WO2012077191A1 - 照明光学系、およびそれを備えた投写型表示装置 - Google Patents

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裕之 斉藤
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Definitions

  • the present invention relates to an illumination optical system and a projection display device including the illumination optical system.
  • a projector using an LED as a light source has an advantage of long life and high reliability due to the life and reliability of the LED.
  • the LED projector has a problem that it is difficult to realize a high-luminance image display due to the etendue limitation as described below.
  • the product of the light emitting area and the emission angle of the light source is the product of the area of the display element and the capture angle determined by the F number of the illumination optical system.
  • the amount of light is less than that of other light sources, so even if the amount of light can be increased by increasing the light emitting area, this leads to an increase in etendue. Therefore, as a result, the light use efficiency is lowered, and it becomes impossible to realize a high-luminance image display.
  • an illumination optical system of the present invention includes a first light source that emits first color light and second color light, and a second light source that emits third color light.
  • the first light source separates the semiconductor laser element that emits linearly polarized laser light and the laser light emitted from the semiconductor laser element spatially and temporally, thereby generating the first excitation light and the second excitation light.
  • Excitation light generating means for generating the first fluorescent light, a first phosphor that is excited by the first excitation light and emits the first color light, and a second phosphor that is excited by the second excitation light and emits the second color light. And a phosphor.
  • the excitation light generation means transmits the incident laser light in two different directions and separates the first excitation light and the second excitation light having a different emission direction from the first excitation light. It is composed of
  • a projection display apparatus comprising: the illumination optical system described above; a light modulation element that modulates light emitted from the illumination optical system in accordance with an image signal; and light modulated by the light modulation element.
  • a projection optical system for projecting comprising: the illumination optical system described above; a light modulation element that modulates light emitted from the illumination optical system in accordance with an image signal; and light modulated by the light modulation element.
  • an illumination optical system capable of improving the brightness without increasing the etendue and increasing the size of the apparatus, and a projection display apparatus including the illumination optical system.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic configuration diagram showing an active diffraction element and a first dichroic mirror in the liquid crystal projector of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a wavelength-transmittance characteristic diagram of the first dichroic mirror of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a schematic front view showing a configuration of a DMD in the DMD projector of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a micromirror in the DMD of FIG. 5 is tilted.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an optical system of a liquid crystal projector in the present embodiment.
  • the liquid crystal projector 1 has an illumination optical system 2 including a first light source that emits first color light and second color light, and a second light source that emits third color light.
  • a first color light and the second color light are red light and green light, respectively, and the third color light is blue light will be described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first color light may be green light and the second color light may be red light, or the third color light may be red light or green light. It may be.
  • the present invention has a great feature in the configuration of the first light source that emits two colored lights.
  • any light source can be used as the second light source. Therefore, the combination of the two color lights in the first light source can be selected in consideration of the configuration of the second light source.
  • the first light source 10 includes a laser light source unit 11 that emits linearly polarized laser light, a red phosphor (first phosphor) 12 that emits red light (first color light) R, and green light (second light). And a green phosphor (second phosphor) 13 that emits G. That is, in this embodiment, red light R and green light G are emitted by exciting the red phosphor 12 and the green phosphor 13 with laser light, respectively. Further, the first light source 10 generates the first excitation light E1 and the second excitation light E2 by separating the laser light emitted from the laser light source unit 11 spatially and temporally. It has an active diffraction grating 14 that functions as a means.
  • the first excitation light E1 is used to excite the red phosphor
  • the second excitation light E2 is used to excite the green phosphor.
  • a common laser light source (laser light source unit 11) is used for the two phosphors 12 and 13 arranged independently without using different laser light sources. ) Can be used. Thereby, it becomes possible to suppress the increase in the number of parts and the accompanying increase in the size of the apparatus.
  • the laser light source unit 11 has a plurality of blue laser diodes 11a as semiconductor laser elements that emit laser light. That is, in this embodiment, blue laser light is used as excitation light for exciting the red phosphor 12 and the green phosphor 13.
  • the laser light source unit 11 includes a collimating lens 11b for making the laser light emitted from the blue laser diode 11a parallel light, a mechanism component 11c for holding the blue laser diode 11a and the collimating lens 11b, and a blue laser diode. And a cooling unit (not shown) for cooling 11a.
  • each blue laser diode 11a is arranged in the laser light source unit 11 so that the polarization direction of the laser light is parallel to the paper surface of FIG.
  • the active diffraction element 14 has a function of transmitting incident linearly polarized laser light in two different directions in accordance with the applied voltage. That is, the active diffraction element 14 switches the emission direction of the laser light transmitted through the active diffraction element 14 between a state where no voltage is applied (OFF state) and a state where a voltage is applied (ON state). Can do. Specifically, in the OFF state, the laser light is transmitted as it is as the first excitation light E1, and in the ON state, the laser light is diffracted and transmitted in a predetermined direction as the second excitation light E2. it can.
  • the OFF state and the ON state can be switched in a time-sharing manner, whereby the active diffractive element 14 causes the first excitation light E1 and the first excitation light E1 to have different emission directions. It is possible to separate the two excitation lights E2 in terms of time.
  • the ON state of the active diffraction element 14 is set so that the second excitation light E2 is emitted at an angle of 30 ° with respect to the first excitation light E1.
  • the laser light that has passed through the active diffraction element 14 as it is is defined as the first excitation light E1
  • the laser light that is diffracted and transmitted by the active diffraction element 14 is defined as the second excitation light E2.
  • the reverse is also possible.
  • the active diffractive element 14 is preferably configured to change the time ratio per unit time between the ON state and the OFF state. Thereby, it becomes possible to adjust the light quantity ratio between the red light R and the green light G per unit time by changing the generation ratio of the first excitation light E1 and the second excitation light E2. . Furthermore, it is also preferable that the laser output of the laser light source unit 11 is adjustable in synchronization with this time ratio. With such a configuration, the time ratio between the ON state and the OFF state of the active diffraction element 14 can be adjusted according to the image signal to be displayed, and the laser output can be adjusted in synchronization with this time ratio. It becomes. As a result, it is possible to improve contrast and reduce power consumption.
  • Digilens registered trademark, manufactured by SBG Labs, USA
  • Digilens registered trademark, manufactured by SBG Labs, USA
  • switching of the laser beam emission direction in the active diffraction element is not necessarily performed by applying a voltage as described above. That is, it should be noted that an active diffractive element configured such that the laser beam emission direction is switched by other means can be used.
  • a first dichroic mirror 15 is disposed on the exit side of the active diffraction element 14.
  • the first dichroic mirror 15 functions as an optical path changing unit that changes either one of the first and second excitation lights E1 and E2 separated by the active diffraction element 14.
  • the first dichroic mirror 15 of the present embodiment is disposed so as to transmit the first excitation light E1 and reflect the second excitation light E2. Thereby, the first excitation light E1 incident on the red phosphor 12 and the second excitation light E2 incident on the green phosphor 13 can be orthogonal to each other.
  • the first dichroic mirror 15 is configured to transmit the green light G emitted from the green phosphor 13.
  • the first dichroic mirror 15 transmits the first excitation light E1 and reflects the second excitation light E2 will be described.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the active diffraction element 14 and the first dichroic mirror 15 in an enlarged manner in the liquid crystal projector 1 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a wavelength-transmittance characteristic diagram of the first dichroic mirror 15 shown in FIG. FIG. 3 shows transmittance characteristic curves of the first dichroic mirror 15 when the incident angles are 30 ° and 60 °, respectively.
  • the incident angle is an angle formed by the normal direction of the reflecting surface of the first dichroic mirror 15 and the incident light.
  • the first dichroic mirror 15 is in the OFF state, that is, the incident angle ⁇ of the first excitation light E1 is larger than the ON state, that is, the incident angle ⁇ of the second excitation light E2.
  • the active diffractive element 14 is arranged.
  • the incident angle ⁇ of the first excitation light E1 is 60 °
  • the incident angle ⁇ of the second excitation light E2 is 30 °.
  • the difference between the incident angles of the excitation lights E1 and E2 to the first dichroic mirror allows the first excitation light E1 having a large incident angle to pass therethrough and the second excitation light E2 having a small incident angle. Can be reflected. This is based on the following characteristics.
  • the transmittance characteristic curve of the first dichroic mirror 15 shows a tendency to shift to the short wavelength side as the incident angle increases. Therefore, even when excitation light having the same wavelength is incident on the first dichroic mirror 15, by changing the incident angle, it can be transmitted on the one hand and reflected on the other hand. Therefore, by selecting the wavelength of the laser light emitted from the laser light source unit 11 to be, for example, ⁇ EX , the first dichroic mirror 15 transmits the first excitation light E1 having an incident angle ⁇ of 60 °. Is possible. On the other hand, the first dichroic mirror 15 can reflect the second excitation light E2 having an incident angle ⁇ of 30 °.
  • the first dichroic mirror 15 only needs to make the first excitation light E1 incident on the red phosphor 12 and the second excitation light E2 incident on the green phosphor 13 orthogonal to each other. Therefore, the arrangement of the first dichroic mirror 15 is not limited to that described above, and can be appropriately changed according to the angle ⁇ formed between the first excitation light E1 and the second excitation light E2. Further, the first dichroic mirror may be arranged so as to reflect the first excitation light transmitted through the active diffraction element as it is and to transmit the second excitation light diffracted by the active diffraction element. In that case, it is preferable that the first dichroic mirror is configured to transmit red light from the red phosphor excited by the first excitation light.
  • condenser lens groups 16 and 17 are arranged on the front side of the red phosphor 12 and the green phosphor 13, respectively.
  • the first light source 10 has a second dichroic mirror 18 that transmits blue light (first excitation light E1) and reflects red light R on the optical path of the first excitation light E1. Is arranged.
  • red light R and green light G are emitted from the first light source 10 through different optical paths.
  • the illumination optical system 2 transmits the red light R reflected by the reflection mirror 31 and reflects the green light G transmitted through the first dichroic mirror 15.
  • a mirror 32 is arranged.
  • the illumination optical system 2 includes lens arrays 33 and 34 for equalizing the irradiation distribution of incident light on the optical path of the color light RG synthesized by the third dichroic mirror 32, and the polarization direction of the light with a predetermined direction.
  • a PS converter (polarization conversion element) 35 aligned in the direction.
  • a fourth dichroic mirror 37 is disposed on the output side of the PS converter 35 via a condenser lens 36.
  • the fourth dichroic mirror 37 is provided to separate the color light RG emitted from the PS converter 35 into the red light R and the green light G by reflecting the red light R and transmitting the green light G. It has been.
  • the PS converter 35 is set so that the light emitted from the PS converter 35 is S-polarized with respect to the fourth dichroic mirror 37.
  • the liquid crystal projector 1 has a blue LED 20 as a second light source.
  • Some optical elements are arranged on the optical path of the blue light B emitted from the blue LED 20 in the same manner as the first light source 10 side.
  • two condensing lenses 21 and 23 that condense the blue light B radiated from the blue LED 20 are disposed via the reflection mirror 22.
  • the lens arrays 24 and 25, the PS converter (polarization conversion element) 26, and the condenser lens 27 are also arranged in the same manner.
  • the liquid crystal projector 1 of the present embodiment includes liquid crystal units (light modulation elements) 40r, 40g, and 40b that modulate the color lights R, G, and B emitted from the illumination optical system 2 in accordance with image signals.
  • Each of the liquid crystal units 40r, 40g, and 40b includes liquid crystal panels 41r, 41g, and 41b that modulate the color lights R, G, and B, and incident-side polarizing plates 42r, 42g, and 42b provided on the incident side of the liquid crystal panels 41r, 41g, and 41b. 42b and emission side polarizing plates 43r, 43g, 43b provided on the emission side.
  • reflection mirrors 44r, 44g, 44b for changing the optical paths of the color lights R, G, B, and the liquid crystal units 40r, 40g, 40b.
  • Condensing lenses 45r, 45g, and 45b for adjusting the incident angle to are arranged.
  • the PS converter 26 described above is set so that S-polarized light enters the reflection mirrors 44r, 44g, and 44b.
  • the liquid crystal projector 1 includes a cross dichroic prism (light combining optical system) 51 that combines and emits the respective color lights R, G, and B modulated by the liquid crystal units 40r, 40g, and 40b, and the combined light on a screen or the like.
  • Laser light emitted from the laser light source unit 11 enters the active diffraction element 14.
  • the linearly polarized laser light is spatially and temporally converted into first excitation light E1 that passes through the active diffraction element 14 as it is and second excitation light E2 that is diffracted in a predetermined direction and passes through the active diffraction element 14. Separated.
  • the first and second excitation lights E1 and E2 transmitted through the active diffraction element 14 are incident on the first dichroic mirror 15, respectively.
  • the first excitation light E1 passes through the first dichroic mirror 15 and the second dichroic mirror 18, and is then condensed by the condenser lens group 16 and arranged on the optical axis of the laser light source unit 11.
  • the light enters the red phosphor 12.
  • the red phosphor 12 is excited by the first excitation light E1 and emits red light R.
  • the red light R emitted from the red phosphor 12 is converged by the condenser lens group 16 and reflected by the second dichroic mirror 18. Thereafter, the red light R is further reflected by the reflecting mirror 31 and enters the third dichroic mirror 32.
  • the second excitation light E 2 is reflected by the first dichroic mirror 15, then condensed by the condenser lens group 17, and enters the green phosphor 13.
  • the green phosphor 13 is excited by the second excitation light E2 and emits green light G.
  • the green light G emitted from the green phosphor 13 is converged by the condenser lens group 17, passes through the first dichroic mirror 15, and then enters the third dichroic mirror 32.
  • the red light R is transmitted through the third dichroic mirror 32 and the green light G is reflected from the third dichroic mirror 32, so that the red light R and the green light G are combined by the third dichroic mirror 32.
  • the synthesized color light RG has a uniform illumination distribution by the lens arrays 33 and 34, and is aligned with the S polarization by the PS converter 35 with respect to the fourth dichroic mirror 37. In this way, the color light RG having a uniform illumination distribution and a uniform polarization direction is collected by the condenser lens 36 and is incident on the fourth dichroic mirror 37.
  • the color light RG incident on the fourth dichroic mirror 37 is separated again into the red light R and the green light G, and to the liquid crystal units 40r and 40g via the reflection mirrors 44r and 44g and the condenser lenses 45r and 45g, respectively. Sent.
  • the blue light B emitted from the blue LED 20 enters the lens arrays 24 and 25 via the condenser lenses 21 and 23 and the reflection mirror 22.
  • the blue light B whose illumination distribution is made uniform by the lens arrays 24 and 25 is made S-polarized by the PS converter 26 with respect to the reflection mirror 44b, and then enters the condenser lens 27.
  • the blue light B collected by the condenser lens 27 is sent to the liquid crystal unit 40b via the reflection mirror 44b and the condenser lens 45b.
  • Each color light R, G, B is modulated in accordance with the image signal by the liquid crystal units 40r, 40g, 40b, respectively.
  • the modulated color lights R, G, and B are emitted to the cross dichroic prism 51 and synthesized by the cross dichroic prism 51.
  • the combined light enters the projection lens 52, is projected onto the screen or the like by the projection lens 52, and is displayed as an image.
  • a combination of a semiconductor laser element and a phosphor is used as a light source for red light and green light.
  • a common laser light source is used for two phosphors arranged independently by using an active diffraction element capable of separating laser light spatially and temporally. Is possible. As a result, the above-described improvement in brightness can be realized without increasing the number of parts and enlarging the size of the apparatus.
  • an LED is used as the second light source that emits the third color light.
  • the present invention is not limited to this, and a light source other than the LED may be used. Can be used.
  • the second light source may emit blue light by exciting the phosphor with laser light.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the optical system of the DMD projector in the present embodiment.
  • This embodiment is a modified example in which the configuration of the display element (light modulation element) is changed with respect to the first embodiment, and a DMD is used instead of the liquid crystal unit of the first embodiment. Accordingly, in the present embodiment, the arrangement configuration of the optical system is changed with respect to the first embodiment, but the configuration of each light source 10, 20 itself is the same as that of the first embodiment.
  • the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in each drawing, and description thereof is omitted.
  • a fifth dichroic mirror 38 that transmits green light G and reflects blue light B is added to the first embodiment.
  • the fifth dichroic mirror 38 is disposed between the first dichroic mirror 15 and the third dichroic mirror 32.
  • the blue LED 20 is arranged so that the blue light B is incident on the fifth dichroic mirror 38 via the condenser lens group 29.
  • the third dichroic mirror 32 is configured to reflect not only the green light G but also the blue light B.
  • the third dichroic mirror 32 can emit the combined light RGB composed of the three color lights R, G, and B.
  • no optical element other than the condensing lens attached to the fourth dichroic mirror 37 or the second light source (blue LED) 20 in the first embodiment is provided. Further, since it is not necessary to convert the emitted light into light having a specific polarization component, the polarization conversion element (PS converter 35) provided in the first embodiment is not provided.
  • the illumination optical system 4 needs not only to emit the red light R, the green light G, and the blue light B as the combined light RGB in the same optical path, but also to emit in a time division manner.
  • the present embodiment is configured such that ON / OFF of the laser light source unit 11 and the blue LED 20 is switched in a time-sharing manner according to the time ratio between the OFF state and the ON state of the active diffraction element 14.
  • the DMD projector 3 includes a DMD 61 that is a display element, and a total reflection (TIR) prism 62 disposed on the front side of the DMD 61, that is, between the DMD 61 and the projection lens 52. . Further, between the illumination optical system 4 and the TIR prism 62, a reflection mirror 63 for changing the optical path of the combined light RGB and a condenser lens 64 are arranged.
  • TIR total reflection
  • FIG. 5 (a) is a schematic front view showing the configuration of the DMD 61
  • FIG. 5 (b) is a schematic front view showing the vicinity of a region surrounded by a dotted line in FIG. 5 (a) in an enlarged manner.
  • the DMD 61 is composed of a large number of micromirrors (pixels) 61a arranged in a matrix, and is arranged in the DMD projector 3 so that light enters from the direction of the arrow in FIG.
  • Each micromirror 61a is configured to tilt ⁇ 12 ° with an axis 61a orthogonal to the incident light as a rotation axis.
  • the rotation axis 61a of the micromirror 61a is a diagonal direction of the square micromirrors 61 and is inclined by 45 ° with respect to the arrangement direction of the micromirrors 61a.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 5 (b).
  • FIGS. 6 (a) and 6 (b) are micromirrors when tilted by + 12 ° and ⁇ 12 °, respectively. 61a is shown. 6A and 6B also schematically show the arrangement of the projection lens 52 with respect to each micromirror 61a.
  • the micro mirror 61a is turned on when tilted by + 12 °. That is, as shown in FIG. 6A, in the ON state, light incident on the micromirror 61 (see the arrow L1 in the figure) is reflected in a direction (see the arrow L2 in the figure) so that it can enter the projection lens 52. Is done. On the other hand, when tilted by -12 °, the micro mirror 61a is turned off. That is, as shown in FIG. 6B, the light (see arrow L1 in the figure) incident on the micromirror 61a is reflected in a direction that cannot enter the projection lens 52 (see arrow L3 in the figure).
  • the DMD 61 projects a color image through the projection lens 52 by switching the micromirrors 61a between the ON state and the OFF state in synchronization with the color lights R, G, and B incident in a time division manner. be able to.
  • the red light R is emitted from the first light source 10, reflects off the reflection mirror 31, and enters the third dichroic mirror 32.
  • the green light G is emitted from the first light source 10 and is incident on the fifth dichroic mirror 38 as in the first embodiment.
  • the blue light B emitted from the blue LED 20 also enters the fifth dichroic mirror 38 via the condenser lens group 29.
  • the green light G and the blue light B are combined by the fifth dichroic mirror 38 by transmitting the green light G through the fifth dichroic mirror 38 and reflecting the blue light B from the fifth dichroic mirror 38. .
  • the synthesized color light GB enters the fourth dichroic mirror 37.
  • the fourth dichroic mirror 37 synthesizes the three color lights R, G, and B by reflecting the color light GB composed of the green light G and the blue light B and transmitting the blue light B.
  • the combined color light RGB has a uniform illumination distribution by the lens arrays 33 and 34, is condensed by the condenser lens 36, and is emitted from the illumination optical system 4.
  • the color light RGB emitted from the illumination optical system 4 enters the TIR prism 62 via the reflection mirror 63 and the condenser lens 64.
  • the color light RGB incident on the TIR prism 62 is reflected by the air gap surface in the TIR prism 62, enters the DMD 61, and is modulated by the DMD 61 in accordance with the image signal.
  • the modulated light passes through the TIR prism 62, enters the projection lens 52, is projected onto the screen or the like by the projection lens 52, and is displayed as an image.

Abstract

　エテンデューの増加や装置の大型化をもたらすことなく、明るさを向上させることができる照明光学系を提供する。　第１の色光Ｒと第２の色光Ｇとを射出する第１の光源１０と、第３の色光Ｂを射出する第２の光源２０と、を有し、第１の光源１０が、直線偏光のレーザ光を射出する半導体レーザ素子１１ａと、半導体レーザ素子１１ａから射出されたレーザ光を空間的および時間的に分離して、第１の励起光Ｅ１と第２の励起光Ｅ２とを生成する励起光生成手段１４であって、入射するレーザ光を、２つの異なる方向に透過させ、第１の励起光Ｅ１と、第１の励起光Ｅ１とは出射方向が異なる第２の励起光Ｅ２とに分離するアクティブ回折素子から構成された励起光生成手段１４と、第１の励起光Ｅ１によって励起され、第１の色光Ｒを発する第１の蛍光体１２と、第２の励起光Ｅ２によって励起され、第２の色光Ｇを発する第２の蛍光体１３と、を有している。

Description

照明光学系、およびそれを備えた投写型表示装置
　本発明は、照明光学系、およびそれを備えた投写型表示装置に関する。
　近年、液晶パネルやデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を表示素子として使用する投写型表示装置（プロジェクタ）において、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いる技術が注目されている（例えば、特許文献１参照）。
　ＬＥＤを光源とするプロジェクタ（ＬＥＤプロジェクタ）には、ＬＥＤの寿命と信頼性とに起因して、長寿命で高信頼性を有しているという利点がある。
特開２００３－１８６１１０号公報
　一方、ＬＥＤプロジェクタには、以下に示すように、エテンデューの制限から、高輝度な画像表示を実現するのが困難であるという問題がある。
　表示素子へ光を投写する照明光学系においては、光源の発光面積と放射角とで決まるエテンデューという制限を考慮する必要がある。つまり、光源からの光を投写光として有効に利用するためには、光源の発光面積と放射角との積の値を、表示素子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する必要がある。しかしながら、ＬＥＤの場合、他の光源と比べて光量が少ないため、発光面積を大きくすることで光量を上げることができたとしても、そのことがエテンデューの増加につながってしまう。したがって、結果的に光の利用効率が低下して、高輝度な画像表示を実現することができなくなる。
　このように、プロジェクタの光源としては発光面積を大きくせずに光量を上げることが望まれているが、これをＬＥＤだけで実現するのは困難である。
　これに対して、光量の増加という観点からは、各色光に対してＬＥＤ以外の他の光源を用いることも考えられる。しかしながら、そのことで部品数が増加し、プロジェクタ全体が大型化することは好ましくない。
　そこで本発明は、エテンデューの増加や装置の大型化をもたらすことなく、明るさを向上させることができる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、その照明光学系を備えた投写型表示装置を提供することも目的とする。
　上述した目的を達成するために、本発明の照明光学系は、第１の色光と第２の色光とを射出する第１の光源と、第３の色光を射出する第２の光源と、を有している。第１の光源は、直線偏光のレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から射出されたレーザ光を空間的および時間的に分離して、第１の励起光と第２の励起光とを生成する励起光生成手段と、第１の励起光によって励起され、第１の色光を発する第１の蛍光体と、第２の励起光によって励起され、第２の色光を発する第２の蛍光体と、を有している。励起光生成手段は、入射するレーザ光を、２つの異なる方向に透過させ、第１の励起光と、第１の励起光とは出射方向が異なる第２の励起光とに分離するアクティブ回折素子から構成されている。
　また、本発明の投写型表示装置は、上記に記載の照明光学系と、画像信号に応じて照明光学系から射出される光を変調する光変調素子と、光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えている。
　以上、本発明によれば、エテンデューの増加や装置の大型化をもたらすことなく、明るさを向上させることができる照明光学系と、それを備えた投写型表示装置とを提供することができる。
本発明の第１の実施形態の照明光学系を備えた液晶プロジェクタの構成を示す概略図である。 図１の液晶プロジェクタにおけるアクティブ回折素子および第１のダイクロイックミラーを拡大して示す概略構成図である。 図２の第１のダイクロイックミラーの波長－透過率特性図である。 本発明の第２の実施形態の照明光学系を備えたＤＭＤプロジェクタの構成を示す概略図である。 図４のＤＭＤプロジェクタにおけるＤＭＤの構成を示す概略正面図である。 図５のＤＭＤにおける微小ミラーが傾斜した状態を示す概略断面図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
　（第１の実施形態）
　まず、本発明の第１の実施形態として、液晶パネルを表示素子として使用する投写型表示装置（液晶プロジェクタ）の照明光学系について説明する。
　図１は、本実施形態における液晶プロジェクタの光学系の構成を示す概略図である。
　液晶プロジェクタ１は、第１の色光と第２の色光とを射出する第１の光源と、第３の色光を射出する第２の光源と、を備えた照明光学系２を有している。以下では、第１の色光および第２の色光が、それぞれ赤色光および緑色光であり、第３の色光が青色光である場合を例に挙げて説明する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１の色光が緑色光で、第２の色光が赤色光であってもよく、あるいは、第３の色光が赤色光または緑色光であってもよい。本発明は、以下に示すように、２つの色光を射出する第１の光源の構成に大きな特徴があるが、第２の光源としては、任意の光源が使用可能である。そのため、第１の光源における２つの色光の組み合わせは、第２の光源の構成も考慮して選択することができる。
　第１の光源１０は、直線偏光のレーザ光を射出するレーザ光源ユニット１１と、赤色光（第１の色光）Ｒを発する赤色蛍光体（第１の蛍光体）１２と、緑色光（第２の色光）Ｇを発する緑色蛍光体（第２の蛍光体）１３と、を有している。すなわち、本実施形態では、赤色蛍光体１２と緑色蛍光体１３とをそれぞれレーザ光で励起することによって、赤色光Ｒと緑色光Ｇとを射出するようになっている。さらに、第１の光源１０は、レーザ光源ユニット１１から射出されたレーザ光を空間的および時間的に分離して、第１の励起光Ｅ１と第２の励起光Ｅ２とを生成する励起光生成手段として機能するアクティブ回折格子１４を有している。第１の励起光Ｅ１は、赤色蛍光体を励起するために用いられ、第２の励起光Ｅ２は、緑色蛍光体を励起するために用いられる。このアクティブ回折格子１４の機能により、本実施形態では、独立して配置された２つの蛍光体１２，１３に対して、それぞれ別のレーザ光源を用いることなく、共通のレーザ光源（レーザ光源ユニット１１）を用いることが可能となる。これにより、部品数の増加と、それに伴う装置の大型化を抑制することが可能となる。
　レーザ光源ユニット１１は、レーザ光を射出する半導体レーザ素子として、複数の青色レーザダイオード１１ａを有している。すなわち、本実施形態では、赤色蛍光体１２および緑色蛍光体１３を励起するための励起光として、青色レーザ光が用いられる。また、レーザ光源ユニット１１は、青色レーザダイオード１１ａから射出されたレーザ光を平行光にするためのコリメートレンズ１１ｂと、青色レーザダイオード１１ａとコリメートレンズ１１ｂとを保持する機構部品１１ｃと、青色レーザダイオード１１ａを冷却する冷却ユニット（図示せず）と、を有している。なお、本実施形態では、各青色レーザダイオード１１ａは、レーザ光の偏光方向が図１の紙面に対して平行となるように、レーザ光源ユニット１１内に配置されている。
　アクティブ回折素子１４は、印加させる電圧に応じて、入射する直線偏光のレーザ光を２つの異なる方向に透過させる機能を有している。すなわち、アクティブ回折素子１４は、電圧が印加されていない状態（ＯＦＦ状態）と電圧が印加された状態（ＯＮ状態）との間で、アクティブ回折素子１４を透過したレーザ光の出射方向を切り替えることができる。具体的には、ＯＦＦ状態では、第１の励起光Ｅ１として、レーザ光をそのまま透過させ、ＯＮ状態では、第２の励起光Ｅ２として、レーザ光を所定の方向に回折して透過させることができる。このＯＦＦ状態とＯＮ状態とは時分割で切り替えることができ、これにより、アクティブ回折素子１４は、レーザ光を、第１の励起光Ｅ１と、第１の励起光Ｅ１とは出射方向が異なる第２の励起光Ｅ２とに時間的に分離することが可能となる。本実施形態では、第１の励起光Ｅ１に対して第２の励起光Ｅ２を３０°の角度で射出するように、アクティブ回折素子１４のＯＮ状態が設定されている。
　なお、本明細書では、アクティブ回折素子１４をそのまま透過したレーザ光を第１の励起光Ｅ１として定義し、アクティブ回折素子１４で回折されて透過したレーザ光を第２の励起光Ｅ２として定義しているが、その逆であってもよいことは言うまでもない。
　アクティブ回折素子１４は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との単位時間当たりの時間比率を変化できるように構成されていることが好ましい。これにより、第１の励起光Ｅ１と第２の励起光Ｅ２との生成比率を変化させることで、単位時間当たりでの赤色光Ｒと緑色光Ｇとの光量比率を調整することが可能となる。さらに、この時間比率に同期して、レーザ光源ユニット１１のレーザ出力が調整可能に構成されていることも好ましい。このような構成によって、表示する画像信号に応じて、アクティブ回折素子１４のＯＮ状態とＯＦＦ状態との時間比率を調整したり、この時間比率に同期してレーザ出力を調整したりすることが可能となる。これにより、コントラストの向上や消費電力の削減が可能となる。
　上述のようなアクティブ回折素子としては、例えば、Ｄｉｇｉｌｅｎｓ（登録商標、米国ＳＢＧ　Ｌａｂｓ社製）を用いることができる。
　なお、アクティブ回折素子におけるレーザ光の出射方向の切替は、必ずしも、上述したように電圧の印加によって行われるようになっている必要はない。すなわち、他の手段によってレーザ光の出射方向が切り替わるように構成されたアクティブ回折素子を使用できることに留意されたい。
　アクティブ回折素子１４の出射側には、第１のダイクロイックミラー１５が配置されている。この第１のダイクロイックミラー１５は、アクティブ回折素子１４によって分離された第１および第２の励起光Ｅ１，Ｅ２のいずれか一方の光路を変更する光路変更手段として機能する。本実施形態の第１のダイクロイックミラー１５は、第１の励起光Ｅ１を透過させ、第２の励起光Ｅ２を反射させるように配置されている。これにより、赤色蛍光体１２に入射する第１の励起光Ｅ１と、緑色蛍光体１３に入射する第２の励起光Ｅ２とを互いに直交させることができる。また、第１のダイクロイックミラー１５は、緑色蛍光体１３が発した緑色光Ｇを透過させるように構成されている。
　ここで、図２および図３を参照して、第１のダイクロイックミラー１５が、第１の励起光Ｅ１を透過させ、第２の励起光Ｅ２を反射させる原理について説明する。
　図２は、図１に示す液晶プロジェクタ１において、アクティブ回折素子１４および第１のダイクロイックミラー１５を拡大して示す概略構成図である。また、図３は、図２に示す第１のダイクロイックミラー１５の波長－透過率特性図である。図３には、それぞれ入射角度が３０°および６０°のときの第１のダイクロイックミラー１５の透過率特性曲線が示されている。なお、ここでいう入射角度とは、第１のダイクロイックミラー１５の反射面の法線方向と入射光とのなす角度である。
　図２に示すように、第１のダイクロイックミラー１５は、ＯＦＦ状態、すなわち第１の励起光Ｅ１の入射角度θが、ＯＮ状態、すなわち第２の励起光Ｅ２の入射角度ψよりも大きくなるように、アクティブ回折素子１４に対して配置されている。本実施形態では、第１の励起光Ｅ１の入射角度θが６０°であり、第２の励起光Ｅ２の入射角度ψが３０°である。このように、励起光Ｅ１，Ｅ２の第１のダイクロイックミラーへの入射角度に違いがあることで、入射角度の大きい第１の励起光Ｅ１を透過させ、入射角度の小さい第２の励起光Ｅ２を反射させることが可能となる。これは、以下のような特性に基づいている。
　図３からわかるように、第１のダイクロイックミラー１５の透過率特性曲線は、入射角度が大きくなるにつれて、短波長側にシフトする傾向を示している。そのため、同じ波長の励起光を第１のダイクロイックミラー１５に入射した場合でも、入射角度を変化させることで、一方では透過させ、他方では反射させることが可能となる。したがって、レーザ光源ユニット１１から射出されるレーザ光の波長を例えばλＥＸに選択することで、第１のダイクロイックミラー１５は、入射角度θが６０°である第１の励起光Ｅ１を透過させることが可能となる。また、その一方で、第１のダイクロイックミラー１５は、入射角度ψが３０°である第２の励起光Ｅ２を反射させることが可能となる。
　なお、第１のダイクロイックミラー１５は、赤色蛍光体１２に入射する第１の励起光Ｅ１と、緑色蛍光体１３に入射する第２の励起光Ｅ２とを互いに直交させることがでればよい。そのため、第１のダイクロイックミラー１５の配置は、上述したものに限定されず、第１の励起光Ｅ１と第２の励起光Ｅ２となす角度φに応じて適宜変更可能である。また、第１のダイクロイックミラーは、アクティブ回折素子をそのまま透過した第１の励起光を反射させ、アクティブ回折素子によって回折された第２の励起光を透過させるように配置されていてもよい。その場合には、第１のダイクロイックミラーは、第１の励起光によって励起される赤色蛍光体からの赤色光を透過させるように構成されていることが好ましい。
　赤色蛍光体１２および緑色蛍光体１３の前面側には、図１に示すように、それぞれ集光レンズ群１６，１７が配置されている。これに加えて、第１の光源１０には、第１の励起光Ｅ１の光路上に、青色光（第１の励起光Ｅ１）を透過させ、赤色光Ｒを反射させる第２のダイクロイックミラー１８が配置されている。
　本実施形態では、赤色光Ｒおよび緑色光Ｇは、第１の光源１０からそれぞれ異なる光路で射出される。照明光学系２には、これらの光路を共通にするために、反射ミラー３１で反射された赤色光Ｒを透過させ、第１のダイクロイックミラー１５を透過した緑色光Ｇを反射させる第３のダイクロイックミラー３２が配置されている。また、照明光学系２には、第３のダイクロイックミラー３２で合成された色光ＲＧの光路上に、入射した光の照射分布を均一化するレンズアレイ３３，３４と、光の偏光方向を所定の方向に揃えるＰＳコンバータ（偏光変換素子）３５と、が設けられている。さらに、ＰＳコンバータ３５の出射側には、集光レンズ３６を介して、第４のダイクロイックミラー３７が配置されている。第４のダイクロイックミラー３７は、赤色光Ｒを反射させ、緑色光Ｇを透過させることで、ＰＳコンバータ３５から射出された色光ＲＧを、赤色光Ｒと緑色光Ｇとに再び分離するために設けられている。なお、本実施形態では、ＰＳコンバータ３５は、ＰＳコンバータ３５から射出される光が第４のダイクロイックミラー３７に対してＳ偏光となるように設定されている。
　上述のように、赤色光Ｒおよび緑色光Ｇの生成には、レーザ光と蛍光体とが用いられている。これに対して、青色光Ｂの生成には、半導体発光素子であるＬＥＤが用いられている。すなわち、液晶プロジェクタ１は、第２の光源として、青色ＬＥＤ２０を有している。
　青色ＬＥＤ２０から射出される青色光Ｂの光路上には、第１の光源１０側と同様に、いくつかの光学素子が配置されている。青色ＬＥＤ２０の出射側には、青色ＬＥＤ２０から放射される青色光Ｂを集光する２つの集光レンズ２１，２３が、反射ミラー２２を介して配置されている。また、レンズアレイ２４，２５、ＰＳコンバータ（偏光変換素子）２６、および集光レンズ２７も同様に配置されている。
　また、本実施形態の液晶プロジェクタ１は、照明光学系２から射出された各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを画像信号に応じて変調する液晶ユニット（光変調素子）４０ｒ，４０ｇ，４０ｂを有している。各液晶ユニット４０ｒ，４０ｇ，４０ｂは、色光Ｒ，Ｇ，Ｂを変調する液晶パネル４１ｒ，４１ｇ，４１ｂと、液晶パネル４１ｒ，４１ｇ，４１ｂの入射側に設けられた入射側偏光板４２ｒ，４２ｇ，４２ｂと、出射側に設けられた出射側偏光板４３ｒ，４３ｇ，４３ｂと、を有している。
　照明光学系１０と各液晶ユニット４０ｒ，４０ｇ，４０ｂとの間には、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂの光路を変更するための反射ミラー４４ｒ，４４ｇ，４４ｂと、各液晶ユニット４０ｒ，４０ｇ，４０ｂへの入射角度を調整する集光レンズ４５ｒ，４５ｇ，４５ｂと、が配置されている。なお、反射ミラー４４ｒ，４４ｇ，４４ｂに対してＳ偏光が入射するように、前述のＰＳコンバータ２６は設定されている。
　さらに、液晶プロジェクタ１は、液晶ユニット４０ｒ，４０ｇ，４０ｂによって変調された各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを合成して射出するクロスダイクロイックプリズム（光合成光学系）５１と、合成された光をスクリーンなどに投写して表示する投写レンズ（投写光学系）５２と、を有している。
　次に、再び図１を参照して、本実施形態の液晶プロジェクタ１で画像が投写される動作について説明する。
　レーザ光源ユニット１１から射出されたレーザ光は、アクティブ回折素子１４に入射する。直線偏光のレーザ光は、アクティブ回折素子１４をそのまま透過する第１の励起光Ｅ１と、所定の方向に回折されてアクティブ回折素子１４を透過する第２の励起光Ｅ２とに、空間的および時間的に分離される。アクティブ回折素子１４を透過した第１および第２の励起光Ｅ１，Ｅ２は、それぞれ第１のダイクロイックミラー１５に入射する。
　第１の励起光Ｅ１は、第１のダイクロイックミラー１５と第２のダイクロイックミラー１８とを透過した後、集光レンズ群１６によって集光されて、レーザ光源ユニット１１の光軸上に配置された赤色蛍光体１２に入射する。赤色蛍光体１２は、第１の励起光Ｅ１によって励起され、赤色光Ｒを発する。赤色蛍光体１２から放射された赤色光Ｒは、集光レンズ群１６で集束し、第２のダイクロイックミラー１８を反射する。その後、赤色光Ｒは、さらに反射ミラー３１を反射して、第３のダイクロイックミラー３２に入射する。
　一方、第２の励起光Ｅ２は、第１のダイクロイックミラー１５を反射した後、集光レンズ群１７によって集光されて、緑色蛍光体１３に入射する。緑色蛍光体１３は、第２の励起光Ｅ２によって励起され、緑色光Ｇを発する。緑色蛍光体１３から放射された緑色光Ｇは、集光レンズ群１７で集束し、第１のダイクロイックミラー１５を透過した後、第３のダイクロイックミラー３２に入射する。
　赤色光Ｒが第３のダイクロイックミラー３２を透過し、緑色光Ｇが第３のダイクロイックミラー３２を反射することで、赤色光Ｒと緑色光Ｇとは、第３のダイクロイックミラー３２によって合成される。合成された色光ＲＧは、レンズアレイ３３，３４で照射分布が均一化され、ＰＳコンバータ３５で第４のダイクロイックミラー３７に対してＳ偏光に揃えられる。こうして、照射分布が均一化され偏光方向が揃えられた色光ＲＧは、集光レンズ３６で集光されて、第４のダイクロイックミラー３７に入射する。
　第４のダイクロイックミラー３７に入射した色光ＲＧは、赤色光Ｒと緑色光Ｇとに再び分離され、反射ミラー４４ｒ，４４ｇと集光レンズ４５ｒ，４５ｇとを介して、それぞれ液晶ユニット４０ｒ，４０ｇへと送られる。
　これに対して、青色ＬＥＤ２０から射出された青色光Ｂは、集光レンズ２１，２３と反射ミラー２２とを介して、レンズアレイ２４，２５へと入射する。レンズアレイ２４，２５で照射分布が均一化された青色光Ｂは、ＰＳコンバータ２６で反射ミラー４４ｂに対してＳ偏光に揃えられた後、集光レンズ２７に入射する。集光レンズ２７で集光された青色光Ｂは、反射ミラー４４ｂと集光レンズ４５ｂとを介して、液晶ユニット４０ｂへと送られる。
　各色光Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ液晶ユニット４０ｒ，４０ｇ，４０ｂで画像信号に応じて変調される。変調された各色光Ｒ，Ｇ，Ｂは、クロスダイクロイックプリズム５１へと射出され、クロスダイクロイックプリズム５１によって合成される。合成された光は、投写レンズ５２へと入射し、投写レンズ５２によってスクリーンなどに投写されて、画像として表示される。
　このように、本実施形態の照明光学系では、赤色光および緑色光の光源として、半導体レーザ素子と蛍光体との組み合わせが用いられている。これにより、それぞれの光源としてＬＥＤを用いた場合とは異なり、発光面積を大きくすることなく、光量を増加させることが可能となる。そのため、エテンデューの増加を抑えて、光の利用効率を向上させることができ、照明光学系の明るさを向上させることが可能となる。このとき本実施形態では、レーザ光を空間的および時間的に分離することができるアクティブ回折素子を用いることで、独立して配置された２つの蛍光体に対して共通のレーザ光源を使用することが可能となる。これにより、部品数の増加や、それに伴う装置の大型化をもたらすことなく、上述した明るさの向上を実現することも可能となる。
　なお、本実施形態では、第３の色光を射出する第２の光源として、ＬＥＤを用いているが、先に述べたように、これに限定されることはなく、ＬＥＤ以外の他の光源を用いることができる。例えば、第２の光源が、第１の光源と同様に、蛍光体をレーザ光で励起することによって青色光を射出するようになっていてもよい。
　（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を表示素子として使用する投写型表示装置（ＤＭＤプロジェクタ）の照明光学系について説明する。
　図４は、本実施形態におけるＤＭＤプロジェクタの光学系の構成を示す概略図である。
　本実施形態は、第１の実施形態に対して、表示素子（光変調素子）の構成を変更した変更例であり、第１の実施形態の液晶ユニットの代わりに、ＤＭＤが用いられている。それに伴い、本実施形態では、光学系の配置構成が第１の実施形態に対して変更されているが、各光源１０，２０自体の構成は第１の実施形態と同様である。なお、以下では、第１の実施形態と同じ部材については各図面に同じ符号を付し、説明は省略する。
　本実施形態の照明光学系４では、第１の実施形態に対して、緑色光Ｇを透過させ、青色光Ｂを反射させる第５のダイクロイックミラー３８が追加されている。第５のダイクロイックミラー３８は、第１のダイクロイックミラー１５と第３のダイクロイックミラー３２との間に配置されている。青色ＬＥＤ２０は、この第５のダイクロイックミラー３８に集光レンズ群２９を介して青色光Ｂを入射するように配置されている。このような配置に伴い、第３のダイクロイックミラー３２は、緑色光Ｇだけでなく、青色光Ｂも反射させるように構成されている。これにより、第３のダイクロイックミラー３２は、３つの色光Ｒ，Ｇ，Ｂからなる合成光ＲＧＢを射出することができる。なお、本実施形態では、第１の実施形態における、第４のダイクロイックミラー３７や、第２の光源（青色ＬＥＤ）２０に付属した、集光レンズ以外の他の光学素子は設けられていない。また、射出光を特定の偏光成分の光に変換する必要がないため、第１の実施形態で設けられていた偏光変換素子（ＰＳコンバータ３５）も設けられていない。
　本実施形態のＤＭＤプロジェクタ３では、後述するように、いわゆる単板方式を用いてカラー画像を投影している。そのため、照明光学系４は、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、および青色光Ｂを、合成光ＲＧＢとして同一光路で射出するだけでなく、時分割して射出する必要がある。そのために、本実施形態では、アクティブ回折素子１４のＯＦＦ状態とＯＮ状態の時間比率に応じて、レーザ光源ユニット１１や青色ＬＥＤ２０のＯＮ／ＯＦＦが時分割で切り替えられるように構成されている。カラー画像の各色成分に対するこれらの時分割動作パターンを、一例として、表１に示しておく。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　さらに、本実施形態のＤＭＤプロジェクタ３は、表示素子であるＤＭＤ６１と、ＤＭＤ６１の前面側、すなわちＤＭＤ６１と投写レンズ５２との間に配置された全反射（ＴＩＲ）プリズム６２と、を有している。また、照明光学系４とＴＩＲプリズム６２との間には、合成光ＲＧＢの光路を変更するための反射ミラー６３と、集光レンズ６４と、が配置されている。
　ここで、本実施形態のＤＭＤプロジェクタ３に用いたＤＭＤ６１の構成について説明する。
　図５（ａ）は、ＤＭＤ６１の構成を示す概略正面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）において点線で囲まれた領域付近を拡大して示す概略正面図である。
　ＤＭＤ６１は、マトリクス状に配列された多数の微小ミラー（画素）６１ａから構成され、図５（ａ）の矢印の方向から光が入射するように、ＤＭＤプロジェクタ３内に配置されている。各微小ミラー６１ａは、入射光と直交する軸６１ａを回転軸として±１２°傾斜するように構成されている。微小ミラー６１ａの回転軸６１ａは、正方形状の各微小ミラー６１の対角線方向であり、微小ミラー６１ａの配列方向に対して４５°傾いている。
　図６は、図５（ｂ）のＡ－Ａ’線に沿った概略断面図であり、図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ＋１２°および－１２°傾斜したときの微小ミラー６１ａを示している。なお、図６（ａ）および図６（ｂ）には、各微小ミラー６１ａに対する投写レンズ５２の配置も模式的に示されている。
　微小ミラー６１ａは、＋１２°傾斜したときにＯＮ状態となる。すなわち、図６（ａ）に示すように、ＯＮ状態では、微小ミラー６１に入射した光（図中矢印Ｌ１参照）は、投写レンズ５２に入射できるような方向（図中矢印Ｌ２参照）に反射される。一方、－１２°傾斜したときには、微小ミラー６１ａはＯＦＦ状態となる。すなわち、図６（ｂ）に示すように、微小ミラー６１ａに入射した光（図中矢印Ｌ１参照）は、投写レンズ５２に入射できない方向（図中矢印Ｌ３参照）に反射される。
　このようにして、ＤＭＤ６１は、時分割で入射する各色光Ｒ，Ｇ，Ｂに同期して、各微小ミラー６１ａのＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替えることで、投写レンズ５２を通じてカラー画像を投影することができる。
　最後に、再び図４を参照して、本実施形態のＤＭＤプロジェクタ３で画像が投写される動作について説明する。
　赤色光Ｒは、第１の実施形態と同様に、第１の光源１０から射出され、反射ミラー３１を反射して、第３のダイクロイックミラー３２に入射する。
　一方、緑色光Ｇは、第１の実施形態と同様に、第１の光源１０から射出され、第５のダイクロイックミラー３８に入射する。第５のダイクロイックミラー３８には、青色ＬＥＤ２０から射出された青色光Ｂも、集光レンズ群２９を介して同様に入射する。
　緑色光Ｇが第５のダイクロイックミラー３８を透過し、青色光Ｂが第５のダイクロイックミラー３８を反射することで、緑色光Ｇと青色光Ｂとは、第５のダイクロイックミラー３８によって合成される。合成された色光ＧＢは、第４のダイクロイックミラー３７に入射する。
　第４のダイクロイックミラー３７は、緑色光Ｇと青色光Ｂとからなる色光ＧＢを反射させ、青色光Ｂを透過させることで、３つの色光Ｒ，Ｇ，Ｂを合成させる。合成された色光ＲＧＢは、レンズアレイ３３，３４で照射分布が均一化され、集光レンズ３６で集光されて、照明光学系４から射出される。
　照明光学系４から射出された色光ＲＧＢは、反射ミラー６３と集光レンズ６４とを介して、ＴＩＲプリズム６２に入射する。ＴＩＲプリズム６２に入射した色光ＲＧＢは、ＴＩＲプリズム６２内のエアギャップ面で反射して、ＤＭＤ６１に入射し、ＤＭＤ６１で画像信号に応じて変調される。変調された光は、ＴＩＲプリズム６２を透過して、投写レンズ５２へと入射し、投写レンズ５２によってスクリーンなどに投写されて、画像として表示される。
　１　液晶プロジェクタ
　２，４　照明光学系
　３　ＤＭＤプロジェクタ
　１０　第１の光源
　１１　レーザ光源ユニット
　１１ａ　青色レーザダイオード
　１１ｂ　コリメートレンズ
　１１ｃ　機構部品
　１２　赤色蛍光体
　１３　緑色蛍光体
　１４　アクティブ回折素子
　１５　第１のダイクロイックミラー
　１６，１７，２９　集光レンズ群
　１８　第２のダイクロイックミラー
　２０　青色ＬＥＤ
　２１，２３，２７，３６，４５ｒ，４５ｇ，４５ｂ，６４　集光レンズ
　２２，３１，４４ｒ，４４ｇ，４４ｂ，６３　反射ミラー
　２４，２５，３３，３４　レンズアレイ
　２６，３５　ＰＳコンバータ
　３２　第３のダイクロイックミラー
　３７　第４のダイクロイックミラー
　３８　第５のダイクロイックミラー
　４０ｒ，４０ｇ，４０ｂ　液晶ユニット
　４１ｒ，４１ｇ，４１ｂ　液晶パネル
　４２ｒ，４２ｇ，４２ｂ　入射側偏光板
　４０ｒ，４０ｇ，４０ｂ　出射側偏光板
　５１　クロスダイクロイックプリズム
　５２　投写レンズ
　６１　ＤＭＤ
　６２　ＴＩＲプリズム

Claims (8)

  1. 　第１の色光と第２の色光とを射出する第１の光源と、第３の色光を射出する第２の光源と、を有する照明光学系であって、
    　前記第１の光源が、
    　直線偏光のレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、
    　前記半導体レーザ素子から射出された前記レーザ光を空間的および時間的に分離して、第１の励起光と第２の励起光とを生成する励起光生成手段と、
    　前記第１の励起光によって励起され、前記第１の色光を発する第１の蛍光体と、
    　前記第２の励起光によって励起され、前記第２の色光を発する第２の蛍光体と、
    　を有し、
    　前記励起光生成手段が、入射する前記レーザ光を、２つの異なる方向に透過させ、前記第１の励起光と、該第１の励起光とは出射方向が異なる前記第２の励起光とに分離するアクティブ回折素子から構成されている、
    　照明光学系。
  2. 　請求項１に記載の照明光学系であって、前記アクティブ回折素子が、印加される電圧に応じて、前記第１の励起光の出射方向と前記第２の励起光の出射方向とを切り替えるようになっている、請求項１に記載の照明光学系。
  3. 　請求項２に記載の照明光学系であって、前記アクティブ回折素子が、電圧が印加されていない状態では、前記レーザ光をそのまま透過させ、電圧が印加された状態では、前記レーザ光を所定の方向に回折して透過させるようになっている、請求項２に記載の照明光学系。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の照明光学系であって、前記第１の光源が、前記アクティブ回折素子の出射側に配置された光路変更手段であって、前記第１および第２の励起光の前記光路変更手段への入射角度の違いに応じて、前記第１および第２の励起光のいずれか一方の光路を変更する光路変更手段を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の照明光学系。
  5. 　請求項４に記載の照明光学系であって、前記光路変更手段が、入射角度が異なる２つの光のうち、入射角度の大きい光を透過させ、入射角度の小さい光を反射させるダイクロイックミラーから構成されている、請求項４に記載の照明光学系。
  6. 　前記第２の光源が半導体発光素子を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の照明光学系。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の照明光学系であって、前記第１の色光が、赤色光および緑色光の一方であり、前記第２の色光が、赤色光および緑色光の他方であり、前記第３の色光が青色光である、請求項１から６のいずれか１項に記載の照明光学系。
  8. 　請求項１から７のいずれか１項に記載の照明光学系と、画像信号に応じて前記照明光学系から射出される光を変調する光変調素子と、該光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えた投写型表示装置。
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