JPWO2018186233A1 - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

色ムラを低減できる照明装置を提供する。本発明の照明装置は、第１の光源領域を含む第１の光源ユニットと、第２の光源ユニットと、光線束調整光学系と、を備える。第１の光源領域は、平行化された第１の色光を射出する。第１の光源ユニットは、第１の色光を含む第１の光を射出する。第２の光源ユニットは、第１の光よりも太い平行化された第２の光を射出する。第２の光は、第１の色光とは異なる色の第２の色光からなる。光線束調整光学系は、第１の光の光路上に設けられている。光線束調整光学系の後段での第１の光と第２の光との太さの差は、光線束調整光学系の前段での第１の光と第２の光との太さの差よりも小さい。

Description

本発明は、照明装置およびプロジェクターに関する。

例えばプロジェクターに用いる照明装置として、レーザー素子と蛍光体とを利用した照明装置が提案されている。下記の特許文献１に、青色レーザー光源と赤色レーザー光源と緑色蛍光体とを有する照明光学系と、照明光学系からの青色光、赤色光および緑色光の各々を変調する液晶パネルと、投射光学系と、を備えた投射装置が開示されている。

この投射装置において、青色レーザー光源からの青色光は、ハーフミラーで分岐し、分岐した青色光の一方が青色光用液晶パネルに入射し、他方が励起光として緑色蛍光体に入射する。緑色蛍光体で発生した緑色の蛍光光は、緑色光用液晶パネルに入射する。赤色レーザー光源からの赤色光は、赤色光用液晶パネルに入射する。

特開２０１３−６５４１４号公報

特許文献１の投射装置において、蛍光光からなる緑色光は、ランバートな配光分布を有しており、レーザー光からなる赤色光や青色光よりも太い。また一般的に、青色レーザー素子と赤色レーザー素子とでは出力パワーが異なるため、光量バランスを取るためには、用いるレーザー素子の個数を互いに異ならせる必要がある。そのため、赤色光と青色光の太さが互いに異なる。このように、互いに太さが異なる色光を集光して表示パネルに照射し、画像を投射すると、色ムラが生じるという問題がある。

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、色ムラを低減することができる照明装置の提供を目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、前記照明装置を備えたプロジェクターの提供を目的の一つとする。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の照明装置は、平行化された第１の色光を射出する第１の光源領域を含み、前記第１の色光を含む第１の光を射出する第１の光源ユニットと、前記第１の色光とは異なる色の第２の色光からなり、前記第１の色光よりも太い平行化された第２の光を射出する第２の光源ユニットと、前記第１の光の光路上に設けられた光線束調整光学系と、を備える。前記光線束調整光学系は、前記光線束調整光学系の後段での前記第１の光と前記第２の光との太さの差が、前記光線束調整光学系の前段での前記第１の光と前記第２の光との太さの差よりも小さいように前記第１の光を太くする機能を有する。

本発明の一つの態様の照明装置によれば、光線束調整光学系を備えていない場合と比較して色ムラが低減される。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記光線束調整光学系は、前記第１の光の第１の成分を透過させるとともに前記第１の光の第２の成分を反射させる第１の反射素子と、前記第１の反射素子を透過した前記第１の成分を反射させる第２の反射素子と、を含んでもよい。

この構成によれば、第１の反射素子と第２の反射素子との距離を変更することで第１の光の太さを調整することができる。

本発明の一つの態様の照明装置は、前記第２の光と前記光線束調整光学系を通過した前記第１の光とを合成する機能を有する第１の光線合成光学系と、前記光線束調整光学系と前記第１の光線合成光学系との間の前記第１の光の光路上に設けられた拡散素子と、をさらに備えてもよい。

この構成によれば、第２の光と光線束調整光学系を通過した第１の光とが第１の光線合成光学系から同じ方向に向けて射出される。また、第１の光が光線束調整光学系によって太くなった状態で拡散素子に入射するため、第１の光が細いままの状態で拡散素子に入射する場合に比べて、拡散力の弱い拡散素子を用いることができる。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第１の光源ユニットは、前記第１の色光および前記第２の色光とは異なる色の、平行化された第３の色光を射出する第２の光源領域と、前記第１の色光と前記第３の色光とを合成する機能を有する第２の光線合成光学系と、をさらに備え、前記第１の色光と前記第３の色光との少なくとも一方を含む前記第１の光を射出してもよい。

この構成によれば、第１の色光と第３の色光とが第２の光線合成光学系から同じ方向に向けて射出される。そのため、第１の色光と第３の色光との少なくとも一方を含む第１の光の太さが光線束調整光学系によって調整される。

本発明の一つの態様の照明装置は、光源制御装置をさらに備え、前記第２の光源ユニットは、第４の色光を射出する第３の光源領域と、前記第４の色光を前記第２の色光に変換する波長変換素子と、を備え、前記光源制御装置は、前記第１の光源領域と前記第２の光源領域と前記第３の光源領域の各出力を互いに独立に制御するように構成されていてもよい。

この構成によれば、照明装置は、第１の色光と第２の色光と第３の色光とを時分割で射出することができる。また、照明装置から射出された照明光の色バランスを調整できる。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第１の色光および前記第４の色光は青色領域にあり、前記第２の色光は緑色領域にあり、前記第３の色光は赤色領域にあってもよい。

この構成によれば、フルカラー表示に対応した表示装置等に適用が可能な照明装置を提供することができる。また、白色光を得ることができる。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第４の色光のピーク波長は前記第１の色光のピーク波長よりも短くてもよい。

この構成によれば、第１の色光を例えば表示装置の光変調装置に入射させ、表示用の光として用いる場合、表示用の光の波長とは独立して、波長変換素子を励起させる励起光、すなわち第４の色光の波長を波長変換素子の特性に合わせて選択することができる。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記光線束調整光学系は、アフォーカル光学系を含んでもよい。

この構成によれば、第１の光を容易に太くすることができる。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記光線束調整光学系は、前記第１の光の第１の成分を透過させるとともに前記第１の光の第２の成分を反射させる第１の反射素子と、前記第１の反射素子で反射した前記第２の成分を反射させる第２の反射素子と、を含んでもよい。

この構成によれば、第１の反射素子と第２の反射素子との距離を変更することで第１の光の太さを調整することができる。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第１の光源領域はレーザー素子を備え、前記レーザー素子の光射出領域の長手方向は、前記第１の反射素子が前記第２の成分を反射させる方向と平行であってもよい。

第１の光源領域がレーザー素子を備えている場合、レーザー素子から射出された光の光軸に垂直な断面形状は楕円形であり、光射出領域の長手方向は楕円形の短軸方向に対応する。したがって、光射出領域の長手方向と第１の反射素子が第２の成分を反射させる方向とが平行であれば、平行でない場合に比べて、複数の光を含む光線束の光軸に垂直な断面形状を円に近付けることができる。これにより、色ムラが低減しやすくなる。

本発明の一つの態様の照明装置は、前記第２の光と前記光線束調整光学系を通過した前記第１の光とを合成する機能を有する第１の光線合成光学系と、前記第１の光線合成光学系から射出された光が入射する拡散素子と、をさらに備えてもよい。

この構成によれば、第２の光と光線束調整光学系を通過した第１の光とが第１の光線合成光学系から同じ方向に向けて射出され、拡散素子に入射する。そのため、第１の光と第２の光とで１つの拡散素子を共用することができる。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第２の光源ユニットは、第４の色光を射出する第２の光源領域と、前記第４の色光を前記第２の色光に変換する波長変換素子と、前記第１の光源領域および前記第２の光源領域の後段に設けられた少なくとも一つのレンズアレイと、前記光線束調整光学系から射出された光が入射する拡散素子と、を備え、前記光線束調整光学系は、前記少なくとも一つのレンズアレイの後段に設けられていてもよい。

この構成によれば、レンズアレイによって波長変換素子上での光強度分布が均一化されることに加えて、光線束調整光学系が少なくとも一つのレンズアレイの後段に設けられていることによって拡散素子上での光強度分布も均一化される。これにより、色ムラとともにスペックルを軽減することができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、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。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、色ムラが少ないカラー画像を表示できる。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の照明装置の概略構成図である。 第２の光源ユニットを−Ｘ方向から見た側面図である。 照明装置をＺ方向と垂直な方向から見た場合の青色光の光路を説明するための図である。 照明装置をＺ方向から見た場合の青色光の光路を説明するための図である。 半導体レーザー素子の斜視図である。 照明装置をＺ方向と垂直な方向から見た場合の赤色光の光路を説明するための図である。 照明装置をＺ方向と垂直な方向から見た場合の緑色光の光路を説明するための図である。 比較例の照明装置をＺ方向と垂直な方向から見た場合の青色光の光路を説明するための図である。 比較例の照明装置をＺ方向から見た場合の青色光の光路を説明するための図である。 第２実施形態の照明装置の概略構成図である。 第２実施形態の変形例の照明装置の概略構成図である。 第３実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第４実施形態の照明装置の概略構成図である。 第５実施形態の照明装置の概略構成図である。 第６実施形態の照明装置の概略構成図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図９を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、半導体レーザーを用いた光源装置を備えた液晶プロジェクターの一例である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素により寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー画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、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。プロジェクター１は、光源装置の発光素子として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを用いている。

図１は、本実施形態のプロジェクター１の概略構成図である。
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、赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、青色光用光変調装置４００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム５００、および投射光学系６００を備えている。

本実施形態において、照明装置１００は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢ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、ダイクロイックミラー２２０、反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０、リレーレンズ２６０、およびリレーレンズ２７０を備えている。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、および青色光ＬＢに分離し、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢをそれぞれ対応する赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂに導く。

色分離導光光学系２００と、赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、青色光用光変調装置４００Ｂとの間には、フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、フィールドレンズ３００Ｂがそれぞれ配置されている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を透過させ、緑色光成分および青色光成分を反射する。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を透過させる。反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射する。反射ミラー２４０および反射ミラー２５０は、青色光成分を反射する。

赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂのそれぞれは、入射された色光を画像情報に応じて変調して画像を形成する液晶パネルから構成されている。

なお、図示を省略したが、フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、フィールドレンズ３００Ｂと赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、青色光用光変調装置４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置されている。赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、青色光用光変調装置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ている。

クロスダイクロイックプリズム５００は、赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、青色光用光変調装置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、誘電体多層膜が設けられている。

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によってスクリーンＳＣＲ上に拡大投射される。

図２は、照明装置１００の概略構成図である。図３は、第２の光源ユニット２０を＋Ｘ方向に見た側面図である。
座標軸として、照明装置１００から照明光ＷＬが射出される方向をＹ方向とし、第２の光源ユニット２０から赤色光Ｒが射出される方向をＸ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向と垂直で、紙面の手前から奥へ向かう方向をＺ方向とする。
図２に示すように、照明装置１００は、第１の光源ユニット１０と、光線束調整光学系１５と、第２の光源ユニット２０と、第１の光線合成光学系２５と、第３の光源ユニット３０と、光線合成素子３５と、集光光学系４０と、拡散素子５０と、ピックアップ光学系６０と、インテグレーター光学系７０と、重畳レンズ８０と、を備えている。

本実施形態の照明装置１００は、特許請求の範囲の照明装置に対応する。本実施形態の第１の光源ユニット１０は、特許請求の範囲の第１の光源ユニットに対応する。本実施形態の光線束調整光学系１５は、特許請求の範囲の光線束調整光学系に対応する。本実施形態の第２の光源ユニット２０は、特許請求の範囲の第２の光源ユニットに対応する。本実施形態の第１の光線合成光学系２５は、特許請求の範囲の第１の光線合成光学系に対応する。本実施形態の拡散素子５０は、特許請求の範囲の拡散素子に対応する。

第１の光源ユニット１０、光線束調整光学系１５、および第１の光線合成光学系２５は、光軸ＡＸ１上に設けられている。第２の光源ユニット２０、第１の光線合成光学系２５、および光線合成素子３５は、光軸ＡＸ１と直交する光軸ＡＸ２上に設けられている。第３の光源ユニット３０、光線合成素子３５、集光光学系４０、拡散素子５０、ピックアップ光学系６０、インテグレーター光学系７０、および重畳レンズ８０は、光軸ＡＸ２と直交する光軸ＡＸ３上に設けられている。

第１の光源ユニット１０は、第１の光源領域１１と、コリメート光学系１３と、を備えている。第１の光源領域１１は、１個の第１の半導体レーザー素子１１１を備えている。第１の半導体レーザー素子１１１は、例えばピーク波長が４６０〜４８０ｎｍの青色光Ｂを射出する。

コリメート光学系１３は、第１の半導体レーザー素子１１１から射出された青色光Ｂを略平行化する。コリメート光学系１３は、凸レンズ１３１から構成されている。このように、第１の光源ユニット１０は、平行化された青色光Ｂ０を射出する。
本実施形態の青色光Ｂ０は、特許請求の範囲の第１の色光および第１の光に対応する。

光線束調整光学系１５は、アフォーカル光学系１６と、光線幅拡大光学系１７と、を含む。光線束調整光学系１５は、下記のように、第１の光源ユニット１０から射出された青色光Ｂ０を太くする。

アフォーカル光学系１６は、第１の光源ユニット１０から射出された青色光Ｂ０の径を拡大する。アフォーカル光学系１６は、凹レンズ１６１と、凸レンズ１６２と、を備えている。本実施形態のアフォーカル光学系１６は、特許請求の範囲のアフォーカル光学系に対応する。

光線幅拡大光学系１７は、青色光Ｂ０の第１の成分Ｂ１を透過させるとともに青色光Ｂ０の第２の成分Ｂ２を反射させる第１の反射素子１７１（図４参照）と、第１の反射素子１７１で反射した第２の成分Ｂ２を反射させる第２の反射素子１７２（図４参照）と、を含む。第１の反射素子１７１と第２の反射素子１７２の各々は、Ｙ方向およびＺ方向のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。

なお、本明細書において、第１の成分Ｂ１および第２の成分Ｂ２の各々は、光のうち、互いに異なる波長を有する成分という意味ではなく、一部の光と他の一部の光という意味である。すなわち、本実施形態においては、第１の反射素子１７１は、ハーフミラーで構成されている。ただし、第１の反射素子１７１は、偏光分離素子であってもよい。第２の反射素子１７２は、第１の反射素子１７１で反射した第２の成分Ｂ２を反射させる全反射ミラーで構成されている。

図４は、照明装置１００をＸ方向から見た場合の青色光Ｂ０の光路を説明するための図である。図４では、説明を理解しやすくするため、青色光Ｂ０の光路上にある第１の光線合成光学系２５および光線合成素子３５の図示を省略し、図２に示すように折れ曲がった青色光Ｂ０の光路を直線状に描いている。

図４に示すように、青色光Ｂ０は、アフォーカル光学系１６を通過して太い青色光Ｂ０’となった後、光線幅拡大光学系１７により第１の成分Ｂ１および第２の成分Ｂ２に分岐される。第１の成分Ｂ１は、第１の反射素子１７１を透過して−Ｙ方向に進む。第２の成分Ｂ２は、第１の反射素子１７１で反射して＋Ｚ方向に進み、さらに第２の反射素子１７２で反射して−Ｙ方向に進む。このように、青色光Ｂは、光線束調整光学系１５によって互いに平行な方向に進む第１の成分Ｂ１および第２の成分Ｂ２に分岐される。これにより、光線束調整光学系１５の後段での青色光Ｂ３は、光線束調整光学系の前段での青色光Ｂ０よりも太くなる。

なお、本明細書において、光が複数の光ビームで構成されている場合には、光の太さは、光の光軸方向から見て、最外周に位置する光ビームに外接する図形の面積と定義される。また、光が一つの光ビームで構成されている場合には、光の太さは、光軸に垂直な光の断面積と定義される。したがって、上記の場合、光線束調整光学系１５の後段において青色光Ｂ３を構成している２つの光ビーム（第１の成分Ｂ１および第２の成分Ｂ２）に外接する図形の面積が、光線束調整光学系１５の前段での青色光Ｂ０の断面積よりも大きいことを示している。上記の図形としては、例えば円が用いられる。

第２の光源ユニット２０は、第２の光源領域２１と、コリメート光学系２２と、を備えている。図３に示すように、第２の光源領域２１は、７個の第２の半導体レーザー素子２１１で構成されている。第２の半導体レーザー素子２１１は、例えばピーク波長が６１０〜６８０ｎｍの赤色光Ｒを射出する。第２の光源ユニット２０は、青色光Ｂ（第１の色光）とは異なる色の７本の赤色光Ｒからなる赤色光Ｒ０を射出する。

コリメート光学系２２は、第２の半導体レーザー素子２１１から射出された赤色光Ｒを略平行化する。コリメート光学系２２は、複数の第２の半導体レーザー素子２１１各々に対応して設けられた凸レンズ２２１から構成されている。よって、赤色光Ｒ０は平行化されており、青色光Ｂ０よりも太い。
本実施形態の赤色光Ｒ０は、特許請求の範囲の第２の色光および第２の光に対応する。

図３は、第２の光源ユニット２０を＋Ｘ方向に見た側面図である。
図３に示すように、７個の第２の半導体レーザー素子２１１は、Ｚ方向の上段に２個の第２の半導体レーザー素子２１１がＹ方向に並べて配置され、中段に３個の第２の半導体レーザー素子２１１がＹ方向に並べて配置され、下段に２個の第２の半導体レーザー素子２１１がＹ方向に並べて配置された構成を有する。このような配置により、例えばＣＡＮパッケージを備えた半導体レーザー素子を用いる場合、７個の第２の半導体レーザー素子２１１を密に配置することができ、第２の光源ユニット２０を小型化することができる。第３の光源ユニット３０についても同様である。

図２に示すように、第１の光線合成光学系２５は、赤色光Ｒ０と光線束調整光学系１５を通過した青色光Ｂ３とを合成して光ＢＲを生成する機能を有する。第１の光線合成光学系２５は、赤色光Ｒ０を透過し、青色光Ｂ３を反射するダイクロイックミラーで構成されている。ダイクロイックミラーは、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。

第３の光源ユニット３０は、第３の光源領域３１と、コリメート光学系３２と、を備えている。第３の光源領域３１は、７個の第３の半導体レーザー素子３１１で構成されている。第３の半導体レーザー素子３１１は、例えばピーク波長が５００〜５９０ｎｍの緑色光Ｇを射出する。第３の光源ユニット３０は、青色光Ｂとは異なる色の７本の緑色光Ｇからなる緑色光Ｇ０を射出する。

コリメート光学系３２は、第３の半導体レーザー素子３１１から射出された緑色光Ｇを略平行化する。コリメート光学系３２は、複数の第３の半導体レーザー素子３１１各々に対応して設けられた凸レンズ３２１から構成されている。よって、緑色光Ｇ０は平行化されており、青色光Ｂ０よりも太い。

光線合成素子３５は、緑色光Ｇ０を光ＢＲと合成する機能を有する。光線合成素子３５は、緑色光Ｇ０を透過し、光ＢＲを反射するダイクロイックミラーで構成されている。ダイクロイックミラーは、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。したがって、光線合成素子３５から、青色光Ｂ３と緑色光Ｇ０と赤色光Ｒ０とが合成された白色光Ｗが射出される。

集光光学系４０は、光線合成素子３５から射出された白色光Ｗを集光して拡散素子５０に入射させる。集光光学系４０は、凸レンズ４０１で構成されている。

拡散素子５０は、拡散板５０１と、回転軸５０２を中心として拡散板５０１を回転させるためのモーター５０３と、を備えている。拡散素子５０は、拡散板５０１に入射した白色光Ｗを拡散させる。

ピックアップ光学系６０は、拡散素子５０から射出された白色光Ｗを略平行化する。ピックアップ光学系６０は、凸レンズ６０１から構成されている。

インテグレーター光学系７０は、第１のレンズアレイ７１と、第２のレンズアレイ７２と、を備えている。第１のレンズアレイ７１は、ピックアップ光学系６０から射出された白色光Ｗを複数の部分光線束に分割するための複数のレンズ７１１を有する。複数のレンズ７１１は、光軸ＡＸ３と直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２のレンズアレイ７２は、第１のレンズアレイ７１の複数のレンズ７１１に対応する複数のレンズ７２１を備えている。第２のレンズアレイ７２は、重畳レンズ８０とともに、第１のレンズアレイ７１の各レンズ７１１の像を赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂの各々の画像形成領域の近傍に結像させる。複数のレンズ７２１は、光軸ＡＸ３に直交する面内にマトリクス状に配列されている。

図６は、第１の半導体レーザー素子１１１の斜視図である。
図６に示すように、第１の半導体レーザー素子１１１は、青色光Ｂを射出する光射出領域１１１ａを有する。光射出領域１１１ａの平面形状は、光の主光線Ｂｃの方向から見て、長手方向Ｗ１と短手方向Ｗ２とを有する略矩形状である。第２の半導体レーザー素子２１１および第３の半導体レーザー素子３１１の形状も、第１の半導体レーザー素子１１１と同様である。

第１の半導体レーザー素子１１１において、光射出領域１１１ａの長手方向Ｗ１はＺ方向と一致し、光射出領域１１１ａの短手方向Ｗ２はＺ方向と交差するＸ方向と一致する。

第１の半導体レーザー素子１１１から射出された青色光Ｂは、長手方向Ｗ１と平行な偏光方向を有する直線偏光である。短手方向Ｗ２における青色光Ｂの発散角θ２は、長手方向Ｗ１における青色光Ｂの発散角θ１よりも大きい。これにより、青色光Ｂの光軸に垂直な断面形状ＢＳは、Ｘ方向を長軸方向とし、Ｚ方向を短軸方向とした楕円形状となる。

図４に示すように、照明装置１００をＹＺ面と垂直な方向から見た場合、第１の半導体レーザー素子１１１から射出された青色光Ｂの発散角θ１は相対的に小さい。青色光Ｂは、アフォーカル光学系１６を通過して太い青色光Ｂ０’となった後、光線幅拡大光学系１７により２つの成分Ｂ１，Ｂ２に分岐される。第１の半導体レーザー素子１１１の光射出領域１１１ａの長手方向Ｗ１は、光線束調整光学系１５の第１の反射素子１７１が第２の成分Ｂ２を反射させる方向と平行である。２つの成分Ｂ１，Ｂ２に分岐されたことによって太くなった青色光Ｂ３は、集光光学系４０に入射する。

図５は、照明装置１００をＺ方向から見た場合の青色光Ｂ０の光路を説明するための図である。図５では、説明を理解しやすくするため、青色光Ｂ０の光路上にある第１の光線合成光学系２５および光線合成素子３５の図示を省略し、図２に示すように折れ曲がった青色光Ｂ０の光路を直線状に描いている。

図５に示すように、照明装置１００をＺ方向から見た場合、第１の半導体レーザー素子１１１から射出された青色光Ｂの発散角θ２は、図４に示す発散角θ１よりも大きい。

図７は、照明装置１００をＸ方向から見た場合の赤色光Ｒの光路を説明するための図である。図７では、説明を理解しやすくするため、赤色光Ｒの光路上にある第１の光線合成光学系２５および光線合成素子３５の図示を省略し、図２に示すように折れ曲がった赤色光Ｒの光路を直線状に描いている。
図８は、照明装置１００をＸ方向から見た場合の緑色光Ｇの光路を説明するための図である。図８では、説明を理解しやすくするため、緑色光Ｇの光路上にある光線合成素子３５の図示を省略している。

図７に示すように、照明装置１００をＸ方向から見た場合、第２の半導体レーザー素子２１１の各々から射出された赤色光Ｒの発散角θ３は青色光Ｂの発散角θ１と同レベルである。図７には３本の赤色光Ｒのみが図示されているが、実際には７本の赤色光Ｒが集光光学系に入射する。図８に示すように、緑色光Ｇについても赤色光Ｒと同様である。

一般に、青色光用半導体レーザー素子は、緑色光用半導体レーザー素子や赤色光用半導体レーザー素子に比べて出力パワーが十分大きい。そのため、これらの色光で白色光を構成する場合にホワイトバランスを調整するためには、緑色光用半導体レーザー素子や赤色光用半導体レーザー素子の個数を青色光用半導体レーザー素子の個数よりも多くする必要がある。

したがって、本実施形態では、第１の光源ユニット１０が１個の第１の半導体レーザー素子１１１を備えているのに対し、第２の光源ユニット２０が７個の第２の半導体レーザー素子２１１を備え、第３の光源ユニット３０が７個の第３の半導体レーザー素子３１１を備えている。これにより、光線束調整光学系の前段において比較した場合、７本の赤色光Ｒからなる第２の光源ユニット２０から射出された第２の光（赤色光Ｒ０）、７本の緑色光Ｇからなる第３の光源ユニット３０から射出された緑色光Ｇ０のそれぞれは、１本の青色光Ｂからなる第１の光源ユニット１０から射出された第１の光（青色光Ｂ０）よりも太い。

ここで、本実施形態の照明装置１００から光線束調整光学系１５を取り除いた比較例の照明装置９００について説明する。
図９は、比較例の照明装置９００をＹＺ面と垂直な方向から見た場合の青色光Ｂ０の光路を説明するための図である。図１０は、比較例の照明装置９００をＺ方向から見た場合の青色光Ｂ０の光路を説明するための図である。

図９および図１０に示すように、比較例の照明装置９００の場合、青色光Ｂ０は、光線束調整光学系１５によって太くされることなく、集光光学系４０に入射する。青色光Ｂ０が拡散素子５０に入射する際の入射角の分布範囲は、集光光学系４０に入射する前の青色光Ｂ０が太いほど広い。

赤色光Ｒ０および緑色光Ｇ０については、比較例の照明装置９００は、本実施形態の照明装置１００と同一の構成を有している。したがって、図７および図８に示すように、赤色光Ｒ０および緑色光Ｇ０は、青色光Ｂ０よりも太い状態で集光光学系４０に入射し、集光されて拡散素子５０に入射する。よって、赤色光Ｒ０および緑色光Ｇ０の各々が拡散素子５０に入射する際の入射角の分布範囲α５，α６は、青色光Ｂ０が拡散素子５０に入射する際の入射角の分布範囲α３，α４よりも大きい。本実施形態の構成では、全ての色光が共通の集光光学系４０に入射するため、入射角の分布範囲を反映して、赤色光Ｒ０および緑色光Ｇ０が拡散素子５０から射出される際の拡散角β５，β６は、青色光Ｂ３が拡散素子５０から射出される際の拡散角β３，β４よりも大きい。

このように、比較例の照明装置９００では、拡散角が異なる複数の色光がインテグレーター光学系等の後段の光学系に入射することにより、色ムラが生じる。

これに対し、図４に示すように、本実施形態の照明装置１００は光線束調整光学系１５を備えているため、光線束調整光学系１５の後段における青色光Ｂ３は、光線束調整光学系１５の前段における青色光Ｂ０よりも太い。したがって、光線束調整光学系１５の後段での青色光Ｂ３と赤色光Ｒ０との太さの差は、光線束調整光学系１５の前段での青色光Ｂ０と赤色光Ｒ０との太さの差よりも小さい。

さらに、光線束調整光学系１５の第１の反射素子１７１と第２の反射素子１７２との距離を適宜調整することにより、光線束調整光学系１５の後段での青色光Ｂ３と赤色光Ｒ０との太さを略同じにすることができる。なお、上では青色光Ｂ３と赤色光Ｒ０との関係について説明したが、青色光Ｂ３と緑色光Ｇ０との関係も同様である。

この場合、各色光が拡散素子５０に入射する際の入射角の分布範囲が互いに略等しくなるため、各色光が拡散素子５０から射出される際の拡散角も互いに略等しくなる。このように、本実施形態の照明装置１００では、拡散角が略等しい複数の色光がインテグレーター光学系７０等の後段の光学系に入射することにより、色ムラを低減することができる。

また、光線束調整光学系１５を備えていない比較例の照明装置９００において、複数の色光の拡散角の違いを小さくするためには、赤色光用もしくは緑色光用の拡散素子よりも拡散力が大きい青色光用の拡散素子を別途備える必要がある。その場合、部品点数の増大、照明装置の大型化等の不具合が生じる。これに対して、本実施形態の照明装置１００においては、全ての色光で１つの拡散素子５０を共用することができるため、上記の不具合が生じることがない。

また、本実施形態の場合、光線束調整光学系１５がアフォーカル光学系１６を含んでおり、アフォーカル光学系１６により青色光Ｂ０を太くすることができるため、光線束調整光学系１５の後段での青色光Ｂ３と赤色光Ｒ０との太さの差が光線束調整光学系１５の前段での青色光Ｂ０と赤色光Ｒ０との太さの差よりも小さい構成を実現しやすくなる。

なお、アフォーカル光学系１６と光線幅拡大光学系１７との配置順については、本実施形態とは逆に、アフォーカル光学系１６の前段に光線幅拡大光学系１７を配置してもよい。ただし、本実施形態のように、光線幅拡大光学系１７の前段にアフォーカル光学系１６を配置した方が、アフォーカル光学系１６の小型化を図ることができる。

また、本実施形態の場合、第１の半導体レーザー素子１１１の光射出領域１１１ａの長手方向Ｗ１は第１の反射素子１７１が第２の成分Ｂ２を反射させる方向（すなわち、第１の成分Ｂ１と第２の成分Ｂ２とが分岐する方向）と平行である。そのため、これらの方向が平行でない場合に比べて、２つの成分Ｂ１，Ｂ２を含む光の光軸に垂直な断面形状を円に近付けることができる。これにより、色ムラが低減しやすくなる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１１を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、照明装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、照明装置についてのみ説明する。
図１１は、第２実施形態の照明装置１０２の概略構成図である。
図１１において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１１に示すように、本実施形態の照明装置１０２は、第１の光源ユニット３３０と、光路変更光学系３４０と、光線束調整光学系３５０と、第２の光源ユニット３６０と、第１の光線合成光学系３７０と、拡散素子３８０と、インテグレーター光学系７０と、偏光変換素子３９０と、重畳レンズ８０と、を備えている。

第１の光源ユニット３３０は、第１の光源領域３３１と、コリメート光学系１３と、を備えている。第１の光源領域３３１は、各々が例えばピーク波長が４６０〜４８０ｎｍの青色光Ｂを射出する複数の第１の半導体レーザー素子１１１で構成されている。図１１には、一つの第１の半導体レーザー素子１１１が示されているが、複数の第１の半導体レーザー素子１１１が紙面と垂直な方向に配列されている。

コリメート光学系１３は、青色光Ｂを略平行化する凸レンズ１３１で構成されている。第１の光源領域３３１から射出され、コリメート光学系１３で平行化された複数の青色光Ｂは、青色光Ｂ０を構成する。青色光Ｂ０は、特許請求の範囲の第１の色光および第１の光に対応する。

第２の光源ユニット３６０は、第２の光源領域３６１と、コリメート光学系１３と、ホモジナイザー光学系３６２と、コリメート集光光学系３６４と、波長変換素子３６５と、を備えている。第２の光源領域３６１は、各々が例えばピーク波長が４４０〜４６０ｎｍの励起光Ｅを射出する複数の第２の半導体レーザー素子３６３で構成されている。

コリメート光学系１３は、第２の半導体レーザー素子３６３から射出された励起光Ｅを略平行化する。コリメート光学系１３は、複数の第２の半導体レーザー素子３６３各々に対応して設けられた凸レンズ１３１から構成されている。

ホモジナイザー光学系３６２は、コリメート光学系１３から射出された励起光Ｅの被照明領域（波長変換素子３６５の蛍光体層３６６）における光強度分布を均一な状態に変換する。ホモジナイザー光学系３６２は、例えば一対のレンズアレイ３６２Ａおよびレンズアレイ３６２Ｂから構成されている。

コリメート集光光学系３６４は、第１の光線合成光学系３７０を透過した励起光Ｅを略集光した状態で蛍光体層３６６に入射させる機能と、蛍光体層３６６から射出された蛍光光Ｙを略平行化する機能とを有する。コリメート集光光学系３６４は、第１凸レンズ３６４Ａおよび第２凸レンズ３６４Ｂを備える。

波長変換素子３６５は、励起光Ｅを蛍光光Ｙに変換する。波長変換素子３６５は、蛍光体層３６６と、蛍光体層３６６を支持する基板３６７と、蛍光体層３６６を基板３６７に固定する固定部材３６８と、を有している。
蛍光体層３６６は、例えば波長４４０〜４６０ｎｍの励起光Ｅを吸収して励起される蛍光体材料を含んでいる。励起光Ｅにより励起された蛍光体は、例えば５００〜７００ｎｍの波長帯にピーク波長を有する黄色の蛍光光Ｙを生成する。蛍光体層３６６は、無機材料からなる母剤と、母剤に分散された発光中心となる賦活剤と、を備えている。蛍光体層３６６は、例えばＣｅを賦活剤とした（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂（ＹＡＧ：Ｃｅ）からなるＹＡＧ系蛍光体から構成されている。

第２の半導体レーザー素子３６３のピーク波長は、ＹＡＧ系蛍光体に効率的に蛍光光Ｙを発生させるために、第１の半導体レーザー素子１１１のピーク波長よりも短いことが望ましい。

複数の第１の半導体レーザー素子１１１と複数の第２の半導体レーザー素子３６３と、は光源アレイ３３４を構成している。複数の第１の半導体レーザー素子１１１は１列に配列され、複数の第２の半導体レーザー素子３６３は３列に配列されている。

光路変更光学系３４０は、分岐ミラー３４１と、反射ミラー３４２と、を備えている。分岐ミラー３４１と反射ミラー３４２の各々は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。分岐ミラー３４１は、光源アレイ３３４からの光のうち、青色光Ｂ０を反射させることにより、青色光Ｂ０を励起光Ｅから分岐させる。＋Ｘ方向に進む青色光Ｂ０は分岐ミラー３４１で反射して−Ｙ方向に進み、さらに反射ミラー３４２で反射して＋Ｘ方向に進む。

光線束調整光学系３５０は、青色光Ｂ０の第１の成分Ｂ１を透過させるとともに青色光Ｂ０の第２の成分Ｂ２を反射させる第１の反射素子３５１と、第１の反射素子３５１を透過した第１の成分Ｂ１を反射させる第２の反射素子３５２と、を含む。第１の反射素子３５１と第２の反射素子３５２の各々は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。第１の反射素子３５１は、ハーフミラーで構成されている。

第１の成分Ｂ１は、第２の反射素子３５２で反射して＋Ｙ方向に進む。第２の成分Ｂ２は、第１の反射素子３５１で反射して＋Ｙ方向に進む。このように、青色光Ｂは、光線束調整光学系３５０によって同じ方向に進む２つの成分Ｂ１，Ｂ２に分岐する。これにより、光線束調整光学系３５０の後段での青色光Ｂ３は、光線束調整光学系３５０の前段での青色光Ｂ０よりも太くなる。

蛍光光Ｙは、ランバートな配光分布をもって蛍光体層３６６から射出される。波長変換素子３６５から射出された蛍光光Ｙは、コリメート集光光学系３６４により平行化される。このようにして、第２の光源ユニット３６０は、青色光Ｂ０（第１の色光）とは異なる色の黄色を呈し、青色光Ｂ０よりも太い平行化された蛍光光Ｙを射出する。
本実施形態の蛍光光Ｙは、特許請求の範囲の第２の色光および第２の光に対応する。

第１の光線合成光学系３７０は、蛍光光Ｙと光線束調整光学系３５０から射出された青色光Ｂ３とを合成する機能を有する。第１の光線合成光学系３７０は、青色帯の光を透過し、黄色帯の光を反射するダイクロイックミラーで構成されている。ダイクロイックミラーは、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。したがって、蛍光光Ｙは、第１の光線合成光学系３７０で反射する。青色光Ｂ３は、第１の光線合成光学系３７０を透過する。

このようにして、蛍光光Ｙと青色光Ｂ３とは、第１の光線合成光学系３７０により合成され、白色の照明光Ｗとなる。

拡散素子３８０は、光線束調整光学系３５０と第１の光線合成光学系３７０との間の青色光Ｂ３の光路上に設けられている。拡散素子３８０は、拡散板で構成され、拡散板に入射した青色光Ｂ３を拡散させる。

偏光変換素子３９０は、インテグレーター光学系７０と重畳レンズ８０との間の照明光Ｗの光路上に設けられている。偏光変換素子３９０は、第１のレンズアレイ７１１によって分割された各部分光線束を、直線偏光の光線束に変換する。偏光変換素子３９０は、図示を省略するが、偏光分離層と反射層と位相差層とを備えている。

一般に、標準的な白色を得るための青色光と励起光との光量比は、青色光が２０％程度であり、励起光が８０％程度であることが望ましい。その観点から、本実施形態の照明装置１０２では、光源アレイ３３４のうち、１列分の第１の半導体レーザー素子１１１が青色光用に割り当てられ、３列分の第２の半導体レーザー素子３６３が励起光用に割り当てられている。

第１の半導体レーザー素子１１１の列数が１列であるため、第１の半導体レーザー素子１１１から射出された青色光Ｂ０は、コリメート集光光学系３６４によって平行化された蛍光光Ｙよりも細い。細い青色光Ｂ０と太い蛍光光Ｙとを合成させると、色ムラが生じる。仮に光線束調整光学系３５０がなかったとすると、青色光Ｂ０を拡散素子３８０で拡散させたとしても、青色光Ｂ０を充分太くすることは困難である。

これに対し、本実施形態の照明装置１０２においては、青色光Ｂ０が光線束調整光学系３５０によって太い青色光Ｂ３に変換されるため、光線束調整光学系３５０の後段での青色光Ｂ３と平行化された蛍光光Ｙとの太さの差は、光線束調整光学系３５０の前段での青色光Ｂ０と平行化された蛍光光Ｙとの太さの差よりも小さい。

さらに、光線束調整光学系３５０の第１の反射素子３５１と第２の反射素子３５２との距離を調整することにより、青色光Ｂ３と平行化された蛍光光Ｙとの太さを略同じにすることができる。このように、本実施形態の照明装置１０２では、太さの差が小さい青色光Ｂ３と蛍光光Ｙとがインテグレーター光学系７０等の後段の光学系に入射する。これにより、色ムラを低減することができる。

また、仮に照明装置１０２が光線束調整光学系３５０を備えていなかったとすると、青色光Ｂ０と蛍光光Ｙとの太さの差を小さくするためには、拡散素子３８０の拡散力を十分に高める必要がある。その場合、拡散力の増大に限界がある、拡散素子のコストが上昇する等の不具合が生じる。これに対して、本実施形態の照明装置１０２においては、拡散素子３８０に入射する前の時点で青色光Ｂ０を太くすることができ、拡散力が高い拡散素子を用いる必要がない。そのため、上記の不具合が生じることがない。

［第２実施形態の変形例］
以下、第２実施形態の変形例について、図１２を用いて説明する。
変形例の照明装置の基本構成は第２実施形態と同様であり、照明装置の一部の構成が第２実施形態と異なる。そのため、照明装置全体の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図１２は、変形例の照明装置１０４の概略構成図である。
図１２において、第１実施形態で用いた図２および第２実施形態で用いた図１１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１２に示すように、変形例の照明装置１０４において、光線束調整光学系８５は、第１の反射素子３５１と、第２の反射素子３５２と、第３の反射素子８５３と、第４の反射素子８５４と、を備えている。

第３の反射素子８５３は、第２の反射素子３５２で反射した第１の成分Ｂ１を反射させる。第４の反射素子８５４は、第１の反射素子３５１で反射した第２の成分Ｂ２を反射させる。

集光光学系８６は、光線束調整光学系８５から射出された青色光Ｂ３を集光して拡散素子５０に入射させる。集光光学系８６は、凸レンズ８６１で構成されている。拡散素子５０は、第１実施形態の拡散素子５０と同様である。ピックアップ光学系８７は、拡散素子５０から射出された青色光Ｂ３を略平行化する。ピックアップ光学系８７は、第１の凸レンズ８７１および第２の凸レンズ８７２から構成されている。

本実施形態の照明装置１０４においても、光線束調整光学系８５が設けられたことによって、光線束調整光学系８５の後段での青色光Ｂ３と平行化された蛍光光Ｙとの太さの差は、光線束調整光学系８５の前段での青色光Ｂ０と平行化された蛍光光Ｙとの太さの差よりも小さい。これにより、色ムラを低減することができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１３を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターは、マイクロミラー型の光変調装置を備える。
図１３は、第３実施形態のプロジェクター３の概略構成図である。
図１３において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１３に示すように、本実施形態のプロジェクター３は、照明装置１０６と、マイクロミラー型光変調装置４５０と、投射光学系６００と、を備えている。照明装置１０６は、赤色光Ｒ０、緑色光ＧＥ、青色光Ｂ０を時分割で射出し、マイクロミラー型光変調装置４５０に順次に入射させる。

マイクロミラー型光変調装置４５０として、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）が用いられる。ＤＭＤは、複数のマイクロミラー（可動反射素子）がマトリクス状に配列されたものである。ＤＭＤは、複数のマイクロミラーの傾き方向を切換えることにより、入射光の反射方向を、投射光学系６００に入射する方向と投射光学系６００に入射しない方向との間で切り替える。

このように、マイクロミラー型光変調装置４５０は、照明装置１０６から射出される赤色光Ｒ０、緑色光ＧＥ、および青色光Ｂ０を順次変調し、緑色画像、赤色画像、および青色画像を生成する。投射光学系６００は、緑色画像、赤色画像、および青色画像をスクリーンＳＣＲに投射する。

照明装置１０６は、第１の光源ユニット９１と、光線束調整光学系３５０と、拡散素子３８０と、第２の光源ユニット９２と、第１の光線合成光学系９３と、第１の集光光学系９４と、ロッドインテグレーター９５と、ピックアップ光学系９６と、第２の集光光学系９７と、導光光学系９８と、光源制御装置１０８と、を備えている。

第１の光源ユニット９１は、第１の光源領域９１１と、第２の光源領域９１２と、コリメート光学系１３と、第２の光線合成光学系９１３と、を備えている。第１の光源領域９１１は、各々が例えばピーク波長が４６０〜４８０ｎｍの青色光Ｂを射出する複数の第１の半導体レーザー素子１１１で構成されている。第２の光源領域９１２は、各々が例えばピーク波長が６１０〜６８０ｎｍの赤色光Ｒを射出する複数の第２の半導体レーザー素子２１１で構成されている。

複数の第１の半導体レーザー素子１１１と、複数の第２の半導体レーザー素子２１１と、後述する第２の光源ユニット９２の複数の第３の半導体レーザー素子９２１と、は光源アレイ９２３を構成する。複数の第１の半導体レーザー素子１１１は１列に配列され、複数の第２の半導体レーザー素子２１１は１列に配列され、複数の第３の半導体レーザー素子９２１は２列に配列されている。第３の半導体レーザー素子９２１は、例えばピーク波長が４４０〜４６０ｎｍの励起光Ｅを射出する。励起光Ｅのピーク波長は、青色光Ｂのピーク波長よりも短く、青色領域にある。
本実施形態の励起光Ｅは、特許請求の範囲の第４の色光に対応する。

複数の第１の半導体レーザー素子１１１と、複数の第２の半導体レーザー素子２１１と、複数の第３の半導体レーザー素子９２１と、は時分割で点灯される。

コリメート光学系１３は、青色光Ｂおよび赤色光Ｒのそれぞれを略平行化する。コリメート光学系１３は、各半導体レーザー素子１１１，２１１に対応して設けられた凸レンズ１３１から構成されている。コリメート光学系１３で平行化された複数の青色光Ｂは青色光Ｂ０を構成する。青色光Ｂ０は、特許請求の範囲の第１の色光に対応する。コリメート光学系１３で平行化された複数の赤色光Ｒは赤色光Ｒ０を構成する。赤色光Ｒ０は、特許請求の範囲の第３の色光に対応する。

第２の光線合成光学系９１３は、分岐ミラー９１６と、合成ミラー９１７と、反射ミラー９１８と、を備えている。分岐ミラー９１６、合成ミラー９１７、および反射ミラー９１８の各々は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。

分岐ミラー９１６は、青色光Ｂ０の光路上に設けられた全反射ミラーで構成されている。分岐ミラー９１６は、青色光Ｂ０を反射させることにより、青色光Ｂ０を第３の半導体レーザー素子９２１から射出された励起光Ｅから分岐させる。＋Ｙ方向に進む青色光Ｂ０は、分岐ミラー９１６で反射して＋Ｘ方向に進む。

合成ミラー９１７は、赤色光Ｒ０および青色光Ｂ０の光路上に設けられたダイクロイックミラーで構成されている。合成ミラー９１７は、青色光Ｂ０を透過させ、赤色光Ｒ０を反射させる。すなわち、合成ミラー９１７は、青色光Ｂ０と赤色光Ｒ０とを合成する機能を有する。＋Ｙ方向に進む赤色光Ｒ０は、合成ミラー９１７で反射して＋Ｘ方向に進む。

合成ミラー９１７から射出された光を第１の光ＢＲと称する。第１の光源領域９１１と第２の光源領域９１２はそれぞれ、青色光Ｂ０と赤色光Ｒ０とを時分割で射出する。つまり、第１の光源ユニット９１は、青色光Ｂ０と赤色光Ｒ０とのうちの一方を含む第１の光ＢＲを射出する。

反射ミラー９１８は、合成ミラー９１７から射出された第１の光ＢＲを反射する。＋Ｘ方向に進む第１の光ＢＲは、反射ミラー９１８で反射して＋Ｙ方向に進み、光線束調整光学系３５０に入射する。

光線束調整光学系３５０および拡散素子３８０の構成は、第２実施形態と同様である。

第２の光源ユニット９２は、第３の光源領域９２５と、コリメート光学系１３と、ホモジナイザー光学系３６２と、コリメート集光光学系３６４と、波長変換素子９２７と、を備えている。上述したように、第３の光源領域９２５は、光源アレイ９２３のうち、複数の第３の半導体レーザー素子９２１が２列に配列された領域に対応する。

コリメート光学系１３は、励起光Ｅを略平行化する。コリメート光学系１３は、複数の第３の半導体レーザー素子９２１の各々に対応して設けられた凸レンズ１３１から構成されている。

ホモジナイザー光学系３６２およびコリメート集光光学系３６４の構成は、第２実施形態と同様である。また、波長変換素子９２７の基本構成は第２実施形態と同様であるが、蛍光体層９２８が第２実施形態と異なる。

蛍光体層９２８は、励起光Ｅを吸収して例えば５００〜５９０ｎｍの波長帯にピーク波長を有する緑色の蛍光光ＧＥを生成する蛍光体材料を含んでいる。

波長変換素子９２７から射出された緑色の蛍光光ＧＥは、コリメート集光光学系３６４によって平行化される。このようにして、第２の光源ユニット９２は、青色光Ｂ（第１の色光）とは異なる緑色を呈し、第１の光ＢＲよりも太い平行化された蛍光光ＧＥを射出する。
本実施形態の蛍光光ＧＥは、特許請求の範囲の第２の色光および第２の光に対応する。

第１の光線合成光学系９３は、蛍光光ＧＥと、光線束調整光学系３５０から射出された青色光Ｂ０と赤色光Ｒ０とのうちの一方を含む第１の光ＢＲと、を合成する機能を有する。第１の光線合成光学系９３は、青色帯および赤色帯の光を透過し、緑色帯の光を反射するダイクロイックミラーで構成されている。

このようにして、第１の光ＢＲと蛍光光ＧＥと、は、第１の光線合成光学系９３から−Ｘ方向に向けて射出される。以下、第１の光ＢＲと蛍光光ＧＥとをまとめて照明光ＬＳと称する。

第１の集光光学系９４は、第１の凸レンズ９４１と第２の凸レンズ９４２とから構成されている。第１の集光光学系９４は、第１の光線合成光学系９３から射出された照明光ＬＳをロッドインテグレーター９５の光入射端面９５ａに向けて集光する。

ロッドインテグレーター９５は、四角柱状の光透過性部材で構成されており、光入射端面９５ａと光射出端面９５ｂと４つの反射面とを有する。照明光ＬＳは、ロッドインテグレーター９５を透過することにより強度分布が均一化される。

ピックアップ光学系９６は、第１の凸レンズ９６１と第２の凸レンズ９６２とから構成されている。ピックアップ光学系９６は、ロッドインテグレーター９５から射出された照明光ＬＳを略平行化する。

第２の集光光学系９７は、凸レンズ９７２から構成されている。第２の集光光学系９７は、ピックアップ光学系９６から射出された照明光ＬＳをマイクロミラー型光変調装置４５０上に集光する。

導光光学系９８は、反射ミラーから構成されている。導光光学系９８は、照明光ＬＳを反射させ、赤色光Ｒ０、緑色光ＧＥ、および青色光Ｂ０をマイクロミラー型光変調装置４５０に時分割で入射させる。

光源制御装置１０８は、第１の光源領域９１１と第２の光源領域９１２と第３の光源領域９２５との各出力を互いに独立に制御するように構成されている。

本実施形態の照明装置１０６においては、第１の光源ユニット９１から射出された第１の光ＢＲが光線束調整光学系３５０によって太くなるため、光線束調整光学系３５０の後段での第１の光ＢＲ３と平行化された蛍光光ＧＥとの太さの差は、光線束調整光学系３５０の前段での第１の光ＢＲと平行化された蛍光光ＧＥとの太さの差よりも小さい。

さらに、光線束調整光学系３５０の第１の反射素子３５１と第２の反射素子３５２との距離を調整することにより、光線束調整光学系３５０の後段での第１の光ＢＲ３と平行化された蛍光光ＧＥとの太さを略同じにすることができる。このように、本実施形態の照明装置１０６では、太さが略等しい第１の光ＢＲ３と蛍光光ＧＥとが後段の光学系に入射することにより、色ムラを低減することができる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１４を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、照明装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、照明装置についてのみ説明する。
図１４は、第４実施形態の照明装置１２０の概略構成図である。
図１４において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１４に示すように、本実施形態の照明装置１２０は、第１の光源ユニット３３０と、光路変更光学系３４０と、光線束調整光学系３５５と、第２の光源ユニット３６０と、第１の光線合成光学系３７０と、拡散素子３８０と、インテグレーター光学系７０と、偏光変換素子３９０と、重畳レンズ８０と、を備えている。

第１の光源ユニット３３０は、第１の光源領域３３１と、コリメート光学系１３と、を備えている。第１の光源領域３３１は、各々が例えばピーク波長が４６０〜４８０ｎｍの青色光Ｂを射出する複数の第１の半導体レーザー素子１１１で構成されている。図１４には、一つの第１の半導体レーザー素子１１１が示されているが、複数の第１の半導体レーザー素子１１１が紙面と垂直な方向に配列されている。

第２の光源ユニット３６０は、第２の光源領域３６１と、コリメート光学系１３と、レンズアレイ３６２Ｂと、コリメート集光光学系３６４と、波長変換素子３６５と、を備えている。第２の光源領域３６１は、各々が例えばピーク波長が４４０〜４６０ｎｍの励起光Ｅを射出する複数の第２の半導体レーザー素子３６３で構成されている。
本実施形態の励起光Ｅは、特許請求の範囲の第４の色光に対応する。

コリメート光学系１３は、第１の半導体レーザー素子１１１から射出された青色光Ｂおよび第２の半導体レーザー素子３６３から射出された励起光Ｅのそれぞれを略平行化する。コリメート光学系１３は、第１の半導体レーザー素子１１１および複数の第２の半導体レーザー素子３６３の各々に対応して設けられた凸レンズ１３１から構成されている。第１の光源領域３３１から射出され、コリメート光学系１３で平行化された複数の青色光Ｂは、青色光Ｂ０を構成する。

レンズアレイ３６２Ｂは、コリメート光学系１３から射出された励起光Ｅおよび青色光Ｂから分割光束を生成し、励起光Ｅの被照明領域（波長変換素子３６５の蛍光体層３６６）および青色光Ｂの被照明領域（拡散素子３８０）において光強度のピークの数を増加させる。レンズアレイ３６２Ｂは、励起光Ｅおよび青色光Ｂの光軸と直交する面内にマトリクス状に配列された複数のレンズから構成されている。

コリメート集光光学系３６４、波長変換素子３６５および光路変更光学系３４０の構成は、図１１に示した第２実施形態の照明装置１０２と同じであるため、説明を省略する。

光線束調整光学系３５５は、レンズアレイ３６２Ｂの後段に設けられている。
光線束調整光学系３５５は、第１の反射素子３５１と、第３の反射素子３５３と、第２の反射素子３５２と、を備えている。第１の反射素子３５１および第３の反射素子３５３の各々は、ハーフミラーで構成されている。したがって、第１の反射素子３５１は、青色光Ｂ０の第１の成分Ｂ１を透過させるとともに青色光Ｂ０の第２の成分Ｂ２を反射させる。第３の反射素子３５３は、第１の反射素子３５１を透過した第１の成分Ｂ１のうちの一部の成分Ｂ１１を透過させ、他の成分Ｂ１２を反射させる。第２の反射素子３５２は、第３の反射素子３５３を透過した成分Ｂ１１を反射させる。

第１の反射素子３５１、第３の反射素子３５３および第２の反射素子３５２の各々は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。第１の反射素子３５１および第３の反射素子３５３の反射率は、第１の反射素子３５１、第３の反射素子３５３および第２の反射素子３５２の各々から射出された光の強度が略均等になるように設定されていることが望ましい。

第２の成分Ｂ２は、第１の反射素子３５１で反射して＋Ｙ方向に進む。成分Ｂ１２は、第３の反射素子３５３で反射して＋Ｙ方向に進む。成分Ｂ１１は、第２の反射素子３５２で反射して＋Ｙ方向に進む。このように、青色光Ｂは、光線束調整光学系３５５によって同じ方向に進む３つの成分Ｂ２，Ｂ１２，Ｂ１１に分岐される。これにより、光線束調整光学系３５５の後段での青色光Ｂ３は、光線束調整光学系３５５の前段での青色光Ｂ０よりも太くなる。

蛍光光Ｙは、ランバートな配光分布をもって蛍光体層３６６から射出される。波長変換素子３６５から射出された蛍光光Ｙは、コリメート集光光学系３６４により平行化される。このようにして、第２の光源ユニット３６０は、青色光Ｂ０（第１の色光）とは異なる色の黄色を呈し、青色光Ｂ０よりも太い平行化された蛍光光Ｙを射出する。
本実施形態の蛍光光Ｙは、特許請求の範囲の第２の色光および第２の光に対応する。

第１の光線合成光学系３７０は、蛍光光Ｙと光線束調整光学系３５５から射出された青色光Ｂ３とを合成する機能を有する。第１の光線合成光学系３７０は、青色帯の光を透過し、黄色帯の光を反射するダイクロイックミラーで構成されている。ダイクロイックミラーは、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。したがって、蛍光光Ｙは、第１の光線合成光学系３７０で反射する。青色光Ｂ３は、第１の光線合成光学系３７０を透過する。

このようにして、蛍光光Ｙと青色光Ｂ３とは、第１の光線合成光学系３７０により合成され、白色の照明光Ｗとなる。

拡散素子３８０は、光線束調整光学系３５５と第１の光線合成光学系３７０との間の青色光Ｂ３の光路上に設けられている。拡散素子３８０は、拡散板で構成され、拡散板に入射した青色光Ｂ３を拡散させる。拡散素子３８０の拡散角度は、半値全角で１〜５度の低拡散な拡散板で構成されていることが望ましい。拡散角度が大きすぎると、後段の光学系でのみ込めない光が多くなり、光損失が大きくなる。拡散素子３８０として、ガラス板にブラスト処理を施すことですりガラス状にし、拡散板としてもよいし、ガラス板にエッチング処理を施し、凸または凹の球面形状を形成し、拡散板としてもよい。ガラス以外に、水晶、サファイア基板等を用いてもよく、透明部材であればよい。

インテグレーター光学系７０、偏光変換素子３９０および重畳レンズ８０の構成は、図１１に示した第２実施形態の照明装置１０２と同じであるため、説明を省略する。

本実施形態の照明装置１２０においても、光線束調整光学系３５５が設けられたことによって、光線束調整光学系３５５の後段での青色光Ｂ３と平行化された蛍光光Ｙとの太さの差は、光線束調整光学系３５５の前段での青色光Ｂ０と平行化された蛍光光Ｙとの太さの差よりも小さい。これにより、色ムラを低減することができる。

また、本実施形態の照明装置１２０においては、光線束調整光学系３５５により幅が広がった青色光Ｂ３が拡散素子３８０に入射するため、拡散素子３８０に入射する青色光Ｂ３の角度分布が広がり、光線束調整光学系３５５を備えていない場合に比べ、投射光学系６００の射出瞳に形成される２次光源像の強度分布をより均一にすることができる。その結果、スクリーンＳＣＲに投影される画像のスペックルを軽減することができる。

［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１５を用いて説明する。
第５実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、照明装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、照明装置についてのみ説明する。また、第５実施形態の照明装置の基本構成は第４実施形態と同様であり、ホモジナイザー光学系と光路変更光学系との位置関係が第４実施形態と異なる。
図１５は、第５実施形態の照明装置１２２の概略構成図である。
図１５において、第４実施形態で用いた図１４と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１５に示すように、本実施形態の照明装置１２２においては、レンズアレイ３６２Ｂの後段にレンズアレイ３６２Ａが設けられている。レンズアレイ３６２Ｂとレンズアレイ３６２Ａとは、コリメート光学系１３から射出された励起光Ｅの被照明領域（波長変換素子３６５の蛍光体層３６６）における光強度分布を均一化する。すなわち、レンズアレイ３６２Ｂとレンズアレイ３６２Ａとは、波長変換素子３６５のためのホモジナイザー光学系３６２を構成する。レンズアレイ３６２Ａは、レンズアレイ３６２Ｂと同様、励起光Ｅおよび青色光Ｂの光軸と直交する面内にマトリクス状に配列された複数のレンズから構成されている。

分岐ミラー３４１は、レンズアレイ３６２Ｂとレンズアレイ３６２Ａとの間の青色光Ｂの光路上に設けられている。したがって、レンズアレイ３６２Ｂを透過した後の青色光Ｂ０が分岐ミラー３４１に入射する。また、光線束調整光学系３５５は、レンズアレイ３６２Ｂの後段に設けられている。
照明装置１２２のその他の構成は、第４実施形態の照明装置１２０と同様である。

本実施形態の照明装置１２０においても、画像の色ムラやスペックルを軽減することができる、といった第４実施形態と同様の効果が得られる。

さらに本実施形態によれば、励起光Ｅがレンズアレイ３６２Ｂとレンズアレイ３６２Ａとによって蛍光体層３６６上での光強度分布が均一化されるとともに、青色光Ｂ０はレンズアレイ３６２Ａに入射しないため、レンズアレイ３６２Ａでの青色光Ｂ０の損失が生じることがなく、青色光Ｂ０の光量を確保し、青色光Ｂ０の利用効率を高めることができる。

［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１６を用いて説明する。
第６実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、照明装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、照明装置についてのみ説明する。また、第６実施形態の照明装置の基本構成は第５実施形態と同様であり、レンズアレイと光路変更光学系との位置関係が第５実施形態と異なる。
図１６は、第６実施形態の照明装置１２４の概略構成図である。
図１６において、第５実施形態で用いた図１５と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１６に示すように、本実施形態の照明装置１２４において、分岐ミラー３４１は、レンズアレイ３６２Ａの後段の青色光Ｂの光路上に設けられている。したがって、ホモジナイザー光学系３６２を透過した後の青色光Ｂ０が分岐ミラー３４１に入射する。また、光線束調整光学系３５５は、レンズアレイ３６２Ｂおよびレンズアレイ３６２Ａの後段に設けられている。
照明装置１２４のその他の構成は、第５実施形態の照明装置１２２と同様である。

本実施形態の照明装置１２４においても、画像の色ムラやスペックルを軽減することができる、といった第４実施形態および第５実施形態と同様の効果が得られる。

さらに本実施形態の照明装置１２４によれば、第５実施形態の照明装置１２２に比べて、レンズアレイ３６２Ａとレンズアレイ３６２Ｂとの間の距離を縮めることができるため、照明装置１２４の小型化を図ることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、光線束調整光学系が第１の反射素子と第２の反射素子とを含み、入射光を２つの成分に分岐させる例を挙げたが、光線束調整光学系が３つ以上の反射素子を含み、入射光を３つ以上の成分に分岐させることによって、光を太くしてもよい。また、ミラー型の反射素子に限らず、プリズム型の反射素子であってもよい。

第３実施形態においては、赤色光Ｒ０、緑色光ＧＥ、および青色光Ｂ０を時分割で射出する例を挙げたが、赤色光Ｒ０、緑色光ＧＥ、および青色光Ｂ０を同時に射出して白色光を生成してもよい。この場合、各色光に対応した複数のＤＭＤを用いればよく、各色光に対応した複数の液晶パネルを用いてもよい。

その他、照明装置およびプロジェクターを構成する各構成要素の数、形状、材料、配置等については、適宜変更が可能である。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。

１，３…プロジェクター、１０，９１，３３０…第１の光源ユニット、１１，３３１，９１１…第１の光源領域、１５，８５，３５０，３５５…光線束調整光学系、１６…アフォーカル光学系、２０，９２，３６０…第２の光源ユニット、２１，９１２…第２の光源領域、２５，９３…第１の光線合成光学系、５０…拡散素子、１００，１０２，１０４，１０６，１２０，１２２，１２４…照明装置、１０８…光源制御装置、１７１，３５１…第１の反射素子、１７２，３５２…第２の反射素子、３６１…第２の光源領域、３６５，９２７…波長変換素子、４００Ｒ…赤色光用光変調装置、４００Ｇ…緑色光用光変調装置、４００Ｂ…青色光用光変調装置、４５０…マイクロミラー型光変調装置、６００…投射光学系、９１３…第２の光線合成光学系。

Claims (13)

1. 平行化された第１の色光を射出する第１の光源領域を含み、前記第１の色光を含む第１の光を射出する第１の光源ユニットと、
   前記第１の色光とは異なる色の第２の色光からなり、前記第１の光よりも太い平行化された第２の光を射出する第２の光源ユニットと、
   前記第１の光の光路上に設けられた光線束調整光学系と、を備え、
   前記光線束調整光学系は、前記光線束調整光学系の後段での前記第１の光と前記第２の光との太さの差が、前記光線束調整光学系の前段での前記第１の光と前記第２の光との太さの差よりも小さいように、前記第１の光を太くする機能を有する照明装置。
2. 前記光線束調整光学系は、前記第１の光の第１の成分を透過させるとともに前記第１の光の第２の成分を反射させる第１の反射素子と、前記第１の反射素子を透過した前記第１の成分を反射させる第２の反射素子と、を含む、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第２の光と前記光線束調整光学系を通過した前記第１の光とを合成する機能を有する第１の光線合成光学系と、
   前記光線束調整光学系と前記第１の光線合成光学系との間の前記第１の光の光路上に設けられた拡散素子と、をさらに備える、請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第１の光源ユニットは、
   前記第１の色光および前記第２の色光とは異なる色の、平行化された第３の色光を射出する第２の光源領域と、
   前記第１の色光と前記第３の色光とを合成する機能を有する第２の光線合成光学系と、をさらに備え、
   前記第１の色光と前記第３の色光との少なくとも一方を含む前記第１の光を射出する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の照明装置。
5. 光源制御装置をさらに備え、
   前記第２の光源ユニットは、第４の色光を射出する第３の光源領域と、前記第４の色光を前記第２の色光に変換する波長変換素子と、を備え、
   前記光源制御装置は、前記第１の光源領域と前記第２の光源領域と前記第３の光源領域の各出力を互いに独立に制御するように構成されている、請求項４に記載の照明装置。
6. 前記第１の色光および前記第４の色光は青色領域にあり、前記第２の色光は緑色領域にあり、前記第３の色光は赤色領域にある、請求項５に記載の照明装置。
7. 前記第４の色光のピーク波長は前記第１の色光のピーク波長よりも短い、請求項６に記載の照明装置。
8. 前記光線束調整光学系は、アフォーカル光学系を含む、請求項１に記載の照明装置。
9. 前記光線束調整光学系は、前記第１の光の第１の成分を透過させるとともに前記第１の光の第２の成分を反射させる第１の反射素子と、前記第１の反射素子で反射した前記第２の成分を反射させる第２の反射素子と、を含む、請求項１または請求項８に記載の照明装置。
10. 前記第１の光源領域はレーザー素子を備え、
    前記レーザー素子の光射出領域の長手方向は、前記第１の反射素子が前記第２の成分を反射させる方向と平行である、請求項９に記載の照明装置。
11. 前記第２の光と前記光線束調整光学系を通過した前記第１の光とを合成する機能を有する第１の光線合成光学系と、
    前記第１の光線合成光学系から射出された光が入射する拡散素子と、をさらに備える、請求項１、請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載の照明装置。
12. 前記第２の光源ユニットは、第４の色光を射出する第２の光源領域と、前記第４の色光を前記第２の色光に変換する波長変換素子と、前記第１の光源領域および前記第２の光源領域の後段に設けられた少なくとも一つのレンズアレイと、前記光線束調整光学系から射出された光が入射する拡散素子と、を備え、
    前記光線束調整光学系は、前記少なくとも一つのレンズアレイの後段に設けられた、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の照明装置。
13. 請求項１から請求項１２まで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、を備えたプロジェクター。

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