JP6866682B2 - 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。

プロジェクター用の照明装置として、複数の半導体レーザーを含む固体光源ユニットからの光が透過する位相差板を回転させることで、ダイクロイックミラーで反射されて蛍光発光板に入射するＳ偏光成分と、ダイクロイックミラーを透過して反射板に入射するＰ偏光成分との比率を変化させる技術がある（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１２−１３７７４４号公報

ところで、上記従来技術においては、固体光源ユニットから射出される高エネルギーのレーザー光による損傷を防止すべく、位相差板の材料として水晶を用いている。この照明装置では、水晶からなる位相差板を２枚用いるため、非常にコストが嵩むといった問題がある。

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、コストを低減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、第１の発光ユニットと第２の発光ユニットとを含み、第１の波長帯の光線束を射出する光源装置と、前記光線束を第２の波長帯の変換光に変換する波長変換素子と、前記光源装置と前記波長変換素子との間の光路中に設けられ、前記変換光を反射又は透過させる色分離合成素子と、拡散反射素子と、を備える照明装置であって、前記色分離合成素子は、前記光線束に対する反射率と透過率との比が互いに異なる少なくとも一つの第１の領域と少なくとも一つの第２の領域とを有し、前記光源装置から射出された前記光線束は、前記第１の発光ユニットから射出された第１の光線束および前記第２の発光ユニットから射出された第２の光線束を含み、前記波長変換素子と前記拡散反射素子と前記色分離合成素子とは、前記第１の光線束のうち一部は、前記第１の領域を介して前記拡散反射素子へ入射し、前記第１の光線束のうち他の一部は、前記第１の領域を介して前記波長変換素子へ入射し、前記第２の光線束のうち少なくとも一部は、前記第２の領域を介して前記波長変換素子へ入射し、前記第２の領域が前記変換光を前記拡散反射素子からの反射光の少なくとも一部と合成して照明光を生成するように配置され、前記色分離合成素子は、互いに対向する第１の面と第２の面とを有する基板と、前記少なくとも一つの第１の領域を構成する第１の光学膜と、前記少なくとも一つの第２の領域を構成する第２の光学膜と、を備え、前記第１の光学膜は前記基板の前記第１の面側に設けられ、前記第２の光学膜は前記基板の前記第２の面側に設けられており、平面視した状態において、前記第１の光学膜の少なくとも一部は前記第２の光学膜と重なっている照明装置が提供される。

第１態様に係る照明装置では、位相差板を用いることなく、２つの発光ユニットから射出した光を波長変換素子側と拡散反射素子側とに分離して照明光を生成することができる。よって、照明装置の部品コストを低減できる。

上記第１態様において、前記第２の領域は、前記第１の波長帯と前記第２の波長帯との間で波長分離機能を有しているのが好ましい。

この構成によれば、拡散反射素子からの反射光の少なくとも一部と波長変換素子からの変換光とを効率良く合成して照明光を生成することができる。よって、照明光を合成する際の反射光の損失を低減できる。

上記第１態様において、前記少なくとも一つの第１の領域は、前記光線束の中心軸のまわりに対称な形状を有しているのが好ましい。

この構成によれば、反射光及び変換光が中心軸の周りに均一に分布した照明光を生成することができる。よって、被照明領域において、反射光及び変換光を重畳させ易くすることができる。

上記第１態様において、前記少なくとも一つの第１の領域は複数の第１の領域からなり、前記複数の第１の領域は、前記光線束の中心軸のまわりに対称に配置されているのが好ましい。

この構成によれば、反射光及び変換光がより均一に分布した照明光を生成することができる。

上記第１態様において、前記色分離合成素子は、互いに対向する第１の面と第２の面とを有する基板と、前記少なくとも一つの第１の領域を構成する第１の光学膜と、前記少なくとも一つの第２の領域を構成する第２の光学膜とを備え、前記第１の光学膜は前記基板の前記第１の面側に設けられ、前記第２の光学膜は前記基板の前記第２の面側に設けられており、平面視した状態において、前記第１の光学膜の少なくとも一部は前記第２の光学膜と重なっているのが好ましい。

この構成によれば、第１の光学膜の周縁部と第２の光学膜とを重ねることで、色分離合成素子を平面視した際に、第１の領域と第２の領域との間に生じる隙間を無くすことができる。これにより、光線束が第１の領域及び第２の領域の少なくともいずれかに入射させることで照明光の生成に利用することができるので、光線束の損失を低減できる。

上記第１態様において、前記第１の光線束の光量と前記第２の光線束の光量との比を調整するように、前記第１の発光ユニットと前記第２の発光ユニットとをそれぞれ制御する制御装置をさらに備えるのが好ましい。

この構成によれば、制御装置によって、第１の光線束の光量と第２の光線束の光量との比を調整できる。これにより、照明光の色バランス（ホワイトバランス）を調整することができる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様の照明装置と、前記照明装置からの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によれば、位相差板を用いずに照明光を生成する照明装置を備えるので、該プロジェクター自体のコストを低減することができる。

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。 照明装置の概略構成を示す図。 色分離合成素子の平面図。 第二実施形態に係る照明装置の概略構成を示す平面図。 第三実施形態に係る照明装置の概略構成を示す平面図。 第四実施形態に係る照明装置の概略構成を示す平面図。 変形例に係る色分離合成素子の平面図。 変形例に係る色分離合成素子の平面図。 変形例に係る色分離合成素子の平面図。

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。

（第一実施形態）
まず、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を示す図である。

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

本実施形態において、照明装置１００は、赤色光、緑色光及び青色光を含む白色の照明光ＷＬを射出する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０，２２０、反射ミラー２３０，２４０，２５０及びリレーレンズ２６０，２７０を備える。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢに分離し、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢをそれぞれが対応する光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導光する。

色分離導光光学系２００と、光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、フィールドレンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を通過させ、緑色光成分及び青色光成分を反射するダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。反射ミラー２４０，２５０は青色光成分を反射する反射ミラーである。

光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ各々は、入射された色光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する液晶パネルからなる。

なお、図示を省略したが、各フィールドレンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと各光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置され、各光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が配置される。

クロスダイクロイックプリズム５００は、各光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，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。

この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によって拡大投写される。

（照明装置）
図２は、照明装置１００の概略構成を示す平面図である。以下に示す図面では、ＸＹＺ座標系を用いて照明装置１００の各構成について説明する。なお、図２において、Ｘ方向は光軸ａｘ１と平行な方向であり、Ｙ方向は光軸ａｘ１と直交する光軸ａｘ２と平行な方向であり、Ｚ方向はＸ方向およびＹ方向にそれぞれ直交する方向である。

照明装置１００は、図２に示すように、光源装置２０と、コリメーター光学系１９と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、色分離合成素子５０と、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、均一照明光学系４０と、制御装置６０とを備えている。

光源装置２０と、コリメーター光学系１９と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、色分離合成素子５０と、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。

蛍光発光素子２７と、第１の集光光学系２６と、色分離合成素子５０と、均一照明光学系４０とは、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内にある。

光源装置２０は、第１の発光ユニット２１と第２の発光ユニット２２とを含む。
第１の発光ユニット２１は、複数の半導体レーザー２１ａを有する。半導体レーザー２１ａは、例えばピーク波長を４６０ｎｍとする第１の波長帯の青色レーザー光からなる光線ＢＬ１を射出する。このような構成に基づいて、第１の発光ユニット２１は、複数の光線ＢＬ１からなる第１の光線束Ｋ１を射出するようになっている。

また、第２の発光ユニット２２は、複数の半導体レーザー２２ａを有する。半導体レーザー２２ａは、例えばピーク波長を４６０ｎｍとする第１の波長帯の青色レーザー光からなる光線ＢＬ２を射出する。このような構成に基づいて、第２の発光ユニット２２は、複数の光線ＢＬ２からなる第２の光線束Ｋ２を射出するようになっている。

制御装置６０は照明装置１００を含むプロジェクター１の各構成を制御するものである。制御装置６０は光源装置２０に電気的に接続され、第１の光線束Ｋ１の光量と第２の光線束Ｋ２の光量との比を調整するように、第１の発光ユニット２１と第２の発光ユニット２２とを制御する。例えば、制御装置６０は、不図示の光検出センサーの検出結果に基づいて、第１の発光ユニット２１及び第２の発光ユニット２２の駆動を制御する。

本実施形態において、光源装置２０は、第１の光線束Ｋ１及び第２の光線束Ｋ２を含む光線束Ｋを射出する。第１の光線束Ｋ１及び第２の光線束Ｋ２は第１の波長の光（青色レーザー光）から構成される。そのため、光源装置２０は、第１の波長帯の光線束Ｋ１を射出するようになっている。

光源装置２０から射出された光線束Ｋはコリメーター光学系１９に入射する。コリメーター光学系１９は、光源装置２０から射出された光線ＢＬ１及びＢＬ２をそれぞれ平行化することで光線束Ｋを平行光束に変換する。コリメーター光学系１９は、例えばアレイ状に配置された複数のコリメーターレンズ１９ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ１９ａ各々は、複数の半導体レーザー２１ａ，２２ａに対応して配置されている。

コリメーター光学系１９を通過した光線束Ｋは、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、光線束Ｋの光束径を調整するものである。アフォーカル光学系２３は、例えば凸レンズ２３ａ，凹レンズ２３ｂから構成されている。

アフォーカル光学系２３を透過した光線束Ｋはホモジナイザー光学系２４に入射する。ホモジナイザー光学系２４は、第１の集光光学系２６と協働して、蛍光体層３４に入射する光の照度分布を均一化する。また、ホモジナイザー光学系２４は、第２の集光光学系２９と協働して、拡散反射素子３０に入射する光の照度分布を均一化する。

ホモジナイザー光学系２４は、例えば第１マルチレンズアレイ２４ａと第２マルチレンズアレイ２４ｂとから構成されている。第１マルチレンズアレイ２４ａは複数の第１レンズ２４ａｍを含み、第２マルチレンズアレイ２４ｂは複数の第２レンズ２４ｂｍを含む。
複数の第２レンズ２４ｂｍは複数の第１レンズ２４ａｍとそれぞれ対応している。

蛍光発光素子２７と拡散反射素子３０とはそれぞれ、第１マルチレンズアレイ２４ａ（第１レンズ２４ａｍ）と光学的に共役となる位置に配置されている。また、半導体レーザー２１ａ，２２ａの光射出領域は第２マルチレンズアレイ２４ｂと光学的に共役となる位置に配置されている。

本実施形態において、色分離合成素子５０は、光軸ａｘ１，ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置されている。色分離合成素子５０の中心は互いに直交する光軸ａｘ１，ａｘ２の交点に配置されている。

色分離合成素子５０は、基材５０Ａと、第１の誘電体多層膜５１と、第２の誘電体多層膜５２とを有する。基材５０Ａは、互いに対向する第１の面５０ａと第２の面５０ｂとを有する光透過性基板から構成される。第１の面５０ａは光源装置２０に対向する側の面であり、第２の面５０ｂは拡散反射素子３０に対向する側の面である。

本実施形態において、第１の誘電体多層膜５１は特許請求の範囲に記載の「第１の光学膜」に対応し、第２の誘電体多層膜５２は特許請求の範囲に記載の「第２の光学膜」に対応する。

第１の誘電体多層膜５１は、基材５０Ａの第１の面５０ａ側の一部に設けられている。また、第２の誘電体多層膜５２は、基材５０Ａの第２の面５０ｂ側に設けられている。

図３は色分離合成素子５０の平面図である。図３は色分離合成素子５０を第１の面５０ａ側から平面視した図である。

図３に示すように、色分離合成素子５０を第１の面５０ａ側から平面視した状態において、第１の誘電体多層膜５１は基材５０Ａの中央部に設けられている。第２の誘電体多層膜５２は第１の誘電体多層膜５１の周囲を囲む枠状に設けられている。第１の誘電体多層膜５１の周縁部５１Ａは第２の誘電体多層膜５２と重なっている。

本実施形態において、色分離合成素子５０は、第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２とを含む。第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２とは、光線束Ｋに対する反射率と透過率との比が互いに異なっている。

第１の領域Ａ１は第１の光線束Ｋ１が入射する領域に対応し、第２の領域Ａ２は第２の光線束Ｋ２が入射する領域に対応する。

第１の領域Ａ１は第１の誘電体多層膜５１により構成される。第２の領域Ａ２は第２の誘電体多層膜５２により構成される。より詳しくは、第２の領域Ａ２は第２の誘電体多層膜５２のうち第１の誘電体多層膜５１と重なっている部分を除いた部分によって構成される。

本実施形態によれば、第１の誘電体多層膜５１の周縁部５１Ａと第２の誘電体多層膜５２とを重ねることで、色分離合成素子５０を平面視した際に第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２との間に隙間が生じない。これにより、色分離合成素子５０を透過する光線束Ｋは第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２のいずれかに入射するので、光線束Ｋの損失を低減できる。

図３に示すように、第１の領域Ａ１は、光線束Ｋの中心軸Ｏのまわりに対称な形状を有している。
ここで、中心軸Ｏのまわりに対称とは、中心軸Ｏの周りに回転対称であることを意味する。本実施形態において、第１の領域Ａ１は、例えば、矩形形状を有しており、２回対称である。

図２に示すように、第１の誘電体多層膜５１は、青色光からなる第１の光線束Ｋ１の一部を透過させるとともに第１の光線束Ｋ１の残りを反射させる光学特性を有する。さらに、第１の誘電体多層膜５１は、蛍光発光素子２７により生成される後述の蛍光光ＹＬを透過する光学特性を有する。

一方、第２の誘電体多層膜５２は、第２の光線束Ｋ２を反射させるとともに蛍光光ＹＬを透過する光学特性を有する。
すなわち、第２の誘電体多層膜５２は、第２の光線束Ｋ２（第１の波長帯）とは異なる波長帯（第２の波長帯）の蛍光光ＹＬを透過させる波長分離機能を有している。そのため、第２の誘電体多層膜５２により構成された第２の領域Ａ２は第１の波長帯と第２の波長帯との間で波長分離機能を有している。

第１の領域Ａ１は、第１の光線束Ｋ１の一部である光線束Ｋ１ａを透過させて第２の集光光学系２９に入射させる。第２の集光光学系２９は、光線束Ｋ１ａを拡散反射素子３０に向けて集光させる。第２の集光光学系２９は、例えばピックアップレンズ２９ａ、ピックアップレンズ２９ｂから構成されている。

また、第１の領域Ａ１は、第１の光線束Ｋ１の他の一部（残り）である光線束Ｋ１ｂを反射して第１の集光光学系２６に入射させる。
第１の集光光学系２６は、光線束Ｋ１ｂを蛍光発光素子２７の蛍光体層３４に向けて集光させる。第１の集光光学系２６は、例えばピックアップレンズ２６ａ，２６ｂから構成されている。

本実施形態において、第２の領域Ａ２は、第２の光線束Ｋ２の全てを反射して第１の集光光学系２６に入射させる。第１の集光光学系２６は、第２の光線束Ｋ２を蛍光体層３４に向けて集光させる。

拡散反射素子３０は、拡散反射板３０Ａを有し、該拡散反射板３０Ａによって第２の集光光学系２９から射出された光線束Ｋ１ａを色分離合成素子５０に向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０としては、拡散反射素子３０に入射した光線束Ｋ１ａをランバート反射させるものを用いることが好ましい。

拡散反射素子３０により拡散反射された光線束Ｋ１ａは拡散青色光Ｋ３として第２の集光光学系２９を介して色分離合成素子５０に入射する。拡散青色光Ｋ３は、色分離合成素子５０の第２の領域Ａ２により均一照明光学系４０に向けて反射される。

本実施形態の照明装置１００において、蛍光発光素子２７（蛍光体層３４）と拡散反射素子３０と色分離合成素子５０とは、光線束Ｋ１ａが第１の領域Ａ１を介して拡散反射素子３０へ入射し、光線束Ｋ１ｂが第１の領域Ａ１を介して蛍光発光素子２７へ入射し、第２の光線束Ｋ２が第２の領域Ａ２を介して蛍光発光素子２７へ入射し、第２の領域Ａ２が蛍光光ＹＬ（変換光）を拡散反射素子３０からの拡散青色光Ｋ３（反射光）と合成して照明光ＷＬを生成するように配置されている。

すなわち、本実施形態の照明装置１００では、位相差板を用いることなく、２つの発光ユニット２１，２２から射出した光を蛍光発光素子２７に入射する光線束Ｋ１ｂと拡散反射素子３０に入射する光線束Ｋ１ａとに分離可能となっている。

蛍光発光素子２７は、蛍光体層３４と、蛍光体層３４を支持する基板３５と、蛍光体層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、蛍光体層３４は特許請求の範囲の「波長変換素子」に対応する。

蛍光発光素子２７においては、蛍光体層３４の光線束Ｋ１ｂが入射する側と反対側の面を基板３５に接触させた状態で、蛍光体層３４の側面と基板３５との間に設けられた固定部材３６によって、蛍光体層３４が基板３５に固定支持されている。

蛍光体層３４は、光線束Ｋ１ｂを吸収して黄色の蛍光光ＹＬに変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよく、互いに形成材料が異なっている２種以上の粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いてもよい。本実施形態において、蛍光光ＹＬは特許請求の範囲の「第２の波長帯の変換光」に対応する。

蛍光体層３４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３４としては、例えば、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を好適に用いることができる。

蛍光体層３４の光線束Ｋ１ｂが入射する側とは反対側には、反射部３７が設けられている。反射部３７は、蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬのうち、基板３５側に向かう蛍光光ＹＬを反射する機能を有している。これにより、蛍光体層３４から効率的に蛍光光ＹＬを第１の集光光学系２６側へ取り出すことができる。

具体的に、反射部３７は、蛍光体層３４の光線束Ｋ１ｂが入射する側とは反対側の面に反射膜３７ａを設けることによって構成することができる。この場合、反射膜３７ａの蛍光体層３４と対向する面が反射面となる。反射部３７は、基板３５が光反射特性を有する基材からなる構成であってもよい。この場合、反射膜３７ａを省略し、基板３５の蛍光体層３４と対向する面を反射面とすることができる。

固定部材３６には、光反射特性を有する無機接着剤を用いることが好ましい。この場合、光反射特性を有する無機接着剤によって蛍光体層３４の側面から漏れ出す光を蛍光体層３４内へと反射させることができる。これにより、蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬの第１の集光光学系２６側への光取り出し効率を更に高めることができる。

基板３５の蛍光体層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においては、ヒートシンク３８を介して放熱できるため、蛍光体層３４の熱劣化を防ぐことができる。

蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬのうち、一部の成分は、反射部３７によって反射され、第１の集光光学系２６に向かって射出される。また、蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬのうち、他の成分は、反射部３７を介さずに第１の集光光学系２６に向かって射出される。

蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬは、第１の集光光学系２６を介して色分離合成素子５０に入射する。蛍光光ＹＬは、色分離合成素子５０の第２の領域Ａ２を透過して均一照明光学系４０に入射する。

本実施形態の色分離合成素子５０によれば、蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬは、第１の領域Ａ１および第２の領域Ａ２を透過する。拡散青色光Ｋ３のうち第２の領域Ａ２に入射した成分は第２の領域Ａ２で反射される。拡散青色光Ｋ３のうち第１の領域Ａ１に入射した成分の一部は第１の領域Ａ１で反射される。これにより、照明光ＷＬが効率良く生成される。

また、本実施形態の照明装置１００によれば、制御装置６０により第１の発光ユニット２１及び第２の発光ユニット２２を制御することで、第１の光線束Ｋ１の光量と第２の光線束Ｋ２の光量との比を調整できる。これにより、照明光ＷＬの色バランス（ホワイトバランス）を調整することができる。

本実施形態において、制御装置６０は、例えば、照明光ＷＬを生成する青色光（拡散青色光Ｋ３）と黄色光（蛍光光ＹＬ）との比率が１：４の割合となるように、第１の発光ユニット２１及び第２の発光ユニット２２を制御する。

照明光ＷＬは均一照明光学系４０に入射する。
均一照明光学系４０は、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備える。均一照明光学系４０は、照明光ＷＬの強度分布を被照明領域において均一化する。均一照明光学系４０から射出された照明光ＷＬは色分離導光光学系２００へ入射する。

具体的にインテグレーター光学系３１は、例えば、レンズアレイ３１ａ，レンズアレイ３１ｂから構成されている。レンズアレイ３１ａ，３１ｂは、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。

インテグレーター光学系３１を通過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、例えば、偏光分離膜と位相差板とから構成され、照明光ＷＬを直線偏光に変換する。なお、偏光変換素子３２は必須ではない。

偏光変換素子３２を通過した照明光ＷＬは、重畳光学系３３に入射する。重畳光学系３３は、例えば、重畳レンズから構成され、偏光変換素子３２から射出された照明光ＷＬを被照明領域に重畳させる。本実施形態では、インテグレーター光学系３１と重畳光学系３３とによって、被照明領域における照度分布が均一化される。

以上述べたように、本実施形態の照明装置１００によれば、位相差板を用いることなく、２つの発光ユニット２１，２２から射出した光を蛍光発光素子２７に入射する光線束Ｋ１ｂと拡散反射素子３０に入射する光線束Ｋ１ａとに分離することで照明光ＷＬを生成することができる。これにより、照明装置１００における部品コストを低減できる。

よって、本実施形態の照明装置１００を備えるプロジェクター１のコストを低減することができる。また、本実施形態のプロジェクター１によれば、照明装置１００において照明光ＷＬのホワイトバランスを最適に調整することで品質の良い画像を表示することができる。

また、本実施形態の色分離合成素子５０において、第１の領域Ａ１は、該色分離合成素子５０に入射する光線束Ｋの中心軸Ｏのまわりに対称な形状を有している。そのため、色分離合成素子５０によって合成される照明光ＷＬは、その中心軸回りに拡散青色光Ｋ３及び蛍光光ＹＬが均一に分布した状態となっている。したがって、均一照明光学系４０は、このような照明光ＷＬを用いることで、被照明領域（光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域）において、拡散青色光Ｋ３及び蛍光光ＹＬを重畳させ易くすることができる。よって、品質の良い画像を表示することができる。

（第二実施形態）
続いて、第二実施形態に係る照明装置について説明する。本実施形態と第一実施形態との違いは照明装置の構成であり、それ以外の構成は共通である。以下、上記実施形態と共通の部材及び構成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４は本実施形態の照明装置１００Ａの概略構成を示す平面図である。
照明装置１００Ａは、図４に示すように、光源装置２０と、コリメーター光学系１９と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、色分離合成素子１５０と、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、均一照明光学系４０と、制御装置６０とを備えている。

本実施形態において、光源装置２０と、コリメーター光学系１９と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、色分離合成素子１５０と、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。
一方、拡散反射素子３０と、第２の集光光学系２９と、色分離合成素子１５０と、均一照明光学系４０とは、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。

すなわち、本実施形態の照明装置１００Ａは、光源装置２０に対する蛍光発光素子２７及び拡散反射素子３０の位置関係が第一実施形態の照明装置１００の位置関係と反転している。

色分離合成素子１５０は、基材５０Ａと、第１の誘電体多層膜１５１と、第２の誘電体多層膜１５２とを有する。第１の誘電体多層膜１５１は第１の領域Ａ１を構成し、第２の誘電体多層膜１５２は第２の領域Ａ２を構成している。

なお、色分離合成素子１５０は、第１の誘電体多層膜１５１及び第２の誘電体多層膜１５２の光学特性が異なる以外、第１実施形態の色分離合成素子５０と同一の構成を有する。

本実施形態において、第１の誘電体多層膜１５１は、青色光からなる第１の光線束Ｋ１の一部を反射させるとともに第１の光線束Ｋ１の残りを透過させる光学特性を有する。さらに、第１の誘電体多層膜１５１は、蛍光発光素子２７により生成される蛍光光ＹＬを反射する光学特性を有する。

一方、第２の誘電体多層膜１５２は、第２の光線束Ｋ２を透過させるとともに蛍光光ＹＬを反射する光学特性を有する。

本実施形態において、第１の領域Ａ１は、第１の光線束Ｋ１の一部である光線束Ｋ１ａを反射することで拡散反射素子３０に入射させる。拡散反射素子３０により拡散反射された拡散青色光Ｋ３は、色分離合成素子１５０の第２の領域Ａ２を透過する。

なお、第１の領域Ａ１に入射した拡散青色光Ｋ３の一部は、第１の領域Ａ１を構成する第１の誘電体多層膜１５１を透過するため、照明光ＷＬの生成に利用される。よって、照明光ＷＬを合成する際の拡散青色光Ｋ３の損失を少なくできる。

本実施形態において、第１の領域Ａ１を構成する第１の誘電体多層膜１５１は拡散青色光Ｋ３を透過する特性を有する。そのため、本実施形態の構成においては、平面視した状態において、第１の誘電体多層膜１５１の全てが第２の誘電体多層膜１５２と重なった状態に形成されていても良い。

第１の領域Ａ１は、第１の光線束Ｋ１の他の一部（残り）である光線束Ｋ１ｂを透過することで蛍光発光素子２７に入射させる。また、第２の領域Ａ２は、第２の光線束Ｋ２の全てを透過することで蛍光発光素子２７に入射させる。

本実施形態において、蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬは、第１の領域Ａ１および第２の領域Ａ２で反射される。拡散青色光Ｋ３のうち第２の領域Ａ２に入射した成分は第２の領域Ａ２を透過する。拡散青色光Ｋ３のうち第１の領域Ａ１に入射した成分の一部は第１の領域Ａ１を透過する。これにより、照明光ＷＬが生成される。

本実施形態の照明装置１００Ａにおいても、位相差板を用いることなく、２つの発光ユニット２１，２２から射出した光を蛍光発光素子２７に入射する光線束Ｋ１ｂと拡散反射素子３０に入射する光線束Ｋ１ａとに分離して照明光ＷＬを生成することができる。

（第三実施形態）
続いて、第三実施形態に係る照明装置について説明する。本実施形態と第一実施形態との違いは照明装置の構成であり、それ以外の構成は共通である。以下、上記実施形態と共通の部材及び構成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は本実施形態の照明装置１００Ｂの概略構成を示す平面図である。
照明装置１００Ｂは、図５に示すように、光源装置２０と、コリメーター光学系１９と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、色分離合成素子２５０と、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、均一照明光学系４０と、制御装置６０とを備えている。

本実施形態において、色分離合成素子２５０は、基材５０Ａと、第１の誘電体多層膜２５１と、第２の誘電体多層膜２５２とを有する。第１の誘電体多層膜２５１は第１の領域Ａ１を構成し、第２の誘電体多層膜２５２は第２の領域Ａ２を構成している。なお、色分離合成素子２５０は、第１の誘電体多層膜２５１及び第２の誘電体多層膜２５２の光学特性が異なる以外、第１実施形態の色分離合成素子５０と同一の構成を有する。

本実施形態において、第１の誘電体多層膜２５１は、青色光からなる第１の光線束Ｋ１の一部を反射させるとともに第１の光線束Ｋ１の残りを透過させる光学特性を有する。また、第１の誘電体多層膜２５１は蛍光光ＹＬを透過する光学特性を有する。

一方、第２の誘電体多層膜２５２は、第２の光線束Ｋ２の一部を反射、残りを透過させる光学特性を有する。また、第２の誘電体多層膜２５２は蛍光光ＹＬを透過する光学特性を有する。

本実施形態において、第１の誘電体多層膜２５１及び第２の誘電体多層膜２５２における青色光（光線束Ｋ）の反射率が互いに異なっている。例えば、第１の誘電体多層膜２５１は、青色光（第１の光線束Ｋ１）における反射率が３０％に設定され、第２の誘電体多層膜２５２は、青色光（第２の光線束Ｋ２）における反射率が１０％に設定される。このように第１の誘電体多層膜２５１及び第２の誘電体多層膜２５２における青色光（光線束Ｋ）の反射率を異ならせることでも、第１実施形態と同様、明るい照明光ＷＬを生成することができる。

本実施形態において、第１の領域Ａ１は、第１の光線束Ｋ１の一部である光線束Ｋ１ａを透過することで拡散反射素子３０に入射させる。また、第２の領域Ａ２は、第２の光線束Ｋ２の一部である光線束Ｋ２ａを透過させることで拡散反射素子３０に入射させる。拡散反射素子３０は、光線束Ｋ１ａ，Ｋ２ａを拡散青色光Ｋ３として反射する。拡散青色光Ｋ３の一部である拡散青色光Ｋ３ａは、色分離合成素子２５０の第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２で反射される。

第１の領域Ａ１は、第１の光線束Ｋ１の他の一部（残り）である光線束Ｋ１ｂを反射することで蛍光発光素子２７に入射させる。また、第２の領域Ａ２は、第２の光線束Ｋ２の他の一部（残り）である光線束Ｋ２ｂを反射することで蛍光発光素子２７に入射させる。

本実施形態において、蛍光光ＹＬは、光線束Ｋ１ｂ及び光線束Ｋ２ｂを変換することで生成される。蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬは、色分離合成素子２５０の第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２を透過することで、第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２で反射された拡散青色光Ｋ３ａと合成されて照明光ＷＬを生成する。

本実施形態の照明装置１００Ｂにおいても、位相差板を用いることなく、２つの発光ユニット２１，２２から射出した光を蛍光発光素子２７に入射する光線束Ｋ１ｂと拡散反射素子３０に入射する光線束Ｋ１ａとに分離して照明光ＷＬを生成することができる。

（第四実施形態）
続いて、第四実施形態に係る照明装置について説明する。本実施形態と第一実施形態との違いは照明装置の構成であり、それ以外の構成は共通である。以下、上記実施形態と共通の部材及び構成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は本実施形態の照明装置１００Ｃの概略構成を示す平面図である。
照明装置１００Ｃは、図６に示すように、光源装置２０と、コリメーター光学系１９と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、色分離合成素子３５０と、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、均一照明光学系４０と、制御装置６０とを備えている。

本実施形態において、光源装置２０と、コリメーター光学系１９と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、色分離合成素子３５０と、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。
一方、拡散反射素子３０と、第２の集光光学系２９と、色分離合成素子３５０と、均一照明光学系４０とは、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。

すなわち、本実施形態の照明装置１００Ｃは、光源装置２０に対する蛍光発光素子２７及び拡散反射素子３０の位置関係が第三実施形態の照明装置１００Ｂの位置関係と反転している。

色分離合成素子３５０は、基材５０Ａと、第１の誘電体多層膜３５１と、第２の誘電体多層膜３５２とを有する。第１の誘電体多層膜３５１は第１の領域Ａ１を構成し、第２の誘電体多層膜３５２は第２の領域Ａ２を構成している。なお、色分離合成素子３５０は、第１の誘電体多層膜３５１及び第２の誘電体多層膜３５２の光学特性が異なる以外、第１実施形態の色分離合成素子５０と同一の構成を有する。

本実施形態において、第１の誘電体多層膜３５１は、青色光からなる第１の光線束Ｋ１の一部を反射、残りを透過させる光学特性を有する。また、第１の誘電体多層膜３５１は蛍光光ＹＬを反射する光学特性を有する。

一方、第２の誘電体多層膜３５２は、第２の光線束Ｋ２の一部を反射、残りを透過させる光学特性を有する。また、第２の誘電体多層膜３５２は蛍光光ＹＬを反射する光学特性を有する。

本実施形態において、第１の誘電体多層膜３５１は、青色光（第１の光線束Ｋ１）における反射率が７０％に設定され、第２の誘電体多層膜３５２は、青色光（第２の光線束Ｋ２）における反射率が９０％に設定される。

第１の領域Ａ１は、光線束Ｋ１ｂを透過することで蛍光発光素子２７に入射させる。また、第２の領域Ａ２は光線束Ｋ２ｂを透過することで蛍光発光素子２７に入射させる。拡散反射素子３０により拡散反射された拡散青色光Ｋ３の一部である拡散青色光Ｋ３ｂは、色分離合成素子２５０の第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２を透過する。

蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬは、色分離合成素子３５０の第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２で反射されることで、第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２を透過した拡散青色光Ｋ３ｂと合成され、照明光ＷＬを生成する。

本実施形態の照明装置１００Ｃにおいても、位相差板を用いることなく、２つの発光ユニット２１，２２から射出した光を蛍光発光素子２７に入射する光線束Ｋ１ｂと拡散反射素子３０に入射する光線束Ｋ１ａとに分離して照明光ＷＬを生成することができる。

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、上記実施形態では、色分離合成素子５０，１５０，２５０，３５０として、第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２を一つずつ有するものを例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、第１の領域Ａ１を複数有していても良い。

図７は変形例に係る色分離合成素子４５０の平面図である。図７に示すように、色分離合成素子４５０は、基材５０Ａ上に、複数（５つ）の第１の領域Ａ１と、ひとつの第２の領域Ａ２とを有する。第１の領域Ａ１は第１の誘電体多層膜４５１から構成され、第２の領域Ａ２は第２の誘電体多層膜４５２から構成される。

第１の領域Ａ１は、基材５０Ａを第１の面５０ａ側から平面視した状態において、基材５０Ａの中央部（光線束Ｋの中心軸Ｏ）に１つと、中心軸Ｏから等しい距離（中心軸Ｏの周りに回転対称）に４つずつ設けられている。

第２の領域Ａ２は、基材５０Ａの第２の面５０ｂ側に設けられている。第１の領域Ａ１の一部（第１の誘電体多層膜４５１の周縁部４５１ａ）は第２の領域Ａ２（第２の誘電体多層膜４５２）と重なっている。なお、第２の領域Ａ２を構成する第２の誘電体多層膜４５２は、第１の領域Ａ１の重なり部分（周縁部５１ａ）以外の部分についてはくりぬかれた状態とされている。

本変形例に係る色分離合成素子４５０においては、複数の第１の領域Ａ１を中心軸Ｏのまわりに回転対称に配置している。そのため、色分離合成素子４５０によって合成される照明光ＷＬは、その光軸回りに拡散青色光Ｋ３ａ及び蛍光光ＹＬが均一に分布した状態となる。このような照明光ＷＬは被照明領域における重畳性が向上するので、品質の良い表示画像を得ることができる。

他の変形例として、図８に示す色分離合成素子５５０のように、第１の領域Ａ１を枠状としても良い。この場合、第２の領域Ａ２は、平面視した状態において、枠状の第１の領域Ａ１の内側及び外側に設けられている。

あるいは、図９に示す色分離合成素子６５０のように、矩形状の第１の領域Ａ１における長辺方向の幅が基材６５０Ａの短辺方向の幅に一致するような形状であっても良く、このようにすれば、第１の領域Ａ１の面積を大きく確保することができる。

また、上記実施形態及び変形例では、色分離合成素子として、基材上の異なる面に第１の誘電体多層膜及び第２の誘電体多層膜をそれぞれ形成する構成を例に挙げたが、基材を省いて２枚の誘電体多層膜のみから構成しても良い。また、基材上の同一面上に２枚の誘電体多層膜を形成するようにしても良い。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置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。

また、上記実施形態では、ホモジナイザー光学系２４を備える照明装置を示したが、ホモジナイザー光学系２４は必須ではない。

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。

１…プロジェクター、２０…光源装置、２１…第１の発光ユニット、２１ａ…半導体レーザー、２２…第２の発光ユニット、２２ａ…半導体レーザー、３０…拡散反射素子、３４…蛍光体層、５０，３５０，３５０，４５０…色分離合成素子、５１，２５１，３５１，４５１…第１の誘電体多層膜、５２，２５２，３５２，４５２…第２の誘電体多層膜、６０…制御装置、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…照明装置、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…光変調装置、６００…投射光学系、Ａ１…第１の領域、Ａ２…第２の領域、Ｋ１…第１の光線束、Ｋ２…第２の光線束、ＷＬ…照明光、ＹＬ…蛍光光。

Claims (6)

1. 第１の発光ユニットと第２の発光ユニットとを含み、第１の波長帯の光線束を射出する光源装置と、
   前記光線束を第２の波長帯の変換光に変換する波長変換素子と、
   前記光源装置と前記波長変換素子との間の光路中に設けられ、前記変換光を反射又は透過させる色分離合成素子と、
   拡散反射素子と、を備える照明装置であって、
   前記色分離合成素子は、前記光線束に対する反射率と透過率との比が互いに異なる少なくとも一つの第１の領域と少なくとも一つの第２の領域とを有し、
   前記光源装置から射出された前記光線束は、前記第１の発光ユニットから射出された第１の光線束および前記第２の発光ユニットから射出された第２の光線束を含み、
   前記波長変換素子と前記拡散反射素子と前記色分離合成素子とは、
   前記第１の光線束のうち一部は、前記第１の領域を介して前記拡散反射素子へ入射し、
   前記第１の光線束のうち他の一部は、前記第１の領域を介して前記波長変換素子へ入射し、
   前記第２の光線束のうち少なくとも一部は、前記第２の領域を介して前記波長変換素子へ入射し、
   前記第２の領域が前記変換光を前記拡散反射素子からの反射光の少なくとも一部と合成して照明光を生成するように配置され、
   前記色分離合成素子は、互いに対向する第１の面と第２の面とを有する基板と、前記少なくとも一つの第１の領域を構成する第１の光学膜と、前記少なくとも一つの第２の領域を構成する第２の光学膜と、を備え、
   前記第１の光学膜は前記基板の前記第１の面側に設けられ、
   前記第２の光学膜は前記基板の前記第２の面側に設けられており、
   平面視した状態において、前記第１の光学膜の少なくとも一部は前記第２の光学膜と重なっている
   照明装置。
2. 前記第２の領域は、前記第１の波長帯と前記第２の波長帯との間で波長分離機能を有している
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記少なくとも一つの第１の領域は、前記光線束の中心軸のまわりに対称な形状を有している
   請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記少なくとも一つの第１の領域は複数の第１の領域からなり、
   前記複数の第１の領域は、前記光線束の中心軸のまわりに対称に配置されている
   請求項３に記載の照明装置。
5. 前記第１の光線束の光量と前記第２の光線束の光量との比を調整するように、前記第１の発光ユニットと前記第２の発光ユニットとをそれぞれ制御する制御装置をさらに備える
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 請求項１乃至５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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