WO2011092842A1 - 照明光学系とこれを用いたプロジェクタ - Google Patents

照明光学系とこれを用いたプロジェクタ Download PDF

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fluorescence
laser light
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裕之 斉藤
加藤　厚志
基恭 宇都宮
明弘 大坂
正晃 松原
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Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
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    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3161—Modulator illumination systems using laser light sources

Definitions

  • the present invention relates to an illumination optical system that generates illumination light of a plurality of colors for forming image light of a plurality of colors, and a projector that projects each image light by the illumination optical system.
  • a technology that uses an LED (Light Emitting Diode) as a light source of a projector that projects an image on a screen such as a liquid crystal projector or a DMD (Digital Micromirror Device) projector has attracted attention (see Patent Document 1).
  • LED Light Emitting Diode
  • DMD Digital Micromirror Device
  • LEDs Because of the long life and high reliability of LEDs, projectors using LEDs as light sources have the advantage of long life and high reliability.
  • the brightness of the LED light is low for a projector, so it is not easy to obtain an image with sufficient brightness for the projector using the LED as a light source.
  • How much the light from the light source can be used as projection light by the display panel is limited by etendue. That is, if the value of the product of the light emission area and the emission angle of the light source is not less than or equal to the product of the area of the incident surface of the display panel and the capture angle determined by the F number of the illumination optical system, the light from the light source is efficiently It cannot be used as projection light.
  • the amount of light can be increased by increasing the light emitting area, but if the light emitting area increases, the etendue of the light source increases. Due to etendue limitations, it is desirable for the light source of a projector to increase the light amount without increasing the light emitting area, but it is difficult to increase the light amount without increasing the light emitting area with a light source using an LED.
  • ⁇ Etendue increases with light sources that use only LEDs.
  • the present invention realizes an illumination optical system having a small etendue, a longer life, and a high luminance.
  • the illumination optical system of the present invention is A laser light source that generates excitation light; A phosphor that generates fluorescence by the excitation light; A light tunnel that emits the excitation light incident on one end toward the phosphor from the other end, and emits fluorescence generated in the phosphor from the one end; A dichroic mirror that is provided between the laser light source and the light tunnel and transmits one of the fluorescence and the excitation light and reflects the other; It has.
  • the projector according to the present invention includes the illumination optical system described above.
  • a laser having a high energy density is focused on a phosphor as excitation light, and the fluorescence emitted from the focused location is used, so that the etendue is small, and the illumination has a longer lifetime and high brightness.
  • An optical system can be realized.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a blue fluorescent region 401, a green fluorescent region 402, and a red fluorescent region 403. It is a block diagram which shows the structure of other embodiment of the illumination optical system by this invention.
  • 4A is a block diagram showing the configuration of another embodiment of the illumination optical system according to the present invention
  • FIG. 4B is a cross-sectional view showing the structure of the phosphor 303.
  • FIG. It is a block diagram which shows the circuit structure of the projector using the illumination optical system of embodiment shown in FIG. It is a block diagram which shows the circuit structure of the projector using the illumination optical system of embodiment shown in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of an illumination optical system according to the present invention.
  • This embodiment includes a laser light source 101, a dichroic mirror 102, a light tunnel 103, a fluorescent wheel 104, and a reflecting prism 105.
  • the laser light source 101 generates laser light used as excitation light having a wavelength ⁇ 1.
  • the laser light generated by the laser light source 101 enters the fluorescent wheel 104 through the dichroic mirror 102 and the light tunnel 103.
  • the fluorescence wheel 104 includes a plurality of fluorescence generation regions that generate light of different wavelengths by the laser light generated by the laser light source 101.
  • FIG. 2A is a plan view of the fluorescent wheel 104 as viewed from the laser light incident surface (left side to right side in FIG. 1) generated by the laser light source 101.
  • FIG. 2A is a plan view of the fluorescent wheel 104 as viewed from the laser light incident surface (left side to right side in FIG. 1) generated by the laser light source 101.
  • the circular fluorescent wheel 104 includes a blue fluorescent region 401, a green fluorescent region 402, and a red fluorescent region 403 whose regions are defined by an angle from the center.
  • the blue fluorescent region 401, the green fluorescent region 402, and the red fluorescent region 403 have wavelengths ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 ( ⁇ 2 ⁇ 3 ⁇ 4) longer than the wavelength ⁇ 1 when the laser light generated by the laser light source 101 is incident. Blue fluorescence, green fluorescence, and red fluorescence are generated.
  • FIG. 2B, 2C, and 2D are cross-sectional views showing the configuration of the blue fluorescent region 401, the green fluorescent region 402, and the red fluorescent region 403.
  • FIG. 2B, 2C, and 2D are cross-sectional views showing the configuration of the blue fluorescent region 401, the green fluorescent region 402, and the red fluorescent region 403.
  • a reflective layer 405 and a blue phosphor layer 406 that reflect light having wavelengths ⁇ 2 to ⁇ 4 are laminated on a substrate 404.
  • the blue phosphor layer 406 generates blue fluorescence having a wavelength ⁇ 2 when an excitation laser beam having a wavelength ⁇ 1 is incident.
  • a green phosphor layer 407 is laminated on the reflective layer 405.
  • the green phosphor layer 407 emits green fluorescence having a wavelength ⁇ 3 when an excitation laser beam having a wavelength ⁇ 1 is incident.
  • a red phosphor layer 408 is laminated on the reflective layer 405.
  • the red phosphor layer 408 emits red fluorescence having a wavelength ⁇ 4 when an excitation laser beam having a wavelength ⁇ 1 is incident.
  • the fluorescent wheel having the above configuration rotates about the center, and the incident position of the laser beam generated by the laser light source 101 is set to the vicinity of the outer periphery. For this reason, in the state where the laser light generated by the laser light source 101 is incident, blue fluorescent light, green fluorescent light, and red fluorescent light are sequentially generated, reflected by the reflective layer 405, and re-entered into the light tunnel 103.
  • the dichroic mirror 102 reflects light of ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4, and allows light of ⁇ 1 to pass through.
  • the light tunnel 103 has a tapered shape in which the size of both end faces serving as the entrance and exit surfaces is different, and the light tunnel 103 has a tapered shape, thereby changing the angle distribution of the diffused fluorescence generated in each phosphor to be uniform.
  • the light tunnel includes those in which the hollow inner surface is constituted by a mirror and those in which a solid transparent polygonal column is used and total reflection is used. The latter is also called a rod lens.
  • the laser light generated by the laser light source 101 passes through the dichroic mirror 102 and enters the fluorescent wheel 104 through the light tunnel 103.
  • Blue fluorescent light, green fluorescent light, and red fluorescent light that are sequentially generated by the fluorescent wheel 104 re-enter the light tunnel 103, are reflected by the dichroic mirror 102 and the reflecting prism 105, and are emitted as illumination light.
  • uniformed red fluorescence, green fluorescence, and blue fluorescence appear in order and are used as illumination light.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of another embodiment of the illumination optical system according to the present invention.
  • three colors of fluorescence are generated by one excitation light source by using a fluorescence wheel having three fluorescence regions.
  • phosphors of respective colors are used. Each is provided with a separate excitation light source.
  • This embodiment includes laser light sources 201, 205, 209, dichroic mirrors 202, 206, 210, light tunnels 203, 207, 211, blue phosphor 204, green phosphor 208, red phosphor 212, and cross dichroic prism 212. Has been.
  • Laser light sources 201, 205, and 209 generate laser light used as excitation light having a wavelength ⁇ 1.
  • the blue phosphor 204, the green phosphor 208, and the red phosphor 212 have wavelengths ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 ( ⁇ 2 ⁇ 3 ⁇ 4) longer than the wavelength ⁇ 1 when the laser light generated by the laser light source 201 is incident. Blue fluorescence, green fluorescence, and red fluorescence are generated.
  • the structures of the blue phosphor 204, the green phosphor 208, and the red phosphor 212 are the structures of the blue fluorescent region 401, the green fluorescent region 402, and the red fluorescent region 403 shown in FIGS. 2 (b), (c), and (d).
  • the blue phosphor, the green phosphor, and the red phosphor are formed on the reflective layer formed on the substrate.
  • the dichroic mirror 202 transmits light having a wavelength ⁇ 1 and reflects light having a wavelength ⁇ 2.
  • the dichroic mirror 206 reflects the light of wavelength ⁇ 1 and allows the light of ⁇ 3 to pass.
  • the dichroic mirror 210 reflects light having a wavelength ⁇ 1 and allows light having a wavelength ⁇ 4 to pass.
  • the light tunnels 203, 207, and 211 have tapered shapes with different end face sizes, and change the angular distribution of diffused fluorescence generated in each phosphor. Can be made uniform.
  • the light tunnel includes a hollow inner surface made of a mirror and a light tunnel made of a solid transparent polygonal column and utilizing total reflection.
  • Laser light generated by the laser light source 201 enters the blue phosphor 204 through the dichroic mirror 202 and the light tunnel 203.
  • Blue fluorescence generated by the blue phosphor 204 passes through the light tunnel 203, is reflected by the dichroic mirror 202, and enters the cross dichroic prism 213.
  • the laser light generated by the laser light source 205 is reflected by the dichroic mirror 206 and enters the green phosphor 208 through the light tunnel 207.
  • the green fluorescence generated by the green phosphor 208 enters the cross dichroic prism 213 through the light tunnel 207 and the dichroic mirror 202.
  • the laser light generated by the laser light source 209 is reflected by the dichroic mirror 210 and enters the red phosphor 221 through the light tunnel 211.
  • Red fluorescence generated by the red phosphor 212 enters the cross dichroic prism 213 through the light tunnel 211 and the dichroic mirror 210.
  • the cross dichroic prism 213 allows light of wavelength ⁇ 2 to pass and reflects light of wavelengths ⁇ 3 and ⁇ 4. For this reason, each fluorescence generated by each phosphor is emitted in the same direction.
  • each fluorescence can be sequentially output as in the illumination optical system shown in FIG.
  • a unit that generates fluorescence is provided for each color.
  • the blue laser light from the laser light source 201 passes through the dichroic mirror 202 and enters the light tunnel 203, and the green or red laser light from the laser light sources 205 and 209 includes the dichroic mirror 206. , 210 and incident on the light tunnels 207 and 211, these may be mixed or of course only one of them. Since similar fluorescence can be obtained with different optical systems, the degree of freedom in design can be improved.
  • FIG. 4A is a block diagram showing a configuration of another embodiment of the illumination optical system according to the present invention.
  • This embodiment is a modification of the unit shown in FIG. 3 in which the excitation light from the laser light source is reflected by the dichroic mirror and enters the light tunnel among the units provided for the respective colors. It is what raises.
  • This embodiment includes laser light sources 301 and 302, a phosphor 303, a light tunnel 304, and a dichroic mirror 305.
  • the laser light sources 301 and 302 generate laser light having the same wavelength as excitation light.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view showing the structure of the phosphor 303.
  • a reflective layer 307 and a phosphor layer 308 are stacked on a substrate 306.
  • the phosphor layer 308 generates fluorescence having a wavelength longer than that of the laser light by the laser light of the laser light sources 301 and 302.
  • the reflection layer 307 allows the laser light generated by the laser light sources 301 and 302 to pass therethrough and reflects the fluorescence generated by the phosphor layer 308.
  • the dichroic mirror 305 reflects the laser light generated by the laser light sources 301 and 302 and passes the fluorescence generated by the phosphor layer 308.
  • the laser light generated by the laser light source 301 passes through the reflection layer 307 and enters the phosphor layer 308, and the laser light generated by the laser light source 302 is reflected by the dichroic mirror 305 and enters the phosphor layer 308.
  • fluorescence is generated by the laser light from the incident laser light sources 301 and 302.
  • the fluorescence generated in the phosphor layer 308 is output to the outside through the light tunnel 304 and the dichroic mirror 305 and used as illumination light.
  • the laser beams from the laser light sources 301 and 302 there is also a laser beam that has not contributed to the generation of fluorescence. However, since it is reflected by the dichroic mirror 305, it is not emitted to the outside.
  • the illumination optical system that outputs the phosphors 303 of the present embodiment according to the respective colors as the fluorescent wheel shown in FIG. 1 may be configured. Further, the illumination optical system shown in FIG. 3 may be configured with the units of the present embodiment as three units that generate different fluorescence.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a circuit configuration of a projector using the illumination optical system of the embodiment shown in FIG.
  • a projector shown in FIG. 5 includes a user interface unit 501, a control unit 502, a storage unit 503, a video signal processing unit 504, a synchronization signal processing unit 505, an LD driving unit 506, a fluorescent wheel driving unit 508, a display element driving unit 509, a rotation.
  • the user interface unit 501 receives an instruction input from the user and outputs it to the control unit 502, and displays the current operating state of the projector on a display device (not shown) such as an indicator or a display panel.
  • the control unit 502 controls each unit constituting the projector according to a program stored in the storage unit 503.
  • the storage unit 503 stores the control program of the control unit 503 and temporarily stores video data.
  • the video signal processing unit 504 converts the video signal input from the outside into a video signal used in the projector. Since the video signal of this embodiment has a configuration in which the illumination light of each color is sequentially output from the illumination optical system as described above, the video signal corresponding to each color is sequentially generated.
  • the synchronization signal processing unit 505 converts a synchronization signal synchronized with a video signal input from the outside into a video signal used in the projector. Specifically, a synchronization signal indicating the output timing of each color video signal is generated and output.
  • the LD driving unit 506 controls the lighting state of the laser light source 101 according to the synchronization signal output from the synchronization signal processing unit 505.
  • the rotation state detection unit 510 detects the rotation state of the fluorescent wheel 105 and outputs it to the fluorescent wheel driving unit 508.
  • the fluorescent wheel driving unit 508 includes a color of the video signal indicated by the synchronization signal output from the synchronous signal processing unit 505, and a color output by the illumination optical system indicated by the rotation state of the fluorescent wheel 105 detected by the rotation state detection unit 510.
  • the display element driving unit 509 controls the rotation state of the fluorescent wheel 105 so as to coincide with each other, and drives the display element 511 in accordance with the video signal output from the video signal processing unit.
  • the display element 511 a plurality of micromirrors are arranged in a matrix, and a reflective image forming element that forms an image according to the reflection state of each micromirror, a transmissive liquid crystal display element, a reflective liquid crystal display element, or the like.
  • a display element that sequentially displays images of the respective colors is used.
  • the display element 511 that displays an image corresponding to each color is illuminated by illumination light of each color sequentially output from the illumination optical system, and a reflected image or a transmitted image of the display element 511 is projected optically. Projected sequentially through a system (not shown).
  • FIG. 6 is a block diagram showing a circuit configuration of a projector using the illumination optical system of the embodiment shown in FIG.
  • the projector shown in FIG. 6 includes a user interface unit 501, a control unit 502, a storage unit 503, a video signal processing unit 504, a synchronization signal processing unit 505, an LD driving unit 506 ′, a display element driving unit 509 ′, a display element 511, 1 includes the laser light sources 201, 205, and 209 shown in FIG.
  • the configurations and operations of the user interface unit 501, the control unit 502, the storage unit 503, the video signal processing unit 504, and the synchronization signal processing unit 505 are the same as those shown in FIG. Description is omitted.
  • the LD driving unit 506 ′ controls the lighting state of the laser light sources 201, 205, and 209 according to the synchronization signal output from the synchronization signal processing unit 505.
  • the display element driving unit 509 ′ drives the display element 511 ′ in accordance with the video signal output from the video signal processing unit.
  • the display element similarly to the display element 511 shown in FIG. 5, a plurality of display elements for sequentially displaying images of each color are arranged in a matrix, and an image is formed by the reflection state of each micromirror. Since the reflective image forming element, the transmissive liquid crystal display element, and the reflective liquid crystal display element are used, the LD driving unit 506 ′ uses the laser light sources 201, 205, and 209 according to the image job displayed by the display element 511 ′. Light up.
  • the LD driving unit 506 ′ turns on the laser light sources 201, 205, and 209 simultaneously.
  • the display element 511 ′ that displays an image corresponding to each color is illuminated by illumination light of each color sequentially output from the illumination optical system, and a reflected image or a transmitted image of the display element 511 ′ is displayed.
  • the images are sequentially projected via a projection optical system (not shown).

Abstract

本発明は、エテンデューが小さく、より長寿命かつ高輝度の照明光学系を実現するもので、励起光を発生するレーザ光源と、　前記励起光により蛍光を発生する蛍光体と、　一端に入射された前記励起光を他端より前記蛍光体へ向けて出射し、前記蛍光体にて発生した蛍光を前記一端より出射するライトトンネルと、　前記レーザ光源と前記ライトトンネルの間に設けられ、前記蛍光と前記励起光のいずれか一方を通過させ、他方を反射させるダイクロイックミラーと、を備える。

Description

照明光学系とこれを用いたプロジェクタ
　本発明は、複数の色の画像光を形成するための複数の色の照明光を発生する照明光学系と、該照明光学系による各画像光を投射するプロジェクタに関する。
　液晶プロジェクタやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）プロジェクタのようなスクリーンに画像を投射するプロジェクタの光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）を用いる技術が注目されている（特許文献１参照）。
　ＬＥＤは寿命が長くまた信頼性が高いことに起因して、ＬＥＤを光源とするプロジェクタには長寿命で高信頼という利点がある。
　しかしながら、その一方でＬＥＤの光はプロジェク用としては輝度が低いので、ＬＥＤを光源としてプロジェクタに十分な輝度の映像を得るのは容易ではない。光源からの光を表示パネルがどれだけ投射光として利用できるかはエテンデューにより制限される。つまり、光源の発光面積と放射角との積の値を、表示パネルの入射面の面積と照明光学系のＦナンバーで決まる取り込み角との積の値以下にしなければ、光源からの光を効率良く投射光として利用できない。
　ＬＥＤによる光源では発光面積を大きくすれば光量を上げることはできるが、発光面積が大きくなれば光源のエテンデューが大きくなってしまう。エテンデューの制限からプロジェクタの光源としては発光面積を大きくせず光量を上げることが望まれるが、ＬＥＤによる光源で発光面積を大きくせずに光量を上げるのは困難である。
特開２００３－１８６１１０号公報
　ＬＥＤのみによる光源ではエテンデューが大きくなってしまう。本発明は、エテンデューが小さく、より長寿命かつ高輝度の照明光学系を実現するものである。
　本発明の照明光学系は、
励起光を発生するレーザ光源と、
　前記励起光により蛍光を発生する蛍光体と、
　一端に入射された前記励起光を他端より前記蛍光体へ向けて出射し、前記蛍光体にて発生した蛍光を前記一端より出射するライトトンネルと、
　前記レーザ光源と前記ライトトンネルの間に設けられ、前記蛍光と前記励起光のいずれか一方を通過させ、他方を反射させるダイクロイックミラーと、
を備えている。また、本発明によるプロジェクタは上記の照明光学系を備えている。
　本発明によれば、エネルギー密度の高いレーザを励起光として蛍光体に集光し、その集光された場所から発せられる蛍光を用いているので、エテンデューが小さく、より長寿命かつ高輝度の照明光学系を実現できる。
本発明による照明光学系の一実施形態の構成を示すブロック図である。 図２（ａ）は、蛍光ホイール１０４をレーザ光源１０１が発生したレーザ光の入射面（図１左側から右側）から見たときの平面図、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、青蛍光領域４０１、緑蛍光領域４０２、赤蛍光領域４０３の構成を示す断面図である。 本発明による照明光学系の他の実施形態の構成を示すブロック図である。 図４（ａ）は本発明による照明光学系の他の実施形態の構成を示すブロック図、図４（ｂ）は蛍光体３０３の構造を示す断面図である。 図１に示した実施形態の照明光学系を用いたプロジェクタの回路構成を示すブロック図である。 図３に示した実施形態の照明光学系を用いたプロジェクタの回路構成を示すブロック図である。
　次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は本発明による照明光学系の一実施形態の構成を示すブロック図である。
　本実施形態は、レーザ光源１０１、ダイクロイックミラー１０２、ライトトンネル１０３、蛍光ホイール１０４、および、反射プリズム１０５から構成されている。
　レーザ光源１０１は波長λ１の励起光として用いられるレーザ光を発生する。レーザ光源１０１が発生したレーザ光は、ダイクロイックミラー１０２およびライトトンネル１０３を通って蛍光ホイール１０４に入射する。蛍光ホイール１０４は、レーザ光源１０１が発生したレーザ光により、それぞれ異なる波長の光を発生する複数の蛍光発生領域を備えている。
　図２（ａ）は、蛍光ホイール１０４をレーザ光源１０１が発生したレーザ光の入射面（図１左側から右側）から見たときの平面図である。
　円形の蛍光ホイール１０４は、中心からの角度によりその領域が規定される青蛍光領域４０１、緑蛍光領域４０２、赤蛍光領域４０３を備えている。青蛍光領域４０１、緑蛍光領域４０２、赤蛍光領域４０３は、レーザ光源１０１が発生したレーザ光が入射されたときに、波長λ１よりも長い波長λ２、λ３、λ４（λ２＜λ３＜λ４）の青色蛍光、緑色蛍光、赤色蛍光をそれぞれ発生する。
　図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、青蛍光領域４０１、緑蛍光領域４０２、赤蛍光領域４０３の構成を示す断面図である。
　図２（ｂ）に示す青蛍光領域４０１では、基板４０４上に、波長λ２～λ４の光を反射する反射層４０５、青蛍光体層４０６が積層されている。青蛍光体層４０６は波長λ１の励起用のレーザ光が入射されると波長λ２の青色蛍光を発生する。
　図２（ｃ）に示す緑蛍光領域４０２では、反射層４０５の上に緑蛍光体層４０７が積層されている。緑蛍光体層４０７は波長λ１の励起用のレーザ光が入射されると波長λ３の緑色蛍光を発生する。
　図２（ｄ）に示す緑蛍光領域４０３では、反射層４０５の上に赤蛍光体層４０８が積層されている。赤蛍光体層４０８は波長λ１の励起用のレーザ光が入射されると波長λ４の赤色蛍光を発生する。
　上記構成を備える蛍光ホイールは、中心を軸として回転するもので、レーザ光源１０１が発生したレーザ光の入射位置は外周部近傍とされている。このため、レーザ光源１０１が発生したレーザ光が入射された状態では青色蛍光、緑色蛍光、赤色蛍光が順次発生し、反射層４０５で反射されてライトトンネル１０３に再入射する。
　本実施形態では、４波長の光、λ１～λ４、が用いられるが、その関係は、λ１＜λ２＜λ３＜λ４となる。ダイクロイックミラー１０２はλ２、λ３の、λ４の光を反射し、λ１の光は通過させる。ライトトンネル１０３は入出射面となる両端面の大きさが異なるテーパ形状のもので、ライトトンネル１０３はテーパ形状を備えることにより、各蛍光体で発生した拡散された蛍光の角度分布を変えて均一化することができる。ここでライトトンネルには、中空の内側面がミラーで構成されたものと、中実の透明多角柱で構成され全反射を利用するものとが含まれる。後者はロッドレンズとも呼ばれる。
　本実施形態において、レーザ光源１０１が発生したレーザ光は、ダイクロイックミラー１０２を通過し、ライトトンネル１０３を通って蛍光ホイール１０４に入射する。蛍光ホイール１０４で順次発生する青色蛍光、緑色蛍光、赤色蛍光はライトトンネル１０３に再入射し、ダイクロイックミラー１０２および反射プリズム１０５で反射されて照明光として出射される。
　上記のように、本実施形態の照明光学系では、均一化された赤色蛍光、緑色蛍光、青色蛍光が順番に現れ、照明光として用いられる。
　図３は本発明による照明光学系の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
　図１に示した実施形態では、３つの蛍光領域を備える蛍光ホイールを用いることにより一つの励起光源により３色の蛍光を発生させるものであったのに対し、本実施形態は、各色の蛍光体のそれぞれに個別の励起光源を設けたものである。
　本実施形態は、レーザ光源２０１，２０５，２０９、ダイクロイックミラー２０２，２０６，２１０、ライトトンネル２０３，２０７，２１１、青蛍光体２０４、緑蛍光体２０８、赤蛍光体２１２、クロスダイクロイックプリズム２１２から構成されている。
　レーザ光源２０１，２０５，２０９は波長λ１の励起光として用いられるレーザ光を発生する。青蛍光体２０４、緑蛍光体２０８、赤蛍光体２１２は、レーザ光源２０１が発生したレーザ光が入射されたときに、波長λ１よりも長い波長λ２、λ３、λ４（λ２＜λ３＜λ４）の青色蛍光、緑色蛍光、赤色蛍光をそれぞれ発生する。
　青蛍光体２０４、緑蛍光体２０８、赤蛍光体２１２の構造は、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示した青蛍光領域４０１、緑蛍光領域４０２、赤蛍光領域４０３の構造と同様であり、基板上に形成された反射層の上に、青蛍光体、緑蛍光体、赤蛍光体が形成されている。
　ダイクロイックミラー２０２は波長λ１の光を通過させ、λ２の光を反射する。ダイクロイックミラー２０６は波長λ１の光を反射し、λ３の光を通過させる。ダイクロイックミラー２１０は波長λ１の光を反射し、λ４の光を通過させる。
　ライトトンネル２０３，２０７，２１１は、図１に示したライトトンネル１０３はと同様に、両端面の大きさが異なるテーパ形状のもので、各蛍光体で発生した拡散された蛍光の角度分布を変えて均一化することができる。ライトトンネルには、中空の内側面がミラーで構成されたものと、中実の透明多角柱で構成され全反射を利用するものとが含まれる。
　レーザ光源２０１が発生したレーザ光は、ダイクロイックミラー２０２およびライトトンネル２０３を通って青蛍光体２０４に入射する。青蛍光体２０４で発生した青蛍光は、ライトトンネル２０３を通り、ダイクロイックミラー２０２で反射してクロスダイクロイックプリズム２１３に入射する。
　レーザ光源２０５が発生したレーザ光は、ダイクロイックミラー２０６で反射し、ライトトンネル２０７を通って緑蛍光体２０８に入射する。緑蛍光体２０８で発生した緑蛍光は、ライトトンネル２０７、ダイクロイックミラー２０２を通ってクロスダイクロイックプリズム２１３に入射する。
　レーザ光源２０９が発生したレーザ光は、ダイクロイックミラー２１０で反射し、ライトトンネル２１１を通って赤蛍光体２２１に入射する。赤蛍光体２１２で発生した赤蛍光は、ライトトンネル２１１、ダイクロイックミラー２１０を通ってクロスダイクロイックプリズム２１３に入射する。
　クロスダイクロイックプリズム２１３は、波長λ２の光は通過させ、波長λ３およびλ４の光は反射させる。このため、各蛍光体により発生した各蛍光は同じ方向に出射される。
　上記のように構成される本実施形態では、蛍光を発生するユニットが各色に対して設けられているので、複数の蛍光を同時に発生させることができる。また、レーザ光源２０１，２０５，２０９を順番に駆動することにより、図１に示した照明光学系と同様に、各蛍光を順次出力させることもできる。
　本実施形態は、蛍光を発生するユニットを各色に対して設けたものである。ユニットには、青色用の、レーザ光源２０１のレーザ光がダイクロイックミラー２０２を通過してライトトンネル２０３に入射するものと、緑色用や赤色用の、レーザ光源２０５，２０９のレーザ光がダイクロイックミラー２０６，２１０で反射されてライトトンネル２０７，２１１に入射するものの２種類があるが、これらは混在してもよく、また、いずれか一方のみとしても当然よい。異なる光学系で同様の蛍光を得ることができるため、設計の自由度を向上することができる。
　図４（ａ）は本発明による照明光学系の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
　本実施形態は、図３に示した実施形態において、各色に対して設けられるユニットのうち、レーザ光源による励起光がダイクロイックミラーにより反射してライトトンネルに入射するユニットの変形例であり、光出力を高めるものである。
　本実施形態は、レーザ光源３０１，３０２、蛍光体３０３、ライトトンネル３０４、および、ダイクロイックミラー３０５から構成されている。レーザ光源３０１，３０２は、同じ波長のレーザ光を励起光として発生する。
　図４（ｂ）は蛍光体３０３の構造を示す断面図である。図示されるように、基板３０６上に、反射層３０７と蛍光体層３０８が積層されている。蛍光体層３０８はレーザ光源３０１，３０２のレーザ光により該レーザ光よりも波長の長い蛍光を発生する。反射層３０７はレーザ光源３０１，３０２が発生するレーザ光は通過させ、蛍光体層３０８が発生する蛍光は反射する。
　ダイクロイックミラー３０５は、レーザ光源３０１，３０２が発生するレーザ光は反射し、蛍光体層３０８が発生する蛍光は通過させる。
　レーザ光源３０１が発生したレーザ光は、反射層３０７を通過して蛍光体層３０８に入射し、レーザ光源３０２が発生したレーザ光は、ダイクロイックミラー３０５により反射して蛍光体層３０８に入射する。蛍光体層３０８では、入射したレーザ光源３０１，３０２からのレーザ光により蛍光が発生する。蛍光体層３０８で発生した蛍光は、ライトトンネル３０４およびダイクロイックミラー３０５を通って外部へ出力され、照明光として利用される。レーザ光源３０１，３０２のレーザ光のうち、蛍光の発生に寄与しなかったレーザ光も存在するが、ダイクロイックミラー３０５により反射されるため、外部へ出射することはない。
　本実施形態の蛍光体３０３を、図１に示した蛍光ホイールとして各色を準じ出力する照明光学系を構成してもよい。また、本実施形態のユニットをそれぞれ異なる蛍光を発生する３つのユニットとして図３に示した照明光学系を構成してもよい。
　図５は、図１に示した実施形態の照明光学系を用いたプロジェクタの回路構成を示すブロック図である。
　図５に示すプロジェクタは、ユーザインタフェース部５０１、制御部５０２、記憶部５０３、映像信号処理部５０４、同期信号処理部５０５、ＬＤ駆動部５０６、蛍光ホイール駆動部５０８、表示素子駆動部５０９、回転状態検出部５１０、表示素子５１１、図１に示したレーザ光源１０１および蛍光ホイール１０５から構成されている。
　ユーザインタフェース部５０１は、ユーザからの指示入力を受け付けて制御部５０２に出力し、また、現在のプロジェクタの動作状態をインジケータや表示パネルなどの表示装置（不図示）に表示させる。
　制御部５０２は、記憶部５０３に格納されているプログラムに応じてプロジェクタを構成する各部を制御する。
　記憶部５０３は、制御部５０３の制御プログラムを格納し、また、映像用データを一時記憶する。
　映像信号処理部５０４は外部より入力された映像信号を、プロジェクタ内で用いられる映像信号に変換する。本実施形態の映像信号は、上述したように各色の照明光が順次照明光学系より出力される構成であるため、各色に応じた映像信号が順次生成される。
　同期信号処理部５０５は、外部より入力された映像信号に同期する同期信号を、プロジェクタ内で用いられる映像信号に変換する。具体的には、各色の映像信号の出力タイミングを示す同期信号を生成して出力する。
　ＬＤ駆動部５０６は、同期信号処理部５０５が出力した同期信号に応じてレーザ光源１０１の点灯状態を制御する。
　回転状態検出部５１０は蛍光ホイール１０５の回転状態を検出して蛍光ホイール駆動部５０８へ出力する。
　蛍光ホイール駆動部５０８は、同期信号処理部５０５が出力した同期信号に示される映像信号の色と、回転状態検出部５１０が検出した蛍光ホイール１０５の回転状態が示す照明光学系が出力する色とが一致するように蛍光ホイール１０５の回転状態を制御する
　表示素子駆動部５０９は映像信号処理部が出力する映像信号に応じて、表示素子５１１を駆動する。ここで、表示素子５１１としては、複数のマイクロミラーがマトリックス状に配置され、各マイクロミラーの反射状態により画像を形成する反射型画像形成素子や、透過型液晶表示素子、反射型液晶表示素子などの、各色の画像を順次表示させる表示素子が用いられる。
　上記のように構成されるプロジェクタでは、照明光学系から順次出力される各色の照明光により各色に対応した画像を表示する表示素子５１１が照明され、表示素子５１１の反射画像もしくは透過画像が投影光学系（不図示）を介して順次投射される。
　図６は、図３に示した実施形態の照明光学系を用いたプロジェクタの回路構成を示すブロック図である。
　図６に示すプロジェクタは、ユーザインタフェース部５０１、制御部５０２、記憶部５０３、映像信号処理部５０４、同期信号処理部５０５、ＬＤ駆動部５０６'、表示素子駆動部５０９'、表示素子５１１、図１に示したレーザ光源２０１，２０５，２０９から構成されている。
　ユーザインタフェース部５０１、制御部５０２、記憶部５０３、映像信号処理部５０４、同期信号処理部５０５の構成および動作は図５に示したものと同様であるため、図５と同じ符号を付して説明は省略する。
　ＬＤ駆動部５０６'は、同期信号処理部５０５が出力した同期信号に応じてレーザ光源２０１，２０５，２０９の点灯状態を制御する。
　表示素子駆動部５０９'は映像信号処理部が出力する映像信号に応じて、表示素子５１１'を駆動する。ここで、表示素子としては、図５に示した表示素子５１１と同様に、各色の画像を順次表示させる表示素子複数のマイクロミラーがマトリックス状に配置され、各マイクロミラーの反射状態により画像を形成する反射型画像形成素子や、透過型液晶表示素子、反射型液晶表示素子が用いられるため、ＬＤ駆動部５０６'は表示素子５１１'が表示する画像職に応じてレーザ光源２０１，２０５，２０９を点灯させる。
　なお、透過型液晶表示素子、反射型液晶表示素子の場合には、カラー画像を表示するものがある。表示素子５１１'としてカラー表示を行う表示素子が使用される場合には、ＬＤ駆動部５０６'は、レーザ光源２０１，２０５，２０９を同時に点灯させる。
　上記のように構成されるプロジェクタでは、照明光学系から順次出力される各色の照明光により各色に対応した画像を表示する表示素子５１１'が照明され、表示素子５１１'の反射画像もしくは透過画像が投影光学系（不図示）を介して順次投射される。
　１０１　　レーザ光源
　１０２　　ダイクロイックミラー
　１０３　　ライトトンネル
　１０４　　蛍光ホイール
　１０５　　反射プリズム

Claims (5)

  1. 励起光を発生するレーザ光源と、
    　前記励起光により蛍光を発生する蛍光体と、
    　一端に入射された前記励起光を他端より前記蛍光体へ向けて出射し、前記蛍光体にて発生した蛍光を前記一端より出射するライトトンネルと、
    　前記レーザ光源と前記ライトトンネルの間に設けられ、前記蛍光と前記励起光のいずれか一方を通過させ、他方を反射させるダイクロイックミラーと、
    を備えることを特徴とする照明光学系。
  2. 請求項１記載の照明光学系において、
    　前記蛍光体は、それぞれ異なる波長の蛍光を発生する複数の蛍光領域を備え、回転により前記ライトトンネルより照射される位置が各蛍光領域上を移動する蛍光ホイールであることを特徴とする照明光学系。
  3. 請求項１記載の照明光学系のユニットを複数備え、
    　各ユニットの蛍光体はそれぞれ異なる波長の蛍光を発生し、
    　各ユニットの出射光を入射して同じ方向に向けて出射するクロスダイクロイックプリズムを有することを特徴とする照明光学系。
  4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の照明光学系において、
    　前記ダイクロイックミラーは、前記励起光を反射させ、
    　前記蛍光体の反ライトトンネル側から励起光を前記蛍光体に向けて照射する第２のレーザ光源を具備し、
    　前記蛍光体は前記第２のレーザ光源側に設けられ、前記励起光を通過させ、前記蛍光を反射する反射層と、ライトトンネル側に設けられた蛍光体層とを有することを特徴とする照明光学系。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の照明光学系を備えたプロジェクタ。
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