JP2020008722A - 照明装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】コストを低減しつつ、赤色光を効率良くアシストできる、照明装置及びプロジェクターを提供する。【解決手段】青色レーザー発光部２１と、赤色レーザー発光部４０と、光合成素子２４と、拡散反射素子３０と、蛍光発光素子２７と、青色レーザー発光部からの光を偏光分離する偏光分離合成素子２５と、偏光分離合成素子２５の一部に設けられ、合成光線束ＧＬのうちの少なくとも赤色レーザー発光部４０からの光を反射する反射領域５０と、第１位相差板２８ｂと、を備える照明装置２である。偏光分離合成素子２５は、反射領域２８ｂで反射した赤色レーザー発光部４０からの光を蛍光発光素子２７側に導くとともに、青色第１偏光成分ＢＬｓを拡散反射素子３０側に導き、青色第２偏光成分ＢＬｐを蛍光発光素子２７側に導く。【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る照明装置として、青色レーザー光と、青色レーザー光で励起して生成した蛍光とを合成して照明光を生成する技術がある。例えば下記特許文献１には、黄色の蛍光、青色レーザー及び赤色レーザー光を合成して出射する照明装置が開示されている。

特開２０１６−２２４３０４号公報

上記照明装置では、合成ミラーにおいて蛍光を透過させるとともに赤色レーザー光が反射されることで２つの光を同じ方向に射出することで照明光を生成する。
ここで、例えば、蛍光に含まれる赤色成分における合成ミラーの透過率を高くした場合、合成ミラーを透過する赤色レーザー光が増加することで、赤色レーザー光に生じる光損失が増大する。一方、例えば、赤色レーザー光における合成ミラーの反射率を高くした場合、蛍光に含まれる赤色成分の合成ミラーによる反射量が増えることで、蛍光に生じる光損失が増大する。このように上記照明装置では、蛍光の赤色成分及び赤色レーザー光のいずれかに常に損失が生じるという問題もあった。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の照明装置は、青色レーザー発光部と、赤色レーザー発光部と、前記青色レーザー発光部からの光と前記赤色レーザー発光部からの光とを合成して合成光線束を生成する光合成素子と、前記青色レーザー発光部からの光の一部を拡散して反射する拡散反射素子と、前記青色レーザー発光部からの光の一部により励起されて蛍光を発光するとともに、前記赤色レーザー発光部からの光を拡散して反射する蛍光発光素子と、前記光合成素子の後段に設けられ、前記青色レーザー発光部からの光を偏光分離する偏光分離合成素子と、前記偏光分離合成素子の一部に設けられ、前記合成光線束のうちの少なくとも前記赤色レーザー発光部からの光を反射する反射領域と、前記偏光分離合成素子と前記拡散反射素子との間に設けられた第１位相差板と、を備え、前記偏光分離合成素子は、前記反射領域で反射した前記赤色レーザー発光部からの光を前記蛍光発光素子側に導くとともに、前記青色レーザー発光部からの光を偏光分離した青色第１偏光成分を前記拡散反射素子側に導き、前記青色レーザー発光部からの光を偏光分離した青色第２偏光成分を前記蛍光発光素子側に導き、前記赤色レーザー発光部からの光が前記蛍光発光素子で反射された赤色拡散光と、前記青色第１偏光成分が前記第１位相差板及び前記拡散反射素子を経由した青色拡散光と、前記蛍光と、を合成して照明光を生成する、ことを特徴とする。

上記態様の照明装置において、前記反射領域は、ミラー部材を有する、のが好ましい。

上記態様の照明装置において、前記ミラー部材は、反射ミラーまたは偏光分離ミラーである、のが好ましい。

上記態様の照明装置において、前記ミラー部材は偏光分離ミラーであって、前記赤色レーザー発光部からの光を反射し、前記青色レーザー発光部からの光を透過する色分離機能を有する、のが好ましい。

上記態様の照明装置において、前記ミラー部材は、前記偏光分離合成素子の表面に設けられる、のが好ましい。

上記態様の照明装置において、前記ミラー部材は、前記偏光分離合成素子に設けられた孔または凹部に保持される、のが好ましい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、上記態様に係る照明装置と、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系と、を備えることを特徴とする。

第１実施形態に係る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を示す図である。 第２実施形態に係る偏光分離合成素子の概略構成を示す断面図である。 第１変形例に係る偏光分離合成素子の構成を示す図である。 第２変形例に係る偏光分離合成素子の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
（第一実施形態）
図１は本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
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。

本実施形態の照明装置２は、色分離光学系３に向けて白色の照明光ＷＬを射出する。色分離光学系３は、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ（例えば、波長帯が６００ｎｍ〜７００ｎｍの光）と、緑色光ＬＧ（例えば、波長帯が５００ｎｍ〜６００ｎｍの光）と、青色光ＬＢ（例えば、波長帯が４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの光）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とを概略備えている。

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ＷＬ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、分離された赤色光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と第２の全反射ミラー８ｂとの間に配置されている。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の全反射ミラー８ｂと第３の全反射ミラー８ｃとの間に配置されている。

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

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。以下、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂを単に光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂと称すことにする。

また、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，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，４Ｇ，４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれをテレセントリック化する。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの画像光が入射する。合成光学系５は、各々が赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、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、拡大されたカラー映像が表示される。

（照明装置）
続いて、照明装置２について説明する。図２は照明装置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、青色アレイ光源（青色レーザー発光部）２１と、第１コリメーター光学系２２と、ホモジナイザー光学系２３と、第２位相差板２８ａと、ダイクロイックミラー（光合成素子）２４と、偏光ビームスプリッター（偏光分離合成素子）２５と、第１のピックアップ光学系２６と、蛍光発光素子２７と、第１位相差板２８ｂと、第２のピックアップ光学系２９と、拡散反射素子３０と、赤色補助光源（赤色レーザー発光部）４０と、第２コリメーター光学系４１と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

青色アレイ光源２１と、第１コリメーター光学系２２と、ホモジナイザー光学系２３と、第２位相差板２８ａと、ダイクロイックミラー２４と、偏光分離合成素子２５と、第１位相差板２８ｂと、第２のピックアップ光学系２９と、拡散反射素子３０とは、青色アレイ光源２１の光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。

また、蛍光発光素子２７と、第１のピックアップ光学系２６と、偏光分離合成素子２５と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とは、照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と照明光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。

また、赤色補助光源４０と、第２コリメーター光学系４１と、ダイクロイックミラー２４とは、赤色補助光源４０の光軸ａｘ３上に順次並んで配置されている。

青色アレイ光源２１は複数の青色レーザー発光素子２１ａを備える。複数の青色レーザー発光素子２１ａは光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ状に並んで配置されている。青色レーザー発光素子２１ａは、例えば青色の光線ＢＬ（例えば波長帯が４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの青色レーザー光）を射出する。

青色アレイ光源２１から射出された光線ＢＬは、第１コリメーター光学系２２に入射する。第１コリメーター光学系２２は、青色アレイ光源２１から射出された光線ＢＬを平行光に変換する。第１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から構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の青色レーザー発光素子２１ａに対応して配置される。

第１コリメーター光学系２２を通過した光線ＢＬは、ホモジナイザー光学系２３に入射する。ホモジナイザー光学系２３は、マルチレンズ２３ａ、２３ｂを有する。ホモジナイザー光学系２３は、第１のピックアップ光学系２６と協働して被照明領域（蛍光体３４）における照度分布を均一化する。また、ホモジナイザー光学系２３は、第２のピックアップ光学系２９と協働して被照明領域（拡散反射素子３０）における照度分布を均一化する。

ホモジナイザー光学系２３を透過した光線ＢＬは第２位相差板２８ａに入射する。第２位相差板２８ａは、例えば回転可能に配置された１／２波長板である。青色レーザー発光素子２１ａから射出された光線ＢＬは直線偏光である。第２位相差板２８ａの回転角度を適切に設定することにより、第２位相差板２８ａを透過する光線ＢＬを、後述する偏光分離合成素子２５に対するＳ偏光とＰ偏光とを所定の比率で含む光線とすることができる。第２位相差板２８ａを回転させることにより、Ｓ偏光とＰ偏光との比率を変化させることができる。

第２位相差板２８ａを通過することで生成されたＳ偏光とＰ偏光とを含む光線ＢＬはダイクロイックミラー２４に入射する。ダイクロイックミラー２４は、光線ＢＬを偏光状態にかかわらず透過させるとともに青色の光線ＢＬと異なる波長帯の赤色光（後述する赤色補助光源４０から射出された赤色補助光線ＲＬ）を反射し、光線ＢＬ及び赤色光を合成して同一方向に射出する。ダイクロイックミラー２４を透過した光線ＢＬは偏光分離合成素子２５に入射する。

ところで、本実施形態の照明装置２は、赤色補助光源４０から射出した光によって照明光ＷＬの赤色成分（赤色光ＬＲ）を補うようにしている。これにより、プロジェクター１における表示画像の赤色成分を補うことで最適なホワイトバランスを有する白色光を表示可能となる。赤色補助光源４０は赤色レーザー発光素子４０ａを１つ有する。

本実施形態において、赤色レーザー発光素子４０ａは所定波長帯の光として赤色補助光線（赤色レーザー光）ＲＬを射出する。具体的に、赤色補助光線ＲＬは、例えば６３５〜６４５ｎｍにピーク波長をもつレーザー光である。

赤色レーザー発光素子４０ａから射出された赤色補助光線ＲＬは、第２コリメーター光学系４１に入射する。第２コリメーター光学系４１は、赤色レーザー発光素子４０ａから射出された赤色補助光線ＲＬを平行光に変換する。第２コリメーター光学系４１は、コリメーターレンズ４１ａを有する。

赤色補助光線ＲＬはダイクロイックミラー２４に入射する。赤色補助光線ＲＬは、ダイクロイックミラー２４で反射され、上述したようにダイクロイックミラー２４を透過した光線ＢＬととともに偏光分離合成素子２５に入射する。ダイクロイックミラー２４は、赤色補助光線ＲＬと光線ＢＬとを合成した合成光線束ＧＬを生成する。

ダイクロイックミラー２４は、光軸ａｘ１及び光軸ａｘ３に対して４５°の角度をなすように配置される。より具体的に、ダイクロイックミラー２４は、合成光線束ＧＬの中心に赤色補助光源４０からの赤色補助光線ＲＬを位置させるように、青色アレイ光源２１および赤色補助光源４０に対して配置されている。赤色補助光線ＲＬは合成光線束ＧＬの中心に位置している。本実施形態において、合成光線束ＧＬの中心は、青色アレイ光源２１の光軸ａｘ１に一致する。

偏光分離合成素子２５は、偏光ビームスプリッター５５と、偏光ビームスプリッター５５の一部に設けられた反射領域５０と、を有する。
反射領域５０は、合成光線束ＧＬのうちの少なくとも赤色補助光源４０からの光（赤色補助光線ＲＬ）を反射する。反射領域５０は、偏光分離合成素子２５における赤色補助光線ＲＬの入射位置に設定される。上述のように赤色補助光線ＲＬは合成光線束ＧＬの中心に位置する。そのため、反射領域５０は、合成光線束ＧＬの入射方向に平面視した状態で、偏光分離合成素子２５における合成光線束ＧＬの入射領域の中心に設けられる。

反射領域５０にはミラー部材５１が設けられる。本実施形態では、ミラー部材５１として反射ミラー５１ａを用いる。本実施形態において、反射ミラー５１ａとは光透過性をほとんど有さない、例えば入射した光の透過率が１０％以下の特性をもつミラーを意味する。

ミラー部材５１は、偏光ビームスプリッター５５の表面５５ａに直接設けられる。ミラー部材５１は、偏光ビームスプリッター５５の表面５５ａに例えば接着材を介して貼り付けられる。そのため、偏光ビームスプリッター５５の表面５５ａを加工する必要が無く偏光分離合成素子２５の製造が容易となる。ミラー部材５１は、偏光分離合成素子２５に入射する赤色補助光線ＲＬを蛍光発光素子２７に向けて反射する。ミラー部材５１で反射された赤色補助光線ＲＬは第１のピックアップ光学系２６に入射する。第１のピックアップ光学系２６は、例えば第１レンズ２６ａ及び第２レンズ２６ｂから構成される。

本実施形態において、赤色補助光線ＲＬのビームサイズは光線ＢＬのビームサイズよりも小さくするのが望ましい。このようにすれば、反射領域５０に形成される赤色補助光線ＲＬによる照射スポットが小さくなるので、ミラー部材５１のサイズを小型化できる。

偏光分離合成素子２５は、合成光線束ＧＬのうちの光線ＢＬを、偏光ビームスプリッター５５に対するＳ偏光の光線ＢＬｓ（青色第２偏光成分）とＰ偏光の光線ＢＬｐ（青色第１偏光成分）とに分離する。Ｐ偏光の光線ＢＬｐは偏光ビームスプリッター５５を透過して拡散反射素子３０に向かい、Ｓ偏光の光線ＢＬｓは偏光ビームスプリッター５５で反射されて蛍光発光素子２７に向かう。

偏光分離合成素子２５において、偏光ビームスプリッター５５で反射されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、ミラー部材５１で反射された赤色補助光線ＲＬとともに第１のピックアップ光学系２６に入射する。

ここで、光線ＢＬｓは、ホモジナイザー光学系２３及び第１のピックアップ光学系２６を経由することで、蛍光発光素子２７の被照明領域に対して照度分布が均一化された状態で入射する。蛍光発光素子２７は、蛍光体３４と、この蛍光体３４を支持する基板３５と、蛍光体３４を基板３５に固定する固定部材３６とを有している。

本実施形態において、蛍光体３４は、該蛍光体３４の側面と基板３５との間に設けられた固定部材３６により、基板３５に固定される。蛍光体３４は、光線ＢＬｓの入射する側と反対側の面において、基板３５に接触する。

蛍光体３４は、光線ＢＬｓを吸収して励起される。光線ＢＬｓにより励起された蛍光体３４は、例えば波長帯が５００〜７００ｎｍの黄色の蛍光ＹＬを射出する。

蛍光体３４の光線ＢＬｓが入射する側とは反対側（第１のピックアップ光学系２６とは反対側）には反射部３７が設けられている。反射部３７は、蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、基板３５に向かって進む成分を反射する。

基板３５の蛍光体３４を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３８が配置されている。蛍光発光素子２７では、このヒートシンク３８を介して放熱できるため、蛍光体３４の熱劣化を防ぐことができる。

蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、一部の蛍光ＹＬは、反射部３７によって反射され、蛍光体３４の光入射面から外部へと射出される。また、蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、他の一部の蛍光ＹＬは、反射部３７を介さずに蛍光体３４の光入射面から外部へと射出される。このようにして、蛍光ＹＬが蛍光体３４から第１のピックアップ光学系２６に向けて射出される。

また、偏光分離合成素子２５のミラー部材５１で反射された赤色補助光線ＲＬは、第１のピックアップ光学系２６を経由して蛍光体３４の上面３４ａに入射する。蛍光体３４内部に入射した赤色補助光線ＲＬは蛍光体３４に含まれる散乱体によって散乱された後、上面３４ａから拡散した状態で射出される。また、赤色補助光線ＲＬの一部は散乱体で散乱されつつ、下面３４ｂに設けられた反射部３７で反射されて上面３４ａから拡散した状態で射出される。

これにより、赤色補助光線ＲＬは蛍光体３４に入射することで赤色拡散光ＲＬ１として射出される。すなわち、本実施形態において、蛍光体３４は赤色補助光線ＲＬに対して拡散板として機能する。赤色拡散光ＲＬ１は、蛍光体３４で拡散されることで蛍光ＹＬの発光分布に近づく。よって、赤色拡散光ＲＬ１と蛍光ＹＬとを合成した後述の照明光ＷＬは表示画像に色ムラを生じ難い。

偏光分離合成素子２５に入射した際、合成光線束ＧＬの中心に位置していた赤色補助光線ＲＬは、偏光分離合成素子２５で反射された後においても、光線ＢＬｓの中心に位置する。よって、赤色補助光線ＲＬは、光線ＢＬｓが蛍光体３４の上面３４ａに形成する照射スポットの中心に入射する。これにより、蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬ及び赤色拡散光ＲＬ１は互いの発光中心（光軸）が概ね一致する。例えば、蛍光ＹＬ及び赤色拡散光ＲＬ１の発光中心は照明光軸ａｘ２に位置する。そのため、蛍光ＹＬ及び赤色拡散光ＲＬ１は照明光軸ａｘ２上に配置された第１のピックアップ光学系２６に効率良く取り込まれるようになる。

蛍光ＹＬ及び赤色拡散光ＲＬ１は第１のピックアップ光学系２６にピックアップされることで平行化されて、偏光分離合成素子２５に再び入射する。蛍光ＹＬ及び赤色拡散光ＲＬ１は、偏光分離合成素子２５を透過する。

なお、赤色補助光線ＲＬは直線偏光（例えば、偏光ビームスプリッター５５に対するＰ偏光）であるが、赤色拡散光ＲＬ１は蛍光体３４内部を通り散乱することでランダム偏光（Ｐ偏光及びＳ偏光を含んだ状態）と変換されている。

蛍光ＹＬ及び赤色拡散光ＲＬ１のうちの偏光分離合成素子２５の反射領域５０に入射した成分は、ミラー部材５１によって反射される。
ミラー部材５１で反射された反射成分Ｓ（蛍光ＹＬ及び赤色拡散光ＲＬ１の一部）は、不図示の遮光部材で遮光される。そのため、本実施形態の偏光分離合成素子２５において、蛍光ＹＬ及び赤色拡散光ＲＬ１の一部（ミラー部材５１による反射成分Ｓ）は照明光ＷＬとして利用されない。すなわち、ミラー部材５１で反射された成分は光損失となるが、偏光ビームスプリッター５５に対するミラー部材５１の割合は小さいため、ミラー部材５１による光損失は十分少ないと言える。

一方、偏光分離合成素子２５を透過したＰ偏光の光線ＢＬｐは第１位相差板２８ｂに入射する。第１位相差板２８ｂは、偏光分離合成素子２５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る。したがって、偏光分離合成素子２５から射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、この第１位相差板２８ｂによって、例えば、右回り円偏光の青色光線ＢＬｃ１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、例えば１枚のレンズから構成される。ホモジナイザー光学系２３及び第２のピックアップ光学系２９を経由した青色光線ＢＬｃ１は、拡散反射素子３０に対して照度分布が均一化された状態で入射する。

拡散反射素子３０は、偏光分離合成素子２５における蛍光体３４の鏡像となる位置に配置され、第２のピックアップ光学系２９から射出された青色光線ＢＬｃ１を偏光分離合成素子２５に向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０としては、入射した光をランバート反射させつつ、且つ、偏光状態を乱さないものを用いることが好ましい。

本実施形態の拡散反射素子３０は、例えば、右回り円偏光の青色光線ＢＬｃ１を左回り円偏光の青色光線ＢＬｃ２として反射する。青色光線ＢＬｃ２は第２のピックアップ光学系２９によって平行光に変換された後に再び第１位相差板２８ｂに入射する。

また、拡散反射素子３０で拡散反射された後、第１位相差板２８ｂを経由して異なる偏光状態に変換された光を青色拡散光ＢＬｓ１と称する。本実施形態によれば、左回り円偏光の青色光線ＢＬｃ２は、第１位相差板２８ｂによってＳ偏光の青色拡散光ＢＬｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色拡散光ＢＬｓ１は、偏光分離合成素子２５によってレンズインテグレーター３１に向けて反射される。このようにして、本実施形態の偏光分離合成素子２５は、青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬ１と、蛍光ＹＬとを合成して照明光ＷＬを生成する。

本実施形態において、青色拡散光ＢＬｓ１は拡散反射素子３０で拡散反射されることで蛍光ＹＬ及び赤色拡散光ＲＬ１の発光分布に近づく。よって、青色拡散光ＢＬｓ１と赤色拡散光ＲＬ１と蛍光ＹＬとを合成した照明光ＷＬは表示画像に色ムラを生じ難い。

なお、光線ＢＬのうちミラー部材５１に入射した成分は、その偏光状態によらず反射されて蛍光発光素子２７に向かう。すなわち、ミラー部材５１に入射したＰ偏光の光線ＢＬｐは拡散反射素子３０に入射せず、蛍光発光素子２７における蛍光ＹＬの生成に利用されてしまう。このような場合においても、本実施形態の照明装置２によれば、第２位相差板２８ａを回転させることで光線ＢＬｓと光線ＢＬｐとの比率を変化させることで、蛍光ＹＬと青色拡散光ＢＬｓ１との比率を調整することで、後述の照明光ＷＬのホワイトバランスを維持することができる。

照明光ＷＬは、レンズインテグレーター３１に向けて射出される。レンズインテグレーター３１は、第１マルチレンズ３１ａと第２マルチレンズ３１ｂとを有する。第１マルチレンズ３１ａは照明光ＷＬを複数の部分光線束に分割するための複数の第１小レンズ３１ａｍを有する。

第１マルチレンズ３１ａのレンズ面（第１小レンズ３１ａｍの表面）と光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域とは互いに共役となっている。そのため、第１小レンズ３１ａｍ各々の形状は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の形状と略相似形（矩形状）となっている。これにより、第１マルチレンズ３１ａから射出された部分光束各々が光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ効率良く入射する。

第２マルチレンズ３１ｂは、第１マルチレンズ３１ａの複数の第１小レンズ３１ａｍに対応する複数の第２小レンズ３１ｂｍを有する。第２マルチレンズ３１ｂは、重畳レンズ３３とともに、第１マルチレンズ３１ａの各第１小レンズ３１ａｍの像を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域の近傍に結像させる。

レンズインテグレーター３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板（１／２位相差板）とをアレイ状に並べて構成される。偏光変換素子３２は、照明光ＷＬの偏光方向を所定方向に変換する。より具体的に、偏光変換素子３２は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの光入射側に配置された偏光板（不図示）の透過軸の方向に照明光ＷＬの偏光方向を対応させる。これにより、上述のように照明光ＷＬを分離して得られる赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの偏光方向は、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射側偏光板の透過軸方向に対応する。よって、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢは入射側偏光板でそれぞれ遮光されることなく、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ良好に導かれる。

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３に入射する。重畳レンズ３３はレンズインテグレーター３１と協働して、被照明領域における照明光ＷＬによる照度分布を均一化する。

以上のように、本実施形態の照明装置２によれば、赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬを蛍光発光素子２７で反射させた赤色拡散光ＲＬ１を利用して照明光ＷＬを生成できる。赤色拡散光ＲＬ１の一部は偏光分離合成素子２５の反射領域５０（ミラー部材５１）で反射されることで光損失を生じるものの、ミラー部材５１は偏光ビームスプリッター５５の表面５５ａの一部の狭い領域に設けられるため、反射領域５０によって赤色拡散光ＲＬ１に生じる損失は十分小さくなる。したがって、本実施形態の照明装置２によれば、赤色光ＬＲを効率良く補うことで、最適なホワイトバランスを有した照明光ＷＬを生成することができる。

また、本実施形態の照明装置２は、偏光ビームスプリッター５５の表面５５ａにミラー部材５１を直接貼り付けた構成の偏光分離合成素子２５を備えるので、装置の製造コストを低減できる。

また、本実施形態の照明装置２では、偏光分離合成素子２５において生じる光損失（赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓ）を少なく抑えることができる。したがって、本実施形態の照明装置２によれば、蛍光ＹＬの赤色成分を効率良く利用できる。

また、本実施形態の照明装置２では、赤色補助光源４０から射出する赤色補助光線ＲＬの出力を調整することで、照明光ＷＬの赤色成分（赤色光ＬＲ）のアシスト量を任意に制御できる。よって、アシスト量を制御することで赤色成分の不足が補われるので、照明光ＷＬとして適正なホワイトバランスを有する光を得ることができる。

また、本実施形態の照明装置２では、赤色レーザー発光素子４０ａから射出した赤色補助光線ＲＬを蛍光発光素子２７で拡散して反射させることができる。これにより、赤色補助光線ＲＬを拡散するための拡散素子が不要となるので、照明装置２の小型化及び低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態の照明装置２によれば、第２位相差板２８ａを回転させることで、Ｓ偏光（光線ＢＬｓ）とＰ偏光（光線ＢＬｐ）との比率を変化させて、蛍光ＹＬと青色拡散光ＢＬｓ１との比率を調整できる。よって、照明光ＷＬの色バランス（ホワイトバランス）を所望の値に調整することができる。

また、本実施形態のプロジェクター１によれば、上記照明装置２を備えるので、赤色光ＬＲが十分に補われることで、最適なホワイトバランスを有する白色光を生成することが可能となる。よって、良質な画像を表示することができる。

（第二実施形態）
続いて、本発明の第二実施形態に係る照明装置について説明する。本実施形態と上記実施形態との構成は偏光分離合成素子のみ異なっており、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では、偏光分離合成素子の構成を主体に説明し、上記実施形態と共通の部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図３は偏光分離合成素子の概略構成を示す断面図である。図３に示すように、本実施形態の偏光分離合成素子１２５は、偏光ビームスプリッター５５と、偏光ビームスプリッター５５の一部に設けられた反射領域１５０と、を有する。

本実施形態において、反射領域１５０にはミラー部材６１が設けられる。本実施形態では、ミラー部材６１として偏光分離ミラー６１ａを用いる。偏光分離ミラー６１ａとは赤色補助光線ＲＬに対して偏光分離機能をもつミラーを意味する。
偏光分離ミラー６１ａは、偏光ビームスプリッター５５の表面５５ａに直接設けられる。偏光分離ミラー６１ａは、偏光ビームスプリッター５５の表面５５ａに例えば接着材を介して貼り付けられる。

本実施形態において、赤色レーザー発光素子４０ａは、赤色補助光線ＲＬとして偏光分離ミラー６１ａに対するＳ偏光を射出する。偏光分離ミラー６１ａは、偏光分離合成素子２５に入射する赤色補助光線ＲＬを蛍光発光素子２７に向けて反射する。本実施形態の偏光分離ミラー６１ａは、赤色補助光線ＲＬと波長帯の異なる光線ＢＬを偏光方向によらず透過させる色分離機能を有する。

本実施形態において、光線ＢＬは偏光方向によらず偏光分離ミラー６１ａを透過して偏光ビームスプリッター５５に入射し、上述のように偏光ビームスプリッター５５においてＰ偏光成分とＳ偏光成分とに偏光分離される。本実施形態の偏光分離合成素子１２５によれば、反射領域１５０（偏光分離ミラー６１ａ）に入射したＰ偏光の光線ＢＬｐを拡散反射素子３０側に導くことができる。よって、反射領域１５０によって生じる光線ＢＬの損失を低減できる。

本実施形態において、偏光分離合成素子１２５に入射した蛍光ＹＬ及び赤色拡散光ＲＬ１の多くの成分は、偏光ビームスプリッター５５を透過してレンズインテグレーター３１に入射する。また、図３に示すように、偏光分離合成素子１２５に入射した蛍光ＹＬ及び赤色拡散光ＲＬ１の一部の成分は反射領域１５０に設けられた偏光分離ミラー６１ａに入射する。以下、偏光分離ミラー６１ａに入射した光について説明する。

上述したように赤色拡散光ＲＬ１は蛍光体３４内部での散乱によってランダム偏光となっている。すなわち、赤色拡散光ＲＬ１は偏光分離ミラー６１ａに対するＳ偏光成分及びＰ偏光成分を含んだ状態となっている。

偏光分離ミラー６１ａは、赤色拡散光ＲＬ１を、偏光分離ミラー６１ａに対するＳ偏光である赤色拡散光ＲＬ１ｓと、Ｐ偏光である赤色拡散光ＲＬ１ｐとに分離する。Ｐ偏光の赤色拡散光ＲＬ１ｐは偏光分離ミラー６１ａ及び偏光ビームスプリッター５５を透過してレンズインテグレーター３１に入射する。一方、Ｓ偏光の赤色拡散光ＲＬ１ｓは偏光分離ミラー６１ａで反射され、不図示の遮光部材で遮光される。

また、黄色光である蛍光ＹＬは緑色蛍光成分ＫＧ及び赤色蛍光成分ＫＲを含んでいる。蛍光ＹＬのうち赤色蛍光成分ＫＲの波長帯は赤色拡散光ＲＬ１の波長帯を含む。上述のように偏光分離ミラー６１ａは、赤色拡散光ＲＬ１に対して偏光分離機能を有する。すなわち、本実施形態の偏光分離合成素子１２５は、赤色蛍光成分ＫＲを、偏光分離ミラー６１ａに対するＰ偏光である赤色Ｐ偏光成分ＫＲｐと、偏光分離ミラー６１ａに対するＳ偏光である赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓとに分離する。

Ｐ偏光である赤色Ｐ偏光成分ＫＲｐは偏光分離ミラー６１ａ及び偏光ビームスプリッター５５を透過してレンズインテグレーター３１に入射する。一方、Ｓ偏光である赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓは偏光分離ミラー６１ａで反射され、不図示の遮光部材で遮光される。なお、緑色蛍光成分ＫＧは偏光分離ミラー６１ａ及び偏光ビームスプリッター５５を透過してレンズインテグレーター３１に入射する。すなわち、偏光分離ミラー６１ａを透過した蛍光ＹＬ´は、緑色蛍光成分ＫＧ及び赤色Ｐ偏光成分ＫＲｐのみから構成される。

このように本実施形態の偏光分離合成素子１２５において、赤色蛍光成分ＫＲ及び赤色拡散光ＲＬ１の一部（偏光分離ミラー６１ａに対するＳ偏光成分）は照明光ＷＬとして利用されない。偏光分離ミラー６１ａで反射された成分は光損失となる。本実施形態において、偏光分離ミラー６１ａは偏光ビームスプリッター５５の一部に設けられ、偏光分離ミラー６１ａに占める偏光分離ミラー６１ａの割合は小さい。そのため、偏光分離ミラー６１ａによる光損失は十分少ないと言える。

本実施形態の偏光分離合成素子１２５によれば、反射領域１５０に設けるミラー部材６１として偏光分離ミラー６１ａを採用するため、第一実施形態のようにミラー部材として反射ミラーを用いた構成に比べて、ミラー部材６１による反射領域５０で生じる光損失を低減できるので、蛍光ＹＬ及び赤色拡散光ＲＬ１を照明光ＷＬとして効率良く利用できる。

また、本実施形態の偏光分離合成素子１２５において、光線ＢＬは、その偏光方向によらず偏光分離ミラー６１ａを透過可能である。よって、偏光分離合成素子１２５によれば、反射領域５０による光線ＢＬの光損失が生じないため、光線ＢＬを青色拡散光ＢＬｓ１及び蛍光ＹＬの生成に効率良く利用できる。

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、上記実施形態において、偏光分離合成素子２５或いは偏光分離合成素子１２５では、偏光ビームスプリッター５５の表面５５ａ上にミラー部材５１，６１を接着材で張り付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４は第１変形例に係る偏光分離合成素子の構成を示す図である。
図４に示すように、本変形例の偏光分離合成素子２２５は、偏光ビームスプリッター１５５と、偏光ビームスプリッター１５５の一部に設けられた反射領域２５０と、を有する。本変形例において、反射領域２５０にはミラー部材１５１が設けられる。ミラー部材１５１としては、上記実施形態のように反射ミラーや偏光分離ミラーを使用可能である。

本変形例において、ミラー部材１５１は、偏光ビームスプリッター１５５に設けられた孔１５５ａに保持される。ミラー部材１５１は孔１５５ａに嵌め込まれている。孔１５５ａは偏光ビームスプリッター１５５を貫通する。この構成によれば、接着材を用いることなくミラー部材１５１を偏光ビームスプリッター１５５に保持することができる。

（第２変形例）
図５は第２変形例に係る偏光分離合成素子の構成を示す図である。
図５に示すように、本変形例の偏光分離合成素子３２５は、偏光ビームスプリッター２５５と、偏光ビームスプリッター２５５の一部に設けられた反射領域３５０と、を有する。本変形例において、ミラー部材２５１は、偏光ビームスプリッター２５５に設けられた凹部２５５ａに保持される。ミラー部材２５１は凹部２５５ａに嵌め込まれている。この構成によれば、接着材を用いることなくミラー部材２５１を偏光ビームスプリッター２５５に保持することができる。

また、上記実施形態及び変形例において、偏光分離合成素子は反射領域を一個のみ有する場合を例に挙げたが、反射領域を複数設けるようにしてもよい。この場合において、反射領域の数は、赤色補助光源４０を構成する赤色レーザー発光素子４０ａの数と一致させてもよい。すなわち、偏光分離合成素子は、複数の赤色レーザー発光素子４０ａの各々に対応する反射領域を複数有してもよい。

また、反射領域の数は、赤色レーザー発光素子４０ａの数よりも少なくしてもよく、１つの反射領域で複数の赤色レーザー発光素子４０ａから射出された赤色補助光線ＲＬをそれぞれ反射するようにしてもよい。

また、上記実施形態及び変形例において、偏光分離合成素子に対する拡散反射素子３０と蛍光発光素子２７との位置を入れ替えてもよい。すなわち、偏光分離合成素子で反射したＳ偏光の光線ＢＬｓ（青色第１偏光成分）を拡散反射素子３０に入射させ、偏光分離合成素子を透過したＰ偏光の光線ＢＬｐ（青色第２偏光成分）を励起光として蛍光発光素子２７に入射させる構成としてもよい。

また、上記実施形態において、赤色補助光源４０とダイクロイックミラー２４との間にホモジナイザー光学系を配置してもよい。この構成によれば、蛍光発光素子２７上における赤色補助光線ＲＬの照度分布の均一性を向上できる。

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、２１…青色アレイ光源（青色レーザー発光部）、２４…ダイクロイックミラー（光合成素子）、２５…偏光ビームスプリッター（偏光分離合成素子）、２５，１２５，２２５，３２５…偏光分離合成素子、２７…蛍光発光素子、２８ｂ…第１位相差板、３０…拡散反射素子、４０…赤色補助光源（赤色レーザー発光部）、５０，１５０，２５０，３５０…反射領域、５１，６１，１５１，２５１…ミラー部材、５１ａ…反射ミラー、５５ａ…表面、６１ａ…偏光分離ミラー、１５５ａ…孔、１５５ｂ…凹部、ＢＬ…光線（青色レーザー発光部からの光）、ＢＬｓ…Ｓ偏光の光線（青色第１偏光成分）、ＢＬｐ…Ｐ偏光の光線（青色第２偏光成分）、ＢＬｓ１…青色拡散光、ＧＬ…合成光線束、ＲＬ１，ＲＬ１ｐ，ＲＬ１ｓ…赤色拡散光、ＷＬ…照明光、ＹＬ…蛍光。

Claims (7)

1. 青色レーザー発光部と、
   赤色レーザー発光部と、
   前記青色レーザー発光部からの光と前記赤色レーザー発光部からの光とを合成して合成光線束を生成する光合成素子と、
   前記青色レーザー発光部からの光の一部を拡散して反射する拡散反射素子と、
   前記青色レーザー発光部からの光の一部により励起されて蛍光を発光するとともに、前記赤色レーザー発光部からの光を拡散して反射する蛍光発光素子と、
   前記光合成素子の後段に設けられ、前記青色レーザー発光部からの光を偏光分離する偏光分離合成素子と、
   前記偏光分離合成素子の一部に設けられ、前記合成光線束のうちの少なくとも前記赤色レーザー発光部からの光を反射する反射領域と、
   前記偏光分離合成素子と前記拡散反射素子との間に設けられた第１位相差板と、を備え、
   前記偏光分離合成素子は、
   前記反射領域で反射した前記赤色レーザー発光部からの光を前記蛍光発光素子側に導くとともに、前記青色レーザー発光部からの光を偏光分離した青色第１偏光成分を前記拡散反射素子側に導き、前記青色レーザー発光部からの光を偏光分離した青色第２偏光成分を前記蛍光発光素子側に導き、
   前記赤色レーザー発光部からの光が前記蛍光発光素子で反射された赤色拡散光と、前記青色第１偏光成分が前記第１位相差板及び前記拡散反射素子を経由した青色拡散光と、前記蛍光と、を合成して照明光を生成する、
   照明装置。
2. 前記反射領域は、ミラー部材を有する、
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記ミラー部材は、反射ミラーまたは偏光分離ミラーである、
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記ミラー部材は偏光分離ミラーであって、前記赤色レーザー発光部からの光を反射し、前記青色レーザー発光部からの光を透過する色分離機能を有する、
   請求項３に記載の照明装置。
5. 前記ミラー部材は、前記偏光分離合成素子の表面に設けられる、
   請求項２乃至４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記ミラー部材は、前記偏光分離合成素子に設けられた孔または凹部に保持される、
   請求項２乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 請求項１乃至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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