JP7127299B2 - プロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクターに関するものである。

近年、プロジェクター用の光源装置において、光源としてＬＥＤを用いることが知られている。例えば、下記特許文献１に開示されたプロジェクターでは、ＬＥＤから射出した青色光を液晶パネルで変調することで青色画像光を生成している。このプロジェクターでは、偏光変換素子に青色光を透過させることで、液晶パネルに入射する青色光の偏光方向を揃えている。

特開２００７－１９９５３８号公報

しかしながら、偏光変換素子を用いると、液晶パネルに入射する偏光方向は一方向に揃うが、見かけ上の光源面積（発光面積）が２倍の大きさとなる。見かけ上の発光面積が大きくなると後段の光学系に光を効率良く取り込めず、光損失を生じるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決することを目的としたものであり、光損失を低減できる、プロジェクターを提供することを目的の１つとする。

本発明の第１態様に従えば、第１の偏光を有する第１の波長帯の光と、第２の偏光を有する第１の波長帯の光とを射出する第１の発光素子と、前記光を前記第１の偏光を有する第１の波長帯の光と、前記第２の偏光を有する第１の波長帯の光とに分離する偏光分離素子と、前記第１の偏光を有する第１の波長帯の光および前記第２の偏光を有する第１の波長帯の光のいずれか一方が入射され、前記第１の波長帯の光を第２の波長帯の光に変換する波長変換素子と、前記第１の偏光を有する第１の波長帯の光および前記第２の偏光を有する第１の波長帯の光のいずれか他方が入射され、入射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第１の光変調装置と、前記第２の波長帯の光を第３の波長帯の光と第４の波長帯の光とに分離する光学素子と、前記第３の波長帯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第２の光変調装置と、前記第４の波長帯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第３の光変調装置と、前記画像光を投写する投写光学系と、を備え、前記波長変換素子は、前記第１の波長帯の光が入射する第１の面と、前記第２の波長帯の光を射出し、前記第１の面とは異なる第２の面を有するプロジェクタープロジェクターが提供される。

上記第１態様において、前記波長変換素子は、前記第１の面および前記第２の面と異なる第３の面を有し、前記第３の面に対向して設けられ、前記第１の波長帯の光を射出する第２の発光素子を備え、前記第２の発光素子から射出された前記第１の波長帯の光は、前記第３の面から前記波長変換素子に入射するのが好ましい。

上記第１態様において、前記波長変換素子は、前記第１の面及び前記第３の面の少なくとも一方に設けられ、前記第１の波長帯の光を透過し、前記第２の波長帯の光を反射させる反射層をさらに有するのが好ましい。

上記第１態様において、前記第１の発光素子と前記第１の光変調装置とは、光学的に互いに共役となっているのが好ましい。

上記第１態様において、前記第２の面の面積は、前記第１の面の面積よりも小さいのが好ましい。

一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。 照明装置の概略構成を示す図である。 波長変換部の要部構成を示す斜視図である。

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。

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、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、光合成光学系５と、投写光学系６とを備えている。

照明装置２は、後述するように青色光ＢＬｓと黄色蛍光光Ｙを照射する。照明装置２の具体的な構成については後述する。色分離光学系３は、照明装置２からの黄色蛍光光Ｙを赤色光ＬＲ及び緑色光ＬＧに分離する。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂはそれぞれ、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＢＬｓを画像情報に応じて変調し、各色の画像光を形成する。光合成光学系５は、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの各色の画像光を合成する。投写光学系６は、光合成光学系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。

色分離光学系３は、ダイクロイックミラー７と、第１の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、リレーレンズ９と、を備えている。

ダイクロイックミラー７は、照明装置２から射出された黄色蛍光光Ｙを、赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧとにそれぞれ分離する。すなわち、ダイクロイックミラー７は、赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧを反射する特性を有する。本実施形態において、赤色光ＬＲは特許請求の範囲に記載の「第３の波長帯の光」に相当し、緑色光ＬＧは特許請求の範囲に記載の「第４の波長帯の光」に相当し、ダイクロイックミラー７は特許請求の範囲に記載の「光学素子」に相当する。

第１の反射ミラー８ａ及び第２の反射ミラー８ｂは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、ダイクロイックミラー７を透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに導く。リレーレンズ９は、赤色光ＬＲの光路中の第１の反射ミラー８ａの後段に配置されている。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの各々は、液晶パネルから構成されている。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの各々は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、及び青色光ＢＬｓの各々を通過させる間に、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、及び青色光ＢＬｓの各々を画像情報に応じて変調し、各色に対応した画像光を形成する。

本実施形態において、光変調装置４Ｂは特許請求の範囲に記載の「第１の光変調装置」に相当し、光変調装置４Ｒは特許請求の範囲に記載の「第２の光変調装置」に相当し、光変調装置４Ｇは特許請求の範囲に記載の「第３の光変調装置」に相当する。

本実施形態において、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの各々の光入射側及び光射出側には、入射側偏光板及び射出側偏光板がそれぞれ配置されている。具体的に、光変調装置４Ｒの光入射側及び光射出側には、入射側偏光板１１Ｒ及び射出側偏光板１２Ｒが配置されている。これら入射側偏光板１１Ｒ及び射出側偏光板１２Ｒは、例えば、透過軸が互いに直交する構成（クロスニコル配置）となっている。

また、光変調装置４Ｇの光入射側及び光射出側には、入射側偏光板１１Ｇ及び射出側偏光板１２Ｇが配置されている。これら入射側偏光板１１Ｇ及び射出側偏光板１２Ｇは、例えば、透過軸が互いに直交する構成（クロスニコル配置）となっている。

また、光変調装置４Ｂの光入射側及び光射出側には、入射側偏光板１１Ｂ及び射出側偏光板１２Ｂが配置されている。これら入射側偏光板１１Ｂ及び射出側偏光板１２Ｂは、例えば、透過軸が互いに直交する構成（クロスニコル配置）となっている。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの各々の光入射側には、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの各々に入射する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、及び青色光ＢＬｓの各々を平行化するフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，及びフィールドレンズ１０Ｂがそれぞれ設けられている。

光合成光学系５は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。光合成光学系５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの各々からの各色の画像光を合成し、合成された画像光を投写光学系６に向かって射出する。

投写光学系６は、投射レンズ群から構成されている。投写光学系６は、光合成光学系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。すなわち、投写光学系６は、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの各々により変調された光をスクリーンＳＣＲに投射する。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、照明装置２の構成について説明する。図２は、照明装置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、第１光源部１１、第２光源部１２、偏光分離素子１３、第１集光レンズ１４ａ、第２集光レンズ１４ｂ、ピックアップレンズ１５、及び均一照明光学系２０を備えている。

本実施形態において、第１光源部１１は、第１発光素子１１ａと、コリメートレンズ１１ｂとを含む。第１発光素子１１ａはＬＥＤから構成され、Ｐ偏光（第１の偏光）を有する第１の波長帯の光とＳ偏光（第２の偏光）を有する第１の波長帯の光とを含む青色光ＢＬを射出する。ここで、第１の波長帯の光とは、例えば、４３０ｎｍ～４８０ｎｍに発光強度のピークを有する光に相当する。本実施形態において、第１発光素子１１ａは特許請求の範囲に記載の「第１の発光素子」に相当する。

コリメートレンズ１１ｂは、第１発光素子１１ａから射出された青色光ＢＬを平行光に変換する。コリメートレンズ１１ｂにより平行光に変換された青色光ＢＬは、偏光分離素子１３に入射する。

偏光分離素子１３は、青色光ＢＬに含まれる成分から、偏光分離素子１３に対するＳ偏光成分の光ＢＬｓとＰ偏光成分の光ＢＬｐとを選択的に分離する。具体的に、偏光分離素子１３は、Ｓ偏光成分の光ＢＬｓを反射させるとともにＰ偏光成分の光ＢＬｐを透過させることで２つの光の進行方向を分離する偏光分離機能を有する。

本実施形態において、光ＢＬｓは特許請求の範囲に記載の「第１の偏光を有する第１の波長帯の光」に相当し、光ＢＬｐは特許請求の範囲に記載の「第２の偏光を有する第１の波長帯の光」に相当する。

本実施形態の照明装置２では、光ＢＬｓを青色の画像光を生成する用途に用い、光ＢＬｐを後述のように蛍光光の励起に用いる。以下の説明において、光ＢＬｓを青色光ＢＬｓと称し、光ＢＬｐを励起光ＢＬｐと称すことにする。

偏光分離素子１３で反射されることで分離されたＳ偏光成分の青色光ＢＬｓは、例えば、凸レンズからなる第１集光レンズ１４ａに入射する。青色光ＢＬｓは、集光レンズ１４及びフィールドレンズ１０Ｂを介して光変調装置４Ｂへと導かれる。

光変調装置４Ｂの光入射側に配置された入射側偏光板１１Ｂの透過軸はＳ偏光に対応している。そのため、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓは、入射側偏光板１１Ｂで遮光されることなく、光変調装置４Ｂに良好に導かれる。光変調装置４Ｂは、青色光ＢＬｓを画像情報に応じて変調し、青色光ＢＬｓに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂにより生成された画像光は射出側偏光板１２Ｂを介して光合成光学系５に入射する。

本実施形態において、第１発光素子１１ａ（第１の発光素子）と光変調装置４Ｂとは、光学的に互いに共役となっている。具体的に、第１発光素子１１ａの光射出面と光変調装置４Ｂの光入射領域（画素形成領域）とが光学的に互いに共役となっている。これにより、第１発光素子１１ａは、該第１発光素子１１ａの光射出面と同じ輝度分布を有する照明領域を、光学的に共役となる光変調装置４Ｂの光入射領域上に形成することができる。

なお、第１発光素子１１ａの光射出面と光変調装置４Ｂの光入射領域とが相似関係となるように形成するのが望ましい。このようにすれば、第１集光レンズ１４ａ及びフィールドレンズ１０Ｂの倍率を適切に調整することで、第１発光素子１１ａの光射出面から射出された光を光変調装置４Ｂ上に効率良く入射させることができる。

一方、偏光分離素子１３を透過することで分離されたＰ偏光成分の励起光ＢＬｐは、第２集光レンズ１４ｂに入射する。第２集光レンズ１４ｂは、例えば、シリンダレンズから構成される。シリンダレンズからなる第２集光レンズ１４ｂは、励起光ＢＬｐを集光させて後述の波長変換部２２に入射させる。

第２光源部１２は、複数の第２発光素子２１と波長変換部２２とを備える。各第２発光素子２１は、例えば、ＬＥＤから構成される。すなわち、第２発光素子２１は第１の波長帯を有する励起光ＢＬ２を射出する。本実施形態では、例えば、励起光ＢＬ２として発光強度のピークが約４４５ｎｍの光を用いた。本実施形態において、第２発光素子２１は特許請求の範囲に記載の「第２の発光素子」に相当する。

第２発光素子２１から射出された励起光ＢＬ２は波長変換部２２に入射する。本実施形態において、偏光分離素子１３で分離された励起光ＢＬｐが波長変換部２２に入射する。

波長変換部２２は、励起光ＢＬ２及び励起光ＢＬｐを第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の黄色蛍光光Ｙに変換する。ここで、第２の波長帯の光とは、例えば、５２０ｎｍ～５８０ｎｍに発光強度のピークを有する黄色の光に相当する。

図３は波長変換部２２の要部構成を示す斜視図である。
図２、３に示すように、波長変換部２２は、蛍光体（波長変換素子）２３と、ダイクロイックミラー２４と、ダイクロイックミラー２５と、ダイクロイックミラー２６と、光学部材２７と、反射層３３と、反射層３４と、反射層３５とを備えている。本実施形態において、蛍光体２３は、複数の面を有する平板形状からなり、第２発光素子２１から入射する励起光ＢＬ２及び励起光ＢＬｐを、第１波長帯と異なる第２波長帯の黄色蛍光光Ｙに変換する。具体的に、蛍光体２３は六面体からなる。

六面体からなる蛍光体２３は、互いに対向する三組の面を有する。具体的に、蛍光体２３は、互いに対向する第１の面２３ａ及び第３の面２３ｂと、互いに対向する第２の面２３ｃ及び第６の面２３ｄと、互いに対向する第４の面２３ｅ及び第５の面２３ｆとを有する。

本実施形態において、蛍光体２３は、励起光ＢＬ２及び励起光ＢＬｐを黄色蛍光光Ｙ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、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよいし、２種以上の材料を用いて形成された粒子が混合されたものが用いられてもよい。蛍光体２３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もの、或いは、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結したものが好適に用いられる。

本実施形態の蛍光体２３としては、光散乱性の低いものを用いている。すなわち、蛍光体２３として、光散乱部材として機能する気孔の量の少ないものを採用している。このようにすれば、蛍光体２３内において黄色蛍光光Ｙが、ダイクロイックミラー２４、ダイクロイックミラー２５、ダイクロイックミラー２６、反射層３３、反射層３４、または反射層３５によって複数回反射されることによる光損失の発生を低減することができる。

本実施形態において、第１光源部１１の第２集光レンズ１４ｂは、蛍光体２３の第１の面２３ａに対向して配置されている。また、第２光源部１２の第２発光素子２１は、蛍光体２３の第３の面２３ｂに対向して配置されている。

すなわち、第１の面２３ａには、第１光源部１１から射出されて偏光分離素子１３で分離された励起光ＢＬｐが入射する。また、第３の面２３ｂには、第２発光素子２１から射出された励起光ＢＬ２が入射する。また、第２の面２３ｃからは、蛍光体２３にて変換された黄色蛍光光Ｙが射出される。

本実施形態において、第１の面２３ａにはダイクロイックミラー２４が設けられている。ダイクロイックミラー２４は、第１の波長帯を有する励起光ＢＬｐを透過し、第２の波長帯を有する黄色蛍光光Ｙを反射する誘電体多層膜である。

また、第３の面２３ｂにはダイクロイックミラー２５が設けられている。ダイクロイックミラー２５は、第１の波長帯を有する励起光ＢＬ２を透過し、第２の波長帯を有する黄色蛍光光Ｙを反射する誘電体多層膜である。

第４の面２３ｅには反射層３３が設けられている。反射層３３は、蛍光体２３内で生成された蛍光光（変換光）Ｙを反射する。より具体的には、反射層３３は、黄色蛍光光Ｙを反射する金属膜からなる。例えば、反射層３３は銀ミラーである。このような反射層３３を設けることで蛍光体２３内において黄色蛍光光Ｙを第２の面２３ｃに向けて良好に伝播させることができる。

また、第５の面２３ｆには反射層３４が設けられている。反射層３４は、蛍光体２３内で生成された蛍光光（変換光）Ｙを反射する。より具体的には、反射層３４は、黄色蛍光光Ｙを反射する金属膜からなる。例えば、反射層３４は銀ミラーである。このような反射層３４を設けることで蛍光体２３内において黄色蛍光光Ｙを第２の面２３ｃに向けて良好に伝播させることができる。

さらに、第６の面２３ｄには反射層３５が設けられている。反射層３５は、蛍光体２３内で生成された蛍光光（変換光）Ｙを反射する。より具体的には、反射層３５は、黄色蛍光光Ｙを反射する金属膜からなる。例えば、反射層３５は銀ミラーである。このような反射層３５を設けることで蛍光体２３内において黄色蛍光光Ｙを第２の面２３ｃに向けて良好に伝播させることができる。

本実施形態において、光学部材２７は、蛍光体２３の第２の面２３ｃに設けられている。光学部材２７は、接着層２８を介して第２の面２３ｃに貼り付けられている。光学部材２７は、第２の面２３ｃから蛍光光（変換光）Ｙを取り出す機能を有する。

接着層２８としては、蛍光体２３の屈折率と同等の屈折率、或いは蛍光体２３よりも高い屈折率を有する材料を用いるのが好ましい。また、接着層２８の屈折率は、光学部材２７の屈折率よりも低いことが望ましい。

このようにすれば、蛍光体２３と接着層２８との界面及び接着層２８と光学部材２７との界面における黄色蛍光光Ｙの全反射を防止することができる。よって、黄色蛍光光Ｙを効率良く蛍光体２３の外部に取り出すことができる。

本実施形態において、光学部材２７から射出された黄色蛍光光Ｙは、ピックアップレンズ１５に入射する。ピックアップレンズ１５は黄色蛍光光Ｙを平行光に変換する。ピックアップレンズ１５により平行化された黄色蛍光光Ｙは均一照明光学系２０に入射する。

均一照明光学系２０は、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とを備える。

第１レンズアレイ１２０は、黄色蛍光光Ｙを複数の部分光束に分割するための複数の第１レンズ１２０ａを有する。複数の第１レンズ１２０ａは、光軸と直交する面内において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レンズ１２０ａに対応する複数の第２レンズ１３０ａ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レンズ１２０ａの像を光変調装置４Ｇ及び光変調装置４Ｒの画像形成領域の近傍に結像させる。

偏光変換素子１４０は、第２レンズアレイ１３０から射出された黄色蛍光光Ｙを直線偏光に変換する。偏光変換素子１４０は、例えば、偏光分離膜と位相差板と（ともに図示略）を備えている。

偏光変換素子１４０は、黄色蛍光光Ｙの偏光方向を光変調装置４Ｒ，４Ｇの光入射側に配置された入射側偏光板１１Ｒ，１１Ｇの透過軸の方向に対応させる。これにより、上述のように黄色蛍光光Ｙを分離して得られる赤色光ＬＲ及び緑色光ＬＧの偏光方向は、入射側偏光板１１Ｒ，１１Ｇの透過軸の方向に対応する。よって、赤色光ＬＲ及び緑色光ＬＧは入射側偏光板１１Ｒ，１１Ｇでそれぞれ遮光されることなく、光変調装置４Ｒ，４Ｇにそれぞれ良好に導かれる。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された各部分光束を集光して、図１に示した光変調装置４Ｒ及び光変調装置４Ｇの画像形成領域の近傍に重畳させる。

このようにして、照明装置２は、略均一な照度分布を有する黄色蛍光光Ｙを色分離光学系３に向けて射出する。

本実施形態の照明装置２によれば、偏光分離素子１３で分離した光ＢＬｓ，ＢＬｐをそれぞれ利用するので、第１光源部１１から射出した光の利用効率が高い。また、偏光方向を一方向に揃える偏光変換素子を青色光ＢＬｓの光路上に配置しないため、青色光ＢＬを射出する第１発光素子１１ａの見かけ上の光源面積（発光面積）が大きくならない。

ここで、光変調装置４Ｂに入射する光を射出する見かけ上の発光面積が大きくなると、光学系に光が取り込まれ難くなるので、光学系を介して光変調装置４Ｂに光を効率良く導けない。すなわち、光損失が発生してしまう。

これに対し、本実施形態の照明装置２によれば、偏光変換素子を用いないため、見かけ上の発光面積が大きくなることによる光損失の発生を低減できる。したがって、第１光源部１１から射出した光を効率良く利用できる。

本実施形態の照明装置２によれば、コヒーレンス光を射出する半導体レーザーの光射出面における光強度分布に比べて、ＬＥＤから構成される第１発光素子１１ａの光入射面における光強度分布は、均一性が高い。そのため、第１発光素子１１ａと光変調装置４Ｂとの間に、例えば、マルチレンズアレイを用いた均一照明光学系を配置しない場合でも、均一性の高い青色光ＢＬｓで光変調装置４Ｂを照明することができる。

このように本実施形態の照明装置２によれば、光変調装置４Ｂに入射する青色光ＢＬｓの光路上からマルチレンズアレイを省略できるので、青色光ＢＬｓにおける光学系の小型化、マルチレンズアレイによる光損失の低減できる。

また、本実施形態の波長変換部２２において、蛍光体２３内で発生した黄色蛍光光Ｙは、全球方向に均一な強度を持つため、黄色蛍光光Ｙは第１の面２３ａ或いは第３の面２３ｂに対して種々の角度で入射する。そのため、第１の面２３ａ及び第３の面２３ｂにダイクロイックミラー２４及びダイクロイックミラー２５がそれぞれ設けられていないと、黄色蛍光光Ｙのうち全反射角以下の光線は、第１の面２３ａ及び第３の面２３ｂを透過して外部に漏れ出てしまう。すなわち、この外部に漏れ出した光は、損失となり光利用効率を低下させる。

これに対し、本実施形態の波長変換部２２によれば、励起光ＢＬｐの入射面である第１の面２３ａ及び励起光ＢＬ２の入射面である第３の面２３ｂに、ダイクロイックミラー２４及びダイクロイックミラー２５をそれぞれ設けるので、励起光ＢＬｐ及び励起光ＢＬ２が蛍光体２３の内部に効率良く取り込むことができる。

すなわち、黄色蛍光光Ｙは、全反射角以下の入射角で第１の面２３ａ及び第３の面２３ｂに入射した場合でも、ダイクロイックミラー２４またはダイクロイックミラー２５により反射されることで蛍光体２３内を伝播するようになる。そのため、黄色蛍光光Ｙは、蛍光体２３の外部に漏れ光として射出されることが無く、第２の面２３ｃ（光射出面）から効率良く射出される。

また、本実施形態の蛍光体２３において、光射出面（第２の面２３ｃ）の面積は、光入射面（第１の面２３ａ及び第３の面２３ｂ）の面積よりも小さい。このように、蛍光体２３における励起光ＢＬｐ，ＢＬ２の入射面積を大きくすることで、光入射面における励起光の光密度を抑えることができる。よって、蛍光体２３において黄色蛍光光Ｙを効率良く生成することができる。また、黄色蛍光光Ｙの発光面積（光射出面の面積）を小さくすることで、後段の光学系、すなわち本実施形態では、ピックアップレンズ１５及び均一照明光学系２０を小型化できる。

偏光変換素子１４０を透過して偏光方向が揃った状態において、黄色蛍光光Ｙの見かけ上の発光面積は２倍となる。すなわち、偏光変換素子１４０の透過前における発光面積は蛍光体２３の光射出面（第２の面２３ｃ）の大きさに相当するが、偏光変換素子１４０の透過後における発光面積は光射出面（第２の面２３ｃ）の２倍の大きさに相当する。

本実施形態では、光射出面（第２の面２３ｃ）の面積が光入射面（第１の面２３ａ及び第３の面２３ｂ）の面積よりも小さい。すなわち、光射出面（第２の面２３ｃ）の面積を予め小さくしておくことで、偏光変換素子１４０の透過後に、見かけ上の発光面積が拡がることで生じる光損失を低減できる。

本実施形態の効果は、以下の通りである。
本実施形態に係るプロジェクターによれば、偏光変換素子を用いることなく、偏光分離素子によって分離した光を画像光の生成及び第２の波長帯の光の生成にそれぞれ利用するので、第１の発光素子から射出した光の利用効率が高い。また、偏光変換素子を用いないため、見かけ上の発光面積が大きくなることによる光損失の発生を低減できる。

すなわち、本実施形態に係るプロジェクター１によれば、偏光変換素子を用いることなく、照明装置２の偏光分離素子１３によって、青色光ＢＬｓおよび励起光ＢＬｐに分離し、青色光ＢＬｓを光変調装置４Ｂにおける画像光の生成に用い、励起光ＢＬｐを波長変換部２２における黄色蛍光光Ｙの生成に利用するので、第１発光素子１１ａから射出した光の利用効率が高い。また、偏光変換素子を用いないため、見かけ上の発光面積が大きくなることによる光損失の発生を低減できる。

また、本実施形態に係るプロジェクターによれば、波長変換素子内に入射する第１の波長帯の光の量を増やすことができる。これにより、波長変換素子内での第２の波長帯の光の生成量を増やすことができる。

すなわち、本実施形態に係るプロジェクター１によれば、第２発光素子２１により、波長変換部２２（蛍光体２３）に入射する第１の波長帯の光（励起光ＢＬ２）の量を増やすことができる。これにより、波長変換部２２（蛍光体２３）内での黄色蛍光光Ｙの生成量を増やすことができる。

また、本実施形態に係るプロジェクターによれば、波長変換素子内に第１の波長帯の光を効率良く取り込むことができる。また、第２の波長帯の光が全反射角以下の入射角で第１の面或いは第３の面に入射した場合でも、第２の波長帯の光を反射して波長変換素子内を伝播させることができる。

すなわち、本実施形態に係るプロジェクター１によれば、ダイクロイックミラー２４およびダイクロイックミラー２５により、波長変換部２２（蛍光体２３）内に、励起光ＢＬｐおよび励起光ＢＬ２を効率良く取り込むことができる。また、黄色蛍光光Ｙが全反射角以下の入射角で第１の面２３ａ或いは第３の面２３ｂに入射した場合でも、黄色蛍光光Ｙを反射して蛍光体２３内を伝播させることができる。

また、本実施形態に係るプロジェクターによれば、第１の発光素子の光射出面と同じ輝度分布を有する照明領域を、光学的に共役となる第１の光変調装置上に形成することができる。よって、第１の発光素子と光変調装置との間に、マルチレンズアレイを用いた均一照明光学系を配置しない場合でも、均一性の高い光で光変調装置を照明することができる。

すなわち、本実施形態に係るプロジェクター１によれば、第１発光素子１１ａの光射出面と同じ輝度分布を有する照明領域を、光学的に共役となる光変調装置４Ｂ上に形成することができる。よって、第１発光素子１１ａと光変調装置４Ｂとの間に、マルチレンズアレイを用いた均一照明光学系を配置しない場合でも、均一性の高い光で光変調装置を照明することができる。

また、本実施形態に係るプロジェクターによれば、波長変換素子における励起光の入射面よりも光射出面を小さくすることで、第２の波長帯の光の発光面積が小さくなる。これにより、波長変換素子の後段に位置する光学系を小型化することができる。

すなわち、本実施形態に係るプロジェクター１によれば、蛍光体２３の第１の面２３ａおよび第３の面２３ｂよりも、蛍光体２３の第２の面２３ｃを小さくすることで、黄色蛍光光Ｙの発光面積が小さくなる。これにより、蛍光体２３の後段に位置する光学系を小型化することができる。

以上述べたように、本実施形態のプロジェクター１によれば、照明装置２の第１光源部１１において、偏光分離素子１３を用いることで、第１発光素子１１ａから射出した光を効率良く利用するため、光損失を低減できる。よって、本実施形態のプロジェクター１によれば、明るい青色光ＢＬｓと黄色蛍光光Ｙを生成することで良質な画像を表示できる。

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、第１光源部１１の第１発光素子１１ａとしてＬＥＤを用いたが、半導体レーザーを用いてもよい。この際、半導体レーザー（第１発光素子１１ａ）と偏光分離素子１３との間に透過型拡散部材を配置する。レーザー光はＬＥＤに比べると、照度分布の均一性が低い。そのため、透過型拡散部材によって光を拡散させることで、光変調装置４Ｂに照度分布の均一性を向上させた状態で青色光ＢＬｓを入射させることができる。

また、同様に、励起光ＢＬ２を射出する第２光源部１２の第２発光素子２１として、ＬＥＤに代えて半導体レーザーを用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、偏光分離素子１３は、Ｓ偏光成分の光ＢＬｓを反射させるとともにＰ偏光成分の光ＢＬｐを透過させることで２つの光の進行方向を分離する偏光分離機能を有するものを例に挙げたが、Ｓ偏光成分の光ＢＬｓを透過させるとともにＰ偏光成分の光ＢＬｐを反射することで２つの光の進行方向を分離する偏光分離機能を有する素子に置き換えてもよい。この場合、光ＢＬｐが青色光として光変調装置４Ｂに入射し、光ＢＬｓが励起光として蛍光体２３に入射する。

また、上記実施形態において、第２光源部１２が第２発光素子２１を２つ備える場合を例に挙げたが、第２発光素子２１の数は２つに限られない。すなわち、第２発光素子２１の数は１つでも良いし、３つ以上であってもよい。

また、上記実施形態において、蛍光体２３が六面体（平板形状）から構成される場合を例に挙げたが、蛍光体２３の形状はこれに限られない。例えば、蛍光体２３は、第１の面２３ａ及び第２の面２３ｃが第３の面２３ｂ側に向かうに従って、第３の面２３ｂに垂直な中心軸から遠ざかる或いは近づくように傾いたテーパー形状を有していてもよい。あるいは、蛍光体２３は、四面体（三角錐）や五面体や七面以上を有する多面体から構成されていてもよい。

１…プロジェクター、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置（第１～第３の光変調装置）、６…投写光学系、１１ａ…第１発光素子（第１の発光素子）、１３…偏光分離素子、２１…第２発光素子（第２の発光素子）、２３…蛍光体（波長変換素子）、２３ａ…第１の面、２３ｂ…第３の面、２３ｃ…第２の面、２４，２５…反射層、ＢＬｓ…青色光（第１の偏光を有する第１の波長帯の光）、ＢＬｐ…励起光（第２の偏光を有する第１の波長帯の光）。

Claims (5)

1. 第１の偏光を有する第１の波長帯の光と、第２の偏光を有する第１の波長帯の光と含む光を射出する第１の発光素子と、
   前記第１の発光素子から射出される光を前記第１の偏光を有する第１の波長帯の光と、前記第２の偏光を有する第１の波長帯の光とに分離する偏光分離素子と、
   前記第１の偏光を有する第１の波長帯の光および前記第２の偏光を有する第１の波長帯の光のいずれか一方が入射され、前記第１の波長帯の光を第２の波長帯の光に変換する波長変換素子と、
   前記偏光分離素子と前記波長変換素子との間に設けられ、前記偏光分離素子で分離された、前記第１の偏光を有する第１の波長帯の光および前記第２の偏光を有する第１の波長帯の光のいずれか一方を、集光させて前記波長変換素子に入射させる、集光レンズと、
   前記第１の偏光を有する第１の波長帯の光および前記第２の偏光を有する第１の波長帯の光のいずれか他方が入射され、入射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第１の光変調装置と、
   前記第２の波長帯の光を第３の波長帯の光と第４の波長帯の光とに分離する光学素子と、
   前記第３の波長帯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第２の光変調装置と、
   前記第４の波長帯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第３の光変調装置と、
   前記画像光を投写する投写光学系と、を備え、
   前記波長変換素子は、前記第１の波長帯の光が入射し、長手および短手を有する第１の面と、前記第２の波長帯の光を射出し、前記第１の面とは異なる第２の面と、を有し、
   前記第２の面の面積は、前記第１の面の面積よりも小さく、
   前記集光レンズは、前記第１の面の長手方向に延びるシリンダレンズで構成され、前記第１面の前記長手方向において光を集光させず、前記第１面の短手方向において光を集光させる
   プロジェクター。
2. 前記波長変換素子は、前記第１の面および前記第２の面と異なる第３の面を有し、
   前記第３の面に対向して設けられ、前記第１の波長帯の光を射出する第２の発光素子を備え、
   前記第２の発光素子から射出された前記第１の波長帯の光は、前記第３の面から前記波長変換素子に入射する
   請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記波長変換素子は、前記第１の面及び前記第３の面の少なくとも一方に設けられ、前記第１の波長帯の光を透過し、前記第２の波長帯の光を反射させる誘電体多層膜をさらに有する
   請求項２に記載のプロジェクター。
4. 前記第１の発光素子と前記第１の光変調装置とは、光学的に互いに共役となっている
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプロジェクター。
5. 前記波長変換素子は、接着層を介して前記第２の面に貼り付けられた光学部材をさらに有し、
   前記光学部材は、前記第２の面から前記第２の波長帯の光を取り出して射出する、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプロジェクター。

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