JP5601092B2 - 照明装置及びプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及びプロジェクターに関する。

従来、励起光を生成する複数の固体光源を有し、所定の集光位置に向けて励起光を射出する固体光源群と、集光位置の近傍に位置し、固体光源群からの励起光から蛍光を生成する蛍光層と、蛍光層からの光を略平行化するコリメーター光学系と、コリメーター光学系からの光の面内光強度分布を均一化するためのレンズインテグレーター光学系とを備える照明装置が知られている。また、このような照明装置を備えるプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照。）。従来の照明装置によれば、複数の固体光源から生成された励起光から蛍光を生成しているため、高輝度の照明光を得ることが可能となる。また、従来の照明装置によれば、インテグレーター光学系として光利用効率が高いレンズインテグレーター光学系を備えるため、高い光利用効率をもって明るさむらの少ない照明光を得ることが可能となる。

なお、「レンズインテグレーター光学系」とは、第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及び重畳レンズを備えるインテグレーター光学系のことをいう。当該レンズインテグレーター光学系は、第１レンズアレイにより光を複数の部分光束に分割するとともに、当該複数の部分光束を、第２レンズアレイ及び重畳レンズにより被照明領域において重畳させることで光の面内光強度分布を均一化する。

特開２００４−３２７３６１号公報

ところで、従来の照明装置においては、複数の固体光源で生成された励起光から蛍光を生成しているため、蛍光層にかかる熱的負荷が大きく、蛍光層の寿命が短くなってしまうという問題がある。このため、照明装置の技術分野においては、蛍光層を用いることなく複数の固体光源からの光を照明光として使用したいという需要がある。ところで、蛍光層を用いることなく複数の固体光源からの光を照明光として使用する場合には、個々の固体光源が点光源に近い性質を有するため、各固体光源からの光は斑状の光としてレンズインテグレーター光学系に入射することとなる。しかしながら、レンズインテグレーター光学系では上記のような斑状の光の面内光強度分布をうまく均一化することができないため、高輝度の照明光を得ることと、高い光利用効率をもって明るさむらの少ない照明光を得ることとを両立させることができないという問題がある。

そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、高輝度の照明光を得ることと、高い光利用効率をもって明るさむらの少ない照明光を得ることとを両立させることが可能な照明装置を提供することを目的とする。また、このような照明装置を備え、高輝度で明るさむらの少ない投写画像を投写することが可能なプロジェクターを提供することを目的とする。

［１］本発明の照明装置は、複数の固体光源を有する固体光源群と、前記固体光源群からの光を所定の集光位置に集光する集光光学系と、前記集光光学系から入射した斑状の光を拡散させながら通過させる透過型拡散手段と、前記透過型拡散手段からの光が入射するコリメーター光学系と、前記コリメーター光学系からの光が入射するレンズインテグレーター光学系と、を備えることを特徴とする照明装置。

このため、本発明の照明装置は、複数の固体光源を有する固体光源群と、集光光学系からの光を拡散させながら通過させる透過型拡散手段とを備えるため、斑状の光を拡散した上でレンズインテグレーター光学系に入射させることが可能となり、高輝度の照明光を得ることと、高い光利用効率をもって明るさむらの少ない照明光を得ることとを両立させることが可能な照明装置となる。

［２］本発明の照明装置においては、前記透過型拡散手段は、マイクロレンズアレイ拡散板からなることが好ましい。

マイクロレンズアレイ拡散板は後方散乱が少なく、透過率も高いため、上記のような構成とすることにより、透過型拡散手段を用いることに伴う光のロスを低減して光の利用効率を一層高くすることが可能となる。

なお、上記［２］の場合においては、マイクロレンズアレイ拡散板にはＡＲコートが形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、後方散乱を一層抑制して光の利用効率をより一層高くすることが可能となる。

また、上記［２］の場合においては、マイクロレンズアレイ拡散板は無機材料からなることが好ましい。このような構成とすることにより、透過型拡散手段の耐熱性を高くして照明装置の信頼性を高くすることが可能となる。
無機材料としては、例えば、光学ガラス、水晶、石英、サファイア等を用いることができる。

さらに、上記［２］の場合においては、透過型拡散手段の入射面側と射出面側との両方にマイクロレンズが形成されていることも好ましい。このような構成とすることにより、拡散性を一層高めることが可能となる。

本発明において、「マイクロレンズアレイ拡散板」とは、多数のマイクロレンズにより光を拡散する機能を有する拡散板のことをいう。

マイクロレンズアレイ拡散板においては、拡散の均一性の観点からはマイクロレンズのピッチ（マイクロレンズが配置される間隔）が４０μｍ以下であることが好ましく、製造容易性の観点からはマイクロレンズのピッチが１０μｍ以上であることが好ましい。無論、製造さえ可能であれば、マイクロレンズのピッチが１０μｍ未満であってもよい。
本発明におけるマイクロレンズアレイ拡散板においては、マイクロレンズが隙間なく配置されていることが好ましい。
マイクロレンズとしては、凸レンズからなるマイクロレンズと凹レンズからなるマイクロレンズとのいずれをも用いることができる。

［３］本発明の照明装置においては、前記透過型拡散手段は、ホログラフィック拡散板からなることが好ましい。

ホログラフィック拡散板も後方散乱が少なく、透過率も高いため、上記のような構成とすることによっても、透過型拡散手段を用いることに伴う光のロスを低減して光の利用効率を一層高くすることが可能となる。

また、上記のような構成とする場合には、ホログラフィック拡散板は有機材料からなることが好ましい。このような構成とすることにより、透過型拡散手段の製造精度を高くして、拡散の精度を高くすることが可能となる。
有機材料としては、例えば、ポリカーボネート樹脂やエポキシ樹脂等を用いることができる。

本発明において、「ホログラフィック拡散板」とは、微細な溝による光の回折を利用して光を拡散する機能を有する拡散板のことをいう。

［４］本発明の照明装置においては、前記透過型拡散手段を通過した光が、前記レンズインテグレーター光学系における有効領域の５０％以上の面積に入射するように構成されていることが好ましい。

このような構成とすることにより、より一層均一な照明光を得ることが可能となる。

上記の観点からは、前記透過型拡散手段を通過した光が、前記レンズインテグレーター光学系における有効領域の８０％以上の面積に入射するように構成されていることがさらに好ましい。

［５］本発明の照明装置においては、前記固体光源は、半導体レーザーからなることが好ましい。

半導体レーザーは小型で高出力であるため、上記のような構成とすることにより、照明装置の小型化及び高出力化が可能となり、また、複数の固体光源を高密度で集積することにより、照明装置のさらなる高出力化が可能となる。

［６］本発明の照明装置においては、駆動装置により所定の回転軸の周りを回転動作可能な回転板をさらに備え、前記透過型拡散手段は、前記回転板における少なくとも前記集光光学系からの光が通過する位置に配置されていることが好ましい。

このような構成とすることにより、光の入射位置が、透過型拡散手段の入射面上を広い範囲で移動するようになるため、透過型拡散手段にかかる熱的負荷を低減し、透過型拡散手段の劣化や焼損を抑制することが可能となる。

なお、一般的に有機材料からなる透過型拡散手段（ホログラフィック拡散板等）は熱に弱いため、透過型拡散手段として有機材料からなる透過型拡散手段を用いる場合には、上記のような構成は特に有効である。

また、上記［５］のように固体光源が半導体レーザーからなる場合においては、上記のような構成とすることにより、照明光におけるスペックルノイズを低減することが可能となる。

［７］本発明の照明装置においては、前記集光光学系からの光が、前記透過型拡散手段上における一辺１ｍｍの正方形の領域内に入射するように構成されていることが好ましい。

このような構成とすることにより、集光光学系からの光が透過型拡散手段に入射する面積が十分に小さいものとなり、複数の固体光源を用いることに起因する照明装置の光利用効率の低下を抑制することが可能となる。

［８］本発明のプロジェクターは、本発明の照明装置と、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、前記光変調装置からの光を投写する投写光学系とを備えることを特徴とする。

このため、本発明のプロジェクターによれば、より一層の高輝度化と、高い光利用効率をもって明るさむらの少ない照明光を得ることとの両立が可能な本発明の照明装置を備えるため、高輝度で明るさむらの少ない投写画像を投写することが可能となる。

［９］本発明のプロジェクターにおいては、励起光を生成する第２固体光源と、前記第２固体光源で生成された前記励起光から蛍光を生成する蛍光層とを備える第２照明装置をさらに備え、前記光変調装置は、前記第２照明装置からの光についても画像情報に応じて変調することが好ましい。

このような構成とすることにより、所望の色光を用いて高輝度カラー画像を投写することが可能となる。

［１０］本発明のプロジェクターにおいては、前記照明装置は、励起光を生成する第２固体光源と、前記第２固体光源で生成された前記励起光から蛍光を生成する蛍光層とをさらに備えることが好ましい。

このような構成とすることによっても、所望の色光を用いて高輝度カラー画像を投写することが可能となる。

なお、上記［１０］のように照明装置が「固体光源群」と「第２固体光源及び蛍光層」とを有する場合においては、それぞれが別の光学系（レンズインテグレーター光学系等）を有していてもよいし、同じ光学系を共有してもよい。

［１１］本発明のプロジェクターにおいては、前記照明装置は、前記固体光源群として、それぞれ生成する色光が異なる複数の固体光源群を備えることが好ましい。

このような構成とすることによっても、所望の色光を用いて高輝度カラー画像を投写することが可能となる。

なお、上記［１１］のように照明装置が複数の固体光源群を有する場合においては、それぞれが別の光学系（レンズインテグレーター光学系等）を有していてもよいし、同じ光学系を共有してもよい。

実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を示す平面図。 実施形態１における固体光源アレイ２０をコリメーターレンズアレイ３０側から見た図。 実施形態１における固体光源２４の発光強度特性、第２固体光源２２４の発光強度特性及び蛍光体の発光強度特性を示すグラフ。 実施形態１における透過型拡散手段５０の入射面の拡大図。 実施形態２に係る照明装置１０１の光学系を示す平面図。 実施形態２における回転板７０を駆動装置８０側から見た図。 実施形態３に係るプロジェクター１００４の光学系を示す平面図。 実施形態３における固体光源２４Ｒの発光強度特性及び蛍光体の発光強度特性を示すグラフ。 変形例１に係る照明装置１０３の光学系を示す平面図。 変形例２に係るプロジェクター１００８の光学系を示す平面図。 変形例２における回転板７１を駆動装置側から見た図。 変形例３における回転板７６を駆動装置側から見た図。 変形例４における回転板７８を駆動装置側から見た図。 変形例５における透過型拡散手段５８（図示せず。）の入射面の拡大図。

以下、本発明の照明装置及びプロジェクターについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を示す平面図である。
図２は、実施形態１における固体光源アレイ２０をコリメーターレンズアレイ３０側から見た図である。
図３は、実施形態１における固体光源２４の発光強度特性、第２固体光源２２４の発光強度特性及び蛍光体の発光強度特性を示すグラフである。図３（ａ）は固体光源２４の発光強度特性を示すグラフであり、図３（ｂ）は第２固体光源２２４の発光強度特性を示すグラフであり、図３（ｃ）は蛍光層２５４が含有する蛍光体の発光強度特性を示すグラフである。発光強度特性とは、光源であれば電圧を印加したときに、蛍光体であれば励起光が入射したときに、どのような波長の光をどの位の強度で射出するのかという特性のことをいう。グラフの縦軸は相対発光強度を表し、発光強度が最も強い波長における発光強度を１としている。グラフの横軸は波長を表す。
図４は、実施形態１における透過型拡散手段５０の入射面の拡大図である。

なお、各図面中において、符号Ｒは赤色光を示し、符号Ｇは緑色光を示し、符号Ｂは青色光を示す。
本明細書及び図面においては、本発明に直接関わらない構成要素（筐体等）については説明及び図示を省略する。

実施形態１に係るプロジェクター１０００は、図１に示すように、照明装置１００と、第２照明装置２００と、色分離導光光学系４００と、光変調装置としての３つの液晶光変調装置５００Ｒ，５００Ｇ，５００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム６００と、投写光学系７００とを備える。

照明装置１００は、固体光源アレイ２０と、コリメーターレンズアレイ３０と、集光光学系４０と、透過型拡散手段５０と、コリメーター光学系６０と、レンズインテグレーター光学系１１０とを備える。照明装置１００は、照明光として青色光を射出する。

固体光源アレイ２０は、図１及び図２に示すように、複数の固体光源を有する固体光源群であり、具体的には、基板２２及び青色光を生成する２５個の固体光源２４を有する。固体光源アレイ２０においては、２５個の固体光源２４は５行５列のマトリクス状に配置されている。
なお、本発明のプロジェクターにおいては、固体光源の数は複数（２個以上）であればよく、２５個に限定されるものではない。また、固体光源群においては、各固体光源が離散的に配置されていてもよい。

基板２２は、固体光源２４を搭載する機能を有する。詳細な説明は省略するが、基板２２は、固体光源２４に対する電力の供給を仲介する機能や、固体光源２４で発生する熱を放熱する機能等を併せて有する。

固体光源２４は、色光としての青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ、図３（ａ）参照。）を生成する半導体レーザーからなる。当該半導体レーザーは、図２に示すように、長方形形状の発光領域を有し、発光領域の短辺方向に沿った拡がり角が前記発光領域の長辺方向に沿った拡がり角より大きくなるように構成されている。

コリメーターレンズアレイ３０は、図１に示すように、２５個の固体光源２４で生成された光をそれぞれ略平行化する２５個のコリメーターレンズ３２（端部の１つにのみ符号を図示）を有する。図示による説明は省略するが、２５個のコリメーターレンズ３２は、２５個の固体光源２４に対応するように、５行５列のマトリクス状に配置されている。詳しい説明は省略するが、コリメーターレンズ３２は、入射面が双曲面で、かつ、射出面が平面の非球面平凸レンズからなる。
なお、各コリメーターレンズは離散的に配置されていてもよい。

集光光学系４０は、コリメーターレンズアレイ３０からの光（つまり、固体光源アレイ２０（固体光源群）からの光）を所定の集光位置に集光する。詳しい説明は省略するが、集光光学系４０は、入射面が平面で、かつ、射出面が双曲面の非球面平凸レンズからなる。

透過型拡散手段５０は、集光位置の近傍に位置し、集光光学系４０からの光を拡散させながら通過させる。透過型拡散手段５０は、図４に示すように、多数のマイクロレンズ５２を有するマイクロレンズアレイ拡散板からなる。透過型拡散手段５０においては、入射面側にマイクロレンズ５２が形成されている。
マイクロレンズ５２は、凸レンズからなる。多数のマイクロレンズ５２は、隙間なく配置されており、そのピッチは、例えば、１５μｍである。なお、図１における透過型拡散手段５０においては、マイクロレンズを実際よりも大きく表示している。後述する図５，７，９，１０においても同様である。
マイクロレンズアレイ拡散板の表面には、ＡＲコートが形成されている。また、マイクロレンズアレイ拡散板は、光学ガラスからなる。

図示による説明は省略するが、照明装置１００は、透過型拡散手段５０を通過した光が、レンズインテグレーター光学系１１０における有効領域の約８５％の面積に入射するように構成されている。
また、照明装置１００は、集光光学系４０からの光が、透過型拡散手段５０上における一辺０．８ｍｍの正方形の領域内に入射するように構成されている。

コリメーター光学系６０は、集光光学系４０とは集光位置を挟んで配置され、透過型拡散手段５０からの光（元をたどれば集光光学系４０からの光）を略平行化する。コリメーター光学系６０は、図１に示すように、第１レンズ６２及び第２レンズ６４を備える。第１レンズ６２及び第２レンズ６４は、両凸レンズからなる。なお、第１レンズ及び第２レンズの形状は、上記形状に限定されるものではなく、要するに、コリメーター光学系が透過型拡散手段からの光を略平行化するようになる形状であればよい。また、コリメーター光学系を構成するレンズの枚数は、１枚であってもよく、３枚以上であってもよい。

照明装置１００においては、固体光源アレイ２０、コリメーターレンズアレイ３０、集光光学系４０、透過型拡散手段５０及びコリメーター光学系６０で青色光用の光源装置を構成する。

レンズインテグレーター光学系１１０は、コリメーター光学系６０からの光の面内光強度分布を均一化する。レンズインテグレーター光学系１１０は、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０とを備える。

第１レンズアレイ１２０は、図１に示すように、コリメーター光学系６０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１２２を有する。第１レンズアレイ１２０は、コリメーター光学系６０からの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、複数の第１小レンズ１２２が照明光軸１００ａｘと直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。図示による説明は省略するが、第１小レンズ１２２の外形形状は、各液晶光変調装置における画像形成領域の外形形状に関して略相似形である。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０における複数の第１小レンズ１２２に対応する複数の第２小レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２の像を液晶光変調装置５００Ｂの画像形成領域近傍に結像させる機能を有する。第２レンズアレイ１３０は、複数の第２小レンズ１３２が照明光軸１００ａｘに直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光からなる光として射出する偏光変換素子である。
偏光変換素子１４０は、コリメーター光学系６０からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換するλ／２板とを有している。レンズインテグレーター光学系１１０は、偏光変換素子１４０を備えることにより、偏光方向が揃った光を射出する。

重畳レンズ１５０は、各部分光束を集光して液晶光変調装置５００Ｂの画像形成領域近傍に重畳させるための光学素子である。重畳レンズ１５０の光軸と照明光軸１００ａｘとが略一致するように、重畳レンズ１５０が配置されている。なお、重畳レンズは、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。

第２照明装置２００は、第２固体光源アレイ２２０と、コリメーターレンズアレイ２３０と、集光光学系２４０と、蛍光生成部２５０と、コリメーター光学系２６０と、レンズインテグレーター光学系３１０とを備える。第２照明装置２００は、色光として赤色光及び緑色光を含む光を射出する。

第２固体光源アレイ２２０は、基板２２２（符号を図示せず。）及び励起光としての青色光を生成する２５個の第２固体光源２２４を有する。第２固体光源アレイは、第２固体光源２２４以外については固体光源アレイ２０と基本的に同様の構成を有する。
第２固体光源２２４は、励起光として青色光（発光強度のピーク：約４４０ｎｍ、図３（ｂ）参照。）を生成すること以外については、固体光源２４と基本的に同様の構成を有する。なお、固体光源と第２固体光源とで生成する青色光の波長を同じにしてもよい。

コリメーターレンズアレイ２３０はコリメーターレンズアレイ３０と、集光光学系２４０は集光光学系４０と、それぞれ基本的に同様の構成を有するため、説明を省略する。

蛍光生成部２５０は、透明部材２５２及び蛍光層２５４を有する。
透明部材２５２は、蛍光層２５４を担持する部材であり、例えば、石英ガラス又は光学ガラスからなる。
蛍光層２５４の集光光学系２４０側には、集光光学系２４０からの青色光を通過させ蛍光を反射する層（いわゆるダイクロイックコート）が形成されていてもよい。

蛍光層２５４は、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。なお、蛍光層は、他のＹＡＧ系蛍光体を含有する層からなるものであってもよいし、ＹＡＧ蛍光体以外の蛍光体（例えばシリケート系蛍光体やＴＡＧ系蛍光体）を含有する層からなるものであってもよい。また、励起光を赤色光に変換する蛍光体（例えばＣａＡｌＳｉＮ_３赤色蛍光体）と、励起光を緑色に変換する蛍光体（例えばβサイアロン緑色蛍光体）との混合物を含有する層からなるものであってもよい。
蛍光層２５４は、集光光学系２４０からの青色光から赤色光（発光強度のピーク：約６１０ｎｍ）及び緑色光（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ）を含む蛍光を生成する（図３（ｃ）参照。）。

コリメーター光学系２６０はコリメーター光学系６０と基本的に同様の構成を有するため、説明を省略する。
第２照明装置２００においては、固体光源アレイ２２０、コリメーターレンズアレイ２３０、集光光学系２４０、蛍光生成部２５０及びコリメーター光学系２６０で赤色光及び緑色光用の光源装置を構成する。

レンズインテグレーター光学系３１０はレンズインテグレーター光学系１１０と基本的に同様の構成を有するため、説明を省略する。

色分離導光光学系４００は、ダイクロイックミラー４１０、反射ミラー４２０，４３０，４４０を備える。色分離導光光学系４００は、照明装置１００からの光を液晶光変調装置５００Ｂに導光する機能と、第２照明装置２００からの光を赤色光及び緑色光に分離し、それぞれの色光を照明対象となる液晶光変調装置５００Ｒ，５００Ｇに導光する機能とを有する。
色分離導光光学系４００と、各液晶光変調装置との間には、集光レンズ４５０Ｒ，４５０Ｇ，４５０Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー４１０は、基板上に、緑色光を反射して、赤色光を通過させる波長選択透過膜が形成されたミラーである。
反射ミラー４２０は、緑色光成分を反射する反射ミラーである。
反射ミラー４３０は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。
反射ミラー４４０は、青色光成分を反射する反射ミラーである。

第２照明装置２００からの光は、ダイクロイックミラー４１０において赤色光及び緑色光に分離される。
ダイクロイックミラー４１０を通過した赤色光は、反射ミラー４３０で反射され、集光レンズ４５０Ｒを通過して赤色光用の液晶光変調装置５００Ｒの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー４１０で反射された緑色光は、反射ミラー４２０でさらに反射され、集光レンズ４５０Ｇを通過して緑色光用の液晶光変調装置５００Ｇの画像形成領域に入射する。
照明装置１００からの光は、反射ミラー４４０で反射され、集光レンズ４５０Ｂを通過して青色光用の液晶光変調装置５００Ｂの画像形成領域に入射する。

各液晶光変調装置は、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、液晶光変調装置５００Ｒ，５００Ｇは第２照明装置２００の照明対象となり、液晶光変調装置５００Ｂは照明装置１００の照明対象となる。なお、図示を省略したが、各集光レンズと各液晶光変調装置との間には、それぞれ入射側偏光板が介在配置され、各液晶光変調装置とクロスダイクロイックプリズム６００との間には、それぞれ射出側偏光板が介在配置される。これら入射側偏光板、各液晶光変調装置及び射出側偏光板によって、入射された各色光の光変調が行われる。
各液晶光変調装置は、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した光変調領域を有する透過型の液晶光変調装置であり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。

クロスダイクロイックプリズム６００は、射出側偏光板から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム６００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、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。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。

クロスダイクロイックプリズム６００から射出されたカラー画像は、投写光学系７００によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。

次に、実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクター１０００の効果を説明する。

実施形態１に係る照明装置１００は、複数の固体光源２４を有する固体光源群（固体光源アレイ２０）と、集光光学系４０からの光を拡散させながら通過させる透過型拡散手段５０とを備えるため、斑状の光を拡散した上でレンズインテグレーター光学系１１０に入射させることが可能となり、高輝度の照明光を得ることと、高い光利用効率をもって明るさむらの少ない照明光を得ることとを両立させることが可能な照明装置となる。

また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、透過型拡散手段５０は、マイクロレンズアレイ拡散板からなるため、透過型拡散手段を用いることに伴う光のロスを低減して光の利用効率を一層高くすることが可能となる。

また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、マイクロレンズアレイ拡散板にはＡＲコートが形成されているため、後方散乱を一層抑制して光の利用効率をより一層高くすることが可能となる。

また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、マイクロレンズアレイ拡散板は無機材料（光学ガラス）からなるため、透過型拡散手段５０の耐熱性を高くして照明装置の信頼性を高くすることが可能となる。

また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、透過型拡散手段５０を通過した光が、レンズインテグレーター光学系１１０における有効領域の５０％以上の面積に入射するように構成されているため、より一層均一な照明光を得ることが可能となる。

また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、固体光源２４は、半導体レーザーからなるため、照明装置の小型化及び高出力化が可能となり、また、複数の固体光源２４を高密度で集積することにより、照明装置のさらなる高出力化が可能となる。

また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、集光光学系４０からの光が、透過型拡散手段５０上における一辺１ｍｍの正方形の領域内に入射するため、集光光学系４０からの光が透過型拡散手段５０に入射する面積が十分に小さいものとなり、複数の固体光源２４を用いることに起因する照明装置の光利用効率の低下を抑制することが可能となる。

実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、より一層の高輝度化と、高い光利用効率をもって明るさむらの少ない照明光を得ることとの両立が可能な実施形態１に係る照明装置１００を備えるため、高輝度で明るさむらの少ない投写画像を投写することが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、励起光（青色光）を生成する第２固体光源２２４と、第２固体光源２２４で生成された励起光から蛍光（赤色光及び緑色光）を生成する蛍光層２５４とを備える第２照明装置２００を備え、光変調装置（液晶光変調装置５００Ｒ，５００Ｇ）は、第２照明装置２００からの光について画像情報に応じて変調するため、所望の色光を用いて高輝度カラー画像を投写することが可能となる。

［実施形態２］
図５は、実施形態２に係る照明装置１０１の光学系を示す平面図である。
図６は、実施形態２における回転板７０を駆動装置８０側から見た図である。図６において、符号Ｂで示す正方形は、一辺が０．８ｍｍの正方形であり、集光光学系４０からの光は、当該正方形に包含される大きさで透過型拡散手段５４に入射する。後述する図１１〜図１３においても同様であり、その際には付された符号が入射する色光の種類を示している。

実施形態２に係る照明装置１０１は、基本的には実施形態１に係る照明装置１００と同様の構成を有するが、回転板及び駆動装置を備えることが実施形態１に係る照明装置１００の場合とは異なる。すなわち、実施形態２に係る照明装置１０１は、図５及び図６に示すように、集光位置の近傍に位置し、駆動装置８０により所定の回転軸７０ａｘの周りを回転動作可能な回転板７０をさらに備え、透過型拡散手段５４は、回転板７０における少なくとも集光光学系４０からの光が通過する位置に配置されている。

回転板７０は、回転基板７２と透過型拡散手段５４とを有する。
回転基板７２は、透過型拡散手段５４を支持するとともに、中心部で駆動装置８０に接続されている。
透過型拡散手段５４は、基本的には実施形態１における透過型拡散手段５０と同様の構成を有するが、図６に示すように、回転板７０中にあり、リング状の形状を有する。このため、回転板７０の回転に関わらず、集光光学系４０からの光は透過型拡散手段５４に入射する。
駆動装置８０は、図５に示すように、回転板７０の、集光光学系４０からの入射光が入射する側に配置されている。駆動装置８０は、略円筒形の形状からなり、駆動装置８０における回転部（符号を図示せず。）が、回転基板７２の回転中心に直接取り付けられている。駆動装置８０は、例えばモーターからなる。
なお、駆動装置における回転部は、ベルト等の介在手段を介して回転板に取り付けられていてもよい。

上記のように、実施形態２に係る照明装置１０１は、回転板及び駆動装置を備えることが実施形態１に係る照明装置１００の場合とは異なるが、複数の固体光源２４を有する固体光源群（固体光源アレイ２０）と、集光光学系４０からの光を拡散させながら通過させる透過型拡散手段５４とを備えるため、斑状の光を拡散した上でレンズインテグレーター光学系１１０に入射させることが可能となり、実施形態１に係る照明装置１００と同様に、高輝度の照明光を得ることと、高い光利用効率をもって明るさむらの少ない照明光を得ることとを両立させることが可能な照明装置となる。

また、実施形態２に係る照明装置１０１によれば、回転板７０を備え、透過型拡散手段５４は、回転板７０における少なくとも集光光学系４０からの光が通過する位置に配置されているため、光の入射位置が、透過型拡散手段５４の入射面上を広い範囲で移動するようになり、透過型拡散手段５４にかかる熱的負荷を低減し、透過型拡散手段５４の劣化や焼損を抑制することが可能となる。

また、実施形態２に係る照明装置１０１によれば、照明光におけるスペックルノイズを低減することが可能となる。

なお、実施形態２に係る照明装置１０１は、回転板及び駆動装置を備える以外は、実施形態１に係る照明装置１００と同様の構成を有するため、実施形態１に係る照明装置１００が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

［実施形態３］
図７は、実施形態３に係るプロジェクター１００４の光学系を示す平面図である。
図８は、実施形態３における固体光源２４Ｒの発光強度特性及び蛍光体の発光強度特性を示すグラフである。図８（ａ）は固体光源２４Ｒの発光強度特性を示すグラフであり、図８（ｂ）は蛍光層２５６が含有する蛍光体の発光強度特性を示すグラフである。

実施形態３に係る照明装置１０２は、基本的には実施形態１に係る照明装置１００と同様の構成を有するが、赤色光用の光源装置、緑色光用の光源装置及びクロスダイクロイックプリズムを備えることが実施形態１に係る照明装置１００の場合とは異なる。また、それに伴って、実施形態３に係るプロジェクター１００４においては、第２照明装置を備えず、また、色分離導光光学系の構成が異なる。以下、照明装置１０２及び色分離導光光学系４０２について説明する。

青色光用の光源装置を構成する固体光源アレイ２０、コリメーターレンズアレイ３０、集光光学系４０、透過型拡散手段５０及びコリメーター光学系６０は、実施形態１における固体光源アレイ２０、コリメーターレンズアレイ３０、集光光学系４０、透過型拡散手段５０及びコリメーター光学系６０とそれぞれ同様の構成を有するため、説明を省略する。

赤色光用の光源装置を構成する固体光源アレイ２０Ｒ、コリメーターレンズアレイ３０Ｒ、集光光学系４０Ｒ、透過型拡散手段５０Ｒ及びコリメーター光学系６０Ｒは、固体光源の構成以外については固体光源アレイ２０、コリメーターレンズアレイ３０、集光光学系４０、透過型拡散手段５０及びコリメーター光学系６０とそれぞれ基本的に同様の構成を有する。
固体光源２４Ｒは、色光として赤色光（発光強度のピーク：約６４０ｎｍ、図８（ａ）参照。）を生成すること以外については、固体光源２４と基本的に同様の構成を有する。

緑色光用の光源装置を構成する固体光源アレイ２２０、コリメーターレンズアレイ２３０、集光光学系２４０、蛍光生成部２５０及びコリメーター光学系２６０は、蛍光生成部の構成以外については実施形態１における第２照明装置２００の固体光源アレイ２２０、コリメーターレンズアレイ２３０、集光光学系２４０、蛍光生成部２５０及びコリメーター光学系２６０とそれぞれ基本的に同様の構成を有する。
蛍光生成部２５１は、集光光学系４０からの青色光から緑色光（発光強度のピーク：約５７０ｎｍ、図８（ｂ）参照。）を含む蛍光を生成する蛍光層２５６を有すること以外については実施形態１における蛍光生成部２５４と基本的に同様の構成を有する。
蛍光層２５６は、青色光を緑色に変換する蛍光体（例えばβサイアロン緑色蛍光体）を含有する層からなる。

クロスダイクロイックプリズム９０は、各色光用の光源装置からの光を合成する光学素子であり、クロスダイクロイックプリズム６００と基本的に同様の構成を有する。

色分離導光光学系４０２は、基本的には実施形態１における色分離導光光学系４００と同様の構成を有するが、反射ミラー４２０の代わりにダイクロイックミラー４２２を備え、反射ミラー４４２をさらに備える。
ダイクロイックミラー４２２は緑色光を反射し、青色光を通過させるミラーである。
反射ミラー４４２は、青色光を反射する反射ミラーである。
なお、ダイクロイックミラー４２２から反射ミラー４４０までの光路中においては、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためのリレーレンズが設けられていてもよい。

上記のように、実施形態３に係る照明装置１０２は、赤色光用の光源装置、緑色光用の光源装置及びクロスダイクロイックプリズムを備えることが実施形態１に係る照明装置１００の場合とは異なるが、複数の固体光源２４，２４Ｒを有する固体光源群（固体光源アレイ２０，２０Ｒ）と、集光光学系４０，４０Ｒからの光を拡散させながら通過させる透過型拡散手段５０，５０Ｒとを備えるため、斑状の光を拡散した上でレンズインテグレーター光学系１１０，１１０Ｒに入射させることが可能となり、実施形態１に係る照明装置１００と同様に、高輝度の照明光を得ることと、高い光利用効率をもって明るさむらの少ない照明光を得ることとを両立させることが可能な照明装置となる。

なお、実施形態３に係る照明装置１０２は、赤色光用の光源装置、緑色光用の光源装置及びクロスダイクロイックプリズムを備える以外は、実施形態１に係る照明装置１００と同様の構成を有するため、実施形態１に係る照明装置１００が有する効果をそのまま有する。

上記のように実施形態３に係るプロジェクター１００４によれば、第２照明装置を備えないことと、照明装置及び色分離導光光学系の構成とが実施形態１に係るプロジェクター１０００の場合とは異なるが、より一層の高輝度化と、高い光利用効率をもって明るさむらの少ない照明光を得ることとの両立が可能な実施形態３に係る照明装置１０２を備えるため、実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様に、高輝度で明るさむらの少ない投写画像を投写することが可能となる。

また、上記のように実施形態３に係るプロジェクター１００４によれば、照明装置１０２は、励起光（青色光）を生成する第２固体光源２２４と、第２固体光源２２４で生成された励起光から蛍光（緑色光）を生成する蛍光層２４６とを備え、また、固体光源群として、それぞれ生成する色光が異なる複数の固体光源群（固体光源アレイ２０及び固体光源アレイ２０Ｒ）を備えるため、所望の色光を用いて高輝度カラー画像を投写することが可能となる。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記各実施形態においては、固体光源群及び集光光学系として、１つの固体光源アレイ及び１つの集光光学系（集光レンズ）を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、固体光源群及び集光光学系として、複数の固体光源及び複数の集光光学系を用いてもよい。図９は、変形例１に係る照明装置１０３の光学系を示す平面図である。照明装置１０３は、図９に示すように、固体光源群及び集光光学系として、複数の固体光源２６（符号は右端の１つにのみ表示）及び複数の集光光学系４２（符号は右端の１つにのみ表示）を備える。なお、固体光源２６と集光光学系４２とはそれぞれ１対ずつ、筒状の保持部４６（符号は右端の１つにのみ表示）によって固定されている。また、保持部４６は半球状の固定具４８に固定されている。上記のように、固体光源群及び集光光学系として、複数の固体光源及び複数の集光光学系を用いてもよい。

（２）上記各実施形態においては、１つの集光光学系に対して１つの透過型拡散手段を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１０及び図１１に示すように、２つの集光光学系に対して１つの透過型拡散手段を用いてもよい。図１０は、変形例２に係るプロジェクター１００８の光学系を示す平面図である。図１１は、変形例２における回転板７１を駆動装置側から見た図である。変形例２に係る照明装置１０４における透過型拡散手段５５は、図１０及び図１１に示すように、集光光学系４０からの青色光を拡散させながら通過させるとともに、集光光学系４０Ｒからの赤色光も拡散させながら通過させる。なお、変形例２に係るプロジェクター１００８においては、緑色光を射出する第２照明装置２０２（点線で図示）は照明装置１０４よりも紙面奥方向に配置されており、第２照明装置２０２からの緑色光は、反射ミラー群４２４により光路を調整された上で集光レンズ４５０に入射する。上記のように、２つの集光光学系に対して１つの透過型拡散手段を用いてもよい。

（３）上記各実施形態においては、蛍光層により生成した緑色光を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。固体光源により生成した緑色光を用いてもよい。図１２は、変形例３における回転板７６を駆動装置側から見た図である。この場合においては、図１２に示すように、３つの集光光学系に対して１つの透過型拡散手段を用いてもよい。また、３つ以上の集光光学系に対して１つの透過型拡散手段を用いてもよい。

（４）上記実施形態２においては、透過型拡散手段５４を有する回転板７０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図１３は、変形例４における回転板７８を駆動装置側から見た図である。符号２５８で示すのは、青色光から緑色光を生成する蛍光生成部である。例えば、図１３に示すように、透過型拡散手段の他に蛍光生成部を有する回転板を用いてもよい。

（５）上記各実施形態においては、凸レンズからなるマイクロレンズを有する透過型拡散手段（マイクロレンズアレイ拡散板）を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図１４は、変形例５における透過型拡散手段５８（図示せず。）の入射面の拡大図である。符号５３で示すのは、凹レンズからなるマイクロレンズである。図１４に示すように、凹レンズからなるマイクロレンズを有する透過型拡散手段（マイクロレンズアレイ拡散板）を用いてもよい。

（６）上記各実施形態においては、マイクロレンズアレイ拡散板からなる透過型拡散手段を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ホログラフィック拡散板からなる透過型拡散手段を用いてもよい。このような構成とすることによっても、透過型拡散手段を用いることに伴う光のロスを低減して光の利用効率を一層高くすることが可能となる。

（７）上記各実施形態においては、入射面側にマイクロレンズが形成されているマイクロレンズアレイ拡散板を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。射出面側にマイクロレンズが形成されているマイクロレンズアレイ拡散板や、入射面と射出面との両方にマイクロレンズが形成されているマイクロレンズアレイ拡散板を用いてもよい。

（８）上記各実施形態においては、入射面が双曲面で、かつ、射出面が平面の非球面平凸レンズからなるコリメーターレンズを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、入射面が平面で、かつ、射出面が楕円面の非球面平凸レンズからなるコリメーターレンズを用いてもよい。また、１枚のレンズからなるコリメーターレンズの代わりに、複数のレンズからなるコリメーターレンズを用いてもよい。要するに、固体光源又は第２固体光源に対応して設けられ、対応する固体光源又は第２固体光源で生成された光を略平行化することが可能なコリメーターレンズを用いればよい。

（９）上記各実施形態においては、入射面が平面で、かつ、射出面が双曲面の非球面平凸レンズからなる集光光学系を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、入射面が楕円面で、かつ、射出面が平面の非球面平凸レンズからなる集光光学系を用いてもよい。また、１枚のレンズからなる集光光学系の代わりに、複数のレンズからなる集光光学系を用いてもよい。要するに、コリメーターレンズアレイからの光を所定の集光位置に集光することが可能な集光光学系を用いればよい。

（１０）上記各実施形態においては、半導体レーザーからなる固体光源及び第２固体光源を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、発光ダイオードからなる固体光源及び第２固体光源を用いてもよい。

（１１）上記各実施形態においては、透過型のプロジェクターを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶光変調装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型の液晶光変調装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を得ることができる。

（１２）上記実施形態１においては、３つの光変調装置を用いたプロジェクターを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。１つ、２つ又は４つ以上の光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。

（１３）本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも可能である。

（１４）上記各実施形態においては、プロジェクターの光変調装置として液晶光変調装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。光変調装置としては、一般に、画像情報に応じて入射光を変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置等を用いてもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。

（１５）上記各実施形態においては、本発明の照明装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の照明装置を他の光学機器（例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ、照明機器等。）に適用することもできる。

２０，２０Ｒ…固体光源アレイ、２２…基板、２４，２４Ｒ，２６…固体光源、３０，３０Ｒ，２３０…コリメーターレンズアレイ、３２，３２Ｒ，２３２…コリメーターレンズ、４０，４０Ｒ，４２，２４０…集光光学系、４６…保持部、４８…固定具、５０，５０Ｒ，５４，５５…透過型拡散手段、５２，５３…マイクロレンズ、６０，６０Ｒ，２６０…コリメーター光学系、６２，６２Ｒ，２６２…第１レンズ、６４，６４Ｒ，２６４…第２レンズ、７０，７１，７６，７８…回転板、７０ａｘ，７１ａｘ…回転軸、７２，７３，７７…回転基板、８０…駆動装置、９０，６００…クロスダイクロイックプリズム、１００，１０１，１０２，１０３，１０４…照明装置、１００ａｘ，１０１ａｘ，１０２ａｘ，１０３ａｘ，１０４ａｘ…照明光軸、１１０，１１０Ｒ，３１０…レンズインテグレーター光学系、１２０，１２０Ｒ，３２０…第１レンズアレイ、１２２，１２２Ｒ，３２２…第１小レンズ、１３０，１３０Ｒ，３３０…第２レンズアレイ、１３２，１３２Ｒ，３３２…第２小レンズ、１４０，１４０Ｒ，３４０…偏光変換素子、１５０，１５０Ｒ，３５０…重畳レンズ、２００，２０２…第２照明装置、２００ａｘ…第２照明光軸、２２０…第２固体光源アレイ、２２４…第２固体光源、２５０，２５１，２５８…蛍光生成部、２５２…透明部材、２５４，２５６…蛍光層、４００…色分離導光光学系、４１０，４２２…ダイクロイックミラー、４２０，４３０，４４０，４４２…反射ミラー、４２４…反射ミラー群、４５０Ｒ，４５０Ｇ，４５０Ｂ…集光レンズ、５００Ｒ，５００Ｇ，５００Ｂ…液晶光変調装置、７００…投写光学系、１０００，１００４，１００８…プロジェクター、ＳＣＲ…スクリーン

Claims (12)

1. 複数の固体光源を有する固体光源群と、
   前記固体光源群からの光を所定の集光位置に集光する集光光学系と、
   前記集光光学系から入射した斑状の光を拡散させながら通過させる透過型拡散手段と、
   前記透過型拡散手段からの光が入射するコリメーター光学系と、
   前記コリメーター光学系からの光が入射するレンズインテグレーター光学系と、を備えることを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記透過型拡散手段は、前記集光位置の近傍に配置されていることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１または２に記載の照明装置において、
   前記透過型拡散手段は、マイクロレンズアレイ拡散板からなることを特徴とする照明装置。
4. 請求項１または２に記載の照明装置において、
   前記透過型拡散手段は、ホログラフィック拡散板からなることを特徴とする照明装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置において、
   前記透過型拡散手段を通過した光が、前記レンズインテグレーター光学系における有効領域の５０％以上の面積に入射するように構成されていることを特徴とする照明装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置において、
   前記固体光源は、半導体レーザーからなることを特徴とする照明装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置において、
   駆動装置により所定の回転軸の周りを回転動作可能な回転板をさらに備え、
   前記透過型拡散手段は、前記回転板における少なくとも前記集光光学系からの
   光が通過する位置に配置されていることを特徴とする照明装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の照明装置において、
   前記集光光学系からの光が、前記透過型拡散手段上における一辺１ｍｍの正方形の領域内に入射するように構成されていることを特徴とする照明装置。
9. 請求項１〜８のいずれか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、
   前記光変調装置からの光を投写する投写光学系とを備えることを特徴とするプロジェクター。
10. 請求項９に記載のプロジェクターにおいて、
    励起光を生成する第２固体光源と、前記第２固体光源で生成された前記励起光から蛍光を生成する蛍光層とを備える第２照明装置をさらに備え、
    前記光変調装置は、前記第２照明装置からの光についても画像情報に応じて変調することを特徴とするプロジェクター。
11. 請求項９に記載のプロジェクターにおいて、
    前記照明装置は、励起光を生成する第２固体光源と、前記第２固体光源で生成された前記励起光から蛍光を生成する蛍光層とをさらに備えることを特徴とするプロジェクター。
12. 請求項９〜１１のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
    前記照明装置は、前記固体光源群として、それぞれ生成する色光が異なる複数の固体光源群を備えることを特徴とするプロジェクター。

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