JP6828460B2 - 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ものである。

近年、プロジェクターに用いられる照明装置において、二枚のマルチレンズアレイと集光レンズとを用いて、複数の半導体レーザーからなるレーザーアレイから射出したレーザー光を蛍光体層上に入射させて蛍光を生成する技術がある（例えば、下記特許文献１参照）。半導体レーザーから射出されたレーザー光の光強度分布はガウス分布を持っており、中心部の光強度は周辺部よりも高い。この場合、蛍光体層が熱で劣化したり、励起光を蛍光へ変換する効率が低下する虞がある。そこで、特許文献１においては、二枚のマルチレンズアレイと集光レンズとを用いて、蛍光体層上でのレーザー光（励起光）の光強度分布を均一化することで、光強度のピーク値を低くしている。

特開２０１４−１３８１４８号公報

しかしながら、上記従来技術においては、部品点数が多くなることで装置が大型化し、コストが嵩んでしまうといった問題があった。そこで、簡便な構成で光強度のピーク値を低くできる新たな技術の提供が望まれていた。

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、簡便な構成で光強度のピーク値を低くできる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態様に従えば、光を射出する光源装置と、前記光が入射する集光光学系と、前記集光光学系から射出された集光光束が入射する拡散素子と、を備え、前記光は、前記集光光学系の光軸を含む領域を占める第１の光線束と、該第１の光線束の外側の領域を占める第２の光線束と、を含み、前記集光光学系による前記第１の光線束の前記光軸の方向における収束位置は、前記集光光学系による前記第２の光線束の前記光軸の方向における収束位置と異なっており、前記集光光学系は、第１のレンズ面を有する第１のレンズと、第２のレンズ面を有する第２のレンズと、を有し、前記第１のレンズの前記第１のレンズ面は、前記第２の光線束を受光することなく前記第１の光線束を選択的に受光し、前記第２のレンズの前記第２のレンズ面は、前記第１の光線束および前記第２の光線束を受光し、前記第１のレンズ面および前記第２のレンズ面は、それぞれ非球面からなる領域を有し、前記第１の光線束は、前記第１のレンズ面により収束されることで前記拡散素子にデフォーカス状態で入射し、前記第２の光線束は、前記第２のレンズ面により収束されることで前記拡散素子にフォーカス状態で入射する照明装置が提供される。
また、本発明の別態様に従えば、光を射出する光源装置と、前記光が入射する集光光学系と、前記集光光学系から射出された集光光束が入射する拡散素子と、を備え、前記光は、前記集光光学系の光軸を含む領域を占める第１の光線束と、該第１の光線束の外側の領域を占める第２の光線束と、を含み、前記集光光学系による前記第１の光線束の前記光軸の方向における収束位置は、前記集光光学系による前記第２の光線束の前記光軸の方向における収束位置と異なっており、前記集光光学系は、凹面反射板と、前記凹面反射板で反射された前記光を前記拡散素子に向けて反射する反射板と、を有し、前記凹面反射板は、凹面からなる反射面を有し、前記反射面は、前記第１の光線束を選択的に受光する第１の反射面と、少なくとも前記第２の光線束が入射する第２の反射面と、を含む照明装置が提供される。

第１態様に係る照明装置では、光軸の方向において第１の光線束の収束位置が第２の光線束の収束位置と同じ場合と比較して、第１の光線束及び第２の光線束により拡散素子上に形成される光強度分布のピーク値が低い。
また、中央部分の光量の一部を周辺部分に振り分けることで周辺部分の光量を向上させることができる。

上記第１態様において、前記集光光学系は、前記第１の光線束を選択的に受光する第１のレンズ面と、少なくとも前記第２の光線束が入射する第２のレンズ面とを備えるのが好ましい。

この構成によれば、第１のレンズ面と第２のレンズ面とを用いることで光強度分布のピーク値を低くすることができる。

上記第１態様において、前記集光光学系は、前記第１のレンズ面と前記第２のレンズ面とを有するレンズを備え、前記第１の光線束は、前記第１のレンズ面によって収束され、前記第２の光線束は、前記第２のレンズ面によって収束されるのが望ましい。

この構成によれば、一つのレンズを用いて光強度分布のピーク値を低くすることができる。

あるいは、上記第１態様において、前記集光光学系は、前記第１のレンズ面を有する第１のレンズと、前記第２のレンズ面を有する第２のレンズとを備え、前記第１のレンズは、前記光源装置と前記拡散素子との間の光路中に設けられているのが望ましい。

この構成によれば、第１のレンズを用いることで第１の光線束の収束位置を第２の光線束とは独立して調整することができる。

上記第１態様において、前記第１のレンズ面と前記第２のレンズ面のうち少なくとも一方は、非球面からなる領域を有しているのが好ましい。

この構成によれば、非球面レンズを用いることで収束位置の制御が容易となる。

前記非球面は、アナモフィック面であってもよい。

この構成によれば、第１の光線束及び第２の光線束が拡散素子上に形成するスポットの形状を調整することができる。

あるいは、前記非球面は、自由曲面であってもよい。

この構成によれば、自由曲面を用いることによってレンズ面の設計自由度が向上するため、光強度分布のピーク値を容易に低くすることができる。

上記第１態様において、前記集光光学系は、少なくとも前記第２の光線束が入射する第２の反射曲面と、前記第１の光線束を選択的に受光する第１の面と、を備えるのが好ましい。

この構成によれば、例えば、光を反射させる反射部材を用いて、光強度分布のピーク値を低くすることができる。

上記第１態様において、前記光源装置と前記拡散素子との間の光路中に第２の拡散素子が設けられているのが好ましい。

この構成によれば、第２の拡散素子によって第１の光線束及び第２の光線束が拡散される。よって、拡散素子上における光強度分布のピーク値をより低くすることができる。

上記第１態様において、前記拡散素子は、蛍光体層であるのが好ましい。

この構成によれば、蛍光体層上における光強度分布のピーク値を低くすることができる。よって、明るい蛍光を生成することができる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様の照明装置と、前記照明装置から射出された照明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、明るい拡散光が得られるので、明るく良質な画像を表示することができる。

第一実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図。 第１照明装置の概略構成を示す図。 蛍光発光素子の要部構成を示す図。 第２照明装置の概略構成を示す図。 第二実施形態に係る第１照明装置の概略構成を示す図。 第三実施形態に係る第１照明装置の概略構成を示す図。

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。

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概略図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、照明装置１００と、色分離導光光学系２００と、液晶光変調装置４００Ｒと、液晶光変調装置４００Ｇと、液晶光変調装置４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投射光学系６００と、を備える。

照明装置１００は、第１照明装置１０１と、第２照明装置１０２とを含む。第１照明装置１０１は、赤色光及び緑色光を含む蛍光ＹＬを色分離導光光学系２００に向けて射出する。第２照明装置１０２は、青色光Ｂを色分離導光光学系２００に向けて射出する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０と、反射ミラー２２０と、反射ミラー２３０と、反射ミラー２５０と、を備える。色分離導光光学系２００は、第１照明装置１０１から射出される黄色の蛍光ＹＬを赤色光Ｒと緑色光Ｇとに分離し、対応する液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇに導光し、第２照明装置１０２から射出される青色光Ｂを液晶光変調装置４００Ｂに導光する。

フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、およびフィールドレンズ３００Ｂは、色分離導光光学系２００と液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂとの間に配置されている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を通過させ、緑色光成分を反射するダイクロイックミラーである。反射ミラー２２０は、緑色光成分を反射するミラーである。反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射するミラーである。反射ミラー２５０は、青色光成分を反射する反射ミラーである。

ダイクロイックミラー２１０を通過した赤色光Ｒは、反射ミラー２３０で反射され、フィールドレンズ３００Ｒを通過して赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光Ｇは、反射ミラー２２０でさらに反射され、フィールドレンズ３００Ｇを通過して緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。反射ミラー２５０で反射された青色光Ｂは、フィールドレンズ３００Ｂを経て青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、各色光に対応するカラー画像を形成する。
図示を省略したが、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。

クロスダイクロイックプリズム５００は、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂから射出された各画像光を合成してカラー画像を形成する。クロスダイクロイックプリズム５００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。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投射光学系６００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。投射光学系６００は、複数の投射レンズで構成されている。

続いて、照明装置１００の構成について説明する。
まず、照明装置１００のうち第１照明装置１０１の構成について説明する。

図２は第１照明装置１０１の概略構成を示す図である。
図２に示すように、第１照明装置１０１は、第１光源装置２０と、拡散部材２５と、集光光学系３０と、蛍光発光素子４０と、ピックアップ光学系４５と、を備えている。

第１光源装置２０は、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２とを有する。アレイ光源２１は、固体光源としての複数の半導体レーザー２１ａを備える。複数の半導体レーザー２１ａは光軸と直交する面内において、アレイ状に配置されている。

半導体レーザー２１ａは青色の光線Ｂ１（例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光）を射出する。アレイ光源２１は、複数の光線Ｂ１からなる光線束Ｂａを射出する。本実施形態において、光線束Ｂａは特許請求の範囲の「光」に相当する。

アレイ光源２１から射出された光線Ｂ１はコリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、アレイ光源２１から射出された光線Ｂ１を平行光束に変換するものである。

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を有する。複数のコリメーターレンズ２２ａ各々は、複数の半導体レーザー２１ａに対応して配置されている。

集光光学系３０は、第１光源装置２０から射出された光線束Ｂａを集光することで蛍光発光素子４０に入射させるものである。以下、集光光学系３０に入射後の光線束Ｂａを光線束ＢＬと称す。本実施形態において、集光光学系３０は２枚のレンズから構成されている。集光光学系３０の構成については後述する。本実施形態において、光線束ＢＬは特許請求の範囲の「集光光束」に相当する。

拡散部材２５は、集光光学系３０により集光された光線束ＢＬを拡散させる。拡散部材２５は光線束ＢＬを拡散することで該光線束ＢＬの光強度のピーク値を低下させる。これにより、光強度分布をより均一化することができる。拡散部材２５は、例えば、光透過性を持つ部材の表面に凹凸を形成することで製造される。
本実施形態において、拡散部材２５は特許請求の範囲の「第２の拡散素子」に相当する。
なお、拡散部材２５は必須の構成でなく、省略することもできる。
ピックアップ光学系４５は、第１レンズ４５ａ及び第２レンズ４５ｂを有し、蛍光発光素子４０で生成された蛍光ＹＬをピックアップするとともに平行光に変換する。

図３は蛍光発光素子４０の要部拡大図である。
図３に示すように、蛍光発光素子４０は、蛍光体層４１と、蛍光体層４１を支持する支持部材４２と、支持部材４２と蛍光体層４１との間に設けられた反射層４３と、蛍光体層４１の光入射面４１ａに設けられたダイクロイック膜４４とを備える。本実施形態において、蛍光体層４１は特許請求の範囲の「拡散素子」に相当する。

蛍光体層４１は、励起光（光線束ＢＬ）を吸収して黄色の蛍光ＹＬに変換する蛍光体粒子（不図示）を含む。蛍光体粒子として、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体が用いられる。

なお、蛍光体層４１は１種類の蛍光体粒子を含んでいてもよいし、２種以上の蛍光体粒子を含んでいてもよい。蛍光体層４１には、耐熱性および表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような蛍光体層４１として、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などが好適に用いられる。

支持部材４２の材料としては、熱伝導性が高く放熱性に優れた材料を用いることが好ましく、例えば、アルミニウム、銅等の金属、窒化アルミ、アルミナ、サファイア、ダイヤモンド等のセラミクスが挙げられる。本実施形態において、支持部材４２は蛍光体層４１の放熱部材としての機能を有している。

反射層４３の具体例としては、例えば、アルミニウム、銀等の反射率の高い金属反射膜が挙げられる。反射層４３は、蛍光ＹＬ及び光線束ＢＬを反射する。これにより、光線束ＢＬは蛍光ＹＬの生成に効率的に利用される。また、蛍光ＹＬは反射層４３によって反射されることで蛍光体層４１の光射出面４１ｂ側に良好に導かれる。

ダイクロイック膜４４は、光線束ＢＬ（青色光）を透過させるとともに、蛍光ＹＬ（黄色光）を反射する特性を有する。これにより、蛍光体層４１で生成され、光入射面４１ａ側に向かった蛍光ＹＬはダイクロイック膜４４で反射されることで光射出面４１ｂ側に効率良く導かれる。

ところで、蛍光ＹＬを効率良く生成するには、蛍光体層４１の温度を過度に上げないことが重要である。光入射面４１ａ上における光線束ＢＬの光強度分布が不均一であると、局所的に光強度が特に強い領域が生じ、熱による効率低下が生じる。
そこで、本実施形態では、集光光学系３０を用いて蛍光体層４１上における光強度のピーク値を低くした。

以下、集光光学系３０の具体的な構成について説明する。
図２に戻って、集光光学系３０は、第１のレンズ３１と第２のレンズ３２とを備えている。第１のレンズ３１及び第２のレンズ３２は、集光光学系３０の光軸３０ａの方向に沿って配置され、第１光源装置２０と蛍光体層４１との間の光路中に設けられる。

本実施形態において、集光光学系３０に入射する光線束Ｂａは、第１の光線束Ｂａ１と第２の光線束Ｂａ２とを含む。第１の光線束Ｂａ１は、光線束Ｂａのうち、集光光学系３０の光軸３０ａを含む領域を占める光である。第２の光線束Ｂａ２は、光線束Ｂａのうち、第１の光線束Ｂａ１の外側の領域を占める光である。

第１の光線束Ｂａ１の光軸３０ａと直交する断面の形状は例えば円形となっている。なお、第１の光線束Ｂａ１の断面形状は円形に限定されることはなく、例えば、帯状であっても良い。

第１のレンズ３１は、第２のレンズ３２よりも蛍光体層４１側に位置する。第１のレンズ３１は、例えば、平凸レンズから構成され、第１のレンズ面３１ａを有している。第１のレンズ面３１ａは、光線束Ｂａのうち第１の光線束Ｂａ１を選択的に受光するように配置されている。

第２のレンズ３２は、例えば、平凸レンズから構成され、第２のレンズ面３２ａを有している。第２のレンズ面３２ａは、少なくとも第２の光線束Ｂａ２を受光する。本実施形態において、第２のレンズ３２は、光線束Ｂａの全体（第１の光線束Ｂａ１及び第２の光線束Ｂａ２）を第２のレンズ面３２ａに入射させるように配置されている。

集光光学系３０は、第１の光線束Ｂａ１の光軸３０ａの方向における収束位置と、第２の光線束Ｂａ２の光軸３０ａの方向における収束位置とを異ならせるように、構成されている。各レンズ面の焦点距離により各収束位置を制御可能である。

第１のレンズ面３１ａ及び第２のレンズ面３２ａの少なくとも一方は、非球面からなる領域を有していても良い。本実施形態において、第１のレンズ３１及び第２のレンズ３２は非球面（例えば、自由曲面）を有した非球面レンズから構成される。自由曲面を用いることによってレンズ面の設計自由度が向上するため、第１の光線束Ｂａ１及び第２の光線束Ｂａ２の収束位置の制御が容易となる。

図２において、集光光学系３０により集光される第１の光線束Ｂａ１を第１の光線束ＢＬ１、集光光学系３０により集光される第２の光線束Ｂａ２を第２の光線束ＢＬ２と示す。

本実施形態において、第２のレンズ３２は、第２のレンズ面３２ａによる第２の光線束ＢＬ２の収束位置が蛍光体層４１の表面（光入射面４１ａ）となるように構成されている。また、第１のレンズ３１は、第１のレンズ面３１ａおよび第２のレンズ面３２ａによる第１の光線束ＢＬ１の収束位置が蛍光体層４１の表面（光入射面４１ａ）と異なるように構成されている。

アレイ光源２１から射出された光線束Ｂａは、まず第２のレンズ３２に入射する。第１の光線束ＢＬ１及び第２の光線束ＢＬ２は第２のレンズ３２により蛍光体層４１の表面（光入射面４１ａ）で収束するように集光される。

しかし、第１の光線束ＢＬ１は第１のレンズ３１（第１のレンズ面３１ａ）に選択的に受光される。そのため、第１の光線束ＢＬ１は、第１のレンズ３１により第２の光線束ＢＬ２の収束位置（蛍光体層４１の表面）とは異なる位置で収束するように集光される。

本実施形態によれば、第１の光線束ＢＬ１がデフォーカス状態（ピンボケした状態）で蛍光体層４１に入射するとともに、第２の光線束ＢＬ２がフォーカス状態（ピントがあった状態）で蛍光体層４１の光入射面４１ａに入射する。第１の光線束ＢＬ１が複数の光線束からなる場合、デフォーカス状態の第１の光線束ＢＬ１は、蛍光体層４１上にアレイ状に分離した複数のスポットを形成する。

一方、ピントが合った状態の第２の光線束ＢＬ２は、蛍光体層４１上に半導体レーザー２１ａの光射出面の共役像となる一つのスポットを形成する。

ここで、比較例として、集光光学系３０から第１のレンズ３１を省略した場合、すなわち、第２のレンズ３２のみを用いて光線束ＢＬを集光させる場合について説明する。このとき、第１の光線束ＢＬ１及び第２の光線束ＢＬ２は蛍光体層４１上の一点に集まる。よって、第１の光線束ＢＬ１及び第２の光線束ＢＬ２により蛍光体層４１上に形成される照明領域は一つのスポットで形成されるため、該照明領域の光強度分布は、周辺部分の光強度に比べて中央部分の光強度が強いものである。そのため、中央部分では熱による効率低下、あるいは熱による蛍光体層４１の劣化が起こる。

これに対して、本実施形態の集光光学系３０は、中央部分が第１の光線束ＢＬ１及び第２の光線束ＢＬ２で構成され、周辺部分が第１の光線束ＢＬ１の一部で構成された照明領域ＳＡを蛍光体層４１の光入射面４１ａ上に形成することができる。

集光光学系３０によれば、比較例に比べて光強度のピーク値を低減させるとともに、中央部分の光量の一部を周辺部分に振り分けることで周辺部分の光量を向上させることができる。よって、第１照明装置１０１は蛍光ＹＬを効率良く生成することができる。

続いて、第２照明装置１０２の構成について説明する。
図４は第２照明装置１０２の概略構成を示す図である。
図４に示すように、第２照明装置１０２は、第２光源装置７１０、集光光学系７２０、拡散板７３０、ピックアップ光学系７３１、レンズインテグレーター光学系７４０及び重畳レンズ７６０を備える。

第２光源装置７１０は、第１照明装置１０１の第１光源装置２０と同一構成を有し、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２とを備えている。これにより、第２光源装置７１０は、複数の光線Ｂ２からなる青色光線束Ｂｂを集光光学系７２０に向けて射出可能となっている。第２照明装置１０２においては、青色光線束Ｂｂを画像光として利用するようになっている。本実施形態において、青色光線束Ｂｂは特許請求の範囲の「光」に相当する。

集光光学系７２０は、第２光源装置７１０から射出された青色光線束Ｂｂを集光して拡散板７３０に入射させるものである。以下、集光光学系７２０に入射後の青色光線束Ｂｂを青色光線束ＢＢと称す。集光光学系７２０は、第１照明装置１０１の集光光学系３０と同一構成を有し、第１のレンズ３１及び第２のレンズ３２を有している。

青色光線束Ｂｂは、第１の光線束Ｂｂ１と第２の光線束Ｂｂ２とを含む。図４において、集光光学系７２０により集光される第１の光線束Ｂｂ１を第１の光線束ＢＢ１、集光光学系７２０により集光される第２の光線束Ｂｂ２を第２の光線束ＢＢ２と示す。

集光光学系７２０によれば、青色光線束ＢＢを一点に集光させる場合に比べ、拡散板７３０上における光強度のピーク値を低減することができる。よって、拡散板７３０のダメージを抑えつつ、青色光線束Ｂｂの出力を高くすることによって、より明るい拡散光を生成することができる。

拡散板７３０は、青色光線束ＢＢを所定の散乱度で散乱し、蛍光発光素子４０から射出される蛍光ＹＬに似た配光分布を有する青色光Ｂとする。拡散板７３０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。

ピックアップ光学系７３１は、レンズ７３２、７３３を備える。レンズ７３２、７３３はそれぞれ凸レンズからなる。ピックアップ光学系７３１は拡散板７３０で散乱された青色光Ｂを平行化してレンズインテグレーター光学系７４０に入射させる。

レンズインテグレーター光学系７４０は、レンズアレイ７５０，７５１を有する。レンズアレイ７５０は青色光Ｂを複数の部分光束に分割するための複数の小レンズ７５０ａを有する。レンズアレイ７５１は、レンズアレイ７５０の複数の小レンズ７５０ａに対応する複数の小レンズ７５１ａを有する。レンズアレイ７５１は、後段の重畳レンズ７６０とともに、レンズアレイ７５０の小レンズ７５０ａの像を液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域もしくはその近傍に結像させる。

本実施形態において、第２照明装置１０２から射出された青色光Ｂは、反射ミラー２５０で反射され、フィールドレンズ３００Ｂを通過して青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

本実施形態のプロジェクター１によれば、上記照明装置１００を備えるため、明るい画像をスクリーンＳＣＲ上に表示することができる。

なお、第１照明装置１０１において、光軸３０ａの方向における第１のレンズ３１及び第２のレンズ３２の位置関係は限定されず、第２のレンズ３２が第１のレンズ３１よりも蛍光体層４１側に位置するように配置されていてもよい。
また、第１照明装置１０１において、第１のレンズ３１を凸レンズで構成する場合を例に挙げたが、第１のレンズ３１を凹レンズで構成しても良い。

（第二実施形態）
続いて、第二実施形態の照明装置について説明する。なお、本実施形態において、第一実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。

図５は本実施形態に係る第１照明装置１０１Ａの概略構成を示す図である。図５に示すように、第１照明装置１０１Ａは、第１光源装置２０と、拡散部材２５と、集光光学系１３０と、蛍光発光素子４０と、ピックアップ光学系４５とを備えている。

本実施形態の集光光学系１３０は、一つのレンズ１３０Ａから構成され、光軸１３０ａを有する。レンズ１３０Ａは、二つの焦点を有した多重焦点集光レンズから構成される。レンズ１３０Ａは、光入射面側に設けられた第１のレンズ面１３１及び第２のレンズ面１３２と、を有する。

第１のレンズ面１３１は、光線束Ｂａのうち第１の光線束Ｂａ１が入射する領域に設けられている。これにより、第１のレンズ面１３１は、第１の光線束Ｂａ１を選択的に受光する。

第２のレンズ面１３２は、光線束Ｂａのうち第２の光線束Ｂａ２が入射する領域に設けられている。本実施形態において、第２のレンズ面１３２は第２の光線束Ｂａ２のみを受光する。

本実施形態において、第１のレンズ面１３１及び第２のレンズ面１３２の少なくとも一方は、非球面からなる領域を有していても良い。本実施形態において、第１のレンズ面１３１及び第２のレンズ面１３２は非球面（例えば、自由曲面）から構成される。自由曲面を用いることによってレンズ面の設計自由度が向上するため、第１の光線束ＢＬ１又は第２の光線束ＢＬ２の収束位置の制御が容易となる。

集光光学系１３０は、第１の光線束ＢＬ１の光軸１３０ａの方向における収束位置と、第２の光線束ＢＬ２の光軸１３０ａの方向における収束位置とを異ならせるように、構成されている。各レンズ面の焦点距離により各収束位置を制御可能である。

続いて、集光光学系１３０による作用について説明する。
第１の光線束ＢＬ１は第１のレンズ面１３１により選択的に受光されて収束され、第２の光線束ＢＬ２は第２のレンズ面１３２により受光されて収束される。

本実施形態において、集光光学系１３０（レンズ１３０Ａ）は、第２の光線束ＢＬ２の収束位置が蛍光体層４１の表面（光入射面４１ａ）となり、第１の光線束ＢＬ１の収束位置が蛍光体層４１の表面（光入射面４１ａ）と異なるように、第２のレンズ面１３２及び第１のレンズ面１３１を設計している。

このような構成に基づき、集光光学系１３０は、第１の光線束ＢＬ１をデフォーカス状態（ピンボケした状態）で蛍光体層４１に入射させるとともに、第２の光線束ＢＬ２をフォーカス状態（ピントがあった状態）で蛍光体層４１の光入射面４１ａに入射させる。

本実施形態の集光光学系１３０によれば、第一実施形態と同様、光強度のピーク値を低減することができる。これにより、蛍光ＹＬを効率良く生成することで明るい蛍光ＹＬを得ることができる。

なお、集光光学系１３０において、光軸１３０ａの方向における第１のレンズ面１３１及び第２のレンズ面１３２の位置関係は限定されない。例えば、レンズ１３０Ａの光入射面及び光射出面の一方に第２のレンズ面１３２が設けられ、光入射面及び光射出面の他方に第１のレンズ面１３１が設けられていても良い。
また、第１のレンズ面１３１を第２のレンズ面１３２に対して凸状に設ける場合を例に挙げたが、第１のレンズ面１３１を凹状に設けても良い。

また、第一実施形態の第２照明装置１０２における集光光学系７２０として、上述した集光光学系１３０を用いても良い。

（第三実施形態）
続いて、第三実施形態の照明装置について説明する。なお、本実施形態において、第一実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。

図６は本実施形態に係る第１照明装置１０１Ｂの概略構成を示す図である。図６に示すように、本実施形態の第１照明装置１０１Ｂは、第１光源装置１２０と、拡散部材２５と、集光光学系１４０と、蛍光発光素子４０と、ピックアップ光学系４５とを備えている。

第１光源装置１２０は、アレイ光源１２１と、コリメーター光学系１２２とを有する。アレイ光源１２１は、第１アレイ光源１２１Ａと第２アレイ光源１２１Ｂとを含む。コリメーター光学系１２２は、第１コリメーター光学系１２２Ａと第２コリメーター光学系１２２Ｂとを含む。

第１アレイ光源１２１Ａ及び第２アレイ光源１２１Ｂは第一実施形態の第１光源装置２０のアレイ光源２１と同一構成を有し、固体光源としてのアレイ状に配置された複数の半導体レーザー２１ａを備える。半導体レーザー２１ａは青色の光線Ｂ１（例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光）を射出する。第１アレイ光源１２１Ａは、複数の光線Ｂ１からなる光線束ＢＬａを射出する。第２アレイ光源１２１Ｂは、複数の光線Ｂ１からなる光線束ＢＬｂを射出する。

第１コリメーター光学系１２２Ａと第２コリメーター光学系１２２Ｂは第一実施形態の第１光源装置２０のコリメーター光学系２２と同一構成を有し、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を有する。複数のコリメーターレンズ２２ａ各々は、複数の半導体レーザー２１ａに対応して配置されている。

第１コリメーター光学系１２２Ａは、第１アレイ光源１２１Ａから射出された光線束ＢＬａを平行光束に変換する。第２コリメーター光学系１２２Ｂは、第２アレイ光源１２１Ｂから射出された光線束ＢＬｂを平行光束に変換する。

第１光源装置１２０は光線束ＢＬａ及び光線束ＢＬｂを集光光学系１４０に向けて射出する。光線束ＢＬａ及び光線束ＢＬｂは、それぞれ集光光学系１４０の光軸１４０ａの方向に沿って射出される。光線束ＢＬａ及び光線束ＢＬｂは特許請求の範囲の「光」に相当する。

光線束ＢＬａは、第１の光線束ＢＬａ１と第２の光線束ＢＬａ２とを含む。光線束ＢＬｂは、第１の光線束ＢＬｂ１と第２の光線束ＢＬｂ２とを含む。

本実施形態の集光光学系１４０は、第１凹面反射板１４１と、第１反射板１４２と、第２凹面反射板１４３と、第２反射板１４４とを備える。

第１凹面反射板１４１は、第１光源装置１２０から射出された光線束ＢＬａを第１反射板１４２に向けて反射する凹面からなる反射面５０を有している。第１反射板１４２は、反射面５０で反射された光線束ＢＬａを蛍光発光素子４０に向けて反射する反射面１４２ａを有している。

本実施形態において、第１凹面反射板１４１及び第１反射板１４２は、第１アレイ光源１２１Ａから射出された光線束ＢＬａを集光することで蛍光体層４１に入射させる。以下、集光光学系１４０に入射後の光線束ＢＬａを光線束ＢＬＬａと称す。本実施形態において、光線束ＢＬＬａは特許請求の範囲の「集光光束」に相当する。

第１の光線束ＢＬａ１は、集光光学系１４０の光軸１４０ａを含む領域（すなわち、光軸１４０ａの近傍の領域）を占める光である。また、第２の光線束ＢＬａ２は、第１の光線束ＢＬａ１の外側（光軸１４０ａとは反対側）の領域を占める光である。

第１凹面反射板１４１の反射面５０は、第１の光線束ＢＬａ１が入射する第１の反射面５０ａと、第２の光線束ＢＬａ２が入射する第２の反射面５０ｂと、を含む。第１の反射面５０ａ及び第２の反射面５０ｂは異なる曲率半径を有する。本実施形態において、第１の反射面５０ａは特許請求の範囲の「第１の面」に相当し、第２の反射面５０ｂは特許請求の範囲の「第２の反射曲面」に相当する。

図６において、集光光学系１４０により集光される第１の光線束ＢＬａ１を第１の光線束ＢＬＬａ１、集光光学系１４０により集光される第２の光線束ＢＬａ２を第２の光線束ＢＬＬａ２と示す。

第１凹面反射板１４１は、第２の反射面５０ｂ及び第１反射板１４２による第２の光線束ＢＬＬａ２の収束位置を蛍光体層４１の表面とし、且つ、第１の反射面５０ａ及び第１反射板１４２による第１の光線束ＢＬＬａ１の収束位置を蛍光体層４１の表面と異なる位置とするように構成されている。

本実施形態によれば、第１の光線束ＢＬＬａ１をデフォーカス状態（ピンボケした状態）で蛍光体層４１に入射させるとともに、第２の光線束ＢＬＬａ２をフォーカス状態（ピントがあった状態）で蛍光体層４１の光入射面４１ａに入射させることができる。

同様に、第２凹面反射板１４３は、第１光源装置１２０から射出された光線束ＢＬｂを第２反射板１４４に向けて反射する凹面からなる反射面５１を有している。第２反射板１４４は、反射面１４４ａで反射された光線束ＢＬｂを蛍光発光素子４０に向けて反射する反射面１４４ａを有している。

第２凹面反射板１４３及び第２反射板１４４は、第２アレイ光源１２１Ｂから射出された光線束ＢＬｂを集光して蛍光体層４１に入射させる。以下、集光光学系１４０に入射後の光線束ＢＬｂを光線束ＢＬＬｂと称す。本実施形態において、光線束ＢＬＬｂは特許請求の範囲の「集光光束」に相当する。

第１の光線束ＢＬｂ１は、光軸１４０ａの近傍の領域を占める光である。また、第２の光線束ＢＬｂ２は、第１の光線束ＢＬｂ１の外側（光軸１４０ａとは反対側）の領域を占める光である。

第２凹面反射板１４３の反射面５１は、第１の光線束ＢＬｂ１が入射する第１の反射面５１ａと、第２の光線束ＢＬｂ２が入射する第２の反射面５１ｂとを含む。本実施形態において、第１の反射面５１ａは特許請求の範囲の「第１の面」に相当し、第２の反射面５１ｂは特許請求の範囲の「第２の反射曲面」に相当する。

図６において、集光光学系１４０により集光される第１の光線束ＢＬｂ１を第１の光線束ＢＬＬｂ１、集光光学系１４０により集光される第２の光線束ＢＬｂ２を第２の光線束ＢＬＬｂ２と示す。

本実施形態において、第２凹面反射板１４３は、第２の反射面５１ｂによる第２の光線束ＢＬＬｂ２の収束位置が蛍光体層４１の表面となるとともに、第１の反射面５１ａによる第１の光線束ＢＬＬｂ１の収束位置が蛍光体層４１の表面と異なるように構成される。

本実施形態によれば、第１の光線束ＢＬＬｂ１がデフォーカス状態（ピンボケした状態）で蛍光体層４１に入射するとともに、第２の光線束ＢＬＬｂ２がフォーカス状態（ピントがあった状態）で蛍光体層４１の光入射面４１ａに入射する。

蛍光体層４１の光入射面４１ａには、第１の光線束ＢＬＬａ１，ＢＬＬｂ１及び第２の光線束ＢＬＬａ２，ＢＬＬｂ２による照明領域ＳＢが形成される。照明領域ＳＢは、中央部が第２の光線束ＢＬＬａ２，ＢＬＬｂ２で構成され、周辺部が第１の光線束ＢＬＬａ１，ＢＬＬｂ１で構成される。

本実施形態の集光光学系１４０によれば、光強度のピーク値を低減させることができるので、蛍光ＹＬを効率良く生成することができる。よって、本実施形態の第１照明装置１０１Ｂによれば、明るい照明光を生成できる。

なお、第一実施形態の第２照明装置１０２における集光光学系７２０として、上述した集光光学系１４０を用いても良い。

また、本実施形態では、第１凹面反射板１４１及び第２凹面反射板１４３の反射面５０及び反射面５１を用いて、第１の光線束ＢＬａ１，ＢＬｂ１及び第２の光線束ＢＬａ２，ＢＬｂ２の収束位置を異ならせ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、第１反射板１４２及び第２反射板１４４に設けた反射面（特許請求の範囲の「第１の面」に相当）を用いて、第１の光線束ＢＬＬａ１，ＢＬＬｂ１の収束位置を第２の光線束ＢＬＬａ２，ＢＬＬｂ２の収束位置と異ならせるようにしても良い。あるいは、第１の光線束ＢＬａ１，ＢＬｂ１の光路中に配置したレンズのレンズ面（特許請求の範囲の「第１の面」に相当）を用いて、第１の光線束ＢＬＬａ１，ＢＬＬｂ１の収束位置を第２の光線束ＢＬＬａ２，ＢＬＬｂ２の収束位置と異ならせるようにしても良い。

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。

上記集光光学系３０が光線束Ｂａの光束幅を調整するアフォーカル光学系を含んでいても良い。例えば、第２のレンズ３２の前段にアフォーカル光学系を配置することで、第２のレンズ３２に入射する光線束Ｂａの光束径を小さくできる。これにより、第２のレンズ３２の小型化が可能となる。

あるいは、上記集光光学系１３０が光線束Ｂａの光束幅を調整するアフォーカル光学系を含んでいても良い。例えば、レンズ１３０Ａの前段にアフォーカル光学系を配置することで、レンズ１３０Ａに入射する光線束Ｂａの光束径を小さくできる。これにより、レンズ１３０Ａの小型化が可能となる。

ところで、第１実施形態において、半導体レーザー２１ａから射出された光線Ｂ１によって蛍光体層４１上に形成されるスポットはアスペクト比の大きい矩形状（細長い矩形状）となる。そこで、第１のレンズ３１及び第２のレンズ３２を構成する非球面として自由曲面に代えてアナモフィック面を用いても良い。

アナモフィック面を用いることで光線束ＢＬ（光線Ｂ１）は蛍光体層４１上にアスペクト比の小さい四角形状（例えば、略正方形状）のスポットを形成する。これにより、蛍光体層４１上に形成されるスポット間の隙間が小さくなるので、光強度分布を均一化することができる。

上記実施形態では、３つの液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの液晶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。

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、２０…第１光源装置、２５…拡散部材（第２の拡散素子）、３０，１３０，１４０，７２０…集光光学系、３０ａ…光軸、３１…第１のレンズ、３１ａ…第１のレンズ面、３２…第２のレンズ、３２ａ…第２のレンズ面、４１…蛍光体層、５０ａ，５１ａ…第１の反射面、５０ｂ，５１ｂ…第２の反射面、１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ，１２０…第１照明装置、１０２…第２照明装置、１３０Ａ…レンズ、１３０ａ…光軸、１３１…第１のレンズ面、１３２…第２のレンズ面、１４０ａ…光軸、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶光変調装置、６００…投射光学系、ＢＬ１，ＢＬａ１，ＢＬｂ１…第１の光線束、ＢＬ２，ＢＬａ２，ＢＬｂ２…第２の光線束、ＫＢ…青色光線束、Ｂａ…光線束、Ｂａ１，Ｂｂ１，ＢＬＬａ１，ＢＬＬｂ１…第１の光線束、Ｂａ２，Ｂｂ２，ＢＬＬａ２，ＢＬＬｂ２…第２の光線束。

Claims (8)

1. 光を射出する光源装置と、
   前記光が入射する集光光学系と、
   前記集光光学系から射出された集光光束が入射する拡散素子と、を備え、
   前記光は、前記集光光学系の光軸を含む領域を占める第１の光線束と、該第１の光線束の外側の領域を占める第２の光線束と、を含み、
   前記集光光学系による前記第１の光線束の前記光軸の方向における収束位置は、前記集光光学系による前記第２の光線束の前記光軸の方向における収束位置と異なっており、
   前記集光光学系は、第１のレンズ面を有する第１のレンズと、第２のレンズ面を有する第２のレンズと、を有し、
   前記第１のレンズの前記第１のレンズ面は、前記第２の光線束を受光することなく前記第１の光線束を選択的に受光し、
   前記第２のレンズの前記第２のレンズ面は、前記第１の光線束および前記第２の光線束を受光し、
   前記第１のレンズ面および前記第２のレンズ面は、それぞれ非球面からなる領域を有し、
   前記第１の光線束は、前記第１のレンズ面により収束されることで前記拡散素子にデフォーカス状態で入射し、
   前記第２の光線束は、前記第２のレンズ面により収束されることで前記拡散素子にフォーカス状態で入射する
   照明装置。
2. 前記第１のレンズは、前記光源装置と前記拡散素子との間の光路中に設けられている
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記非球面は、アナモフィック面である
   請求項１または請求項２に記載の照明装置。
4. 前記非球面は、自由曲面である
   請求項１または請求項２に記載の照明装置。
5. 光を射出する光源装置と、
   前記光が入射する集光光学系と、
   前記集光光学系から射出された集光光束が入射する拡散素子と、を備え、
   前記光は、前記集光光学系の光軸を含む領域を占める第１の光線束と、該第１の光線束の外側の領域を占める第２の光線束と、を含み、
   前記集光光学系による前記第１の光線束の前記光軸の方向における収束位置は、前記集光光学系による前記第２の光線束の前記光軸の方向における収束位置と異なっており、
   前記集光光学系は、凹面反射板と、前記凹面反射板で反射された前記光を前記拡散素子に向けて反射する反射板と、を有し、
   前記凹面反射板は、凹面からなる反射面を有し、
   前記反射面は、前記第１の光線束を選択的に受光する第１の反射面と、少なくとも前記第２の光線束が入射する第２の反射面と、を含む
   照明装置。
6. 前記光源装置と前記拡散素子との間の光路中に第２の拡散素子が設けられている
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記拡散素子は、蛍光体層である
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明装置と、
   前記照明装置から射出された照明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。

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