JP6503766B2 - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents

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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。
従来より、照明装置から射出された照明光により光変調装置を照明し、その光変調装置により変調されて射出された画像光を投射光学系によりスクリーンに拡大投射するプロジェクターが広く知られている。
プロジェクターの光源には、超高圧水銀ランプなどの放電ランプが従来より用いられる。一方、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、ランプから放射される紫外線が液晶パネルを劣化させるなどの課題がある。
そこで、放電ランプに代わるプロジェクター用の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー(LD)などのレーザー光源が注目されている。レーザー光源は、従来の放電ランプ等に比べて、小型化が図れることや、色再現性に優れること、瞬時点灯が可能であること、長寿命であることなどの利点を有している。
また、レーザー光源を用いた照明装置では、半導体レーザーから射出された励起光(青色光)と、この励起光により蛍光体を励起することによって生成された蛍光光(黄色光)とを利用することが行われている(例えば、特許文献1参照)。この照明装置では、1本の太い光束の励起光を蛍光体層と光拡散層とに照射し、各色光を共通のレンズに射出させている。
特開2011−108535号公報
しかしながら、上記従来の照明装置では、レンズに対して主光線が互いに一致していない複数の色光が入射するため、照明ムラが生じ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、照明ムラの発生が低減された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、励起光を射出する光源装置と、所定の回転軸の周りに回転可能な波長変換素子と、を備え、前記励起光によって前記波長変換素子の上に形成されるスポットの中心を含む前記波長変換素子の断面において、前記波長変換素子は、第1の光学素子と、第2の光学素子と、前記第1の光学素子および前記第2の光学素子間に設けられた第3の光学素子と、を有し、前記第1の光学素子、前記第2の光学素子および前記第3の光学素子は、前記回転軸の周りに同心円状に設けられており、前記第3の光学素子は、前記スポットの中心に配置されており、前記第1の光学素子から射出される光の色相は、前記第2の光学素子から射出される光の色相と同じであり、前記第1の光学素子は、第1の蛍光体部からなり、前記第2の光学素子は、第2の蛍光体部からなり、前記第3の光学素子は、第3の蛍光体部と拡散部との積層体からなり、前記断面において、前記第1の蛍光体部、前記第2の蛍光体部および前記第3の蛍光体部は、一体に設けられている照明装置が提供される。
また、励起光を射出する光源装置と、波長変換素子と、を備え、前記励起光によって前記波長変換素子の上に形成されるスポットの中心を含む前記波長変換素子の断面において、前記波長変換素子は、第1の光学素子と、第2の光学素子と、前記第1の光学素子および前記第2の光学素子間に設けられた第3の光学素子と、を有し、前記第3の光学素子は、前記スポットの中心に配置されており、平面視した状態において、前記第1の光学素子および前記第2の光学素子は、一体に設けられており、前記第1の光学素子から射出される光の色相は、前記第2の光学素子から射出される光の色相と同じである照明装置が提供される。
第1態様に係る照明装置においては、所定の色相の光を射出する第1および第2の光学素子は、その間に第3の光学素子を挟むように設けられている。そこで、本明細書では、第1および第2の光学素子から射出される光の見かけ上の全体としての主光線を、所定の色相の光の主光線と称する。第1態様に係る照明装置によれば、第3の光学素子から射出される光の主光線を所定の色相の光の主光線と略一致させることができる。よって、第1〜第3の光学素子から射出された光で形成された照明光は、ムラが低減されたものとなる。
上記第1態様において、前記波長変換素子は、所定の回転軸の周りに回転可能であり、前記第1の光学素子、前記第2の光学素子および前記第3の光学素子は、前記回転軸の周りに同心円状に設けられている構成としてもよい。
この構成によれば、波長変換素子が回転した場合でも、スポットにおける第1〜第3の光学素子に対する入射位置を変化させないようにすることができる。
よって、波長変換素子が回転する構造において、照明ムラの発生を抑制することができる。
上記第1態様において、前記断面において、前記第1の光学素子、前記第2の光学素子および前記第3の光学素子は、前記スポットの中心に関して対称に設けられている構成としてもよい。
この構成によれば、第3の光学素子から射出される光の主光線と所定の色相の光の主光線とを良好に一致させることができる。よって、照明ムラの発生をより抑制することができる。
上記第1態様において、平面視した状態において、前記第1の光学素子および前記第2の光学素子は、一体に設けられている構成としてもよい。
この構成によれば、第1および第2の光学素子が一体化することで波長変換素子が回転しない構造においても、照明ムラの発生を抑制できる。
上記第1態様において、前記第1の光学素子および前記第2の光学素子は、それぞれ蛍光体層からなり、前記第3の光学素子は、拡散素子からなる構成としてもよい。
この構成によれば、拡散光の主光線を蛍光からなる所定の色相の光の主光線と略一致させることができる。よって、拡散光および蛍光を含み、ムラが低減された照明光を生成することができる。
本発明の第2態様に従えば、照明光を射出する照明装置と、前記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、前記照明装置として、上記第1態様に係る照明装置を用い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によれば、上記第1態様に係る照明装置を備えるので、本プロジェクターは照明ムラが低減された明るく画像品質に優れた表示を行うことができる。
第1実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す上面図。 照明装置の概略構成を示す図。 (a)は回転蛍光板の正面図、(b)は(a)のA1−A1矢視断面図。 (a)は第1変形例の回転蛍光板の正面図、(b)は(a)のB1−B1矢視断面図。 (a)は第2変形例の回転蛍光板の正面図、(b)は(a)のC1−C1矢視断面図。 第2実施形態の照明装置の概略構成を示す図。 (a)は変形例の蛍光発光素子の正面図、(b)は(a)のD1−D1矢視断面図。
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。
(プロジェクター)
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。本実施形態のプロジェクターは、スクリーン(被投射面)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。プロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した3つの液晶光変調装置を用いている。プロジェクターは、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを用いている。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す上面図である。
プロジェクター1は、図1に示すように、照明光WLを照射する照明装置2と、照明装置2からの照明光WLを赤色光LR、緑色光LG、青色光LBに分離する色分離光学系3と、各色光LR,LG,LBを画像情報に応じて変調し、各色の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と、各光変調装置4R,4G,4Bからの各色の画像光を合成する合成光学系5と、合成光学系5からの合成された画像光をスクリーンSCRに向かって投射する投射光学系6とを概略備えている。
照明装置2は、半導体レーザーから射出された励起光(青色光)と、この励起光により蛍光体を励起することによって生成された蛍光光(黄色光)とを混ぜることによって照明光(白色光)WLを得るものであり、後述する本発明を適用した照明装置を用いている。照明装置2は、均一な照度分布を有するように調整(色ムラが無いように調整)された照明光WLを色分離光学系3に向かって照射する。
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。
このうち、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とその他の色光LG,LBとに分離する機能を有し、分離された赤色光LRを透過すると共に、その他の色光LG,LBを反射する。一方、第2のダイクロイックミラー7bは、その他の色光LG,LBを緑色光LGと青色光LBとに分離する機能を有し、分離された緑色光LGを反射すると共に、青色光LBを透過する。
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の光路の、第2のダイクロイックミラー7bの下流に配置されている。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よる青色光LBの光損失を補償する機能を有している。
光変調装置4R,4G,4B各々は、液晶パネルからなり、各色光LR,LG,LBを通過させる間に、各色光LR,LG,LBを画像情報に応じて変調して、各色に対応した画像光を形成する。なお、各光変調装置4R,4G,4B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、各光変調装置4R,4G,4Bの入射面側には、各光変調装置4R,4G,4Bに入射する各色光LR,LG,LBを平行化す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が配置されている。
合成光学系5は、クロスダイクロイックプリズムからなり、各光変調装置4R,4G,4Bからの各色の画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系6に向かって射出する。
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に向かって拡大投射する。これにより、スクリーンSCR上には、拡大されたカラー映像(画像)が表示される。
(照明装置)
次に、本実施形態の照明装置2について説明する。
図2は、照明装置2の概略構成を示す図である。
図2に示すように、照明装置2は、光源110、アフォーカル光学系11、ホモジナイザー光学系12、集光光学系20、回転蛍光板30、モーター50、コリメート光学系60、第1レンズアレイ120、第2レンズアレイ130、偏光変換素子140及び重畳レンズ150を備える。
光源110は、励起光としてレーザー光からなる青色光(発光強度のピーク:約445nm)Bを射出する複数の半導体レーザー110Aから構成される。複数の半導体レーザー110Aは、照明光軸100axと直交する一平面内において、アレイ状に配置されている。
なお、光源110としては、445nm以外の波長(例えば、460nm)の青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。
アフォーカル光学系11は、例えば、凸レンズ11aおよび凹レンズ11bを備える。アフォーカル光学系11は、光源110から射出された青色光の光束(複数のレーザー光からなる光束)の光束径を小さくする。
なお、アフォーカル光学系11と光源110との間にコリメーター光学系を配置し、アフォーカル光学系11に入射する励起光を平行光束に変換するようにしても良い。
ホモジナイザー光学系12は、例えば、第1マルチレンズアレイ12aおよび第2マルチレンズアレイ12bを備える。ホモジナイザー光学系12は、励起光の光強度分布を均一な状態(いわゆるトップハット分布)に変換する。
ホモジナイザー光学系12は、第1マルチレンズアレイ12aの複数の小レンズ各々から射出された複数の小光束を、集光光学系20と協同して、蛍光体層45(後述)上で互いに重畳させる。これにより、蛍光体層45上に照射される青色光Bの光強度分布を均一な状態(いわゆるトップハット分布)とする。
集光光学系20は、第1レンズ20a及び第2レンズ20bを備える。集光光学系20は、ホモジナイザー光学系12から回転蛍光板30までの光路中に配置され、青色光(励起光)を略集光した状態で蛍光体層45に入射させる。本実施形態において、第1レンズ20a及び第2レンズ20bは、それぞれ凸レンズからなる。
コリメート光学系60は、第1コリメートレンズ62と、第2コリメートレンズ64とを備え、回転蛍光板30からの光を略平行化する。第1コリメートレンズ62及び第2コリメートレンズ64は、凸レンズからなる。
第1レンズアレイ120は、コリメート光学系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。複数の第1小レンズ122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130は、第1レンズアレイ120の複数の第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400R,400G,400Bの画像形成領域近傍に結像させる。複数の第2小レンズ132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140は、第1レンズアレイ120により分割された各部分光束を、直線偏光に変換する。
重畳レンズ150は、偏光変換素子140からの各部分光束を集光して液晶光変調装置400R,400G,400Bの画像形成領域近傍に重畳させる。第1レンズアレイ120、第2レンズアレイ130及び重畳レンズ150は、回転蛍光板30からの光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。
回転蛍光板30は、図2に示したように、モーター50により所定の回転軸の周りに回転可能な円板(基板)40上に、蛍光体層45および光拡散部44が設けられている。蛍光体層45は、第1蛍光体層42および第2蛍光体層43を含む。第1蛍光体層42および第2蛍光体層43は、例えば、YAG系蛍光体である(Y,Gd)(Al,Ga)12:Ceを含有する層からなる。第1蛍光体層42および第2蛍光体層43は、青色光Bによって励起されることで、該青色光Bを黄色の蛍光Yに変換する。
円板40は、青色光Bを透過する材料からなる。円板40の材料としては、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等を用いることができる。
図3(a)は回転蛍光板30の正面図であり、図3(b)は図3(a)のA1−A1矢視による断面図である。
図3(a)に示すように、第1蛍光体層42は、円板40の径方向外側において、該円板40の周方向に沿うようにリング状に配置されている。第2蛍光体層43は、円板40の径方向内側において、該円板40の周方向に沿うようにリング状に配置されている。光拡散部44は、第1蛍光体層42および第2蛍光体層43に挟まれるようにリング状に形成されている。すなわち、光拡散部44、第1蛍光体層42および第2蛍光体層43は、円板40の回転軸の周りに同心円状に設けられている。
光拡散部44は、例えば、複数のマイクロレンズにより構成される。なお、光拡散部44は、例えば、ホログラフィック拡散板、スリガラスを用いてもよい。
なお、第1蛍光体層42と円板40との間と、第2蛍光体層43と円板40との間それぞれには、不図示のダイクロイックミラーが形成されている。このダイクロイックミラーは、青色光Bを透過させ、蛍光Yを反射する特性を有している。
青色光Bは、回転蛍光板30上に円形状のスポットBSを構成する。青色光BのスポットBS内には、第1蛍光体層42、第2蛍光体層43および光拡散部44が含まれる。
図3(b)に示すように、スポットBSの中心BCを含む回転蛍光板30の断面において、光拡散部(第3の光学素子)44は、第1蛍光体層(第1の光学素子)42および第2蛍光体層(第2の光学素子)43の間(スポットBSの中心BC)に配置されている。すなわち、第1蛍光体層42、第2蛍光体層43および光拡散部44は、図3(b)に示した断面において、スポットBSの中心BCに関して対称に設けられている。
本実施形態では、青色光BのスポットBSにより蛍光体層45(第1蛍光体層42および第2蛍光体層43)及び光拡散部44が同時に照射される。
光拡散部44は、スポットBS内の青色光Bの一部の青色光B1を拡散させて射出する。また、第1蛍光体層42および第2蛍光体層43は、それぞれ同じ色相の蛍光Y1,蛍光Y2を射出する。以下、第1蛍光体層42から射出された蛍光Y1と第2蛍光体層43から射出された蛍光Y2とを合わせて、蛍光Yと称する。光拡散部44で拡散された青色光B1と蛍光体層45からの黄色の蛍光Yとが合成されることで白色の照明光WLが生成される。
本実施形態において、青色光B1の主光線100ax2は、スポットBSの中心BCと概ね一致している。また、蛍光Yの見掛け上の全体としての主光線(所定の色相の光の主光線)100ax1は、スポットBSの中心BCと概ね一致している。
ここで、本実施形態において、スポットBS内に含まれる蛍光体層45の中心には、光拡散部44が配置されており、主光線が実際には存在していない。そのため、上記説明では、蛍光Yの主光線を、見掛け上の全体としての主光線100ax1と称すことにした。なお、以下の説明では、見掛け上の全体としての主光線100ax1を「蛍光の主光線100ax1」と称すこともある。
このように、本実施形態の照明装置2によれば、青色光B1の主光線100ax2と蛍光Yの主光線100ax1とを互いに一致させることができる。よって、青色光Bおよび蛍光Yを合成することで、照明ムラの発生が低減された白色の照明光WLを生成することができる。
したがって、このような照明装置2をプロジェクター1に適用することで、照明ムラが低減された明るく画像品質に優れた表示を行うことができる。
(第1実施形態の第1変形例)
続いて、第1実施形態の第1変形例について説明する。本変形例と第1実施形態との違いは、蛍光体層の構造であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では第1実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図4(a)は第1変形例の回転蛍光板30Aの正面図であり、図4(b)は図4(a)のB1−B1矢視による断面図である。
図4(a)に示すように、本変形例の回転蛍光板30Aは、円板40と、蛍光体層145と、光拡散部44とを有している。蛍光体層145は、円板40の周方向に沿うようにリング状に配置されている。
蛍光体層145は、第1の蛍光体部145a、第2の蛍光体部145bおよび第3の蛍光体部145cを含む。
第1の蛍光体部145aは、平面視した状態において、円板40の径方向外側にリング状に形成された部分である。
第2の蛍光体部145bは、平面視した状態において、円板40の径方向内側にリング状に形成された部分である。
第3の蛍光体部145cは、平面視した状態において、光拡散部44と重なるようにリング状に形成された部分である。
第1の蛍光体部145aおよび第2の蛍光体部145bは厚みが同じであり、第3の蛍光体部145cは第1の蛍光体部145aおよび第2の蛍光体部145bに比べて厚みが薄く設定されている。そのため、蛍光体層145は、第3の蛍光体部145cに対応する部分において内側に凹んだ形状を呈している。光拡散部44は、第3の蛍光体部145cの上の凹みに嵌合することでリング状に配置されている。
本変形例において、第1の蛍光体部145aは特許請求の範囲に記載の「第1の光学素子」を構成し、第2の蛍光体部145bは特許請求の範囲に記載の「第2の光学素子」を構成する。また、第3の蛍光体部145cおよび光拡散部44の積層体が特許請求の範囲に記載の「第3の光学素子」を構成する。
本変形例では、図4(b)に示すように、青色光BのスポットBSにより第1の蛍光体部145aおよび第2の蛍光体部145bと、光拡散部44および第3の蛍光体部145cとが同時に照射される。
光拡散部44は、スポットBS内の青色光Bの一部を拡散させて拡散光を射出する。厚みが薄い第3の蛍光体部145cは蛍光を僅かに射出する。
また、第1の蛍光体部145aおよび第2の蛍光体部145bは、それぞれ同じ色相の蛍光Y1,蛍光Y2を射出する。光源110からの青色光Bのうち光拡散部44で拡散された青色光B1と蛍光体層145からの黄色の蛍光Yとが合成されることで白色の照明光WLが生成される。
本変形例においても、青色光B1の主光線100ax2と蛍光Yの主光線100ax1とが互いに一致しているため、照明ムラの発生が低減された照明光WLを生成することが可能である。
(第1実施形態の第2変形例)
続いて、第1実施形態の第2変形例について説明する。本変形例と第1実施形態との違いは、光拡散部の構造であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では第1実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図5(a)は第1変形例の回転蛍光板30Bの正面図であり、図5(b)は図5(a)のC1−C1矢視による断面図である。
図5(a)に示すように、本変形例の回転蛍光板30Bは、円板40と、蛍光体層45と、光拡散部44Aとを有している。光拡散部44Aは、第1蛍光体層42および第2蛍光体層43の間にリング状に配置されている。
本変形例では、光拡散部44Aは、円板40の表面40aに設けられた凹凸部から構成される。この凹凸部は、例えば、サンドブラスト法を用いることで円板40の表面40aに形成される。なお、第1蛍光体層42および第2蛍光体層43は、表面40aの凹凸部上に積層されている。
本変形例においても、図5(b)に示すように、青色光BのスポットBSにより蛍光体層45(第1蛍光体層42および第2蛍光体層43)及び光拡散部44Aが同時に照射される。
本変形例によれば、青色光B1の主光線100ax2と蛍光Yの主光線100ax1とが互いに一致するので、照明ムラの発生が低減された照明光WLを生成できる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る照明装置について説明する。第1実施形態では、透過型の回転蛍光板を用いる場合を例に挙げたが、本実施形態の照明装置は反射型の回転蛍光板を用いる点が異なる。なお、以下の説明では、第1実施形態と同様の構成および部材については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図6は本実施形態の照明装置2Aの概略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2Aは、アレイ光源21と、コリメータ光学系22と、アフォーカル光学系11と、ホモジナイザー光学系12と、偏光分離素子50Aを含む光学素子25Aと、位相差板26と、ピックアップ光学系27と、回転蛍光板30Cと、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とを概略備えている。
アレイ光源21は、複数の半導体レーザー21aが配列されたものからなる。具体的には、光軸ax1と直交する面内に複数の半導体レーザー21aがアレイ状に並ぶことによって構成されている。第1の光源部21Aの光軸を光軸ax1とする。また、ピックアップ光学系27の光軸を光軸ax2とする。光軸ax1と光軸ax2とは同一平面内にあり、且つ互いに直交している。光軸ax1上においては、アレイ光源21と、コリメータ光学系22と、アフォーカル光学系11と、ホモジナイザー光学系12と、光学素子25Aとが、この順に並んで配置されている。一方、光軸ax2上においては、回転蛍光板30Cと、ピックアップ光学系27と、位相差板26と、光学素子25Aと、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とが、この順に並んで配置されている。
半導体レーザー21aは、励起光(青色光)BLを射出する。また、各半導体レーザー21aから射出される励起光BLは、コヒーレントな直線偏光の光であり、偏光分離素子50Aに向かって光軸ax1と平行に射出される。
アレイ光源21では、各半導体レーザー21aが射出する励起光BLの偏光方向を、偏光分離素子50Aで反射される偏光成分(S偏光成分)の偏光方向と一致させている。そして、このアレイ光源21から射出された励起光BLは、コリメータ光学系22に入射する。
コリメータ光学系22は、アレイ光源21から射出された励起光BLを平行光に変換するものであり、例えば各半導体レーザー21aに対応してアレイ状に並んで配置された複数のコリメータレンズ22aからなる。そして、このコリメータ光学系22を通過することにより平行光に変換された励起光BLは、アフォーカル光学系11に入射する。
このホモジナイザー光学系12からの励起光BLは、偏光分離素子50Aを介して回転蛍光板30Cに入射する。
光学素子25Aは、波長選択性を有する偏光分離素子50Aを備える。
偏光分離素子50Aは、この偏光分離素子50Aに入射した第1の波長帯の励起光BLを、この偏光分離素子50Aに対するS偏光成分とP偏光成分とに分離する偏光分離機能を有している。そして、この偏光分離素子50Aは、励起光BLのS偏光成分を反射させ、励起光BLのP偏光成分を透過させる。また、偏光分離素子50Aは、この偏光分離素子50Aに入射した光のうち、第1の波長帯とは異なる第2の波長帯の光を、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。
そして、この偏光分離素子50Aに入射した励起光BLは、その偏光方向がS偏光成分と一致していることから、S偏光の励起光BLsとして、蛍光発光素子28に向かって反射される。
位相差板26は、偏光分離素子50Aと回転蛍光板30Cとの間の光路中に配置された1/4波長板(λ/4板)からなる。この位相差板26に入射するS偏光(直線偏光)の励起光BLsは、円偏光の励起光BLcに変換された後、ピックアップ光学系27に入射する。
ピックアップ光学系27は、励起光BLcを回転蛍光板30Cに集光させるものであり、例えばピックアップレンズ27a,ピックアップレンズ27bから構成されている。
回転蛍光板30Cは、モーター50により回転可能な円板40A上に、第1蛍光体層42および第2蛍光体層43を含む蛍光体層45と、光拡散部44Bとが設けられている。
本実施形態において、円板40Aは、蛍光Yを反射する鏡面反射面を含み、第1蛍光体層42および第2蛍光体層43で生成された蛍光Yの一部を反射する。
円板40Aの材料としては、例えば、金属材料等を用いることができる。なお、円板40Aは、全体が金属から構成されている必要は無く、例えば、樹脂製の円板における青色光Bが入射する面に反射膜(例えば、Ag膜等)を形成したものであってもよい。
本実施形態の光拡散部44Bは、例えば、Ag等の光反射性に優れた金属部材から構成されている。光拡散部44Bは、拡散反射面を含む。拡散反射面は、励起光BLcのうち一部の光BLc1をピックアップ光学系27に向かって拡散反射する機能を有している。
光拡散部44Bで反射された光(青色光)BLc1は、再びピックアップ光学系27及び位相差板26を通過する。また、この光BLc1は、位相差板26を通過することによって、円偏光からP偏光の光BLpに変換される。そして、この光BLpは、偏光分離素子50Aを透過する。
蛍光体層45から偏光分離素子50Aに向かって射出された蛍光(黄色光)Yは、ピックアップ光学系27及び位相差板26を通過する。このとき、蛍光Yは非偏光であるため、位相差板26を通過した後も非偏光のまま偏光分離素子50Aに入射する。そして、この蛍光Yは、偏光分離素子50Aを透過する。
そして、偏光分離素子50Aを透過する青色光(光BLp)及び蛍光Yが合成されることによって、照明光(白色光)WLが得られる。この照明光WLは、偏光分離素子50Aを透過した後に、第1レンズアレイ120に入射する。
本実施形態においても、励起光BLcが蛍光体層45(第1蛍光体層42および第2蛍光体層43)及び光拡散部44Bを同時に照射するようになっている。そのため、光拡散部44Bで拡散反射された青色光(光BLc1)の主光線と、蛍光Yの主光線とが互いに一致したものとなっている。よって、これらの光が合成されることによって得られる照明光(白色光)WLは照明ムラの発生が低減されたものとなる。
以上のように、本実施形態の照明装置2Aによれば、照明ムラの発生が低減された照明光WLを得ることができる。したがって、このような照明装置2Aをプロジェクターに適用することで、照明ムラが低減された明るく画像品質に優れた表示を行うことができる。
(第2実施形態の変形例)
続いて、第2実施形態の変形例について説明する。本変形例と第2実施形態との違いは、蛍光体層の構造であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では第2実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図7(a)は本変形例の蛍光発光素子(波長変換素子)28の正面図であり、図7(b)は図7)(a)のD1−D1矢視による断面図である。
図7(a)に示すように、本変形例の蛍光発光素子28は、蛍光体層32および光拡散部33と、これら蛍光体層32および光拡散部33を支持する基板34とを有している。蛍光発光素子28では、基板34とは反対側から励起光BLcが蛍光体層32に入射する。
蛍光体層32は、励起光BLcを吸収して励起される蛍光体を含み、この励起光BLcにより励起された蛍光体は蛍光Yを生成する。
本実施形態では、基板34の蛍光体層32を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク35が配置されている。蛍光発光素子28は、このヒートシンク35を介して放熱できるため、蛍光体層32の熱劣化を防ぐことができる。
光拡散部33は、拡散反射面を含む。拡散反射面は、励起光BLcのうち一部の光BLc1をピックアップ光学系27に向かって拡散反射する。
基板34は、蛍光体層32で生成された蛍光の一部を反射する。基板34は、蛍光を反射する鏡面反射面を含む。基板34の材料としては、例えば、金属材料等を用いることができる。
蛍光発光素子28では、蛍光体層32の側面に設けられた光反射特性を有する無機接着剤Sによって、蛍光体層32が基板34に固定されている。
図7(b)に示すように、光拡散部33は基板34の中央に配置されている。蛍光体層32は光拡散部33の周囲を囲むように基板34上に配置されている。
本変形例において、励起光BLcは、基板34上に円形状のスポットBSを構成する。励起光BLcのスポットBS内には、蛍光体層32および光拡散部33が含まれる。
図7(a)に示したように、スポットBSの中心BCを含む蛍光発光素子28の断面において、光拡散部(第3の光学素子)33は、蛍光体層32の左側部分(第1の光学素子)32aと、蛍光体層32の右側部分(第2の光学素子)32bとの間(スポットBSの中心BC)に配置されている。すなわち、蛍光体層32の左側部分32aおよび蛍光体層32の右側部分32bと光拡散部33とは、図7(a)に示した断面において、スポットBSの中心BCに関して対称に設けられている。蛍光体層32の左側部分32aと蛍光体層32の右側部分32bとは、平面視において一体に設けられている。
本変形例においても、励起光BLcが蛍光体層32(左側部分32aおよび右側部分32b)及び光拡散部33を同時に照射するようになっている。そのため、光拡散部33で拡散反射された青色光BLc1の主光線と蛍光Yの主光線とが互いに一致するので、これらの光が合成された照明光(白色光)WLは照明ムラの発生が低減されたものとなる。
また、照明装置2Bをプロジェクターに適用することで、照明ムラが低減された明るく画像品質に優れた表示を行うことができる。
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも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、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(画像)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。さらに、光変調装置としては、液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイスなどを用いることもできる。
また、上記実施形態では、第1の光学素子および第2の光学素子が蛍光体層からなり、第3の光学素子が光拡散素子からなる場合を例示したが、第1の光学素子および第2の光学素子が光拡散素子からなり、第3の光学素子が蛍光体層であってもよい。
また、第1の光学素子および第2の光学素子が第1の色光(黄色光)を射出する蛍光体層からなり、第3の光学素子が第2の色光(黄色以外の光)を射出する蛍光体層であってもよい。
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。
B…青色光(励起光)、BS…スポット、BC…スポットの中心、1…プロジェクター、2,2A,2B…照明装置、4R,4G,4B…光変調装置、30,30A,30B,30C…回転蛍光板(波長変換素子)、32a…蛍光体層32の左側部分(第1の光学素子)、32b…蛍光体層32の右側部分(第2の光学素子)、33…光拡散部(第3の光学素子)、42…第1蛍光体層(第1の光学素子)、43…第2蛍光体層(第2の光学素子)、44…光拡散部(第3の光学素子)、110…光源(光源装置)、600…投写光学系。

Claims (4)

  1. 励起光を射出する光源装置と、所定の回転軸の周りに回転可能な波長変換素子と、を備え、
    前記励起光によって前記波長変換素子の上に形成されるスポットの中心を含む前記波長変換素子の断面において、前記波長変換素子は、第1の光学素子と、第2の光学素子と、前記第1の光学素子および前記第2の光学素子間に設けられた第3の光学素子と、を有し、
    前記第1の光学素子、前記第2の光学素子および前記第3の光学素子は、前記回転軸の周りに同心円状に設けられており、
    前記第3の光学素子は、前記スポットの中心に配置されており、
    前記第1の光学素子から射出される光の色相は、前記第2の光学素子から射出される光の色相と同じであり、
    前記第1の光学素子は、第1の蛍光体部からなり、
    前記第2の光学素子は、第2の蛍光体部からなり、
    前記第3の光学素子は、第3の蛍光体部と拡散部との積層体からなり、
    前記断面において、前記第1の蛍光体部、前記第2の蛍光体部および前記第3の蛍光体部は、一体に設けられている
    照明装置。
  2. 前記第1の蛍光体部および前記第2の蛍光体部は互いに同じ厚さであり、
    前記第3の蛍光体部の厚さは、前記第1の蛍光体部および前記第2の蛍光体部の厚さよりも薄い
    請求項1に記載の照明装置。
  3. 励起光を射出する光源装置と、波長変換素子と、を備え、
    前記励起光によって前記波長変換素子の上に形成されるスポットの中心を含む前記波長変換素子の断面において、前記波長変換素子は、第1の光学素子と、第2の光学素子と、前記第1の光学素子および前記第2の光学素子間に設けられた第3の光学素子と、を有し、
    前記第3の光学素子は、前記スポットの中心に配置されており、
    平面視した状態において、前記第1の光学素子および前記第2の光学素子は、一体に設けられており、
    前記第1の光学素子から射出される光の色相は、前記第2の光学素子から射出される光の色相と同じである
    照明装置。
  4. 照明光を照射する照明装置と、
    前記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、
    前記照明装置として、請求項1〜3のいずれか一項に記載の照明装置を用いる
    プロジェクター。
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