JP6880694B2 - 照明装置及びプロジェクター - Google Patents

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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る照明装置として、高輝度、高出力の光が得られる半導体レーザー等の発光素子を用いたものが注目されている。このような照明装置では、一対のマルチレンズアレイを用いることで、蛍光体層の所定の領域を複数の発光素子からの光によって均一に照明している。（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１４−１３８１４８号公報
ところで、レーザー光を蛍光体層の所定の領域に照射するには、前段のマルチレンズアレイから射出された複数の光線各々が、後段のマルチレンズアレイの対応するレンズに入射しなければならない。しかしながら、前段のマルチレンズアレイよりも前段の光学系や発光素子のアライメントに多少のずれ（実装誤差）が生じることは避けられない。なお、実装誤差とは、前段のマルチレンズアレイなどの光学系や発光素子の公差によるアライメントのずれも含む。
このような実装誤差があると、前段のマルチレンズアレイから射出された光線が、後段のマルチレンズアレイの対応するレンズに入射できず、その光線は所定外の領域を照射してしまい、光の利用効率が低下す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、実装誤差の影響を受け難い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た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波長帯を有する光、を発する複数の発光素子と、前記複数の発光素子から射出された前記光が入射するコリメート光学系と、前記コリメート光学系から射出された前記光が入射し、複数の第１レンズを有する第１マルチレンズアレイと、前記第１マルチレンズアレイから射出された前記光が入射し、複数の第２レンズを有する第２マルチレンズアレイと、前記第２マルチレンズアレイから射出された前記光が入射する重畳レンズと、拡散反射素子と、前記重畳レンズから射出された前記光が入射する波長変換素子と、前記第２マルチレンズアレイから射出された前記光を、前記拡散反射素子に向かう第１光と、前記波長変換素子に向かう第２光と、に分離する光学素子と、を備える照明装置であって、前記複数の第２レンズ各々は、前記複数の第１レンズに対応して配列され、前記複数の第１レンズは、複数の第１レンズ列をなし、前記複数の第１レンズ列が配列している方向を第１方向とし、該第１方向と直交する方向を第２方向としたとき、前記複数の第２レンズのうち一つの第２レンズの該第１方向の幅は該第２方向に分布を有しており、前記一つの第２レンズの前記幅の最大値は、前記複数の第１レンズのうち前記一つの第２レンズと対応した一つの第１レンズの該第１方向の幅よりも大きく、前記拡散反射素子は、前記第１光を前記光学素子に向けて反射し、前記波長変換素子は、前記第２光を、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する第３光に変換し、前記光学素子は、前記第１光と前記第３光とを合成す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、第２レンズの第１方向の幅の最大値が第１レンズの第１方向の幅よりも大きくなっている。これにより、例えば、発光素子から射出された光の２次光源像が、発光素子の実装誤差のために第２レンズ上において第１方向にずれた場合でも、２次光源像が第２レンズからはみ出し難い。よって、発光素子から射出された光が所定の被照明領域に効率良く入射するので、高い光利用効率を得ることができる。
上記第１態様において、前記一つの第２レンズ上に形成される２次光源像は、長手方向を有し、前記長手方向は、前記第１方向と平行であるのが好ましい。
２次光源像が長手方向にずれると、第２レンズからはみ出しやすい。しかし、本構成によれば、長手方向に２次光源像がずれたとしても、２次光源像が第２レンズからはみ出し難い。
上記第１態様において、前記複数の第２レンズ各々は、六角形の平面形状を有しているのが好ましい。
この構成によれば、第２レンズが細密充填されている。
上記第１態様において、前記重畳レンズから射出された光が入射する波長変換素子をさらに備えているのが好ましい。
この構成によれば、波長変換素子で生成した光を含む照明光を生成できる。
上記第２態様に従えば、上記第１態様に係る照明装置と、前記照明装置から射出された光が入射する波長変換素子と、前記波長変換素子から射出された光を画像情報に応じて変調して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、上記照明装置を備えるため、光利用効率が高い。
本発明の第３態様に従えば、上記第１態様に係る照明装置と、前記照明装置から射出された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、を備えるプロジェクターが提供される。
第３態様に係るプロジェクターによれば、上記光源装置を備えるため、光利用効率が高い。
第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図。 照明装置の概略構成を示す平面図。 半導体レーザーの光射出領域を平面視した図。 比較例に係る照明装置の要部構成を示す図。 比較例に係る第１マルチレンズアレイを＋Ｘ方向から見た平面図。 比較例に係る第２マルチレンズアレイを＋Ｘ方向から見た平面図。 第１実施形態に係る第１マルチレンズアレイを＋Ｘ方向から見た平面図。 第１実施形態に係る第２マルチレンズアレイを＋Ｘ方向から見た平面図。 第１、第２レンズを光軸と平行な方向から見た図。 第１変形例に係るホモジナイザー光学系の構成を示す図。 第２変形例において第２レンズ上に形成された２次光源像を示す図。 第２実施形態のプロジェクターを示す概略構成図。 青色光用照明装置の概略構成を示す図。 変形例に係る第２レンズを示す図。
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。
（第１実施形態）
まず、本実施形態に係るプロジェクターについて説明する。図１は本実施形態のプロジェクター１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（Ｒ）、緑色光（Ｇ）及び青色光（Ｂ）を含む白色光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からの白色光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。液晶パネルの動作モードは、ＴＮモード、ＶＡモード、横電界モード等、特に限定されるものではない。
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、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。
（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。以下に示す図面においては、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、複数の半導体レーザー２１１からなるアレイ光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１の位相差板１５と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０Ａを含む光学素子２５Ａと、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、第２の位相差板２８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とを備えている。
本実施形態において、複数の半導体レーザー２１１は特許請求の範囲の「複数の発光素子」に対応する。
これらの構成要素のうち、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１の位相差板１５と、ホモジナイザー光学系２４と、光学素子２５Ａと、第２の位相差板２８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。
一方、蛍光発光素子２７と、第１の集光光学系２６と、光学素子２５Ａ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、同一面内にあり、互いに直交する位置関係にある。
アレイ光源２１は、複数の半導体レーザー２１１を備える。複数の半導体レーザー２１１は光軸ａｘ１と直交する同一面内において、アレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー２１１は、例えばピーク波長が４６０ｎｍの青色レーザー光からなる光線ＢＬを射出する。
このような構成に基づき、アレイ光源２１は複数の光線ＢＬからなる光線束Ｋ１を射出するようになっている。
図３は半導体レーザー２１１の光射出領域を平面視した図である。図３に示すように、半導体レーザー２１１の光射出領域２１１Ａは、長手方向および短手方向を有した、例えば、略矩形の平面形状を有している。光射出領域２１１Ａの長手方向は、図２に示した光軸ａｘ２（Ｙ方向）に沿った方向に対応している。また、光射出領域２１１Ａの短手方向は、Ｚ方向に沿った方向に対応している。
図２に戻って、アレイ光源２１から射出された光線束Ｋ１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ＢＬ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から構成されている。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２１１に対応して配置されている。
コリメーター光学系２２を通過した光線束Ｋ１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Ｋ１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Ｋ１は第１の位相差板１５に入射する。第１の位相差板１５は、例えば回転可能とされた１／２波長板である。半導体レーザー２１１から射出された光線ＢＬは直線偏光である。１／２波長板の回転角度を適切に設定することにより、第１の位相差板１５を透過した光線ＢＬを、偏光分離素子５０Ａに対するＳ偏光成分の光線ＢＬｓとＰ偏光成分の光線ＢＬｐとを所定の比率で含む光（光線束Ｋ１）に変換することができる。
上記光線ＢＬｓ及び光線ＢＬｐを含んだ光線束Ｋ１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上での光線ＢＬｓによる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、拡散反射板３０Ａ上での後述の光線ＢＬｃ’による照度分布を均一化する。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。
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２１１の光射出領域２１１Ａ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。
ところで、半導体レーザー２１１、または該半導体レーザー２１１に対応したコリメーターレンズ２２ａのアライメントに多少のずれが生じることが避けられない。つまり、本実施形態において、照明装置１００は多少の実装誤差を有したものとなっている。なお、実装誤差とは、前段のマルチレンズアレイなどの光学系や発光素子の公差によるアライメントのずれも含む。
ここで、比較例を参照しながら、本実施形態の照明装置１００の要部構成及びその効果について説明する。
図４は、比較例に係る照明装置１００Ａの要部構成を示す図である。なお、図４はホモジナイザー光学系２４をホモジナイザー光学系１２４に置き換えた以外、本実施形態の照明装置１００と同じ構成を有している。図４では、ホモジナイザー光学系１２４、アレイ光源２１、コリメーターレンズ２２ａのみを図示している。
ホモジナイザー光学系１２４は、複数の第１レンズ１２４ａｍを含む第１マルチレンズアレイ１２４ａと、複数の第２レンズ１２４ｂｍを含む第２マルチレンズアレイ１２４ｂとを備える。
たとえば半導体レーザー２１１において上記の実装誤差が生じると、蛍光体層３４上での光線ＢＬｓによる照度分布の均一性が低下する。これは、光射出領域２１１Ａから射出された光線ＢＬによって第２レンズ１２４ｂｍ上に形成された２次光源像Ｇの位置が、後述のように第２レンズ１２４ｂｍの所定の位置からずれるためである。
上述のように光射出領域２１１Ａの平面形状がＹ方向に長手方向を有する形状（例えば、長方形）の場合、光射出領域２１１Ａと光学的に共役関係となる第２レンズ１２４ｂｍ上に形成される２次光源像Ｇの平面形状は、Ｙ方向に長手方向を有した形状（長方形）となる。
ここで、実装誤差による第２レンズ１２４ｂｍ上での２次光源像の移動はあらゆる方向に発生する可能性がある。
図５Ａは第１マルチレンズアレイ１２４ａを＋Ｘ方向から見た平面図であり、図５Ｂは第２マルチレンズアレイ１２４ｂを＋Ｘ方向から見た平面図である。
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ホモジナイザー光学系１２４においては、第１レンズ１２４ａｍの大きさは第２レンズ１２４ｂｍの大きさと同一となっている。具体的に、第１レンズ１２４ａｍの平面形状および第２レンズ１２４ｂｍの平面形状はいずれも、一つの辺がＹ方向と平行な正方形である。
実装誤差が生じると、２次光源像Ｇは所定の位置からずれる。図５Ｂにおいて、２次光源像Ｇが形成されるべき第２レンズ１２４ｂｍを第２レンズ１２４ｂｍｍと称する。図５Ｂからわかるように、２次光源像Ｇが光射出領域２１１Ａの長手方向（Ｙ方向）にずれた場合の方が、Ｚ方向へずれた場合よりも第２レンズ１２４ｂｍｍからはみ出しやすい。２次光源像Ｇのうち第２レンズ１２４ｂｍｍからはみ出した部分からの光は所定の被照明領域に入射しないため、光利用効率が低下してしまう。
これに対し、本実施形態の照明装置１００は、配列及び形状に特徴を持つ第１マルチレンズアレイ２４ａ及び第２マルチレンズアレイ２４ｂを有したホモジナイザー光学系２４を備えている。
以下、ホモジナイザー光学系２４の構成について詳しく説明する。
図６Ａは第１マルチレンズアレイ２４ａを＋Ｘ方向から見た平面図であり、図６Ｂは第２マルチレンズアレイ２４ｂを＋Ｘ方向から見た平面図である。
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、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を含み、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。
本実施形態においては、第２レンズ２４ｂｍの平面形状を第１レンズ２４ａｍの平面形状（略正方形）と異ならせている。
図６Ａに示すように、第１マルチレンズアレイ２４ａにおいて、複数の第１レンズ２４ａｍは複数の第１レンズ列ＬＬ１をなすように配置されている。本実施形態において、第１マルチレンズアレイ２４ａは４つの第１レンズ列ＬＬ１からなる。４つの第１レンズ列ＬＬ１はＹ方向に沿って配列している。各第１レンズ列ＬＬ１は４つの第１レンズ２４ａｍからなる。第１マルチレンズアレイ２４ａでは、隣り合う第１レンズ列ＬＬ１同士の互いのＺ方向における位置が異なっている。
これにより、第１マルチレンズアレイ２４ａは合計１６個の第１レンズ２４ａｍを千鳥状に配置した構造を有している。本実施形態において、複数の第１レンズ２４ａｍの平面形状は、一つの辺がＹ方向と平行な正方形である。なお、各第１レンズ列ＬＬ１を構成する第１レンズ２４ａｍの数、第１レンズ列ＬＬ１の列数は上述の構成に限定されることは無い。
ここで、複数の第１レンズ列ＬＬ１が配列しているＹ方向を第１方向とし、第１方向と直交するＺ方向を第２方向と称す。
図６Ｂに示すように、第２マルチレンズアレイ２４ｂは、第１マルチレンズアレイ２４ａと同様、合計１６個の第２レンズ２４ｂｍを千鳥状に配置した構造を有している。本実施形態において、第２レンズ２４ｂｍの平面形状は、第１方向（Ｙ方向）の幅Ｈ２が第２方向（Ｚ方向）に分布を有している。第１レンズ２４ａｍ１の第１方向（Ｙ方向）の幅Ｈ１は一定である。以下、特に断らなければ、幅は第１方向の幅を意味する。
ここで、第２レンズ２４ｂｍの幅Ｈ２の最大値を最大幅Ｈ２ｍａｘとし、最小値を最小幅Ｈ２ｍｉｎとする。
具体的に本実施形態においては、複数の第２レンズ２４ｂｍの平面形状を六角形としている。このように、第２マルチレンズアレイ２４ｂでは第２レンズ２４ｂｍの平面形状を六角形とすることによって、該第２レンズ２４ｂｍが細密充填されている。
以下、複数の第２レンズ２４ｂｍのうち一つの第２レンズを第２レンズ２４ｂｍ１とする。また、複数の第１レンズ２４ａｍのうち第２レンズ２４ｂｍ１と対応した一つの第１レンズを第１レンズ２４ａｍ１とする。
第１レンズ２４ａｍ１とは特許請求の範囲に記載の「複数の第１レンズのうち一つの第２レンズと対応した一つの第１レンズ」に対応し、第２レンズ２４ｂｍ１とは特許請求の範囲に記載の「複数の第２レンズのうち一つの第２レンズ」に対応する。
図７は第１レンズ２４ａｍ１と第２レンズ２４ｂｍ１とを光軸ａｘ１と平行な方向から見た図である。図７では、第１レンズ２４ａｍ１を破線で図示してある。第１レンズ２４ａｍ１の光軸は第２レンズ２４ｂｍ１の光軸ＯＡと一致している。
図７に示すように、第２レンズ２４ｂｍ１の最大幅Ｈ２ｍａｘは、第１レンズ２４ａｍ１の幅Ｈ１よりも大きい。第２レンズ２４ｂｍ１において、最大幅Ｈ２ｍａｘは第２方向（Ｚ方向）の中央部分に位置する。Ｈ１=（Ｈ２ｍａｘ＋Ｈ２ｍｉｎ）/２である。
ホモジナイザー光学系２４は、仮に実装誤差が無いとした場合に、２次光源像Ｇが第２レンズ２４ｂｍ１の光軸を中心として形成されるように設計されている。
本実施形態において、光射出領域２１１Ａの長手方向（Ｙ方向）は、第２レンズ２４ｂｍ１が最大幅Ｈ２ｍａｘを持つ第１方向（Ｙ方向）と一致している。すなわち、第２レンズ２４ｂｍ１上に形成された２次光源像Ｇの長手方向は、第１方向とほぼ一致する。
本実施形態において、第２レンズ２４ｂｍ１の最大幅Ｈ２ｍａｘは、第１レンズ２４ａｍ１の幅Ｈ１よりも大きい。したがって、従来技術において、はみ出しが生じやすかったＹ方向に２次光源像Ｇがずれたとしても、図７に示すように、２次光源像Ｇが第２レンズ２４ｂｍ１からはみ出し難い。
また、本実施形態においては、第２レンズ２４ｂｍの平面形状を六角形としたことで複数の第２レンズ２４ｂｍが細密充填されている。
このように本実施形態のホモジナイザー光学系２４によれば、２次光源像Ｇが第２レンズ２４ｂｍからはみ出しにくい。よって、アレイ光源２１からの光を効率良く利用することができる。また、従来ほど高い実装精度が要求されないため、照明装置１００の製造が容易となってコスト低減を図ることができる。
なお、上述のように、各第２レンズ２４ｂｍから射出される光は互いに平行であるため、後述の第１の集光光学系２６又は第２の集光光学系２９を介して蛍光発光素子２７又は拡散反射素子３０に良好に集光される。
光学素子２５Ａは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ａｘ１に対して４５°の角度をなす傾斜面Ｋを有している。傾斜面Ｋは、光軸ａｘ２に対しても４５°の角度をなしている。
光学素子２５Ａは、互いに直交する光軸ａｘ１，ａｘ２の交点に配置されている。なお、光学素子２５Ａとしては、ダイクロイックプリズムのようなプリズム形状のものに限らず、平行平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。
傾斜面Ｋには、波長選択性を有する偏光分離素子５０Ａが設けられている。偏光分離素子５０Ａは、第１の位相差板１５を通過した光線束Ｋ１を、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。具体的に、偏光分離素子５０Ａは、入射光（光線束Ｋ１）のうちのＳ偏光成分の光線ＢＬｓを反射させ、入射光のうちのＰ偏光成分の光線ＢＬｐを透過させる。
Ｓ偏光成分である光線ＢＬｓは、偏光分離素子５０Ａで反射して蛍光発光素子２７に向かう。Ｐ偏光成分である光線ＢＬｐは、偏光分離素子５０Ａを透過して拡散反射素子３０に向かう。
また、偏光分離素子５０Ａは、光線束Ｋ１とは波長帯が異なる後述する蛍光光ＹＬ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。
偏光分離素子５０Ａから射出されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１の集光光学系２６に入射する。第１の集光光学系２６は、光線ＢＬｓを蛍光発光素子２７の蛍光体層３４に向けて集光させるものである。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。
第１の集光光学系２６から射出された光線ＢＬｓは蛍光発光素子２７に入射する。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。
蛍光発光素子２７においては、蛍光体層３４の光線ＢＬｓ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ＢＬｓ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。
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ＢＬｓ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、一部の蛍光光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ＢＬｓ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、一部の蛍光光ＹＬ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、他の一部の蛍光光ＹＬ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および偏光分離素子５０Ａを透過する。
一方、偏光分離素子５０Ａから射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、第２の位相差板２８に入射する。第２の位相差板２８は、偏光分離素子５０Ａと拡散反射素子３０との間の光路中に配置された１／４波長板（λ／４板）から構成される。光線ＢＬｐは、第２の位相差板２８を透過することによって円偏光の光線ＢＬｃ’に変換される。第２の位相差板２８を透過した光線ＢＬｃ’は、第２の集光光学系２９に入射する。
第２の集光光学系２９は、光線ＢＬｃ’を拡散反射素子３０に向けて集光させるものである。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。
拡散反射素子３０は、第２の集光光学系２９から射出された光線ＢＬｃ’を偏光分離素子５０Ａに向けて拡散反射させるものである。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ＢＬｃ’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は、拡散反射板３０Ａと、拡散反射板３０Ａを回転させるためのモーター等の駆動源３０Ｍと、を備えている。駆動源３０Ｍの回転軸は、光軸ａｘ１と略平行に配置されている。これにより、拡散反射板３０Ａは、拡散反射板３０Ａに入射する光線ＢＬｃ’の主光線に交差する面内で回転可能に構成されている。拡散反射板３０Ａは、回転軸の方向から見て例えば円形に形成されている。
拡散反射板３０Ａによって反射され、第２の集光光学系２９を再び透過した円偏光の光線ＢＬｃ’は、再び第２の位相差板２８を透過して、Ｓ偏光の光線ＢＬｓ’となる。
光線ＢＬｓ’（青色光）は偏光分離素子５０Ａによって蛍光光ＹＬと合成され、白色光ＷＬが得られる。白色光ＷＬは、図２に示した均一照明光学系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、白色光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から射出された白色光ＷＬは色分離光学系２００へ入射する。
具体的にインテグレータ光学系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。
インテグレータ光学系３１を通過した白色光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、白色光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を通過した白色光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から射出された白色光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、本実施形態によれば、アレイ光源２１から射出した光が蛍光発光素子２７の所定の被照明領域および拡散反射素子３０の所定の被照明領域に効率良く入射するので、光利用効率が高い。よって、明るい照明光を得ることができる。よって、本実施形態の照明装置１００を備えたプロジェクター１においては、光利用効率が高い。
（第１変形例）
続いて、照明装置の第１変形例について説明する。本変形例の照明装置と第１実施形態の照明装置１００との違いはホモジナイザー光学系の構成であり、それ以外の構成は共通である。以下では、第１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、その詳細な説明については省略する。
第１変形例に係るホモジナイザー光学系２２４は、複数の第１レンズ２２４ａｍを含む第１マルチレンズアレイ２２４ａと、複数の第２レンズ２２４ｂｍを含む第２マルチレンズアレイ２２４ｂとを備える。図８は第１マルチレンズアレイ２２４ａと第２マルチレンズアレイ２２４ｂとを光軸ａｘ１と平行な方向から見た図である。ただし、図８ではホモジナイザー光学系２２４の一部を示してある。図８は図７に相当している。
本変形例において、第１マルチレンズアレイ２２４ａの構成は、第１実施形態の第１マルチレンズアレイ２４ａと異なっている。例えば、複数の第１レンズ２２４ａｍの平面形状は一つの辺がＹ方向と平行な正方形であり、各第１レンズ２２４ａｍは略千鳥状に配置されている。
第２マルチレンズアレイ２２４ｂは４つの第２レンズ列ＬＬ２からなる。第２レンズ列ＬＬ２はそれぞれ第１マルチレンズアレイ２２４ａの第１レンズ列ＬＬ１に対応する。各第２レンズ列ＬＬ２は４つの第２レンズ２２４ｂｍからなる。本変形例においても、第２レンズ２２４ｂｍの平面形状は、第１方向（Ｙ方向）の幅Ｈ２が第２方向（Ｚ方向）に分布を有している。複数の第２レンズ２２４ｂｍの平面形状は、上底部２２５と下底部２２６とを有する台形である。
第２マルチレンズアレイ２２４ｂは、隣り合う第２レンズ列ＬＬ２同士において、第２レンズ２２４ｂｍの向きをＺ方向において１８０度反転させた状態で配置している。つまり、第１方向に互いに隣り合った2つの第２レンズ２２４ｂｍは、一方の第２レンズ２２４ｂｍの上底部２２５と他方の第２レンズ２２４ｂｍの下底部２２６とがＹ方向に沿って直線上に並ぶように配置されている。これにより、第２マルチレンズアレイ２２４ｂは、複数の第２レンズ２２４ｂｍを密に配置した構造となっている。
以下、複数の第２レンズ２２４ｂｍのうち一つの第２レンズを第２レンズ２２４ｂｍ１とする。また、複数の第１レンズ２２４ａｍのうち一つの第２レンズ２２４ｂｍ１と対応した一つの第１レンズを第１レンズ２２４ａｍ１とする。第１レンズ２２４ａｍ１とは特許請求の範囲に記載の「複数の第１レンズのうち一つの第２レンズと対応した一つの第１レンズ」に対応し、第２レンズ２２４ｂｍ１とは特許請求の範囲に記載の「複数の第２レンズのうち一つの第２レンズ」に対応する。
図８に示すように、第２レンズ２２４ｂｍの最大幅Ｈ２ｍａｘは、第１レンズ２２４ａｍの幅Ｈ１よりも大きい。第２レンズ２２４ｂｍにおいて、最大幅Ｈ２ｍａｘは下底部２２６に位置し、最小幅Ｈ２ｍｉｎは上底部２２５に位置する。
Ｈ１=（Ｈ２ｍａｘ＋Ｈ２ｍｉｎ）/２である。
本変形例において、ホモジナイザー光学系２２４は、仮に実装誤差が無いとした場合に、第１レンズ２２４ａｍ１と対応する第２レンズ２２４ｂｍ１の上底部２２５の近傍かつ第２レンズ２２４ｂｍ１の第１方向における中心部に２次光源像Ｇを形成するように設計されている。
本変形例においても、従来技術においてはみ出しが生じやすかったＹ方向に２次光源像Ｇがずれたとしても、２次光源像Ｇが第２レンズ２２４ｂｍ１からはみ出し難い。よって、アレイ光源２１からの光を効率良く利用することができる。
（第２変形例）
なお、第１実施形態では、第２レンズ２４ｂｍ上に形成された２次光源像ＧがＹ方向に長手方向を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。
本変形例による照明装置は、第１実施形態の照明装置１００が備えているホモジナイザー光学系２４を備えている。図９は第２レンズ２４ｂｍ上に形成された２次光源像Ｇ１を示す図である。図９は図７に対応している。
図９に示すように、本変形例では、第２レンズ２４ｂｍ上に形成された２次光源像Ｇ１がＺ方向に長手方向を有した形状（長方形形状）となっている。
図９において、第２レンズ２４ｂｍのＹ方向における幅が第１レンズ２４ａｍのＹ方向における幅よりも大きい領域を符号Ｓで示す。本変形例において、２次光源像Ｇ１の長手方向（Ｚ方向）の長さＬ１は、上記領域ＳのＺ方向における長さＬ２よりも短い。
本変形例によれば、Ｙ方向に２次光源像Ｇ１がずれたとしても、図９に示すように、従来技術に比べて、２次光源像Ｇ１が第２レンズ２４ｂｍからはみ出し難い。よって、アレイ光源２１からの光を効率良く利用することができる。
（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係るプロジェクターについて説明する。第２実施形態に係るプロジェクターの投写光学系周辺の構造は、上記第１実施形態に係るプロジェクターと略同様であるが、照明装置の構成が異なる。よって、以下の説明では第１実施形態とは異なる点について詳しく説明する。また、以下では、第１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、その詳細な説明については省略する。
図１０は本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
図１０に示すように、プロジェクター１Ａは、赤色光用照明装置１０１Ｒと、緑色光用照明装置１０１Ｇと、青色光用照明装置１０１Ｂと、光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、フィールドレンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投射光学系６００と、を備えている。
本実施形態において、赤色光用照明装置１０１Ｒ、緑色光用照明装置１０１Ｇおよび青色光用照明装置１０１Ｂ各々は、特許請求の範囲の「照明装置」に対応する。
プロジェクター１Ａは、概略すると以下のように動作する。
赤色光用照明装置１０１Ｒから射出された赤色のレーザー光からなる赤色光ＬＲは、フィールドレンズ３００Ｒを介して光変調装置４００Ｒに入射して変調される。同様に、緑色光用照明装置１０１Ｇから射出された緑色のレーザー光からなる緑色光ＬＧは、フィールドレンズ３００Ｇを介して光変調装置４００Ｇに入射して変調される。青色光用照明装置１０１Ｂから射出された青色のレーザー光からなる青色光ＬＢは、フィールドレンズ３００Ｂを介して光変調装置４００Ｂに入射して変調される。
以下、プロジェクター１Ａの各構成要素について説明する。
赤色光用照明装置１０１Ｒ、緑色光用照明装置１０１Ｇ、および青色光用照明装置１０１Ｂは、射出される光の色が異なるだけであり、装置構成は同様である。
一例として、赤色光用のレーザー光源は、概ね５８５ｎｍ〜７２０ｎｍの波長域にピーク波長を持つレーザー光からなる赤色光ＬＲを射出する。緑色光用のレーザー光源は、概ね４９５ｎｍ〜５８５ｎｍの波長域にピーク波長を持つレーザー光からなる緑色光ＬＧを射出する。青色光用のレーザー光源は、概ね３８０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長域にピーク波長を持つレーザー光からなる青色光ＬＢを射出する。
したがって、以下では、青色光用照明装置１０１Ｂについてのみ説明し、赤色光用照明装置１０１Ｒおよび緑色光用照明装置１０１Ｇについては説明を省略する。
図１１は青色光用照明装置１０１Ｂの概略構成を示す図である。なお、図１１においては、説明の都合上、フィールドレンズ３００Ｂ及び光変調装置４００Ｂも図示している。
図１１に示すように、青色光用照明装置１０１Ｂは、アレイ光源１０と、コリメーター光学系１１と、ホモジナイザー光学系１２と、重畳光学系１３とを備えている。
アレイ光源１０は、青色の光線ＢＬを射出する複数の半導体レーザー１９が二次元的に配列されている。
図１１では、４個の半導体レーザー１９のみを図示するが、複数の半導体レーザー１９は、照明光軸ＡＸに垂直な面内において、マトリクス状（例えば４行４列）に配列されている。なお、半導体レーザー１９の数はこれに限定されることはない。アレイ光源１０は複数の光線ＢＬからなる青色光ＬＢを射出する。本実施形態において、複数の半導体レーザー１９は特許請求の範囲の「複数の発光素子」に対応する。
コリメーター光学系１１はアレイ光源１０の光射出側に設けられており、アレイ光源１０から射出された青色光ＬＢが入射する。コリメーター光学系１１は、アレイ状に配列された複数のコリメーターレンズ１１ａを備えている。複数のコリメーターレンズ１１ａの各々は、複数の半導体レーザー１９の各々に対応して配置されている。このような構成に基づき、コリメーター光学系１１は各光線ＢＬを平行化する。
ホモジナイザー光学系１２は、第１実施形態のホモジナイザー光学系２４と同一の構成を有している。すなわち、ホモジナイザー光学系１２は、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。よって、２次光源像Ｇ２が第２レンズ２４ｂｍからはみ出し難いため、青色光ＬＢを効率的に利用できる。
重畳光学系１３は、例えば、重畳レンズから構成され、アレイ光源１０から射出された青色光ＬＢを被照明領域に重畳させる。本実施形態では、ホモジナイザー光学系１２と重畳光学系１３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。
本実施形態の青色光用照明装置１０１Ｂによれば、アレイ光源１０から射出した青色光ＬＢが光変調装置４００Ｂの画像形成領域に効率良く入射するので、高い光利用効率を実現できる。また、赤色光用照明装置１０１Ｒ及び緑色光用照明装置１０１Ｇについても、同様に、赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとがそれぞれ光変調装置４００Ｒの画像形成領域と光変調装置４００Ｇの画像形成領域に光が効率良く入射するため、高い光利用効率を実現できる。
したがって、本実施形態のプロジェクター１Ａによれば、赤色光用照明装置１０１Ｒ、緑色光用照明装置１０１Ｇ及び青色光用照明装置１０１Ｂを備えるため、光利用効率が高く、明るいカラー画像を投射できる。
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、上記実施形態及び変形例ではそれぞれ、六角形の第２レンズ２４ｂｍと台形の第２レンズ２２４ｂｍを例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。第２レンズの第１方向（Ｙ方向）の幅が第２方向（Ｚ方向）に分布を有しており、第２レンズの最大幅Ｈ２ｍａｘが第１レンズの幅Ｈ１よりも大きければ良い。
第２レンズ２４ｂｍの平面形状は例えば、図１２に示すような菱形形状でもよい。この場合において、第２レンズ２４ｂｍは菱形の１つの対角線が第１方向と平行になるように配置される。このような菱形形状の第２レンズ２４ｂｍによれば、平面形状が六角形の場合に比べて、第１方向（Ｙ方向）における幅Ｈ２ｍａｘを大きくできる。よって、第２レンズ２４ｂｍ内において２次光源像Ｇが第１方向（Ｙ方向）にずれる可能性が高い場合は、このような菱形形状を採用することで、２次光源像Ｇの第２レンズ２４ｂｍからの第１方向に沿ったはみ出しをより低減することができる。
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を例示したが、１つの光変調装置でカラー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。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、本発明による照明装置をプロジェクターに応用する例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置を自動車用ヘッドライトなどの照明器具にも適用することができる。
１，１Ａ…プロジェクター、１１…コリメーター光学系、１３…重畳光学系、２２…コリメーター光学系、２４ａ…第１マルチレンズアレイ、２４ｂ…第２マルチレンズアレイ、３４…蛍光体層、１００，１００Ａ，１００Ｂ…照明装置、１０１Ｂ…青色光用照明装置、１０１Ｇ…緑色光用照明装置、１０１Ｒ…赤色光用照明装置、１２４ａ…第１マルチレンズアレイ、１２４ｂ…第２マルチレンズアレイ、１５０…重畳レンズ、２１１…半導体レーザー、２２４ａ…第１マルチレンズアレイ、２２４ｂ…第２マルチレンズアレイ、２４ａｍ…第１レンズ、２４ｂｍ…第２レンズ、４００Ｂ,４００Ｇ，４００Ｒ…光変調装置、６００…投射光学系、１２４ａｍ…第１レンズ、１２４ｂｍ…第２レンズ、２２４ａｍ…第１レンズ、２２４ｂｍ…第２レンズ、２４ａｍ１…第１レンズ、２４ｂｍ１…第２レンズ、２２４ａｍ１…第１レンズ、２２４ｂｍ１…第２レンズ、Ｇ,Ｇ１,Ｇ２…２次光源像。

Claims (4)

  1. 第１波長帯を有する光、を発する複数の発光素子と、
    前記複数の発光素子から射出された前記光が入射するコリメート光学系と、
    前記コリメート光学系から射出された前記光が入射し、複数の第１レンズを有する第１マルチレンズアレイと、
    前記第１マルチレンズアレイから射出された前記光が入射し、複数の第２レンズを有する第２マルチレンズアレイと、
    前記第２マルチレンズアレイから射出された前記光が入射する重畳レンズと、
    拡散反射素子と、
    前記重畳レンズから射出された前記光が入射する波長変換素子と、
    前記第２マルチレンズアレイから射出された前記光を、前記拡散反射素子に向かう第１光と、前記波長変換素子に向かう第２光と、に分離する光学素子と、を備える照明装置であって、
    前記複数の第２レンズ各々は、前記複数の第１レンズに対応して配列され、
    前記複数の第１レンズは、複数の第１レンズ列をなし、
    前記複数の第１レンズ列が配列している方向を第１方向とし、該第１方向と直交する方向を第２方向としたとき、前記複数の第２レンズのうち一つの第２レンズの該第１方向の幅は該第２方向に分布を有しており、
    前記一つの第２レンズの前記幅の最大値は、前記複数の第１レンズのうち前記一つの第２レンズと対応した一つの第１レンズの該第１方向の幅よりも大きく、
    前記拡散反射素子は、前記第１光を前記光学素子に向けて反射し、
    前記波長変換素子は、前記第２光を、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する第３光に変換し、
    前記光学素子は、前記第１光と前記第３光とを合成する
    ことを特徴とする照明装置。
  2. 前記一つの第２レンズ上に形成される２次光源像は、長手方向を有し、
    前記長手方向は、前記第１方向と平行である
    ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記複数の第２レンズ各々は、六角形の平面形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
  4. 請求項１乃至３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、を備える
    ことを特徴とするプロジェクター。
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