JP2021189390A - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】光利用効率に優れた照明装置を提供する。【解決手段】本発明の照明装置は、第１光を射出する第１発光素子と、第２光を射出する第２発光素子と、第１光および第２光が入射する第１面と、第２面と、を有する波長変換素子と、第１光および第２光と第３光とのうちの一方を反射し、他方を透過する第１光学素子と、各発光素子と第１光学素子との間に設けられ、正のパワーを有する第１集光光学系と、第１光学素子と波長変換素子との間に設けられる第２集光光学系と、を備える。第２集光光学系は、第２集光光学系の主点と波長変換素子の第２面との間に焦点を有し、各光射出面の長手方向の大きさをＣ１とし、短手方向の大きさをＤ１とし、発光素子と第１光学素子との間において、第１光と第２光とを含む光束の主光線に垂直な断面の長手方向の大きさをＡ１とし、断面の短手方向の大きさをＢ１としたとき、（１）式を満たす。Ｄ１／Ｃ１＜Ｂ１／Ａ１≦１ …（１）【選択図】図２

Description

本発明は、照明装置およびプロジェクターに関する。
プロジェクターに用いる光源装置として、発光素子から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。下記の特許文献１には、励起光を射出する第１光源と、励起光の照射によって蛍光を発する第２光源と、励起光を反射させ、蛍光を透過させるダイクロイックミラーと、を備える光源装置が開示されている。また、特許文献１には、励起光を射出するレーザー光源とダイクロイックミラーとの間に集光レンズが設けられた構成を有する光源装置が記載されている。
下記の特許文献２には、複数のレーザー光源を有する光源光学系と、光源光学系からの光が入射するマイクロレンズアレイと、レーザー光源から射出される青色光の一部を黄色の蛍光に変換する蛍光体と、青色光を反射させ、蛍光を透過させるダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーから射出される青色光を蛍光体上に集光する集光レンズユニットと、を備える光源装置が開示されている。
特開２０１９−８１９３号公報 特開２０１７−９７３１０号公報
特許文献１の構成と特許文献２の構成とを組み合わせ、複数の発光素子と、ダイクロイックミラーと、複数の発光素子とダイクロイックミラーとの間に設けられた集光レンズと、を備える光源装置を想定する。この光源装置は、蛍光体の近傍に設けられた第２集光レンズに加えて、複数の発光素子とダイクロイックミラーとの間に第１集光レンズが付加された構成を有する。
上記構成の光源装置においては、第１集光レンズの作用によって励起光の結像位置が蛍光体上からずれるため、蛍光体上の励起光の像が複数の発光素子の配置の影響を受ける。例えば特許文献２のように、複数の発光素子を１列に並べた状態で第１集光レンズおよび第２集光レンズに複数の光を入射させると、蛍光体上に形成される複数の励起光の像も１列に並んだ形状となる。このように、励起光の像が一方向に長い形状を有していると、蛍光体から射出される蛍光の輝度分布も一方向に長い形状となる。このような光源装置をプロジェクター用の照明装置として用いたとすると、照明光を効率良く利用することが難しい、という課題がある。
上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の照明装置は、第１光射出面を有し、第１波長帯の第１光を前記第１光射出面から射出する第１発光素子と、第２光射出面を有し、前記第１波長帯の第２光を前記第２光射出面から射出する第２発光素子と、前記第１光および前記第２光が入射する第１面と、前記第１面とは異なる第２面と、を有し、前記第１光および前記第２光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第３光に変換する波長変換素子と、前記第１光および前記第２光と、前記第３光と、のうちの一方を反射し、他方を透過する第１光学素子と、前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に設けられ、正のパワーを有する第１集光光学系と、前記第１光学素子と前記波長変換素子との間に設けられる第２集光光学系と、を備え、前記第２集光光学系は、前記第２集光光学系の主点と前記波長変換素子の前記第２面との間に焦点を有し、前記第１光射出面の大きさと前記第２光射出面の大きさとは等しく、前記第１光射出面および前記第２光射出面の長手方向の大きさをＣ１とし、前記第１光射出面および前記第２光射出面の短手方向の大きさをＤ１とし、前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間において、前記第１光と前記第２光とが合成された光束の主光線に垂直な断面の長手方向の大きさをＡ１とし、前記断面の短手方向の大きさをＢ１としたとき、以下の（１）式を満たす。
Ｄ１／Ｃ１＜Ｂ１／Ａ１≦１ …（１）
また、本発明の他の一つの態様の照明装置は、第１波長帯の第１光を射出する第１発光素子と、前記第１波長帯の第２光を射出する第２発光素子と、前記第１光および前記第２光が入射する第１面と、前記第１面とは異なる第２面と、を有し、前記第１光および前記第２光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第３光に変換する波長変換素子と、前記第１光および前記第２光と、前記第３光と、のうちの一方を反射させ、他方を透過させる第１光学素子と、前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に設けられ、正のパワーを有する第１集光光学系と、前記第１光学素子と前記波長変換素子との間に設けられる第２集光光学系と、を備え、前記第２集光光学系は、前記第２集光光学系の主点と前記波長変換素子の前記第２面との間に焦点を有し、前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間において、前記第１光の主光線に垂直な第１断面と前記第２光の主光線に垂直な第２断面との大きさは等しく、前記第１断面および前記第２断面の長手方向の大きさをＣ２とし、前記第１断面および前記第２断面の短手方向の大きさをＤ２とし、前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間において、前記第１光と前記第２光とが合成された光束の主光線に垂直な第３断面の長手方向の大きさをＡ２とし、前記第３断面の短手方向の大きさをＢ２としたとき、以下の（２）式を満たす。
Ｄ２／Ｃ２＜Ｂ２／Ａ２≦１ …（２）
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。
第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の照明装置の平面図である。 光源装置の側面図である。 第１発光素子の斜視図である。 第１発光素子から射出される第１光の断面形状を示す図である。 光束の断面形状を示す図である。 波長変換層上での光束の強度分布を示す図である。 第２実施形態の照明装置の平面図である。 光束の断面形状を示す図である。 波長変換層上での光束の強度分布を示す図である。 第３実施形態の照明装置の平面図である。 光束の断面形状を示す図である。 波長変換層上での光束の強度分布を示す図である。 第４実施形態の照明装置の平面図である。 光束の断面形状を示す図である。 波長変換層上での光束の強度分布を示す図である。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図１は、本実施形態に係る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、投射光学装置６と、を備えている。照明装置２の構成については、後で説明する。
色分離光学系３は、第１ダイクロイックミラー７ａと、第２ダイクロイックミラー７ｂと、反射ミラー８ａと、反射ミラー８ｂと、反射ミラー８ｃと、リレーレンズ９ａと、リレーレンズ９ｂと、を備えている。色分離光学系３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と青色光ＬＢとに分離し、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに導き、緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに導き、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。
フィールドレンズ１０Ｒは、色分離光学系３と光変調装置４Ｒとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｒに向けて射出する。フィールドレンズ１０Ｇは、色分離光学系３と光変調装置４Ｇとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｇに向けて射出する。フィールドレンズ１０Ｂは、色分離光学系３と光変調装置４Ｂとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｂに向けて射出する。
第１ダイクロイックミラー７ａは、赤色光成分を透過させ、緑色光成分および青色光成分を反射させる。第２ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光成分を反射させ、青色光成分を透過させる。反射ミラー８ａは、赤色光成分を反射させる。反射ミラー８ｂおよび反射ミラー８ｃは、青色光成分を反射させる。
第１ダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲは、反射ミラー８ａで反射し、フィールドレンズ１０Ｒを透過して赤色光用の光変調装置４Ｒの画像形成領域に入射する。第１ダイクロイックミラー７ａで反射した緑色光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー７ｂでさらに反射し、フィールドレンズ１０Ｇを透過して緑色光用の光変調装置４Ｇの画像形成領域に入射する。第２ダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢは、リレーレンズ９ａ、入射側の反射ミラー８ｂ、リレーレンズ９ｂ、射出側の反射ミラー８ｃ、およびフィールドレンズ１０Ｂを経て青色光用の光変調装置４Ｂの画像形成領域に入射する。
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれは、液晶ライトバルブから構成されている。図示を省略したが、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。
合成光学系５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂから射出された各画像光を合成してフルカラーの画像光を形成する。合成光学系５は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視で略正方形状をなすクロスダイクロイックプリズムで構成されている。直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。
合成光学系５から射出された画像光は、投射光学装置６によって拡大投射され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。すなわち、投射光学装置６は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂにより変調された光を投射する。投射光学装置６は、複数の投射レンズで構成されている。
本実施形態の照明装置２の一例について説明する。
以下、図２および図３においては、ＸＹＺ直交座標系を用い、光源装置２０から射出される光束ＢＬの主光線に平行な軸をＸ軸と定義し、波長変換素子２３から射出される蛍光ＹＬの主光線に平行な軸をＹ軸と定義し、Ｘ軸およびＹ軸に直交する軸をＺ軸と定義する。
図２は、Ｚ軸方向から見た照明装置２の平面図である。図３は、照明装置２が有する光源装置２０をＹ軸方向から見た側面図である。
図２に示すように、本実施形態の照明装置２は、光源装置２０と、ダイクロイックミラー２１と、第２集光光学系２２と、波長変換素子２３と、インテグレーター光学系２４と、偏光変換素子２５と、重畳レンズ２６と、を備えている。
図３に示すように、光源装置２０は、第１光源ユニット３１と、第２光源ユニット３２と、第１合成ミラー３３と、第２合成ミラー３４と、第１集光光学系３５と、拡散素子３６と、を備える。第１光源ユニット３１は、第１発光素子３１１と、第１コリメーターレンズ３１２と、を有する。第２光源ユニット３２は、第２発光素子３２１と、第２コリメーターレンズ３２２と、を有する。
第１発光素子３１１は、第１光射出面３１１ａを有し、第１波長帯の第１光ＢＬ１を第１光射出面３１１ａから＋Ｘ方向に向かって射出する。第２発光素子３２１は、第２光射出面３２１ａを有し、第１波長帯の第２光ＢＬ２を第２光射出面３２１ａから＋Ｘ方向に向かって射出する。第１発光素子３１１と第２発光素子３２１とは、Ｚ軸方向に沿って互いに間隔をおいて配置されている。第１発光素子３１１および第２発光素子３２１のそれぞれは、基材３１４上に実装されている。
第１発光素子３１１および第２発光素子３２１のそれぞれは、青色光を射出する青色半導体レーザーから構成されている。青色半導体レーザーは、第１波長帯として、例えば３８０ｎｍ〜４９５ｎｍにピーク波長を有する青色光を射出する。したがって、光源装置２０は、Ｚ軸方向に並んだ２本の青色光からなる第１光ＢＬ１および第２光ＢＬ２を射出する。第１発光素子３１１と第２発光素子３２１とは、同じピーク波長を有する青色光を射出する青色半導体レーザーから構成されていてもよいし、互いに異なるピーク波長を有する青色光を射出する青色半導体レーザーから構成されていてもよい。
第１コリメーターレンズ３１２は、第１発光素子３１１に対応して設けられている。第１コリメーターレンズ３１２は、第１発光素子３１１から射出される第１光ＢＬ１を平行化する。第２コリメーターレンズ３２２は、第２発光素子３２１に対応して設けられている。第２コリメーターレンズ３２２は、第２発光素子３２１から射出される第２光ＢＬ２を平行化する。
第１合成ミラー３３は、反射面が第２発光素子３２１から射出される第２光ＢＬ２の主光線に沿う光軸ａｘ１に対して４５°の角度をなすように配置されている。これにより、第２光ＢＬ２は、第２発光素子３２１から＋Ｘ方向に向かって射出された後、第１合成ミラー３３で反射して＋Ｚ方向に向かって進行する。また、第２合成ミラー３４は、反射面が第１合成ミラー３３によって反射される第２光ＢＬ２の主光線に沿う光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置されている。これにより、第２光ＢＬ２は、第１合成ミラー３３から＋Ｚ方向に向かって進んだ後、第２合成ミラー３４で反射して＋Ｘ方向に向かって進行する。
一方、第１発光素子３１１から射出される第１光ＢＬ１は、第１合成ミラー３３および第２合成ミラー３４に入射することなく、第１発光素子３１１から＋Ｘ方向に向かって光軸ａｘ３に沿って直進する。第２光ＢＬ２の光路が第１合成ミラー３３および第２合成ミラー３４で折り曲げられることにより、第２光ＢＬ２が第２合成ミラー３４で反射した後の位置における第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２との間の間隔Ｓ１は、第１発光素子３１１および第２発光素子３２１からの射出直後の位置における第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２との間の間隔Ｓ２に比べて狭くなる。このように、第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とは、第１合成ミラー３３および第２合成ミラー３４によって合成され、光束ＢＬとなる。すなわち、光束ＢＬは、第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とを包含する光束の全体を意味する。光束ＢＬの主光線は、第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とを包含する光束の中心軸と定義する。間隔Ｓ１および間隔Ｓ２は、光軸ａｘ２に沿う方向の間隔と定義する。
すなわち、第１合成ミラー３３および第２合成ミラー３４は、第１発光素子３１１および第２発光素子３２１とダイクロイックミラー２１との間に設けられ、第１発光素子３１１から射出される第１光ＢＬ１と第２発光素子３２１から射出される第２光ＢＬ２との少なくとも一方が入射され、第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とを合成する。
本実施形態の第１合成ミラー３３および第２合成ミラー３４のそれぞれは、特許請求の範囲の第２光学素子に対応する。
第１集光光学系３５は、第１発光素子３１１および第２発光素子３２１とダイクロイックミラー２１との間に設けられている。すなわち、第１集光光学系３５は、第１合成ミラー３３および第２合成ミラー３４と拡散素子３６との間に設けられている。本実施形態では、第１集光光学系３５は、１枚の凸レンズで構成されている。なお、第１集光光学系３５を構成するレンズの数は特に限定されず、複数枚のレンズで構成されていてもよい。第１集光光学系３５は、入射した光束ＢＬを集光する。また、第１集光光学系３５は、正のパワーを有し、第２集光光学系２２と波長変換素子２３との間に焦点Ｆを有する。第１集光光学系３５の焦点距離は、第１集光光学系３５の主点Ｇとダイクロイックミラー２１における光束ＢＬの入射点Ｎとの間の距離Ｈよりも長い。
ダイクロイックミラー２１における光束ＢＬの入射点Ｎは、ダイクロイックミラー２１の光入射面２１ａと光束ＢＬの主光線とが交差する点と定義する。また、第１集光光学系３５の主点Ｇとダイクロイックミラー２１における光束ＢＬの入射点Ｎとの間の距離Ｈは、光束ＢＬの主光線が通る光軸ａｘ４に沿う距離と定義する。なお、第１集光光学系３５は、複数枚のレンズで構成されていてもよい。第１集光光学系３５が複数枚のレンズで構成される場合、第１集光光学系３５の主点Ｇは、複数枚のレンズからなる集光光学系全体の主点と定義する。
拡散素子３６は、第１集光光学系３５とダイクロイックミラー２１との間に設けられている。拡散素子３６は、第１集光光学系３５から射出された光束ＢＬを拡散させ、ダイクロイックミラー２１に向けて射出させる。これにより、波長変換素子２３上における光束ＢＬの照度分布は、拡散素子３６によって均一化される。拡散素子３６として、例えば光学ガラスからなる磨りガラス板が用いられる。拡散素子２９には、透過型の拡散素子が用いられる。
図２に示すように、ダイクロイックミラー２１は、光源装置２０から射出される光束ＢＬの主光線に沿う光軸ａｘ４、および波長変換素子２３から射出される蛍光ＹＬの主光線に沿う光軸ａｘ５のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。ダイクロイックミラー２１は、青色波長帯の光を反射させ、黄色波長帯の光を透過させる特性を有する。そのため、ダイクロイックミラー２１は、光源装置２０から射出される光束ＢＬを反射させ、波長変換素子２３から射出される蛍光ＹＬを透過させる。本実施形態のダイクロイックミラー２１は、特許請求の範囲の第１光学素子に対応する。
第２集光光学系２２は、ダイクロイックミラー２１と波長変換素子２３との間に設けられている。第２集光光学系２２は、第１レンズ２２１、第２レンズ２２２、および第３レンズ２２３からなる３枚の凸レンズから構成されている。なお、第２集光光学系２２を構成するレンズの数は、特に限定されない。第２集光光学系２２は、ダイクロイックミラー２１で反射した光束ＢＬを集光し、波長変換素子２３に入射させる。第２集光光学系２２は、第２集光光学系２２の主点と波長変換素子２３の第２面２３ｂとの間に焦点を有する。本実施形態の場合、第２集光光学系２２が複数枚のレンズで構成されているため、第２集光光学系２２の主点は、複数枚のレンズからなる集光光学系全体の主点と定義する。
波長変換素子２３は、第２集光光学系２２から射出された光束ＢＬを第１波長帯とは異なる第２波長帯の蛍光ＹＬに変換する。波長変換素子２３は、青色の光束ＢＬを黄色の蛍光ＹＬに変換するセラミック蛍光体を含んでいる。第２波長帯は例えば４９０〜７５０ｎｍであり、蛍光ＹＬは緑色光成分および赤色光成分を含む黄色光である。なお、蛍光体は、単結晶蛍光体を含んでいてもよい。また、波長変換素子２３の平面形状は、光束ＢＬの入射方向（Ｙ軸方向）から見て、略正方形である。波長変換素子２３は、第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とが合成された光束ＢＬが入射する第１面２３ａと、第１面２３ａとは異なる第２面２３ｂと、を有する。第１面２３ａと、第２面２３ｂとは、波長変換素子２３において互いに対向している。
本実施形態の蛍光ＹＬは、特許請求の範囲の第３光に対応する。
波長変換素子２３は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例にとると、蛍光体として、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法やソルゲル法等の湿式法により得られるＹ−Ａｌ−Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法や火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等を用いることができる。また、蛍光体は、光束ＢＬおよび蛍光ＹＬを散乱させるための散乱要素を含んでいる。散乱要素として、例えば複数の気孔が用いられる。
本実施形態の場合、第１発光素子３１１および第２発光素子３２１とダイクロイックミラー２１との間に正のパワーを有する第１集光光学系３５が設けられているため、光束ＢＬが集束された状態でダイクロイックミラー２１に入射する。そのため、第１集光光学系３５が設けられていない場合に比べて、ダイクロイックミラー２１を小型化することができる。ダイクロイックミラー２１が黄色光成分を透過する特性を有するため、波長変換素子２３から射出された蛍光ＹＬは、第２集光光学系２２を透過した後、ダイクロイックミラー２１を透過する。
一方、波長変換素子２３に入射した光束ＢＬのうち、一部の光束ＢＬは、波長変換されて蛍光ＹＬに変換されるが、他の一部の光束ＢＬは、蛍光ＹＬに波長変換される前に蛍光体に含まれる散乱要素によって後方散乱し、波長変換されることなく波長変換素子２３の外部に射出される。このとき、光束ＢＬは、蛍光ＹＬの角度分布と略同様の角度分布に拡散されて射出される。そのため、上述したように、ダイクロイックミラー２１を小型化することにより、光束ＢＬの中央部は、ダイクロイックミラー２１に入射するが、光束ＢＬの周縁部はダイクロイックミラー２１に入射することなく、ダイクロイックミラー２１の外側の空間を通過する。ダイクロイックミラー２１に入射した光束ＢＬは、ダイクロイックミラー２１で反射され、損失となるが、ダイクロイックミラー２１に入射しない光束ＢＬは、蛍光ＹＬとともに照明光ＷＬとして利用される。なお、波長変換素子２３から射出される光束ＢＬは、波長変換素子２３の内部に入射されることなく、波長変換素子２３の表面において拡散反射されることによって生成されてもよい。
以上のようにして、光束ＢＬと蛍光ＹＬとは、インテグレーター光学系２４に入射する。青色の光束ＢＬと黄色の蛍光ＹＬとが合成されることにより、白色の照明光ＷＬが生成される。
インテグレーター光学系２４は、第１マルチレンズアレイ２４１と、第２マルチレンズアレイ２４２と、を有する。第１マルチレンズアレイ２４１は、照明光ＷＬを複数の部分光束に分割するための複数の第１レンズ２４１１を有する。
第１マルチレンズアレイ２４１のレンズ面、すなわち第１レンズ２４１１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、光軸ａｘ５の方向から見て、第１レンズ２４１１の各々の形状は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の形状と略相似形の矩形状である。これにより、第１マルチレンズアレイ２４１から射出された部分光束の各々は、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マルチレンズアレイ２４２は、第１マルチレンズアレイ２４１の複数の第１レンズ２４１１に対応する複数の第２レンズ２４２１を有する。第２マルチレンズアレイ２４２は、重畳レンズ２６とともに、第１マルチレンズアレイ２４１の各第１レンズ２４１１の像を各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域の近傍に結像させる。
インテグレーター光学系２４を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子２５に入射する。偏光変換素子２５は、図示しない偏光分離膜と位相差板とをアレイ状に配列した構成を有する。偏光変換素子２５は、照明光ＷＬの偏光方向を所定の方向に揃える。具体的には、偏光変換素子２５は、照明光ＷＬの偏光方向を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射側偏光板の透過軸の方向に揃える。
これにより、偏光変換素子２５を透過した照明光ＷＬから分離される赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光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一致する。したがって、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光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入射する。
偏光変換素子２５を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ２６に入射する。重畳レンズ２６は、インテグレーター光学系２４と協働して、被照明領域である光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域における照度分布を均一化する。
図４は、第１発光素子３１１から第１光ＢＬ１が射出される様子を示す斜視図である。なお、第１発光素子３１１の構成と第２発光素子３２１の構成とは同じであるため、ここでは、第１発光素子３１１で代表して説明する。図４においては、図２および図３に示した基材３１４の図示を省略する。
図４に示すように、半導体レーザーからなる第１発光素子３１１は、第１光ＢＬ１を射出する第１光射出面３１１ａを有する。第１光射出面３１１ａは、第１光ＢＬ１の主光線ＢＬ０の方向から見て、長方形状の平面形状を有する。第１光射出面３１１ａの平面形状である長方形の長手方向の寸法をＣ１とし、短手方向の寸法をＤ１としたとき、長手方向の寸法Ｃ１に対する短手方向の寸法Ｄ１の比Ｄ１／Ｃ１は、例えば１／４０である。具体的には、第１光射出面３１１ａの長手方向の寸法Ｃ１は、例えば４０μｍである。第１光射出面３１１ａの短手方向の寸法Ｄ１は、例えば１μｍである。なお、第１光射出面３１１ａの寸法は、上記の例に限定されない。
第１発光素子３１１の第１光射出面３１１ａの大きさと、第２発光素子３２１の第２光射出面３２１ａの大きさとは、互いに等しい。したがって、第２光射出面３２１ａは、第１光射出面３１１ａと同様、第２光ＢＬ２の主光線の方向から見て、長方形状の平面形状を有する。第２光射出面３２１ａについても、長方形の長手方向の寸法Ｃ１に対する短手方向の寸法Ｄ１の比Ｄ１／Ｃ１は、例えば１／４０である。
第１発光素子３１１は、主光線ＢＬ０に垂直な断面形状が楕円形の第１光ＢＬ１を射出する。ここで、第１発光素子３１１から射出される第１光ＢＬ１の主光線ＢＬ０に垂直な断面を第１断面Ｋ１とすると、第１断面Ｋ１は、楕円形状の形状を有する。第１光射出面３１１ａの形状である長方形の長手方向は、第１断面Ｋ１の形状である楕円形の短手方向に一致する。第１光射出面３１１ａの形状である長方形の短手方向は、第１断面Ｋ１の形状である楕円形の長手方向に一致する。この理由は、第１発光素子３１１から射出される第１光ＢＬ１は、第１光射出面３１１ａの長手方向に垂直な面内での発散角γ１が、第１光射出面３１１ａの短手方向に垂直な面内での発散角γ２よりも大きいからである。第１光ＢＬ１の発散角γ１の最大値（最大放射角度）は、例えば７０°であり、第１光ＢＬ１の発散角γ２の最大値（最大放射角度）は、例えば２０°である。
したがって、第１断面Ｋ１の長手方向の寸法をＣ２とし、第１断面Ｋ１の短手方向の寸法をＤ２としたとき、第１断面Ｋ１の長手方向の寸法Ｃ２に対する第１断面Ｋ１の短手方向の寸法Ｄ２の比Ｄ２／Ｃ２は、１よりも十分に小さい。
図示を省略するが、第１発光素子３１１と同様に、第２発光素子３２１から射出される第２光ＢＬ２の主光線に垂直な断面を第２断面とすると、第１発光素子３１１および第２発光素子３２１とダイクロイックミラー２１との間において、第１断面Ｋ１の大きさと第２断面の大きさとは等しい。そのため、第２断面の長手方向の寸法をＣ２とし、第２断面の短手方向の寸法をＤ２としたとき、第２断面の長手方向の寸法Ｃ２に対する第２断面の短手方向の寸法Ｄ２の比Ｄ２／Ｃ２は、１よりも十分に小さい。
なお、第１光ＢＬ１および第２光ＢＬ２のそれぞれは拡散光であるため、各光の断面の長手方向の寸法Ｃ２および短手方向の寸法Ｄ２は場所によって異なるが、比Ｄ２／Ｃ２は場所によらずに一定である。
［本実施形態の原理］
ここで、本実施形態の照明装置２において、仮に第１集光光学系３５が設けられていなかったとすると、第１発光素子３１１から射出される第１光ＢＬ１と、第２発光素子３２１から射出される第２光ＢＬ２と、からなる光束ＢＬは、ダイクロイックミラー２１と波長変換素子２３との間に設けられた第２集光光学系２２によって、波長変換素子２３上に集束される。すなわち、第２集光光学系２２の焦点は、第２集光光学系２２の主点と波長変換素子２３の第２面２３ｂとの間に位置するように設定されている。
ところが、本実施形態の場合、ダイクロイックミラー２１を小型化するために、第１発光素子３１１および第２発光素子３２１とダイクロイックミラー２１との間に第１集光光学系３５が設けられている。また、第２集光光学系２２が第２集光光学系２２の主点と波長変換素子２３の第２面２３ｂとの間に焦点を有するため、光束ＢＬの光束幅が最も小さくなる位置は、波長変換素子２３に対して第２集光光学系２２が設けられた側と反対側にずれる。そのため、波長変換素子２３の第１面２３ａでの光束の像は、デフォーカス状態となる。集光点からずれた光束ＢＬは、各発光素子３１１，３２１から射出された直後の輝度分布の形に沿って広がるため、波長変換素子２３上の光束の像も輝度分布に沿った形となる。
本発明者は、照明装置内の各所における光の輝度分布のシミュレーションを行った。
図５は、第１発光素子３１１から射出された第１光ＢＬ１の輝度分布を示す図である。なお、以下のシミュレーション結果において、各光の輝度分布の形状は、各光の主光線に垂直な断面形状に一致するものとみなす。また、第２発光素子３２１から射出された第２光ＢＬ２の輝度分布は、第１光ＢＬ１の輝度分布と同様である。
図５に示すように、第１光ＢＬ１の第１断面Ｋ１の長手方向の寸法をＣ２とし、第１断面Ｋ１の短手方向の寸法をＤ２としたとき、第１断面Ｋ１の長手方向の寸法Ｃ２に対する第１断面Ｋ１の短手方向の寸法Ｄ２の比Ｄ２／Ｃ２は、１よりも十分に小さい。
このように、一方向に細長い断面形状を有する光を波長変換素子に入射させた場合、波長変換素子から射出される蛍光の断面形状も一方向に細長くなる。蛍光の断面形状の長手方向の寸法と短手方向の寸法との間に大きな差があると、波長変換素子の端部から射出される蛍光の主光線の角度に差が生じる。その結果、波長変換素子の後段の各光学素子における被照明領域の形も細長くなるため、光の入射方向から見た形状が円形や正方形の光学素子に対して蛍光の一部が入射できない場合、蛍光の利用効率が低下する、という問題がある。または、断面形状が細長い蛍光の全てを入射できるように光学素子を設計すると、光学素子が大型化する、という問題がある。
図６は、第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とが合成された後の光束ＢＬの輝度分布を示す図である。
上記の問題に対して、本実施形態の照明装置２においては、第１合成ミラー３３および第２合成ミラー３４を用いて、第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とを各光の断面の短手方向に並べるとともに、第２光ＢＬ２が第２合成ミラー３４で反射した後の位置における第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２との間の光軸ａｘ２に沿う間隔Ｓ１を、第１発光素子３１１および第２発光素子３２１からの射出直後の位置における第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２との間の光軸ａｘ２に沿う間隔Ｓ２に対して狭くする。これにより、光束ＢＬの断面形状は、図６に示すようになる。すなわち、図６において、光束ＢＬの断面の長手方向の寸法をＡ１とし、光束ＢＬの断面の短手方向の寸法をＢ１とすると、寸法Ａ１に対する寸法Ｂ１の比Ｂ１／Ａ１を１に近い値とすることができる。
したがって、第１発光素子３１１および第２発光素子３２１の各光射出面３１１ａ，３２１ａの長手方向の寸法Ｃ１、各光射出面３１１ａ，３２１ａの短手方向の寸法Ｄ１との関係において、比Ｂ１／Ａ１は、以下の（１）式の関係を満たす。
Ｄ１／Ｃ１＜Ｂ１／Ａ１≦１ …（１）
また、第１発光素子３１１および第２発光素子３２１とダイクロイックミラー２１との間において、第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とが合成された光束ＢＬの主光線に垂直な断面を第３断面とした場合、光束ＢＬの第３断面の長手方向の寸法をＡ２とし、光束ＢＬの第３断面の短手方向の寸法をＢ２とする。第１光ＢＬ１の第１断面および第２光ＢＬ２の第２断面の長手方向の寸法Ｃ２、第１光ＢＬ１の第１断面および第２光ＢＬ２の第２断面の短手方向の寸法Ｄ２との関係において、比Ｂ２／Ａ２は、以下の（２）式の関係を満たす。
Ｄ２／Ｃ２＜Ｂ２／Ａ２≦１ …（２）
なお、上記の（１）式および（２）式において、Ａ１とＡ２とは等しく、Ｂ１とＢ２とは等しい。そのため、Ｂ１／Ａ１とＢ２／Ａ２とは等しい。
図７は、波長変換素子２３に入射する光束ＢＬの輝度分布を示す図である。
上記の（１）式および（２）式で示されるように、本実施形態の照明装置２によれば、長手方向の寸法に対する短手方向の寸法の比が１に近い断面を有する光束ＢＬ、すなわち円形や正方形に近い断面形状を有する光束ＢＬが波長変換素子２３に照射される。本実施形態の場合、光束ＢＬは拡散素子３６によって拡散された後に波長変換素子２３に入射するため、図７に示すように、波長変換素子２３に入射する光束の輝度分布は、略円形となる。
上記の問題を解決するためには、比Ｂ／Ａは１に近い値であることが望ましい。ただし、プロジェクター１に用いる照明装置２として、フルハイビジョン対応の光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒを照明することを考慮した場合、光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒの有効表示領域のサイズが１６：９であることから、比Ｂ／Ａは、少なくとも９／１６よりも大きく、１以下であることが望ましい。
［第１実施形態の効果］
本実施形態の照明装置２は、第１光射出面３１１ａを有し、第１波長帯の第１光ＢＬ１を第１光射出面３１１ａから射出する第１発光素子３１１と、第２光射出面３２１ａを有し、第１波長帯の第２光ＢＬ２を第２光射出面３２１ａから射出する第２発光素子３２１と、第１光ＢＬ１および第２光ＢＬ２が入射する第１面２３ａと、第１面２３ａとは異なる第２面２３ｂと、を有し、第１光ＢＬ１および第２光ＢＬ２を第２波長帯の蛍光ＹＬに変換する波長変換素子２３と、第１光ＢＬ１および第２光ＢＬ２と蛍光ＹＬとのうちの一方を反射し、他方を透過するダイクロイックミラー２１と、第１発光素子３１１および第２発光素子３２１とダイクロイックミラー２１との間に設けられ、正のパワーを有する第１集光光学系３５と、ダイクロイックミラー２１と波長変換素子２３との間に設けられる第２集光光学系２２と、を備える。第２集光光学系２２は、第２集光光学系２２の主点と波長変換素子２３の第２面２３ｂとの間に焦点を有する。第１光射出面３１１ａの大きさと第２光射出面３２１ａの大きさとは等しく、上記の（１）式および（２）式を満たす。
上述したように、本実施形態においては、円形に近い断面形状を有する蛍光ＹＬが波長変換素子２３から射出されるため、蛍光ＹＬを波長変換素子２３の後段の光学系に効率良く入射させることができる。これにより、光利用効率の高い照明装置２を実現することができる。
また、本実施形態の照明装置２は、第１発光素子３１１および第２発光素子３２１とダイクロイックミラー２１との間に設けられ、第１発光素子３１１から射出される第１光ＢＬ１と、第２発光素子３２１から射出される第２光ＢＬ２と、が入射され、第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とを合成する第１合成ミラー３３および第２合成ミラー３４をさらに備えている。
この構成によれば、第１発光素子３１１と第２発光素子３２１とが設置された位置にかかわらず、第１合成ミラー３３および第２合成ミラー３４を用いて第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とを合成することによって、比Ｂ１／Ａ１および比Ｂ２／Ａ２が１に近い断面を有する光束ＢＬ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、第１発光素子３１１および第２発光素子３２１とダイクロイックミラー２１との間に設けられ、第１発光素子３１１から射出される第１光ＢＬ１および第２発光素子３２１から射出される第２光ＢＬ２を拡散させる拡散素子３６をさらに備えている。
この構成によれば、波長変換素子２３に入射させる光束ＢＬの照度分布を均一化することができる。その結果、波長変換素子２３の温度が局所的に上昇することを抑えられ、波長変換効率の低下を抑えることができる。
また、本実施形態の照明装置２において、拡散素子３６は、第１集光光学系３５とダイクロイックミラー２１との間に設けられている。
この構成によれば、第１集光光学系３５によって集光された光束ＢＬが拡散素子３６に入射するため、拡散素子３６の小型化を図ることができる。
また、本実施形態の照明装置２において、第１集光光学系３５の焦点距離は、第１集光光学系３５の主点Ｇとダイクロイックミラー２１における第１光ＢＬ１および第２光ＢＬ２を含む光束ＢＬの入射点Ｎとの間の距離Ｈよりも長い。
この構成によれば、第１集光光学系３５の焦点Ｆがダイクロイックミラー２１と波長変換素子２３の第１面２３ａとの間に位置するため、ダイクロイックミラー２１を確実に小型化することができる。また、第２集光光学系２２が第２集光光学系２２の主点と波長変換素子２３の第２面２３ｂとの間に焦点を有するため、光束ＢＬの光束幅が最も小さくなる位置は、波長変換素子２３に対して第２集光光学系２２が設けられた側と反対側にずれる。これにより、波長変換素子２３の第１面２３ａでの光束ＢＬの像がデフォーカス状態となるため、光束ＢＬの輝度分布を均一化することができる。
本実施形態のプロジェクター１は、上記の照明装置２と、照明装置２からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒと、光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒにより変調された光を投射する投射光学装置６と、を備える。
この構成によれば、高効率のプロジェクター１を実現することができる。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図８〜図１０を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の全体構成の説明は省略する。
図８は、第２実施形態の照明装置４２の概略構成図である。
図８において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図８に示すように、本実施形態の照明装置４２は、光源装置４０と、ダイクロイックミラー２１と、第２集光光学系２２と、波長変換素子２３と、インテグレーター光学系２４と、偏光変換素子２５と、重畳レンズ２６と、を備えている。
光源装置４０は、第１光源ユニット３１と、第２光源ユニット３２と、第３光源ユニット４３と、第４光源ユニット４４と、第１合成ミラー３３と、第２合成ミラー３４と、第３合成ミラー４５と、第４合成ミラー４６と、偏光合成ミラー４７と、第１集光光学系３５と、拡散素子３６と、を備える。第１光源ユニット３１および第２光源ユニット３２の構成は、第１実施形態と同一である。第３光源ユニット４３は、第３発光素子４３１と、第３コリメーターレンズ４３２と、を有する。第４光源ユニット４４は、第４発光素子４４１と、第４コリメーターレンズ４４２と、を有する。
本実施形態の偏光合成ミラー４７は、特許請求の範囲の第２光学素子に対応する。
本実施形態において、図８の構成をＹ軸方向から見ると、第１光源ユニット３１、第３光源ユニット４３、第１合成ミラー３３、および第３合成ミラー４５は、第１実施形態の図３に示した第１光源ユニット３１、第２光源ユニット３２、第１合成ミラー３３、および第２合成ミラー３４の配置と同様である。すなわち、図８において、第１光源ユニット３１は、第３光源ユニット４３に対して紙面の奥側（−Ｚ方向）に重なって配置されている。第１合成ミラー３３は、第３合成ミラー４５に対して紙面の奥側（−Ｚ方向）に重なって配置されている。一方、第２発光素子３２１と第４発光素子４４１とは、Ｙ軸方向に沿って互いに間隔をおいて配置されている。
第３発光素子４３１は、第３光射出面４３１ａを有し、第１波長帯の第３光ＢＬ３を第３光射出面から＋Ｘ方向に向かって射出する。第４発光素子４４１は、第４光射出面４４１ａを有し、第１波長帯の第４光ＢＬ４を第４光射出面４４１ａから＋Ｘ方向に向かって射出する。
第３発光素子４３１および第４発光素子４４１のそれぞれは、第１発光素子３１１および第２発光素子３２１と同様、青色光を射出する青色半導体レーザーから構成されている。第３コリメーターレンズ４３２は、第３発光素子４３１に対応して設けられ、第３発光素子４３１から射出される第３光ＢＬ３を平行化する。第４コリメーターレンズ４４２は、第４発光素子４４１に対応して設けられ、第４発光素子４４１から射出される第４光ＢＬ４を平行化する。
第１発光素子３１１から射出される第１光ＢＬ１と、第３発光素子４３１から射出される第３光ＢＬ３とは、第１合成ミラー３３および第３合成ミラー４５によって合成され、第１光束ＢＬ１１が生成される。
第２合成ミラー３４は、反射面が第２発光素子３２１から射出される第２光ＢＬ２の主光線に対して４５°の角度をなすように配置されている。これにより、第２光ＢＬ２は、第２発光素子３２１から＋Ｘ方向に向かって射出された後、第２合成ミラー３４で反射して＋Ｙ方向に向かって進行する。また、第４合成ミラー４６は、反射面が第４発光素子４４１から射出される第４光ＢＬ４の主光線に対して４５°の角度をなすように配置されている。これにより、第４光ＢＬ４は、第４発光素子４４１から＋Ｘ方向に向かって射出された後、第４合成ミラー４６で反射して＋Ｙ方向に向かって進行する。以上により、第２光ＢＬ２と第４光ＢＬ４とが合成された第２光束ＢＬ２２が生成される。
第１発光素子３１１は、偏光合成ミラー４７に対してＰ偏光成分となる第１光ＢＬ１を射出する。同様に、第３発光素子４３１は、偏光合成ミラー４７に対してＰ偏光成分となる第３光ＢＬ３を射出する。したがって、第１光ＢＬ１と第３光ＢＬ３とが合成された第１光束ＢＬ１１は、偏光合成ミラー４７に対してＰ偏光成分となる。これに対して、第２発光素子３２１は、偏光合成ミラー４７に対してＳ偏光成分となる第２光ＢＬ２を射出する。同様に、第４発光素子４４１は、偏光合成ミラー４７に対してＳ偏光成分となる第４光ＢＬ４を射出する。したがって、第２光ＢＬ２と第４光ＢＬ４とが合成された第２光束ＢＬ２２は、偏光合成ミラー４７に対してＳ偏光成分となる。
なお、本実施形態のＰ偏光成分は、特許請求の範囲の第１偏光方向を有する第１光に対応する。本実施形態のＳ偏光成分は、特許請求の範囲の第２偏光方向を有する第２光に対応する。
第１発光素子３１１および第３発光素子４３１の組と、第２発光素子３２１および第４発光素子４４１の組との間で、偏光合成ミラー４７に対する偏光方向を異ならせるためには、例えば光射出面の長手方向が２つの組で互いに直交するように、２つの組の発光素子を、光の射出方向から見て９０°回転させた向きに配置すればよい。または、４個の発光素子を全て同じ向きに配置した場合には、いずれか一方の組の発光素子の光射出側に１／２波長板を配置し、１／２波長板によって一方の組の発光素子から射出された光の偏光方向のみを回転させればよい。
偏光合成ミラー４７は、第１光束ＢＬ１１の主光線と第２光束ＢＬ２２の主光線とのそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。偏光合成ミラー４７は、偏光合成ミラー４７に対するＰ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射させる特性を有する。したがって、第１光束ＢＬ１１は偏光合成ミラー４７を透過し、第２光束ＢＬ２２は偏光合成ミラー４７で反射するため、第１光束ＢＬ１１と第２光束ＢＬ２２とは、ともに＋Ｘ方向に進む。このようにして、第１光ＢＬ１、第２光ＢＬ２、第３光ＢＬ３、および第４光ＢＬ４の全てが合成され、１つの合成光束となって第１集光光学系３５に入射する。
照明装置４２のその他の構成は、第１実施形態の照明装置２の構成と同様である。
図９は、第１光ＢＬ１、第２光ＢＬ２、第３光ＢＬ３、および第４光ＢＬ４が合成された後の光束ＢＬの輝度分布を示す図である。
本実施形態の場合、第１光ＢＬ１と第３光ＢＬ３とは、第１光ＢＬ１および第３光ＢＬ３の断面形状である楕円の短手方向に沿って互いに離間して配置される。一方、第２光ＢＬ２と第４光ＢＬ４とは、第２光ＢＬ２および第４光ＢＬ４の断面形状である楕円の短手方向であって、かつ第１光ＢＬ１および第３光ＢＬ３の断面形状である楕円の短手方向とは直交する方向に沿って互いに離間して配置される。したがって、各合成ミラー３３，４５，３４，４６の位置を調整して、第１光ＢＬ１と第３光ＢＬ３との間隔、および第２光ＢＬ２と第４光ＢＬ４との間隔のそれぞれを調整することによって、図９に示すように、各光を正方形の各辺に沿って並べ、光束を略正方形状に形成することができる。
本実施形態においては、第１光ＢＬ１、第２光ＢＬ２、第３光ＢＬ３、および第４光ＢＬ４からなる光束ＢＬの断面形状の長手方向の寸法をＡ１とし、光束ＢＬの断面形状の短手方向の寸法をＢ１とすると、寸法Ａに対する寸法Ｂの比Ｂ１／Ａ１は、略１となる。そのため、比Ｂ１／Ａ１と比Ｄ１／Ｃ１との関係は、第１実施形態で示した（１）式を満たす。また、第１実施形態と同様、比Ｂ２／Ａ２と比Ｄ２／Ｃ２との関係は、第１実施形態で示した（２）式を満たす。その結果、波長変換素子２３に入射する光束ＢＬの輝度分布は、図１０に示すように略円形となる。なお、光束ＢＬの断面形状が完全な正方形となった場合、正方形に長手方向、短手方向の区別はないが、正方形のいずれか一辺の寸法を長手方向の寸法と考え、この一辺と直交する辺の寸法を短手方向の寸法と考えればよい。
［第２実施形態の効果］
本実施形態においても、円形に近い断面形状を有する蛍光ＹＬが波長変換素子２３から射出されるため、光利用効率の高い照明装置４２を実現することができる、高効率のプロジェクター１を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
また、本実施形態の照明装置４２は偏光合成ミラー４７を備え、偏光合成ミラー４７は、偏光合成ミラー４７に対するＳ偏光成分となる第２光束ＢＬ２２を反射し、偏光合成ミラー４７に対するＰ偏光成分となる第１光束ＢＬ１１を透過する。
この構成によれば、それぞれが楕円形状の断面を有する複数の光を長手方向が互いに直交するように配列した光束ＢＬを形成しやすく、例えば本実施形態のように、複数の光が正方形状に配列された光束ＢＬを形成しやすい。
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１１〜図１３を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の全体構成の説明は省略する。
図１１は、第３実施形態の照明装置５２の概略構成図である。
図１１において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１１に示すように、本実施形態の照明装置５２は、光源装置５０と、ダイクロイックミラー２１と、第２集光光学系２２と、波長変換素子２３と、インテグレーター光学系２４と、偏光変換素子２５と、重畳レンズ２６と、を備えている。光源装置５０は、光源ユニット５１と、第１集光光学系３５と、拡散素子３６と、を備えている。すなわち、本実施形態の照明装置５２は、第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とを合成する光合成素子を備えていない。
光源ユニット５１は、第１発光素子５１１と、第２発光素子５１２と、第１コリメーターレンズ５１３と、第２コリメーターレンズ５１４と、基材５１５と、を有する。第１発光素子５１１と第２発光素子５１２とは、基材５１５に保持されている。第１発光素子５１１と第２発光素子５１２とは、各発光素子５１１，５１２の光射出面の長手方向に沿って、Ｙ軸方向に互いに離間して配置されている。第１コリメーターレンズ５１３は、第１発光素子５１１に対応して設けられている。第２コリメーターレンズ５１４は、第２発光素子５１２に対応して設けられている。
照明装置５２のその他の構成は、第１実施形態の照明装置２の構成と同様である。
図１２は、第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とを含む光束ＢＬの輝度分布を示す図である。
本実施形態の場合、第１発光素子５１１と第２発光素子５１２とを各発光素子の光射出面５１１ａ，５１２ａの長手方向に沿って配列し、２つの発光素子５１１，５１２間の間隔を適宜調整することによって、図１２に示すように、光源ユニット５１から射出される光束ＢＬの断面形状を、２つの光が断面形状の短手方向に互いに離間して配置された形状とすることができる。
図１２において、第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とを含む光束ＢＬの断面形状の長手方向の寸法をＡ１とし、光束ＢＬの断面形状の短手方向の寸法をＢ１とすると、寸法Ａ１に対する寸法Ｂ１の比Ｂ１／Ａ１は、１に近い値となる。したがって、比Ｂ１／Ａ１と比Ｄ１／Ｃ１との関係は、第１実施形態で示した（１）式を満たす。また、比Ｂ２／Ａ２と比Ｄ２／Ｃ２との関係は、第１実施形態で示した（２）式を満たす。その結果、波長変換素子２３に入射する光束の輝度分布は、図１３に示すように、略円形となる。
［第３実施形態の効果］
本実施形態においても、円形に近い断面形状を有する蛍光ＹＬが波長変換素子２３から射出されるため、光利用効率の高い照明装置５２を実現することができる、高効率のプロジェクター１を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
また、本実施形態の照明装置５２は、第１光ＢＬ１と第２光ＢＬ２とを合成する光合成素子を備えていないため、構成を簡略化することができる。
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１４〜図１６を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と同様であり、照明装置の構成は第３実施形態と同様であり、光源装置の構成が第３実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の全体構成の説明は省略する。
図１４は、第４実施形態の光源装置のうち、光源ユニットを示す概略構成図である。
図１４において、第３実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１４に示すように、本実施形態の光源装置は、第１光源ユニット６１と、第２光源ユニット６２と、第１集光光学系３５（図１１参照）と、拡散素子３６（図１１参照）と、を備えている。すなわち、本実施形態の光源装置は、第３実施形態の光源装置と同様、光合成素子を備えていない。
第１光源ユニット６１は、第１発光素子３１１を含む４個の発光素子６１１と、図示しない第１コリメーターレンズを含む４個のコリメーターレンズと、基材６１２と、を有する。４個の発光素子６１１は、各発光素子６１１の光射出面の長手方向に沿って、Ｙ軸方向において互いに離間して配置され、基材６１２に保持されている。４個のコリメーターレンズのそれぞれは、４個の発光素子６１１のそれぞれに対応して設けられている。
第２光源ユニット６２は、第１光源ユニット６１と同一の構成を有する。すなわち、第２光源ユニット６２は、第２発光素子３２１を含む４個の発光素子６２１と、図示しない第２コリメーターレンズを含む４個のコリメーターレンズと、基材６２２と、を有する。４個の発光素子６２１は、各発光素子６２１の光射出面の長手方向に沿って、Ｙ軸方向において互いに離間して配置され、基材６２２に保持されている。４個のコリメーターレンズのそれぞれは、４個の発光素子６２１のそれぞれに対応して設けられている。
光源装置のその他の構成は、第３実施形態の光源装置の構成と同様である。
図１５は、８個の発光素子６１１，６２１から射出された８本の光を含む光束ＢＬの輝度分布を示す図である。
本実施形態の場合、各光源ユニット６１，６２の４個の発光素子６１１，６２１を各発光素子の光射出面の長手方向に沿って配列し、各発光素子間の間隔を調整するとともに、第１光源ユニット６１と第２光源ユニット６２との間隔を調整することにより、図１５に示すように、第１光源ユニット６１および第２光源ユニット６２から射出される８つの光からなる光束ＢＬを、各光束ＢＬの断面形状である楕円の短手方向に４つの光が互いに離間して配置し、４つの光からなる組を楕円の長手方向に互いに離間して配置した形状とすることができる。
図１５において、光束ＢＬの断面形状の長手方向の寸法をＡ１とし、光束ＢＬの断面形状の短手方向の寸法をＢ１とすると、寸法Ａ１に対する寸法Ｂ１の比Ｂ１／Ａ１は、１に近い値となる。したがって、比Ｂ１／Ａ１と比Ｄ１／Ｃ１との関係は、第１実施形態で示した（１）式を満たす。また、比Ｂ２／Ａ２と比Ｄ２／Ｃ２との関係は、第１実施形態で示した（２）式を満たす。その結果、波長変換素子２３に入射する光束ＢＬの輝度分布は、図１６に示すように、正方形に近い形状を示す。
［第４実施形態の効果］
本実施形態においても、円形に近い断面形状を有する蛍光ＹＬが波長変換素子２３から射出されるため、光利用効率の高い照明装置を実現することができる、高効率のプロジェクターを実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
また、本実施形態の照明装置は、光合成素子を備えていないため、構成を簡略化することができる、といった第３実施形態と同様の効果が得られる。
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の照明装置は、青色光成分を反射させ、黄色光成分を透過させるダイクロイックミラーを備えているが、この構成に代えて、青色光成分を透過させ、黄色光成分を反射させるダイクロイックミラーを備えていてもよい。この構成では、第１発光素子および第２発光素子から射出される光束がダイクロイックミラーを透過するため、波長変換素子はダイクロイックミラーを挟んで発光素子と対向する位置に配置されていればよい。
また、上記実施形態では、回転可能とされていない固定型の波長変換素子の例を挙げたが、本発明は、モーターによって回転可能とされた波長変換素子を有する照明装置にも適用が可能である。
その他、照明装置およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。上記実施形態では、本発明による照明装置を、液晶ライトバルブを用いた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を、光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに適用してもよい。また、プロジェクターは、複数の光変調装置を有していなくてもよく、１つの光変調装置のみを有していてもよい。
上記実施形態では、本発明の照明装置をプロジェクターに適用した例を示したが、これに限られない。本発明の照明装置は、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。
本発明の一つの態様の照明装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置は、第１光射出面を有し、第１波長帯の第１光を前記第１光射出面から射出する第１発光素子と、第２光射出面を有し、前記第１波長帯の第２光を前記第２光射出面から射出する第２発光素子と、前記第１光および前記第２光が入射する第１面と、前記第１面とは異なる第２面と、を有し、前記第１光および前記第２光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第３光に変換する波長変換素子と、前記第１光および前記第２光と、前記第３光と、のうちの一方を反射し、他方を透過する第１光学素子と、前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に設けられ、正のパワーを有する第１集光光学系と、前記第１光学素子と前記波長変換素子との間に設けられる第２集光光学系と、を備え、前記第２集光光学系は、前記第２集光光学系の主点と前記波長変換素子の前記第２面との間に焦点を有し、前記第１光射出面の大きさと前記第２光射出面の大きさとは等しく、前記第１光射出面および前記第２光射出面の長手方向の大きさをＣ１とし、前記第１光射出面および前記第２光射出面の短手方向の大きさをＤ１とし、前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間において、前記第１光と前記第２光とが合成された光束の主光線に垂直な断面の長手方向の大きさをＡ１とし、前記断面の短手方向の大きさをＢ１としたとき、以下の（１）式を満たす。
Ｄ１／Ｃ１＜Ｂ１／Ａ１≦１ …（１）
本発明の他の一つの態様の照明装置は、第１波長帯の第１光を射出する第１発光素子と、前記第１波長帯の第２光を射出する第２発光素子と、前記第１光および前記第２光が入射する第１面と、前記第１面とは異なる第２面と、を有し、前記第１光および前記第２光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第３光に変換する波長変換素子と、前記第１光および前記第２光と、前記第３光と、のうちの一方を反射し、他方を透過する第１光学素子と、前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に設けられ、正のパワーを有する第１集光光学系と、前記第１光学素子と前記波長変換素子との間に設けられる第２集光光学系と、を備え、前記第２集光光学系は、前記第２集光光学系の主点と前記波長変換素子の前記第２面との間に焦点を有し、前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間において、前記第１光の主光線に垂直な第１断面と前記第２光の主光線に垂直な第２断面との大きさは等しく、前記第１断面および前記第２断面の長手方向の大きさをＣ２とし、前記第１断面および前記第２断面の短手方向の大きさをＤ２とし、前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間において、前記第１光と前記第２光とが合成された光束の主光線に垂直な第３断面の長手方向の大きさをＡ２とし、前記第３断面の短手方向の大きさをＢ２としたとき、以下の（２）式を満たす。
Ｄ２／Ｃ２＜Ｂ２／Ａ２≦１ …（２）
本発明の一つの態様の照明装置は、前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に設けられ、前記第１発光素子から射出される前記第１光と前記第２発光素子から射出される前記第２光との少なくとも一方が入射され、前記第１光と前記第２光とを合成する第２光学素子をさらに備えていてもよく、前記断面は、前記第２光学素子と前記第１光学素子との間において、前記第２光学素子から射出される前記光束の主光線に垂直な面に沿っていてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置は、前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に設けられ、前記第１発光素子から射出される前記第１光と前記第２発光素子から射出される前記第２光との少なくとも一方が入射され、前記第１光と前記第２光とを合成する第２光学素子をさらに備えていてもよく、前記第３断面は、前記第２光学素子と前記第１光学素子との間において、前記第２光学素子から射出される前記光束の主光線に垂直な面に沿っていてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置において、前記第１発光素子は、第１偏光方向を有する前記第１光を射出し、前記第２発光素子は、前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向を有する前記第２光を射出し、前記第２光学素子は、前記第１偏光方向を有する前記第１光および前記第２偏光方向を有する前記第２光のうちの一方を反射させ、他方を透過させてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置は、前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に設けられ、前記第１発光素子から射出される前記第１光、および前記第２発光素子から射出される前記第２光を拡散させる拡散素子をさらに備えてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置において、前記拡散素子は、前記第１集光光学系と前記第１光学素子との間に設けられていてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置において、前記第１集光光学系の焦点距離は、前記第１集光光学系の主点と前記第１光学素子における前記第１光および前記第２光を含む光束の入射点との間の距離よりも長くてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。
１…プロジェクター、２…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、２１…ダイクロイックミラー（第１光学素子）、２２…第２集光光学系、２３…波長変換素子、３３…第１合成ミラー（第２光学素子）、３４…第２合成ミラー（第２光学素子）、３５…第１集光光学系、３６…拡散素子、４７…偏光合成ミラー（第２光学素子）、３１１…第１発光素子、３１１ａ…第１光射出面、３２１…第２発光素子、３２１ａ…第２光射出面、Ａ１…光束の主光線に垂直な断面の長手方向の寸法、Ｂ１…光束の主光線に垂直な断面の短手方向の寸法、Ａ２…光束の主光線に垂直な第３断面の長手方向の寸法、Ｂ２…光束の主光線に垂直な第３断面の短手方向の寸法、Ｃ１…第１光射出面および第２光射出面の長手方向の寸法、Ｄ１…第１光射出面および第２光射出面の短手方向の寸法、Ｃ２…第１断面および第２断面の長手方向の寸法、Ｄ２…第１断面および第２断面の短手方向の寸法、ＢＬ１…第１光、ＢＬ２…第２光、ＹＬ…蛍光（第３光）、ＢＬ…光束。

Claims (9)

  1. 第１光射出面を有し、第１波長帯の第１光を前記第１光射出面から射出する第１発光素子と、
    第２光射出面を有し、前記第１波長帯の第２光を前記第２光射出面から射出する第２発光素子と、
    前記第１光および前記第２光が入射する第１面と、前記第１面とは異なる第２面と、を有し、前記第１光および前記第２光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第３光に変換する波長変換素子と、
    前記第１光および前記第２光と、前記第３光と、のうちの一方を反射し、他方を透過する第１光学素子と、
    前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に設けられ、正のパワーを有する第１集光光学系と、
    前記第１光学素子と前記波長変換素子との間に設けられる第２集光光学系と、
    を備え、
    前記第２集光光学系は、前記第２集光光学系の主点と前記波長変換素子の前記第２面との間に焦点を有し、
    前記第１光射出面の大きさと前記第２光射出面の大きさとは等しく、前記第１光射出面および前記第２光射出面の長手方向の大きさをＣ１とし、前記第１光射出面および前記第２光射出面の短手方向の大きさをＤ１とし、
    前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間において、前記第１光と前記第２光とが合成された光束の主光線に垂直な断面の長手方向の大きさをＡ１とし、前記断面の短手方向の大きさをＢ１としたとき、以下の（１）式を満たす、照明装置。
    Ｄ１／Ｃ１＜Ｂ１／Ａ１≦１ …（１）
  2. 第１波長帯の第１光を射出する第１発光素子と、
    前記第１波長帯の第２光を射出する第２発光素子と、
    前記第１光および前記第２光が入射する第１面と、前記第１面とは異なる第２面と、を有し、前記第１光および前記第２光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第３光に変換する波長変換素子と、
    前記第１光および前記第２光と、前記第３光と、のうちの一方を反射させ、他方を透過させる第１光学素子と、
    前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に設けられ、正のパワーを有する第１集光光学系と、
    前記第１光学素子と前記波長変換素子との間に設けられる第２集光光学系と、
    を備え、
    前記第２集光光学系は、前記第２集光光学系の主点と前記波長変換素子の前記第２面との間に焦点を有し、
    前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間において、前記第１光の主光線に垂直な第１断面と前記第２光の主光線に垂直な第２断面との大きさは等しく、前記第１断面および前記第２断面の長手方向の大きさをＣ２とし、前記第１断面および前記第２断面の短手方向の大きさをＤ２とし、
    前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間において、前記第１光と前記第２光とが合成された光束の主光線に垂直な第３断面の長手方向の大きさをＡ２とし、前記第３断面の短手方向の大きさをＢ２としたとき、以下の（２）式を満たす、照明装置。
    Ｄ２／Ｃ２＜Ｂ２／Ａ２≦１ …（２）
  3. 前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に設けられ、前記第１発光素子から射出される前記第１光と前記第２発光素子から射出される前記第２光との少なくとも一方が入射され、前記第１光と前記第２光とを合成する第２光学素子をさらに備え、
    前記断面は、前記第２光学素子と前記第１光学素子との間において、前記第２光学素子から射出される前記光束の主光線に垂直な面に沿う、請求項１に記載の照明装置。
  4. 前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に設けられ、前記第１発光素子から射出される前記第１光と前記第２発光素子から射出される前記第２光との少なくとも一方が入射され、前記第１光と前記第２光とを合成する第２光学素子をさらに備え、
    前記第３断面は、前記第２光学素子と前記第１光学素子との間において、前記第２光学素子から射出される前記光束の主光線に垂直な面に沿う、請求項２に記載の照明装置。
  5. 前記第１発光素子は、第１偏光方向を有する前記第１光を射出し、
    前記第２発光素子は、前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向を有する前記第２光を射出し、
    前記第２光学素子は、前記第１偏光方向を有する前記第１光および前記第２偏光方向を有する前記第２光のうちの一方を反射させ、他方を透過させる、請求項３または請求項４に記載の照明装置。
  6. 前記第１発光素子および前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に設けられ、前記第１発光素子から射出される前記第１光、および前記第２発光素子から射出される前記第２光を拡散させる拡散素子をさらに備える、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の照明装置。
  7. 前記拡散素子は、前記第１集光光学系と前記第１光学素子との間に設けられている、請求項６に記載の照明装置。
  8. 前記第１集光光学系の焦点距離は、前記第１集光光学系の主点と前記第１光学素子における前記第１光および前記第２光を含む光束の入射点との間の距離よりも長い、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の照明装置。
  9. 請求項１から請求項８まで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光変調装置と、
    前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
    を備える、プロジェクター。
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