JP2014041331A - 照明光形成装置、照明光源装置および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の固体光源が設けられた光源ユニットを効率よく冷却して、安定した照明光を得ることが出来る照明光形成装置、照明光源装置および画像表示装置を提供すること。
【解決手段】合成手段（光合成板１６）は複数の光線群（ＢＬ１，ＢＬ２，）の２つの一方を反射可能に同一平面上に連続して形成された反射部（１６ｂ）および２つの光線群（ＢＬ１，ＢＬ２の他方を透過可能に設けられた透過部（反射部１６ｂの外側）を備え、２つの光線群（ＢＬ１，ＢＬ２）を反射部（１６ｂ）を含む平面上で見たときに、一方の光線群（ＢＬ１）の内側に他方の光線群（ＢＬ２）が配置されるように、２つの光源ユニット（１４，１５）の複数の固体光源（２１，２７）および合成手段（光合成板１６）が配置されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の固体光源を用いた照明光形成装置、照明光源装置および画像表示装置に関するものである。

従来から赤、青、緑のレーザ光源を照明光として、マイクロディスプレイへの照明光とするカラー照明技術が知られている。

このカラー照明技術では、カラーの表現範囲が広くなると共に、ランプ光源より光源の発光サイズが小さいので、ランプ光源より照明効率も高く、消費電力に比べて比較的明るい照明ができる。このため、レーザ光源を用いたカラー照明技術は、マイクロディスプレイへの照明効率が高く、プロジェクタの照明光源として使われている。

このようなカラー照明技術では、複数のレーザー光源を基板上に2次元配列して、複数のレーザー光源から発する光線を束ねる方式が一般的であった。また、このようなカラー照明技術では、安定した光量を得るために、固体光源を効率的に所望の温度に冷却する必要があった。

この冷却には、通常、熱伝導率が比較的高い金属製のフォルダーに複数の固体光源が設けられた基板を取り付けると共に、このホルダーに表面積が一定以上確保されているヒートシンクなどを結合させて、固体光源による熱をヒートシンクで吸収放熱することで、固体光源の安定した発光ができるようにしているのが一般的である。しかも、場合によっては冷却用のファンにより、ヒートシンクに風を当てて効率よく冷却している。

しかしながら、数十個の固体光源が2次元的に配列されている場合（例えば９個の固体光源を配列する場合など、３列×３行のマトリックス配列されている場合）、基板の周縁部に配列された固体光源と、基板の中央部側に配列された固体光源とでは冷却効果が異なってしまう。

特に、中央の固体光源は、周縁部の固体光源の熱影響をうけるので、冷却が不十分となり安定した発光や、寿命の観点で、問題点があった。また、冷却効率を十分によくするには、配列した領域より十分に大きなヒートシンクを設けることで対応はできるが、小型化ができないものであった。

また、固体光源の配列数を増やすようしたものとしては、特許文献１に開示されたようなものがある。この特許文献１には、複数の第1のレーザビームを出射させる第1の固体光源群（半導体レーザー群１）と、複数の第2のレーザビームを出射させる第２の固体光源群（半導体レーザー群２）と、前記第1のレーザビームを透過させると共に前記第2のレーザビームを反射させ且つ透過する第1のレーザビームと反射する第２のレーザビームを合成させる合成手段とを有する画像記録装置が開示されている。

この画像記録装置の合成手段は、第1のレーザビームを一面側から他面側に透過させる光透過部材と、光透過部材の他面に形成された小面積の複数の光反射ミラ−（反射コーティングからなるレーザビームの反射領域）を有している。

そして、この画像記録装置では、第１の固体光源群である第１の複数の半導体レーザ素子（半導体LED)を第１の基板に設けることにより第１の光源ユニットを形成し、第２の固体光源群である第２の複数の半導体レーザ素子（半導体LED)を第２の基板に設けることにより第２の光源ユニットを形成できる。

しかし、透過光として用いる第1の固体光源群と反射光として用いる第２の固体光源群それぞれは光源が二次元配列されているので、第1，第2の固体光源群としてより高出力の固体光源を用いた際には、各光源ユニットの周辺部の固体光源と周辺部に囲まれた内部の固体光源の冷却度合いが異なり、安定した出力が得られないといった問題は解消できない。

そこで、この発明は、複数の固体光源が設けられた光源ユニットを効率よく冷却して、安定した照明光を得ることが出来る照明光形成装置、照明光源装置および画像表示装置を提供することを目的とするものである。

この目的を達成するため、この発明は、環状の光線群を出射する第１の光源ユニットと、光線群である場合を含む光線を出射する第２の光源ユニットと、第１の光源ユニットが出射する光線群と第２の光源ユニットが出射する光線を合成するための合成手段とが設けられた照明光形成装置であって、前記合成手段は前記光線群の一方を反射可能に形成された反射部および前記光線群の他方を通過可能に設けられた通過部を備えており、前記２つの光線群を前記反射部を含む平面上で見たときに、前記第１の光源ユニットが出射した光線群の内側に前記第２の光源ユニットが出射した光線が配置されることを特徴とする。

また、この照明光形成装置は、照明光源装置および画像表示装置に用いることができる。

この構成によれば、複数の固体光源が設けられた光源ユニットを効率よく冷却して、安定した照明光を得ることが出来る。

本発明に係る照明光形成装置の一実施例を示した説明図である。 図１の第１の光源ユニットの説明図である。 図１の第１の光源ユニットのコリメータレンズの説明図である。 図１の第２の光源ユニットの説明図である。 図１の第２の光源ユニットのコリメータレンズの説明図である。 図１の照明光形成装置を備える照明光源装置が用いられたプロジェクター（画像形成装置）の説明図である。 図４に示した照明光源装置の蛍光体ホイールの説明図である。 図１の照明光形成装置を備える照明光源装置が用いられたプロジェクター（画像形成装置）の変形例の説明図である。 図６に示した照明光源装置の蛍光体ホイールの説明図である。 図１の照明光形成装置の他の例を示す説明図である。 照明光形成装置の他の例を示す説明図である。 照明光形成装置の他の例を示す説明図である。 第１の光源ユニットの他の例を示す説明図である。 第２の光源ユニットの他の例を示す説明図である。 照明光形成装置の他の例を示す説明図である。 照明光形成装置の他の例を示す説明図である。 照明光形成装置の他の例を示す説明図である。 照明光形成装置の他の例を示す説明図である。 光源ユニットの他の例を示す説明図である。 光源ユニットの他の例を示す説明図である。 マトリクス状に配列された複数の固体光源から発する熱分布を模式的に示した説明図である。 環状に配列された複数の固体光源から発する熱分布を模式的に示した説明図である。 照明光源装置の他の例を示す説明図である。 照明光源装置の他の例を示す説明図である。 図９に示した照明光源装置の変形例を示す説明図である。

以下、本発明に係る照明光形成装置、この照明光形成装置を備える照明光源装置およびこの照明光源装置を備える画像形成装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施例１）
[構成]
＜全体概略構成＞
図１は本発明に係る照明光形成装置の一実施例を示した説明図、図２は図１の第１の光源ユニットの説明図、図２Ａは図１の第１の光源ユニットに用いるコリメータレンズの説明図、図３は図１の第２の光源ユニットの説明図、図３Ａは図１の第２の光源ユニットに用いるコリメータレンズの説明図、図４は図１の照明光形成装置を備える照明光源装置が用いられたプロジェクター（画像形成装置）の説明図、図５は図４に示した照明装置の蛍光体ホイールの説明図である。
＜画像形成装置＞
図４の画像形成装置であるプロジェクターすなわちプロジェクターシステムは、照明光源装置１と、この照明光源装置１から生成される照明光を案内する照明光案内光学系２と、照明光案内光学系２により案内される照明光で照明されることにより画像用光束を出射する画像形成素子（画像形成部）３と、画像形成素子３から出射する画像用光束を図示しないスクリーン等の投影面に投影する投影レンズ（画像投射手段である画像投影部）４を備えている。
(照明光源装置１)
照明光源装置１は、照明光束Ｌａを形成して出射する照明光形成装置５と、照明光形成装置５から出射される照明光束が透過するダイクロイックミラー６と、ダイクロイックミラー６を透過する照明光束Ｌａを収束させるレンズ（光学素子）７と、レンズ７の収束点（収束部）に配設された波長変換部材としての蛍光体ホイール８を備えている。この照明光束Ｌａは、蛍光体ホイール８に入射した後に蛍光体ホイール８から射出され、レンズ（集光素子）７を介してダイクロイックミラー６に導かれた後、ダイクロイックミラー６で反射される照明光束Ｌｂとなる。

ダイクロイックミラー６は、青色のレーザー光を透過及び反射し、緑色及び赤色の光を反射する。尚、ダイクロイックミラー６は、ハーフミラーに変えても良い。

この蛍光体ホイール８は、図５に示すように円盤状の基板８ａと、この基板８ａ上に設けられた波長変換部８ｂと、蛍光体が設けられていない光反射部８ｃを有する。この波長変換部８ｂには１種類以上の波長変換材料が波長変換部材として用いられ、この波長変換材料には蛍光体が用いられている。

蛍光体としては、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）系の緑や、黄緑色の発色を持つ蛍光体や、サイアロン系の緑、赤蛍光体などが好適である。

本実施例において波長変換部８ｂは、緑蛍光体（波長変換部材）Ｇの緑波長変換部（緑波長変換領域）８ｂＧと、赤蛍光体（波長変換部材）Ｒの赤波長変換部（赤波長変換領域）８ｂＲを有する。この緑波長変換部８ｂＧは緑蛍光体Ｇの裏面に反射層（図示せず）を設けたものであり、赤波長変換部８ｂＲは赤蛍光体Ｒの裏面に反射層（図示せず）を設けたものである。また、緑波長変換部８ｂＧの蛍光体としては青色のレーザー光を励起光として緑色の蛍光を発する緑蛍光体が用いられ、赤波長変換部８ｂＲの蛍光体としては青色のレーザー光を励起光として赤色の蛍光体を発する赤蛍光体が用いられている。更に、光反射部８ｃは青色のレーザー光を反射するようになっている。

そして、基板８ａの回転軸８ａ１の回転中心をＯとすると、緑波長変換部８ｂＧと赤波長変換部８ｂＲ及び光反射部８ｃは回転中心Ｏを中心として周方向に１２０°の間隔でセクター状（扇形）に形成されている。

この基板８ａの回転軸８ａ１はパルスモータＰＭ（駆動装置である駆動モータ）により回転駆動されるようになっていて、パルスモータＰＭにより基板８ａを回転させることにより、基板８ａの緑波長変換部８ｂＧ，赤波長変換部８ｂＲ及び光反射部８ｃの３つの領域が照明光の収束する収束部に対して配置されるように切り換えられる。このように蛍光体ホイール８は、3つの領域で構成されていて、回転することで、時間順次でカラーの３原色である緑色、赤色、青色が出射する。
(照明光案内光学系２)
この照明光案内光学系２は、ダイクロイックミラー６で反射される照明光束Ｌｂを収束させるレンズ（光学素子である集光素子）９と、レンズ９からの光束が入射するライトトンネル１０と、ライトトンネル１０から出射する光束を案内するリレーレンズ（光学素子である集光素子）１１，１２と、リレーレンズ１１，１２により案内される光束を画像形成素子３に向けて照射するミラー（光学素子）１３を有する。この構成により照明光案内光学系２は、蛍光体ホイール８からのカラー3原色の照明光を画像形成素子３へ効率よく均一に導くようになっている。

また、照明光案内光学系２を介して画像形成素子３に入射する蛍光体ホイール８からの照明光の色は、蛍光体ホイール８の単位時間当たりの回転数を制御することで、順次時間で変化させられる。一方、画像形成素子３は、入射する照明光の色の変化のタイミングに合わせて、その色の画像を投影レンズ４を介してスクリーン等の表示面に表示させるために、その色の画像情報に対応する画素からの光のみが投影レンズ４に入射するように画素を動作制御して、その色の画像情報に対応する画素からの光を投影レンズ４に導くようになっている。

この投影レンズ４は、画像形成素子３から色ごとに入射する画像を拡大投射する。そして、画像形成素子３は、高速に色ごとの画像光束を順次切り替えて、投影レンズ４によりスクリーン等の表示面に拡大投射することにより、表示面にフルカラーの画像の表示を可能としている。
＜画像形成素子３＞
この実施例では、画像形成素子３にＤＭＤ（Digital micromirror device）すなわちデジタル・マイクロミラー・デバイスが用いられている。このＤＭＤは、画素として用いるマイクロミラーが二次元的に多数配列された構成を有していて、画素としてのマイクロミラーを画像データの画素に応じて静電制御により傾斜制御させることにより、投影レンズに向かう画像光束を形成するようになっている。この技術は周知であるので、その詳細な説明は省略する。

尚、本実施例では、画像生成部としての画像形成素子３に2次元マトリックス状に画素を配列したミラーアレイデバイスすなわちＤＭＤを用いているが、必ずしもミラーアレイデバイス（ＤＭＤ）に限らない。例えば、反射型の液晶パネル、透過型の液晶パネルでもかまわない。この透過型の液晶パネルとした場合、透過型の液晶パネルに適した照明光の入射と投射レンズの配置にすればよい。また、照明光の偏光をそろえる偏光変換部材を加えることで効率の高い照明ができることは云うまでもない。
＜照明光形成装置５＞
また、照明光形成装置５は、図１に示したように、第１の光源ユニット１４および第２の光源ユニット１５と、第１の光源ユニット１４からの第１の光線群ＢＬ１と第２の光源ユニット１５からの第２の光線群ＢＬ２を合成する光合成板（光線合成部材）１６と、光合成板１６により合成された光束を取り出す折り返しミラー１７と、折り返しミラー１７で取り出された光束を平行光束にして射出するレンズ（集光素子）１８を有する。

このように第１光源ユニット１４と第２の光源ユニット１５を対抗に配置した場合は、合成された光束の第２の光線群ＢＬ２が第２の光源ユニット１５に対して戻る方向となるので、合成部材と光源ユニットの間に折り返しミラー１７を反射部材として配置して、対向方向に対して横方向（図２では下側）に取り出すようにした。

第１の光源ユニット１４と第２の光源ユニット１５は、第１，第２の光線群ＢＬ１，ＢＬ２が互いに向けて出射するように間隔をおいて互いに対向させられている。
（第１の光源ユニット１４）
この第１の光源ユニット１４は、図１，図２（ｂ）に示したように、ヒートシンク１９と、ヒートシンク１９の平坦な取付面１９ａに取り付けられた光源ホルダー２０と、図２（ａ）のように離散的に環状に配置され且つ光源ホルダー２０に保持された多数（複数）の固体光源２１と、光源ホルダー２０に取り付けられたレンズホルダー２２と、各固体光源２１に対応してそれぞれ設けられ且つレンズホルダー２２に保持された複数のコリメータレンズ２３と、複数のコリメータレンズ２３から出射する光線を焦点距離Ｆ１の位置の集光部Ｐ１に収束させる集光素子としての集光レンズ２４を有する。

本実施例では、複数の固体光源２１には図２に示したように例えば半導体レーザ光源等の光源Ｌｄ１１、光源Ｌｄ１２、〜光源Ｌｄ１８が用いられていて、光源Ｌｄ１１、光源Ｌｄ１２、〜光源Ｌｄ１８は離散的に環状に配置されている。しかも、光源Ｌｄ１１、光源Ｌｄ１２、〜光源Ｌｄ１８の中心は、集光レンズ２４の光軸Ｏ１を中心とする半径ｒ１上に一致させられている。また、本実施例では、光源Ｌｄ１１、光源Ｌｄ１２、〜光源Ｌｄ１８には、青色のレーザー光を発光するものが用いられている。

また、本実施例では複数のコリメータレンズ２３には図２Ａに示したように環状に配列されたＣＬ１１，ＣＬ１２，〜ＣＬ１８が用いられ、ＣＬ１１，ＣＬ１２，〜ＣＬ１８は光源Ｌｄ１１、光源Ｌｄ１２、〜光源Ｌｄ１８にそれぞれ対応して光出射側に配設される。

尚、図２では、固体光源２１からの光線は集光レンズ２４の焦点距離Ｆ１の位置で一点に集光しているが、当然ながら、固体光源２１のコリメータレンズ２３との位置関係は、個々のばらつきが発生して、それらを考慮した有限の大きさのスポットサイズとなって光線が集まる。
（第２の光源ユニット１５）
この第２の光源ユニット１５は、図１，図３（ａ）に示したようにヒートシンク２５と、ヒートシンク２５の平坦な取付面２５ｂに取り付けられた光源ホルダー２６と、離散的に環状に配置され且つ光源ホルダー２６に保持された多数（複数）の固体光源２７と、光源ホルダー２６に取り付けられたレンズホルダー２８と、各固体光源２７に対応してそれぞれ設けられ且つレンズホルダー２８に保持された複数のコリメータレンズ２９と、複数のコリメータレンズ２９から出射する光線を焦点距離Ｆ２の位置の集光部Ｐ２に収束させる集光素子としての集光レンズ３０を有する。

本実施例では、複数の固体光源２７には図３（ａ）に示したように例えば半導体レーザ光源等の光源Ｌｄ２１、光源Ｌｄ２２、〜光源Ｌｄ２８が用いられていて、光源Ｌｄ２１、光源Ｌｄ２２、〜光源Ｌｄ２８は環状に離散的に配置されている。しかも、光源Ｌｄ２１、光源Ｌｄ２２、〜光源Ｌｄ２８の中心は、集光レンズ３０の光軸Ｏ２を中心とする半径ｒ２上に一致させられている。また、本実施例では、光源Ｌｄ２１、光源Ｌｄ２２、〜光源Ｌｄ２８にも、青色のレーザー光を発行するものが用いられている。

また、本実施例では複数のコリメータレンズ２９には図３Ａに示したように環状に配列されたＣＬ２１，ＣＬ２２，〜ＣＬ２８が用いられ、ＣＬ２１，ＣＬ２２，〜ＣＬ２８は光源Ｌｄ２１、光源Ｌｄ２２、〜光源Ｌｄ２８にそれぞれ対応して光出射側に配設される。

尚、図３では、固体光源２１からの光線は集光レンズ２４の焦点距離Ｆ１の位置で一点に集光しているが、当然ながら、固体光源２１のコリメータレンズ２３との位置関係は、個々のばらつきが発生して、それらを考慮した有限の大きさのスポットサイズとなって光線が集まる。

上述した第１の光源ユニット１４における集光レンズ２４の焦点距離Ｆ１と第２の光源ユニット１５における集光レンズ３０の焦点距離Ｆ２とは異なるように設定されている。本実施例では、焦点距離Ｆ１は焦点距離Ｆ２より小さい値に設定している。
（光合成板１６）
この光合成手段（光合成装置）としての光合成板（光線合成部材）１６は、透明板１６ａの中央部に円形の反射部（光反射部）１６ｂ、透明板１６ｂの周縁部側に透過部（光透過部）１６ｃを設けた構成となっている。

そして、図１に示したように、第１の光源ユニット１４の複数の固体光源２1から出射する光線が反射部１６ｂの周囲の透明板１６ａを透過して一箇所の集光部３１に収束すると共に、第２の光源ユニット１５の複数の固体光源２７から出射する光線が反射部１６ｂで反射して一箇所の集光部３１に収束するように、第１の光源ユニット１４の焦点距離Ｆ１の位置と第２の光源ユニット１５の焦点距離Ｆ１の位置が一致するように、第１の光源ユニット１４と第２の光源ユニット１５が光合成板１６に対して配置されている。

ここで、第１の光源ユニット１４の複数の固体光源２１の内最も離れたもの同士（図１，図２では例えば光源Ｌｄ１１とＬｄ１５）から焦点距離Ｆ１の位置の集光部Ｐ１に収束する第１の光線群ＢＬ１の角度をＡ１とし、第２の光源ユニット１５の複数の固体光源２７の内最も離れたもの同士（図１，図３では例えば光源Ｌｄ２１とＬｄ２５）から焦点距離Ｆ２の位置の集光部Ｐ２に収束する第２の光線群ＢＬ２の角度をＡ２とする。しかも、第１の光源ユニット１４の集光レンズ２４の焦点距離Ｆ１は第２の光源ユニット１５の集光レンズ３０焦点距離Ｆ２より小さい値に設定しているので、第１の光源ユニット１４の第１の光線群ＢＬ１の角度Ａ１は第２の光源ユニット１５の第２の光線群ＢＬ２の角度Ａ２より大きな角度となる。

従って、第２の光源ユニット１５の複数の固体光源２７から出射して光合成板１６の反射部１６ｂで反射した光線の第２の光線群ＢＬ２は、第１の光源ユニット１４の複数の固体光源２１のから出射して光合成板１６を透過する光線の第１の光線群ＢＬ１の内側に配置されている。
[作用]
次に、このような構成の照明光源装置１，照明光源装置１の照明光形成装置５，および画像形成装置の作用を説明する。

第１の光源ユニット１４の複数の各固体光源２１から出射するスポット状の青色のレーザー光線は、第１の光線群ＢＬ１を形成すると共に、対応する各コリメータレンズ２３を介して平行光束として集光レンズ２４に入射し、この集光レンズ２４により屈折させられて光合成板１６を透過して焦点距離Ｆ１の集光部Ｐ１に集光される。

一方、第２の光源ユニット１５の複数の各固体光源２７から出射するスポット状の青色のレーザー光線は、第２の光線群ＢＬ２を形成すると共に、対応する各コリメータレンズ２９を介して平行光束として集光レンズ３０に入射し、この集光レンズ３０により屈折させられて光合成板１６の反射部１６ｂで反射させられ焦点距離Ｆ２の集光部Ｐ２（集光部Ｐ１と一致）に集光される。

この際、第２の光源ユニット１５の第２の光線群ＢＬ２は反射部１６ｂで反射した後に第１の光源ユニット１４の複数の固体光源２１から出射する複数の光線よりなる第１の光線群ＢＬ１の内側に位置している。そして、第１の光線群ＢＬ１および第２の光線群ＢＬ２は、集光部Ｐ１（集光部Ｐ２と一致）に配設された折り返しミラー１７で反射させられてレンズ１８側に入射し、レンズ１８により平行光束の照明光束Ｌａにされて照明光形成装置５から出射する。

この照明光束Ｌａは、ダイクロイックミラー６を透過した後にレンズ７で集光されて、波長変換部材としての蛍光体ホイール８に集光する。この際、蛍光体ホイール８が回転させられて、蛍光体ホイール８の緑波長変換部（緑波長変換領域）８ｂＧに青色のレーザー光線が入射すると、緑波長変換部８ｂＧが励起されて、緑波長変換部８ｂＧから緑色の照明光束が出射される。また、蛍光体ホイール８が回転させられて、蛍光体ホイール８の赤波長変換部（緑波長変換領域）８ｂＲに青色のレーザー光線が入射すると、赤波長変換部８ｂＲが励起されて、赤波長変換部８ｂＲから赤色の照明光束が出射される。更に、蛍光体ホイール８が回転させられて、蛍光体ホイール８の光反射部８ｃに青色のレーザー光線が入射すると、青色のレーザー光線は光反射部８ｃで反射されて、蛍光体ホイール８から青色の照明光束が出射される。

この蛍光体ホイール８は高速で回転制御されて、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の照明光束を一定時間毎に切り換えられて出射する。この切り換えて出射される照明光束はレンズ、１８により平行光束にされてダイクロイックミラー６で反射させたられ照明光束Ｌｂとなる。

この照明光束Ｌｂは、照明光案内光学系２により案内されて画像形成素子３に入射する。この画像形成素子３は、入射する照明光の色の変化のタイミングに合わせて、その色の画像を投影レンズ４を介してスクリーン等の表示面に表示させるために、その色の画像情報に対応する画素からの光のみが投影レンズ４に入射するように画素であるマイクロミラーの傾斜制御して、その色の画像情報に対応する画素からの光のみが投影レンズ４に導かれる。

即ち、画像形成素子３は、Ｒ（赤色）の照明光束が入射するときＲ（赤色）の画像情報に対応する画素（マイクロミラー）からの光のみが投影レンズ４に導かれ、Ｇ（緑色）の照明光束が入射するときＧ（緑色）の画像情報に対応する画素（マイクロミラー）からの光のみが投影レンズ４に導かれ、Ｂ（青色）の照明光束が入射するときときＢ（青色）の画像情報に対応する画素（マイクロミラー）からの光のみが投影レンズ４に導かれるように、多数のマトリックス状の画素（マイクロミラー）を傾斜制御する。この画像形成素子３に入射するＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の照明光束は、高速で一定時間毎に切り換えられる。

そして、画像形成素子３から投影レンズ４に導かれた色ごとに入射する画像は、投影レンズ４によりスクリーン等の表示画面に拡大投射されて、表示画面にカラー画像を形成する。

なお、合成手段である光合成板１６は、周辺に環状の反射部を設けてもよいし、取り出しのための折り返しミラー１７は集光部３１の近傍でなくてもよい。集光素子であるレンズ１８で平行光束としたが、必ずしも集光させなくてもよい。また、同一方向に取り出すことが本発明の主旨の一つであるので、その後の光学系によって適宜選択すればよい。
（変形例）図６，図７
上述した実施例では、蛍光体ホイール８を反射タイプのもので説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図６に示したように、照明光形成装置５から出射する照明光束をミラー３３と、集光レンズ３４により透過型の蛍光体ホイール８'に入射するようにしても良い。

この蛍光体ホイール８'は、図７に示すように円盤状の透明な基板８ａ'と、この基板８ａ上に設けられた波長変換部８ｂ’と、蛍光体が設けられていない光透過部８ｃ'を有する。この波長変換部８ｂ'には１種類以上の波長変換材料が波長変換部材として用いられ、この波長変換材料には蛍光体が用いられている。本実施例において波長変換部８ｂ’は、緑蛍光体（波長変換部材）Ｇの緑波長変換部（緑波長変換領域）８ｂＧ'と、赤蛍光体（波長変換部材）Ｒの赤波長変換部（赤波長変換領域）８ｂＲ'を有する。この緑波長変換部８ｂＧ'および赤波長変換部８ｂＲ'には、上述した実施例の緑波長変換部８ｂＧおよび赤波長変換部８ｂＲと同じ蛍光体がそれぞれ用いられている。

この変形例では、蛍光体ホイール８'で生成されて出射するＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の照明光束が照明光案内光学系２に入射する。８ａ１'は蛍光体ホイール８'の回転軸である。
（実施例２）図８
図８は、第１実施例の照明光形成装置５の折り返しミラー１７およびレンズ１８を省略すると共に、合成した照明光束を第２の光源ユニット１５のヒートシンク２５側から出射させるようにした例を示したものである。

この実施例の照明光形成装置５では、ヒートシンク２５、光源ホルダー２６およびレンズホルダー２８の中央にそれぞれ穴あき部２５ａ，２６ａ，２８ａが形成されている。しかも、光合成板（光合成手段）１６と集光レンズ３０との間に第２光線群ＢＬ２の内側に位置する集光レンズ（集光素子）３５が配設されている。そして、光合成板（光合成手段）１６で合成されて集光部３１に集光された第１の光線群ＢＬ１と第２光線群ＢＬ２は、集光レンズ（集光素子）３５で屈折させられて、集光レンズ３０により平行光束にされた後、穴あき部２８ａ，２６ａ，２５ａを通過して、ヒートシンク２５側から出射する。

この実施例の照明光形成装置５も、図４，図６の照明光形成装置５に置き換えることで、プロジェクター（画像形成装置）を構成できる。
（実施例３）図９
上述した実施例では、照明光形成装置５の第１の光源ユニット１４と第２の光源ユニット１５を対向配置した例を示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図９に示したように、第１の光源ユニット１４と第２の光源ユニット１５をそれぞれの照明光の出射方向が互いに90度となるように、配置した構成としても良い。この第１の光源ユニット１４の第１の光線群ＢＬ１と第２の光源ユニット１５第２の光線群ＢＬ２は集光部３１に集光するように配置する。

また、光合成部材（光束合成手段）としては環状ミラー３７を光合成装置として用い、環状ミラー３７の反射面（光反射部）３７ａで第１の光源ユニット１４からの第１の光線群ＢＬ１を反射させ、環状ミラー３７を２の第２の光源ユニット１５からの第２の光線群ＢＬ２が内側の光透過穴（光透過部）３７ｂを透過するように配置する。この際、環状ミラー３７の中心を第１の光源ユニット１４の光軸Ｏ１および第２の光源ユニット１５の光軸Ｏ２に一致させると共に、且つ、光軸Ｏ１，Ｏ２に対してそれぞれ４５°傾斜させる。

この実施例では、第１の光源ユニット１４の第１の光線群ＢＬ１の角度Α１は環状ミラー３７の径に左右される最小の角度なので、環状ミラー３７から外れる小さな角度で第１の光源ユニット１４から発する光線はない。換言すれば、環状ミラー３７の径及び幅は第１の光源ユニット１４から発するスポット状の光線が半径方向に外れない条件の寸法に設定されている。また、第２の光源ユニット１５の第２の光線群ＢＬ２の角度Α２は環状ミラー３７の内径に左右されて最大の角度になるように設定されているので、第２の光源ユニット１５の第２のＢＬ２には角度Ａ２より大きな角度で環状ミラー３７に当たるようになる光線はない。

そして、第１光線群ＢＬ１と第２光線群ＢＬ２を反射部である環状ミラー３７を含む平面上で見たときに、第１光線群ＢＬ１の内側に他方の第２の光線群ＢＬ２が導かれるように第１，第２の光源ユニット１４，１５が配置されている。

この図９に示した照明光形成装置５も、図４，図６の照明光形成装置５に置き換えることで、プロジェクター（画像形成装置）を構成できる。
（実施例４）図１０
図１０は、この発明に係る照明光形成装置５の実施例を示したものである。この実施例は、図１０に示したように、実施例３において、第２の光源ユニット１５のレンズ１８と環状ミラー３７との間に負の集光レンズ３８を配設して、第２の光源ユニット１５からの第２の光線群ＢＬ２の外径が実施例３における第２の光線群ＢＬ２の外径より小さくなるようにすることで、第１，第２の光源ユニット１４，１５を実施例３よりも近接配置できるようにしたものである。この実施例によれば、第１，第２の光源ユニット１４，１５を備える照明光形成装置５の小型化が図れる。

この図１０に示した照明光形成装置５も、図４，図６の照明光形成装置５に置き換えることで、プロジェクター（画像形成装置）を構成できる。
（実施例５）図１１，図１２
上述した実施例では、照明光形成装置５における第１の光源ユニット１４の複数の固体光源２１および第２の光源ユニット１５の複数の固体光源２７を半径ｒの円上に等ピッチの間隔で円形に配置することにより、環状に配列した例を示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。

例えば、図１１（ａ）に示したように第１の光源ユニット１４の複数の固体光源２１を正方形状に等ピッチの間隔で配置することにより、複数の固体光源２１を環状に配列する。一方、図１２に示したように第２の光源ユニット１５の複数の固体光源２７を正方形状に等ピッチの間隔で配置することにより、複数の固体光源２７を環状に配列する。

この実施例では、複数の固体光源２１の光源Ｌｄ１１、Ｌｄ１３，Ｌｄ１５，Ｌｄ１７は光軸Ｏ１の半径ｒ１上に位置し、複数の固体光源２１のコーナ部（角部）に位置する光源Ｌｄ１２、Ｌｄ１４，Ｌｄ１６，Ｌｄ１８は半径ｒ１の外側に位置している。

また、複数の固体光源２７のコーナ部（角部）光源Ｌｄ２２、Ｌｄ２４，Ｌｄ２６，Ｌｄ２８は光軸Ｏ２の半径ｒ２上に位置し、複数の固体光源２７の他の光源Ｌｄ２１、Ｌｄ２３，Ｌｄ２５，Ｌｄ２７は半径ｒ２の内側に位置している。

なお、第１の光源ユニット１４において、図１１（ａ）の断面１上に配置された光源Ｌｄ１１，Ｌｄ１５の光線は図１１（ｂ）のように角度Ａで集光部Ｐ１に集光する。しかし、図１１（ａ）の断面２上に配置された光源Ｌｄ１２，Ｌｄ１６の間隔は、図１１（ａ）の断面１上に配置された光源Ｌｄ１１，Ｌｄ１５の間隔よりも大きい。このため、図１１（ａ）の断面１上に配置された光源Ｌｄ１２，Ｌｄ１６の光線は、図１１（ｂ）の二点鎖線（破線）の光線のように角度Ａ１より大きな角度Ａ１＋で集光部Ｐ１に集光する。

また、図１２（ａ）の断面４上に配置されたＬｄ２２，Ｌｄ２６の光線は、図１２（ｂ）のように角度Ａ２で集光部Ｐ２に集光する。しかし、図１２（ａ）の断面３上に配置されたＬｄ２１，Ｌｄ２５の間隔は断面４上に配置されたＬｄ２２，Ｌｄ２６の間隔よりも小さい。このため、第２の光源ユニット１５において、断面３上に配置されたＬｄ２２，Ｌｄ２６の光線は、破線の光線のように、角度Ａ２より小さな角度Ａ２−で集光部Ｐ２に集光する。

この第１，第２の光源ユニット１４，１５を、図９，図１０の実施例に適用する場合、合成手段である環状ミラー３７を円形ではなく正方形状に形成する。この正方形状の環状ミラー３７で角度Ａ１〜Ａ１＋の角度で集光（収束）する光線を反射し、角度Ａ２〜Ａ２−で集光（収束）する光線を正方形状の環状ミラー３７の内側を透過する構造とする。

つまり、合成手段であるの環状ミラー３７を含む平面上で見たときに、前記一方の第１の光源ユニット１４から出射する第１の光線群ＢＬ１の内側に、他方の第２の光源ユニット１５から出射する第２の光線群ＢＬ２が配置されているようにしている。

なお、角度Ａ２−は、最小は０度、すなわち、必ずしも円環配列でなくとも、出力が小さいなど、また十分に冷却することができれば、集光レンズ（集光素子）３０の光軸上に配置してもよい。

この実施例に示した第１，第２の光源ユニット１４，１５を有する照明光形成装置も、図４，図６の照明光形成装置５に置き換えることで、プロジェクター（画像形成装置）を構成できる。
（実施例６）図１３
図１〜図５の実施例１では、照明光形成装置５の第１の光源ユニット１４と第２の光源ユニット１５を対向は位置したが、必ずしもこの配置に限定されるものではない。例えば、図１３に示したように、第１の光源ユニット１４の第１の光線群ＢＬ１と第２の光源ユニット１５の第２の光線群ＢＬ２が同一方向に出射するように、第１の光源ユニット１４と第２の光源ユニット１５を一つのヒートシンク３９上に並設配置してもよい。この実施例では、実施例１の第１の光源ユニット１４のコリメータレンズ２３と第２の光源ユニット１５のコリメータレンズ２９を省略している。

また、第１の光源ユニット１４の第１の光線群ＢＬ１は光合成部材（光合成手段）である環状ミラー３７で９０°折り曲げられ、第２の光源ユニット１５の第２の光線群ＢＬ２は折り返しミラー４０で第１の光線群ＢＬ１と同方向に９０°折り曲げられるようになっている。これにより、光合成部材（光合成手段）である環状ミラー３７は、第２の光線群ＢＬ２を第１の光線群ＢＬ１に合成する。そして、この第１，第２の光線群ＢＬ１，ＢＬ２は集光レンズ２４，３０により集光部３１に集光させられる。

第１，第２の光線群ＢＬ１，ＢＬ２の角度Ａ２＜角度Ａ１の関係となっており、第１の光源ユニット１４から出射する第１の光線群ＢＬ１の内側を第２の光源ユニット１５から出射する第２の光線群ＢＬ２が通過するように配置されている。第１の光源ユニット１４と第２の光源ユニット１５は並列配置しているので、連続した一つのヒートシンク３９に取り付けることができる。また、ヒートシンク３９からの放熱が一箇所であるので、ヒートシンク３９から発する熱を逃がすための空気の流れ道を一つの方向に集約できる利点がある。これに対して、第１の光源ユニット１４と第２の光源ユニット１５を９０度に配置した構成とすると、放熱用の空気の流れも90度配置に応じた形状とする必要があるが、本構成では片側にファンを設けるなど、冷却構造を簡易とすることが可能となる。

この図１３に示した照明光形成装置５も、図４，図６の照明光形成装置５に置き換えることで、プロジェクター（画像形成装置）を構成できる。
（実施例７）図１４
図１３の実施例６では、２つの第１，第２の光源ユニット１４，１５を並設して、２つの第１，第２の光源ユニット１４，１５からの第１，第２の光線群ＢＬ１，ＢＬ２を合成する実施例を示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。

例えば、図１４に示したように、実施例６の第１，第２の光源ユニット１４，１５の外に第３の光源ユニット１５Ａを設けて、光源ユニットを３つ並設した構成としても良い。この第３の光源ユニット１５Ａは第２の光源ユニット１５と同じ構成となっているので、第３の光源ユニット１５Ａには第２の光源ユニット１５に付した符号を付して説明を省略する。

この実施例では、第３の光源ユニット１５Ａから出射する第３の光線群ＢＬ３は、折り返しミラー４１により９０度折り曲げられて、第２の合成部材（光合成手段）である環状ミラー（光合成装置）４２、第１の合成部材（光合成手段）である環状ミラー（光合成装置）３７内を通過する。また、第２の光源ユニット１５から出射する第２の光線群ＢＬ２は、第２の合成部材（光合成手段）である環状ミラー４２により折り返され、第１の合成部材（光合成手段）である環状ミラー３７内を通過する。更に、第１の光源ユニット１４から出射する第１の光線群ＢＬ１は、第１の合成部材（光合成手段）である環状ミラー３７で折り返される。

そして、この実施例では、第１の光源ユニット１４から出射する第１の光線群はＢＬ１、破線の光線のようにＡ１の角度で集光部３１に集光するようになっている。また、第２の光源ユニット１５から出射する第２の光線群ＢＬ２は、実線の光線の様にＡ２の角度で集光部３１に集光するようになっている。更に、第３の光源ユニット１５Ａから出射する第３の光線群ＢＬ３は、一点鎖線の様にＡ３の角度で集光部３１に集光するようになっている。

また、角度Ａ１ないしＡ３はＡ３＜Ａ２＜Ａ１の関係となっており、第１の光源ユニット１４から出射する第１の光線群ＢＬ１の内側を第２の光源ユニット１５から出射する第２の光線群ＢＬ２が通過するように第２の合成手段である環状ミラー４２が配置され、第２の光源ユニット１５から出射する第２の光線群ＢＬ２の内側を第３の光源ユニット１５Ａから出射する第３の光線群ＢＬ３が通過するように第１の合成手段である環状ミラー３７が配置されている。

この第１、第２、第３の光源ユニット１４，１５，１５Ａは並列配置しているので、連続したヒートシンク３９に取り付けることができる。

この図１４に示した照明光形成装置５も、図４，図６の照明光形成装置５に置き換えることで、プロジェクター（画像形成装置）を構成できる。
（実施例８）図１５
図１３の実施例６では環状ミラー３７を用いて第１の光線群ＢＬ１を第２の光線群ＢＬ２に合成するようにした例を示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図１５に示したように、第１の光線群ＢＬ１内に円形のミラー（光合成装置）４３を光合成部材（光合成手段）として配設し、このミラー４３を第１の光線群ＢＬ１の光軸Ｏ１に対して４５°傾斜させると共に、ミラー４３により第２の光線群ＢＬ２を第１の光線群ＢＬ１の集光方向に反射させる構成としても良い。

この場合、ミラー４３が小さいので、低コストでミラー４３を得ることができる。また、反射面に入射する入射角度幅が狭いので、光利用効率の高い反射膜を得ることができ、光利用効率の高い照明光源を得ることができる。

この図１５に示した照明光形成装置５も、図４，図６の照明光形成装置５に置き換えることで、プロジェクター（画像形成装置）を構成できる。
（実施例９）図１６
図９に示した実施例３の第１，第２の光源ユニット１４，１５から出射する第１，第２の光線群ＢＬ１，ＢＬ２は集光部３１に集光するように角度Ａ１，Ａ２で収束させられるようにしているが、必ずしもこれに限定されるものではない。

例えば、図１６に示したように、図９に示した実施例３の第１の光源ユニット１４の集光レンズ２４を省略すると共に、図１６に示したように第２の光源ユニット１５の集光レンズ３０と環状ミラー３７との間に第２の光線群ＢＬ２を平行光束にする負の集光レンズ４４を配置し、この第２の光線群ＢＬ２と環状ミラー３７で反射する平行な第１の光線群ＢＬ１を集光レンズ４５で集光部３１に集光させる構成としても良い。

この実施例も、合成手段である環状ミラー３７の反射面を含む平面（仮想平面）上では、第１の光源ユニット１４から出射する第１の光線群ＢＬ１の内側に、第２の光源ユニット１５から出射する第２の光線群ＢＬ２が配置されている。

この図１６に示した照明光形成装置５も、図４，図６の照明光形成装置５に置き換えることで、プロジェクター（画像形成装置）を構成できる。
（実施例１０）図１７，図１８
以上の実施形態は、いずれも、集光素子である集光レンズ２４，３０を用いて第１，第２の光線群ＢＬ１，ＢＬ２を一箇所の集光部３１に集光させているが、必ずしも集光素子を用いなくてもよい。例えば、図１７に示すように、第１の光源ユニット１４の固体光源２１の光源光軸Ｏａにコリメータレンズ２３の光軸を一致させ、この光源光軸Ｏａを集光部３１に一致させる構成としても良い。

また、図１８に示すように、第１の光源ユニット１５の固体光源２１の光源光軸Ｏａとコリメータレンズ２３のレンズ光軸Ｏｂをずらすことにより、光線を曲げることも可能である。つまり、固体光源２１に対してコリメータレンズ２３を光軸Ｏ１側に適正にシフト偏芯させることで、各固体光源２１の光線を一箇所に集めることができる。たとえば、直径Ｄで円環状に固体光源２１を配列した場合、直径Ｄより小さな径でコリメータレンズ２３を配列することにより、光源光線を内側に向けることができる。ただし、コリメータレンズ２３の特性上、偏芯量が多くなると、平行光からずれてしまうので、光線の広がりを許容できる範囲で設定すればよい。尚、第２の光源ユニット１５でも図１７，図１８に示したのと同様に構成することが出来る。

本発明の特徴である、一方の第１の光源ユニット１４から出射する第１の光線群ＢＬ１の内側に、他方の第２の光源ユニット１５から出射する第２の光線群ＢＬ２が配置されるようにすれば、どのような手段を用いてもよく、つまり、図１で示したように、集光レンズ２４，３０，を用いて集光度合を変えてもよいし、図１７で示した実施形態のように、固体光源２１とコリメータレンズ２３そのものを傾けて集光度合いを変えてもよいし、また図１８に示した実施形態のように、光源とコリメータレンズを偏芯させてもよいし、これらの組み合わせにより、集光度合いを変えてもよい。この点は、第２の光源ユニット１５についても同じである。

この図１７，図１８に示した照明光形成装置５も、図４，図６の照明光形成装置５に置き換えることで、プロジェクター（画像形成装置）を構成できる。
（熱分布の説明）図１９，図２０
ところで、以上の実施例の説明の中で、冷却に関して複数の固体光源のマトリクス配列した構成と、中央部に固体光源を配置させない構成、例えば、矩形配列の場合では、内部と外部で冷却効果が異なるという説明をしたが、この点について、温度勾配を模式的に示して、中央部に光源がない場合の効果について説明する。複数の固体光源から発する熱分布について、模式的に示したのが図１９および図２０である。

図１９は、複数の固体光源であるLD光源を３×３のマトリックスとして、中央の列の3つの光源に着目したとき、この3つの光源のみを駆動させたことを想定し、破線のラインでの光源ホルダーに伝わる熱分布について示した。固体光源である光源A、光源B,光源Cが単独で駆動したときそれぞれ、破線、一点鎖線、2点鎖線のような熱分布となる。これらが、同時に発光すると、これらが合成された実線のような温度勾配となり、中央に集中することが分かる。

しかし、図２０に示したように、中央の固体光源（光源Ｃ）を省いたところ、温度勾配が極端に上昇しないことが理解できる。実際は、固体光源とその光源ホルダーの熱抵抗や、光源ホルダーのサイズに影響する熱容量や、ヒートシンクの形状により、温度勾配の様相は異なる。また、上下の3つの固体光源の影響もあるので、更に複雑な温度勾配となるが、中央に配置させない矩形配列や、円環配列にすることによって、マトリックス配列よりも、熱が中央に集中させない設計に有利となることが分かる。
（実施例１１）図２１，図２２
図２１，図２２は、図１３に示した実施例６の照明光形成装置５を用いた照明光源装置１を示したものである。

この図１９の照明光源装置１は、実施例６の照明光形成装置５の照明光束を波長変換部材である蛍光体ホイール８'に照射し、異なる色を生成する実施例を示したものである。

また、図２０の照明光源装置１は、実施例６の照明光形成装置５の照明光束を波長変換部材である蛍光体ホイール８に照射し、異なる色を生成する実施例を示したものである。

図２１の照明光源装置１では、照明光形成装置５の第１の光源ユニット１４の第１光線群ＢＬ１と第２の光源ユニット１５の第２の光線群ＢＬが集光する位置（集光部３１）に、波長変換部材である蛍光体ホイール８'が配置さている。

図２２の照明光源装置１では、照明光形成装置５の第１の光源ユニット１４の第１光線群ＢＬ１と第２の光源ユニット１５の第２の光線群ＢＬは、集光部３１に集光させられた後に発散させられて、照明光形成装置５のレンズ１８で平行光束とされる。この平行光束とされた照明光束Ｌｂは、ダイクロイックミラー６を透過させられ、レンズ７で蛍光体ホイール８に入射させられる。

第１，第２の光源ユニット１４，１５の固体光源２１，２７は、例えば ４４０nm近辺の青色半導体レーザが好適である。本実施例では、固体光源２１，２７に青色半導体レーザが用いられていので、複数の固体光源２１，２７からの第１，第２の光線群ＢＬ１，ＢＬ２は青色レーザー光による光線群となっている。

また、固体光源２１，２７は、より波長の短い紫外光を出射するものであってもかまわない。この場合、紫外光により励起されてＧ（緑）の蛍光を生じさせる蛍光部と、紫外光により励起されてＲ（赤）の蛍光を生じさせる蛍光部、および紫外光により励起されてＢ（青）の蛍光を生じさせる傾向部を蛍光体ホイール８に設ける。また、固体光源２１，２７は、LED光源でもかまわない。波長変換部材の波長変換材料としては、YAG系の緑や、黄緑色の発色を持つ蛍光体や、サイアロン系の緑、赤蛍光体などが好適である。

図２１の照明光源装置１では、蛍光体ホイール８'の蛍光体から発する光は一定の発散角で発光するために、レンズ９により集光させている。このような照明光源により、所望の色の光源を得ることができる。尚、図２１に示した蛍光体ホイール８'は、図７に示すように円盤状の透明な基板８ａ'と、この基板８ａ上に設けられた波長変換部８ｂ’と、蛍光体が設けられていない光透過部８ｃ'を有する。この波長変換部８ｂ'には１種類以上の波長変換材料が波長変換部材として用いられ、この波長変換材料には図７を用いて説明した蛍光体が用いられている。

図２２は、反射ミラーなどの反射部材で構成した基板上に蛍光を塗布した蛍光体ホイール８で照明光束を励起および反射させ、反射した蛍光をダイクロイックミラー６で励起光から分離して、蛍光の波長を取り出す実施例を示したものである。この蛍光体ホイール８は、図５に示すように円盤状の基板８ａと、この基板８ａ上に設けられた波長変換部８ｂと、蛍光体が設けられていない光反射部８ｃを有する。この波長変換部８ｂには１種類以上の波長変換材料が波長変換部材として用いられ、この波長変換材料には蛍光体が用いられている。

図２２の照明光形成装置５において、第１，第２の光源ユニット１４，１５からの青色レーザー光による青色の第１，第２の光束群ＢＬ１，ＢＬ２は、集光レンズ２４，３０により収束部３１に収束した後に発散する。そして、この発散する照明光束の光路中に集光レンズ（集光素子）１８が配置され、このレンズ１８により、比較的平行な照明光束とする。

レンズ１８を通過した光、すなわち励起光は、ダイクロイックミラー６を介して、蛍光体ホイール８へ照射される。ダイクロイックミラー６は、励起光を透過、蛍光を反射する特性を有している。ダイクロイックミラー６を透過した励起光は、レンズ１８により、蛍光体ホイール８に集光される。蛍光体ホイール８上に集光された照明光束の集光スポットから蛍光が発し、このスポットから発する蛍光を再び集光素子７により集光されて、ダイクロイックミラー６に向かい、ダイクロイックミラー６で反射されて蛍光の光を取り出すことができる。

この実施例にも、図２１の実施例と同様に、固体光源２１，２７として、例えば ４４０nm近辺の青色半導体レーザが好適である。また、より短い紫外光であってもかまわない。波長変換部材である蛍光体ホイール８の蛍光材料としては、YAG系の緑や、黄緑色の発色を持つ蛍光体や、サイアロン系の緑、赤蛍光体などが好適である。

また、固体光源を用いた複数の光源ユニットと波長変換部材と組み合わせたので、異なる色の光源装置を得ることができる。
（その他）
図９では、環状ミラー３７が配置して、第１の光源ユニット１４からの光が環状ミラー３７で反射させ、第２の光源ユニット１５からの光を環状ミラー３７の内側を通過させるようにしているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
例えば、図９の環状ミラー３７の位置に図２３に示したように円形のミラー５０を配置し、第２の光源ユニット１５からの光が円形ミラー５０に反射され、第１の光源ユニット１４からの光が円形ミラー５０で反射されずに、円形ミラー５０の外周を通過するようにしてもよい。また、第２の光源ユニット１５に配置されている固体光源２７は１つでも複数でもよく、環状でもその他の形状の配置でもよい。例えば格子状でも良い。
（補足説明１）
以上説明したように、この発明の実施の形態の照明光形成装置５では、環状の光線群を出射する第１の光源ユニット１４と、光線群である場合を含む光線を出射する第２の光源ユニット１５と、第１の光源ユニット１４が出射する光線群と第２の光源ユニット１５が出射する光線を合成するための合成手段（光合成板１６，環状ミラー３７，４２，折り返しミラー４３，円形ミラー５０）とが設けられている。また、前記合成手段は、前記光線群の一方を反射可能に形成された反射部（反射部１６ｂ，３７ａ，環状ミラ−３７，４２の反射面、折り返しミラー４３の反射面、円形ミラー５０の反射面）および前記光線群の他方を通過可能に設けられた通過部（光合成板１６の反射部１６ｂの外側の光透過部１６ａ、環状ミラー３７，４２，４３の内側、又は円形ミラー５０の外側）を備えている。しかも、前記２つの光線群を前記反射部を含む平面上で見たときに、前記第１の光源ユニット１４が出射した光線群の内側に前記第２の光源ユニット１５が出射した光線が配置される。
尚、光合成板１６，環状ミラー３７，４２，折り返しミラー４３，円形ミラー５０等は、上述したように光合成手段としての光合成装置すなわち光合成部材である。

この構成によれば、複数の固体光源が設けられた光源ユニット（１４，１５）を効率よく冷却して、安定した照明光を得ることが出来る。

また、反射部が同一平面上に連続的に形成されているので、個々の固体光源（２１，２７）から発する光束の反射光の反射角度ばらつきがなくなり、所望の集光位置に、合成のビーム径が広がることなくなり、集光し、その後の光学系による効率低下を防ぐことができる
（補足説明２）
また、この発明の実施の形態の照明光形成装置５において、前記２つの光線群（ＢＬ１，ＢＬ２又はＢＬ２，ＢＬ３）を前記反射部（１６ｂ，環状ミラー３７の反射面，環状ミラー４２の反射面，ミラー４３の反射面）を含む平面上で見たときに、前記内側の光線群（ＢＬ２又はＢＬ３）の周囲に環状の光線群（ＢＬ１又はＢＬ２）を配置させる光源ユニットの複数の固体光源（２１又は２７）が環状に配列されている。

この構成によれば、光源ユニット（１４，１５）の複数の固体光源（２１又は２７）が環状に配列されているので、放熱が均等に行われ、光源の安定した発光が行われる。したがって、信頼性の高い光源が得られる。
（補足説明３）
また、この発明の実施の形態の照明光形成装置５において、前記各光源ユニット（１４，１５，１５Ａ）の前記複数の固体光源（２１，２７，２７）から出射される光線群を一箇所の集光部３１に集光させる集光素子（集光レンズ２４，３０，３０）がそれぞれ設けられ、前記各集光素子（集光レンズ２４，３０，３０）および前記合成手段（光合成板１６，環状ミラー３７，４２，ミラー４３）は各集光素子（集光レンズ２４，３０，３０）による集光部３１が一致可能に配置されている。

この構成によれば、所望の集光位置（集光部３１）に、照射光を合成するので、その後の光学系による効率低下を防ぐことができる。
（補足説明４）
また、この発明の実施の形態の照明光形成装置５において、前記各光源ユニットの前記複数の固体光源（２１，２７）から出射させた光線群（ＢＬ１，ＢＬ２）を平行光束として前記合成手段（環状ミラー３７）に入射させる平行光束用光学素子（集光レンズ４４、コリメータレンズ２３）がそれぞれ設けられている。また、前記合成手段（環状ミラー３７）の反射部で反射させられる光線群（ＢＬ１）と前記合成手段（環状ミラー３７）の前記透過部（環状ミラー３７の内側）を透過する光線群（ＢＬ２）を一箇所に集光させる集光素子（集光レンズ４５）が設けられている。

この構成によれば、光源ユニット（１４，１５）から出射した光線群（ＢＬ１，ＢＬ２）を略平行としたので、合成手段（環状ミラー３７）に形成する反射部（反射面）は、入射角度による角度依存性が低減され、照明光の光利用効率の高い照明光源を得ることができる。また、集光素子（集光レンズ４５）が共用できるので、低コストで、スペース効率の高い光源ユニットを得ることができる。
（補足説明５）
また、この発明の実施の形態の照明光形成装置５において、前記複数の光源ユニットは第１，第２光源ユニット１４，１５の２つであり、前記合成手段（光合成板１６，環状ミラー３７）は前記２つの光線群の他方を反射可能に同一平面上に連続して形成された反射部（１６ｂ、環状ミラー３７の反射面）および前記２つの光線群の一方を透過可能に設けられた透過部（反射部１６ｂの外側、環状ミラー３７の内側）を備えている。

この構成によれば、他方の光源ユニット（１５）から出射する光線群（ＢＬ２）は、一方の光源ユニット（１５）から出射する光線群（ＢＬ１）の内側であるので、光線束の幅は小さく、また、角度の小さいので、反射面のサイズを小さくでき、また、入射角度の範囲も狭いので、低コストで、光利用効率の高い照明光源を得ることができる。
（補足説明６）
また、この発明の実施の形態の照明光形成装置５の前記複数の光源ユニット（１４，１５，１５Ａ）は、出射光線が同一方向に向けて出射するように配置されていると共に、共通のヒートシンク３９を備えている。

この構成によれば、ヒートシンク３９を一部品とすることで、低コスト化が図れるとともに、冷却の方向を一方向とすることができるので、セットに組み込んだときに冷却の気流設計の自由度が向上する。
（補足説明７）
また、この発明の実施の形態の照明光形成装置５において、前記光源ユニット（１４，１５）は離散的に配置された前記複数の前記固体光源（２１，２７）から出射される光束をそれぞれ収束させる複数のコリメータレンズ（２３，２９）を備えている。また、前記複数の各固体光源（２１，２７）の中心と前記複数の各固体光源（２１，２７）にそれぞれ対応する前記各コリメータレンズ（２３，２９）の中心を結ぶ線をそれぞれ光軸（光源光軸Ｏａ）としたとき、前記各光軸（光源光軸Ｏａ）が一箇所に収束可能に前記複数の固体光源（２１，２７）およびコリメータレンズ（２３，２９）を配置されている。

この構成によれば、集光レンズが不要で、複数の光源光を一箇所に集光できるので、部品の低減が図れる。
（補足説明８）
また、この発明の実施の形態の照明光形成装置５において、前記光源ユニットは離散的に配置された前記複数の前記固体光源（２１，２７）から出射される光束をそれぞれ収束させる複数のコリメータレンズ（２３，２９）を備えている。また、前記複数のコリメータレンズ（２３，２９）は、前記複数の前記各固体光源（２１，２７）から出射される光束が一箇所に収束可能に、レンズ光軸Ｏｂが前記複数の前記各固体光源の光源光軸Ｏａ）に対してそれぞれ偏芯させられている。

この構成によれば、集光レンズが不要で、複数の光源光を一箇所に集光できるので、部品の低減が図れる。
（補足説明９）
また、この発明の実施の形態の照明光源装置１は、照明光形成装置５から出射される光源光が励起光として入射させられる波長変換部材（蛍光体ホイール８，８'）を備えている。この波長変換部材（蛍光体ホイール８，８'）は入射する前記光源光と異なる波長の照明光を生成する。

この構成によれば、波長変換部材（蛍光体ホイール８，８'）と組み合わせたので、異なる色の光源装置を得ることができる。
（補足説明10）
また、この発明の実施の形態の画像形成装置は、記載の照明光源装置１と、画像生成部（画像形成素子３）と、拡大投射手段（投影レンズ４）とを備えている。

この構成によれば、光源の種類を増やすことなく、カラー画像をえる表示装置を実現できる。

１ 照明光源装置
３ 画像形成素子（画像形成部））
４ 投影レンズ（拡大投射手段、拡大投射部）
５照明光形成装置
８ 蛍光体ホイール（波長変換部材）
１４ 第１の光源ユニット
１５ 第２の光源ユニット
１５Ａ 第３の光源ユニット
１６ 光合成板（光合成部材、光合成手段、光合成装置）
１６ａ 透明板
１６ｂ 反射部
２１ 固体光源
２３ コリメータレンズ（集光素子）
２４ 集光レンズ
２７ 固体光源
２９ コリメータレンズ（集光素子）
３１ 集光部
３７ 環状ミラー（光合成部材、光合成手段、光合成装置）
３９ ヒートシンク
４２ 環状ミラー（光合成部材、光合成手段、光合成装置）
４３ ミラー（光合成部材、光合成手段、光合成装置）
４４ 集光レンズ（集光素子）
４５ 集光レンズ（集光素子）
５０ 円形ミラー（光合成手段、光合成部材、光合成装置）
Ｏａ 光源光軸
Ｏｂ レンズ光軸
Ｐ１ 集光部
Ｐ２ 集光部

特開平11-27472号公報

Claims (10)

1. 環状の光線群を出射する第１の光源ユニットと、光線群である場合を含む光線を出射する第２の光源ユニットと、第１の光源ユニットが出射する光線群と第２の光源ユニットが出射する光線を合成するための合成手段とが設けられた照明光形成装置であって、 前記合成手段は前記光線群の一方を反射可能に形成された反射部および前記光線群の他方を通過可能に設けられた通過部を備えており、
   前記２つの光線群を前記反射部を含む平面上で見たときに、前記第１の光源ユニットが出射した光線群の内側に前記第２の光源ユニットが出射した光線が配置されることを特徴とする照明光形成装置。
2. 請求項１記載の照明光形成装置において、前記２つの光線群を前記反射部を含む平面上で見たときに、前記内側の光線群の周囲に環状の光線群を配置させる光源ユニットの複数の固体光源が環状に配列されていることを特徴とする照明光形成装置。
3. 請求項１記載の照明光形成装置において、前記各光源ユニットの前記複数の固体光源から出射される光線群を一箇所の集光部に集光させる集光素子がそれぞれ設けられ、前記各集光素子および前記合成手段は各集光素子による集光部が一致可能に配置されていることを特徴とする照明光形成装置。
4. 請求項１記載の照明光形成装置において、前記各光源ユニットの前記複数の固体光源から出射させた光線群を平行光束として前記合成手段に入射させる平行光束用光学素子がそれぞれ設けられていると共に、前記合成手段の反射部で反射させられる光線群と前記合成手段の前記透過部を透過する光線群を一箇所に集光させる集光素子が設けられていることを特徴とする照明光形成装置。
5. 請求項１記載の照明光形成装置において、前記複数の光源ユニットは第１，第２光源ユニットの２つであり、前記合成手段は前記２つの光線群の他方を反射可能に同一平面上に連続して形成された反射部および前記２つの光線群の一方を透過可能に設けられた透過部を備えていることを特徴とする照明光形成装置。
6. 請求項１記載の照明光形成装置において、前記複数の光源ユニットは、出射光線が同一方向に向けて出射するように配置されていると共に、共通のヒートシンクを備えることを特徴とする照明光形成装置。
7. 請求項１記載の照明光形成装置において、前記光源ユニットは離散的に配置された前記複数の前記固体光源から出射される光束をそれぞれ収束させる複数のコリメータレンズを備え、前記複数の各固体光源の中心と前記複数の各固体光源にそれぞれ対応する前記各コリメータレンズの中心を結ぶ線をそれぞれ光軸としたとき、前記各光軸が一箇所に収束可能に前記複数の固体光源およびコリメータレンズを配置したことを特徴とする照明光形成装置。
8. 請求項１記載の照明光形成装置において、前記光源ユニットは離散的に配置された前記複数の前記固体光源から出射される光束をそれぞれ収束させる複数のコリメータレンズを備えると共に、前記複数のコリメータレンズは、前記複数の前記各固体光源から出射される光束が一箇所に収束可能に、レンズ光軸が前記複数の前記各固体光源の光源光軸に対してそれぞれ偏芯させられていることを特徴とする照明光形成装置。
9. 請求項１〜９に記載の照明光形成装置から出射される光源光が励起光として入射させられる波長変換部材を備え、前記波長変換部材は入射する前記光源光と異なる波長の照明光を生成することを特徴とする照明光源装置。
10. 請求項９に記載の照明光源装置と、画像生成部と、拡大投射手段とを備える画像表示装置。