JP7131120B2 - 照明装置及びプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及びプロジェクターに関するものである。

近年、プロジェクターに用いる光源装置として、青色レーザー光と、青色レーザー光で励起して生成した蛍光とを合成して照明光を生成する技術がある。例えば下記特許文献１には、黄色の蛍光、青色レーザー及び赤色レーザー光を合成して出射する光源装置が開示されている。

特開２０１６－２２４３０４号公報

上記照明装置では、合成ミラーにおいて蛍光を透過させるとともに赤色レーザー光が反射されることで２つの光を同じ方向に射出することで照明光を生成する。
ここで、例えば、蛍光に含まれる赤色成分における合成ミラーの透過率を高くした場合、合成ミラーを透過する赤色レーザー光が増加することで、赤色レーザー光に生じる光損失が増大する。一方、例えば、赤色レーザー光における合成ミラーの反射率を高くした場合、蛍光に含まれる赤色成分の合成ミラーによる反射量が増えることで、蛍光に生じる光損失が増大する。このように上記照明装置では、蛍光の赤色成分及び赤色レーザー光のいずれかに常に損失が生じる。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の照明装置は、青色レーザー発光素子と、所定波長帯の光を射出する赤色レーザー発光素子と、前記青色レーザー発光素子からの光の一部を拡散して反射する拡散反射素子と、前記青色レーザー発光素子からの光の一部により励起されて蛍光を発光する蛍光体と、前記蛍光体の前記青色レーザー発光素子からの光が入射する第１面と反対の第２面に設けられ、前記赤色レーザー発光素子からの光を透過させるバンドパスフィルターと、前記青色レーザー発光素子からの光に対して偏光分離機能を有する偏光分離合成素子と、前記偏光分離合成素子と前記拡散反射素子との間に設けられた第１位相差板と、を備え、前記偏光分離合成素子は、前記青色レーザー発光素子からの光を偏光分離した青色第１偏光成分を前記拡散反射素子に導くとともに、前記青色レーザー発光素子からの光を偏光分離した青色第２偏光成分を前記蛍光体に導き、前記蛍光体から射出された蛍光と、前記蛍光体の前記第２面から入射して前記第１面から射出した前記赤色レーザー発光素子からの光と、前記青色第１偏光成分が前記拡散反射素子および前記第１位相差板を経由して異なる偏光状態に変換された青色拡散光と、を合成して照明光を生成する、ことを特徴とする。

上記態様の照明装置では、前記バンドパスフィルターは、前記赤色レーザー発光素子からの光が入射する入射面側に設けられた第１の拡散層を有する、のが好ましい。

また、本発明の別の態様の照明装置は、青色レーザー発光素子と、所定波長帯の光を射出する赤色レーザー発光素子と、前記青色レーザー発光素子からの光の一部を拡散して反射する拡散反射素子と、前記青色レーザー発光素子からの光の一部により励起されて蛍光を発光する蛍光体と、前記蛍光体の前記青色レーザー発光素子からの光が入射する第１面と反対の第２面に設けられ、前記赤色レーザー発光素子からの光を透過させる開口を有する反射膜と、前記青色レーザー発光素子からの光に対して偏光分離機能を有する偏光分離合成素子と、前記偏光分離合成素子と前記拡散反射素子との間に設けられた第１位相差板と、を備え、前記偏光分離合成素子は、前記青色レーザー発光素子からの光を偏光分離した青色第１偏光成分を前記拡散反射素子に導くとともに、前記青色レーザー発光素子からの光を偏光分離した青色第２偏光成分を前記蛍光体に導き、前記蛍光体から射出された前記蛍光と、前記赤色レーザー発光素子からの光が前記開口を介して前記蛍光体の前記第２面から入射して前記第１面から射出することで拡散された赤色拡散光と、前記青色第１偏光成分が前記拡散反射素子および前記第１位相差板を経由して異なる偏光状態に変換された青色拡散光と、を合成して照明光を生成する、ことを特徴とする。

上記態様の照明装置では、前記反射膜の前記開口に設けられた第２の拡散層をさらに備える、のが好ましい。

上記態様の照明装置では、前記拡散反射素子と前記偏光分離合成素子との間に配置されるピックアップ光学系と、前記赤色レーザー発光素子と前記蛍光体との間に配置される集光光学系と、をさらに備え、前記ピックアップ光学系及び前記集光光学系は、同一のレンズ構成を有する、のが好ましい。

上記態様の照明装置では、前記蛍光体は、前記赤色レーザー発光素子からの光を拡散させる、のが好ましい。

上記態様の照明装置では、前記偏光分離合成素子と前記青色レーザー発光素子との間に回転可能に配置された第２位相差板をさらに備える、のが好ましい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、上記態様に係る照明装置と、前記照明装置からの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、を備えることを特徴とする。

実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 照明装置の概略構成を示す図である。 偏光ビームスプリッターの分光透過率特性を示す図である。 バンドパスフィルターの分光透過率特性を示す図である。 実施形態に係る蛍光発光素子の構成を示す断面図である。 第二実施形態の変形例に係る蛍光発光素子の構成を示す断面図である。 第二実施形態の変形例に係る蛍光発光素子の構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
（第一実施形態）
図１は本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーン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、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。

本実施形態の照明装置２は、色分離光学系３に向けて白色の照明光ＷＬを射出する。色分離光学系３は、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ（例えば、波長帯が６００ｎｍ～７００ｎｍの光）と、緑色光ＬＧ（例えば、波長帯が５００ｎｍ～６００ｎｍの光）と、青色光ＬＢ（例えば、波長帯が４４０ｎｍ～４７０ｎｍの光）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は青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂと第２の全反射ミラー８ｂとの間に配置されている。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と第３の全反射ミラー８ｃとの間に配置されている。

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。以下、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂを単に光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂと称すことにする。

また、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，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，４Ｇ，４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれをテレセントリック化する。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，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、照明装置２について説明する。図２は照明装置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、青色アレイ光源２１と、第１コリメーター光学系２２と、ホモジナイザー光学系２３と、第２位相差板２８ａと、偏光ビームスプリッター（偏光分離合成素子）２５と、第１のピックアップ光学系（ピックアップ光学系）２９と、第１位相差板２８ｂと、拡散反射素子３０と、第２のピックアップ光学系２６と、蛍光発光素子２７と、赤色補助光源４０と、第２コリメーター光学系４１と、アフォーカル光学系４２と、集光光学系４３と、フライアイインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

青色アレイ光源２１と、第１コリメーター光学系２２と、ホモジナイザー光学系２３と、第２位相差板２８ａと、偏光ビームスプリッター２５と、第１位相差板２８ｂと、第１のピックアップ光学系２９と、拡散反射素子３０とは、青色アレイ光源２１の光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。

また、赤色補助光源４０と、第２コリメーター光学系４１と、アフォーカル光学系４２と、集光光学系４３と、蛍光発光素子２７と、第２のピックアップ光学系２６と、偏光ビームスプリッター２５と、フライアイインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とは、照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と照明光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。

青色アレイ光源２１は複数の青色レーザー発光素子２１ａを備える。複数の青色レーザー発光素子２１ａは光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ状に並んで配置されている。青色レーザー発光素子２１ａは、例えば青色の光線ＢＬ（例えば波長帯が４４０ｎｍ～４７０ｎｍの青色レーザー光）を射出する。

青色アレイ光源２１から射出された光線ＢＬは、第１コリメーター光学系２２に入射する。第１コリメーター光学系２２は、青色アレイ光源２１から射出された光線ＢＬを平行光に変換する。第１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、複数の青色レーザー発光素子２１ａに対応して配置される。

第１コリメーター光学系２２を通過した光線ＢＬは、ホモジナイザー光学系２３に入射する。ホモジナイザー光学系２３は、マルチレンズ２３ａ、２３ｂを有する。ホモジナイザー光学系２３は、第２のピックアップ光学系２６と協同して被照明領域（蛍光体３４）における照度分布を均一化する。また、ホモジナイザー光学系２３は、第１のピックアップ光学系２９と協同して被照明領域（拡散反射素子３０）における照度分布を均一化する。

ホモジナイザー光学系２３を透過した光線ＢＬは第２位相差板２８ａに入射する。第２位相差板２８ａは、例えば回転可能に配置された１／２波長板である。青色レーザー発光素子２１ａから射出された光線ＢＬは直線偏光である。第２位相差板２８ａの回転角度を適切に設定することにより、第２位相差板２８ａを透過する光線ＢＬを、後述する偏光ビームスプリッター２５に対するＳ偏光とＰ偏光とを所定の比率で含む光線とすることができる。第２位相差板２８ａを回転させることにより、Ｓ偏光とＰ偏光との比率を変化させることができる。

第２位相差板２８ａを通過することで生成されたＳ偏光とＰ偏光とを含む光線ＢＬは偏光ビームスプリッター２５に入射する。偏光ビームスプリッター２５は、光軸ａｘ１及び照明光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置される。

ところで、本実施形態の照明装置２は、赤色補助光源４０から射出した光によって照明光ＷＬの赤色成分（赤色光ＬＲ）を補うようにしている。これにより、プロジェクター１における表示画像の赤色成分を補うことで最適なホワイトバランスを有する白色光を表示可能となる。赤色補助光源４０は赤色レーザー発光素子４０ａを複数有する。なお、赤色レーザー発光素子４０ａの数は特に限定されない。

本実施形態において、赤色レーザー発光素子４０ａは所定波長帯の光として赤色補助光線ＲＬを射出する。具体的に、赤色補助光線ＲＬは、例えば６３５～６４５ｎｍにピーク波長をもつレーザー光である。

図３は偏光ビームスプリッターの分光透過率特性を示す図である。図３において、縦軸は偏光ビームスプリッターの透過率に相当し、横軸は偏光ビームスプリッターに入射する光の波長に相当する。また、図３において、Ｐ偏光における透過率特性を実線で示し、Ｓ偏光における透過率特性を破線で示した。なお、図３において、波長λＢ０は光線ＢＬの波長より長く、蛍光ＹＬの帯域の最短波長より短い波長である。

図３に示すように、偏光ビームスプリッター２５において、Ｐ偏光は可視域全域にわたって９０％以上の高い透過率である。偏光ビームスプリッター２５において、Ｓ偏光はλＢ以下の短波長域で透過率がゼロないしは略ゼロである。

本実施形態において、偏光ビームスプリッター２５は、青色レーザー発光素子２１ａからの光線ＢＬを、偏光ビームスプリッター２５に対するＳ偏光の光線ＢＬｓ（青色第２偏光成分）とＰ偏光の光線ＢＬｐ（青色第１偏光成分）とに分離する偏光分離機能を有する。これにより、Ｐ偏光の光線ＢＬｐは偏光ビームスプリッター２５を透過して拡散反射素子３０に向かい、Ｓ偏光の光線ＢＬｓは偏光ビームスプリッター２５で反射されて蛍光発光素子２７に向かう。

偏光ビームスプリッター２５を透過して拡散反射素子３０に向かうＰ偏光の光線ＢＬｐは、第１位相差板２８ｂに入射する。第１位相差板２８ｂは、偏光ビームスプリッター２５と拡散反射素子３０との間の光路中に配置された１／４波長板から構成される。第１位相差板２８ｂは、青色レーザー発光素子２１ａからの光線ＢＬに対して１／４波長の位相差を付与するように設定されている。

したがって、Ｐ偏光の光線ＢＬｐは、この第１位相差板２８ｂによって、例えば、右回り円偏光の青色光線ＢＬｃ１に変換された後、第１のピックアップ光学系２９に入射する。第１のピックアップ光学系２９は、例えば２枚のレンズ２９ａ、２９ｂから構成される。ホモジナイザー光学系２３及び第１のピックアップ光学系２９を経由した青色光線ＢＬｃ１は、拡散反射素子３０に対して照度分布が均一化された状態で入射する。

拡散反射素子３０は、偏光ビームスプリッター２５における蛍光体３４の反対側に配置され、第１のピックアップ光学系２９から射出された青色光線ＢＬｃ１を偏光ビームスプリッター２５に向けて拡散反射させる。

本実施形態によれば、青色光線ＢＬｃ１を拡散反射させることで略均一な照度分布の青色拡散光ＢＬｃ２が得られる。例えば、右回り円偏光の青色光線ＢＬｃ１は左回り円偏光の青色拡散光ＢＬｃ２として反射される。青色拡散光ＢＬｃ２は第１のピックアップ光学系２９によって平行光に変換された後に再び第１位相差板２８ｂに入射する。

左回り円偏光の青色拡散光ＢＬｃ２は、第１位相差板２８ｂによってＳ偏光の青色拡散光ＢＬｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色拡散光ＢＬｓ１は、偏光ビームスプリッター２５によってフライアイインテグレーター３１に向けて反射される。

一方、偏光ビームスプリッター２５で反射されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第２のピックアップ光学系２６に入射する。第２のピックアップ光学系２６は、光線ＢＬｓ及びを蛍光体３４に向けて集光させる。

本実施形態において、第２のピックアップ光学系２６は、例えばレンズ２６ａ、２６ｂから構成される。ホモジナイザー光学系２３及び第２のピックアップ光学系２６を経由した光線ＢＬｓは、蛍光発光素子２７の被照明領域に対して照度分布が均一化された状態で入射する。蛍光発光素子２７は、蛍光体３４とバンドパスフィルター３５とを有している。

蛍光体３４は、光線ＢＬｓを吸収して励起される。この光線ＢＬｓにより励起された蛍光体は、例えば波長帯が５００～７００ｎｍの黄色の蛍光ＹＬを射出する。本実施形態の蛍光体３４は、例えば、バインダー内に蛍光体粒子及び散乱体を分散することで構成される。なお、蛍光体３４の側面には、蛍光ＹＬを反射する反射膜（不図示）が設けられている。

バンドパスフィルター３５は、蛍光体３４における光線ＢＬｓが入射する上面（第１面）３４ａと反対の下面（第２面）３４ｂに設けられている。バンドパスフィルター３５は、赤色レーザー発光素子４０ａから射出された赤色補助光線ＲＬを透過させる光学特性を有する。

図４はバンドパスフィルターの分光透過率特性を示す図である。図４において、縦軸はバンドパスフィルターの透過率に相当し、横軸はバンドパスフィルターに入射する光の波長に相当する。図４において、波長λＲ１は赤色補助光線ＲＬの所定波長帯の最短波長と同等もしくは僅かに短く、波長λＲ２は赤色補助光線ＲＬの所定波長帯の最長波長と同等もしくは僅かに長い。なお、波長λＲ１および波長λＲ２間の帯域は５０ｎｍ以下に設定するのが好ましく、赤色補助光線ＲＬの波長帯（６３５ｎｍ～６４５ｎｍ）と概ね一致させるのがより望ましい。

図４に示すように、バンドパスフィルター３５において、波長λＲ１および波長λＲ２間の帯域は９０％以上の高い透過率であり、それ以外の帯域では透過率がゼロないしは略ゼロである。そのため、後述する赤色レーザー発光素子４０ａからの光（赤色補助光線ＲＬ）はバンドパスフィルター３５を透過する。

ここで、赤色レーザー発光素子４０ａから射出された赤色補助光線ＲＬは、第２コリメーター光学系４１に入射する。第２コリメーター光学系４１は、赤色レーザー発光素子４０ａから射出された赤色補助光線ＲＬを平行光に変換する。第２コリメーター光学系４１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４１ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の赤色レーザー発光素子４０ａに対応して配置される。

第２コリメーター光学系４１を通過した複数の赤色補助光線ＲＬは、アフォーカル光学系４２にそれぞれ入射する。アフォーカル光学系４２は、凸レンズ４２ａ及び凹レンズ４２ｂから構成され、複数の赤色補助光線ＲＬを含む光線束の光束径を縮小する。

アフォーカル光学系４２を透過することで光束径が縮小した複数の赤色補助光線ＲＬを含む光線束は集光光学系４３に入射する。集光光学系４３により赤色補助光線ＲＬは蛍光発光素子２７に集光された状態で入射する。集光光学系４３は、例えば２枚のレンズ４３ａ、４３ｂから構成される。

赤色補助光線ＲＬはバンドパスフィルター３５を透過して蛍光体３４の下面３４ｂから蛍光体３４内に入射する。蛍光体３４に入射した赤色補助光線ＲＬは、蛍光体３４に含まれる散乱体によって拡散されながら内部を伝播した後、上面３４ａから射出される。これにより、赤色補助光線ＲＬは、蛍光体３４を透過することで赤色拡散光ＲＬ１として射出される。すなわち、本実施形態において、蛍光体３４は赤色補助光線ＲＬに対して拡散板として機能する。

本実施形態のバンドパスフィルター３５は、図２に示すように、赤色補助光線ＲＬが入射する入射側に拡散層（第１の拡散層）３６を有する。この構成によれば、赤色補助光線ＲＬはバンドパスフィルター３５を透過した際に拡散されるようになる。本実施形態の蛍光発光素子２７によれば、拡散層３６による拡散作用及び蛍光体３４による拡散作用によって赤色補助光線ＲＬを十分に拡散させることができる。よって、蛍光発光素子２７から射出された赤色拡散光ＲＬ１の発光分布を蛍光ＹＬの発光分布に近づけることができる。

また、本実施形態において、集光光学系４３は、第１のピックアップ光学系２９と同一のレンズ構成を有する。ここで、同一のレンズ構成とは、同じレンズ形状、レンズの枚数が同じことをいう。すなわち、集光光学系４３を構成する２枚のレンズ４３ａ，４３ｂは、第１のピックアップ光学系２９を構成する２枚のレンズ２９ａ，２９ｂとそれぞれ同じである。

この構成によれば、集光光学系４３における光の集光度と第１のピックアップ光学系２９における光の集光度とが等しくなる。そのため、集光光学系４３によって蛍光発光素子２７に集光された状態で入射する赤色補助光線ＲＬの入射角度と、第１のピックアップ光学系２９によって拡散反射素子３０に集光された状態で入射する赤色補助光線ＲＬの入射角度とは概ね等しい。拡散光の拡散度合いは、拡散部材に対する光の入射角に概ね依存する。したがって、蛍光発光素子２７から射出された赤色拡散光ＲＬ１の拡散度合いと、拡散反射素子３０から射出された青色拡散光ＢＬｓ１の拡散度合いとは概ね等しくなる。

蛍光発光素子２７から射出された赤色拡散光ＲＬ１は第２のピックアップ光学系２６で平行光に変換された後、偏光ビームスプリッター２５に入射する。

蛍光ＹＬは蛍光体３４内の全方位に放射されるため、一部の蛍光ＹＬはバンドパスフィルター３５を介さずに蛍光体３４の上面３４ａから直接射出される。また、他の残りの一部の蛍光ＹＬは蛍光体３４の下面３４ｂに設けられたバンドパスフィルター３５に入射する。

蛍光ＹＬは緑色蛍光ＫＧ及び赤色蛍光ＫＲを含む。蛍光ＹＬのうち赤色蛍光ＫＲの波長帯は、赤色補助光源４０から射出された赤色補助光線ＲＬの波長帯（６３５ｎｍ～６４５ｎｍ）を含む。上述のようにバンドパスフィルター３５は赤色補助光線ＲＬを透過する。そのため、バンドパスフィルター３５は、赤色蛍光ＫＲのうち赤色補助光線ＲＬの所定波長帯に対応する赤色成分も透過する。ここで、所定波長帯に対応する赤色成分とは図４に示した波長λＲ１および波長λＲ２間の帯域の成分に相当する。バンドパスフィルター３５を透過した成分は不図示の遮光部材で遮光されるため、後述の照明光ＷＬとして利用されない。すなわち、バンドパスフィルター３５を透過した成分は光損失となるが、この成分は狭帯域であって蛍光ＹＬ全体に占める割合は僅かであるので、照明装置２全体で考えた場合、蛍光ＹＬの赤色成分の光損失は十分少ないと言える。バンドパスフィルター３５を透過した成分による損失は赤色補助光源４０から射出される赤色補助光線ＲＬによって補償可能である。

なお、図３に示した波長λＲ１および波長λＲ２間の帯域は赤色補助光線ＲＬの波長帯と完全に一致させるのが望ましい。このようにすれば、照明光として利用できない赤色成分を最小限に抑えることができる。

また、波長λＲ１および波長λＲ２の帯域と異なる波長帯の蛍光ＹＬは概ねバンドパスフィルター３５で反射され、蛍光体３４の上面３４ａから外部へと射出される。このようにして、蛍光ＹＬが蛍光体３４から第２のピックアップ光学系２６に向けて射出される。蛍光ＹＬは第２のピックアップ光学系２６にピックアップされることで平行化されて、偏光ビームスプリッター２５に入射する。

本実施形態において、図３に示したように、偏光ビームスプリッター２５は蛍光ＹＬ及び赤色拡散光ＲＬ１を偏光状態によらず透過させる特性を有する。そのため、偏光ビームスプリッター２５は、拡散反射素子３０で拡散された青色拡散光ＢＬｓ１と、蛍光発光素子２７を透過した赤色拡散光ＲＬ１と、蛍光ＹＬとを一方向（フライアイインテグレーター３１に向かう方向）に射出する。

これにより、本実施形態の偏光ビームスプリッター２５は、青色拡散光ＢＬｓ１と、赤色拡散光ＲＬ１と、蛍光ＹＬとを合成して照明光ＷＬを生成する。本実施形態において、赤色拡散光ＲＬ１は赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬの全光束（１００％）に相当する。

照明光ＷＬは、フライアイインテグレーター３１に向けて射出される。フライアイインテグレーター３１は、第１マルチレンズ３１ａと第２マルチレンズ３１ｂとを有する。第１マルチレンズ３１ａは照明光ＷＬを複数の部分光線束に分割するための複数の第１小レンズ３１ａｍを有する。

第１マルチレンズ３１ａのレンズ面（第１小レンズ３１ａｍの表面）と光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域とは互いに共役となっている。そのため、第１小レンズ３１ａｍ各々の形状は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の形状と略相似形（矩形状）となっている。これにより、第１マルチレンズ３１ａから射出された部分光束各々が光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ効率良く入射する。

第２マルチレンズ３１ｂは、第１マルチレンズ３１ａの複数の第１小レンズ３１ａｍに対応する複数の第２小レンズ３１ｂｍを有する。第２マルチレンズ３１ｂは、重畳レンズ３３とともに、第１マルチレンズ３１ａの各第１小レンズ３１ａｍの像を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域の近傍に結像させる。

フライアイインテグレーター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（１／２位相差板）とをアレイ状に並べて構成される。偏光変換素子３２は、照明光ＷＬの偏光方向を所定方向に変換する。より具体的に、偏光変換素子３２は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの光入射側に配置された偏光板（不図示）の透過軸の方向に照明光ＷＬの偏光方向を対応させる。これにより、上述のように照明光ＷＬを分離して得られる赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの偏光方向は、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射側偏光板の透過軸方向に対応する。よって、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢは入射側偏光板でそれぞれ遮光されることなく、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ良好に導かれる。

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３に入射する。重畳レンズ３３はフライアイインテグレーター３１と協同して、被照明領域における照明光ＷＬによる照度分布を均一化する。

以上のように、本実施形態の照明装置２では、赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬをバンドパスフィルター３５によって蛍光体３４内を透過させることで照明光ＷＬとして利用することができる。よって、赤色光ＬＲを効率良くアシストすることで最適なホワイトバランスを有する照明光ＷＬを生成できる。

また、本実施形態の照明装置２では、赤色補助光源４０から射出する赤色補助光線ＲＬの出力を調整することで、照明光ＷＬの赤色成分（赤色光ＬＲ）のアシスト量を任意に制御できる。よって、所望の色味の赤色光ＬＲを効率良く生成できる。よって、アシスト量を制御することで赤色成分の不足が補われるので、照明光ＷＬとして適正なホワイトバランスを有する光を得ることができる。

また、本実施形態の照明装置２では、バンドパスフィルター３５における蛍光ＹＬの光損失（赤色補助光線ＲＬの所定波長帯に対応する赤色成分）が小さく抑えられるので、該光損失を補償する際の赤色補助光線ＲＬの出力が小さくて済む。よって、照明光ＷＬの赤色成分を効率良くアシストできる。

また、本実施形態の照明装置２では、青色レーザー発光素子２１ａからの光線ＢＬと赤色レーザー発光素子４０ａからの赤色補助光線ＲＬを蛍光発光素子２７で拡散させることができるので、専用の拡散素子が不要となって低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態の照明装置２では、バンドパスフィルター３５が拡散層３６を有するので、拡散層３６の拡散作用によって赤色補助光線ＲＬの拡散特性を向上させることができる。よって、蛍光発光素子２７から射出される赤色拡散光ＲＬ１の発光分布を蛍光ＹＬの発光分布に近づけることができる。

また、本実施形態の照明装置２では、集光光学系４３及び第１のピックアップ光学系２９が同一のレンズ構成を有するので、赤色拡散光ＲＬ１の拡散度合いと青色拡散光ＢＬｓ１の拡散度合いとを概ね等しくできる。よって、概ね等しい拡散度合いを持ち、蛍光ＹＬに近い発光分布を持つ赤色拡散光ＲＬ１及び青色拡散光ＢＬｓ１と蛍光ＹＬとを合成した照明光ＷＬは色ムラが低減されたものとなる。

また、本実施形態の照明装置２によれば、第２位相差板２８ａを回転させることで、Ｓ偏光（光線ＢＬｓ）とＰ偏光（光線ＢＬｐ）との比率を変化させて、蛍光ＹＬと青色拡散光ＢＬｓ１との比率を調整できる。よって、仮に蛍光体３４の厚みにばらつきが生じて蛍光ＹＬの発光量がばらついた場合でも、励起光として用いる光線ＢＬｓの割合を調整することで照明光ＷＬの色バランス（ホワイトバランス）を所望の色味に調整できる。

また、本実施形態の照明装置２では、励起光（光線ＢＬｓ）及び赤色補助光線ＲＬが蛍光体３４に入射する方向を互いに逆向きに設定している。これにより、励起光（光線ＢＬｓ）の光路と赤色補助光線ＲＬの光路とを分離できるので、光線ＢＬｓ及び赤色補助光線ＲＬの光路を分離しないで蛍光体３４の同じ方向から入射させる構成に比べてレンズなどの光学部品が小型化され、照明装置の大型化を回避できる。

また、本実施形態のプロジェクター１によれば、上記照明装置２を備えるので、赤色光ＬＲが十分に補われることで、最適なホワイトバランスを有する白色光を生成することが可能となる。よって、良質な画像を表示することができる。

（第二実施形態）
続いて、本発明の第二実施形態に係る照明装置について説明する。本実施形態と上記実施形態は蛍光発光素子の構成のみ異なっており、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では、蛍光発光素子の構成を主体に説明し、上記実施形態と共通の部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図５は本実施形態に係る蛍光発光素子の構成を示す断面図である。図５に示すように、本実施形態の蛍光発光素子１２７は、蛍光体３４と反射ミラー（反射膜）３７とを有している。反射ミラー３７は、赤色レーザー発光素子４０ａからの赤色補助光線ＲＬを透過させる開口３７ａを有する。

本実施形態において、開口３７ａは、集光光学系４３による赤色補助光線ＲＬの集光位置に対応して設けられる。開口３７ａの開口サイズは、赤色補助光線ＲＬにおける集光スポットサイズと同様若しくは僅かに大きい。そのため、赤色補助光線ＲＬは開口３７ａで遮光されることなく、開口３７ａを介して蛍光体３４に効率良く入射する。赤色補助光線ＲＬは開口３７ａを透過して蛍光体３４の下面３４ｂから蛍光体３４内に入射する。蛍光体３４に入射した赤色補助光線ＲＬは、蛍光体３４に含まれる散乱体によって拡散されながら内部を伝播した後、上面３４ａから射出される。これにより、赤色補助光線ＲＬは、蛍光体３４を透過することで赤色拡散光ＲＬ１として射出される。

本実施形態において、蛍光発光素子１２７は、反射ミラー３７の開口３７ａに設けられた拡散層（第２の拡散層）３８を有する。赤色補助光線ＲＬは開口３７ａを透過する際、拡散層３８により拡散される。本実施形態の蛍光発光素子１２７によれば、拡散層３８による拡散作用及び蛍光体３４による拡散作用によって赤色補助光線ＲＬを十分に拡散させることができる。よって、蛍光発光素子１２７から射出された赤色拡散光ＲＬ１の発光分布を蛍光ＹＬの発光分布に近づけることができる。

蛍光ＹＬは蛍光体３４内の全方位に放射されるため、一部の蛍光ＹＬは反射ミラー３７を介さずに蛍光体３４の上面３４ａから直接射出される。また、他の残りの一部の蛍光ＹＬは蛍光体３４の内部に設けられた反射膜（不図示）或いは下面３４ｂに設けられた反射ミラー３７で反射されて蛍光体３４の上面３４ａから外部に射出される。なお、蛍光体３４の下面３４ｂに放射された蛍光ＹＬのうち反射ミラー３７の開口３７ａに到達した成分は、蛍光発光素子１２７の外部に射出されるため、照明光ＷＬとして利用されない。すなわち、開口３７ａを透過した成分は光損失となる。

本実施形態では、上述のように開口３７ａの開口サイズを赤色補助光線ＲＬにおける集光スポットサイズと同程度に設定するため、開口３７ａによる光損失が蛍光ＹＬ全体に占める割合は僅かとなる。そのため、照明装置２全体で考えた場合、蛍光ＹＬの光損失は十分少ない。

本実施形態の蛍光発光素子１２７によれば、赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬを反射ミラー３７の開口３７ａを介して蛍光体３４内を透過させることで照明光ＷＬとして利用することができる。よって、赤色光ＬＲを効率良くアシストすることで最適なホワイトバランスを有する照明光ＷＬを生成できる。

また、本実施形態の蛍光発光素子１２７によれば、蛍光体３４の下面３４ｂに開口３７ａを有する反射ミラー３７を設けることで構成できるため、バンドパスフィルター３５を用いた蛍光発光素子２７に比べて簡便に製造することができる。よって、製造コストを低減できる。

また、本実施形態の蛍光発光素子１２７によれば、反射ミラー３７の開口３７ａに拡散層３８が設けられるので、拡散層３８の拡散作用によって赤色補助光線ＲＬの拡散特性を向上させることができる。

（変形例）
本実施形態の蛍光発光素子１２７は、励起光を照射する蛍光体が動かない、いわゆる固定方式のものを説明したが、励起光を照射する蛍光体が回転する、いわゆる回転方式のものであってもよい。

図６は第二実施形態の変形例に係る蛍光発光素子の構成を示す断面図である。図７は第二実施形態の変形例に係る蛍光発光素子の構成を示す平面図である。なお、図７は蛍光発光素子を底面側から視た平面図である。
図６及び図７に示すように、本変形例の蛍光発光素子１２７Ａは、モーター５１により回転する円板状からなる透光性を有する基板５２と、基板５２の上面５２ａにリング状に設けられる蛍光体１３４と、基板５２の下面５２ｂに設けられる反射ミラー（反射膜）１３７とを有している。

反射ミラー１３７は、蛍光体１３４と同様にリング状からなり、蛍光体１３４の外形よりも大きい。また、反射ミラー１３７は、赤色レーザー発光素子４０ａからの赤色補助光線ＲＬを透過させる開口１３７ａを有する。

開口１３７ａは、集光光学系４３による赤色補助光線ＲＬの集光位置に対応して設けられる。具体的に、開口１３７ａは、蛍光体１３４の径方向における中央に設けられたリング状の孔である。開口１３７ａにおける径方向の開口幅は、赤色補助光線ＲＬにおける集光スポットサイズと同様若しくは僅かに大きい。この構成に基づき、蛍光発光素子１２７Ａの所定位置に集光された赤色補助光線ＲＬは、基板５２の回転に伴って反射ミラー１３７が周方向に移動した場合でも、赤色補助光線ＲＬは開口１３７ａを介して蛍光体３４に効率良く入射することができる。

したがって、本変形例の蛍光発光素子１２７Ａにおいても、赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬを反射ミラー１３７の開口１３７ａを介して蛍光体３４内を透過させることで照明光ＷＬとして利用することができる。よって、赤色光ＬＲを効率良くアシストすることで最適なホワイトバランスを有する照明光ＷＬを生成できる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態において、偏光ビームスプリッター２５に対する拡散反射素子３０と蛍光発光素子２７との位置を入れ替えてもよい。すなわち、偏光ビームスプリッター２５で反射したＳ偏光の光線ＢＬｓ（青色第２偏光成分）を拡散反射素子３０に入射させ、偏光ビームスプリッター２５を透過したＰ偏光の光線ＢＬｐ（青色第１偏光成分）を励起光として蛍光発光素子２７に入射させる構成としてもよい。この場合、光軸ａｘ１上に配置された赤色レーザー発光素子４０ａは、赤色補助光線ＲＬとして、偏光ビームスプリッター２５において偏光分離される光線ＢＬのＳ偏光（光線ＢＬｓ）と同じ偏光方向を持つ光を蛍光発光素子２７に向けて射出する。

また、上記実施形態において、赤色補助光源４０と集光光学系４３との間にホモジナイザー光学系を配置してもよい。この構成によれば、拡散反射素子３０上における赤色補助光線ＲＬの照度分布の均一性を向上できる。

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…プロジェクター、２…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、２１ａ…青色レーザー発光素子、２５…偏光ビームスプリッター（偏光分離合成素子）、２９ａ，２９ｂ，４３ａ，４３ｂ…レンズ、２８ａ…第２位相差板、２８ｂ…第１位相差板、２９…第１のピックアップ光学系（ピックアップ光学系）、３０…拡散反射素子、３４，３７，１３４…蛍光体、３５…バンドパスフィルター、３６，３８…拡散層、３６…拡散層（第１の拡散層）、３７，１３７…反射ミラー（反射膜）、３７ａ，１３７ａ…開口、３８…拡散層（第２の拡散層）、４０ａ…赤色レーザー発光素子、４３…集光光学系、ＢＬｃ２，ＢＬｓ１…青色拡散光、ＲＬ１…赤色拡散光、ＷＬ…照明光、ＹＬ…蛍光、λＢ，λＲ１，λＲ２…波長。

Claims (8)

1. 青色レーザー発光素子と、
   所定波長帯の光を射出する赤色レーザー発光素子と、
   前記青色レーザー発光素子からの光の一部を拡散して反射する拡散反射素子と、
   前記青色レーザー発光素子からの光の一部により励起されて蛍光を発光する蛍光体と、
   前記蛍光体の前記青色レーザー発光素子からの光が入射する第１面と反対の第２面に設けられ、前記赤色レーザー発光素子からの光を透過させるバンドパスフィルターと、
   前記青色レーザー発光素子からの光に対して偏光分離機能を有する偏光分離合成素子と、
   前記偏光分離合成素子と前記拡散反射素子との間に設けられた第１位相差板と、を備え、
   前記偏光分離合成素子は、
   前記青色レーザー発光素子からの光を偏光分離した青色第１偏光成分を前記拡散反射素子に導くとともに、前記青色レーザー発光素子からの光を偏光分離した青色第２偏光成分を前記蛍光体に導き、
   前記蛍光体から射出された前記蛍光と、
   前記蛍光体の前記第２面から入射して前記第１面から射出した前記赤色レーザー発光素子からの光と、前記青色第１偏光成分が前記拡散反射素子および前記第１位相差板を経由して異なる偏光状態に変換された青色拡散光と、を合成して照明光を生成し、
   前記バンドパスフィルターは、前記赤色レーザー発光素子からの光が入射する入射面側に設けられた第１の拡散層を有する、
   照明装置。
2. 青色レーザー発光素子と、
   所定波長帯の光を射出する赤色レーザー発光素子と、
   前記青色レーザー発光素子からの光の一部を拡散して反射する拡散反射素子と、
   前記青色レーザー発光素子からの光の一部により励起されて蛍光を発光する蛍光体と、
   前記蛍光体の前記青色レーザー発光素子からの光が入射する第１面と反対の第２面に設けられ、前記赤色レーザー発光素子からの光を透過させる開口を有する反射膜と、
   前記青色レーザー発光素子からの光に対して偏光分離機能を有する偏光分離合成素子と、
   前記偏光分離合成素子と前記拡散反射素子との間に設けられた第１位相差板と、を備え、
   前記偏光分離合成素子は、
   前記青色レーザー発光素子からの光を偏光分離した青色第１偏光成分を前記拡散反射素子に導くとともに、前記青色レーザー発光素子からの光を偏光分離した青色第２偏光成分を前記蛍光体に導き、
   前記蛍光体から射出された前記蛍光と、
   前記赤色レーザー発光素子からの光が前記開口を介して前記蛍光体の前記第２面から入射して前記第１面から射出することで拡散された赤色拡散光と、前記青色第１偏光成分が前記拡散反射素子および前記第１位相差板を経由して異なる偏光状態に変換された青色拡散光と、を合成して照明光を生成する、
   照明装置。
3. 前記反射膜の前記開口に設けられた第２の拡散層をさらに備える、
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記拡散反射素子と前記偏光分離合成素子との間に配置されるピックアップ光学系と、前記赤色レーザー発光素子と前記蛍光体との間に配置される集光光学系と、をさらに備え、
   前記ピックアップ光学系及び前記集光光学系は、同一のレンズ構成を有する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 青色レーザー発光素子と、
   所定波長帯の光を射出する赤色レーザー発光素子と、
   前記青色レーザー発光素子からの光の一部を拡散して反射する拡散反射素子と、
   前記青色レーザー発光素子からの光の一部により励起されて蛍光を発光する蛍光体と、
   前記蛍光体の前記青色レーザー発光素子からの光が入射する第１面と反対の第２面に設けられ、前記赤色レーザー発光素子からの光を透過させるバンドパスフィルターと、
   前記青色レーザー発光素子からの光に対して偏光分離機能を有する偏光分離合成素子と、
   前記偏光分離合成素子と前記拡散反射素子との間に設けられた第１位相差板と、
   前記拡散反射素子と前記偏光分離合成素子との間に配置されるピックアップ光学系と、
   前記赤色レーザー発光素子と前記蛍光体との間に配置される集光光学系と、を備え、
   前記偏光分離合成素子は、
   前記青色レーザー発光素子からの光を偏光分離した青色第１偏光成分を前記拡散反射素子に導くとともに、前記青色レーザー発光素子からの光を偏光分離した青色第２偏光成分を前記蛍光体に導き、
   前記蛍光体から射出された前記蛍光と、
   前記蛍光体の前記第２面から入射して前記第１面から射出した前記赤色レーザー発光素子からの光と、前記青色第１偏光成分が前記拡散反射素子および前記第１位相差板を経由して異なる偏光状態に変換された青色拡散光と、を合成して照明光を生成し、
   前記ピックアップ光学系及び前記集光光学系は、同一のレンズ構成を有する、
   照明装置。
6. 前記蛍光体は、前記赤色レーザー発光素子からの光を拡散させる、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記偏光分離合成素子と前記青色レーザー発光素子との間に回転可能に配置された第２位相差板をさらに備える、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明装置と、
   前記照明装置からの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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