JP2016009014A - 照明光源装置及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】明るくて色純度の高い画像を投影可能な照明装置を提供する。
【解決手段】本発明の照明光源装置は、光源部１からの光が照射される蛍光体５、光源部１からの光と蛍光体５からの光の光量分布を均一化するライトトンネル１８、光源部１からの光を励起光として蛍光体５に導く光路とライトトンネル１８に照明光として導く光路とに分岐する光路分岐部材３、蛍光体５からの光が進行する光路と光源部１からの光が進行する光路とを合成する光路合成部材１５、蛍光体５からの光が進行する光路に配置された色成分選択部材１０、蛍光体５からの光を集光する集光レンズ１１、色成分選択部材１０により選択された光を集光する集光レンズ１６、光路合成部材１５とライトトンネル１８との間に配置されて各光をライトトンネル１８に集光する集光レンズ１７を備え、集光レンズ１１のパワーが集光レンズ１７のパワーよりも大きい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明光源装置及びこの照明光源装置を備えた画像投影装置に関する。

従来から、レーザ光を励起光として用いて波長変換部材としての蛍光体に照射し、この蛍光体からの赤色、緑色、青色の各成分の蛍光を画像形成素子に導き、画像形成素子により画素単位で出力をオン・オフして、カラー画像を投影する画像投影装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

その特許文献１には、レーザ光源からのレーザ光を第１集光光学系によって蛍光体に集光させ、この蛍光体によって波長変換された蛍光を第２集光光学系で集光し、この第２集光光学系で集光された蛍光を第３集光光学系で光量分布均一化部材としてのライトトンネルの入射側開口にスポット光として入射させる構成が記載されている。

このものでは、第３集光光学系とライトトンネルの入射側開口との間に配置された色成分選択部材（フィルタカラーホイール）によって色をトリミングする技術も記載されている。

また、第２集光光学系と第３集光光学系との間に色成分選択部材（フィルタカラーホイール）を配置する技術も記載されている。
しかしながら、いずれにしても、色成分選択部材は回転しているため、ライトトンネルと色選択部材との間に少なからず距離をとる必要がある。従って、ライトトンネルの入射側開口と密着させる等、物理的に一致させることができないため、第３集光光学系によるスポット光を色成分選択部材の境界領域で最小径とすることができず、境界領域で混色が生じ、いわゆるスポーク期間を短くできないという不都合がある。

その一方、第３集光光学系によるスポット光を色成分選択部材の境界領域で最小径とする構成とすると、ライトトンネルの入射側開口に入射するスポット光の径が大きくなるため、ライトトンネルの出射側開口から射出される光束が広がり過ぎ、明るい画像を投影できないという不都合がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、明るくて色純度の高い画像を投影可能な照明装置を提供することにある。

本発明の照明光源装置は、青色成分の光と緑色成分の光と赤色成分の光とのうちの少なくともいずれかの色成分の光を含む光を発生する光源部と、
該光源部から発せられた色成分の光が照射されて該色成分の光とは異なる色成分の光を生成する波長変換部材と、
前記光源部から発せられた色成分の光と前記波長変換部材により生成された色成分の光の光量分布を均一化する光量分布均一化部材と、
前記光源部から発せられた色成分の光を励起光として前記波長変換部材に導く光路と前記光源部から発せられた色成分の光を照明光として前記光量分布均一化部材に導く光路とに分岐する光路分岐部材と、
前記波長変換部材により生成された色成分の光が進行する光路と前記光源部から発せられた色成分の光が進行する光路とを合成する光路合成部材と、
前記波長変換部材により生成された色成分の光が進行する光路に配置されて該波長変換部材により生成された色成分の選択を行う色成分選択部材と、
該色成分選択部材と前記波長変換部材との間の光路に設けられて前記波長変換部材により生成された色成分の光を集光する第１集光光学系と、
前記光路合成部材と前記色成分選択部材との間の光路に配置されて該色成分選択部材により選択された色成分の光を集光する第２集光光学系と、
該光路合成部材と前記光量分布均一化部材との間の光路に配置されて前記各色成分の光を前記光量分布均一化部材に集光する第３集光光学系とを備え、
前記第１集光光学系のパワーが前記第３集光光学系のパワーよりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、光源部からの光の光路を、その光源部からの光を照明光として光量分布均一化部材に導く光路と、その光源部からの光を励起光として波長変換部材に導きかつこの波長変換部材により波長変換された光を照明光として光量分布均一化部材に導く光路とに分岐させ、その光路分岐部材により分岐された各光路を光路合成部材に合成し、その光路合成部材と波長選択部材との間の光路に色成分選択部材を配置し、第１集光光学系により色成分選択部材に入射する光のスポットの最小化を図る構成としたので、明るくて色純度の高い画像を投影可能な照明光源装置を提供できる。

本発明の実施例に係る照明光源装置を有する画像投影装置の一例を示す光学図である。 図１に示す光路分岐部材の平面図である。 図２に示す光路分岐部材の側面図である。 図１に示す色成分選択部材の平面図である。 図２に示す光路分岐部材の反射領域の角度と透過領域の角度との関係を示す説明図である。 色成分選択部材の黄色成分の透過領域の角度と赤色成分の透過領域の角度と緑色成分の透過領域の角度との関係を示す説明図である。 図５に示す光路分岐部材と図６に示す色成分選択部材とを用いて画像形成素子に照射される青色成分の光と緑色成分の光と赤色成分の光との時間配分の比率の一例を示す説明図である。 図１に示す光路分岐部材とこの光路分岐部材に形成されたビームスポットの関係を模式的に示す説明図である。 図４に示す色成分選択部材とビームスポットの関係を模式的に示す説明図である。 ビームスポットが領域の境界に跨った場合に生じる混色の一例を模式的に示すタイミングチャート図である。 本発明の実施例に係る照明光源装置の変形例を示す光学図である。 図４に示す色成分選択フィルタの変形例を示す図である。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る照明光源装置を有する画像投影装置（プロジェクタ）の光学系の要部構成を示す光学図である。この図１において、符号１は光源部を示す。光源部１はレーザ光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）１ａとカップリングレンズ１ｂと集光レンズ１ｃとから概略構成されている。

レーザダイオード１ａは、駆動回路基板２に複数個設けられ、この各レーザダイオード１ａに対してそれぞれカップリングレンズ１ｂが設けられている。そのレーザダイオード１ａからのレーザ光はそのカップリングレンズ１ｂにより集光され、平行光束として集光レンズ１ｃに導かれる。

集光レンズ１ｃは、各カップリングレンズ１ｂにより平行光束とされたレーザ光を集光する役割を果たす。ここでは、レーザダイオード１ａは青色成分の光と赤色（Ｒ）成分の光と緑色（Ｇ）成分との光のうちの青色（Ｂ）成分のレーザ光ＢＰを発生するものとして説明する。しかしながら、緑色成分のレーザ光、赤色成分のレーザ光を発生するレーザダイオードを用いることもできる。また、レーザダイオード（ＬＤ）１ａの代わりに発光ダイオードＬＥＤを用いることもできる。

その光源部１から発せられた青色成分のレーザ光ＢＰが進行する光路には、光路分岐部材としての光路切り替え盤３が設けられている。その光路切り替え盤３にはレーザ光ＢＰがスポット状に形成される。そのレーザ光ＢＰのスポットのサイズは、混色防止等のため適宜の大きさに定める。

その光路切り替え盤３は、図２に示すように回転方向に分割された反射領域３ａと透過領域３ｂとを有する。その光路切り替え盤３は集光レンズ１ｃの光軸に対して斜め（ここでは、その光軸に対して４５度）に配設されている。

その光路切り替え盤３は、例えば、図１に示すように、駆動源としてのモータ４により回転駆動される。なお、その図２において、符号４ａは駆動軸を示す。
その光路切り替え盤３の透過領域３ｂには、図３に示すように、その両面に反射防止膜３ｅが形成されている。

その光路切り替え盤３の反射領域３ａには、その青色成分のレーザ光ＢＰが当たる面の側に拡散面３ｆが形成され、その拡散面３ｆと反対側の面には反射膜３ｄが形成されている。その拡散面３ｆはレーザ光ＢＰのスペックルを除去するのに用いられる。

その透過領域３ｂを透過した青色成分のレーザ光ＢＰが進行する光路は、光源部１から発せられた青色成分のレーザ光ＢＰを波長変換部材としての蛍光体５に照射する光路とされている。
蛍光体５は、ここでは、回転円盤から構成され、図１において、符号６は、その駆動源としてのステッピングモータを示している。

その蛍光体５には、光源部１から発せられた青色成分のレーザ光ＢＰが励起光として照射される。蛍光体５には、この青色成分のレーザ光とは異なる緑色の色成分を含む蛍光と赤色成分の蛍光とを含む蛍光を照明光として発生する蛍光膜５ａが塗布されている。

その蛍光体５の回転により同一箇所に長時間集中してレーザ光が照射されるのが防止され、蛍光膜５ａの劣化が防止される。その蛍光膜５ａの蛍光材料には、例えば、青色成分のレーザ光ＢＰの照射により励起されて、緑色成分の蛍光を発生する蛍光材料と赤色成分の蛍光を発生する蛍光材料（黄色Ｙの蛍光を発生する蛍光材料）との混合物が用いられる。しかしながら、これに限られるものではない。
例えば、緑色成分の波長域から赤色成分の波長域にまたがる蛍光分布特性を有する蛍光材料を用いることができる。

その青色成分のレーザ光ＢＰが透過して蛍光体５に向かって進行する光路には、集光レンズ７とダイクロイックミラー８と集光レンズ９とが設けられている。集光レンズ７は、透過領域３ｂを透過した青色成分のレーザ光ＢＰを集光して平行光束ＢＰ”に変換する役割を有する。

ダイクロイックミラー８は、青色成分のレーザ光ＢＰを透過させて蛍光体５に導く機能と青色成分以外のレーザ光の色成分の蛍光を反射させて色成分選択部材としての色成分切り替え盤１０に導く機能とを有する。

この実施例では、その色成分切り替え盤１０には、図４に示すように、回転方向に緑色成分の蛍光ＧＰと赤色成分の蛍光ＲＰとを透過させる透過領域１０ｄ（蛍光ＹＰの透過領域１０ｄ）と、緑色成分の蛍光ＧＰを透過しかつ赤色成分の蛍光ＲＰの透過を阻止する透過領域１０ｅと赤色成分の蛍光ＲＰを透過しかつ緑色成分の蛍光ＧＰの透過を阻止する透過領域１０ｆと、が形成されている。なお、その図４において、ｑ４〜ｑ６はその各透過領域の境界を示している。

これにより、この色成分切り替え盤１０は、黄色成分の蛍光ＹＰと緑色成分の蛍光ＧＰと赤色成分の蛍光ＲＰとを切り替える役割を果たす。その色成分切り替え盤１０も、駆動源としての例えばステッピングモータ１２により回転駆動される。なお、図４において、符号１２ａは駆動軸を示す。

集光レンズ９は、平行光束ＢＰ”を蛍光体５にスポット状に集束させる機能と蛍光体５からの蛍光ＹＰを集光して平行光束ＬＰ'に変換する機能とを有する。
この実施例では、集光レンズ９とダイクロイックミラー８と後述する第１集光光学系とにより光源部１から発せられた色成分の光により励起された蛍光ＹＰを色成分切り替え盤１０に向かって進行させる光路が形成されている。

ダイクロイックミラー８と色成分切り替え盤１０との間には、第１集光光学系としての集光レンズ１１が設けられている。ダイクロイックミラー８により反射された蛍光ＹＰは集光レンズ１１により集光されて色成分切り替え盤１０に照射される。

その反射領域３ａにより反射された青色成分のレーザ光ＢＰが進行する光路は、光源部１から発せられた青色成分のレーザ光ＢＰを照明光として公知の画像形成素子（例えば、デジタルミラーマイクロデバイスＤＭＤ）としての画像形成パネル１３に照射する光路、すなわち、光源部１から発せられた色成分の照明光をライトバルブ等の画像形成素子に向かって進行させる光路とされている。

その光路には、集光レンズ１４が設けられ、この集光レンズ１４は光路切り替え盤３により反射された青色成分のレーザ光ＢＰを平行光束ＢＰ”に変換してダイクロイックミラー１５に導く機能を有する。

色成分切り替え盤１０を透過した黄色成分の蛍光ＹＰと緑色成分の蛍光ＧＰと赤色成分の蛍光ＲＰとの進行方向前方には、第２集光光学系としての集光レンズ１６が設けられている。

この集光レンズ１６は、黄色成分の蛍光ＹＰと緑色成分の蛍光ＧＰと赤色成分の蛍光ＲＰとを集光して平行光束ＬＰ”に変換する機能を有する。集光レンズ１６とダイクロイックミラー１５との間には、その平行光束ＬＰ”をダイクロイックミラー１５に導く光路折り曲げミラー２２が設けられている。

集光レンズ１１、１６のパワー（開口数）は、後述する集光レンズ１７のパワー（開口数）よりも大きい。言い換えると、集光レンズ１１、１６の焦点距離は集光レンズ１７の焦点距離よりも短い。
その理由については後述する。なお、そのダイクロイックミラー１５は、集光レンズ１１、１４、１６の光軸に対して斜め４５°の角度で配設されている。

そのダイクロイックミラー１５は、平行光束ＢＰ”の光路（光源部１から発せられた色成分の光が進行する光路）と平行光束ＬＰ”の光路（波長変換部材により生成された色成分の光が進行する光路）とを合成して画像形成パネル１３に導く光路合成部材としての役割を果たす。

そのダイクロイックミラー１５により光路合成された平行光束ＢＰ”、ＬＰ”は第３集光光学系としての集光レンズ１７により集光されて、公知のライトトンネル１８に導かれる。そのライトトンネル１８は光量むらを低減する光量分布均一化部材としての役割を果たす。
その集光レンズ１７は、平行光束ＢＰ”、ＬＰ”をライトトンネル１８の入射側開口１８ａにスポット光として集束させる役割を果たす。

そのライトトンネル１８に導かれた光は、ライトトンネル１８の出射側開口１８ｂから出射され、集光レンズ１９により平行光束とされ、光路折り曲げミラー２３、反射ミラー２０により反射されて、画像形成パネル１３に導かれる。

その画像形成パネル１３は、例えば、公知の画像生成部ＧＥによって制御される。各色成分の光はその画像形成パネル１３によって反射され、投射光学系２１を介してスクリーンＳに照射される。これにより、スクリーンＳにカラー画像が拡大形成される。

次に、光路切り替え盤３と色成分切り替え盤１０の時間的対応関係の詳細を図５ないし図７を参照しつつ説明する。
その光路切り替え盤３と色成分切り替え盤１０とは、同一回転速度でかつ同期して回転される。図５において、φＢは反射領域３ａの角度である。この角度φＢは、青色成分のレーザ光ＢＰを反射する反射領域３ａによる時間ｔＢ（図６、図７参照）が確保されるように設定される。透過領域３ｂの角度φＧＢは、図５に示すように、その残りの角度（３６０-φＢ）である。

青色成分のレーザ光ＢＰがその光路切り替え盤３の反射領域３ａにより反射されている間、蛍光体５には、レーザ光ＢＰはほとんど照射されないため、蛍光体５による蛍光はほとんど生じない。
青色成分のレーザ光ＢＰが透過領域３ｂを透過している間は、蛍光体５にレーザ光ＢＰが照射されるので、蛍光体５は蛍光を発する。

蛍光体５にレーザ光が照射される時間ｔＧＢは透過領域３ｂの角度φＧＢに対応している。
この実施例では、光路切り替え盤３の反射領域３ａと透過領域３ｂとの境界ｑ１を蛍光ＹＰの透過領域１０ｄに位置させ、光路切り替え盤３の反射領域３ａと透過領域３ｂとの境界ｑ２を色成分切り替え盤１０の境界ｑ４に一致させている。

このように光路切り替え盤３と色成分切り替え盤１０との角度関係を対応させると、図７に示すような黄色成分の光Ｙ、青色の光Ｂ、緑色の光Ｇ、赤色の光Ｇを生成する時間を得ることができる。

この実施例１では、光路切り替え盤３を回転駆動する構成として定期的に光路を切り替え、かつ、色成分切り替え盤１０を回転駆動する構成として色成分を定期的に切り替えることにした。しかしながら、これに限るものではなく、例えば光路切り替え盤３、色成分切り替え盤１０を定期的に往復動させる構成とすることもできる。

（混色防止の説明）
光路切り替え盤３には、図８に示すようにビームスポットＢＳＰが仮想的に形成される。色成分切り替え盤１０には、図９に示すように、ビームスポットＢＳＰ'が仮想的に形成される。ここでは、便宜的に、ビームスポットＢＳＰ、ＢＳＰ'の大きさは同じであるとして説明する。

図８に示すように、光路切り替え盤３の反射領域３ａと透過領域３ｂとの境界ｑ１、ｑ２の近傍領域では、ビームスポットＢＳＰが反射領域３ａと透過領域３ｂとに跨る。

また、図９に示すように、色成分切り替え盤１０の透過領域１０ｄないし１０ｆの境界ｑ４ないしｑ６の近傍領域では、ビームスポットＢＳＰ'が互いに隣接する透過領域に跨る。

そのビームスポットＢＳＰ、ＢＳＰ'が跨った境界ｑ１、ｑ２、境界ｑ４〜ｑ６では、色成分の互いに異なる光が同時にライトトンネル１８の入射側開口１８ａに入射することになり、混色が生じる。図１０は、その混色と光路切り替え盤３、色成分切り替え盤１０との関係を模式的に示すタイミングチャートである。

その混色が生じる時間は、光路切り替え盤３、色成分切り替え盤１０の回転数が同一であり、かつ、単位時間当たりの回転数を一定とすると、ビームスポットＢＳＰ、ＢＳＰ'の直径によって決まる。

（光路切り替え盤３による混色の説明）
光路切り替え盤３の回転中心Ｏを通り、かつ、ビームスポットＢＳＰの円に接する二つの半径方向接線ｒ１'、ｒ１”の為す角度をθｓとする。また、境界ｑ１が半径方向接線ｒ１'に一致しているとき、光路切り替え盤３の回転角度θを０度とする。

この状態で、矢印Ｚ１方向に光路切り替え盤３が回転すると、図１０に示すように、蛍光ＹＰとレーザ光ＢＰとの光の混じり合いが始まる。光路切り替え盤３の回転角度θが大きくなるに伴って、ライトトンネル１８（色成分切り替え盤１０）に導かれる蛍光ＹＰの光量が減少し、ライトトンネル１８に導かれるレーザ光ＢＰの光量が増加する。

光路切り替え盤３が更に同方向に回転して、光路切り替え盤３の回転角度θが角度θｓに達し、境界ｑ１が半径方向接線ｒ１”に一致すると、ライトトンネル１８（色成分切り替え盤１０）に導かれる蛍光ＹＰの光量がほとんど「０」となり、ライトトンネル１８に導かれるレーザ光ＢＰの光量がほとんど一定「１」となる。この境界ｑ１がビームスポットＢＳＰを横切る間に混色が生じ、これを便宜的に混色１とする。

更に、光路切り替え盤３が回転し、境界ｑ２が半径方向接線ｒ１'に一致するまでの間は、光路切り替え盤３の反射領域３ａにのみビームスポットＢＳＰが当たるため、ライトトンネル１８に導かれるレーザ光ＢＰの光量がほとんど一定「１」のままである。

更に、光路切り替え盤３が回転し、境界ｑ２が半径方向接線ｒ１'に一致すると、光路切り替え盤３の透過領域３ｂにビームスポットＢＳＰの一部が当たり始める。

このため、蛍光体５に導かれるレーザ光ＢＰの光量が増加し、従って、色成分切り替え盤１０に導かれる蛍光ＹＰの光量が増加する。この境界ｑ２がビームスポットＢＳＰを横切る間にも混色が生じる。これを便宜的に混色２とする。

そして、光路切り替え盤３の境界ｑ２が半径方向接線ｒ１”に一致すると、光路切り替え盤３の反射領域３ａにビームスポットＢＳＰが当たらなくなる。このため、ライトトンネル１８に導かれるレーザ光ＢＰの光量は「０」となる。これに対して、色成分切り替え盤１０に導かれる蛍光ＹＰの光量は一定「１」となる。光路切り替え盤３の一回転中には、上述した混色１、混色２が生じる。

（色成分切り替え盤１０による混色の説明）
色成分切り替え盤１０に当たるレーザ光ＢＰのビームスポットＢＳＰ'のスポット径を便宜的にΦ'＝Φとする。すなわち、ビームスポットＢＳＰ'に接する半径方向接線ｒ３'、ｒ３”の為す角度をθｓとする。

また、光路切り替え盤３と色成分切り替え盤１０とは、境界ｑ２と境界ｑ４との回転位相が一致した状態で同期回転するものとする。
既述したように、角度θがθｓよりも大きいとき、色成分切り替え盤１０が矢印Ｚ２方向に回転して境界ｑ４が半径方向接線ｒ３'に一致するまでの間は、ほとんどレーザ光ＢＰのみがライトトンネル１８に導かれるため、色成分切り替え盤１０による混色は生じない。

更に、色成分切り替え盤１０が回転して、境界ｑ４が半径方向接線ｒ３'に一致してから半径方向接線ｒ３”に一致するまでの間は、光路切り替え盤３による混色２が継続する。

すなわち、色成分切り替え盤１０によるレーザ光ＢＰの投射期間の後半部分ではレーザ光ＢＰに蛍光ＲＰが混じることによる混色１ｃが生じ、色成分切り替え盤１０による蛍光ＲＰの投射期間の前半部分では蛍光ＲＰにレーザ光ＢＰが混じることによる混色１ｄが生じる。

色成分切り替え盤３が更に回転し、境界ｑ４が半径方向接線ｒ３”に一致してから境界ｑ５が半径方向接線ｒ３'に一致するまでの間は、レーザ光ＢＰが光路切り替え盤３の透過領域３ｂにのみ当たり、かつ、集光レンズ１１により蛍光ＹＰが蛍光ＲＰの透過領域１０ｆにのみ集光されるため、蛍光ＲＰのみがライトトンネル１８に導かれ、混色は生じない。

更に、色成分切り替え盤１０が回転し、境界ｑ５が半径方向接線ｒ３'に一致してから境界ｑ５が半径方向接線ｒ３”に一致するまでの間は、蛍光ＲＰと蛍光ＧＰとによる混色が生じ、これを便宜的に混色３とする。

すなわち、色成分切り替え盤１０による蛍光ＲＰの投射期間の後半部分では蛍光ＲＰに蛍光ＧＰが混じることによる混色１ｅが生じ、色成分切り替え盤１０による蛍光ＧＰの投射期間の前半部分では、蛍光ＧＰに蛍光ＲＰが混じることによる混色１ｆが生じる。

更に、色成分切り替え盤１０が回転し、境界ｑ５が半径方向接線ｒ３”に一致してから境界ｑ６が半径方向接線ｒ３'に接するまでの間は、レーザ光ＢＰが光路切り替え盤３の透過領域３ｂにのみ当たり、かつ、集光レンズ１１により蛍光ＹＰが蛍光ＧＰの透過領域１０ｅにのみ集光されるため、蛍光ＧＰのみがライトトンネル１８に導かれ、混色は生じない。

更に、色成分切り替え盤１０が回転し、境界ｑ６が半径方向接線ｒ３'に一致してから境界ｑ６が半径方向接線ｒ３”に一致するまでの間は、蛍光ＧＰと蛍光ＹＰとによる混色が生じ、これを便宜的に混色４とする。

すなわち、色成分切り替え盤１０による蛍光ＧＰの投射期間の後半部分では、蛍光ＧＰに蛍光ＹＰが混じることによる混色１ｇが生じ、色成分切り替え盤１０による蛍光ＹＰの投射期間の前半部分では、蛍光ＹＰに蛍光ＧＰが混じることによる混色１ｈが生じる。

色成分切り替え盤１０が更に回転し、境界ｑ６が半径方向接線ｒ３”に一致してから境界ｑ６が半径方向接線ｒ３'に一致するまでの間は、光路切り替え盤３の境界ｑ１にビームスポットＢＳＰが跨らないため、蛍光ＹＰのみがライトトンネル１８に導かれるため、混色は生じない。このような混色１ないし混色４が生じる期間が長いと、色純度が低下し、色再現範囲が狭くなる。

そこで、この実施例では、光路分岐部材（光路切り替え盤３）により、光源部１からの光を照明光として光量分布均一化部材（ライトトンネル１８）に導く光路と光源部１からの光を波長変換部材（蛍光体５）に導きかつこの蛍光体５により波長変換された光を照明光としてライトトンネル１８に導く光路とに分岐させ、この光路切り替え盤３により分岐された各光路を光路合成部材（ダイクロイックミラー１５）により合成し、光路合成部材と波長選択部材との間の光路に色成分選択部材（色成分切り替え盤１０）を配置し、第１集光光学系としての集光レンズ１１のパワーを第３集光光学系としての集光レンズ１７のパワーよりも大きく設計することにより、色成分切り替え盤１０に入射する光のビームスポットＢＳＰ’の最小化を図る構成とした。これにより、混色が生じる期間の短縮化を図ることができるので、明るくて色純度の高い画像を投影可能な照明光源装置を提供できる。

これに対して、色成分切り替え盤１０をライトトンネル１８と集光レンズ１７との間に配置する構成とする場合、色成分切り替え盤１０は回転等の移動しているため、色成分切り替え盤１０をライトトンネル１８の入射側端面１８ａに物理的に一致させることができず、集光レンズ１７により色成分切り替え盤１０に入射する蛍光のビームスポットＢＳＰ’の径が大きくなり、その結果、混色が生じる期間が長くなる。

この場合、色成分切り替え盤１０をライトトンネル１８と集光レンズ１７との間に配置して、集光レンズ１７のパワーを大きくして色成分切り替え盤１０に入射する各色成分の光のスポット径の最小化を図る構成とすることが考えられる。

しかしながら、このような構成を採用すると、ライトトンネル１８の入射側開口１８ａに入射する各色成分の光が広がり過ぎ、ライトトンネル１８の出射側開口１８ｂから出射される各色成分の光を画像形成素子に取り込むことができなくなり、光の利用効率が低下し、明るい画像が得られなくなる。

また、たとえ、仮に、画像形成素子に導かれる各色成分の光を取り込めたとしても、画像形成素子に入射する各色成分の光の入射角度が大きくなる。その結果、画像形成素子による反射角度が大きくなって、投射光学系２１にこれらの光を取り込むことができなくなる。結局、明るさの利用効率が低下する。また、この利用効率の低下を防止しようとすると、投射光学系２１が肥大化する等の弊害が生じる。

（変形例１）
以上の実施例では、色成分切り替え盤１０を透過タイプの構成として説明したが、図１２に示すように、色成分切り替え盤１０を反射タイプの構成とすることもできる。

この場合には、光路折り曲げミラー２２の位置に、色成分切り替え盤１０を斜め４５度の角度で配置し、集光レンズ１１の光軸と集光レンズ１６の光軸との角度を色成分切り替え盤１０に立てた法線に対して４５度の角度で配置する構成とすれば良い。

なお、その集光レンズ１１と集光レンズ１６とは、一体構成とするのが組み立ての効率化を図るうえで望ましい。その他の構成要素は、図１に示す構成要素と同一であるので、同一構成要素に同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

（変形例２）
図１に示す光路切り替え盤３の反射領域３ａにおいて、青色成分のレーザ光ＢＰを反射させる構成としても、１％程度の光はその反射領域３ａを通過して蛍光体５に導かれる。

このため、１％程度の青色成分のレーザ光ＢＰにより黄色成分の蛍光ＹＰが生成され、青色成分のレーザ光ＢＰに蛍光ＹＰが混じり、青色成分の光の純度が低下する。

そこで、この変形例２では、図１２に示すように、青色成分のレーザ光ＢＰを投射光学系２１に導く期間中には、蛍光ＹＰが色成分切り替え盤１０を透過して集光レンズ１７に導かれないように、蛍光ＹＰを完全に遮断する遮断領域１０ＢＬを形成することとした。

１…光源部
３…光路切り替え盤（光路分岐部材）
５…蛍光体（波長変換部材）
１０…色成分切り替え盤（色成分選択部材）
１１…集光レンズ（第１集光光学系）
１５…ダイクロイックミラー（光路合成部材）
１６…集光レンズ（第２集光光学系）
１７…集光レンズ（第３集光光学系）
１８…ライトトンネル（光量分布均一化部材）

米国特許出願公開ＵＳ２０１３/０１００４２０（Ｆｉｇ.１４参照、Ｆｉｇ.１５参照）

Claims (7)

1. 青色成分の光と緑色成分の光と赤色成分の光とのうちの少なくともいずれかの色成分の光を含む光を発生する光源部と、
   該光源部から発せられた色成分の光が照射されて該色成分の光とは異なる色成分の光を生成する波長変換部材と、
   前記光源部から発せられた色成分の光と前記波長変換部材により生成された色成分の光の光量分布を均一化する光量分布均一化部材と、
   前記光源部から発せられた色成分の光を励起光として前記波長変換部材に導く光路と前記光源部から発せられた色成分の光を照明光として前記光量分布均一化部材に導く光路とに分岐する光路分岐部材と、
   前記波長変換部材により生成された色成分の光が進行する光路と前記光源部から発せられた色成分の光が進行する光路とを合成する光路合成部材と、
   前記波長変換部材により生成された色成分の光が進行する光路に配置されて該波長変換部材により生成された色成分の選択を行う色成分選択部材と、
   該色成分選択部材と前記波長変換部材との間の光路に設けられて前記波長変換部材により生成された色成分の光を集光する第１集光光学系と、
   前記光路合成部材と前記色成分選択部材との間の光路に配置されて該色成分選択部材により選択された色成分の光を集光する第２集光光学系と、
   該光路合成部材と前記光量分布均一化部材との間の光路に配置されて前記各色成分の光を前記光量分布均一化部材に集光する第３集光光学系とを備え、
   前記第１集光光学系のパワーが前記第３集光光学系のパワーよりも大きいことを特徴とする照明光源装置。
2. 前記色成分選択部材が透過タイプであり、前記第１集光光学系と前記第２集光光学系とが前記色成分選択部材を間に介して互いに反対側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明光源装置。
3. 前記色成分選択部材が反射タイプであり、前記第１集光光学系の光軸と前記第２集光光学系の光軸とが前記色成分選択部材に立てた法線に対して４５度の角度で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明光源装置。
4. 前記光量分布均一化部材がライトトンネルであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の照明光源装置。
5. 前記光源部は青色成分の光を発生する光源を有し、前記波長変換部材は前記青色成分の光により励起されて少なくとも緑色成分の蛍光と赤色成分の蛍光とを含む蛍光を発生する蛍光体であり、前記色成分選択部材には少なくとも前記緑色成分の蛍光と前記赤色成分の蛍光とを選択して透過させる透過領域が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の照明光源装置。
6. 前記色成分選択部材には、前記青色成分の光が前記光量分布均一化部材に導かれる期間中に該青色成分の光により生じた蛍光を完全に遮断する遮断領域が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の照明光源装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の照明光源装置と、光量分布均一化部材に導かれた光により画像を形成する画像形成素子と、該画像形成素子により形成された画像を投影する投射光学系とを備えた画像投影装置。