JP2018205607A - 照明装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上させた照明装置を提供する。また、前記照明装置を備えるプロジェクターを提供する。【解決手段】第１、第２の光ビームを含む第１の光線束を第１の方向に射出する第１の光源ユニットと、第３、第４の光ビームを含む第２の光線束を第１の方向とは異なる第２の方向に射出する第２の光源ユニットと、第１、第２の光線束を含む合成光線束を生成する光線合成素子と、光線合成素子の後段に設けられ、第１〜第４の光ビームを集光させる集光光学系と、集光光学系から収束するように射出された第１〜第４の光ビームが入射する波長変換素子と、を備える照明装置である。光線合成素子は、第１の光ビームを反射させる第１の反射面と、第２の光ビームを反射させる第２の反射面とを備える。第１、第２の反射面はそれぞれ、第１、第２の光ビームを互いに異なる方向に反射させる。【選択図】図２

Description

本発明は、照明装置及びプロジェクターに関するものである。

近年、プロジェクターに用いられる光源装置として、レーザー光を利用するものがある。下記特許文献１には、二つのレーザーアレイから射出した複数のレーザー光を合成して、蛍光体上に集光することで蛍光を生成する光源装置が開示されている。また、下記特許文献２には、複数のレーザー光源からの光を合成する手段としてストライプミラーを用いた光源装置が開示されている。

特開２０１１−１５８５０２号公報 米国特許出願公開第２００４／０２５２７４４号明細書

上記特許文献１、２に記載の光源装置では、複数のレーザー光を互いに平行な状態で合成している。そのため、集光レンズを用いて複数のレーザー光を蛍光体上に集光すると、複数のレーザー光が蛍光体上の一点に集光されてしまい、蛍光体上において集光点の光密度が高くなってしまう。すると、蛍光変換効率が低下したり、蛍光体が破損することで光源装置の信頼性を低下させるおそれがあった。

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、信頼性を向上させた照明装置を提供することを目的の一つとする。また、前記照明装置を備えるプロジェクターを提供することを目的の一つとする。

本発明の第１態様による照明装置は、第１の光ビームを射出する第１の発光素子と第２の光ビームを射出する第２の発光素子とを含み、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとを含む第１の光線束を第１の方向に射出する第１の光源ユニットと、第３の光ビームを射出する第３の発光素子と第４の光ビームを射出する第４の発光素子とを含み、前記第３の光ビームと前記第４の光ビームとを含む第２の光線束を前記第１の方向とは異なる第２の方向に射出する第２の光源ユニットと、第１の光線束の光路上に設けられ、前記第１の光線束を反射させ、かつ前記第２の光線束を透過または反射させることにより、前記第１の光線束と前記第２の光線束とを含む合成光線束を生成する光線合成素子と、前記光線合成素子の後段に設けられ、前記第１〜第４の光ビームを集光させる集光光学系と、前記集光光学系から収束するように射出された前記第１〜第４の光ビームが入射する波長変換素子と、を備えている。前記光線合成素子は、前記第１の光ビームを反射させる第１の反射面と、前記第２の光ビームを反射させる第２の反射面とを備える。前記第１の反射面と前記第２の反射面とはそれぞれ、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとを互いに異なる方向に反射させる。

第１態様に係る照明装置によれば、第１の光ビーム及び第２の光ビームが波長変換素子の一点に入射することを防止できる。よって、波長変換素子上における光密度を低減させることで、波長変換効率の低下や波長変換素子の破損を防止した信頼性の高い照明装置が提供される。

上記第１態様において、前記第１の反射面を有する第１の部材と、前記第２の反射面を有する第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材とを支持する支持面を有する支持部材と、をさらに備え、前記支持面は、前記第１の反射面と前記第２の反射面とを互いに異なる方向に向かせるための凹凸を有するのが好ましい。

この構成によれば、第１の光ビーム及び第２の光ビームの進行方向を異ならせる構成を支持面の凹凸によって簡便に実現することができる。

上記第１態様において、前記光線合成素子は、前記第３の光ビームが入射する第３の反射面と、前記第４の光ビームが入射する第４の反射面とを有し、前記第３の反射面と前記第４の反射面とはそれぞれ、前記第３の光ビームと前記第４の光ビームとを互いに異なる方向に反射させるように設けられているのが好ましい。

この構成によれば、第３の光ビーム及び第４の光ビームが波長変換素子の一点に入射することを防止できる。これにより、波長変換素子上における光密度がより低減するので、より信頼性の高い照明装置を提供することができる。

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して画像光を生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信頼性が高い。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図。 照明装置の概略構成を示す図。 光線合成素子の構成を示す斜視図。 光線合成素子の構成を示す断面図。 傾き角と光線の入射位置との関係を示したグラフ。 第２実施形態における照明装置の構成を示す図。 光線合成素子の構成を示す斜視図。 光線合成素子の構成を示す断面図。 第１変形例に係る光線合成素子の断面構成を示す図。

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。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
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１は、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６とを備えている。

本実施形態において、照明装置２は、赤色光、緑色光及び青色光を含む白色の照明光Ｗを射出する。白色の照明光Ｗは色分離光学系３に入射する。

色分離光学系３は、照明光Ｗ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及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第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からの照明光Ｗを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過することによって、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂ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の後段に配置されている。

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

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，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ている。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。

また、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，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，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂは、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれを平行化する。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの各画像光が入射する。合成光学系５は、各画像光を合成し、この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ている。

投射光学系６は、投射レンズ群からなり、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、拡大された映像が表示される。

（照明装置）
続いて、照明装置２の構成について説明する。図２は照明装置２の概略構成を示す図である。図２に示すように、照明装置２は、第１光源装置１１と、第２光源装置１２と、均一化照明手段１４とを備えている。

第１光源装置１１は、第１の光源ユニット２１と、第２の光源ユニット２２と、第１のコリメート光学系２３と、第２のコリメート光学系２４と、光線合成素子２０と、拡散板２６と、ダイクロイックミラー２７と、集光光学系２８と、回転蛍光板３０とを備える。

以下、図面においてＸＹＺ座標系を用いて説明することもある。
図２において、Ｘ方向は照明装置２から射出される照明光Ｗの光軸（照明光軸）１００ａｘと平行な方向である。Ｙ方向は光線合成素子２０から射出された光の主光線（以下、光軸ａｘ１と称する）と平行な方向である。Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向にそれぞれ直交する方向である。なお、第２光源装置１２の光軸は第１光源装置１１の光軸ａｘ１と一致する。

第１の光源ユニット２１及び第２の光源ユニット２２は、後述する回転蛍光板３０の蛍光体層３３に対して励起光を照射するためのものである。

第１の光源ユニット２１は、二次元的に配列された複数の発光素子１５を有する。発光素子１５は、半導体レーザーから構成される。発光素子１５は光線Ｂａを射出する。光線Ｂａはピーク波長が例えば４４５ｎｍのレーザー光である。なお、発光素子１５の数及び配列は特に限定されない。

複数の発光素子１５は支持部材２１ａの実装面に二次元的に配列されている。支持部材２１ａは、例えば、アルミや銅といった放熱性に優れた金属材料からなる。これにより、発光素子１５の熱を効率良く放出することが可能となっている。

第１の光源ユニット２１は、複数の光線Ｂａからなる光線束Ｋ１を＋Ｘ方向に向けて射出する。光線束Ｋ１を構成する複数の光線Ｂａは、光線Ｂａ１，Ｂａ２を含む。本実施形態において、複数の発光素子１５のうちの発光素子１５ａが光線Ｂａ１を射出し、複数の発光素子１５のうちの発光素子１５ｂが光線Ｂａ２を射出する。

本実施形態において、発光素子１５ａ及び光線Ｂａ１はそれぞれ特許請求の範囲の「第１の発光素子」及び「第１の光ビーム」に相当し、発光素子１５ｂ及び光線Ｂａ２はそれぞれ特許請求の範囲の「第２の発光素子」及び「第２の光ビーム」に相当する。
また、第１の光源ユニット２１から射出される光線束Ｋ１は特許請求の範囲の「第１の光線束」に相当し、光線束Ｋ１を射出する＋Ｘ方向は特許請求の範囲の「第１の方向」に相当する。

第１のコリメート光学系２３は、複数のコリメーターレンズ２３ａを含む。各コリメーターレンズ２３ａは、各発光素子１５に対応して二次元的に配置されている。すなわち、各コリメーターレンズ２３ａは、対応する発光素子１５から射出された各光線Ｂａを平行光に変換する。平行化された光線束Ｋ１は光線合成素子２０に入射する。

第１の光源ユニット２１と同様、第２の光源ユニット２２は二次元的に配列された複数の発光素子１６を有する。発光素子１６は光線Ｂｂを射出する。光線Ｂｂは、ピーク波長が例えば４４５ｎｍであるレーザー光である。第２の光源ユニット２２の規格は第１の光源ユニット２１の規格と同じである。ここで、規格とは、発光素子の配列の仕方及びそのピッチを意味している。

第２の光源ユニット２２において、複数の発光素子１６は支持部材２２ａの実装面に二次元的に配列されている。支持部材２２ａは、例えば、アルミや銅といった放熱性に優れた金属材料から構成され、発光素子１６の熱を効率良く放出する。

第２の光源ユニット２２は、複数の光線Ｂｂからなる光線束Ｋ２を＋Ｙ方向に向けて射出する。光線束Ｋ２を構成する複数の光線Ｂｂは、光線Ｂｂ１，Ｂｂ２を含む。本実施形態において、複数の発光素子１６のうちの発光素子１６ａが光線Ｂｂ１を射出し、複数の発光素子１６のうちの発光素子１６ｂが光線Ｂｂ２を射出する。

本実施形態において、発光素子１６ａ及び光線Ｂｂ１はそれぞれ特許請求の範囲の「第３の発光素子」及び「第３の光ビーム」に相当し、発光素子１６ｂ及び光線Ｂｂ２はそれぞれ特許請求の範囲の「第４の発光素子」及び「第４の光ビーム」に相当する。
また、第２の光源ユニット２２から射出される光線束Ｋ２は特許請求の範囲の「第２の光線束」に相当し、光線束Ｋ２を射出する＋Ｙ方向は特許請求の範囲の「第２の方向」に相当する。

第２のコリメート光学系２４は、複数のコリメーターレンズ２４ａを含む。各コリメーターレンズ２４ａは、各発光素子１６に対応して二次元的に配置されている。すなわち、各コリメーターレンズ２４ａは、対応する発光素子１６から射出された各光線Ｂｂを平行光に変換する。平行化された光線束Ｋ２は光線合成素子２０に入射する。

ここで、光線合成素子２０の構成について具体的に説明する。図３は光線合成素子２０の構成を示す斜視図であり、図４は光線合成素子２０の構成を示す断面図である。

光線合成素子２０は、光線束Ｋ１，Ｋ２の光路上に設けられている。図３に示すように、光線合成素子２０は、複数のミラー６０と、該複数のミラー６０を支持する支持部材６１と、を有する。ミラー６０各々は、Ｚ方向に沿って長手となるストライプ形状からなる。複数のミラー６０は第１の光源ユニット２１から射出された複数の光線Ｂａを反射する。第１の光源ユニット２１は、図２に示したように１本の光線Ｂａが１つのミラー６０に入射するように位置決めされている。なお、本実施形態において、各ミラー６０の厚さは均一である。

複数のミラー６０は、その短手方向に沿って配列され、互いに隣り合うミラー６０の間には隙間Ｓが設けられている。第２の光源ユニット２２は、図２に示したように１本の光線Ｂｂがひとつの隙間Ｓに入射するように、位置決めされている。これにより、複数の光線Ｂｂからなる光線束Ｋ２は、光線合成素子２０を透過するようになっている。

各ミラー６０は、表側に設けられた反射面６５と、反射面６５と反対の裏面６６とを有する。

本実施形態において、複数のミラー６０は第１ミラー６０ａと第２ミラー６０ｂとを含む。第１ミラー６０ａは反射面６５ａを有し、第２ミラー６０ｂは反射面６５ｂを有する。第１ミラー６０ａの反射面６５ａは発光素子１５ａから射出された光線Ｂａ１を反射する。第２ミラー６０ｂの反射面６５ｂは発光素子１５ｂから射出された光線Ｂａ２を反射する。

本実施形態において、第１ミラー６０ａ及び反射面６５ａはそれぞれ特許請求の範囲の「第１の部材」及び「第１の反射面」に相当し、第２ミラー６０ｂ及び反射面６５ｂはそれぞれ特許請求の範囲の「第２の部材」及び「第２の反射面」に相当する。

本実施形態において、支持部材６１はそれぞれ、複数のミラー６０の上端部（＋Ｚ方向の端部）と下端部（−Ｚ方向の端部）を支持する。支持部材６１は、複数のミラー６０の裏面６６を支持する支持面６２を有する。支持部材６１は、光線Ｂｂを遮らないように各ミラー６０を支持する。

本実施形態において、各ミラー６０は例えば、バネ部材３５によって支持面６２に押し付けられることで支持される。これにより、各ミラー６０は支持部材６１に良好に保持される。

図４に示すように、支持面６２は凹凸６２ａを有する。本実施形態において、第１ミラー６０ａ及び第２ミラー６０ｂが支持面６２の凹凸６２ａに当接することで、反射面６５ａがＸ方向となす角は反射面６５ｂがＸ方向となす角と異なっている。

このように本実施形態の光線合成素子２０において、反射面６５ａと反射面６５ｂとはそれぞれ、光線Ｂａ１と光線Ｂａ２とを互いに異なる方向へ反射するように、設けられている。

なお、反射面６５ａと反射面６５ｂとがそれぞれ光線Ｂａ１と光線Ｂａ２とを互いに異なる方向へ反射させるとは、光線Ｂａ１，Ｂａ２を、例えば互いに逆の方向に反射させることを意味するものではない。光線Ｂａ１，Ｂａ２は、後述の集光光学系２８によって蛍光体層３３上の所定の領域に入射するように反射されなければならない。

本実施形態において、光線Ｂｂ１及び光線Ｂｂ２は、光軸ａｘ１と平行な方向に進行する。

第１ミラー６０ａ及び第２ミラー６０ｂを除く他の複数のミラー６０の反射面６５は、該反射面６５に入射した光線Ｂａを、光線Ｂａ１及び光線Ｂａ２のいずれとも異なる方向（光軸ａｘ１と平行な方向）に反射させるように、支持部材６１に設けられている。

このような構成に基づき、本実施形態の光線合成素子２０は、複数の光線Ｂａからなる光線束Ｋ１を複数のミラー６０によって反射させるとともに、複数の光線Ｂｂからなる光線束Ｋ２を透過させる。

光線合成素子２０は、光線束Ｋ１と光線束Ｋ２とを合成して励起光ＫＧを生成する。励起光ＫＧにおいて、光線束Ｋ１は、互いに異なる方向に進行する光線Ｂａ１，Ｂａ２を含む複数の光線Ｂａにより構成されており、光線束Ｋ２は互いに同じ方向（＋Ｙ方向）に進行する複数の光線Ｂｂにより構成されている。

励起光ＫＧは、拡散板２６によって拡散される。拡散板２６は、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。このように励起光ＫＧを拡散させることで後述の蛍光体層３３上に形成される励起光ＫＧによる照度分布の均一性が向上する。

拡散板２６を透過した励起光ＫＧは、ダイクロイックミラー２７で反射される。ダイクロイックミラー２７は励起光ＫＧを反射させるとともに後述の蛍光体層３３で生成される蛍光Ｙを透過させる特性を有する。

回転蛍光板３０は、モーター３１により回転可能な円板３２上にリング状の蛍光体層３３を備える。蛍光体層３３は、励起光ＫＧによって励起されて、赤色光及び緑色光を含む蛍光Ｙを射出する。蛍光体層３３は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅを含有する層からなる。本実施形態において、蛍光体層３３は特許請求の範囲に記載の「波長変換素子」に相当する。

円板３２は、例えば、アルミや銅といった放熱性に優れた金属製の円板から構成されている。円板３２と蛍光体層３３との間に反射膜３４が設けられている。反射膜３４は、蛍光Ｙを反射する。よって、回転蛍光板３０は、励起光ＫＧが入射する側と同じ側に向けて蛍光Ｙを射出する。

ダイクロイックミラー２７で反射された励起光ＫＧは、光線合成素子２０の後段に設けられた集光光学系２８に入射する。集光光学系２８は、励起光ＫＧ（光線束Ｋ１，Ｋ２）を回転蛍光板３０の蛍光体層３３に向かって集光させる機能と、蛍光体層３３から射出された蛍光Ｙを略平行化する機能とを有する。

集光光学系２８は、第１レンズ２８ａ及び第２レンズ２８ｂを備える。第１レンズ２８ａ及び第２レンズ２８ｂは、凸レンズからなる。

集光光学系２８は、励起光ＫＧを構成する複数の光線Ｂａ，Ｂｂを集光させる。複数の光線Ｂａ，Ｂｂは集光光学系２８から収束するように射出された状態で蛍光体層３３に入射する。

ここで、比較例として、光線合成素子２０の支持部材６１の支持面６２が平坦面からなる場合について説明する。

支持面６２が平坦面からなる場合、全てのミラー６０の反射面６５が同一方向を向いた状態で配置されるため、光線合成素子２０で反射された各光線Ｂａと光線合成素子２０を透過した各光線Ｂｂとは全て同一方向（光軸ａｘ１方向）に進む。すなわち、励起光ＫＧを構成する全ての光線Ｂａ，Ｂｂが互いに平行となっている。

このように互いに平行な光線Ｂａ，Ｂｂからなる励起光ＫＧは、集光光学系２８によって蛍光体層３３上の一点に入射する。複数の光線Ｂａ，Ｂｂが一点に入射すると光密度が高くなるため、蛍光変換効率の低下や、蛍光体層３３の破損を生じさせるおそれがある。

これに対し、本実施形態の光線合成素子２０によって合成された励起光ＫＧは、一部の光線の進行方向が他の光線の進行方向とは異なっている。
具体的に、励起光ＫＧを構成する光線Ｂａ１，Ｂａ２は、図４に示したように、光軸ａｘ１と交差する方向に進行するため、蛍光体層３３上において、光軸ａｘ１と平行な方向に進行する他の光線Ｂａ，Ｂｂとは異なる位置に入射する。

例えば、光線Ｂａ１の蛍光体層３３への入射位置は、光線Ｂａ１と光軸ａｘ１とのなす角度に応じて変化する。図５は、光軸ａｘ１に対する光線Ｂａ１の傾き角と蛍光体層３３上における光線Ｂａ１の集光位置との関係を示したグラフである。図５において、横軸は傾き角（単位：度）を示し、縦軸は、光線Ｂａ１の集光位置の基準位置からのずれ量を示している。基準位置は、傾き角が０の場合の集光位置である。

図５に示すように、光線Ｂａ１の集光位置のずれ量は、傾き角に比例している。したがって、光線Ｂａ１の集光位置を大きくずらすためには、光線Ｂａ１の傾き角が大きくなるように第１ミラー６０ａを支持すればよい。

本実施形態の光線合成素子２０は、複数の光線Ｂａ，Ｂｂのうち少なくとも一つの光線（例えば光線Ｂａ１）を他の光線Ｂａ，Ｂｂとは異なる方向に反射するので、全ての光線Ｂａ，Ｂｂが蛍光体層３３の一点に入射するということが防止され、蛍光体層３３に入射する励起光ＫＧの光密度が低減される。よって、蛍光変換効率の低下や蛍光体層３３の破損が防止されるので、照明装置２は信頼性が高い。

また、本実施形態の光線合成素子２０では、複数のミラー６０を支持する支持部材６１の支持面６２に凹凸６２ａを設けるといった簡便な構成で光線Ｂａの進行方向を変更している。そのため、偏角プリズム等の光学部材を追加する場合に比べてコスト低減を図ることができる。

図２に戻って、第２光源装置１２は、光源ユニット４０、第２集光光学系４１、第２拡散板４２及びコリメート光学系４３を備える。

図示を簡略化するが、光源ユニット４０は、例えば上記第１の光源ユニット２１と同様の構成からなる。
第２集光光学系４１は、第１レンズ４１ａ及び第２レンズ４１ｂを備える。第２集光光学系４１は、光源ユニット４０からの青色光Ｂを第２拡散板４２付近に集光する。第１レンズ４１ａ及び第２レンズ４１ｂは凸レンズからなる。

第２拡散板４２は、光源ユニット４０からの青色光Ｂを散乱し、回転蛍光板３０から射出される蛍光Ｙの配光分布に似た配光分布を有する青色光Ｂとする。第２拡散板４２としては、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。

コリメート光学系４３は、第１レンズ４３ａと、第２レンズ４３ｂとを備え、第２拡散板４２からの光を略平行化する。第１レンズ４３ａ及び第２レンズ４３ｂは凸レンズからなる。

ダイクロイックミラー２７は、第２光源装置１２からの青色光Ｂを反射し、回転蛍光板３０から射出された蛍光Ｙを透過させることで、青色光Ｂと蛍光Ｙとからなる白色の照明光Ｗを生成する。当該照明光Ｗは均一化照明手段１４に入射する。

均一化照明手段１４は、第１レンズアレイ５１、第２レンズアレイ５２、偏光変換素子５３及び重畳レンズ５４を含む。

第１レンズアレイ５１は、ダイクロイックミラー２７からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ５１ａを有する。複数の第１小レンズ５１ａは、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ５２は、第１レンズアレイ５１の複数の第１小レンズ５１ａに対応する複数の第２小レンズ５２ａを有する。第２レンズアレイ５２は、重畳レンズ５４とともに、第１レンズアレイ５１の各第１小レンズ５１ａの像を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域近傍に結像させる。複数の第２小レンズ５２ａは照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。

偏光変換素子５３は、照明光Ｗの偏光方向を揃えるものである。偏光変換素子５３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。

重畳レンズ５４は、偏光変換素子５３からの各部分光束を集光して光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域近傍で互いに重畳させる。第１レンズアレイ５１、第２レンズアレイ５２及び重畳レンズ５４は、照明光Ｗの面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

以上述べたように、本実施形態の照明装置２においては、蛍光体層３３に入射する励起光ＫＧの光密度を低減することで蛍光体層３３の破損や蛍光変換効率の低下が低減されている。よって、照明装置２は高い信頼性を有している。したがって、本実施形態によれば、上記照明装置２を備えた信頼性の高いプロジェクター１を提供することができる。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態に係る照明装置について説明する。
以下に示す本実施形態の照明装置は、第１光源装置の構成が上記第１実施形態の構成と異なる。よって、以下の説明では、第１光源装置の構成について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、第１実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。

図６は、第２実施形態における照明装置１０２の構成を示す図である。
図６に示すように、本実施形態の照明装置１０２は、第１光源装置１１１と、第２光源装置１２と、均一化照明手段１４とを備えている。第１光源装置１１１は、第１の光源ユニット２１と、第２の光源ユニット２２と、第１のコリメート光学系２３と、第２のコリメート光学系２４と、光線合成素子１２０と、拡散板２６と、ダイクロイックミラー２７と、集光光学系２８と、回転蛍光板３０とを備える。

第１の光源ユニット２１と第２の光源ユニット２２とは、Ｘ方向において光線合成素子１２０を挟んで互いに対向するように配置されている。第１の光源ユニット２１は光線合成素子１２０の−Ｘ側に位置し、第２の光源ユニット２２は光線合成素子１２０の＋Ｘ側に位置する。第１の光源ユニット２１は＋Ｘ方向に向けて光線束Ｋ１を射出し、第２の光源ユニット２２は−Ｘ方向に向けて光線束Ｋ２を射出する。

続いて、本実施形態の光線合成素子１２０の構成について説明する。図７は光線合成素子１２０の構成を示す斜視図であり、図８は光線合成素子１２０の構成を示す断面図である。

図７に示すように、光線合成素子１２０は、複数のミラー１６０と、複数のミラー１７０と、これらミラー１６０及びミラー１７０を支持する支持部材１６１と、を有する。

複数のミラー１６０各々は、Ｚ方向に沿って長手となるストライプ形状からなる。複数のミラー１６０は第１の光源ユニット２１から射出された複数の光線Ｂａを反射する。各ミラー１６０は、表側に設けられた反射面１６５と、反射面１６５と反対の裏面１６６とを有する。

第１の光源ユニット２１は、１本の光線Ｂａが１つのミラー１６０に入射するように位置決めされている。複数のミラー１６０は、その短手方向に沿って一列に配列され、互いに隣り合うミラー１６０の間には隙間Ｓ１が設けられている。

複数のミラー１７０各々は、Ｚ方向に沿って長手となるストライプ形状からなる。複数のミラー１７０は第２の光源ユニット２２から射出された複数の光線Ｂｂをミラー１６０による反射後の光線Ｂａの進行方向に向けて反射する。各ミラー１７０は、表側に設けられた反射面１７５と、反射面１７５と反対の裏面１７６とを有する。

第２の光源ユニット２２は、１本の光線Ｂｂが１つのミラー１７０に入射するように位置決めされている。複数のミラー１７０は、その短手方向に沿って配列され、互いに隣り合うミラー１７０の間には隙間Ｓ２が設けられている。
本実施形態において、ミラー１６０の配列方向とミラー１７０の配列方向とは４５度の角度をなす。

ミラー１７０はミラー１６０で反射した光線Ｂａを遮らないように位置決めされている。同様に、ミラー１６０はミラー１７０で反射した光線Ｂｂを遮らないように位置決めされている。

複数のミラー１６０は第１ミラー１６０ａと第２ミラー１６０ｂとを含む。第１ミラー１６０ａは反射面１６５ａを有し、第２ミラー１６０ｂは反射面１６５ｂを有する。第１ミラー１６０ａの反射面１６５ａは発光素子１５ａから射出された光線Ｂａ１を反射する。第２ミラー１６０ｂの反射面１６５ｂは発光素子１５ｂから射出された光線Ｂａ２を反射する。

本実施形態において、第１ミラー１６０ａ及び反射面１６５ａはそれぞれ特許請求の範囲の「第１の部材」及び「第１の反射面」に相当し、第２ミラー１６０ｂ及び反射面１６５ｂはそれぞれ特許請求の範囲の「第２の部材」及び「第２の反射面」に相当する。また、光線束Ｋ２を射出する−Ｘ方向は特許請求の範囲の「第２の方向」に相当する。

本実施形態において、複数のミラー１７０は第３ミラー１７０ａと第４ミラー１７０ｂとを含む。

第３ミラー１７０ａは反射面１７５ａを有し、第４ミラー１７０ｂは反射面１７５ｂを有する。第３ミラー１７０ａの反射面１７５ａは発光素子１６ａから射出された光線Ｂｂ１を反射する。第４ミラー１７０ｂの反射面１７５ｂは発光素子１６ｂから射出された光線Ｂｂ２を反射する。

本実施形態において、第３ミラー１７０ａ及び反射面１７５ａはそれぞれ特許請求の範囲の「第３の部材」及び「第３の反射面」に相当し、第４ミラー１７０ｂ及び反射面１７５ｂはそれぞれ特許請求の範囲の「第４の部材」及び「第４の反射面」に相当する。

本実施形態において、支持部材１６１は、第１支持部材２６１と第２支持部材３６１とを有する。

第１支持部材２６１は、複数のミラー１６０の上端部（＋Ｚ方向の端部）及び下端部（−Ｚ方向の端部）を支持する。第１支持部材２６１は、複数のミラー１６０の裏面１６６を支持する支持面２６２を有する。第１支持部材２６１は、光線Ｂａを遮らないように各ミラー１６０を支持する。

第２支持部材３６１は、複数のミラー１７０の上端部（＋Ｚ方向の端部）及び下端部（−Ｚ方向の端部）を支持する。第２支持部材３６１は、複数のミラー１７０の裏面１７６を支持する支持面３６２を有する。第２支持部材３６１は、光線Ｂｂを遮らないように各ミラー１７０を支持する。

本実施形態において、ミラー１６０，１７０は例えば、バネ部材１３５によって支持面２６２，３６２にそれぞれ押し付けられることで支持される。これにより、複数のミラー１６０，１７０は支持部材１６１に良好に保持される。

図８に示すように、第１支持部材２６１の支持面２６２は凹凸２６２ａを有する。本実施形態において、第１ミラー１６０ａ及び第２ミラー１６０ｂが凹凸２６２ａに当接することで、反射面１６５ａがＸ方向となす角は反射面１６５ｂがＸ方向となす角と異なっている。

このように本実施形態の光線合成素子１２０において、反射面１６５ａと反射面１６５ｂとはそれぞれ、光線Ｂａ１と光線Ｂａ２とを互いに異なる方向へ反射するように設けられている。

第１ミラー１６０ａ及び第２ミラー１６０ｂを除く他の複数のミラー１６０の反射面１６５は、該反射面１６５に入射した光線Ｂａを、光線Ｂａ１及び光線Ｂａ２のいずれとも異なる方向（光軸ａｘ１と平行な方向）に反射させるように、第１支持部材２６１に設けられている。

第２支持部材３６１の支持面３６２は凹凸３６２ａを有する。本実施形態において、第３ミラー１７０ａ及び第４ミラー１７０ｂが凹凸３６２ａに当接することで、反射面１７５ａがＸ方向となす角は反射面１７５ｂがＸ方向となす角と異なっている。

このように本実施形態の光線合成素子１２０において、反射面１７５ａと反射面１７５ｂとはそれぞれ、光線Ｂｂ１と光線Ｂｂ２とを互いに異なる方向へ反射するように設けられている。

第３ミラー１７０ａ及び第４ミラー１７０ｂを除く他の複数のミラー１７０の反射面１７５は、該反射面１７５に入射した光線Ｂｂを、光線Ｂｂ１及び光線Ｂｂ２のいずれとも異なる方向（例えば、光軸ａｘ１と平行な方向）に反射させるように、第２支持部材３６１に設けられている。

このような構成に基づき、本実施形態の光線合成素子１２０は、複数の光線Ｂａからなる光線束Ｋ１を複数のミラー１６０によって拡散板２６に向けて反射させるとともに、複数の光線Ｂｂからなる光線束Ｋ２を複数のミラー１７０によって拡散板２６に向けて反射させる。

以上のようにして光線合成素子２０は、光線束Ｋ１と光線束Ｋ２とを合成して励起光ＫＧを生成する。本実施形態における励起光ＫＧにおいては、光線束Ｋ１は、互いに異なる方向に進行する光線Ｂａ１，Ｂａ２を含む複数の光線Ｂａにより構成されており、光線束Ｋ２は、互いに異なる方向に進行する光線Ｂｂ１，Ｂｂ２を含む複数の光線Ｂｂにより構成されている。光線Ｂａ１，Ｂａ２，Ｂｂ１，Ｂｂ２それぞれの進行方向は互いに異なっている。

このように、励起光ＫＧを構成する複数の光線Ｂａ，Ｂｂのうち一部の光線の進行方向が他の光線とは異なっている。具体的に、光線Ｂａ１，Ｂａ２、Ｂｂ１，Ｂｂ２は光軸ａｘ１と交差する方向に進行し、かつ、光線Ｂａ１，Ｂａ２、Ｂｂ１，Ｂｂ２それぞれの進行方向は互いに異なっている。一方、他の光線は光軸ａｘ１と平行な方向に進行する。

そのため、光線Ｂａ１、光線Ｂａ２、光線Ｂｂ１及び光線Ｂｂ２は蛍光体層３３上の互いに異なる位置に入射する。なお、各光線Ｂａ１，Ｂａ２，Ｂｂ１，Ｂｂ２の光軸ａｘ１に対する傾き角を調整することで、各光線Ｂａ１，Ｂａ２，Ｂｂ１，Ｂｂ２の蛍光体層３３上での入射位置を調整可能である。

以上述べたように、励起光ＫＧを構成する複数の光線Ｂａ、Ｂｂの少なくとも一部（例えば光線Ｂａ１）の進行方向が他の光線Ｂａ、Ｂｂとは異なっている。これにより、蛍光体層３３上において励起光ＫＧを構成する複数の光線Ｂａ，Ｂｂが一点に入射するということを防止できる。

従って、本実施形態の第１光源装置１１１においても、蛍光体層３３に入射する励起光ＫＧの光密度を低減することで蛍光変換効率の低下や蛍光体層３３の破損を低減できるので、第１光源装置１１１の信頼性が高い。

また、本実施形態の光線合成素子１２０では、複数のミラー１６０及びミラー１７０を支持する支持部材１６１（第１支持部材２６１及び第２支持部材３６１）の支持面２６２、３６２に凹凸２６２ａ，３６２ａをそれぞれ設けるといった簡便な構造で光線Ｂａ，Ｂｂの反射方向を制御するので、偏角プリズム等の光学部材を追加する場合に比べてコスト低減を図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記第１実施形態の光線合成素子２０では、反射面６５ａ及び反射面６５ｂを互いに異なる方向に向ける手段として、支持面６２に凹凸６２ａを設ける場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。

（第１変形例）
図９は第１変形例に係る光線合成素子２２５の断面構成を示す図である。なお、図９において、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明については省略するものとする。

図９に示すように、変形例に係る光線合成素子２２５は、複数のミラー６０と、該複数のミラー６０を支持する支持部材４６１と、を有する。支持部材４６１は、複数のミラー６０の上端部（＋Ｚ方向の端部）及び下端部（−Ｚ方向の端部）を支持する。

支持部材４６１は、それぞれ複数のミラー６０を支持する平坦な支持面４６２を有する。

各ミラー６０は、接着剤２３０によって上記支持面４６２に固定されている。接着剤２３０は、各ミラー６０の裏面６６と支持面４６２との間に設けられている。接着剤２３０の硬化収縮の度合いを調整することで、各ミラー６０（反射面６５）の向き（Ｘ方向となす角）を制御することができる。Ｚ方向に見たとき、第１ミラー６０ａの反射面６５ａと第２ミラー６０ｂの反射面６５ｂとが互いに異なる方向に向いている。

このように本変形例の光線合成素子２２５によれば、接着剤２３０の硬化収縮の度合いを調整するという簡便な構造で光線Ｂａの反射方向を制御することができる。よって、偏角プリズム等の光学部材を追加する場合に比べてコスト低減を図ることができる。

したがって、本変形例の光線合成素子２２５によれば、上記実施形態と同様に、励起光ＫＧを構成する複数の光線Ｂａ，Ｂｂが蛍光体層３３上の一点に入射することを防止できる。

また、第２実施形態の光線合成素子１２０においても同様に、複数のミラー１６０，１７０を接着剤によって支持部材１６１に固定することで、光線Ｂａ，Ｂｂの反射方向を制御しても良い。

（第２変形例）
第１実施形態のミラー６０として厚さが不均一なミラーを用いてもよい。厚さが不均一とは、反射面６５と裏面６６とが非平行であることを意味している。たとえば、ＸＹ面と平行な断面が楔状のミラーを用いることができる。

このようなミラーを用いれば、支持部材６１の支持面が平坦面であった場合でも、少なくとも一つの反射面６５が他の反射面６５とは異なる方向を向いた状態となるので、光線Ｂａ，Ｂｂの反射方向を制御することができる。なお、第２実施形態の光線合成素子１２０においても同様に、複数のミラー１６０，１７０として厚さが不均一なミラーを用いても良い。

また、第１、第２実施形態では、支持面６２，１６２に対してバネ部材のみを用いてミラー６０を保持する場合を例に挙げたが、バネ部材に接着剤を組み合わせてもよい。

また、上記実施形態では、ミラー６０、１６０，１７０をＺ軸と平行な軸回りにそれぞれ回転させることで、図４及び図９の紙面内において光線の反射方向を制御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、図４及び図９の紙面に垂直な方向に光線の反射方向を制御するように支持部材６１、第１支持部材２６１、第２支持部材３６１の支持面６２，２６２，３６２にそれぞれ凹凸６２ａ，２６２ａ，３６２ａを形成しても良い。

上記実施形態では、光線Ｂａ１の反射方向及び光線Ｂａ２の反射方向が他の光線Ｂａの反射方向と異なる場合を例に挙げたが、光線Ｂａ１の反射方向が他の光線Ｂａの反射方向と異なる一方で、光線Ｂａ２の反射方向は他の光線Ｂａの反射方向と同じでもよい。第２実施形態においても同様に、光線Ｂｂ１，Ｂｂ２のうち一方の反射方向は他の光線Ｂｂの反射方向と同じでもよい。つまり、複数の光線Ｂａ，Ｂｂのうち少なくとも一つの光線の反射方向が他の光線の反射方向と異なっていればよい。

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、これに限られない。本発明による照明装置は、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、２…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、１５ａ…発光素子（第１の発光素子）、１５ｂ…発光素子（第２の発光素子）、１６ａ…発光素子（第３の発光素子）、１６ｂ…発光素子（第４の発光素子）、２０，１２０…光線合成素子、２１…第１の光源ユニット、２２…第２の光源ユニット、２８…集光光学系、３３…蛍光体層（波長変換素子）、６１…支持部材、６２…支持面、６２ａ…凹凸、６５ａ…反射面（第１の反射面）、６５ｂ…反射面（第２の反射面）、１６１…支持部材、１６５ａ…反射面（第１の反射面）、１６５ｂ…反射面（第２の反射面）、１７５ａ…反射面（第３の反射面）、１７５ｂ…反射面（第４の反射面）、２２５…光線合成素子、２６１…第１支持部材、２６２…支持面、２６２ａ…凹凸、３６１…第２支持部材、３６２…支持面、３６２ａ…凹凸、４６１…支持部材、４６２…支持面、Ｂａ１…光線（第１の光ビーム）、Ｂａ２…光線（第２の光ビーム）、Ｂｂ１…光線（第３の光ビーム）、Ｂｂ２…光線（第４の光ビーム）、Ｋ１…光線束（第１の光線束）、Ｋ２…光線束（第２の光線束）、Ｗ…照明光、Ｙ…蛍光。

Claims (4)

1. 第１の光ビームを射出する第１の発光素子と第２の光ビームを射出する第２の発光素子とを含み、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとを含む第１の光線束を第１の方向に射出する第１の光源ユニットと、
   第３の光ビームを射出する第３の発光素子と第４の光ビームを射出する第４の発光素子とを含み、前記第３の光ビームと前記第４の光ビームとを含む第２の光線束を前記第１の方向とは異なる第２の方向に射出する第２の光源ユニットと、
   前記第１の光線束の光路上に設けられ、前記第１の光線束を反射させ、かつ前記第２の光線束を透過または反射させることにより、前記第１の光線束と前記第２の光線束とを含む合成光線束を生成する光線合成素子と、
   前記光線合成素子の後段に設けられ、前記第１〜第４の光ビームを集光させる集光光学系と、
   前記集光光学系から収束するように射出された前記第１〜第４の光ビームが入射する波長変換素子と、
   を備え、
   前記光線合成素子は、前記第１の光ビームを反射させる第１の反射面と、前記第２の光ビームを反射させる第２の反射面とを備え、
   前記第１の反射面と前記第２の反射面とはそれぞれ、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとを互いに異なる方向に反射させるように設けられている
   照明装置。
2. 前記第１の反射面を有する第１の部材と、前記第２の反射面を有する第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材とを支持する支持面を有する支持部材と、をさらに備え、
   前記支持面は、前記第１の反射面と前記第２の反射面とを互いに異なる方向に向かせるための凹凸を有する
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光線合成素子は、前記第３の光ビームが入射する第３の反射面と、前記第４の光ビームが入射する第４の反射面とを有し、
   前記第３の反射面と前記第４の反射面とはそれぞれ、前記第３の光ビームと前記第４の光ビームとを互いに異なる方向に反射させるように設けられている
   請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 請求項１乃至３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して画像光を生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。

Images