JP5445379B2 - プロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

従来、励起光を生成する複数の固体光源と励起光から蛍光を生成する蛍光生成部とを備え、照明光を生成する照明装置と、照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、光変調装置からの光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照。）。従来のプロジェクターによれば、特定波長の励起光を生成する複数の固体光源を用いて所望の高輝度カラー画像を投写することが可能となる。

特開２００４−３２７３６１号公報

しかしながら、従来のプロジェクターにおいては、プロジェクターで用いるすべての色光を、励起光から蛍光を生成することにより生成しているため、蛍光層にかかる熱的負荷が大きく、これに起因してより一層高輝度化を図ることが困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、従来のプロジェクターよりも一層高輝度化を図ることが可能なプロジェクターを提供することを目的とする。

［１］本発明のプロジェクターは、照明光を生成する照明装置と、前記照明装置からの前記照明光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置からの光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクターであって、前記照明装置として、励起光を生成する第１固体光源と、前記第１固体光源で生成された前記励起光から蛍光を生成する蛍光生成部と、前記蛍光生成部からの前記蛍光の面内光強度分布を均一化するためのレンズインテグレーター光学系とを備える第１照明装置と、特定の色光を生成する第２固体光源と、前記第２固体光源で生成された前記色光の面内光強度分布を均一化するためのロッドインテグレーター光学系とを備える第２照明装置とを備えることを特徴とする。

このため、本発明のプロジェクターによれば、特定の色光については、第２固体光源から直接生成するようにしているため、蛍光層にかかる熱的負荷を小さくすることが可能となり、その結果、従来のプロジェクターよりも一層高輝度化を図ることが可能となる。

また、本発明のプロジェクターによれば、照明装置として、第１固体光源で生成された励起光から生成された蛍光を照明光とする第１照明装置と、第２固体光源で生成された色光をそのまま照明光とする第２照明装置とを備えるため、固体光源で生成された色光をそのまま照明光とするよりも固体光源で生成された励起光から生成された蛍光を照明光とする方が高光利用効率となる色光（例えば、緑色光）については第１照明装置を用いて生成し、固体光源で生成された励起光から生成された蛍光を照明光とするよりも固体光源で生成された色光をそのまま照明光とする方が高光利用効率となる色光（例えば、青色光）については第２照明装置を用いて生成することにより、より一層光利用効率を高くしてより一層高輝度化を図ることが可能となる。
なお、固体光源で生成された色光をそのまま照明光としても、固体光源で生成された励起光から生成された蛍光を照明光としても、光利用効率が変わらない色光や、固体光源で生成された励起光から生成された蛍光を照明光とするよりも固体光源で生成された色光をそのまま照明光とする方が高光利用効率であっても、その差異が少ない色光（例えば、赤色光）については、第１照明装置及び第２照明装置のいずれにおいて生成してもよい。

また、本発明のプロジェクターによれば、第２照明装置においては、光利用効率が若干低い反面、固体光源からの光を均一化することが可能なロッドインテグレーター光学系を用いて、第２固体光源からの色光における面内光強度分布を均一化させるとともに、第１照明装置においては、光利用効率が高いレンズインテグレーター光学系を用いて、蛍光生成部からの蛍光における面内光強度分布を均一化させることにより、高い光利用効率をもって明るさむらの少ない投写画像を投写することが可能となる。

なお、「レンズインテグレーター光学系」とは、複数のレンズアレイ及び重畳レンズを備え、入射する光を複数の部分光束に分割し、被照明領域において複数の部分光束を重畳させることにより光の面内光強度分布を均一化するインテグレーター光学系のことをいう。
また、「ロッドインテグレーター光学系」とは、インテグレーターロッドを備え、入射する光をインテグレーターロッド内で多重反射させることにより光の面内光強度分布を均一化するインテグレーター光学系のことをいう。

［２］本発明のプロジェクターにおいては、前記第１照明装置は、前記第１固体光源として複数の第１固体光源を備え、前記第２照明装置は、前記第２固体光源として複数の第２固体光源を備えることが好ましい。

このような構成とすることにより、複数の固体光源を用いてより一層高輝度化を図ることが可能となる。

［３］本発明のプロジェクターにおいては、前記第１固体光源及び前記第２固体光源は、半導体レーザーからなることが好ましい。

半導体レーザーは小型で高出力であるため、上記のような構成とすることにより、第１照明装置及び第２照明装置の小型化及び高出力化が可能となる。

なお、半導体レーザーは上記のような特徴を有するため、上記［２］に記載のプロジェクターにおける第１固体光源及び第２固体光源として半導体レーザーを用いた場合には、これら第１固体光源及び第２固体光源を高密度で集積化することが可能となり、第１照明装置及び第２照明装置のさらなる高出力化が可能となる。

［４］本発明のプロジェクターにおいては、前記レンズインテグレーター光学系は、前記蛍光として偏光方向が揃った蛍光を射出するように構成され、前記ロッドインテグレーター光学系は、前記色光として偏光方向が揃った色光を射出するように構成されることが好ましい。

このような構成とすることにより、特に光変調装置として液晶光変調装置を備えるプロジェクターにおいて最適な構成とすることが可能となる。

［５］本発明のプロジェクターにおいては、前記ロッドインテグレーター光学系は、前記色光を内部で多重反射するインテグレーターロッドと、前記インテグレーターロッドの入射面に接して配置され、前記第２固体光源からの前記色光を導入する色光導入孔を有する反射ミラーと、前記インテグレーターロッドの射出面に接して配置されるλ／４板と、前記λ／４板の射出面に接して配置される反射型偏光板とを備えることが好ましい。

このような構成とすることにより、第２固体光源で生成した色光を効率よく、偏光方向が揃った色光とすることが可能となる。

［６］本発明のプロジェクターにおいては、前記第２照明装置は、前記色光を散乱した状態で前記インテグレーターロッドに入射させる散乱手段を備えることが好ましい。

このような構成とすることにより、様々な入射角を持たせた色光をインテグレーターロッド内に導入することが可能となり、その結果、面内光強度分布をより均一なものとすることが可能となる。なお、上記の構成は、面内光強度分布を均一化させ難い半導体レーザーを固体光源として用いる場合に特に有効となる。

散乱手段としては、例えば、ガラス表面を粗面化した散乱板、ガラス表面に散乱性塗料を塗布した散乱板、内部に散乱粒子を分散させた散乱板などを用いることができる。また、インテグレーターロッドの入射面における色光導入孔に対応する部分に散乱面を形成し、この散乱面を散乱手段として用いることもできる。

［７］本発明のプロジェクターにおいては、前記第１照明装置として、赤色光及び緑色光の両方を射出する第１照明装置を備え、前記第２照明装置として、青色光を射出する第２照明装置を備えることが好ましい。

青色光に関しては、固体光源で生成された励起光から生成された蛍光を照明光として用いるよりも固体光源で生成された色光をそのまま照明光として用いる方が高光利用効率かつ高輝度な固体光源が存在するため、上記のような構成とすることにより、より一層光利用効率を高くしてより一層高輝度化を図ることが可能となる。

［８］本発明のプロジェクターにおいては、前記第１照明装置として、緑色光を射出する第１照明装置を備え、前記第２照明装置として、赤色光を射出する第２照明装置と、青色光を射出する第２照明装置とを備えることが好ましい。

赤色光に関しても、固体光源で生成された励起光から生成された蛍光を照明光として用いるよりも固体光源で生成された色光をそのまま照明光として用いる方が高光利用効率かつ高輝度な固体光源が存在するため、上記のような構成とすることにより、より一層光利用効率を高くしてより一層高輝度化を図ることが可能となる。

［９］本発明のプロジェクターにおいては、前記第１固体光源は、４３０ｎｍ〜４５０ｎｍに強度ピークを有する青色光を生成し、前記青色光を射出する第２照明装置における前記第２固体光源は、４５０ｎｍ〜４８０ｎｍに強度ピークを有する青色光を生成することが好ましい。

青色光を色光として用いる場合には、視感度の観点から４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色光を用いることが好ましく、また、青色光を励起光として用いる場合には、蛍光の生成効率の観点から４３０ｎｍ〜４５０ｎｍの青色光を用いることが好ましいため、上記のように構成することにより、より一層光利用効率を高くしてより一層高輝度化を図ることが可能となる。

実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を示す平面図。 実施形態１における第１固体光源アレイ２０をコリメーターレンズアレイ３０側から見た図。 実施形態１における第１固体光源２４の発光強度特性、蛍光体の発光強度特性及び第２固体光源２２４の発光強度特性を示すグラフ。 実施形態２に係るプロジェクター１００２の光学系を示す平面図。 実施形態２における蛍光体の発光強度特性及び第２固体光源２２４Ｒの発光強度特性を示すグラフ。 変形例１に係るプロジェクター１００４の光学系を示す平面図。 変形例２に係るプロジェクター１００６の光学系を示す平面図。 変形例３に係るプロジェクター１００８（符号を図示せず。）の光学系の一部を示す平面図。 変形例４に係るプロジェクター１０１０の光学系を示す平面図。 変形例５におけるロッドインテグレーター光学系７００の上面図。

以下、本発明のプロジェクターについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を示す平面図である。
図２は、実施形態１における第１固体光源アレイ２０をコリメーターレンズアレイ３０側から見た図である。
図３は、実施形態１における第１固体光源２４の発光強度特性、蛍光体の発光強度特性及び第２固体光源２２４の発光強度特性を示すグラフである。図３（ａ）は第１固体光源２４の発光強度特性を示すグラフであり、図３（ｂ）は蛍光層５２が含有する蛍光体の発光強度特性を示すグラフであり、図３（ｃ）は第２固体光源２２４の発光強度特性を示すグラフである。発光強度特性とは、光源であれば電圧を印加したときに、蛍光体であれば励起光が入射したときに、どのような波長の光をどの位の強度で射出するのかという特性のことをいう。グラフの縦軸は相対発光強度を表し、発光強度が最も強い波長における発光強度を１としている。グラフの横軸は波長を表す。

なお、各図面中において、符号Ｒは赤色光を示し、符号Ｇは緑色光を示し、符号Ｂは青色光を示す。
本明細書及び図面においては、光学系に直接関わらない構成要素（筐体や構成要素を固定するための固定具等）については記載及び図示を省略する。

実施形態１に係るプロジェクター１０００は、図１に示すように、第１照明装置１００と、第２照明装置２００と、色分離導光光学系３００と、光変調装置としての３つの液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投写光学系６００とを備える。

第１照明装置１００は、第１固体光源アレイ２０と、コリメーターレンズアレイ３０と、集光光学系４０と、蛍光生成部５０と、コリメーター光学系６０と、レンズインテグレーター光学系１１０とを備える。第１照明装置１００は、赤色光及び緑色光の両方を射出する。

第１固体光源アレイ２０は、図２に示すように、基板２２及び励起光（青色光）を生成する２５個の第１固体光源２４を有する。第１固体光源アレイ２０においては、２５個の第１固体光源２４は５行５列のマトリクス状に配置されている。図２においては、最も左上の第１固体光源２４のみに符号を付している。
なお、本発明のプロジェクターにおいては、第１固体光源の数は２５個に限定されない。また、複数の第１固体光源を用いる場合には、それぞれの第１固体光源が独立して配置されていてもよい。後述する第２固体光源においても同様である。

基板２２は、第１固体光源２４を搭載する機能を有する。詳細な説明は省略するが、基板２２は、第１固体光源２４に対する電力の供給を仲介する機能や、第１固体光源２４で発生する熱を放熱する機能等を併せて有する。

第１固体光源２４は、励起光として青色光（発光強度のピーク：約４４０ｎｍ、図３（ａ）参照。）を生成する半導体レーザーからなる。つまり、第１固体光源２４は、４３０ｎｍ〜４５０ｎｍに強度ピークを有する青色光を生成するという条件を満たす。当該半導体レーザーは、図２に示すように、長方形形状の発光領域を有し、発光領域の短辺方向に沿った拡がり角が前記発光領域の長辺方向に沿った拡がり角より大きくなるように構成されている。半導体レーザーにおける発光領域の大きさは、例えば、長辺が１８μｍ、短辺が２μｍである。

コリメーターレンズアレイ３０は、図１に示すように、２５個の第１固体光源２４に対応して設けられ、２５個の第１固体光源２４で生成された光をそれぞれ略平行化する複数のコリメーターレンズ３２（端部の１つにのみ符号を図示）を有する。図示による説明は省略するが、複数のコリメーターレンズ３２は、５行５列のマトリクス状に配置されている。
コリメーターレンズ３２は、詳しい説明は省略するが、入射面が双曲面で、かつ、射出面が平面の非球面平凸レンズからなる。

集光光学系４０は、コリメーターレンズアレイ３０からの光を所定の集光位置に集光する。集光光学系４０は、詳しい説明は省略するが、入射面が平面で、かつ、射出面が双曲面の非球面平凸レンズからなる。

蛍光生成部５０は、第１固体光源２４で生成された励起光（青色光）から蛍光（赤色光及び緑色光）を生成する。蛍光生成部５０は、蛍光層５２及び蛍光層５２を担持する透明部材５４を有する。蛍光生成部５０は、全体として正方形の板状の形状を有し、所定の位置（図１参照。）に固定されている。蛍光生成部５０は、励起光（青色光）が入射する側と生成した蛍光を射出する側とが反対側となる、いわゆる透過型の蛍光生成部である。
蛍光生成部５０は、集光光学系４０で集光された青色光がデフォーカス状態で蛍光層５２に入射する位置に配置されている。

蛍光層５２は、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅを含有する層からなる。なお、蛍光層は、（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ以外のＹＡＧ系蛍光体を含有する層からなるものであってもよいし、シリケート系蛍光体を含有する層からなるものであってもよいし、ＴＡＧ系蛍光体を含有する層からなるものであってもよい。また、励起光を赤色光に変換する蛍光体（例えばＣａＡｌＳｉＮ_３赤色蛍光体）と、励起光を緑色に変換する蛍光体（例えばβサイアロン緑色蛍光体）との混合物を含有する層からなるものであってもよい。
蛍光層５２は、集光光学系４０からの青色光から赤色光（発光強度のピーク：約６１０ｎｍ）及び緑色光（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ）を含む蛍光を生成する（図３（ｂ）参照。）。

透明部材５４は、例えば、石英ガラス又は光学ガラスからなる。
蛍光層５２の集光光学系４０側には、集光光学系４０からの青色光を通過させ蛍光を反射する層（いわゆるダイクロイックコート）が形成されていてもよい。

コリメーター光学系６０は、蛍光生成部５０からの蛍光を略平行化する。コリメーター光学系６０は、図１に示すように、第１レンズ６２及び第２レンズ６４を備える。第１レンズ６２及び第２レンズ６４は、両凸レンズからなる。なお、第１レンズ及び第２レンズの形状は、上記形状に限定されるものではなく、要するに、第１レンズと第２レンズとからなるコリメーター光学系が、蛍光生成部からの光を略平行化するようになる形状であればよい。また、コリメーター光学系を構成するレンズの枚数は、１枚であってもよく、３枚以上であってもよい。

レンズインテグレーター光学系１１０は、蛍光の面内光強度分布を均一化する。レンズインテグレーター光学系１１０は、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０とを備える。

第１レンズアレイ１２０は、図１に示すように、コリメーター光学系６０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。第１レンズアレイ１２０は、コリメーター光学系６０からの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、複数の第１小レンズ１２２が第１照明光軸１００ａｘと直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。図示による説明は省略するが、第１小レンズ１２２の外形形状は、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇにおける光変調領域である画像形成領域の外形形状に関して略相似形である。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１小レンズ１２２に対応する複数の第２小レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２の像を液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇの画像形成領域近傍に結像させる機能を有する。第２レンズアレイ１３０は、複数の第２小レンズ１３２が第１照明光軸１００ａｘに直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光からなる光として射出する偏光変換素子である。
偏光変換素子１４０は、コリメーター光学系６０からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分を第１照明光軸１００ａｘに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を第１照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換するλ／２板とを有している。レンズインテグレーター光学系１１０は、偏光変換素子１４０を備えることにより、偏光方向が揃った蛍光を射出する。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を被照明領域で重畳させる。重畳レンズ１５０は、当該部分光束を集光して液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇの画像形成領域近傍に重畳させるための光学素子である。重畳レンズ１５０の光軸と第１照明光軸１００ａｘとが略一致するように、重畳レンズ１５０が配置されている。なお、重畳レンズは、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。

第２照明装置２００は、第２固体光源アレイ２２０と、コリメーターレンズアレイ２３０と、集光光学系２４０と、ロッドインテグレーター光学系２５０とを備える。第２照明装置２００は、色光として青色光を射出する。

第２固体光源アレイ２２０は、基板２２２（符号を図示せず。）及び特定の色光（青色光）を生成する２５個の第２固体光源２２４を有する。第２固体光源アレイは、第２固体光源２２４以外については第１固体光源アレイ２０と同様の構成を有する。
第２固体光源２２４は、色光として青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ、図３（ｃ）参照。）を生成する（つまり、第２固体光源２２４は、４５０ｎｍ〜４８０ｎｍに強度ピークを有する青色光を生成するという条件を満たす）半導体レーザーからなること以外については、第１固体光源２４と同様の構成を有する。

コリメーターレンズアレイ２３０はコリメーターレンズアレイ３０と、集光光学系２４０は集光光学系４０と、それぞれ基本的に同様の構成を有するため、説明を省略する。

ロッドインテグレーター光学系２５０は、第２固体光源２２４で生成された色光（青色光）の面内光強度分布を均一化する。ロッドインテグレーター光学系２５０は、反射ミラー２６０と、インテグレーターロッド２７０と、λ／４板２８０と、反射型偏光板２９０とを備える。ロッドインテグレーター光学系２５０の射出面（つまり、反射型偏光板２９０の射出面）は、液晶光変調装置４００Ｂの近傍に配置されている。

反射ミラー２６０は、インテグレーターロッド２７０の入射面に接して配置され、第２固体光源２２４で生成され、コリメーターレンズアレイ２３０及び集光光学系２４０を経た青色光を導入する色光導入孔２６４を有する。符号２６２で示すのは、反射ミラー本体であり、当該反射ミラー本体２６２は、インテグレーターロッド２７０側に反射面を有する。

インテグレーターロッド２７０は、青色光を内部で多重反射する。インテグレーターロッドは、ロッド部２７２及びプリズム部２７４を有する。インテグレーターロッド２７０全体としての入射面はロッド部２７２の入射面であり、全体としての射出面はプリズム部２７４の射出面である。
ロッド部２７２は、角柱状の形状を有し、中実である。なお、ロッド部としては、中空のものを用いることもできる。図示による説明は省略するが、ロッド部２７２の断面形状は、液晶光変調装置４００Ｂにおける光変調領域である画像形成領域の外形形状に関して略相似形である。
プリズム部２７４は、ロッド部２７２からの光の進行方向を液晶光変調装置４００Ｂ側に向ける機能を有する。プリズム部２７４における入射面及び射出面は、ロッド部２７２の断面形状と同様の形状を有する。

反射ミラー２６０における色光導入孔２６４には、図示による説明は省略するが、青色光を散乱した状態でインテグレーターロッド２７０に入射させる散乱手段が設けられている。当該散乱手段は、ガラス表面を粗面化した散乱板（つまり、磨りガラス）からなる。
なお、上記した散乱手段以外の散乱手段を用いてもよい。また、散乱手段が無くても色光の面内光強度分布を均一なものとすることができる場合には、散乱手段を用いなくてもよい。

λ／４板２８０は、インテグレーターロッド２７０の射出面に接して配置されている。λ／４板２８０は、通過する光の偏光状態を変化させる波長板の一種であり、λ／４板２８０を通過する光は、一方の偏光成分の位相と他方の偏光成分の位相とにπ／２（１／４波長）のずれが発生する。例えば、一方の直線偏光成分からなる光が一度λ／４板を通過すると一方方向（例えば、右回り）の円偏光成分からなる光となり、当該一定方向の円偏光が再度λ／４板を通過すると他方の直線偏光成分からなる光となり、当該他方の直線偏光成分からなる光がさらにλ／４板を通過すると、他方方向（例えば、左回り）の円偏光成分からなる光となる。

反射型偏光板２９０は、λ／４板２８０の射出面に接して配置されている。反射型偏光板２９０は、λ／４板２８０からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分をλ／４板２８０に向けて反射する。反射型偏光板２８０としては、例えば、ワイヤーグリッド型の反射型偏光板を用いることができる。反射型偏光板２９０により、ロッドインテグレーター光学系２５０は、偏光方向が揃った青色光を射出するように構成される。

ここで、実施形態１におけるロッドインテグレーター光学系２５０における光の流れを説明する。
集光光学系２４０からの青色光は、まず、反射ミラー２６０の色光導入孔２６４から入射され、インテグレーターロッド２７０内で多重反射された後にλ／４板２８０を経て反射型偏光板２９０に到達する。反射型偏光板２９０に到達した青色光のうち、一方の直線偏光成分からなる青色光は反射型偏光板２９０を通過して液晶光変調装置４００Ｂに入射する。他方の直線偏光成分からなる青色光は、反射型偏光板２９０に反射されてλ／４板２８０を通過して他方方向の円偏光成分からなる光となり、インテグレーターロッド２７０を経て反射ミラー２６０で反射され、再びインテグレーターロッド２７０を経てλ／４板２８０を通過して一方の直線偏光成分となり、反射型偏光板２９０を通過して液晶光変調装置４００Ｂに入射する。なお、インテグレーターロッド２７０内における反射等により偏光状態に乱れが生じた場合においても、上記のような行程の繰り返しにより、青色光は一方の直線偏光成分からなる青色光としてロッドインテグレーター光学系２５０から射出される。
以上がロッドインテグレーター光学系２５０における光の流れとなる。

なお、反射型偏光板２９０で反射され、インテグレーターロッド２７０を経て反射ミラー２６０に到達する青色光の一部は、色光導入孔２６４を通過して失われるが、色光導入孔２６４の大きさを微小なものとすることにより失われる青色光を減らすことが可能となる。

色分離導光光学系３００は、ダイクロイックミラー３１０、反射ミラー３２０，３３０を備える。色分離導光光学系３００は、第１照明装置１００からの光を赤色光及び緑色光に分離し、それぞれの色光を照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇに導光する機能を有する。
色分離導光光学系３００と、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇとの間には、集光レンズ３５０Ｒ，３５０Ｇが配置されている。

ダイクロイックミラー３１０は、基板上に、緑色光を反射して、赤色光を通過させる波長選択透過膜が形成されたミラーである。
反射ミラー３２０は、緑色光成分を反射する反射ミラーである。
反射ミラー３３０は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。

ダイクロイックミラー３１０を通過した赤色光は、反射ミラー３３０で反射され、集光レンズ３５０Ｒを通過して赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー３１０で反射された緑色光は、反射ミラー３２０でさらに反射され、集光レンズ３５０Ｇを通過して緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。

液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇは第１照明装置１００の照明対象となり、液晶光変調装置４００Ｂは第２照明装置２００の照明対象となる。なお、図示を省略したが、集光レンズ３５０Ｒ，３５０Ｇと液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇとの間及び第２照明装置２００の反射型偏光板２９０と液晶光変調装置４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が介在配置され、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が介在配置される。これら入射側偏光板、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ及び射出側偏光板によって、入射された各色光の光変調が行われる。
液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した光変調領域を有する透過型の液晶光変調装置であり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。

クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光板から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。

次に、実施形態１に係るプロジェクター１０００の効果を説明する。

実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、特定の色光（青色光）については、第２固体光源２２４から直接生成するようにしているため、蛍光層５２にかかる熱的負荷を小さくすることが可能となり、その結果、従来のプロジェクターよりも一層高輝度化を図ることが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、照明装置として、第１固体光源２４で生成された励起光（青色光）から生成された蛍光（赤色光及び緑色光）を照明光とする第１照明装置１００と、第２固体光源２２４で生成された色光（青色光）をそのまま照明光とする第２照明装置２００とを備えるため、緑色光については第１照明装置１００を用いて生成し、青色光については第２照明装置２００を用いて生成することにより、より一層光利用効率を高くしてより一層高輝度化を図ることが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第２照明装置２００においては、光利用効率が若干低い反面、固体光源からの光を均一化することが可能なロッドインテグレーター光学系２５０を用いて、第２固体光源２２４からの色光における面内光強度分布を均一化させるとともに、第１照明装置１００においては、光利用効率が高いレンズインテグレーター光学系１１０を用いて、蛍光生成部５０からの蛍光における面内光強度分布を均一化させることにより、高い光利用効率をもって明るさむらの少ない投写画像を投写することが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第１照明装置１００は、第１固体光源として複数の第１固体光源２４を備え、第２照明装置２００は、第２固体光源として複数の第２固体光源２２４を備えるため、複数の固体光源を用いてより一層高輝度化を図ることが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第１固体光源２４及び第２固体光源２２４は、半導体レーザーからなるため、第１照明装置１００及び第２照明装置２００の小型化及び高出力化が可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第１固体光源２４及び第２固体光源２２４として半導体レーザーを用いるため、これら第１固体光源２４及び第２固体光源２２４を高密度で集積化することが可能となり、第１照明装置１００及び第２照明装置２００のさらなる高出力化が可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、レンズインテグレーター光学系１１０は、蛍光として偏光方向が揃った蛍光を射出するように構成され、ロッドインテグレーター光学系２５０は、色光として偏光方向が揃った色光を射出するように構成されているため、光変調装置として液晶光変調装置を備えるプロジェクターにおいて最適な構成とすることが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、ロッドインテグレーター光学系２５０は、インテグレーターロッド２７０と、反射ミラー２６０と、λ／４板２８０と、反射型偏光板２９０とを備えるため、第２固体光源２２４で生成した色光を効率よく、偏光方向が揃った色光とすることが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第２照明装置２００は、色光を散乱した状態でインテグレーターロッド２７０に入射させる散乱手段を備えるため、様々な入射角を持たせた色光をインテグレーターロッド２７０内に導入することが可能となり、その結果、面内光強度分布をより均一なものとすることが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第１照明装置として、赤色光及び緑色光の両方を射出する第１照明装置１００を備え、第２照明装置として、青色光を射出する第２照明装置２００を備えるため、固体光源で生成された色光をそのまま照明光として用いる方が高光利用効率かつ高輝度な固体光源が存在する青色光を第２照明装置２００から射出することから、より一層光利用効率を高くしてより一層高輝度化を図ることが可能となる。

また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第１固体光源２４は、４４０ｎｍに強度ピークを有する青色光を生成し、青色光を射出する第２照明装置２００における第２固体光源２２４は、４６０ｎｍに強度ピークを有する青色光を生成するため、視感度の観点から好ましい青色光を生成する第２固体光源２２４と蛍光の生成効率の観点から好ましい青色光を生成する第１固体光源２４とを用いていることから、より一層光利用効率を高くしてより一層高輝度化を図ることが可能となる。

［実施形態２］
図４は、実施形態２に係るプロジェクター１００２の光学系を示す平面図である。
図５は、実施形態２における蛍光体の発光強度特性及び第２固体光源２２４Ｒの発光強度特性を示すグラフである。図５（ａ）は蛍光層５３が含有する蛍光体の発光強度特性を示すグラフであり、図５（ｂ）は第２固体光源２２４Ｒの発光強度特性を示すグラフである。

実施形態２に係るプロジェクター１００２は、基本的には実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様の構成を有するが、照明装置の構成が実施形態１に係るプロジェクター１０００の場合とは異なる。すなわち、実施形態２に係るプロジェクター１００２においては、図４に示すように、第１照明装置として、緑色光を射出する第１照明装置１０２を備え、第２照明装置として、赤色光を射出する第２照明装置２００Ｒと、青色光を射出する第２照明装置２００とを備える。また、これに伴って、プロジェクター１００２は色分離導光光学系及び赤色光用の集光レンズを備えない。

第１照明装置１０２は、蛍光生成部５１の構成以外については実施形態１における第１照明装置１００と基本的に同様の構成を有する。
蛍光生成部５１は、集光光学系４０からの青色光から緑色光（発光強度のピーク：約５７０ｎｍ、図５（ａ）参照。）を含む蛍光を生成する蛍光層５３を有すること以外については実施形態１における蛍光生成部５０と基本的に同様の構成を有する。
蛍光層５３は、青色光を緑色に変換する蛍光体（例えばβサイアロン緑色蛍光体）を含有する層からなる。

第２照明装置２００Ｒは、第２固体光源２２４Ｒの構成以外については実施形態１における第２照明装置２００と基本的に同様の構成を有する。
第２固体光源２２４Ｒは、色光として赤色光（発光強度のピーク：約６４０ｎｍ、図５（ｂ）参照。）を生成する半導体レーザーからなること以外については、第１固体光源２４と同様の構成を有する。

上記のように、実施形態２に係るプロジェクター１００２は、照明装置の構成が実施形態１に係るプロジェクター１０００の場合とは異なるが、実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様に、特定の色光（青色光及び赤色光）については、第２固体光源２２４，２２４Ｒから直接生成するようにしているため、蛍光層５３にかかる熱的負荷を小さくすることが可能となり、その結果、従来のプロジェクターよりも一層高輝度化を図ることが可能となる。

また、実施形態２に係るプロジェクター１００２によれば、実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様に、照明装置として、第１固体光源２４で生成された励起光（青色光）から生成された蛍光（緑色光）を照明光とする第１照明装置１０２と、第２固体光源２２４で生成された色光（青色光）をそのまま照明光とする第２照明装置２００とを備えるため、緑色光については第１照明装置１０２を用いて生成し、青色光については第２照明装置２００を用いて生成することにより、より一層光利用効率を高くしてより一層高輝度化を図ることが可能となる。

また、実施形態２に係るプロジェクター１００２によれば、実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様に、第２照明装置２００，２００Ｒにおいては、光利用効率が若干低い反面、固体光源からの光を均一化することが可能なロッドインテグレーター光学系２５０，２５０Ｒを用いて、第２固体光源２２４，２２４Ｒからの色光における面内光強度分布を均一化させるとともに、第１照明装置１０２においては、光利用効率が高いレンズインテグレーター光学系１１０を用いて、蛍光生成部５１からの蛍光における面内光強度分布を均一化させることにより、高い光利用効率をもって明るさむらの少ない投写画像を投写することが可能となる。

また、実施形態２に係るプロジェクター１００２によれば、第１照明装置として、緑色光を射出する第１照明装置１０２を備え、第２照明装置として、赤色光を射出する第２照明装置２００Ｒと、青色光を射出する第２照明装置２００とを備えるため、固体光源で生成された色光をそのまま照明光として用いる方が高光利用効率かつ高輝度な固体光源が存在する赤色光を第２照明装置２００から射出することから、より一層光利用効率を高くしてより一層高輝度化を図ることが可能となる。

なお、実施形態２に係るプロジェクター１００２は、照明装置の構成が実施形態１に係るプロジェクター１０００と異なる以外は、実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様の構成を有するため、実施形態１に係るプロジェクター１０００が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記各実施形態においては、蛍光生成部としていわゆる透過型の蛍光生成部を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図６は、変形例１に係るプロジェクター１００４の光学系を示す平面図である。変形例１に係るプロジェクター１００４は、図６に示すように、青色光を反射し赤色光及び緑色光を通過するダイクロイックミラー７０と、蛍光層５２及び蛍光層５２を担持する反射部材５５を有する蛍光生成部５６と、ダイクロイックミラー７０からの光を集光するとともに蛍光生成部５６からの光を略平行化する集光光学系８０とを備える第１照明装置１０４を備える。蛍光生成部５６は、励起光（青色光）が入射する側と生成した蛍光を射出する側とが同じ側となる、いわゆる反射型の蛍光生成部である。例えば、図６に示すように、いわゆる反射型の蛍光生成部を用いてもよい。

（２）上記実施形態１においては、青色光から赤色光及び緑色光を含む蛍光を生成する蛍光生成部５０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図７は、変形例２に係るプロジェクター１００６の光学系を示す平面図である。変形例２に係るプロジェクター１００６は、図７に示すように、青色光を生成する複数の第１固体光源２４，１６４をそれぞれ有する第１固体光源アレイ２０，１６０と、コリメーターレンズアレイ３０，１７０と、集光光学系４０，１８０と、青色光から緑色光を含む蛍光を生成する蛍光生成部５１と、青色光から赤色光を含む蛍光を生成する蛍光層５３Ｒを有する蛍光生成部５１Ｒと、コリメーター光学系６０，１９０と、赤色光を反射し緑色光を通過するダイクロイックミラー７２とを備える第１照明装置１０６を備える。例えば、図７に示すように、青色光から赤色光を含む蛍光を生成する蛍光生成部及び青色光から緑色光を含む蛍光を生成する蛍光生成部を用いてもよい。

（３）上記各実施形態においては、プリズム部を有するインテグレーターロッドを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図８は、変形例３に係るプロジェクター１００８（符号を図示せず。）の光学系の一部を示す平面図である。変形例３に係るプロジェクター１００８は、第２照明装置２０２以外については実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様の構成を有するため、図８においては、第２照明装置２０２、液晶型光変調装置４００Ｂ及びクロスダイクロイックプリズム５００のみを図示する。符号２７６で示すのは、プリズム部を有さない（つまり、ロッド部のみを有する）インテグレーターロッドである。例えば、図８に示すように、プリズム部を有さないインテグレーターロッドを用いてもよい。

（４）上記各実施形態においては、射出面が液晶光変調装置の近傍に配置されているロッドインテグレーター光学系を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図９は、変形例４に係るプロジェクター１０１０の光学系を示す平面図である。変形例４に係るプロジェクター１０１０は、図９に示すように、第２照明装置として第２照明装置２０２を備え、また、第２照明装置２０２からの青色光を導光する導光光学系３６０をさらに備える。第２照明装置２０２は、変形例３における第２照明装置２０２と同様の構成を有する。導光光学系３６０は、第２照明装置２０２からの青色光の拡がりを抑制する集光光学系３７０及び反射ミラー３８０を備える。例えば、図９に示すように、導光光学系を備えるプロジェクターにおいては、射出面が液晶光変調装置の近傍に配置されていないロッドインテグレーター光学系を用いてもよい。

（５）上記各実施形態においては、反射ミラー２６０と、インテグレーターロッド２７０と、λ／４板２８０と、反射型偏光板２９０とを備えるロッドインテグレーター光学系を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図１０は、変形例５におけるロッドインテグレーター光学系７００の上面図である。変形例５におけるロッドインテグレーター光学系７００は、光を内部で多重反射するインテグレーターロッド７１０と、インテグレーターロッド７１０からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分を反射する偏光分離層７２０と、偏光分離層７２０で反射された他方の直線偏光成分を反射する反射層７３０と、反射層７３０で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換するλ／２板７４０とを有している。つまり、偏光分離層７２０、反射層７３０及びλ／２板７４０は、インテグレーターロッド７１０からの光を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光からなる光として射出する偏光変換素子であるといえる。例えば、図１０に示すようなロッドインテグレーター光学系を用いてもよい。

（６）上記各実施形態においては、ロッドインテグレーター光学系における反射ミラーの集光光学系側において、λ／４板をさらに備えていてもよい。上記各実施形態においては、直線偏光からなる色光を射出する半導体レーザーからなる第２固体光源を用いているため、上記のような構成とすることにより、第２固体光源からの色光の多くを、λ／４板を２回通過させることで直線偏光からなる色光として反射型偏光板に入射させることが可能となり、ロッドインテグレーター光学系における偏光変換効率を向上させることが可能となる。

（７）上記各実施形態においては、所定の位置に固体されている蛍光生成部を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。所定の回転軸の周りを回転可能であり、蛍光生成部における入射領域の位置が蛍光生成部の回転に応じて移動するように構成されている蛍光生成部を用いてもよい。

（８）上記各実施形態においては、入射面が双曲面で、かつ、射出面が平面の非球面平凸レンズからなるコリメーターレンズを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、入射面が平面で、かつ、射出面が楕円面の非球面平凸レンズからなるコリメーターレンズを用いてもよい。また、１枚のレンズからなるコリメーターレンズの代わりに、複数のレンズからなるコリメーターレンズを用いてもよい。要するに、第１固体光源又は第２固体光源に対応して設けられ、対応する固体光源で生成された光を略平行化することが可能なコリメーターレンズを用いればよい。

（９）上記各実施形態においては、入射面が平面で、かつ、射出面が双曲面の非球面平凸レンズからなる集光光学系を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、入射面が楕円面で、かつ、射出面が平面の非球面平凸レンズからなる集光光学系を用いてもよい。また、１枚のレンズからなる集光光学系の代わりに、複数のレンズからなる集光光学系を用いてもよい。要するに、コリメーターレンズアレイからの光を所定の集光位置に集光することが可能な集光光学系を用いればよい。

（１０）上記各実施形態においては、半導体レーザーからなる第１固体光源及び第２固体光源を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、発光ダイオードからなる第１固体光源及び第２固体光源を用いてもよい。

（１１）上記各実施形態においては、透過型のプロジェクターを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を得ることができる。

（１２）上記実施形態１においては、３つの光変調装置を用いたプロジェクターを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。１つ、２つ又は４つ以上の光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。

（１３）本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも可能である。

２０，１６０…第１固体光源アレイ、２２…基板、２４，１６４…第１固体光源、３０，１７０，２３０，２３０Ｒ…コリメーターレンズアレイ、３２，１７２，２３２，２３２Ｒ…コリメーターレンズ、４０，８０，１８０，２４０，２４０Ｒ…集光光学系、５０，５１，５１Ｒ，５６…蛍光生成部、５２，５３，５３Ｒ，５５…蛍光層、５４，５４Ｒ…透明部材、５５…反射部材、６０…集光光学系、７０，７２，３１０…ダイクロイックミラー、８２，３７２…（集光光学系の）第１レンズ、８４，３７４…（集光光学系の）第２レンズ、１００，１０２，１０４，１０６…第１照明装置、１００ａｘ，１０２ａｘ，１０４ａｘ，１０６ａｘ…第１照明光軸、１１０…レンズインテグレーター光学系、１２０…第１レンズアレイ、１２２…第１小レンズ、１３０…第２レンズアレイ、１３２…第２小レンズ、１４０…偏光変換素子、１５０…重畳レンズ、２００，２００Ｒ，２０２…第２照明装置、２２０，２２０Ｒ…第２固体光源アレイ、２２４，２２４Ｒ…第２固体光源、２５０，２５０Ｒ，２５２，７００…ロッドインテグレーター光学系、２６０，２６０Ｒ…（ロッドインテグレーター光学系の）反射ミラー、２６２，２６２Ｒ…反射ミラー本体、２６４，２６４Ｒ…色光導入孔、２７０，２７０Ｒ，２７６，７１０…インテグレーターロッド、２７２，２７２Ｒ…ロッド部、２７４，２７４Ｒ…プリズム部、２８０，２８０Ｒ…λ／４板、２９０，２９０Ｒ…反射型偏光板、３００…色分離導光光学系、３２０，３３０…（色分離導光光学系の）反射ミラー、３５０Ｒ，３５０Ｇ…集光レンズ、３６０…導光光学系、３７０…（導光光学系の）集光光学系、３８０…（導光光学系の）反射ミラー、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶光変調装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写光学系、７２０…偏光分離層、７３０…反射層、７４０…λ／２板、１０００，１００２，１００４，１００６，１０１０…プロジェクター、ＳＣＲ…スクリーン

Claims (9)

1. 照明光を生成する照明装置と、
   前記照明装置からの前記照明光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置からの光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクターであって、
   前記照明装置として、
   励起光を生成する第１固体光源と、前記第１固体光源で生成された前記励起光から蛍光を生成する蛍光生成部と、前記蛍光生成部からの前記蛍光の面内光強度分布を均一化するためのレンズインテグレーター光学系とを備える第１照明装置と、
   特定の色光を生成する第２固体光源と、前記第２固体光源で生成された前記色光の面内光強度分布を均一化するためのロッドインテグレーター光学系とを備える第２照明装置とを備えることを特徴とするプロジェクター。
2. 請求項１に記載のプロジェクターにおいて、
   前記第１照明装置は、前記第１固体光源として複数の第１固体光源を備え、
   前記第２照明装置は、前記第２固体光源として複数の第２固体光源を備えることを特徴とするプロジェクター。
3. 請求項１又は２に記載のプロジェクターにおいて、
   前記第１固体光源及び前記第２固体光源は、半導体レーザーからなることを特徴とするプロジェクター。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
   前記レンズインテグレーター光学系は、前記蛍光として偏光方向が揃った蛍光を射出するように構成され、
   前記ロッドインテグレーター光学系は、前記色光として偏光方向が揃った色光を射出するように構成されることを特徴とするプロジェクター。
5. 請求項４に記載のプロジェクターにおいて、
   前記ロッドインテグレーター光学系は、
   前記色光を内部で多重反射するインテグレーターロッドと、
   前記インテグレーターロッドの入射面に接して配置され、前記第２固体光源からの前記色光を導入する色光導入孔を有する反射ミラーと、
   前記インテグレーターロッドの射出面に接して配置されるλ／４板と、
   前記λ／４板の射出面に接して配置される反射型偏光板とを備えることを特徴とするプロジェクター。
6. 請求項５に記載のプロジェクターにおいて、
   前記第２照明装置は、前記色光を散乱した状態で前記インテグレーターロッドに入射させる散乱手段を備えることを特徴とするプロジェクター。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
   前記第１照明装置として、赤色光及び緑色光の両方を射出する第１照明装置を備え、
   前記第２照明装置として、青色光を射出する第２照明装置を備えることを特徴とするプロジェクター。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
   前記第１照明装置として、緑色光を射出する第１照明装置を備え、
   前記第２照明装置として、赤色光を射出する第２照明装置と、青色光を射出する第２照明装置とを備えることを特徴とするプロジェクター。
9. 請求項７又は８に記載のプロジェクターにおいて、
   前記第１固体光源は、４３０ｎｍ〜４５０ｎｍに強度ピークを有する青色光を生成し、
   前記青色光を射出する第２照明装置における前記第２固体光源は、４５０ｎｍ〜４８０ｎｍに強度ピークを有する青色光を生成することを特徴とするプロジェクター。

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