JP2017009782A - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】熱に強く、色バランスを良好に調整できる照明装置およびプロジェクターを提供する。【解決手段】直線偏光からなる第１の光を射出する光源部と、光源部から射出された第１の光が入射するイメージローテーターと、イメージローテーターを通過した第１の光が入射する偏光分離素子と、第１の光のうち偏光分離素子を反射または透過した第１の成分を拡散させる第１の拡散素子と、を備える照明装置。【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置およびプロジェクターに関するものである。

複数の固体光源から射出される光によって蛍光体を励起し、励起した蛍光体から発せられた蛍光を利用する照明装置、およびこの照明装置を用いた投射型表示装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

この照明装置では、固体光源ユニットからの射出光を偏光分離ミラーによって分離し、分離した一方の光を励起光として蛍光発光板に導き、分離した他方の光と蛍光発光板から得られた蛍光とを合成して照明光としている。また、固体光源ユニットと偏光分離ミラーとの間の光路上に設けた位相差板により偏光分離ミラーに入射する光の偏光状態を調整することで、照明光の色バランス調整をしている。

特開２０１２−１３７７４４号公報

しかしながら、上記照明装置においては、有機材料から構成された位相差板は耐熱性が低いため、固体光源からの射出光で劣化する虞がある。位相差板が劣化すると偏光分離ミラーに入射する光の偏光状態が所望の状態とならないため、照明光の色バランスが崩れるといった問題があった。

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、熱に強く、色バランスを良好に調整できる照明装置およ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、直線偏光からなる第１の光を射出する光源部と、前記光源部から射出された前記第１の光が入射するイメージローテーターと、前記イメージローテーターを通過した前記第１の光が入射する偏光分離素子と、前記第１の光のうち前記偏光分離素子を反射または透過した第１の成分を拡散させる第１の拡散素子と、を備え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、イメージローテーターを通過することで第１の光の偏光方向が変化する。そのため、第１の光は偏光分離素子に対してＳ偏光成分とＰ偏光成分とが所定の割合で混在した光となるので、Ｓ偏光成分又はＰ偏光成分のいずれか一方を第１の成分として第１の拡散素子に入射させることができる。よって、第１の成分の拡散光の量を調整できるので、照明光の色バランスを調整することができる。また、第１の偏光方向の調整手段としてイメージローテーターを用いるので、位相差板を用いる従来構成よりも耐熱性に優れたものとなる。

上記第１態様において、前記イメージローテーターは、光入射面と、少なくとも一つの反射面と、光射出面と、を有するプリズムから構成されるのが好ましい。
このようなプリズムを用いることで第１の光の偏光方向を容易に変化させることが可能となる。

上記第１態様において、前記イメージローテーターは、三枚の反射ミラーから構成されるのが好ましい。
この構成によれば、第１の光の偏光方向を容易に変化させることが可能となる。

上記第１態様において、前記イメージローテーターは、該イメージローテーターに入射する前記第１の光の光軸の周りに回転可能であるのが好ましい。
この構成によれば、イメージローテーターを回転させることで第１の光の偏光方向を調整できるので、照明光の色バランスを任意に調整することができる。

上記第１態様において、前記イメージローテーターを前記光軸の周りに回転させる回転駆動部と、前記光源部から射出された前記第１の光の強度を検出する光センサーと、をさらに備え、前記回転駆動部は、前記光センサーからの信号に基づいて前記イメージローテーターを回転させるのが好ましい。
この構成によれば、経時的に第１の光の強度が変化した場合でも、第１の光の強度に応じて色バランスを調整することができる。

上記第１態様において、前記第１の光のうち前記偏光分離素子を透過または反射した第２の成分を拡散させる第２の拡散素子をさらに備え、前記第１の拡散素子および前記第２の拡散素子の少なくとも一方が波長変換素子であるのが好ましい。
この構成によれば、波長変換素子によって生成された第１の光と異なる波長帯の光を含む照明光を射出することができる。

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照明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、熱に強く、色バランスを良好に調整することができ、優れた品質の画像を投射することができる。

プロジェクターを示す概略構成図。 照明装置の概略構成図。 半導体レーザーから射出される青色光の断面形状を示す図。 イメージローテーターの概略構成を示す図。 （ａ）、（ｂ）はイメージローテーターによる作用の説明図。 光量モニター用ミラーの配置位置の説明図。 センサーユニットの構成を示す図。 色バランス調整を示すフローチャート図。 第１変形例に係るイメージローテーターの構成を示す図。 第２変形例に係るイメージローテーターの構成を示す図。

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。

本実施形態のプロジェクターは、３つの透過型液晶ライトバルブを用いたプロジェクターの一例である。
図１は、本実施形態のプロジェクター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、スクリーンＳＣＲ上にカラー画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１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。

プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、赤色光用光変調装置４Ｒと、緑色光用光変調装置４Ｇと、青色光用光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６と、を概略備えている。照明装置２は、均一な照度分布を有する照明光ＷＬを色分離光学系３に向けて射出する。

色分離光学系３は、照明装置から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａと、第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、第３の反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａと、第２のリレーレンズ９ｂと、を備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢと、に分離する機能を有する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過し、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、第１のダイクロイックミラー７ａで反射した光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。

第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されている。第１の反射ミラー８ａは、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを赤色光用光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、青色光ＬＢの光路中に配置されている。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを青色光用光変調装置４Ｂに向けて反射させる。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂで反射し、緑色光用光変調装置４Ｇに向けて進む。

第１のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの光射出側に配置されている。第１のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。

赤色光用光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。緑色光用光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。青色光用光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。

赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。また、液晶パネルの入射側および射出側には、図示しない一対の偏光板が配置されている。一対の偏光板は、特定の方向の直線偏光光を透過させる。

赤色光用光変調装置４Ｒの入射側には、フィールドレンズ１０Ｒが配置されている。緑色光用光変調装置４Ｇの入射側には、フィールドレンズ１０Ｇが配置されている。青色光用光変調装置４Ｂの入射側には、フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒは、赤色光用光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行化する。フィールドレンズ１０Ｇは、緑色光用光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行化する。フィールドレンズ１０Ｂは、青色光用光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化する。

合成光学系５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢのそれぞれに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられる。

投射光学系６は、複数の投射レンズを含む投射レンズ群から構成されている。投射光学系６は、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー画像が表示される。

以下、照明装置２について説明する。
図２は照明装置２の概略構成図である。
図２に示すように、照明装置２は、アレイ光源２１Ａと、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、イメージローテーター４６と、回転駆動部４７と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０Ａを含むプリズム２５Ａと、ピックアップ光学系２６と、発光素子２７と、光学素子４１と、拡散反射素子３０と、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、光量モニター用ミラー４２と、センサーユニット４３と、制御装置４４と、を備えている。発光素子２７は、特許請求の範囲の「第１の拡散素子」および「波長変換素子」に相当する。拡散反射素子３０は、特許請求の範囲の「第２の拡散素子」に相当する。

アレイ光源２１Ａと、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、プリズム２５Ａと、光学素子４１と、第２のピックアップ光学系２９と、拡散反射素子３０とは、それぞれの光学中心を図２中に示す光軸ａｘ１に一致させた状態で、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。なお、光学素子４１は、位相差板２８と、第２のピックアップ光学系２９とを含む。

一方、発光素子２７と、ピックアップ光学系２６と、プリズム２５Ａと、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａとは、それぞれの光学中心を図２中に示す光軸ａｘ２に一致させた状態で、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する位置関係にある。

アレイ光源２１Ａは、複数の半導体レーザー２１１を備える。複数の半導体レーザー２１１は、光軸ａｘ１と直交する面２１ｃ内において、アレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー２１１の個数は特に限定されない。

各半導体レーザー２１１は、例えばピーク波長が４４６ｎｍの青色光ＢＬを射出する。青色光ＢＬは、アレイ光源２１Ａからコリメーター光学系２２に向けて射出される。本実施形態におけるピーク波長が４４６ｎｍの青色光ＢＬは、特許請求の範囲の「第１の光」に相当し、アレイ光源２１Ａは、特許請求の範囲の「光源部」に相当する。

図３は半導体レーザー２１１から射出された青色光ＢＬの断面形状を示す図である。図３に示すように、複数の青色光ＢＬは、その光軸ＢＬ１方向から見て長手方向Ｗ１と短手方向Ｗ２とを有する細長い矩形状若しくは略楕円状となっている。青色光ＢＬは、短手方向Ｗ２と平行な方向に偏光方向を有する光（直線偏光）である。

アレイ光源２１Ａから射出された青色光ＢＬは、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、アレイ光源２１Ａから射出された青色光ＢＬを平行光束に変換する。コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａで構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の半導体レーザー２１１にそれぞれ対応して配置されている。

コリメーター光学系２２を透過することにより平行光束に変換された青色光ＢＬは、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、青色光ＢＬの光束径を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えばアフォーカルレンズ２３ａ，アフォーカルレンズ２３ｂから構成されている。

アフォーカル光学系２３を透過することにより光束径が調整された青色光ＢＬは、イメージローテーター４６に入射する。イメージローテーター４６は、青色光ＢＬの光軸ＢＬ１と平行な軸の周りに回転可能とされている。回転駆動部４７はイメージローテーター４６を回転させるためのものである。

図４はイメージローテーター４６の概略構成を示す図である。
図４に示すように、本実施形態のイメージローテーター４６は、例えば、ガラス製のプリズム６０から構成されたものとなっている。

プリズム６０は、光入射面６１と、反射面６２と、光射出面６３とを有する。光入射面６１からプリズム６０内に入射した青色光ＢＬは反射面６２で反射された後に光射出面６３から射出されることで像が反転する。よって、プリズム６０は、後述のように所定角度だけ回転することで青色光ＢＬの像を回転させることが可能となっている。

具体的に、イメージローテーター４６が角度θ度だけ回転すると、青色光ＢＬの像は光軸ａｘ１と平行な軸の周りに２θ度だけ回転されてイメージローテーター４６から射出される。

図５はイメージローテーター４６による作用を説明するための図である。図５（ａ）は光入射面６１に入射する際の複数（例えば、３つ）の青色光ＢＬの断面形状（スポット形状）を示すものであり、図５（ｂ）は光射出面６３から射出された際の複数の青色光ＢＬの断面形状（スポット形状）を示すものである。

図５（ａ）に示すように、イメージローテーター４６による回転前の状態において、青色光ＢＬは偏光分離素子５０Ａに対するＳ偏光成分のみから構成されているとする。

図５（ｂ）に示すように、イメージローテーター４６によって回転された青色光ＢＬは直線偏光という偏光状態を維持するものの、像とともに偏光方向Ｗ３が回転する。具体的に、偏光方向Ｗ３が２θだけ回転する。これにより、イメージローテーター４６から射出された青色光ＢＬは、Ｐ偏光成分ＢＬｐおよびＳ偏光成分ＢＬｓが所定の割合で混在した光となる。

なお、本実施形態におけるＳ偏光成分ＢＬｓは、特許請求の範囲における第１の成分に相当し、本実施形態におけるＰ偏光成分ＢＬｐは、特許請求の範囲における第２の成分に相当する。

図２に戻り、イメージローテーター４６から射出された青色光ＢＬは、ホモジナイザー光学系２４に入射する。ホモジナイザー光学系２４は、例えばマルチレンズアレイ２４ａ，マルチレンズアレイ２４ｂから構成されている。マルチレンズアレイ２４ａは複数のレンズ２４ａｍを備えている。

本実施形態では、イメージローテーター４６を通過することで青色光ＢＬの像が回転しているため、マルチレンズアレイ２４ａの各レンズ２４ａｍに対して青色光ＢＬが効率良く入射するようになる。よって、青色光ＢＬの光強度分布の均一性をより向上させることができる。

ホモジナイザー光学系２４から射出された青色光ＢＬは、プリズム２５Ａに入射する。プリズム２５Ａは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムで構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ａｘ１に対して４５°の角度をなす傾斜面Ｋを有している。

傾斜面Ｋは、光軸ａｘ２に対しても４５°の角度をなしている。プリズム２５Ａは、互いに直交する光軸ａｘ１，ａｘ２の交点と傾斜面Ｋの光学中心とが一致するように配置されている。ダイクロイックプリズムからなるプリズム２５Ａに代えて、平行平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。

傾斜面Ｋには、波長選択性を有する偏光分離素子５０Ａが設けられている。偏光分離素子５０Ａは、青色光ＢＬを、偏光分離素子５０Ａに対するＳ偏光成分ＢＬｓとＰ偏光成分ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有している。

具体的に、偏光分離素子５０Ａは、青色光ＢＬのＳ偏光成分ＢＬｓ（第１の成分）を反射させ、青色光ＢＬのＰ偏光成分ＢＬｐ（第２の成分）を透過させる。以下の説明では、偏光分離素子５０Ａで反射したＳ偏光成分ＢＬｓは蛍光体層の励起に利用されるため、励起光ＢＬｓと称する。偏光分離素子５０Ａを透過したＰ偏光成分ＢＬｐは照明光として利用されるため、青色光ＢＬｐと称する。

また、偏光分離素子５０Ａは、半導体レーザー２１１から射出された青色光ＢＬとは波長帯が異なる黄色の蛍光光ＹＬを、蛍光光ＹＬの偏光状態に依らずに透過させる色分離機能を有している。

偏光分離素子５０Ａから射出されたＳ偏光の励起光ＢＬｓは、ピックアップ光学系２６に入射する。ピックアップ光学系２６は、励起光ＢＬｓを発光素子２７の蛍光体層３４に向けて集光させる。ピックアップ光学系２６は、例えばピックアップレンズ２６ａ，ピックアップレンズ２６ｂから構成されている。

ピックアップ光学系２６から射出された励起光ＢＬｓは、発光素子２７に入射する。発光素子２７は、蛍光体層３４と、蛍光体層３４を支持する基板３５と、を有している。励起光ＢＬｓが蛍光体層３４に入射することにより蛍光体層３４に含まれる蛍光体が励起され、励起光ＢＬｓとは波長が異なる黄色の蛍光光ＹＬが生成される。

発光素子２７において、蛍光体層３４は、励起光ＢＬｓが入射する側とは反対側の面を基板３５に接触させた状態で、蛍光体層３４の側面と基板３５との間に設けられた接着剤３６により基板３５に固定されている。基板３５の蛍光体層３４が設けられた側と反対側の面には、蛍光体層３４の熱を放散させるためのヒートシンク３８が設けられている。

蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬは、偏光方向が揃っていない非偏光光のため、ピックアップ光学系２６を通過した後、非偏光の状態のままで偏光分離素子５０Ａに入射する。蛍光光ＹＬは、偏光分離素子５０Ａを透過し、インテグレータ光学系３１に向けて進む。

一方、偏光分離素子５０Ａから射出されたＰ偏光の青色光ＢＬｐは、位相差板２８に入射する。

位相差板２８は、偏光分離素子５０Ａと拡散反射素子３０との間の光路中に配置された１／４波長板から構成されている。したがって、偏光分離素子５０Ａから射出されたＰ偏光の青色光ＢＬｐは、位相差板２８により円偏光の青色光ＢＬｃに変換された後、第２のピックアップ光学系２９に入射する。

第２のピックアップ光学系２９は、青色光ＢＬｃを拡散反射素子３０に向けて集光させる。第２のピックアップ光学系２９は、例えばピックアップレンズ２９ａとピックアップレンズ２９ｂとから構成されている。

拡散反射素子３０は、第２のピックアップ光学系２９から射出された青色光ＢＬｃを偏光分離素子５０Ａに向けて拡散反射させる。特に拡散反射素子３０として、拡散反射素子３０に入射した青色光ＢＬｃをランバート反射させるものを用いることが好ましい。照明装置２において、この種の拡散反射素子３０を用いることにより、青色光ＢＬｃを拡散反射させつつ、均一な照度分布を有する青色光ＢＬｃ’を得ることができる。

拡散反射素子３０で拡散反射された青色光ＢＬｃ’は、再び位相差板２８に入射することによって、円偏光の青色光ＢＬｃ’からＳ偏光の青色光ＢＬｓ’に変換される。そのため、光学素子４１からＳ偏光の青色光ＢＬｓ’が射出される。
Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ’は、偏光分離素子５０Ａに入射する。Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ’は、偏光分離素子５０Ａで反射し、インテグレータ光学系３１に向けて進む。

このようにして、青色光ＢＬｓ’は、偏光分離素子５０Ａを透過した蛍光光ＹＬとともに、照明光ＷＬとして利用される。すなわち、青色光ＢＬｓ’と蛍光光ＹＬとは、偏光分離素子５０Ａから互いに同一方向に向けて射出される。このようにして、青色光ＢＬｓ’と黄色の蛍光光ＹＬとが合成された白色の照明光ＷＬが得られる。すなわち、偏光分離素子５０Ａは、青色光ＢＬｓ’と蛍光光ＹＬとを合成する色合成素子の機能も兼ねている。

偏光分離素子５０Ａから射出された照明光ＷＬは、インテグレータ光学系３１に入射する。インテグレータ光学系３１は、照明光ＷＬを複数の小光束に分割する。インテグレータ光学系３１は、例えば、第１レンズアレイ３１ａ，第２レンズアレイ３１ｂから構成されている。第１レンズアレイ３１ａ，第２レンズアレイ３１ｂは、複数のマイクロレンズがアレイ状に配列されたものからなる。

インテグレータ光学系３１から射出された照明光ＷＬ（複数の小光束）は、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、照明光ＷＬの偏光方向を揃えるものである。偏光変換素子３２は、例えば、偏光分離膜と位相差板とミラーとから構成されている。偏光変換素子３２は、非偏光である蛍光光ＹＬの偏光方向とＳ偏光の青色光ＢＬｓ’の偏光方向とを揃えるため、他方の偏光成分を一方の偏光成分に、例えばＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換する。

インテグレータ光学系３１と偏光変換素子３２との間の光路上に、光量モニター用ミラー４２が設けられている。光量モニター用ミラー４２は、光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置されている。光量モニター用ミラー４２は、入射した光の一部を透過し、残りを反射する。光量モニター用ミラー４２を透過した光は偏光変換素子３２に入射し、光量モニター用ミラー４２で反射した光はセンサーユニット４３に入射する。センサーユニット４３の詳細な構成については後述する。本実施形態におけるセンサーユニット４３は特許請求の範囲における「光センサー」に相当する。

図６は光量モニター用ミラー４２の配置位置を説明するための図である。
図６に示すように、光量モニター用ミラー４２は、偏光変換素子３２の光入射領域Ｒを避けて配置された保持部材４８によって保持されている。偏光変換素子３２の光入射領域Ｒとは、インテグレータ光学系３１から射出された複数の小光束各々が入射する領域である。

光量モニター用ミラー４２は、半導体レーザー２１１から射出された青色光ＢＬの２次光源像Ｚが形成される位置に配置される。ここでは、光量モニター用ミラー４２がインテグレータ光学系３１と偏光変換素子３２との間の光路上に配置された例を示した。この例に代えて、光量モニター用ミラー４２は、偏光変換素子３２と重畳レンズ３３ａとの間の光路上に配置されていてもよい。

偏光変換素子３２を通過することにより偏光方向が揃えられた照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａに入射する。重畳レンズ３３ａは、偏光変換素子３２から射出された複数の小光束を照明対象物上で互いに重畳させる。これにより、照明対象物を均一に照明することができる。重畳光学系３３は、第１レンズアレイ３１ａ，第２レンズアレイ３１ｂからなるインテグレータ光学系３１と重畳レンズ３３ａとにより構成される。

本実施形態の場合、光量モニター用ミラー４２は、インテグレータ光学系３１と偏光変換素子３２との間の光路上の２次光源像Ｚの形成位置に配置されている。そのため、光路中に光量モニター用ミラー４２を配置して光の一部を取り出したとしても、被照明領域である赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂ上において照度ムラが生じることはない。したがって、２次光源像１個分の照度低下を許容できるならば、光量モニター用ミラー４２は、必ずしも一部の光を透過し、残りを反射するミラーでなくてもよく、全ての光を反射するミラーであってもよい。

図７はセンサーユニット４３の構成を示す図である。
センサーユニット４３は、図７に示すように、青色光ＢＬｓ’の強度を検出する青色光用センサー５２と、黄色の蛍光光ＹＬの強度を検出する黄色光用センサー５３と、青色光ＢＬｓ’と黄色の蛍光光ＹＬとを分離するダイクロイックミラー５４と、を備えている。

光量モニター用ミラー４２から取り出された光は、センサーユニット４３に入射し、ダイクロイックミラー５４により青色光ＢＬｓ’と黄色の蛍光光ＹＬとが分離される。青色光ＢＬｓ’は、青色光用センサー５２により強度が検出される。黄色の蛍光光ＹＬは、黄色光用センサー５３により強度が検出される。

センサーユニット４３からの青色光ＢＬｓ’の強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度の検出結果は、制御装置４４に出力される。制御装置４４は、青色光ＢＬｓ’の強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度との比が基準値に近付くように、イメージローテーター４６を回転させて該イメージローテーター４６を通過した青色光ＢＬの偏光状態を変化させる。

なお、青色光ＢＬｓ’の強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度との比の基準値は、センサーユニット４３により測定された、プロジェクター１の使用開始時点の初期の青色光ＢＬｓ’の強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度とに基づいて決定された値であってもよい。もしくは、青色光ＢＬｓ’の強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度との比の基準値として、プロジェクター１の設計値を用いてもよい。

ここで、プロジェクター使用時の経時変化により半導体レーザー２１１から射出される光の量が低下した場合を想定する。この場合に生じるホワイトバランスのずれに対する本実施形態の対応策の考え方を、図８のフローチャートに基づいて説明する。

半導体レーザー２１１の出力が低下すると（図８のステップＳ１）、それに伴って蛍光体層３４を励起させる励起光ＢＬｓの光量が低下する。励起光ＢＬｓの光量が低下することは、励起光ＢＬｓの光密度（単位面積あたりの光量）が低下することと等価である（図８のステップＳ２）。

一般的に、蛍光体は励起光の光密度が低下すると、励起光を蛍光光に変換する際の変換効率が上昇する、という特性を有している。したがって、励起光ＢＬｓの光量が低下したとしても、変換効率の上昇による蛍光光の増加分が励起光ＢＬｓの光量低下による蛍光光の減少分を上回ったとき、蛍光体層３４から射出される蛍光光ＹＬの光量は増加する（図８のステップＳ３）。ここでは、蛍光光ＹＬの光量が増加する場合を例にとって説明するが、蛍光光ＹＬの光量は減少する場合もある。いずれの場合もホワイトバランスが崩れる。

ここで、半導体レーザー２１１の出力の低下に伴って、青色光ＢＬｓ’の光量、励起光ＢＬｓの光量はともに低下している。
しかしながら、蛍光体の変換効率が上昇しているため、青色光ＢＬｓ’に対する蛍光光ＹＬの光量は相対的に増加する（図８のステップＳ４）。その結果、青色光ＢＬｓ’と黄色の蛍光光ＹＬとの比率が変化し、経時変化前に対して青色光ＢＬｓ’と黄色の蛍光光ＹＬとの合成光である白色光のホワイトバランスが崩れる（図８のステップＳ５）。具体的には、青色光ＢＬｓ’の光量に対する黄色の蛍光光ＹＬの光量が相対的に増加するため、合成光は黄色味を帯びた白色光に変化する。

ここで、光量モニター用ミラー４２から取り出された光に含まれる青色光ＢＬｓ’の光量（強度）と黄色の蛍光光ＹＬの光量（強度）とが、センサーユニット４３により測定される（図８のステップＳ６）。

制御装置４４に、プロジェクター１の使用開始時点の初期の強度値に基づいて決定された、青色光強度と黄色光強度との比の基準値が予め記憶されている。制御装置４４は、センサーユニット４３が検出した現在の青色光強度と黄色光強度との比と記憶済みの基準値とを比較する。その結果、現在の青色光強度と黄色光強度との比と基準値の比との差が許容範囲を超えている場合、現在の青色光強度と黄色光強度との比が基準値（初期値）に近付くように、イメージローテーター４６を回転させる（図８のステップＳ７）。

イメージローテーター４６を所定の角度だけ回転させることにより、青色光ＢＬのＳ偏光成分ＢＬｓの光量とＰ偏光成分ＢＬｐの光量との割合を調整できる。

具体的に、青色光となるＰ偏光成分ＢＬｐの光量を増やし、蛍光光ＹＬを生成する励起光となるＰ偏光成分ＢＬｐの光量を減らすためには、Ｐ偏光成分ＢＬｐの光量を相対的に増やし、Ｓ偏光成分ＢＬｓの光量を相対的に減らせばよい。
これにより、白色光のホワイトバランスが崩れたときと比べて、偏光分離素子５０Ａを透過する青色光となるＰ偏光成分ＢＬｐの光量が相対的に増加するため、合成光はより白色に近い光となり、ホワイトバランスを改善することができる。

以上説明したように、本実施形態の照明装置２によれば、位相差板に代えてイメージローテーター４６を回転させることで照明光ＷＬのホワイトバランスを調整することができる。従来のように位相差板を用いた場合、位相差板が熱で劣化することでホワイトバランス調整の信頼性の低下を招くおそれがあった。本実施形態によれば、位相差板よりも耐熱性に優れたイメージローテーター４６を用いるので、熱に強く、照明光ＷＬのホワイトバランス調整を行うことができる。

また、本実施形態では、センサーユニット４３が検出した青色光強度と黄色光強度とに基づいてイメージローテーター４６の回転角を制御するため、半導体レーザー２１１、その他の光学部品等の経時変化に起因するホワイトバランスのずれを補正してホワイトバランスの調整を行うこともできる。

また、光量モニター用ミラー４２により２次光源像の一部を取り出して検出を行うため、赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂ上での照度ムラを生じさせることなく、ホワイトバランスの調整を精度良く行うことができる。
本実施形態によれば、この種の照明装置２を備えたことにより、画像のホワイトバランスに優れ、表示品質の高いプロジェクター１を実現することができる。

なお、ホワイトバランスの調整を行うタイミングとして、青色光強度と黄色光強度のモニターとイメージローテーター４６の回転動作とは、例えばプロジェクター１の主電源投入直後に行う設定とすることが望ましい。
このようにプロジェクター１の主電源投入直後に調整が行われる構成であれば、使用者に画像の色味の変化を認識され難くすることができる。ただし、ホワイトバランスの調整をプロジェクター１の主電源投入直後だけに行ったのでは、プロジェクター１の使用中にホワイトバランスがずれた場合に対応できない。したがって、プロジェクター１の使用中であっても所定の時間間隔でホワイトバランスの調整を行う構成としてもよい。

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、イメージローテーター４６として１つの反射面６２を有したプリズム６０から構成されたものを例示したが、本発明はこれに限定されない。

図９は第１変形例に係るイメージローテーター１４６を構成するプリズム１６０を示す図である。図９に示すように、プリズム１６０は、光入射面１６１と、第１の反射面１６２ａと、第２の反射面１６２ｂと、第３の反射面１６２ｃと、光射出面１６３とを有する。光入射面１６１からプリズム１６０内に入射した青色光ＢＬは第１の反射面１６２ａ、第２の反射面１６２ｂおよび第３の反射面１６２ｃで順に反射された後、光射出面１６３から射出されることで像が反転する。よって、プリズム１６０を上記実施形態と同様、所定角度だけ回転することで青色光ＢＬの像を回転させることが可能となる。

あるいは、イメージローテーターはプリズムの代わりに複数のミラーから構成されていても良い。
図１０は第２変形例に係るイメージローテーター２４６の構成を示す図である。
図１０に示すように、本変形例に係るイメージローテーター２４６は、第１のミラー２６０と、第２のミラー２６１と、第３のミラー２６２とから構成されている。

この構成によれば、青色光ＢＬは第１のミラー２６０、第２のミラー２６１、及び第３のミラー２６２で順に反射されることで像が反転する。よって、イメージローテーター２４６を上記実施形態と同様、所定角度だけ回転することで青色光ＢＬの像を回転させることが可能となる。

また、上記実施形態では、照明光のホワイトバランスを調整するためにイメージローテーター４６の回転角を調整する例を示したが、照明光の色味を意図的に変えるためにイメージローテーター４６の回転角を調整してもよい。例えば白色光の場合、青味がかった白色光もしくは黄色味がかった白色光を意図的に生成するため、イメージローテーター４６の回転角を調整してもよい。

また、上記実施形態では、センサーユニット４３からの信号に基づいて、イメージローテーター４６の回転角度を調整する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、センサーユニット４３の信号を確認したユーザーが手動動作によってイメージローテーター４６を所定角度だけ回転させるようにしても良い。この場合、回転駆動部４７を無くすことができる。

あるいは、スクリーンＳＣＲに表示される画像を確認したユーザーが手動動作によってイメージローテーター４６を所定角度だけ回転させるようにしても良い。この場合、回転駆動部４７、センサーユニット４３および制御装置４４を無くすことができるので、プロジェクター１のコストを抑えることができる。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１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光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、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、２…照明装置、４Ｒ…赤色用光変調装置、４Ｇ…緑色用光変調装置、４Ｂ…赤色用光変調装置、６…投射光学系、２１Ａ…アレイ光源（光源部）、３０…拡散反射素子（第２の拡散素子）、３４…蛍光体層（波長変換素子、第１の拡散素子）、４６，１４６，２４６…イメージローテーター、４３…センサーユニット（光センサー）、４７…回転駆動部、６０，１６０…プリズム、６１，１６１…光入射面、６２…反射面、６３，１６３…光射出面、１６２ａ…第１の反射面、１６２ｂ…第２の反射面、１６２ｃ…第３の反射面、ＢＬｓ…Ｓ偏光成分（第１の成分）、ＢＬｐ…Ｐ偏光成分（第２の成分）、ＢＬ…青色光（第１の光）。

Claims (7)

1. 直線偏光からなる第１の光を射出する光源部と、
   前記光源部から射出された前記第１の光が入射するイメージローテーターと、
   前記イメージローテーターを通過した前記第１の光が入射する偏光分離素子と、
   前記第１の光のうち前記偏光分離素子を反射または透過した第１の成分を拡散させる第１の拡散素子と、を備える照明装置。
2. 前記イメージローテーターは、光入射面と、少なくとも一つの反射面と、光射出面と、を有するプリズムから構成される
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記イメージローテーターは、三枚の反射ミラーから構成される
   請求項１に記載の照明装置。
4. 前記イメージローテーターは、該イメージローテーターに入射する前記第１の光の光軸の周りに回転可能である
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記イメージローテーターを前記光軸の周りに回転させる回転駆動部と、
   前記光源部から射出された前記第１の光の強度を検出する光センサーと、をさらに備え、
   前記回転駆動部は、前記光センサーからの信号に基づいて前記イメージローテーターを回転させる
   請求項４に記載の照明装置。
6. 前記第１の光のうち前記偏光分離素子を透過または反射した第２の成分を拡散させる第２の拡散素子をさらに備え、
   前記第１の拡散素子および前記第２の拡散素子の少なくとも一方が波長変換素子である
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 請求項１〜６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照明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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