JP2015094824A - 光学素子、光源装置、照明光学系、画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源光の波長変換と照射面における均一な照度分布とを実現することができる。
【解決手段】 光学素子１００は、内部が中空の管状体であって、管状体の一端には、入射口１２が設けられ、管状体の他端には、入射口１２から入射した入射光が出射する出射口１３が設けられ、管状体の壁部１１の内壁の少なくとも一部には、入射口から入射した光を反射する波長変換面１４が設けられ、波長変換面１４に入射した光の波長と、波長変換面１４から反射された光の波長と、は異なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子と、光源装置と、照明光学系と、画像表示装置とに関するものである。

現在、画像表示装置（プロジェクタ）において、既存の光源として主に用いられているのは、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプである。

一方、近年ＬＥＤ（Light Emitting Diode）あるいはＬＤ（Laser Diode）などの固体発光素子と蛍光体とを用いて発光色ごとに異なる光源を用いる、いわゆるハイブリッド光源が用いられている。

ここで、ハイブリッド光源に用いる蛍光体は、青色光を励起光として、緑・赤・黄色光を発光するものが多い。すなわち、蛍光体は、光源の光の波長を変換する機能を有する。

ハイブリッド光源は、上述の既存の光源とは異なり、電源投入後点灯までの時間が短い、寿命が長い、色再現範囲が広いなどの特徴を有している。

また、プロジェクタの照明系において、ランプ光源、固体光源に拘わらず、光源からの光には分布（配光分布）があり、その分布を均一にするためのものとして、照明均一化素子が用いられる。

一般的に、光源には配光の分布があるため、スクリーン等の被照射面において照度のムラを生じる。スクリーン上の照度のムラとは、例えば、被照射面の中央が明るく四隅が暗く見える状態などをいう。

以上のような照度ムラを解消する光学素子として、導光部材を用いることが考えられる。ここで、導光部材の例としては、ロッドインテグレータと称される四角柱状の透明部材が挙げられる。ロッドインテグレータでは、透明部材の内部を多数回全反射させて照度ムラを解消する。

また、導光部材の他の例としては、４枚のミラー基板のミラー面を内側にして四角柱状に組み合わせた、ライトトンネルやライトパイプと称されるものが挙げられる。

ところで、青色レーザダイオードからなり所定波長帯域光を出射する光源と、蛍光体層が設けられ回転駆動する発光ホイールとを有するプロジェクタが開示されている（特許文献１参照）。特許文献１の技術では、光源により発光ホイールの蛍光体層を照射して、緑色、または赤色の光を発光させる。

ここで、特許文献１の技術においても、導光部材を用いて、光源装置から出射された光を均一な照度分布の光にしている。

また、発光ダイオードと、導光体と、蛍光膜と、反射シートとを有する照明装置が開示されている（特許文献２参照）。ここで、特許文献２の技術では、導光体と反射シートとが蛍光膜を挟むように構成される。

そして、特許文献２の技術では、発光ダイオードの光を導光体の一端から入射させると、導光方向にある蛍光膜の蛍光体が励起され、発光ダイオードとは異なる波長の光が導光体から出射される。

しかしながら、従来の技術における導光部材では、光源光の波長変換または照射面における均一な照度分布のいずれか一方を実現することはできたものの、双方を実現することができなかった。

本発明は、光源光の波長変換と照射面における均一な照度分布とを実現することができる光学素子を提供することを目的とする。

本発明は、内部が中空の管状体であって、管状体の一端には、入射口が設けられ、管状体の他端には、入射口から入射した入射光が出射する出射口が設けられ、管状体の内壁の少なくとも一部には、入射口から入射した光を反射する波長変換面が設けられ、波長変換面に入射した光の波長と、波長変換面から反射された光の波長と、は異なる、ことを特徴とする。

本発明によれば、光源光の波長変換と照射面における均一な照度分布とを実現することができる。

本発明に係る光学素子の実施の形態を示す斜視図である。 図１の光学素子のＸＺ断面図である。 図１の光学素子の分解斜視図である。 本発明に係る光学素子の別の実施の形態を示す斜視図である。 図４の光学素子の内壁を示す平面図である。 図４の光学素子のＸＺ断面図である。 図４の光学素子に３色の光を入射させた場合のＸＺ断面図である。 本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態を示す分解斜視図である。 図９の光学素子の内壁を示す平面図である。 本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態を示す分解斜視図である。 本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態を示す、同光学素子を構成する壁部の平面図である。 本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態を示す斜視図である。 図１３の光学素子において開口マスクを取り付けた状態を示す斜視図である。 図１３の光学素子の開口マスク付近を示すＸＺ断面図である。 本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態を示すＸＺ断面図である。 本発明に係る光源装置の実施の形態を示す光学配置図である。 蛍光体ホイールを示す概略構成図である。 本発明に係る照明光学系の実施の形態を示す光学配置図である。 本発明に係る画像表示装置の実施の形態を示す光学配置図である。

以下、本発明に係る光学素子と、その光学素子を有する本発明に係る光源装置と、その光源装置を有する本発明に係る照明光学系と、その照明光学系を有する本発明に係る画像表示装置との実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

●光学素子（１）●
まず、本発明に係る光学素子の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る光学素子の実施の形態を示す斜視図である。同図に示すように、光学素子１００は、内部が中空の管状体であって、壁部１１と、入射口１２と、出射口１３と、波長変換面１４と、反射面１５とを有する。

壁部１１は、それぞれの長手方向の端部を接合することにより、光学素子１００の管状体を構成する。本実施の形態において、光学素子１００は、４つの壁部１１を接合して中空の四角柱状に構成される。また、壁部１１は、例えばガラス基板を用いて構成される。

入射口１２は、管状体の一端に設けられ、外部に配置されるＬＥＤ（Light
Emitting Diode）あるいはＬＤ（Laser Diode）などの光源からの光が入射する。

出射口１３は、管状体の他端に設けられ、入射口１２から管状体に入射した光（以下「入射光」ともいう。）が出射する。

波長変換面１４は、管状体の内壁の一部、例えば入射口１２と管状体の長手方向の中間点との間に設けられている。

ここで、波長変換面１４は、例えば蛍光体であり、入射口１２からの入射光により励起する。波長変換面１４により励起した光は、波長変換面１４に入射した光の波長とは異なる波長の光を反射する。

反射面１５は、管状体の内壁の一部に設けられ、波長変換面１４により反射された光が入射されて出射口１３方向に反射する。ここで、反射面１５は、入射した光を所定の反射率で反射する反射性の部材により構成されている。

図２は、図１の光学素子１００のＸＺ断面図である。同図に示すように、光学素子１００では、入射口１２から入射した不図示の光源からの青色光Ｂ１，Ｂ２が波長変換面１４に入射すると、波長変換面１４の蛍光体が励起されて青色光Ｂ１，Ｂ２の波長が変換され、緑色光Ｇ１，Ｇ２を出射する。同図において、青色光Ｂ１，Ｂ２を実線の矢印で示し、緑色光Ｇ１，Ｇ２を破線の矢印で示す。

波長変換面１４の蛍光体により励起されて出射される緑色光Ｇ１，Ｇ２は、全方位に出射される。つまり、波長変換面１４から出射する光には、壁部１１方向に向かう光もある。壁部１１に反射面１５を設けることにより、励起光である緑色光Ｇ１，Ｇ２が複数回反射されて出射口１３方向に向かう。このため、光学素子１００では、出射口１３からの出射光の照度分布を均一にさせつつ、光の利用効率を向上させることができる。

なお、波長変換面１４の蛍光体は、青色光で励起され、黄色光、あるいは赤色光を発するものであってもよい。また、波長変換面１４の蛍光体を励起する光は紫外光であってもよい。

図３は、図１の光学素子１００の分解斜視図である。同図に示すように、壁部１１には、中間点を境界にして、入射口側には波長変換面１４が、出射口側には反射面１５が、それぞれ設けられている。

光学素子１００を組み立てるには、波長変換面１４と反射面１５とが内側になるように（中空の四角柱が形成されるように）、壁部１１同士を組み合わせて、耐熱性の接着剤などを用いて固定する。

なお、波長変換面１４または反射面１５は、入射光の波長変換と反射とを行い、反射された光を出射口１３から出射させることができれば、一部の壁部１１にのみ設けられていてもよい。また、波長変換面１４または反射面１５は、壁部１１の全体に波長変換面１４または反射面１５が形成されていなくてもよい。

以上説明したように、光学素子１００では、壁部１１に少なくとも部分的に波長変換面１４と反射面１５とを設けている。よって、光学素子１００によれば、以上のように構成することにより、光源光の波長変換と照射面における均一な照度分布とを実現することができる。

●光学素子（２）●
次に、本発明に係る光学素子の別の実施の形態について、先に説明した実施の形態の光学素子との相違点を中心に説明する。

図４は、本発明に係る光学素子の別の実施の形態を示す斜視図である。同図に示すように、本実施の形態に係る光学素子２００は、壁部２１Ａに設けられている第２入射口２６と、光合成部材２７とを有する点が、先に説明した光学素子１００と異なる。

図５は、図４の光学素子２００の壁部を示す平面図である。ここで、（ａ）は壁部２１Ａを示し、（ｂ）は壁部２１Ｂを示し、（ｃ）は壁部２１Ｃを示し、（ｄ）は壁部２１Ｄを示す。同図に示すように、光学素子２００は、壁部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを長手方向の端部同士を接合することにより構成される。

第２入射口２６は、壁部２１Ａの一部に形成された開口部であり、光学素子２００の長手方向側面に設けられている。ここで、第２入射口２６は、波長変換面２４Ａと反射面２５Ａとの間に設けられている。

光合成部材２７は、例えばダイクロイックミラーのような所定の波長帯の光を通過させ、それ以外の波長帯の光を反射させる（通過させない）特性を有する。波長変換面２４と反射面２５との間、具体的には第２入射口２６からの入射光が入射することができる位置に設けられている。

また、光合成部材２７は、第２入射口２６からの入射光が出射口１３方向に反射されるように、入射口１２，第２入射口２６，出射口１３に対して４５°傾けて配置されている。

また、光学素子２００において、波長変換面２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄは、壁部２１の入射口１２と第２入射口２６との間に設けられている。

壁部２１Ａは、第２入射口２６が設けられている位置であり、かつ、光合成部材２７が配置される位置を境界に、波長変換面２４Ａと反射面２５Ａとが設けられている。

壁部２１Ｂ、２１Ｃ，２１Ｄは、光合成部材２７が配置される位置を境界に、波長変換面２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄと反射面２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄとが設けられている。ここで、上述のように光合成部材２７が入射口１２，第２入射口２６，出射口１３に対して４５°傾けて配置されるため、波長変換面２４Ｂ，２４Ｃと反射面２５Ｂ，２５Ｃとの境界は４５°傾いている。

図６は、図４の光学素子２００のＸＺ断面図である。同図に示すように、光学素子２００は、入射口１２から青色光Ｂ１が入射される。また、光学素子２００は、第２入射口２６からも青色光Ｂ３が入射される。

ここで、青色光Ｂ１，Ｂ３を２方向から光学素子２００に入射させるには、不図示の光路前段の光学系により１つの青色光源からの光の光路を２方向に分離する、あるいは２方向に対応して２つの青色光源を用いるなどの方法が挙げられる。

光合成部材２７には、緑色光Ｇ１を透過させることができ、かつ、青色光Ｂ３を反射することができる特性のダイクロイックミラーを用いる。

入射口１２から入射した青色光Ｂ１は、波長変換面２４Ｃで緑色光Ｇ１に変換され、光合成部材２７を透過して、反射面２５Ａにより反射されて出射口１３から出射する。

一方、第２入射口２６から入射した青色光Ｂ３は、第２入射口２６からの光の入射領域に設けられている光合成部材２７により反射され、反射面２５Ｃにより反射されて出射口１３から出射する。

図７は、図４の光学素子２００に３色の光を入射させた場合のＸＺ断面図である。同図において、先に説明した２色の光を入射させた場合に加えて、一点鎖線の矢印で示す赤色光Ｒ１を第２入射口２６から入射させる。

ここで、不図示の赤色光の光源には、赤色光を発するＬＥＤやＬＤなどを用いる。また、赤色光の光源は、光学素子２００の光路前段に設置する。

また、光合成部材２７は、青色光と赤色光を反射し、緑色光を透過する特性を有するダイクロイックミラーを用いる。

第２入射口２６から入射させた赤色光は、光合成部材２７により反射されて反射面２５Ｃにより反射されて出射口１３から出射する。

つまり、光学素子２００は、赤，緑，青の三原色の光色を出射口１３から出射させることができるため、光学素子２００を光源装置に用いた画像表示装置はフルカラー表示をすることができる。

以上説明したように、光学素子２００によれば、第２入射口２６と、第２入射口２６からの光の入射領域に設けられている光合成部材２７とにより、出射光の光色を２色以上の多色にしつつ、出射光の照度の均一化を実現することができる。

●光学素子（３）●
次に、本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態の光学素子との相違点を中心に説明する。

図８は、本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態を示す分解斜視図である。同図に示すように、本実施の形態に係る光学素子３００は、第１分割壁部３１と第２分割壁部３２とにより第２入射口２６を構成する点が、先に説明した光学素子２００と相違する。

第１分割壁部３１は、光学素子３００の長手方向の全長Ｌよりも短い長手方向の全長Ｌ１を有する。ここで、第１分割壁部３１の長手方向の一端は、光学素子３００の入射口１２に合わせて配置される。

第２分割壁部３２は、光学素子３００の長手方向の全長Ｌよりも短い長手方向の全長Ｌ２を有する。ここで、第２分割壁部３２の長手方向の一端は、光学素子３００の出射口１３に合わせて配置される。

そして、Ｌ＞Ｌ１＋Ｌ２としておけば、第１分割壁部３１の長手方向の全長Ｌ１と第２分割壁部３２の長手方向の全長Ｌ２の不足分の長さが、第２入射口２６の長手方向の全長Ｌａとなる。

図９は、図８の光学素子３００の内壁を示す平面図である。ここで、（ａ）は第１分割壁部３１と第２分割壁部３２を示し、（ｂ）は壁部２１Ｂを示し、（ｃ）は壁部２１Ｃを示し、（ｄ）は壁部２１Ｄを示す。同図に示すように、第１分割壁部３１の内壁には、先に説明した光学素子１００，２００の内壁と同様に、波長変換面３４が構成されている。

また、第２分割壁部３２の内壁には、先に説明した光学素子１００，２００と同様に、反射面３５が構成されている。

なお、光学素子３００を構成する他の壁部２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄは、先に説明した光学素子２００と同様である。

以上説明したように、光学素子３００によれば、第２入射口２６を構成するために壁部の孔空け加工などを要することがないため、製作工程の簡略化を図りながら、出射光の光色を２色以上の多色にしつつ、出射光の照度の均一化を実現することができる。

●光学素子（４）●
次に、本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態の光学素子との相違点を中心に説明する。

図１０は、本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態を示す分解斜視図である。同図に示すように、本実施の形態に係る光学素子４００は、第１分割壁部３１と第２分割壁部３２との間に第３分割壁部４１を有する点が、先に説明した光学素子３００と相違する。

第３分割壁部４１は、先に説明した光学素子３００の第２入射口２６の長手方向の全長Ｌａに対応した長手方向の全長Ｌ３を有する。ここで、第３分割壁部４１は、ダイクロイック膜が設けられているガラス基板などの透光性の部材である。

また、第３分割壁部４１に設けられているダイクロイック膜の特性は、青色光と赤色光を透過させ、緑色光を反射させるものである。

ここで、第３分割壁部４１には、ダイクロイック膜が設けられている反対側の光入射側の面に反射防止膜を設けることが好ましい。

先に説明した光学素子２００，３００では、第２入射口２６が単なる孔（開口部）であったため、入射口１２から入射し波長変換面２４を経て励起された緑色光の一部は、第２入射口２６から漏れてしまう場合がある。このような第２入射口２６から漏れる光により、光学素子２００，３００では、光利用効率が低下してしまうおそれがある。

一方、光学素子４００では、第２入射口２６にダイクロイック膜を有する第３分割壁部４１を設けることにより、緑色光を内部反射させて出射口１３から出射させることができるため、光利用効率を向上させつつ出射光の照度の均一化を実現することができる。

●光学素子（５）●
次に、本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態の光学素子との相違点を中心に説明する。

図１１は、本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態を示す、同光学素子を構成する壁部の平面図である。ここで、（ａ）は壁部４３Ａを示し、（ｂ）は壁部２１Ｂを示し、（ｃ）は壁部２１Ｃを示し、（ｄ）は壁部２１Ｄを示す。同図に示すように、本実施の形態に係る光学素子では、１枚のガラス基板からなる壁部４３Ａに、波長変換面３４と反射面３５とを設け、波長変換面３４と反射面３５との間にダイクロイック膜を施した第２入射口４６を設けている。

以上説明したように、本実施の形態に係る光学素子によれば、先に説明した光学素子４００と同様にダイクロイック膜が設けられている第２入射口４６を有し光学素子からの光の漏れを防止する。よって、本実施の形態に係る光学素子によれば、光利用効率を向上させつつ出射光の照度の均一化を実現することができる。

●光学素子（６）●
次に、本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態の光学素子との相違点を中心に説明する。

図１２は、本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態を示す斜視図である。同図に示すように、本実施の形態に係る光学素子５００は、開口マスク５１を有する点が、先に説明した光学素子１００，２００，３００，４００と相違する。

図１３は、図１２の光学素子５００において開口マスク５１を取り付けた状態を示す斜視図である。同図に示すように、開口マスク５１は、入射口１２の近傍に取り付けられる。光学素子５００では、開口マスク５１に設けられている開口部５２が、先に説明した光学素子の入射口として機能する。

ここで、開口部５２の寸法は、入射光の通過領域の寸法に合わせて設定される。また、開口部５２の形状は、図１２，１３に示す矩形に限定されず、円や楕円形状など様々な形状を採用することができる。

開口マスク５１の内壁（光学素子５００の内壁側）には、入射口１２側に向う光を出射口１３側に反射する第２反射面５３が設けられている。

図１４は、図１２の光学素子５００の開口マスク５１付近を示すＸＺ断面図である。同図に示すように、開口部５２から入射した青色光Ｂ１，Ｂ２は、波長変換面２４Ｃ，３４により緑色光Ｇ１，Ｇ２として出射する。

ここで、波長変換面２４Ｃ，３４を構成する蛍光体が散乱体であるため、蛍光体から出射される光の配光分布は、緑色光Ｇ１，Ｇ２とともに入射位置から半球状に広がる散乱光Ｓを生じるランバート分布となる。散乱光Ｓには、入射口１２方向に向かう成分も生じる。

光学素子５００では、入射口１２方向に向かう散乱光Ｓを第２反射面５３により出射口１３側に反射する。

以上説明したように、光学素子５００では、第２反射面５３を有する開口マスク５１により、光のリサイクルを図ることで、光利用効率を向上させることができる。

●光学素子（７）●
次に、本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態の光学素子との相違点を中心に説明する。

図１５は、本発明に係る光学素子のさらに別の実施の形態を示すＸＺ断面図である。同図に示すように、本実施の形態に係る光学素子６００では、光合成部材６７を有する点が、先に説明した光学素子２００，３００，４００，５００と相違する。

光合成部材６７は、一方の面（入射口１２側）に蛍光体層６８が設けられ、他方の面（出射口１３側）にダイクロイック膜６９が設けられている平面ガラスである。

入射口１２から入射した青色光Ｂ４，Ｂ５のうち、光学素子６００の内壁に対して角度を持って入射する青色光Ｂ４は、波長変換面３４の蛍光体を励起する。波長変換面３４からは、緑色光Ｇ３が発せられる。

一方、光学素子６００の内壁に対して平行または小さい角度で入射する青色光Ｂ５は、波長変換面２４Ｃ，３４に入射することなく光学素子６００の内部を通過する。

このような青色光Ｂ５は、波長変換面２４Ｃ，３４によっては波長変換されず、仮に出射口１３から出射してしまうと青色光が他の色光より多く出射光に混じることになるため、出射光による色再現性を低下させてしまう。

そこで、光学素子６００では、光合成部材６７の入射口１２側に蛍光体層６８を設けることにより、光学素子６００の内壁に対して平行または小さい角度で入射する青色光Ｂ５を緑色光Ｇ４に波長変換することができる．

なお、蛍光体層６８は、光合成部材６７の一部分に形成してもよい。ここで、ダイクロイック膜６９には、青色光を反射し、緑色光を透過する特性のものを用いる。また、第３分割壁部４１から赤色光も入る場合には、ダイクロイック膜６９には、青色光と赤色光を反射し、緑色光を透過する特性のものを用いる。

以上説明したように、光学素子６００によれば、光合成部材６７により、入射口１２からの入射光のうち蛍光体を励起しない光を低減することができるため、光利用効率を向上させることができる。

●光源装置●
次に、本発明に係る光源装置の実施の形態について説明する。

図１６は、本発明に係る光源装置の実施の形態を示す光学配置図である。同図に示すように、本実施の形態に係る光源装置１は、第１光源２と、第２光源３と、レンズ４，７，８，１０と、光路分離素子５と、ミラー６と、ダイクロイックミラー９と、光学素子２０とを有してなる。ここで、光学素子２０は、先に説明した本発明に係る光学素子である。

第１光源２は、青色光を発光する光源であり、例えば中心波長４３０ｎｍ前後の青色ＬＤである。光学素子２０の波長変換面は、第１光源２からの光により励起され、例えば波長５５０ｎｍ前後の緑色光を発する。

第２光源３は、赤色光を発光する光源であり、例えば中心波長６２０ｎｍ前後の赤色ＬＥＤである。

なお、光源装置１の光源において、蛍光体ホイールを用いて各色光を生成してもよい。

図１７は、蛍光体ホイール６２を示す概略構成図である。ここで、（ａ）は蛍光体ホイール６２の正面を示し、（ｂ）は蛍光体ホイール６２の側面を示す。同図に示すように、蛍光体ホイール６２には、ガラス基板などの円板状の部材に、蛍光体を含み光が透過する透過領域６３と光が反射する反射領域６４とが形成される。

蛍光体ホイール６２は、中心軸に取り付けられるモータ６１により回転される。蛍光体ホイール６２に入射する光は、蛍光体ホイール６２への入射位置により、蛍光体を通過した励起光を出射するのか、あるいは光源からの光が反射された光を出射するのかが定まる。

レンズ４とレンズ８は、光をコリメートのためのレンズである。レンズ４は、第１光源２から出射した光を光路分離素子５に向けて平行にする。また、レンズ８は、第２光源３から出射した光をダイクロイックミラー９に向けて平行にする。

ミラー６は、光路分離素子５を通過した光をレンズ７に向けて反射する。

レンズ７とレンズ１０は、集光のためのレンズである。レンズ７は、ミラー６で反射された光を光学素子２０の入射口に向けて集光する。また、レンズ１０は、ダイクロイックミラー９を反射または通過した光を光学素子２０の第２入射口に向けて集光する。

なお、図１６において、レンズ４，７，８，１０は簡略化のために１枚のレンズを描いているが、各レンズの位置には複数枚のレンズを設けてもよい。

また、レンズ４，７，８，１０は、光学素子２０の出射口における各色光の照明角（ＮＡ：Numerical Aperture）、あるいはＦ値が揃うように設計すればよい。

光路分離素子５は、ハーフミラーや偏光板など、第１光源２からの光を２つの方向に分離することができる光学素子である．

ダイクロイックミラー９は、第２光源３からの赤色光を透過し、光路分離素子５を通過した青色光を反射する特性を有する。

次に、光源装置１の動作例について図１６を参照して説明する。

第１光源２から出射した青色光は、レンズ４により平行光にコリメートされて光路分離素子５に入射する。光路分離素子５により、青色光は、ミラー６に向かう光とダイクロイックミラー９に向かう光とに分離される。

ミラー６に入射した青色光は、ミラー６により反射されてレンズ７に入射する。レンズ７に入射した青色光は、レンズ７により光学素子２０の入射口に集光されて、光学素子に入射する。

また、ダイクロイックミラー９に入射した青色光は、ダイクロイックミラー９により反射されてレンズ１０に入射する。レンズ１０に入射した青色光は、レンズ１０により光学素子２０の第３入射口に集光されて、光学素子２０に入射する。

光学素子２０の入射口に入射した青色光は、上述したように光学素子の内壁の波長変換面により緑色光に変換された後に反射面により反射されて、出射口より出射する。

また、光学素子２０の第２入射口に入射した青色光は、上述したように光学素子の光合成部材により反射された後内壁の反射面により反射されて出射口より出射する。

一方、第２光源３から出射した赤色光は、レンズ８により平行光にコリメートされてダイクロイックミラー９に入射して、レンズ１０方向に通過する。

ダイクロイックミラー９を通過した赤色光は、レンズ１０に入射する。レンズ１０に入射した赤色光は、レンズ１０により光学素子２０の第２入射口に集光されて、光学素子２０に入射する。

光学素子２０の第２入射口に入射した赤色光は、上述したように光学素子の光合成部材により反射された後内壁の反射面により反射されて出射口より出射する。

そして、青色光と緑色光と赤色光は、光学素子２０の反射面による複数回の反射により均一な照度分布となる。

以上説明したように、光源装置１によれば、本発明に係る光学素子を用いることにより、光源光の波長変換と照射面における均一な照度分布とを実現することができる。

●照明光学系●
次に、本発明に係る照明光学系の実施の形態について説明する。

図１８は、本発明に係る照明光学系の実施の形態を示す光学配置図である。同図に示すように、本実施の形態に係る照明光学系は、光を出射する光源装置１と、照明装置７０とにより構成される。ここで、照明装置７０は、第１リレーレンズ７１と、第２リレーレンズ７２と、第１折返ミラー７３と、第２折返ミラー７４と、光変調素子７５とを有する。

光源装置１は、先に説明した本発明に係る光源装置であり、先に説明した本発明に係る光学素子２０を有する。

第１リレーレンズ７１と第２リレーレンズ７２は、光源装置１からの光を第１折返ミラー７３に向けて透過させる。ここで、第１リレーレンズ７１と第２リレーレンズ７２は、球面、あるいは非球面レンズである。

第１折返ミラー７３は、第１リレーレンズ７１と第２リレーレンズ７２を透過した光を第２折返ミラー７４に向けて反射する。ここで、第１折返ミラー７３は、平面ミラー、球面ミラー、あるいはシリンドリカルミラーである。

第２折返ミラー７４は、第１折返ミラー７３からの光を光変調素子７５に向けて反射する。第２折返ミラー７４は、球面ミラー、非球面ミラー、楕円ミラーなどである。

光変調素子７５は、被照射面に向けて光の照射方向などを変化させる素子であり、具体的には例えばＤＭＤ（Digital MicroMirror Device）である。

なお、以上説明した照明装置７０の構成要素は、ハウジング７６に収容されている。ハウジング７６は、マグネシウム合金などの金属、あるいはプラスチック樹脂により形成されている。

次に、照明光学系の動作例について説明する。

光源装置１から出射した青色光と緑色光と赤色光とを含む光は、第１リレーレンズ７１と第２リレーレンズ７２とを透過して第１折返ミラー７３に入射する。

第１折返ミラー７３に入射した光は、第１折返ミラー７３により反射されて第２折返ミラー７４に入射する。

第２折返ミラー７４に入射した光は、第２折返ミラー７４により反射されて光変調素子７５に入射する。

光変調素子７５に入射した光は、光変調素子７５により光の照射方向などが変化して、被照射面に向けて出射する。

以上説明したように、本実施の形態に係る照明光学系によれば、本発明に係る光源装置を用いることにより、光源光の波長変換と照射面における均一な照度分布とを実現することができる。

●画像表示装置●
次に、本発明に係る画像表示装置の実施の形態について説明する。

図１９は、本発明に係る画像表示装置の実施の形態を示す概略構成図である。同図に示すように、本実施の形態に係る画像表示装置８０は、光源装置１と、照明装置７０と、照明装置７０からの光を被投射面に投射する投射光学系８１とを有する。

ここで、光源装置１と照明装置７０とは、先に説明した本発明に係る照明光学系である。

次に、画像表示装置の動作例について説明する。

光源装置１から照明装置７０を経て出射した光は、投射光学系８１に入射して投射光学系８１のレンズを透過して被投射面に出射する。

以上説明したように、本実施の形態に係る画像表示装置によれば、本発明に係る照明光学系を用いることにより、光源光の波長変換と照射面における均一な照度分布とを実現することができる。

１ 光源装置
２ 第１光源
３ 第２光源
４ レンズ
５ 光路分離素子
６ ミラー
７ レンズ
８ レンズ
９ ダイクロイックミラー
１０ レンズ
１１ 壁部
１２ 入射口
１３ 出射口
１４ 波長変換面
１５ 反射面
２０ 光学素子
２１ 壁部
２４ 波長変換面
２５ 反射面
２６ 第２入射口
２７ 光合成部材
３１ 第１分割壁部
３２ 第２分割壁部
３４ 波長変換面
３５ 反射面
４１ 第３分割壁部
４６ 第２入射口
５１ 開口マスク
５２ 開口部
５３ 第２反射面
６１ モータ
６２ 蛍光体ホイール
６３ 透過領域
６４ 反射領域
６７ 光合成部材
６８ 蛍光体層
６９ ダイクロイック膜
７０ 照明装置
７１ 第１リレーレンズ
７２ 第２リレーレンズ
７３ 第１折返ミラー
７４ 第２折返ミラー
７５ 光変調素子
７６ ハウジング
８０ 画像表示装置
８１ 投射光学系
１００ 光学素子
２００ 光学素子
３００ 光学素子
４００ 光学素子
５００ 光学素子
６００ 光学素子

特開２０１１−０７００８８号公報 特開２０１２−１４２１０７号公報

Claims (10)

1. 内部が中空の管状体であって、
   前記管状体の一端には、入射口が設けられ、
   前記管状体の他端には、前記入射口から入射した入射光が出射する出射口が設けられ、
   前記管状体の内壁の少なくとも一部には、前記入射口から入射した光を反射する波長変換面が設けられ、
   前記波長変換面に入射した光の波長と、前記波長変換面から反射された光の波長と、は異なる、
   ことを特徴とする光学素子。
2. 前記管状体の内壁には、反射面が設けられている、
   請求項１記載の光学素子。
3. 前記内壁の一部に形成された第２入射口、
   を有し、
   前記波長変換面は、前記入射口と前記第２入射口との間に設けられている、
   請求項１または２記載の光学素子。
4. 前記波長変換面と前記反射面との間に光合成部材が設けられている、
   請求項２または３記載の光学素子。
5. 前記光合成部材は、ダイクロイックミラーである、
   請求項４記載の光学素子。
6. 前記光合成部材は、一方の面にダイクロイック膜が設けられ、他方の面に蛍光体層が設けられている平面ガラスである、
   請求項４記載の光学素子。
7. 前記入射口の近傍には、前記入射口の方向に向かう光を前記出射口の方向に反射する第２反射面が設けられている、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の光学素子。
8. 光源と、前記光源からの光を入射させて出射する光学素子と、を有してなる光源装置であって、
   前記光学素子は、請求項１乃至７のいずれかに記載の光学素子である、
   ことを特徴とする光源装置。
9. 光を出射する光源装置と、前記光源装置からの光を透過させるリレーレンズと、前記リレーレンズを透過した光を反射する折返ミラーと、前記折返ミラーからの光を変調する光変調素子とを有する照明光学系であって、
   前記光源装置は、請求項８記載の光源装置である、
   ことを特徴とする照明光学系。
10. 照明光学系と、前記照明光学系からの光を被投射面に投射する投射光学系とを有してなる画像表示装置であって、
    前記照明光学系は、請求項９記載の照明光学系である、
    ことを特徴とする画像表示装置。

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