JP2016173391A - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】光利用効率が高い照明装置を提供する。また、上記の照明装置を備えたプロジェクターを提供する。【解決手段】光を射出する光源と、光源から射出された光の少なくとも一部が所定の偏光として入射する拡散反射素子と、拡散反射素子からの反射光の進行方向が時間的に変化するように、拡散反射素子を駆動する駆動素子と、反射光が入射するピックアップレンズと、ピックアップレンズを透過した反射光が入射する重畳光学系と、を備えた照明装置に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置およびプロジェクターに関するものである。

従来、レーザー等の光源から射出された励起光を蛍光体層に照射し、蛍光体層から発せられる光を照明光とする光源装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この光源装置では、スペックルノイズを解消するために、透過型拡散板によって励起光の一部である青色光を拡散させている。

特開２０１３−２５０４９４号公報

しかしながら、透過型拡散板の拡散角を大きくすると、光の損失が大きくなるだけでなく、光が複数回反射することで偏光状態が大きく乱されてしまう。このように、光の偏光状態が乱されると、ダイクロイックミラーで反射される成分が少なくなってしまい、光の利用効率が低下してしまうといった問題がある。

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り、光利用効率が高い照明装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の照明装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。

本発明の第１態様に従えば、光を射出する光源と、前記光源から射出された前記光の少なくとも一部が所定の偏光として入射する拡散反射素子と、前記拡散反射素子からの反射光の進行方向が時間的に変化するように、前記拡散反射素子を駆動する駆動素子と、前記反射光が入射するピックアップレンズと、前記ピックアップレンズを透過した前記反射光が入射する重畳光学系と、を備えた照明装置が提供される。

この構成によれば、反射光の重畳光学系への入射領域が時間的に移動するため、時間平均した際、入射領域が固定されている場合と比較して、重畳光学系のより広い領域に反射光が入射することとなる。すなわち、比較的拡散角が小さい拡散反射素子を用いても、拡散角が大きい拡散素子を用いた場合のように、広い領域に反射光を入射させることができる。そのため、拡散角が大きい拡散素子に代えて拡散角が小さい拡散反射素子を用いることができる。したがって、反射光における偏光状態の乱れが比較的小さいので、偏光状態の乱れに伴って生じる損失が抑えられて、結果的に高い光利用効率を得ることができる。

上記第１態様において、前記光を第１の光と第２の光とに分離する偏光分離素子と、前記第１の光を受けて蛍光を射出する蛍光体層と、前記第２の光の光路上の、前記偏光分離素子と前記拡散反射素子との間に設けられた位相差板と、をさらに備え、前記ピックアップレンズは、前記第２の光の光路上の、前記偏光分離素子と前記拡散反射素子との間に設けられ、前記反射光は、前記位相差板を介して前記偏光分離素子へ入射し、前記偏光分離素子は、前記蛍光と前記反射光とを合成して第３の光として射出し、前記重畳光学系は、前記第３の光の光路上に設けられているのが好ましい。
この構成によれば、拡散反射素子で反射されて偏光分離素子に入射する反射光は所定の偏光となっているため、反射光は偏光分離素子により高い効率で蛍光と合成される。

上記第１態様において、前記拡散反射素子は、前記ピックアップレンズの焦点位置に設けられているのが好ましい。
この構成によれば、拡散反射素子の反射角度によらず、反射光の進行方向は、ピックアップレンズによって所定の方向に変換される。これにより、反射光は重畳光学系に適切な角度で入射する。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様に係る照明装置と、前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。

第２態様に係るプロジェクターは、上記第１態様に係る照明装置を備えているので、高出力の蛍光を用いて表示品質に優れたプロジェクターを実現できる。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図。 照明装置の概略構成を示す図。 インテグレーター光学系上に形成される照明領域を示した図。 拡散反射素子の駆動方向と照明領域の位置の変化との関係を示した図。 レンズアレイ上に形成される照明領域を示した図。 第２実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１実施形態）
まず、本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。本実施形態のプロジェクターは、スクリーン（被投射面）ＳＣＲ上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。プロジェクターは、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー（レーザー光源）を用いている。

（プロジェクター）
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。プロジェクター１は、図１に示すように、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６とを備えている。

色分離光学系３は、照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを概略備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過することによって、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２の全反射ミラー８ｂの光射出側に配置されている。第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。

また、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂは、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれを平行化する。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの画像光が入射する。合成光学系５は、各々が赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。

投射光学系６は、投射レンズ群からなり、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。

（照明装置）
続いて、本発明の一実施形態に係る照明装置２について説明する。図２は照明装置２の概略構成を示す図である。図２に示すように、照明装置２は、アレイ光源（光源）２１Ａと、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０Ａを含む光学素子２５Ａと、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、位相差板２８と、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａとを備えている。本実施形態において、インテグレーター光学系３１は重畳レンズ３３ａと協同して重畳光学系３３を構成している。

アレイ光源２１Ａと、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、光学素子２５Ａと、位相差板２８と、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。一方、蛍光発光素子２７と、第１の集光光学系２６と、光学素子２５Ａと、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａとは、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。

アレイ光源２１Ａは、特許請求の範囲における光源に相当する。アレイ光源２１Ａは、第１の半導体レーザー２１１と、第２の半導体レーザー２１２とを備えている。複数の第１の半導体レーザー２１１及び複数の第２の半導体レーザー２１２は、光軸ａｘ１と直交する一平面内において、アレイ状に並んで配置されている。

第１の半導体レーザー２１１は、青色光ＢＬ’を射出する。第１の半導体レーザー２１１は、青色光ＢＬ’として、例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光を射出する。第２の半導体レーザー２１２は、励起光ＢＬを射出する励起光用のレーザー光源である。第２の半導体レーザー２１２は、励起光ＢＬとして、例えばピーク波長が４４０ｎｍのレーザー光を射出する。

励起光ＢＬ及び青色光ＢＬ’は、アレイ光源２１Ａから偏光分離素子５０Ａに向けて射出される。

アレイ光源２１Ａから射出された励起光ＢＬ及び青色光ＢＬ’は、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、アレイ光源２１Ａから射出された励起光ＢＬ及び青色光ＢＬ’各々を平行光束に変換する。コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の第１の半導体レーザー２１１及び複数の第２の半導体レーザー２１２にそれぞれ対応して配置されている。

コリメーター光学系２２を通過した各励起光ＢＬ及び青色光ＢＬ’は、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、励起光ＢＬ及び青色光ＢＬ’の光束径を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えば凸レンズ２３ａ，凹レンズ２３ｂから構成されている。

アフォーカル光学系２３を通過した励起光ＢＬ及び青色光ＢＬ’は、ホモジナイザー光学系２４に入射する。ホモジナイザー光学系２４は、第１のマルチレンズアレイ２４ａと、第２のマルチレンズアレイ２４ｂとから構成されている。第１のマルチレンズアレイ２４ａは複数の小レンズ２４ａｍを備え、第２のマルチレンズアレイ２４ｂは、複数の小レンズ２４ａｍに対応する複数の小レンズ２４ｂｍを備えている。

ホモジナイザー光学系２４を透過した励起光ＢＬ及び青色光ＢＬ’は、光学素子２５Ａに入射する。光学素子２５Ａは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ａｘ１に対して４５°の角度をなす傾斜面Ｋを有している。傾斜面Ｋは、光軸ａｘ２に対しても４５°の角度をなしている。

傾斜面Ｋには、波長選択性を有する偏光分離素子５０Ａが設けられている。偏光分離素子５０Ａは、励起光ＢＬ及び青色光ＢＬ’を、この偏光分離素子５０Ａに対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する。

また、偏光分離素子５０Ａは、後述する励起光ＢＬと青色光ＢＬ’とは波長帯が異なる蛍光ＹＬを、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。

ここで、励起光ＢＬ及び青色光ＢＬ’は、コヒーレントな直線偏光である。また、励起光ＢＬと青色光ＢＬ’とは、偏光分離素子５０Ａに入射するときの互いの偏光方向が異なっている。

具体的に、励起光ＢＬの偏光方向は、偏光分離素子５０Ａで反射されるＳ偏光成分の偏光方向と一致している。一方、青色光ＢＬ’の偏光方向は、偏光分離素子５０Ａを透過するＰ偏光成分の偏光方向と一致している。

したがって、励起光ＢＬは、Ｓ偏光の励起光ＢＬｓとして、偏光分離素子５０Ａで蛍光発光素子２７に向けて反射される。一方、青色光ＢＬ’は、Ｐ偏光の青色光ＢＬ’ｐとして、偏光分離素子５０Ａを拡散反射素子３０に向けて透過する。Ｓ偏光の励起光ＢＬｓは特許請求の範囲における第１の光に相当し、Ｐ偏光の青色光ＢＬ’ｐは特許請求の範囲における第２の光に相当する。

偏光分離素子５０Ａから射出されたＳ偏光の励起光ＢＬｓは、第１の集光光学系２６に入射する。第１の集光光学系２６は、第２のマルチレンズアレイ２４ｂから射出された複数の光束（励起光ＢＬｓ）を、蛍光体層３４に向けて集光させるとともに、蛍光体層３４の上で互いに重畳させる。

第１の集光光学系２６は、例えば第１レンズ２６ａ，第２レンズ２６ｂから構成されている。第１の集光光学系２６から射出された励起光ＢＬｓは、蛍光発光素子２７に入射する。蛍光発光素子２７は、蛍光体層３４と、この蛍光体層３４を支持する基板３５と、蛍光体層３４を基板３５に固定する固定部材３６とを有している。

本実施形態において、蛍光体層３４は、蛍光体層３４の側面と基板３５との間に設けられた固定部材３６により、基板３５に固定されている。蛍光体層３４の励起光ＢＬｓが入射する側とは反対側の面は基板３５に接触している。

蛍光体層３４は、波長４４０ｎｍの励起光ＢＬｓを吸収して励起される蛍光体を含む。この励起光ＢＬｓにより励起された蛍光体は、例えば５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する蛍光（黄色光）ＹＬを射出する。

蛍光体層３４には、耐熱性及び表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような蛍光体層３４としては、例えば、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層や、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。

蛍光体層３４の励起光ＢＬｓが入射する側とは反対側には、第１の反射素子としての反射部３７が設けられている。反射部３７は、蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち、基板３５に向かって進む成分を反射する。

基板３５の蛍光体層３４を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３８が配置されている。蛍光発光素子２７では、このヒートシンク３８を介して放熱できるため、蛍光体層３４の熱劣化を防ぐことができる。

蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち、一部の蛍光ＹＬは、反射部３７によって反射され、蛍光体層３４の外部へと射出される。また、蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち、他の一部の蛍光ＹＬは、反射部３７を介さずに蛍光体層３４の外部へと射出される。このようにして、蛍光ＹＬが蛍光体層３４から射出される。

蛍光体層３４から射出された蛍光ＹＬは、非偏光光である。蛍光ＹＬは、第１の集光光学系２６を通過した後、偏光分離素子５０Ａに入射する。そして、この蛍光ＹＬは、偏光分離素子５０Ａからインテグレーター光学系３１に向けて進む。

偏光分離素子５０Ａから射出されたＰ偏光の青色光ＢＬ’ｐは、位相差板２８に入射する。位相差板２８は、偏光分離素子５０Ａと拡散反射素子３０との間の光路（第２の光の光路）中に配置された１／４波長板から構成されている。したがって、偏光分離素子５０Ａから射出されたＰ偏光の青色光ＢＬ’ｐは、この位相差板２８によって、例えば、右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換された後、第２の集光光学系２９に入射する。

第２の集光光学系２９は、例えばピックアップレンズ２９ａから構成されており、青色光ＢＬｃ１を拡散反射素子３０に向けて集光させる。

拡散反射素子３０は、第２の集光光学系２９から射出された青色光ＢＬｃ１（アレイ光源２１Ａから射出された光の一部）を偏光分離素子５０Ａに向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０によって拡散反射された光を青色光ＢＬｃ２と称する。

ところで、プロジェクター１において色ムラの発生を防止するには、重畳レンズ３３ａとともに重畳光学系３３を構成するレンズアレイ３１ａの光入射面における青色光ＢＬ’ｓの強度分布を蛍光ＹＬの強度分布と等しくするとよい。ここで、蛍光体層３４から射出された蛍光ＹＬは、ランバート反射した光の配光分布と同様な配光分布を持っている。なお、本明細書では、ランバート反射した光の配光分布のことを、ランバート的な配光分布と称する。拡散反射素子３０で反射した青色光ＢＬｃ２も、ランバート的な配光分布を持つとよい。

しかしながら、例えば、拡散反射素子３０の拡散角を大きくすると、後述のように光の偏光状態が乱されてしまい、光利用効率が低下するおそれがある。
本実施形態において、拡散反射素子３０は、第２の集光光学系２９から入射する所定の偏光（右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１）を拡散反射している。

右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１は、拡散反射素子３０で１回反射されれば、左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２として反射され、さらに位相差板２８によってＳ偏光の青色光ＢＬ’ｓに変換される。この場合、拡散反射素子３０で拡散反射されたＳ偏光の青色光ＢＬ’ｓは、偏光分離素子５０Ａによってインテグレーター光学系３１に向けて反射される。

しかしながら、拡散反射素子３０の拡散角が大きい場合、青色光ＢＬｃ１が拡散反射素子３０で２回反射されてしまうことがあり得る。すると、右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１は、１度目の反射で左回り円偏光となるものの、２度目の反射で再度右回りの円偏光となってしまい、結果的に、右回り円偏光の青色光ＢＬｃ２として位相差板２８に入射する。右回り円偏光の青色光ＢＬｃ２は位相差板２８によってＰ偏光の青色光に変換される。この場合、拡散反射素子３０で拡散反射されたＰ偏光の青色光は、偏光分離素子５０Ａでインテグレーター光学系３１に向けて反射することができず、偏光分離素子５０Ａを透過してしまう。そのため、アレイ光源２１Ａからの光を効率良く利用することが出来ない。

これに対し、本実施形態では、拡散反射素子３０として、青色光ＢＬｃ１を１回反射させる程度の拡散角を有したものを用いている。

本実施形態によれば、拡散反射素子３０による青色光ＢＬｃ１の２回反射が抑制されるので、青色光ＢＬｃ１は拡散反射素子３０で反射されることで左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２に良好に変換される。左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２は位相差板２８によってＳ偏光の青色光ＢＬ’ｓに変換される。そのため、拡散反射素子３０で反射した青色光ＢＬｃ２は高い効率で偏光分離素子５０Ａによってインテグレーター光学系３１に向けて反射される。

青色光ＢＬ’ｓ及び蛍光ＹＬは、偏光分離素子５０Ａによって合成され、照明光（白色光）ＷＬが生成される。照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に向けて射出される。照明光ＷＬは、特許請求の範囲の「第３の光」に相当する。

偏光分離素子５０Ａから射出された照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に入射する。インテグレーター光学系３１は、例えば、レンズアレイ３１ａ，レンズアレイ３１ｂから構成されている。レンズアレイ３１ａ，３１ｂは、複数の小レンズがアレイ状に配列されたものからなる。

インテグレーター光学系３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板とから構成されている。偏光変換素子３２は、非偏光の蛍光ＹＬをＳ偏光に変換する。

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａにより被照明領域において重畳される。

上述のように、本実施形態の拡散反射素子３０は拡散角（拡散能力）が比較的小さい。そのため、青色光ＢＬ’ｓは、図３に示すように、レンズアレイ３１ａ上の一部に、例えばレンズアレイ３１ａの中央部にスポットＳＡを形成する。一方で、蛍光ＹＬはランバート的な配光分布を持っているため、レンズアレイ３１ａの全体にわたって比較的均一な照度分布を形成する。

このようにレンズアレイ３１ａの全体にわたって青色光ＢＬ’ｓの照度に大きな偏りがあると、重畳光学系３３を用いたとしても被照明領域での青色光ＢＬ’ｓの照度と蛍光ＹＬの照度が一致しないため、色ムラが生じてしまう。

これに対し、本実施形態においては、レンズアレイ３１ａ上に形成されるスポットＳＡの位置を時間的に移動させることで、時間平均した際、レンズアレイ３１ａ上での青色光ＢＬ’ｓによる照度の偏りを小さくしている。これによって、被照明領域での色ムラを低減している。

具体的に本実施形態の照明装置２は、青色光ＢＬｃ２の進行方向が時間的に変化するように、拡散反射素子３０を駆動する駆動素子１１０を備えている。駆動素子１１０は、例えば、ピエゾ素子やアクチュエーター等から構成される。駆動素子１１０は、拡散反射素子３０を所定方向に傾斜させることで反射光の進行方向を変更する。

図４（ａ）〜（ｄ）は拡散反射素子３０の駆動方向（反射光の進行方向）の変化とスポットＳＡの位置の変化との関係を示した図である。具体的に、図４（ａ）は拡散反射素子３０を傾斜させない場合において、レンズアレイ３１ａ上に形成されるスポットＳＡを示す図である。図４（ｂ）〜（ｄ）各々は拡散反射素子３０を傾斜させた場合において、レンズアレイ３１ａ上に形成されるスポットＳＡを示す図である。

なお、図４（ａ）〜（ｄ）において、説明を分かりやすくするため、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。図４（ａ）に示したように、拡散反射素子３０を傾斜させない場合において、ＸＹ平面は拡散反射素子３０の反射面３０ａと平行な面を規定し、Ｚ方向は反射面３０ａと直交する方向を規定する。また、図４（ａ）〜（ｄ）においては、説明を簡略化するため、レンズアレイ３１ａの表面（光入射面）はＸＹ平面と平行であるとした。

図４（ａ）に示すように、駆動素子１１０は、反射面３０ａがＸＹ平面と平行となるように拡散反射素子３０を保持した場合、反射面３０ａによる反射光は、Ｚ方向に射出される。そして、レンズアレイ３１ａの表面の中央の領域にスポットＳＡが形成される。

図４（ｂ）は、駆動素子１１０が反射面３０ａをＹ軸の周りに時計方向に回転させるとともに、反射面３０ａをＸ軸の周りに時計方向に回転させた状態を示している。この場合、反射面３０ａによる反射光は、Ｙ軸方向から見ればＺ軸方向に対して＋Ｘ方向に傾斜し、Ｘ軸方向から見ればＺ軸方向に対して＋Ｙ方向に傾斜した方向に進む。そして、レンズアレイ３１ａの表面の右上の領域にスポットＳＡが形成される。

また、図４（ｃ）は、駆動素子１１０が反射面３０ａをＹ軸の周りに時計方向に回転させるとともに、反射面３０ａをＸ軸の周りに反時計方向に回転させた状態を示している。この場合、反射面３０ａによる反射光は、Ｙ軸方向から見ればＺ軸方向に対して＋Ｘ方向に傾斜し、Ｘ軸方向から見ればＺ軸方向に対して−Ｙ方向に傾斜した方向に進む。そして、レンズアレイ３１ａの表面の右下の領域にスポットＳＡが形成される。

また、図４（ｄ）は、駆動素子１１０が反射面３０ａをＹ軸の周りに反時計方向に回転させるとともに、反射面３０ａをＸ軸の周りに反時計方向に回転させた状態を示している。この場合、反射面３０ａによる反射光は、Ｙ軸方向から見ればＺ軸方向に対して−Ｘ方向に傾斜し、Ｘ軸方向から見ればＺ軸方向に対して−Ｙ方向に傾斜した方向に進む。そして、レンズアレイ３１ａの表面の左下の領域にスポットＳＡが形成される。

このような構成に基づき、駆動素子１１０は、反射面３０ａを傾斜させることで、青色光ＢＬｃ２の進行方向を時間的に変化させ、レンズアレイ３１ａ上に形成されるスポットＳＡの位置を時間的に移動させることが可能である。

本実施形態では、図５に示すように、スポットＳＡによってレンズアレイ３１ａの光入射面の略全面が走査されるように、駆動素子１１０が拡散反射素子３０を駆動する。この状態は、時間平均すれば、レンズアレイ３１ａの光入射面の略全面に青色光ＢＬ’ｓが入射していることと等価である。時間平均すれば、レンズアレイ３１ａの光入射面に略均一な照度分布が形成されている。

ところで、レンズアレイ３１ａは複数の第１小レンズを備えており、レンズアレイ３１ｂは複数の第２小レンズを備えている。複数の第１小レンズと複数の第２小レンズはそれぞれ１対１で対応している。青色光ＢＬ’ｓは複数の第１小レンズによって複数の小光束に分割される。第１小レンズに対応した小光束は、第１小レンズに対応した第２小レンズに入射し、さらに偏光変換素子３２の所定の領域に入射する。レンズアレイ３１ａに入射した青色光ＢＬ’ｓが高い効率で偏光変換素子３２に入射するためには、第１小レンズに対応した小光束が、第１小レンズに対応した第２小レンズに適切な角度で入射したほうがよい。そのためには、反射面３０ａの傾きによらず、青色光ＢＬ’ｓは一定の角度でレンズアレイ３１ａに入射した方がよい。

図４（ｂ）〜（ｄ）のように反射面３０ａが傾いている場合、青色光ＢＬｃ２はＺ軸方向から傾いた方向に射出される。また、反射面３０ａの傾き方向によって、青色光ＢＬｃ２が進む方向が変化する。本実施形態では、反射面３０ａへ青色光ＢＬｃ１の主光線が入射する位置が、第２の集光光学系２９の焦点位置に設けられているため、反射面３０ａの傾き方向によらず、青色光ＢＬｃ２が進む方向は第２の集光光学系２９によって所定の方向に調整されている。具体的には、青色光ＢＬｃ２は第２の集光光学系２９の焦点位置から射出されるため、第２の集光光学系２９を透過した後は、反射面３０ａの傾き方向によらず、第２の集光光学系２９の光軸と平行（Ｚ軸方向）に進む。従って、偏光分離素子５０Ａで反射した青色光ＢＬ’ｓは、反射面３０ａの傾き方向によらず、一定の角度でレンズアレイ３１ａに入射する。そのため、第２の光である青色光ＢＬ’ｐは高い効率で照明光ＷＬとして利用される。

本実施形態によれば、下記のような効果が得られる。
比較的小さい拡散角の拡散反射素子３０を用いても、インテグレーター光学系３１の光入射面での青色光ＢＬ’ｓの照度の偏りを小さくすることができる。また、蛍光ＹＬはランバート的な配光分布を持っているため、インテグレーター光学系３１の光入射面での蛍光ＹＬの照度の偏りも小さい。よって、被照明領域における色むらは充分低減されている。円偏光である青色光ＢＬｃ１が拡散反射素子３０によって逆回りの円偏光の青色光ＢＬｃ２へ良好に変換されるため、青色光ＢＬ’ｐは高い効率で照明光ＷＬとして利用される。
反射面３０ａへ青色光ＢＬｃ１の主光線が入射する位置が、第２の集光光学系２９の焦点位置に設けられているため、青色光ＢＬ’ｐは高い効率で照明光ＷＬとして利用される。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係るプロジェクター１Ａの概略構成を示す図である。第１実施形態に係るプロジェクター１と共通する部材には同じ符号を付し、説明を省略する。プロジェクター１Ａは、照明装置２の代わりに第１照明装置２Ａおよび第２照明装置２Ｂを備える。

本実施形態において、第１照明装置２Ａは赤色光及び緑色光を含む光を射出し、第２照明装置２Ｂは青色光を射出する。
第１照明装置２Ａは、図６に示すように、光源装置１０、集光光学系２０、回転蛍光板２３０、モーター５０、インテグレーター光学系１３１、偏光変換素子３２及び重畳光学系１３３を備える。

光源装置１０は、励起光ＢＬ１を射出する励起用のレーザー光源からなる。集光光学系２０は、第１レンズ１２２および第２レンズ１２４を含み、励起光ＢＬ１を回転蛍光板２３０の蛍光体層４６に集光させる。モーター５０は、回転蛍光板２３０を回転させることで蛍光体層４６の温度上昇を抑制している。

回転蛍光板２３０が備える蛍光体層４６は、光源装置１０からの励起光ＢＬ１を赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光ＹＬに変換する。蛍光体層４６の基板側には励起光ＢＬ１を透過させるとともに蛍光ＹＬを反射させるダイクロイックミラー４７が形成されている。本実施形態において、蛍光体層４６に入射した励起光ＢＬ１は蛍光体層４６を通過することなく蛍光ＹＬに変換される。

第２照明装置２Ｂは、光源装置１２１、拡散反射素子３０、駆動素子１１０、ピックアップレンズ１２６、インテグレーター光学系３１、重畳レンズ３３ａを含む。

光源装置１２１は、直線偏光の青色光Ｂを射出するレーザー光源である。青色光Ｂは拡散反射素子３０に入射する。

第１実施形態と同様、駆動素子１１０により拡散反射素子３０を駆動することで、該拡散反射素子３０で反射した青色光Ｂの進行方向を時間的に変化させている。これにより、レンズアレイ１３１ａ上に形成されるスポットＳＡ（図３参照）の位置が時間的に変化する。

また、第１実施形態と同様、拡散反射素子３０は、ピックアップレンズ１２６の焦点位置に設けられている。具体的には、拡散反射素子３０の反射面３０ａへ青色光Ｂの主光線が入射する位置が、ピックアップレンズ１２６の焦点位置に設けられている。これにより、第１実施形態と同様、拡散反射素子３０で反射した青色光Ｂはレンズアレイ３１ａに一定の角度で入射する。

青色光Ｂは、重畳レンズ３３ａによって第３の全反射ミラー８ｃおよびフィールドレンズ１０Ｂを介して被照明領域（光変調装置４Ｂの画素形成領域近傍）に重畳される。これにより、被照明領域は略均一な照度分布で照明される。

また、本実施形態において、拡散反射素子３０は、青色光Ｂを１回反射させる程度の弱い拡散角を持っている。これにより、青色光Ｂの反射時に生じる偏光状態の乱れを抑制している。

そのため、本実施形態によれば、光変調装置４Ｂに偏光状態の乱れが抑制された直線偏光（青色光Ｂ）が入射するので、該光変調装置４Ｂにおける入射側偏光板を無くすことができる。よって、入射側偏光板によって青色光Ｂがカットされることがないので、光変調装置４Ｒにおいて青色光Ｂを効率良く利用することができる。
仮に入射側偏光板を設けたとしても、青色光Ｂは入射側偏光板を透過することができるので、光変調装置４Ｒにおいて青色光Ｂを効率良く利用することができる。
したがって、本実施形態のプロジェクター１Ａにおいても、高い光利用効率を実現することができる。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも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、上記第１実施形態においては、蛍光体層３４を基板３５上に固定配置していたが、回転する基板上に蛍光体層を配置しても良い。

また、上記第１実施形態では、励起光用のレーザー光源にピーク波長が４４０ｎｍのレーザー光を射出する第２の半導体レーザー２１２を用い、青色光用のレーザー光源にピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光を射出する第１の半導体レーザー２１１を用いる場合を例示したが、励起光ＢＬ及び青色光ＢＬ’のピーク波長については、このような例に必ずしも限定されるものではない。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。

その他、照明装置およびプロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、上記実施形態に限らず、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。

１，１Ａ…プロジェクター、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、５…合成光学系、６…投写光学系、２１Ａ…アレイ光源（光源）、２８…位相差板、２９ａ，１２６…ピックアップレンズ、３０，１３０…拡散反射素子、３３…重畳光学系、３４…蛍光体層、５０Ａ…偏光分離素子、１１０…駆動素子。

Claims (4)

1. 光を射出する光源と、
   前記光源から射出された前記光の少なくとも一部が所定の偏光として入射する拡散反射素子と、
   前記拡散反射素子からの反射光の進行方向が時間的に変化するように、前記拡散反射素子を駆動する駆動素子と、
   前記反射光が入射するピックアップレンズと、
   前記ピックアップレンズを透過した前記反射光が入射する重畳光学系と、
   を備えた照明装置。
2. 前記光を第１の光と第２の光とに分離する偏光分離素子と、
   前記第１の光を受けて蛍光を射出する蛍光体層と、
   前記第２の光の光路上の、前記偏光分離素子と前記拡散反射素子との間に設けられた位相差板と、をさらに備え、
   前記ピックアップレンズは、前記第２の光の光路上の、前記偏光分離素子と前記拡散反射素子との間に設けられ、
   前記反射光は、前記位相差板を介して前記偏光分離素子へ入射し、
   前記偏光分離素子は、前記蛍光と前記反射光とを合成して第３の光として射出し、
   前記重畳光学系は、前記第３の光の光路上に設けられている
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記拡散反射素子は、前記ピックアップレンズの焦点位置に設けられている
   請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置と、
   前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
   前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
   プロジェクター。

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