いられる。透光性部材１８の具体例として、例えばＢＫ７等のホウケイ酸ガラス、石英ガラス、合成石英ガラス等を含む光学ガラス、水晶、およびサファイア等が用いられる。

なお、蓋体１６は、必ずしも蓋体１６の全体が透光性部材１８から構成されていなくてもよい。例えば、蓋体１６のうち、光を透過させる領域のみが透光性部材１８から構成され、他の領域が透光性部材１８を支持するための支持部材から構成されていてもよい。また、各発光素子１４の光射出側には、射出された光を平行光束に変換するコリメーターレンズ（図示略）が設けられている。

上述したように、複数の発光素子１４の各々は、青色光Ｂ０を射出する。青色光Ｂ０は、所定の振動方向を有する直線偏光である。第１光源装置１０１および第２光源装置１０２のそれぞれは、複数の青色光Ｂ０を含む光を射出する。本実施形態の場合、各光源装置１０１，１０２から合計１６本の青色光Ｂ０が射出されるため、各光源装置１０１，１０２から射出される光束は、１６本の青色光Ｂ０で構成される。

以下、第１光源装置１０１から射出される光を第１部分光束Ｂ１と称し、第２光源装置１０２から射出される光を第２部分光束Ｂ２と称する。第１部分光束Ｂ１の中心軸を第１光源装置１０１の光軸ＡＸ１１と定義し、第２部分光束Ｂ２の中心軸を第２光源装置１０２の光軸ＡＸ１２と定義する。また、第１光源装置１０１から射出される光と第２光源装置１０２から射出される光とを合わせた全体を光束ＢＫと称し、光束ＢＫの中心軸を光源装置１０の光軸と定義する。光源装置１０の光軸は、前述の第１光軸ＡＸ１と一致する。

図２に示すように、第１光源装置１０１と第２光源装置１０２とは、光が射出される方向と交差する方向に並んで配置されている。すなわち、第１光源装置１０１と第２光源装置１０２とは、第１光源装置１０１から射出される光および第２光源装置１０２から射出される光に交差する平面に、第１光源装置１０１の基板１２の第１面１２ａおよび第２光源装置１０２の基板１２の第１面１２ａが沿うように、設けられている。これにより、第１光源装置１０１と第２光源装置１０２とは、同じ方向に向けて光を射出する。すなわち、第１光源装置１０１の光軸ＡＸ１１と第２光源装置１０２の光軸ＡＸ１２とは略平行である。また、光源装置１０の光軸ＡＸ１は、第１光源装置１０１の光軸ＡＸ１１と第２光源装置１０２の光軸ＡＸ１２とを含む平面上に位置する。

図２に示すように、光源装置１０から射出された光束ＢＫは、アフォーカル光学系２２に入射する。アフォーカル光学系２２は、第１レンズ２２１と、第２レンズ２２２と、から構成されている。アフォーカル光学系２２は、入射した光束ＢＫの光束幅を縮小する縮小系のアフォーカル光学系である。光束幅を縮小する必要がない場合には、アフォーカル光学系２２は設けられていなくてもよい。第１レンズ２２１は凸レンズから構成され、第２レンズ２２２は凹レンズから構成されている。

拡散板２３は、アフォーカル光学系２２の第１レンズ２２１と第２レンズ２２２との間に設けられている。拡散板２３は、第１レンズ２２１から射出された光束ＢＫを第２レンズ２２２に向けて透過しつつ拡散させる透過型の拡散板である。拡散板２３は、例えば磨りガラス等によって構成されている。

第１位相差板２４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。各発光素子１４から射出された光は直線偏光であるため、第１位相差板２４の回転角度を適切に設定することによって、第１位相差板２４に入射した光を、偏光分離素子２５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。すなわち、第１位相差板２４を回転させることにより、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。

偏光分離素子２５は、光軸ＡＸ１および光軸ＡＸ２に対して４５°の角度をなすように配置されている。偏光分離素子２５は、入射光のうちのＰ偏光成分（第１の偏光）を透過させるとともに、入射光のうちのＳ偏光成分（第２の偏光）を反射させる。Ｓ偏光成分の光束ＢＫｓは、偏光分離素子２５で反射して波長変換素子２７に向かって進む。Ｐ偏光成分の光束ＢＫｐは、偏光分離素子２５を透過して回転拡散板３０に向かって進む。偏光分離素子２５は、光源装置１０と第１マルチレンズアレイ１２０との間の光路上に配置されている。

偏光分離素子２５で反射したＳ偏光成分の光束ＢＫｓは、第１ピックアップ光学系２６に入射する。第１ピックアップ光学系２６は、光束ＢＫｓを波長変換素子２７の蛍光体層２７１に向けて集光させるとともに、蛍光体層２７１から射出された蛍光ＬＹを略平行化する。第１ピックアップ光学系２６は、第１ピックアップレンズ２６１と、第２ピックアップレンズ２６２と、第３ピックアップレンズ２６３と、から構成されている。第１ピックアップレンズ２６１、第２ピックアップレンズ２６２、および第３ピックアップレンズ２６３のそれぞれは、例えば凸レンズから構成されている。

第１ピックアップ光学系２６から射出された光束ＢＫｓは、波長変換素子２７に入射する。波長変換素子２７は、蛍光ＬＹを発する蛍光体層２７１と、蛍光体層２７１を支持する基材２７２と、蛍光体層２７１と基材２７２との間に設けられた蛍光ＬＹを反射する反射膜（図示略）と、基材２７２を回転させるモーター２７３と、を備えている。

反射膜は、蛍光体層２７１の第１ピックアップ光学系２６とは反対側に設けられ、蛍光体層２７１から発せられた蛍光ＬＹを第１ピックアップ光学系２６に向けて反射させる。すなわち、波長変換素子２７は、反射型の回転蛍光板で構成されている。基材２７２としては、例えば円板が用いられるが、基材２７２の形状は円形に限定されない。波長変換素子２７を回転軸方向から見たとき、蛍光体層２７１は、基材２７２の一面に環状に設けられている。

蛍光体層２７１は、青色光を吸収して黄色の蛍光ＬＹ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、蛍光体粒子の材料は、１種であってもよいし、２種以上の材料を用いて形成された粒子が混合されたものであってもよい。

一方、偏光分離素子２５を透過したＰ偏光の光束ＢＫｐは、第２位相差板２８に入射する。第２位相差板２８は、例えば１／４波長板で構成されている。光束ＢＫｐは、第２位相差板２８を透過することによってＰ偏光から円偏光の光束ＢＫｃに変換される。

第２位相差板２８から射出された光束ＢＫｃは、第２ピックアップ光学系２９に入射する。第２ピックアップ光学系２９は、光束ＢＫｃを回転拡散板３０に向けて集光させる。第２ピックアップ光学系２９は、第１ピックアップレンズ２９１と、第２ピックアップレンズ２９２と、第３ピックアップレンズ２９３と、から構成されている。第１ピックアップレンズ２９１、第２ピックアップレンズ２９２、および第３ピックアップレンズ２９３のそれぞれは、例えば凸レンズから構成されている。

回転拡散板３０は、拡散反射板３０１と、拡散反射板３０１を回転させるためのモーター３０２と、を備える。拡散反射板３０は、第２ピックアップ光学系２９から射出された円偏光の光束ＢＫｃを偏光分離素子２５に向けて拡散させつつ反射する。拡散反射板３０１は、拡散反射板３０１に入射した光束ＢＫｃをランバート反射させることが好ましい。モーター３０２の回転軸は、光軸ＡＸ１と略平行に配置されている。これにより、拡散反射板３０１は、拡散反射板３０１に入射する光束ＢＫｃ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３０１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３０１の形状は円板に限定されない。

拡散反射板３０１によって反射され、第２ピックアップ光学系２９を再度透過した円偏光の光束ＢＫｃは、第２位相差板２８を再度透過すると、円偏光からＳ偏光の光束ＢＫｓに変換される。蛍光体層２７１から射出された黄色の蛍光ＬＹと、拡散反射板３０１から射出された青色の光束ＢＫｓとは、偏光分離素子２５により合成されて、白色の照明光ＬＷとなる。照明光ＬＷは、均一照明光学系４０のホモジナイザー光学系３５を構成する第１マルチレンズアレイ１２０に入射する。

図１に示すように、均一照明光学系４０は、ホモジナイザー光学系３５と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備えている。ホモジナイザー光学系３５は、第１マルチレンズアレイ１２０と、第２マルチレンズアレイ１３０と、から構成されている。均一照明光学系４０は、光源装置１０から射出された照明光ＬＷの照度分布を被照明領域である赤色光用の光変調装置４Ｒ、緑色光用の光変調装置４Ｇ、および青色光用の光変調装置４Ｂにおいて略均一化する。均一照明光学系４０から射出された照明光ＬＷは、色分離導光光学系２００に入射する。本実施形態の第１マルチレンズアレイ１２０は、特許請求の範囲の光学素子に相当する。

図２に示すように、第３位相差板３１と第１マルチレンズアレイ１２０との間の光路上に、反射素子３７が設けられている。反射素子３７は、入射した光の一部を反射し、他の一部を透過する、例えば反射型ＮＤフィルター等の素子で構成されている。フォトセンサー５０は、反射素子３７で反射する光の光路上に設けられている。フォトセンサー５０は、第１マルチレンズアレイ１２０上における第１光源装置１０１の照度と、第１マルチレンズアレイ１２０上における第２光源装置１０２の照度と、を検出する。フォトセンサー５０は、第１マルチレンズアレイ１２０上における光の照度分布を検出できるものであってもよいし、照度のピーク値や平均値のみを検出できるものであってもよい。

制御装置５１は、第１光源装置１０１および第２光源装置１０２を制御する。具体的には、制御装置５１は、フォトセンサー５０による第１光源装置１０１の照度検出値および第２光源装置１０２の照度検出値に基づいて、第１光源装置１０１に供給する第１駆動電流、および第２光源装置１０２に供給する第２駆動電流をそれぞれ制御することにより、第１光源装置１０１および第２光源装置１０２のそれぞれから射出される光の強度を制御する。

以下、回転拡散板３０に入射する部分光束の振る舞いについて、詳しく説明する。
図４Ａは、回転拡散板３０に入射する部分光束の光路を示す模式図である。図４Ｂは、回転拡散板３０から射出される部分光束の光路を示す模式図である。なお、図４Ａおよび図４Ｂについては、図示の都合上、光路の途中の光学部品を適宜省略する。図５は、第１マルチレンズアレイ１２０上での照度分布の一例を示す図である。

図４Ａに示すように、第１光源装置１０１から射出される第１部分光束Ｂ１と、第２光源装置１０２から射出される第２部分光束Ｂ２とは、２つの光源装置１０１，１０２に共通な一つのアフォーカル光学系２２（図２参照）を介して、互いに異なる入射角で回転拡散板３０の拡散反射板３０１に入射する。

ここで、本実施形態の照明装置２０においては、上述したように、偏光方向の違いを利用して、波長変換素子２７に入射させる光束と回転拡散板３０に入射させる光束とを分離し、波長変換素子２７から射出された光束と回転拡散板３０から射出された光束とを合成している。そのため、回転拡散板３０の入射前と射出後とで光束の偏光状態を維持する必要がある。このことから、回転拡散板３０によって、光束の偏光状態が大きく変化するような、大きい拡散角で光束を拡散させることはできない。その結果、理想的には、回転拡散板３０から射出された光束の角度分布が蛍光体層２７１から射出される蛍光ＬＹのランバート角度分布に近付くまで拡散させたいが、上記の制約から、回転拡散板３０による光束の拡散は不充分となる。

その結果、図４Ｂに示すように、回転拡散板３０から射出される第１部分光束Ｂ１と第２部分光束Ｂ２とは、混ざり合うことなく、２つの部分光束Ｂ１，Ｂ２に分離したままの状態で第１マルチレンズアレイ１２０に入射する。

このとき、図５に示すように、第１マルチレンズアレイ１２０上での照度分布は、第１部分光束Ｂ１の照度分布Ｓ１と第２部分光束Ｂ２の照度分布Ｓ２とが並んで構成され、２つの山を示す。すなわち、第１部分光束Ｂ１の照度分布Ｓ１は、ピークの位置Ｐ１の近傍で照度が高く、周辺にいくにつれて照度が低くなっている。同様に、第２部分光束Ｂ２の照度分布Ｓ２も、ピークの位置Ｐ２の近傍で照度が高く、周辺にいくにつれて照度が低くなっている。すなわち、第１マルチレンズアレイ１２０上での照度分布は、光源装置１０１による照度分布Ｓ１のピークの位置Ｐ１と光源装置１０２による照度分布Ｓ２のピークの位置Ｐ２とが互いに異なる位置にある照度分布Ｓ１，Ｓ２同士が重畳されたものとなり、回転対称な照度分布とはならない。

図５に示したように、第１マルチレンズアレイ１２０上での照度分布において、光源装置１０１，１０２毎にピーク位置Ｐ１，Ｐ２における照度の値が互いに異なる場合、投射画像の白の色ムラが発生しやすいという問題がある。すなわち、第１マルチレンズアレイ１２０上での照度分布の対称性が失われると、原理的に色ムラが発生しやすくなる。図５の左右方向については線対称性を有しているが、例えば、各光源装置１０１，１０２を構成するマルチチップパッケージの初期出力特性に個体差がある場合、マルチチップパッケージの経時劣化の度合いに個体差がある場合、各光源装置１０１，１０２から第１マルチレンズアレイ１２０までの間に存在する光学部品に非対称な歪みがある場合などには、上記の照度分布の線対称性が崩れる場合がある。このような場合、色ムラが発生する。

このような問題に対し、本実施形態の照明装置２０においては、制御装置５１が第１光源装置１０１および第２光源装置１０２を制御することで照度ムラを補正し、色ムラを抑制することができる。具体的には、例えば図５において、第１マルチレンズアレイ１２０の左側に照射される第１光源装置１０１からの第１部分光束Ｂ１の照度が、第１マルチレンズアレイ１２０の右側に照射される第２光源装置１０２からの第２部分光束Ｂ２の照度に比べて低い場合、制御装置５１は、第２光源装置１０２に供給する駆動電流値を下げることによって、第１マルチレンズアレイ１２０における第１光源装置１０１の照度と第２光源装置１０２の照度との差が小さくなるように設定する。すなわち、制御装置５１は、第１光源装置１０１から射出される光と第２光源装置１０２から射出される光とが入射する第１マルチレンズアレイ１２０における第１光源装置１０１の照度と、第１マルチレンズアレイ１２０における第２光源装置１０２の照度と、の差が小さくなるように、第１光源装置１０１と第２光源装置１０２とを制御する。このとき、第１マルチレンズアレイ１２０における第１光源装置１０１の照度分布のピーク位置における照度の値と、第２光源装置１０２の照度分布のピーク位置における照度の値と、の差が小さくなるようにすればよい。

上述したように、例えば各光源装置１０１，１０２を構成するマルチチップパッケージの初期出力特性に個体差がある場合、すなわち、第１マルチレンズアレイ１２０上での各光源装置１０１，１０２の照度の違いが初期的に発生している場合には、照明装置２０の初期段階の調整時に各光源装置１０１，１０２に供給する駆動電流値を異ならせておくことによって補正が可能となる。

また、マルチチップパッケージの経時劣化の度合いに個体差がある場合、すなわち、第１マルチレンズアレイ１２０上での各光源装置１０１，１０２の照度の違いが経時的に発生する場合には、制御装置５１は、フォトセンサー５０の照度検出値に基づいて駆動電流値を算出することができる。

以下、制御装置５１による制御の手順の一例を説明する。
図６Ａは、第１光源装置１０１の照度検出値と第２光源装置１０２の照度検出値との違いを把握する方法の一つの手順を示す図である。図６Ｂは、第１光源装置１０１の照度検出値と第２光源装置１０２の照度検出値との違いを把握する方法の他の一つの手順を示す図である。
図６Ａおよび図６Ｂの各図において、横軸は時間（無単位）であり、縦軸は、左端の図が第１光源装置１０１に供給する第１駆動電流値であり、中央の図が第２光源装置１０２に供給する第２駆動電流値であり、右端の図がフォトセンサー５０の照度検出値である。

第１ステップとして、制御装置５１は、図６Ａに示すように、第１光源装置１０１に供給する第１駆動電流値を所定の期間だけ定常値から下げる。このとき、制御装置５１は、第２光源装置１０２に供給する第２駆動電流値については定常値から変化させない。第１駆動電流値を定常値から下げた期間では、第１光源装置１０１の照度が低下することを反映して、フォトセンサー５０の照度検出値が低下する。このようにして、制御装置５１は、第１ステップにおけるフォトセンサー５０の照度検出値Ｓ１を取得する。

第２ステップとして、制御装置５１は、図６Ｂに示すように、第１ステップとは逆に、第２光源装置１０２に供給する第２駆動電流値を所定の期間だけ定常値から下げる。このとき、制御装置５１は、第１光源装置１０１に供給する第１駆動電流値については定常値から変化させない。第２駆動電流値を定常値から下げた期間では、第２光源装置１０２の照度が低下することを反映して、フォトセンサー５０の照度検出値が低下する。このようにして、制御装置５１は、第２ステップにおけるフォトセンサー５０の照度検出値Ｓ２を取得する。

第３ステップとして、制御装置５１は、各ステップにおけるフォトセンサー５０の照度検出値に基づいて、第１駆動電流と第２駆動電流とを制御する。例えば図６Ａおよび図６Ｂに示すように、第１光源装置１０１の照度低下量が第２光源装置１０２の照度低下量よりも大きい場合、第２ステップにおける照度検出値Ｓ２は、第１ステップにおける照度検出値Ｓ１よりも大きい。この場合、制御装置５１は、第１光源装置１０１の照度が第２光源装置１０２の照度よりも高いことを把握することができる。

さらに、制御装置５１は、照度検出値Ｓ１および照度検出値Ｓ２に基づいて、第１光源装置１０１の照度と第２光源装置１０２の照度との比を求め、その比の値から、第１光源装置１０１に供給する第１駆動電流値、および第２光源装置１０２に供給する第２駆動電流値を算出する。

例えば、第１光源装置１０１と第２光源装置１０２とにおいて初期出力特性に個体差がないために第１光源装置１０１と第２光源装置１０２の双方を同じ駆動電流値で駆動しており、その後、第２光源装置１０２の経時劣化の度合いが第１光源装置１０１よりも早く、第１光源装置１０１の照度が第２光源装置１０２の照度よりも高くなった場合を想定する。

この場合、第１光源装置１０１と第２光源装置１０２を例えば３．０Ａの同じ駆動電流値で駆動していると、時間の経過に伴って第１光源装置１０１の照度が第２光源装置１０２の照度よりも高くなる。ここで、制御装置５１は、第１光源装置１０１の照度と第２光源装置１０２の照度との比と、予め取得しておいた各光源装置１０１，１０２の駆動電流値と照度との相関データと、に基づいて駆動電流値を算出し、第１光源装置１０１の駆動電流値を例えば２．８Ａとし、第２光源装置１０２の駆動電流値を例えば３．０Ａとする。すなわち、経時劣化が大きい側の光源装置の照度を初期状態の照度に復帰させることは困難であるため、相対的に照度が高い第１光源装置１０１の駆動電流値を下げることにより、第１光源装置１０１の照度と第２光源装置１０２の照度とを略一致させるように制御する。

なお、本方法を用いる場合、いずれか一方の光源装置１０１，１０２の駆動電流値を所定の期間だけ定常値から下げるため、光源装置１０の全体の照度が低下し、投射画像が暗くなるおそれがある。したがって、プロジェクター１の使用者に投射画像が暗くなったことを気付かれないように、いずれか一方の駆動電流値を定常値から下げる期間は極力短く設定されることが望ましい。

本実施形態のプロジェクター１のように、光源装置１０から射出された照明光ＬＷの照度分布を均一照明光学系４０によって各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ上で均一化する構成であっても、種々の要因によって第１マルチレンズアレイ１２０上での照度分布の対称性が崩れると、色ムラが発生する場合がある。

この問題に対し、本実施形態の場合、制御装置５１が第１マルチレンズアレイ１２０上での第１光源装置１０１の照度と第２光源装置１０２の照度とを略一致させるように制御するため、第１マルチレンズアレイ１２０上での照度分布の対称性が維持されやすい。また、第１マルチレンズアレイ１２０と各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂとは互いに共役の関係にあるため、第１マルチレンズアレイ１２０上での照度分布の対称性が維持されれば、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ上での照度分布の対称性も維持される。これにより、本実施形態のプロジェクター１によれば、投射画像の色ムラを抑制することができる。

また、本実施形態のプロジェクター１によれば、初期段階での色ムラを補正できることに加えて、制御装置５１がフォトセンサー５０の照度検出値に基づいて各光源装置１０１，１０２の駆動電流値を随時調整するため、各光源装置１０１，１０２の経時劣化に伴って発生する色ムラも補正することができる。

また、本実施形態の照明装置２０によれば、第１光源装置１０１と第２光源装置１０２とが互いに並べて配置されているため、複数の光源装置からそれぞれ射出された光同士を合成するための光合成素子が不要である。また、図２に示すように、第１光源装置１０１と第２光源装置１０２とで、ヒートシンク等の放熱部材１０３を共有することができる。これにより、照明装置２０の小型化、構成の簡略化を図ることができる。

（変形例）
本実施形態のプロジェクター１は、上記の構成に代えて、以下の構成を有していてもよい。

フォトセンサーは、例えば色分離導光光学系２００を構成する反射ミラーの後方、例えば第１反射ミラー２３０の後方、第３反射ミラー２５０の後方などに設けられていてもよい。なお、反射ミラーの後方とは、反射ミラーの光が入射する面とは反対側の面に対向する空間である。反射ミラーに入射した光は反射ミラーの後方の空間にわずかに漏れるため、フォトセンサーは、反射ミラーの後方に配置されていても、照度を検出することができる。

これらの反射ミラーで反射した光は、フィールドレンズを介して光変調装置に入射する。そのため、フォトセンサーが取得する照度分布は、光変調装置上の照度分布を反映したものとなる。したがって、本変形例において、フォトセンサーは、光変調装置における第１光源装置の照度と第２光源装置の照度とを検出する。本変形例の光変調装置は、特許請求の範囲の光学素子に相当する。

上記実施形態の場合、フォトセンサー５０は、第１マルチレンズアレイ１２０における第１光源装置１０１の照度と第２光源装置１０２の照度とを検出する。そのため、仮に第１マルチレンズアレイ１２０上で各光源装置１０１，１０２の照度の差がなかったとすると、制御装置５１は、各光源装置１０１，１０２に供給する駆動電流値の制御を行わない。したがって、第１マルチレンズアレイ１２０よりも後段の光学系に起因して各光源装置１０１，１０２の照度の差が生じ、色ムラが生じている場合には、制御装置５１は色ムラを補正することができない。このことから、上記実施形態の構成は、第１マルチレンズアレイ１２０よりも後段の光学系に起因して色ムラが生じるおそれが少ない場合などに有効である。

これに対し、本変形例の場合、フォトセンサー５０が光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにおける第１光源装置１０１の照度と第２光源装置１０２の照度とを検出するため、第１マルチレンズアレイ１２０よりも後段の光学系の汚れや歪み等に起因して第１光源装置１０１の照度と第２光源装置１０２の照度との差が生じ、色ムラが生じた場合であっても、上記実施形態に比べて、色ムラを十分に抑制することができる。

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、検出装置としてフォトセンサーが用いられていたが、フォトセンサーに代えて、カメラが用いられてもよい。すなわち、他の一つの態様の照明装置は、任意の光学素子上における画像、例えばスクリーン上の投射画像をカメラで撮像することにより、第１光源装置の照度と第２光源装置の照度とを検出する構成を有している。

また、上記実施形態では、照明装置が２個の光源装置を備えた例を示したが、照明装置が備える光源装置の数は２個以上であってもよく、照明装置は、例えば互いに直交する２方向に２行２列に配列された４個の光源装置を備えていてもよい。

その他、照明装置およびプロジェクターを構成する各種構成要素の形状、大きさ、数、配置、材料等の具体的な構成については、上記の実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。

上記実施形態においては、透過型のプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過する形態であることを意味する。「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射する形態であることを意味する。なお、光変調装置は、液晶ライトバルブに限られず、例えばデジタルマイクロミラーデバイスが用いられてもよい。

上記実施形態において、３つの液晶パネルを用いたプロジェクターの例を挙げたが、本発明は、１つの液晶ライトバルブのみを用いたプロジェクター、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。

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、これに限定されない。本発明に係る照明装置は、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…プロジェクター、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置（光学素子）、１０…光源装置、１２…基板、１２ａ…（基板の）第１面、１４…発光素子、１５…枠体、１６…蓋体、１８…透光性部材、２０…照明装置、２５…偏光分離素子、２７…波長変換素子、３０…回転拡散板、５０…フォトセンサー（検出装置）、５１…制御装置、１０１…第１光源装置、１０２…第２光源装置、１２０…第１マルチレンズアレイ（光学素子）、６００…投射光学装置、ＢＫｐ…光束（第１の偏光）、ＢＫｓ…光束（第２の偏光）、Ｓ…収容空間。

Claims (6)

1. 第１光源装置と、
   第２光源装置と、
   前記第１光源装置と前記第２光源装置とを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記第１光源装置および前記第２光源装置のそれぞれは、
   第１面を有する基板と、
   前記基板の前記第１面側に設けられた複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子を囲んで設けられ、前記基板の前記第１面側に設けられた枠体と、
   前記複数の発光素子から射出された光を透過させる透光性部材を有し、前記基板の前記第１面に対向して設けられ、前記枠体の前記基板とは反対側に接合された蓋体と、を備え、
   前記複数の発光素子は、前記基板と前記枠体と前記蓋体とにより形成された収容空間に収容され、
   前記第１光源装置および前記第２光源装置は、前記第１光源装置から射出される光および前記第２光源装置から射出される光に交差する平面に、前記第１光源装置の前記基板の前記第１面および前記第２光源装置の前記基板の前記第１面が沿うように設けられ、
   前記制御装置は、前記第１光源装置から射出される光と前記第２光源装置から射出される光とが入射する光学素子における前記第１光源装置の照度と、前記光学素子における前記第２光源装置の照度と、の差が小さくなるように、前記第１光源装置と前記第２光源装置とを制御する、照明装置。
2. 第１の偏光を透過させるとともに、第２の偏光を反射させる偏光分離素子を備え、
   前記偏光分離素子は、前記光源装置と前記光学素子との間の光路上に配置された、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記偏光分離素子を透過した前記第１の偏光、または前記偏光分離素子で反射した前記第２の偏光のいずれか一方が入射する波長変換素子と、
   前記偏光分離素子を透過した前記第１の偏光、または前記偏光分離素子で反射した前記第２の偏光のいずれか他方が入射する拡散素子と、
   をさらに備えた、請求項２に記載の照明装置。
4. 前記光学素子における前記第１光源装置の照度と、前記光学素子における前記第２光源装置の照度と、を検出する検出装置をさらに備えた、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記制御装置は、前記第１光源装置を駆動する第１駆動電流を所定の値から変化させたときの前記検出装置の照度検出値と、前記第２光源装置を駆動する第２駆動電流を前記所定の値から変化させたときの前記検出装置の照度検出値と、に基づいて、前記第１駆動電流と前記第２駆動電流とを制御する、請求項４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装置と、
   を備えた、プロジェクター。