JP6880897B2 - 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、固体光源から射出した励起光により蛍光体を励起
することで生成した蛍光を照明光として用いるものが知られている（例えば特許文献１）
。この照明装置において、固体光源から射出された光は１／２波長板を透過することでＳ
偏光及びＰ偏光を含む光に変換されてダイクロイックミラー（偏光分離素子）に入射する
。入射光のうちＰ偏光成分の光はダイクロイックミラーを透過し、Ｓ偏光成分の光はダイ
クロイックミラーで反射される。この照明装置では、１／２波長板の回転角を調整するこ
とでダイクロイックミラーに入射する入射光の偏光比を制御する。

特開２０１２−１３７７４４号公報

しかしながら、上記照明装置においては、偏光分離素子への入射光の偏光比を変化させ
る際、１／２波長板を回転させる機構を用いるため、コストが嵩んでしまうといった問題
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、低コストで偏光分離素子に入
射する光の偏光比を制御できる、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、所定の偏光成分を含む光を射出する光源と、前記光源から
射出された前記光を透過する光学素子と、前記光学素子を透過した光が入射されるととも
に、入射された光の偏光分離を行う偏光分離素子と、前記光学素子の温度を調整する温度
調整手段と、を備える照明装置が提供される。

第１態様に係る照明装置によれば、光学素子の温度を調整するといった簡便な構成を用
いて、偏光分離素子に入射する光の偏光状態を制御することができる。

上記第１態様において、前記温度調整手段はファンであり、前記ファンは、所定の温度
に保持するように前記光学素子を冷却するのが好ましい。

この構成によれば、光学素子の熱歪みによる偏光状態の乱れを低減することができる。

上記第１態様において、前記温度調整手段は、前記光学素子に温度差を発生させること
で、該光学素子の偏光比を制御するのが好ましい。

この構成によれば、光学素子の温度を制御することで偏光比を制御することができる。
よって、回転可能な１／２波長板を用いる構成に比べてコストを低減できる。

上記第１態様において、照明光を検出する光検出部と、前記光検出部の検出結果に基づ
いて、前記温度調整手段を制御する制御部と、をさらに備えるのが好ましい。

この構成によれば、照明光の色バランスに基づいて光学素子の温度を調整できる。よっ
て、光学素子の温度を精度良く制御することができる。

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、低コストで偏光比を制御可能な照明装置を備
えるので、プロジェクター自体のコストも低減できる。

第一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図。 センサーユニットの概略構成を示す図。 偏光変換素子におけるミラーの配置を示す正面図。 第二実施形態の照明装置の概略構成を示す図。 シミュレーションに用いたガラス板を示す図。 ガラス板をヒーターで加熱した際の温度分布のシミュレーション結果。 ガラス板に生じる内部応力のシミュレーション結果。 ガラス板における偏光維持率とヒーター熱量との関係を示したグラフ。 温度調整手段の変形例に係る構成を示す図。

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。

（第一実施形態）
まず、第一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、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーン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１は、照明装置２と、色分離光
学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射
光学系６とを備えている。

色分離光学系３は、照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離す
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８
ｃ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。

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
の他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａ
は、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）
を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青
色光ＬＢを透過することによって、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。

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の光路中における
第２の全反射ミラー８ｂの光射出側に配置されている。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
くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像
光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに
対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、
青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが
用いられている。また、液晶パネル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、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィ
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。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は、光
変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光
ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれを平行化する。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの画像光が
入射する。合成光学系５は、各々が赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像
光を合成し、この合成された画像光を投射光学系６に向けて射出する。合成光学系５には
、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。

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に向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大された
カラー映像が表示される。

（照明装置）
続いて、本発明の一実施形態に係る照明装置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、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、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分
離素子５０と、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、位相差板２８と、第２の
集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子
３２と、重畳レンズ３３ａとを備えている。

本実施形態において、インテグレーター光学系３１及び重畳レンズ３３ａは、重畳光学
系３３を構成している。

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、ホモジナ
イザー光学系２４と、偏光分離素子５０と、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、偏光分離素子５０と、インテグレーター光学系３１と
、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａ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。

アレイ光源２１は、複数の第１半導体レーザー２１ａと第２半導体レーザー２１ｂとを
備える。複数の第１半導体レーザー２１ａは光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ
状に並んで配置されている。第１半導体レーザー２１ａは、例えば青色の光線Ｂ１（例え
ばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光）を射出する。本実施形態において、第１半導体
レーザー２１ａから射出される光線Ｂ１は、後述する偏光分離素子５０に対するＰ偏光成
分の光に相当する。

同様に、複数の第２半導体レーザー２１ｂは光軸ａｘ１と直交する面内において、アレ
イ状に並んで配置されている。第２半導体レーザー２１ｂは、例えば青色の光線Ｂ２（例
えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光）を射出する。本実施形態において、第２半導
体レーザー２１ｂから射出される光線Ｂ２は、後述する偏光分離素子５０に対するＳ偏光
成分の光に相当する。

このような構成に基づき、アレイ光源２１は、複数の光線Ｂ１，Ｂ２からなる光線束Ｂ
Ｌを射出するようになっている。光線束ＢＬは、Ｐ偏光成分（光線Ｂ１）とＳ偏光成分（
光線Ｂ２）とを含む光からなる。なお、本実施形態において、アレイ光源２１は特許請求
の範囲の「光源」に相当し、光線束ＢＬは特許請求の範囲の「所定の偏光成分を含む光」
に相当する。

アレイ光源２１から射出された光線束ＢＬ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束ＢＬを平行光に変換する
。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は、複数の第１半導体
レーザー２１ａ及び第２半導体レーザー２１ｂ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ＢＬ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ＢＬの光束径を調整する。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を通過した光線束ＢＬ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２
９と協働して、後述する拡散反射素子３０上での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のレンズアレイ２４ａと第２のレンズアレイ２４ｂとから
構成されている。第１のレンズアレイ２４ａは複数の第１小レンズ２４ａｍを含み、第２
のレンズアレイ２４ｂは複数の第２小レンズ２４ｂｍを含む。複数の第２小レンズ２４ｂ
ｍは複数の第１小レンズ２４ａｍとそれぞれ対応している。

ホモジナイザー光学系２４を透過した光は偏光分離素子５０に入射する。偏光分離素子
５０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る。偏光分離素
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。

偏光分離素子５０は、光線束ＢＬを、偏光分離素子５０に対するＳ偏光成分の光線束Ｂ
Ｌｓ（複数の上記光線Ｂ２からなる）とＰ偏光成分の光線束ＢＬｐ（複数の上記光線Ｂ１
からなる）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５０は、Ｓ
偏光成分の光線束ＢＬｓを反射させ、Ｐ偏光成分の光線束ＢＬｐを透過させる。

また、偏光分離素子５０は光線束ＢＬとは波長帯が異なる蛍光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５０から射出されたＳ偏光の光線束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、光線束ＢＬｓを励起光として蛍光体層３４に向けて集
光させる。光線束ＢＬｓは後述のように蛍光ＹＬを生成する。

本実施形態において、第１の集光光学系２６は、例えば第１レンズ２６ａ及び第２レン
ズ２６ｂから構成されている。第１の集光光学系２６から射出された光は、蛍光発光素子
２７に集光した状態で入射する。

一方、偏光分離素子５０から射出されたＰ偏光の光線束ＢＬｐは、第２の集光光学系２
９を介して拡散反射素子３０に入射する。本実施形態において、第２の集光光学系２９は
、例えば第１レンズ２９ａ及び第２レンズ２９ｂから構成されている。第２の集光光学系
２９から射出された光は、拡散反射素子３０に集光した状態で入射し、後述の青色光ＢＬ
ｃ２を反射光として生成する。

ところで、上記説明では理想的な場合について説明した。すなわち、偏光分離素子５０
に入射する際の光線束ＢＬにおけるＳ偏光及びＰ偏光の比率がアレイ光源２１から射出さ
れた際から変化しない場合について説明した。この場合、偏光分離素子５０に反射された
光線束ＢＬｓは、所定の光量の蛍光ＹＬを生成し、偏光分離素子５０を透過した光線束Ｂ
Ｌｐは、所定の光量の青色光ＢＬｓ１を生成する。すなわち、所定の光量の蛍光ＹＬ及び
青色光ＢＬｓ１により所望の照明光ＷＬを生成することができる。

しかしながら、実際には、偏光分離素子５０において分離される光の割合（光線束ＢＬ
ｐ及び青色光ＢＬｓ）が変化する場合がある。この傾向はアレイ光源２１から射出される
光（光線束ＢＬ）の出力が大きくなるほど顕著となる。

アフォーカル光学系２３を構成する凸レンズ２３ａ，凹レンズ２３ｂの材料は内部吸収
率がゼロではない。特に、アレイ光源２１の近くに位置する凸レンズ２３ａは、アレイ光
源２１から射出されたレーザー光（光線Ｂ１，Ｂ２）の一部を吸収して発熱することで温
度差を発生し易くなる。

凸レンズ２３ａに生じた温度差は内部応力を発生させる。内部応力を有した凸レンズ２
３ａは、位相差を発生させる。そのため、凸レンズ２３ａは、光線束ＢＬ（光線Ｂ１，Ｂ
２）の偏光状態を乱すようになる。

偏光状態の乱れた光線束ＢＬにおいて、Ｓ偏光（光線束ＢＬｓ）及びＰ偏光（光線束Ｂ
Ｌｐ）を含む偏光比は変化する。そのため、光線束ＢＬは、偏光分離素子５０でＳ偏光（
光線束ＢＬｓ）として分離される光の割合と、Ｐ偏光（光線束ＢＬｐ）として分離される
光の割合とを一定の値に制御できない。すなわち、照明光ＷＬとして利用できる蛍光ＹＬ
の光量が変化し、照明光ＷＬの色バランス（ホワイトバランス）も変化してしまう。

これに対し、本実施形態の照明装置２は、アフォーカル光学系２３を構成する凸レンズ
２３ａの温度を調整することで、光線束ＢＬの偏光状態を制御している。具体的に、本実
施形態の照明装置２は、温度調整手段４０と、制御部４１とを備えている。本実施形態に
おいて、凸レンズ２３ａは、特許請求の範囲の「光学素子」に相当する。

温度調整手段４０は、例えば、ファン４０ａから構成される。制御部４１は、ファン４
０ａの回転数を制御することで凸レンズ２３ａの温度を調整可能である。

制御部４１は、照明光ＷＬの色バランスに基づいて、ファン４０ａの駆動を制御してい
る。本実施形態の照明装置２は、光量モニター用ミラー４２と、センサーユニット４３と
、をさらに備えている。

本実施形態において、光量モニター用ミラー４２は、インテグレーター光学系３１と偏
光変換素子３２との間の照明光ＷＬの光路上に設けられている。光量モニター用ミラー４
２は、光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置されている。光量モニター用ミ
ラー４２は、入射する光の一部を透過し、残りを反射する。光量モニター用ミラー４２を
透過した光は偏光変換素子３２に入射し、光量モニター用ミラー４２で反射した光はセン
サーユニット４３に入射する。

センサーユニット４３は照明装置２から射出される照明光ＷＬの色バランス（ホワイト
バランス）を検出する。照明光ＷＬは、後述するように、黄色の蛍光ＹＬと青色光ＢＬｓ
１とからなっている。センサーユニット４３は検出結果を制御部４１へ送信する。

制御部４１は、蛍光ＹＬの光量の検出値および青色光ＢＬｓ１の光量の検出値等のセン
サーユニット４３からの信号（色バランスに関する検出結果）に基づき、温度調整手段４
０（ファン４０ａ）を動作させる。すなわち、温度調整手段４０は、センサーユニット４
３からの検出信号に基づいて、凸レンズ２３ａの温度を調整する。本実施形態におけるセ
ンサーユニット４３は特許請求の範囲の「光検出部」に相当する。

温度調整手段４０は、所定の温度に保持するように凸レンズ２３ａを冷却する。ここで
、所定の温度とは、照明光ＷＬのホワイトバランスを変化させない程度の熱歪み（内部応
力）を凸レンズ２３ａに生じさせる温度に相当する。具体的に、制御部４１は、センサー
ユニット４３からの検出信号より、照明光ＷＬのホワイトバランスが変化していると判断
した場合、凸レンズ２３ａに熱歪みが生じている（すなわち凸レンズ２３ａの温度が所定
温度よりも高くなっている）と判定する。そして、制御部４１は、照明光ＷＬのホワイト
バランスを変化させない温度に維持するように凸レンズ２３ａを冷却するように温度調整
手段４０を駆動する。

このような構成に基づき、アフォーカル光学系２３（凸レンズ２３ａ）は、熱歪みによ
る偏光状態の乱れを低減した状態で光線束ＢＬ（光線Ｂ１，Ｂ２）を偏光分離素子５０に
入射させることができる。

図３はセンサーユニット４３の概略構成を示す図である。図４は偏光変換素子３２にお
けるミラーの配置を示す正面図である。
図３に示すように、センサーユニット４３は、第１センサー４３ａと、第２センサー４
３ｂと、ダイクロイックミラー４３ｃとを含む。ダイクロイックミラー４３ｃは、誘電体
多層膜から構成され、照明光ＷＬのうち蛍光ＹＬを透過させ、照明光ＷＬのうち青色光Ｂ
Ｌｓ１を反射する。

第１センサー４３ａは、ダイクロイックミラー４３ｃで反射された青色光ＢＬｓ１の光
量を検出する。第２センサー４３ｂは、ダイクロイックミラー４３ｃを透過した蛍光ＹＬ
の光量を検出する。第１センサー４３ａおよび第２センサー４３ｂは、制御部４１と電気
的に接続されており、制御部４１へ検出結果を送信する。制御部４１は、第１センサー４
３ａおよび第２センサー４３ｂの検出結果に基づいて温度調整手段４０（ファン４０ａ）
の駆動を制御する。

図４に示すように、光量モニター用ミラー４２は、偏光変換素子３２の複数の光入射領
域Ｒを避けて配置された保持部材４８によって保持されている。偏光変換素子３２の光入
射領域Ｒとは、後述のインテグレーター光学系３１から射出された複数の小光束各々が入
射する領域である。

光量モニター用ミラー４２は、第２レンズアレイ３１ｂによる照明光の２次光源像Ｑが
形成される位置に配置されている。ここでは、光量モニター用ミラー４２がインテグレー
ター光学系３１と偏光変換素子３２との間の光路上に配置された例を示した。この例に代
えて、光量モニター用ミラー４２は、偏光変換素子３２と重畳レンズ３３ａとの間の光路
上に配置されていてもよい。

図２に戻って、蛍光発光素子２７は、蛍光体層３４と、蛍光体層３４を支持する支持体
３５と、蛍光体層３４を支持体３５に固定する固定部材３６と、固定部材３６と蛍光体層
３４との間に設けられた反射部３７と、支持体３５の蛍光体層３４を支持する面３５ａと
は反対側の面３５ｂに設けられたヒートシンク３８とを有している。

蛍光体層３４は、光線束ＢＬｓを吸収して励起され、黄色の蛍光を発する蛍光体からな
る。このような蛍光体層３４としては、ＹＡＧ蛍光体を含むセラミックスで構成されてい
る。なお、ＹＡＧ蛍光体は複数の結晶粒の焼結体である。蛍光体層３４は、有機のバイン
ダーを含む蛍光体層に比べて耐熱性に優れたものとなる。

光線束ＢＬｓにより励起された蛍光体は、例えば５００〜７００ｎｍの波長域にピーク
波長を有する蛍光（黄色光）ＹＬを射出する。なお、蛍光体層３４の表面には不図示の反
射防止膜（例えば、ＡＲコート膜）が形成されている。

蛍光体層３４の光線束ＢＬｓが入射する側とは反対側の面は、支持体３５に固定部材３
６を介して固定されている。反射部３７は、蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち、
支持体３５に向かって進む成分を反射する。

蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち一部の蛍光ＹＬは、反射部３７によって反射
され、蛍光体層３４の外部へと射出される。反射部３７としては反射率が高いものが好ま
しく、本実施形態ではＡｇ膜を用いた。
なお、蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち、他の一部の蛍光ＹＬは、反射部３７
を介さずに蛍光体層３４の外部へと射出される。このようにして、蛍光ＹＬが蛍光体層３
４から射出される。

支持体３５としては熱伝導性に優れたものが好ましく、本実施形態では銅板を用いた。
本実施形態の支持体３５は、例えば、平面形状が１０ｍｍ角、厚さが３ｍｍの銅板から構
成される。固定部材３６の形成材料としては熱伝導率の高い材料、例えば半田や銀ペース
トを用いた。

本実施形態の照明装置２によれば、アフォーカル光学系２３（凸レンズ２３ａ）を所定
温度に保持するように冷却することで光線束ＢＬ（光線Ｂ１，Ｂ２）の偏光状態の乱れを
低減した状態で偏光分離素子５０に入射させることができる。すなわち、照明装置２は、
偏光分離素子５０に入射する光線束ＢＬの偏光比を一定に制御することができる。

よって、偏光分離素子５０により分離された光線束ＢＬｓは、所定量の蛍光ＹＬを生成
する。蛍光ＹＬは、第１の集光光学系２６を通過した後、偏光分離素子５０に入射する。
そして、蛍光ＹＬは、偏光分離素子５０を透過してインテグレーター光学系３１に入射す
る。

一方、偏光分離素子５０において光線束ＢＬから分離されたＰ偏光の光線束ＢＬｐは、
位相差板２８に入射する。位相差板２８は、偏光分離素子５０と拡散反射素子３０との間
の光路中に配置された１／４波長板から構成されている。したがって、偏光分離素子５０
から射出されたＰ偏光の光線束ＢＬｐは、この位相差板２８によって、例えば、右回り円
偏光の青色光ＢＬｃ１に変換された後、第２の集光光学系２９に入射する。第２の集光光
学系２９は、青色光ＢＬｃ１を集光させた状態で拡散反射素子３０に入射させる。

拡散反射素子３０は、第２の集光光学系２９から射出された青色光ＢＬｃ１を偏光分離
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、青色光ＢＬｃ１をランバ
ート反射させつつ、且つ、偏光状態を乱さないものを用いることが好ましい。

以下、拡散反射素子３０によって拡散反射された光を青色光ＢＬｃ２と称する。本実施
形態によれば、青色光ＢＬｃ１を拡散反射させることで略均一な照度分布の青色光ＢＬｃ
２が得られる。例えば、右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１は左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２
として反射される。

青色光ＢＬｃ２は第２の集光光学系２９によって平行光に変換された後に再び位相差板
２８に入射する。

左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２は、位相差板２８によってＳ偏光の青色光ＢＬｓ１に変
換される。Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ１は、偏光分離素子５０によってインテグレーター光学
系３１に向けて反射される。

本実施形態によれば、偏光分離素子５０により光線束ＢＬｐを分離することで、所定の
青色光ＢＬｓ１を得ることができる。

これにより、青色光ＢＬｓ１は、偏光分離素子５０を透過した蛍光ＹＬと共に、照明光
ＷＬとして利用される。すなわち、青色光ＢＬｓ１及び蛍光ＹＬは、偏光分離素子５０か
ら互いに同一方向に向けて射出され、青色光ＢＬｓ１と蛍光（黄色光）ＹＬとが混ざった
白色の照明光ＷＬが生成される。このようにして生成された照明光ＷＬは、ホワイトバラ
ンスが一定に保持される。

照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に向けて射出される。インテグレーター光
学系３１は、例えば、第１レンズアレイ３１ａ及び第２レンズアレイ３１ｂから構成され
ている。第１レンズアレイ３１ａ及び第２レンズアレイ３１ｂは、複数の小レンズがアレ
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を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。
偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板とから構成されている。偏光変換素子３２は
、非偏光の蛍光ＹＬを含む照明光ＷＬを直線偏光に変換する。

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａに入射する。重畳レンズ
３３ａはインテグレーター光学系３１と協同して、被照明領域における照明光ＷＬによる
照度の分布を均一化する。このようにして、照明装置２は照明光ＷＬを生成する。

本実施形態の照明装置２によれば、アフォーカル光学系２３（凸レンズ２３ａ）を所定
温度に保持するように冷却するため、凸レンズ２３ａを透過する際の光線束ＢＬに生じる
偏光状態の乱れを低減できる。これにより、アフォーカル光学系２３（凸レンズ２３ａ）
に入射した光線束ＢＬは、Ｓ偏光（光線束ＢＬｓ）及びＰ偏光（光線束ＢＬｐ）の偏光比
率を保持した状態で偏光分離素子５０に入射する。

このように本実施形態の照明装置２によれば、凸レンズ２３ａを冷却するといった簡便
な構成を採用するため、低コストで偏光分離素子５０への入射光（光線束ＢＬ）の偏光比
を制御できる。よって、このような照明装置２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、本実施形態の照明装置２によれば、照明光ＷＬのホワイトバランスに基づいて温
度調整手段４０を制御するので、凸レンズ２３ａの温度を精度良く制御できる。また、照
明装置２は、ホワイトバランスを一定に保持した照明光ＷＬを生成することができる。よ
って、このような照明装置２を備えるプロジェクター１によれば、色バランスに優れた画
像をスクリーンＳＣＲ上に投射できる。

（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。以下、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、その詳細の説明については省略若しくは簡略化
する。

図５は本実施形態の照明装置１０２の概略構成を示す図である。図５に示すように、照
明装置１０２は、アレイ光源１２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系
２３と、ガラス板６０と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０と、第１の集
光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、位相差板２８と、第２の集光光学系２９と、拡散
反射素子３０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３
ａとを備えている。なお、以下の説明において、本実施形態のアフォーカル光学系２３で
は光線束ＢＬの偏光状態に乱れを生じさせないものとする。

アレイ光源１２１は、複数の半導体レーザー１２１ａを備える。複数の半導体レーザー
１２１ａは光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ状に並んで配置されている。半導
体レーザー１２１ａは、例えば青色の光線Ｂ（例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー
光）を射出する。本実施形態において、半導体レーザー１２１ａから射出される光線Ｂは
、直線偏光（偏光分離素子５０に対するＰ偏光成分の光）である。

本実施形態のアレイ光源１２１は、複数の光線Ｂからなる光線束ＢＬ１を射出するよう
になっている。光線束ＢＬ１は、第１実施形態の光線束ＢＬとは異なり、Ｐ偏光成分（光
線Ｂ）を含む光からなる。なお、本実施形態において、アレイ光源１２１は特許請求の範
囲の「光源」に相当し、光線束ＢＬ１は特許請求の範囲の「所定の偏光成分を含む光」に
相当する。

アレイ光源１２１から射出された光線束ＢＬ１は、コリメーター光学系２２及びアフォ
ーカル光学系２３を介してガラス板６０に入射する。

本発明者は、後述するシミュレーション結果に基づき、ガラス板６０に生じる温度差を
変化させることでガラス板６０に生じる位相差を制御できるとの知見を得た。

図６は本シミュレーションに用いたガラス板１６０を示す図である。図６に示すように
、ガラス板１６０は矩形状からなり、短辺方向の中央部に配置されたヒーターＨが長辺方
向に沿って配置されている。そして、ガラス板１６０に対して直線偏光からなる６つのレ
ーザー光ＬＡを入射させ、ガラス板１６０を加熱した際のレーザー光ＬＡの偏光比の変化
を求めた。

図７はガラス板１６０をヒーターＨで加熱した際の温度分布のシミュレーション結果で
あり、図８はヒーターＨによる加熱時にガラス板１６０に生じる内部応力のシミュレーシ
ョン結果である。
図７、８に示すように、ヒーターＨで加熱されることでガラス板１６０に温度差が生じ
ると、該ガラス板１６０は内部応力を有したものとなることが確認できた。

また、図９はガラス板１６０を透過するレーザー光ＬＡの偏光維持率とヒーター熱量と
の関係を示したグラフである。図９において、横軸はヒーターＨの熱量（単位：Ｗ）であ
り、縦軸はレーザー光ＬＡの偏光維持率である。レーザー光ＬＡの偏光維持率とは、ガラ
ス板１６０を透過前後の偏光比の比率であり、偏光維持率が１とはガラス板１６０の透過
前後でレーザー光ＬＡの偏光比が変化しないこと（偏光が回転しないこと）を意味する。

図９に示すように、ヒーターＨの熱量を大きくするほど、偏光維持率が低くなることが
確認できた。すなわち、ガラス板１６０の温度を高くすると、内部応力が大きくなること
でレーザー光ＬＡに付与する位相差が大きくなることが確認できた。

本実施形態の照明装置１０２は、上記シミュレーション結果に基づき、ガラス板６０に
温度差を発生させることで、ガラス板６０の偏光比を制御可能としている。ここで、ガラ
ス板６０の偏光比とは、ガラス板６０を透過した光（光線束ＢＬ１）におけるＳ偏光成分
及びＰ偏光成分を含む比率に相当する。本実施形態において、ガラス板６０は、特許請求
の範囲に記載の「光学素子」に相当する。

具体的に、本実施形態の照明装置１０２は、温度調整手段６１と、制御部４１とを備え
ている。温度調整手段６１は、例えば、ヒーター等の加熱装置から構成される。なお、温
度調整手段６１は、ヒーターに限定されず、例えば、加熱機能及び冷却機能を備えたペル
チェ素子から構成しても良い。

本実施形態において、温度調整手段６１は、ガラス板６０を加熱することで該ガラス板
６０に温度差を生じさせる。温度差の生じたガラス板６０は内部応力を有したものとなる
。内部応力は、ガラス板６０に位相差を発生させる。なお、ガラス板６０に発生する位相
差は、ガラス板６０の弾性係数と、ガラス板６０の厚さと、内部応力との積から算出され
る。

光線束ＢＬ１（光線Ｂ）は直線偏光であるため、ガラス板６０の内部応力（位相差）を
適切に設定することにより、光線束ＢＬ１を、偏光分離素子５０に対するＳ偏光成分とＰ
偏光成分とを所定の比率で含む光に変換することができる。すなわち、温度調整手段６１
は、ガラス板６０の温度を適切に制御することで、偏光分離素子５０に入射する光線束Ｂ
Ｌ１の偏光比を制御可能である。

本実施形態の照明装置１０２において、制御部４１は、センサーユニット４３からの信
号（色バランスに関する検出結果）に基づき、温度調整手段６１を動作させる。すなわち
、温度調整手段６１は、センサーユニット４３からの検出信号に基づいて、ガラス板６０
の温度を調整する。

温度調整手段６１は、所定のホワイトバランスとなるようにガラス板６０の温度を調整
することで該ガラス板６０を透過する光線束ＢＬ１の偏光比を制御する。具体的に、制御
部４１は、センサーユニット４３からの検出信号から、照明光ＷＬのホワイトバランスが
変化していると判断した場合、所定のホワイトバランスを得る位相差を発現する温度差（
内部応力）をガラス板６０に生じさせるように温度調整手段６１を駆動する。

本実施形態の照明装置１０２によれば、温度調整手段６１によりガラス板６０に温度差
を発生させることで、該ガラス板６０を透過する光線束ＢＬの偏光比を簡便に制御するこ
とができる。よって、回転可能な１／２波長板を用いて偏光比を制御する従来の構成に比
べて、コストを低減することができる。

また、第１実施形態と同様に、本実施形態の照明装置１０２によれば、ホワイトバラン
スを一定とする照明光ＷＬを照射することができる。よって、照明装置１０２を備えたプ
ロジェクターによれば、色バランスに優れた画像を投射できる。

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、上記第１実施形態は、アフォーカル光学系２３の凸レンズ２３ａのみを冷却す
る場合を例に挙げたが、凹レンズ２３ｂも合わせて冷却するようにしても良い。

また、上記第２実施形態の温度調整手段６１において、ガラス板６０の光入射領域を分
割した複数の分割領域の温度を選択的に調整可能な構成を採用しても良い。図１０は温度
調整手段６１の変形例に係る構成を示す図である。図１０に示すように、温度調整手段６
１は、ガラス板６０の光入射領域Ｓにマトリクス状に配置された複数の電熱線６２から構
成される。光入射領域Ｓは、電熱線６２により複数の領域に分割される。温度調整手段６
１は、例えば、複数の電熱線６２に対して選択的に電圧を印加することで、光入射領域Ｓ
のうち電圧を印加した電熱線６２に囲まれた領域のみを選択的に加熱できる。

また、上記第２実施形態では、アレイ光源１２１から射出する光線束ＢＬ１としてＰ偏
光成分のみを含む光を射出する場合を例に挙げたが、第１実施形態の光線束ＢＬと同様、
Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分を含む光を光線束ＢＬ１としても良い。

また、上記実施形態において、蛍光発光素子２７として固定方式のものを採用したが、
蛍光体層３４を支持する支持体３５を回転させる回転方式のものを採用しても良い。同様
に、上記実施形態においては拡散反射素子３０として固定方式のものを採用したが、回転
方式のものを採用しても良い。

また、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、２，１０２…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投
射光学系、２１，１２１…アレイ光源、２３ａ…凸レンズ、４０…温度調整手段、４１…
制御部、４３…センサーユニット、５０…偏光分離素子、６０，１６０…ガラス板、６１
…温度調整手段、ＢＬ，ＢＬ１…光線束、ＷＬ…照明光。

Claims (3)

1. 所定の偏光成分を含む光を射出する光源と、
   前記光源から射出された前記光を透過する光学素子と、
   前記光学素子を透過した光が入射されるとともに、入射された光の偏光分離を行う偏光分離素子と、
   前記光学素子の温度を調整する温度調整手段と、を備え、
   前記温度調整手段は、前記光学素子に温度差を発生させることで、前記光学素子の偏光比を制御する
   照明装置。
2. 照明光を検出する光検出部と、
   前記光検出部の検出結果に基づいて、前記温度調整手段を制御する制御部と、をさらに備える
   請求項１に記載の照明装置。
3. 請求項１または請求項２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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