JP2011128482A - 照明装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】光源の寿命を短くすることなく高輝度化することが可能な照明装置を提供する。
【解決手段】主励起光を射出する第１光源と、主励起光を蛍光に変換して射出する蛍光層とを有する第１光源装置２０と、副励起光を射出する第２光源を有する第２光源装置５０と、第１光源装置の光路上に配置され、励起光反射部と励起光通過部とを有する励起光反射ミラー４０とを備え、副励起光が励起光通過部を介して蛍光層に入射するように構成され、蛍光層２６は、副励起光を蛍光に変換して射出するように構成されていることを特徴とする照明装置１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置及びプロジェクターに関する。

従来、励起光を射出する光源と、励起光を蛍光に変換して射出する蛍光層とを有する光源装置を備える照明装置が知られている。また、このような照明装置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。）。

従来の照明装置によれば、特定の色光しか得られない光源（特に、発光ダイオードその他の固体光源）を用いても、光源から射出される光を蛍光層で変換することによって様々な色光を得ることが可能となる。

特開２００５−２７４９５７号公報

ところで、近年、プロジェクターの高輝度化が進み、これに伴って照明装置の高輝度化に対するニーズが高まっている。従来の照明装置を高輝度化するためには、より高い電圧を光源に印加する方法が考えられる。しかしながら、当該方法を用いて照明装置を高輝度化したのでは、１つの光源に熱的負荷が集中し、これに起因して光源の寿命が短くなってしまう。このため、従来の照明装置においては、光源の寿命を短くすることなく照明装置を高輝度化す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、光源の寿命を短くすることなく高輝度化することが可能な照明装置を提供することを目的とする。また、このような照明装置を備える高輝度なプロジェクターを提供することを目的とする。

［１］本発明の照明装置は、主励起光を射出する第１光源と、前記主励起光を蛍光に変換して射出する蛍光層とを有する第１光源装置と、副励起光を射出する第２光源を有する第２光源装置と、前記第１光源装置の光路上に配置され、前記第１光源装置からの光に含まれる前記主励起光を反射して前記蛍光を通過させる励起光反射部と、前記第２光源装置からの前記副励起光を通過させる励起光通過部とを有する励起光反射ミラーとを備え、前記照明装置は、前記副励起光が前記励起光通過部を介して前記蛍光層に入射するように構成され、前記蛍光層は、前記副励起光を蛍光に変換して射出するように構成されていることを特徴とする。

このため、本発明の照明装置によれば、蛍光層を励起するための光源として、主励起光を射出する第１光源及び副励起光を射出する第２光源の２つの光源を用いることとしているため、蛍光層を励起するための光源として１つの光源を用いる照明装置の場合よりも光源にかかる熱的負荷を低減することが可能となり、その結果、光源の寿命を短くすることなく照明装置を高輝度化することが可能となる。

また、本発明の照明装置によれば、主励起光及び副励起光の２つの励起光を単一の蛍光層を用いて蛍光に変換するように構成されているため、１つの励起光を１つの蛍光層を用いて蛍光に変換するように構成された照明装置と比較しても発光面積が特段大きくなることはなく、従って、発光面積が大きくなることに起因して照明光束の品質が低下することもない。

また、本発明の照明装置によれば、励起光反射ミラーの働きによって、第１光源装置から射出される主励起光のうち「蛍光層をそのまま通過してしまう主励起光」を反射して再び蛍光層に入射させることで、励起光反射ミラーを備えない場合には利用できなかった当該「蛍光層をそのまま通過してしまう主励起光」の一部を有効利用することが可能となり、その結果、照明装置を一層高輝度化することが可能となる。
なお、本発明の照明装置においては、副励起光は、励起光反射ミラーの励起光通過部を通って蛍光層に向かうため、励起光反射ミラーを用いることに起因して蛍光層に入射する副励起光の強度が小さくなってしまうこともない。

［２］本発明の照明装置においては、前記副励起光を前記励起光通過部において略集光した状態とする集光光学系をさらに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、励起光通過部の面積を小さくすることが可能となり、その結果、励起光反射部の面積を大きくして、より多くの主励起光を反射して再び蛍光層に入射させることが可能となる。

［３］本発明の照明装置においては、前記副励起光がデフォーカスした状態で前記蛍光層に入射するように構成されていることが好ましい。

このような構成とすることにより、蛍光層の過熱による焼損や変換特性の低下を抑制することが可能となる。

［４］本発明の照明装置においては、前記励起光反射ミラーは、前記主励起光を反射して前記蛍光を通過させる誘電体多層膜が透明基板上に形成された構成を有し、前記誘電体多層膜が形成されている部分が前記励起光反射部となり、前記誘電体多層膜が形成されていない部分が前記励起光通過部となることが好ましい。

このような構成とすることにより、誘電体多層膜によって主励起光を効率的に反射することが可能となり、照明装置をいっそう高輝度化することが可能となる。

［５］本発明の照明装置においては、前記第１光源装置から射出される光を平行化するコリメート光学系と、前記励起光反射ミラーの後段であって前記コリメート光学系の光軸と前記第２光源装置の光軸との交点を含む領域に配置される副励起光反射光学素子とをさらに備え、前記副励起光反射光学素子は、前記蛍光をそのまま通過させるとともに、前記第２光源装置からの前記副励起光を反射して、前記副励起光を、前記第１光源装置の光軸に沿って、かつ、前記第１光源が射出する光とは逆向きに前記蛍光層に入射させる構成を有し、前記励起光反射ミラーは、前記第１光源装置の光軸が前記励起光通過部を通過する位置に配置されていることが好ましい。

このような構成とすることにより、励起光反射ミラーが、コリメート光学系によって平行化された主励起光を反射することとなるため、主励起光を効率よく蛍光層に再び入射させることが可能となり、照明装置をより一層高輝度化することが可能となる。

［６］本発明の照明装置においては、前記第２光源は、少なくとも１つ以上の半導体レーザーからなることが好ましい。

このような構成とすることにより、半導体レーザーは集光性が高い光を射出するため、蛍光層に到達するまでに失われる副励起光を少なくすることができる。

［７］本発明のプロジェクターは、本発明の照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系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、光源の寿命を短くすることなく高輝度化することが可能な本発明の照明装置を備えるため、光源装置の取換え頻度の低い高輝度なプロジェクターとなる。

［８］本発明のプロジェクターにおいては、前記蛍光は、第１色光及び前記第１色光とは異なる第２色光を含み、前記プロジェクターは、前記第１色光及び前記第２色光のいずれとも異なる第３色光を射出する第３光源装置を備える第２照明装置をさらに備え、前記光変調装置は、前記第２照明装置からの第３色光をも画像情報に応じて変調することが好ましい。

ところで、従来、白色光を射出する１つの光源装置と、１つの光源装置からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離する色分離導光光学系と、色分離導光光学系からの各色光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、光変調装置からの変調光を投写画像として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、上述した特許文献１参照。）。また、赤色光を射出する光源装置、緑色光を射出する光源装置及び青色光を射出する光源装置と、各光源装置からの各色光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、光変調装置からの変調光を投写画像として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、特開２００２−２６８１４０号公報参照。以下、特許文献２という。）。
特許文献１に記載されているプロジェクターにおいては、１つの光源装置から赤色光、緑色光及び青色光を含む白色光を発生させているため、３つの光源装置を備えるプロジェクターの場合とは異なり１つの光源装置に大きな熱的負荷が集中してしまうこととなり、その結果、投写画像をより明るくすることが困難であるという問題がある。また、特許文献２に記載されているプロジェクターにおいては、赤色光、緑色光及び青色光を射出するための３つの光源装置（赤色光を射出する光源装置、緑色光を射出する光源装置及び青色光を射出する光源装置）のそれぞれが有する発光効率や温度特性を揃えることが困難であるため、投写画像の色バランスを安定させることが困難であるという問題がある。

これに対して、本発明のプロジェクターによれば、光変調装置で変調する３つの色光（赤色光、緑色光及び青色光）として、第１光源装置が射出する２つの色光（第１色光及び第２色光）及び第３光源装置が射出する１つの色光（第３色光）を用いるため、１つの光源装置を備えるプロジェクターの場合よりも個々の光源装置にかかる熱的負荷を低減することが可能となり、その結果、１つの光源装置を備えるプロジェクターよりも投写画像を明るくす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、光変調装置で変調する３つの色光（赤色光、緑色光及び青色光）のうち２つの色光（第１色光及び第２色光）については、共通の光源（第１光源及び第２光源）を用いて発生させているため、各色光ごとに別個の光源装置を備えるプロジェクターよりも投写画像の色バランスを安定させることが可能となる。
その結果、本発明のプロジェクターは、１つの光源装置を備えるプロジェクターよりも投写画像を明るくすることが可能で、かつ、各色光ごとに別個の光源装置を備えるプロジェクターよりも投写画像の色バランスを安定させることが可能なプロジェクターとなる。

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光源装置２０の断面図。 実施形態１における励起光反射ミラー４０を第１光源装置２０側から見た図。 実施形態１における第１光源２４の発光強度特性、各蛍光体の発光強度特性及び第２光源装置５０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における第１光源装置２１及び第３光源装置１２０を説明するために示す図。 実施形態２における第１光源２５の発光強度特性、蛍光体の発光強度特性、第２光源装置５２の発光強度特性及び第３光源装置１２０の発光強度特性を示すグラフ。

以下、本発明の照明装置及び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］
まず、実施形態１に係るプロジェクター１０００の構成を説明する。

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光源装置２０の断面図である。
図３は、実施形態１における励起光反射ミラー４０を第１光源装置２０側から見た図である。
図４は、実施形態１における第１光源２４の発光強度特性、各蛍光体の発光強度特性及び第２光源装置５０の発光強度特性を示すグラフである。図４（ａ）は第１光源２４の発光強度特性を示すグラフであり、図４（ｂ）は蛍光層２６が含有する赤色蛍光体の発光強度特性を示すグラフであり、図４（ｃ）は蛍光層２６が含有する緑色蛍光体の発光強度特性を示すグラフであり、図４（ｄ）は蛍光層２６が含有する青色蛍光体の発光強度特性を示すグラフであり、図４（ｅ）は第２光源装置５０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、図１及び図４において、符号Ｖは紫色光を示し、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。また、図１において、励起光反射ミラー４０から伸びる点線矢印（符号Ｖ参照。）は、励起光反射ミラー４０で反射される主励起光を示し、ダイクロイックミラー７０付近で折れる点線矢印（符号Ｖ参照。）は、ダイクロイックミラー７０で反射される副励起光を示し、励起光反射ミラー４０及びダイクロイックミラー７０を通過する点線矢印（符号Ｒ，Ｇ，Ｂ参照。）は、励起光反射ミラー４０及びダイクロイックミラー７０を通過する赤色光、緑色光及び青色光を示す。

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、照明装置１０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。

照明装置１０は、第１光源装置２０と、コリメート光学系３０と、励起光反射ミラー４０と、第２光源装置５０と、集光光学系６０と、ダイクロイックミラー７０と、ロッドインテグレーター光学系８０とを備える。

第１光源装置２０は、図２に示すように、基台２２、第１光源２４、蛍光層２６及び封止部材２８を有する発光ダイオードであり、赤色光、緑色光及び青色光を含む光を射出する（後述する図４（ｂ）〜図４（ｄ）参照。）。なお、第１光源装置２０は、上記した構成要素の他にもリード線等を有するが、図示及び説明を省略する。

基台２２は、第１光源２４を搭載する基台である。
第１光源２４は、主励起光として紫色光（発光強度のピーク：約４００ｎｍ、図４（ａ）参照。）を射出する。第１光源２４は、窒化ガリウムを主成分とし、ｐｎ接合型の構造を有する。なお、第１光源はｐｎ接合型の構造を有していなくてもよく、ダブルヘテロ接合型、量子井戸接合型等の構造を有してもよい。
第１光源２４と基台２２との間には反射層（図示せず。）が形成されており、第１光源２４から基台２２側へ射出された紫色光は、反射層によって蛍光層２６側へ反射される。

蛍光層２６は、紫色光を吸収して赤色光を射出する赤色蛍光体と、紫色光を吸収して緑色光を射出する緑色蛍光体と、紫色光を吸収して青色光を射出する青色蛍光体とを含有する層からなり、第１光源２４の被照明領域側に配置されている。赤色蛍光体は、例えばＣａＡｌＳｉＮ_３−Ｓｉ_２Ｎ_２Ｏ：Ｅｕからなる。緑色蛍光体は、例えばＢａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕからなる。青色蛍光体は、例えばＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕからなる。なお、赤色蛍光体は上記したものに限定されるものではなく、主励起光及び副励起光（後述）により赤色光を射出するものであれば他の蛍光体を用いることもできる。また、緑色蛍光体は上記したものに限定されるものではなく、主励起光及び副励起光（後述）により緑色光を射出するものであれば他の蛍光体を用いることもできる。また、青色蛍光体は上記したものに限定されるものではなく、主励起光及び副励起光（後述）により青色光を射出するものであれば他の蛍光体を用いることもできる。

蛍光層２６は、第１光源２４及び第２光源装置５０（後述）が射出する紫色光をそれぞれ蛍光である赤色光（発光強度のピーク：約６４０ｎｍ）、緑色光（発光強度のピーク：約５４０ｎｍ）及び青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ）に変換して射出する（図４（ｂ）〜図４（ｄ）参照。）。
封止部材２８は、透明なエポキシ樹脂からなり、第１光源２４及び蛍光層２６を保護する。

コリメート光学系３０は、図１に示すように、第１光源装置２０からの光の拡がりを抑える凸メニスカスレンズ３２と、凸メニスカスレンズ３２からの光を平行化する凸レンズ３４とを備え、全体として、第１光源装置２０からの光を平行化する機能を有する。
また、コリメート光学系３０は、集光レンズ６０（後述）と協働して、副励起光をデフォーカスした状態で蛍光層２６に入射させる機能を有する。

励起光反射ミラー４０は、図１に示すように、第１光源装置２０の光路上に配置されており、全体としては正方形形状をしている。図１において、励起光反射ミラー４０は、図３に示すように、第１光源装置２０からの光に含まれる主励起光（紫色光）を反射して、赤色光、緑色光及び青色光を通過させる励起光反射部４２と、第２光源装置５０からの副励起光（紫色光、後述）を通過させる励起光通過部４４とを有する。励起光通過部４４は、励起光反射ミラー４０の中央に位置し、円形形状をしている。励起光反射ミラー４０は、第１光源装置２０の光軸が励起光通過部４４を通過する位置に配置されている。
なお、実施形態１においては、励起光反射ミラー４０の１辺は３５ｍｍであり、励起光通過部４４の直径は１ｍｍである。従って、励起光反射ミラー４０の面積に対する励起光通過部４４の面積の比率は極めて低く（約０．０６４％）、励起光反射ミラーを用いることに起因して蛍光層に入射する副励起光の強度が小さくなってしまうことはない。
ここで示した励起光反射ミラー、励起光反射部及び励起光通過部の大きさ、形状、位置等はあくまで一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。

励起光反射ミラー４０は、主励起光を反射して蛍光を通過させる誘電体多層膜が透明基板上に形成された構成を有し、誘電体多層膜が形成されている部分が励起光反射部４２となり、誘電体多層膜が形成されていない部分が励起光通過部４４となる。
励起光通過部は種々の方法で形成することができ、例えば、透明基板の表面の一部にマスキングを施し、透明基板上全体に誘電体多層膜を形成した後にマスキングを除去する方法により形成することができる。また、透明基板の表面全面に誘電体多層膜を形成した後に誘電体多層膜の一部を除去する方法や、透明基板の表面全面に誘電体多層膜を形成した後に透明基板に穿孔を施す方法等によっても形成することができる。

第２光源装置５０は、詳しい図示による説明は省略するが、第２光源としての半導体レーザーを有し、図４（ｅ）に示すように、副励起光として紫色光（発光強度のピーク：約４００ｎｍ）を射出する。なお、半導体レーザーは１つでもよく、２つ以上でもよい。

集光レンズ６０は、図１に示すように、第２光源装置５０からの副励起光を励起光通過部４４において略集光した状態とする集光光学系である。副励起光は、集光レンズ６０によって励起光通過部４４内に収まるように集光される。なお、集光光学系は、必ずしも全ての副励起光が励起光通過部内に収まるように副励起光を集光する必要はなく、大部分の副励起光が励起光通過部内に収まるように副励起光を集光すればよい。
集光レンズ６０は、上述したように副励起光をデフォーカスした状態で蛍光層２６に入射させる機能を有する。
なお、集光光学系は、複数のレンズからなるものであってもよい。

ダイクロイックミラー７０は、励起光反射ミラー４０の後段であってコリメート光学系３０の光軸と第２光源装置５０の光軸との交点を含む領域に配置されている。ダイクロイックミラー７０は、蛍光層２６から射出された蛍光をそのまま通過させるとともに、第２光源装置５０からの副励起光（紫色光）を反射して、当該副励起光を、第１光源装置２０の光軸に沿って、かつ、第１光源２４が光を射出する方向とは逆向きに蛍光層２６に入射させる構成を有する。具体的には、ダイクロイックミラー７０は、基板上に、紫色光を反射して、赤色光、緑色光及び青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。
また、ダイクロイックミラー７０は、励起光通過部４４を通過した主励起光（紫色光）を反射する。ダイクロイックミラー７０を通過した紫色光成分は、系外に除去される。つまり、プロジェクター１０００は、ダイクロイックミラー７０によって、主励起光を除去する機能を有する。

ロッドインテグレーター光学系８０は、凸レンズ８２、インテグレーターロッド８４及び凸レンズ８６を備える。
凸レンズ８２は、コリメート光学系３０からの平行光を集光してインテグレーターロッド８４の入射面に導光する。
インテグレーターロッド８４は、中実の柱状ロッドであり、入射面から入射された光を内面で多重反射することによって均一化し、面内光強度分布が均一化した光を射出面から射出する。なお、インテグレーターロッドとしては、中実の柱状ロッドに代えて、中空の柱状ロッドを用いることもできる。
凸レンズ８６は、インテグレーターロッド８４の射出面から射出された光を略平行化して、当該光を液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇにおける画像形成領域に導光する。
なお、ロッドインテグレーター光学系の代わりに複数のレンズアレイ及び重畳レンズを備えるレンズインテグレーター光学系を用いることもできる。

色分離導光光学系３００は、光路前段に配置されているダイクロイックミラー３１０並びに光路後段に配置されている反射ミラー３２０、ダイクロイックミラー３３０及び青色光用の反射ミラー３４０，３５０と、リレーレンズ３６０，３７０とを備える。色分離導光光学系３００は、照明装置１０からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの色光を照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導光する機能を有する。

ダイクロイックミラー３１０，３３０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の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。
ダイクロイックミラー３１０は、緑色光成分及び青色光成分を反射して、赤色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
ダイクロイックミラー３３０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
反射ミラー３２０は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。
反射ミラー３４０，３５０は青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３２０で反射され、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、ダイクロイックミラー３３０でさらに反射され、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。
ダイクロイックミラー３３０を通過した青色光は、リレーレンズ３６０、入射側の反射ミラー３４０、リレーレンズ３７０、射出側の反射ミラー３５０を経て青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。リレーレンズ３６０，３７０及び反射ミラー３４０，３５０は、ダイクロイックミラー３３０を透過した青色光成分を液晶装置４００Ｂまで導く機能を有する。

なお、青色光の光路にこのようなリレーレンズ３６０，３７０及び反射ミラー３４０，３５０が設けられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。実施形態１に係るプロジェクター１０００においては、青色光の光路の長さが長いのでこのような構成とされているが、赤色光の光路の長さを長くして、リレーレンズ３６０，３７０及び反射ミラー３４０，３５０を赤色光の光路に用いる構成も考えられる。

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、照明装置１０の照明対象となる。なお、図示を省略したが、反射ミラー３２０と液晶光変調装置４００Ｒとの間、ダイクロイックミラー３３０と液晶光変調装置４００Ｇとの間及び反射ミラー３５０と液晶光変調装置４００Ｂとの間には、入射側偏光板が配置され、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に係る照明装置１０及びプロジェクター１０００の効果を説明する。

実施形態１に係る照明装置１０によれば、蛍光層２６を励起するための光源として、主励起光を射出する第１光源２４及び副励起光を射出する第２光源の２つの光源を用いることとしているため、蛍光層２６を励起するための光源として１つの光源を用いる照明装置の場合よりも光源にかかる熱的負荷を低減することが可能となり、その結果、光源の寿命を短くすることなく照明装置を高輝度化することが可能となる。

また、実施形態１に係る照明装置１０によれば、主励起光及び副励起光の２つの励起光を単一の蛍光層２６を用いて蛍光に変換するように構成されているため、１つの励起光を１つの蛍光層を用いて蛍光に変換するように構成された照明装置と比較しても発光面積が特段大きくなることはなく、従って、発光面積が大きくなることに起因して照明光束の品質が低下することもない。

また、実施形態１に係る照明装置１０によれば、励起光反射ミラー４０の働きによって、第１光源装置２０から射出される主励起光のうち「蛍光層２６をそのまま通過してしまう主励起光」を反射して再び蛍光層２６に入射させることで、励起光反射ミラー４０を備えない場合には利用できなかった当該「蛍光層２６をそのまま通過してしまう主励起光」の一部を有効利用することが可能となり、その結果、照明装置を一層高輝度化することが可能となる。なお、照明装置１０においては、副励起光は、励起光反射ミラー４０の励起光通過部４４を通って蛍光層２６に向かうため、励起光反射ミラー４０を用いることに起因して蛍光層２６に入射する副励起光の強度が小さくなってしまうこともない。

また、実施形態１に係る照明装置１０によれば、副励起光を励起光通過部４４において略集光した状態とする集光レンズ６０を備えるため、励起光通過部４４の面積を小さくすることが可能となり、その結果、励起光反射部４２の面積を大きくして、より多くの主励起光を反射して再び蛍光層２６に入射させることが可能となる。

また、実施形態１に係る照明装置１０によれば、副励起光がデフォーカスした状態で蛍光層２６に入射するように構成されているため、蛍光層２６の過熱による焼損や変換特性の低下を抑制することが可能となる。

また、実施形態１に係る照明装置１０によれば、励起光反射ミラー４０は、主励起光を反射して蛍光を通過させる誘電体多層膜が透明基板上に形成された構成を有し、誘電体多層膜が形成されている部分が励起光反射部４２となるため、誘電体多層膜によって主励起光を効率的に反射することが可能となり、照明装置１０をいっそう高輝度化することが可能となる。

また、実施形態１に係る照明装置１０によれば、コリメート光学系３０と、ダイクロイックミラー７０とを備えるため、励起光反射ミラー４０がコリメート光学系３０によって平行化された主励起光を反射することとなるため、主励起光を効率よく蛍光層２６に再び入射させることが可能となり、照明装置１０をより一層高輝度化することが可能となる。

また、実施形態１に係る照明装置１０によれば、第２光源が半導体レーザーからなるため、蛍光層２６に到達するまでに失われる副励起光を少なくすることができる。

実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、光源の寿命を短くすることなく高輝度化することが可能な照明装置１０を備えるため、光源装置の取換え頻度が低く、高輝度なプロジェクターとなる。

［実施形態２］
図５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６は、実施形態２における第１光源装置２１及び第３光源装置１２０を説明するために示す図である。図６（ａ）は第１光源装置２１の断面図であり、図６（ｂ）は第３光源装置１２０の断面図である。
図７は、実施形態２における第１光源２５の発光強度特性、蛍光体の発光強度特性、第２光源装置５２の発光強度特性及び第３光源装置１２０の発光強度特性を示すグラフである。図７（ａ）は第１光源２５の発光強度特性を示すグラフであり、図７（ｂ）は蛍光層２７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７（ｃ）は第２光源装置５０の発光強度特性を示すグラフであり、図７（ｄ）は第３光源装置１２０の発光強度特性を示すグラフである。

なお、図５及び図７において、符号Ｂは青色光を示し、符号Ｒは赤色光を示し、符号Ｇは緑色光を示し、符号Ｙは黄色光を示す。また、図５において、励起光反射ミラー４１から伸びる点線矢印（符号Ｂ参照。）は、励起光反射ミラー４１で反射される主励起光を示し、ダイクロイックミラー７２付近で折れる点線矢印（符号Ｂ参照。）は、ダイクロイックミラー７２で反射される副励起光を示し、励起光反射ミラー４１及びダイクロイックミラー７２を通過する点線矢印（符号Ｒ，Ｇ，Ｙ参照。）は、励起光反射ミラー４１及びダイクロイックミラー７２を通過する赤色光、緑色光及び黄色光を示し、ダイクロイックミラー３２２から伸びる点線矢印（符号Ｙ参照。）は、ダイクロイックミラー３２２を通過した黄色光を示す。

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、青色光を射出する第２照明装置をさらに備える点が実施形態１に係るプロジェクター１０００の場合とは異なる。また、それに伴って照明装置及び色分離導光光学系の構成も実施形態１に係るプロジェクター１０００の場合とは異なる。

以下、実施形態２に係るプロジェクター１００２の構成を説明する。なお、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ものについては、記載を省略する。

実施形態２に係るプロジェクター１００２は、図５に示すように、照明装置１２と、第２照明装置１１０と、色分離導光光学系３０２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。

まず、照明装置１２について説明する。

照明装置１２は、基本的には実施形態１に係る照明装置１０と同様の構成を有するが、赤色光、緑色光及び青色光を含む光を射出するのではなく、赤色光、緑色光及び黄色光を含む光を射出する点が実施形態１に係る照明装置１０とは異なる（後述する図７（ｂ）参照。）。

第１光源装置２１は、図５に示すように、基本的には実施形態１における第１光源装置２０と同様の構成を有するが、第１光源２５及び蛍光層２７の構成が実施形態１における第１光源装置２０とは異なる。

第１光源２５は、主励起光として青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ、図７（ａ）参照。）を射出する。
蛍光層２７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、主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、主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２７は、第１光源２５及び第２光源装置５２（後述）が射出する青色光をそれぞれ蛍光である赤色光（発光強度のピーク：約６１０ｎｍ）、緑色光（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ）及び黄色光（発光強度のピーク：約５８０ｎｍ）に変換して射出する（図７（ｂ）参照。）。

励起光反射ミラー４１は、基本的には実施形態１における励起光反射ミラー４０と同様の構成を有するが、励起光反射部４２の代わりに、第１光源装置２１からの光に含まれる主励起光（青色光）を反射して、赤色光、緑色光及び黄色光を通過させる励起光反射部４３（図示せず。）を有する。

第２光源装置５２は、詳しい図示による説明は省略するが、第２光源としての半導体レーザーを有し、図７（ｃ）に示すように、副励起光として青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ）を射出する。

ダイクロイックミラー７２は、基本的には実施形態１におけるダイクロイックミラー７０と同様の構成を有するが、蛍光層２７から射出された蛍光をそのまま通過させるとともに、第２光源装置５２からの副励起光（青色光）を反射する。

次に、第２照明装置１１０について説明する。

第２照明装置１１０は、第３光源装置１２０と、第２コリメート光学系１３０と、ロッドインテグレーター光学系１８０とを備える。

第３光源装置１２０は、図６（ｂ）に示すように、基台１２２、第３光源１２４及び封止部材１２８を有する発光ダイオードであり、青色光（第３色光）を射出する（後述する図７（ｄ）参照。）。第３光源１２４は、図７（ｄ）に示すように、色光として青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ）を射出する。基台１２２は基台２３と同様の構成を有し、第３光源１２４は第１光源２５と同様の構成を有し、封止部材１２８は封止部材２９と同様の構成を有する。

第２コリメート光学系１３０は、図５に示すように、凸メニスカスレンズ１３２と、凸レンズ１３４とを備える。第２コリメート光学系１３０の構成は、基本的にコリメート光学系３０の構成と同様であるため、説明を省略する。

ロッドインテグレーター光学系１８０は、凸レンズ１８２、インテグレーターロッド１８４及び凸レンズ１８６を備える。ロッドインテグレーター光学系１８０の構成は、基本的にロッドインテグレーター光学系８０の構成と同様であるため、説明を省略する。

最後に、色分離導光光学系３０２について説明する。

色分離導光光学系３０２は、光路前段に配置されているダイクロイックミラー３１０、光路後段に配置されているダイクロイックミラー３２２及び反射ミラー３３２並びに青色光用の反射ミラー３５０を備える。色分離導光光学系３０２は、照明装置１２からの光を赤色光及び緑色光に分離し、赤色光及び緑色光のそれぞれの色光を照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇに導光する機能並びに第２照明装置１１０からの青色光を照明対象となる液晶光変調装置４００Ｂに導光する機能を有する。

ダイクロイックミラー３１０，３２２は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の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。
ダイクロイックミラー３１０は、緑色光成分を反射して、赤色光成分及び黄色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
ダイクロイックミラー３２２は、赤色光成分を反射して、黄色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー３２２を通過した黄色光成分は、系外に除去される。つまり、プロジェクター１００２は、ダイクロイックミラー３２２によって、黄色光を除去する機能を有する。
反射ミラー３３２は、緑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、ダイクロイックミラー３２２で反射され、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３３２でさらに反射され、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。
第２照明装置１１０からの青色光は、反射ミラー３５０で反射され、青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

このように、実施形態２に係るプロジェクター１００２は、第２照明装置をさらに備える点が実施形態１に係るプロジェクター１０００の場合とは異なり、それに伴って照明装置及び色分離導光光学系の構成も実施形態１に係るプロジェクター１０００の場合とは異なるが、光源の寿命を短くすることなく高輝度化することが可能な照明装置１２を備えるため、実施形態１に係るプロジェクター１０００と同様に、光源装置の取換え頻度の低い高輝度なプロジェクターとなる。

また、実施形態２に係るプロジェクター１００２によれば、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂで変調する３つの色光（赤色光、緑色光及び青色光）として、第１光源装置２１が射出する２つの色光（赤色光及び緑色光）及び第３光源装置１２０が射出する１つの色光（青色光）を用いるため、１つの光源装置を備えるプロジェクターの場合よりも個々の光源装置にかかる熱的負荷を低減することが可能となり、その結果、１つの光源装置を備えるプロジェクターよりも投写画像を明るく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、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂで変調する３つの色光（赤色光、緑色光及び青色光）のうち２つの色光（赤色光及び緑色光）については、共通の光源（第１光源２５及び第２光源）を用いて発生させているため、各色光ごとに別個の光源装置を備えるプロジェクターよりも投写画像の色バランスを安定させることが可能となる。
その結果、実施形態２に係るプロジェクター１００２は、１つの光源装置を備えるプロジェクターよりも投写画像を明るくすることが可能で、かつ、各色光ごとに別個の光源装置を備えるプロジェクターよりも投写画像の色バランスを安定させることが可能なプロジェクターとなる。

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）上記実施形態１においては、第１光源として、主励起光として紫色光（発光強度のピーク：約４００ｎｍ、図４（ａ）参照。）を射出する第１光源２４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、主励起光として紫外光を射出する第１光源を用いてもよい。

（２）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。

（３）上記各実施形態においては、プロジェクターの光変調装置として液晶光変調装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。光変調装置としては、一般に、画像情報に応じて入射光を変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置等を用いてもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。

（４）上記各実施形態においては、第１光源装置として発光ダイオードを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１光源装置として半導体レーザーを用いてもよいし、有機発光ダイオードを用いてもよいし、ＵＶランプを用いてもよい。

（５）上記各実施形態においては、第２光源装置として半導体レーザーを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第２光源装置として発光ダイオードを用いてもよいし、有機発光ダイオードを用いてもよいし、ＵＶランプを用いてもよい。

（６）上記実施形態２においては、第３光源装置として発光ダイオードを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第３光源装置として半導体レーザーを用いてもよいし、有機発光ダイオードを用いてもよい。

（７）上記実施形態２においては、主励起光及び副励起光がともに青色光であるが、本発明はこれに限定されるものではない。主励起光及び副励起光は紫外光又は紫色光であってもよい。

（８）上記（７）において、主励起光及び副励起光がともに紫外光又は紫色光である場合には、第１色光が緑色光、第２色光が青色光、第３色光が赤色光であってもよいし、第１色光が赤色光、第２色光が青色光、第３色光が緑色光であってもよい。

（９）上記実施形態２においては、第１光源装置２１からの黄色光を除去する機能をプロジェクター１００２に持たせたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、黄色光を除去する機能をプロジェクターに持たせなくてもよい。この場合には、照明装置からの光に含まれる黄色光を積極的に利用することが可能となり、より明るい投写画像を投写することが可能となる。また、黄色光を除去しない場合には、黄色光を赤色光や緑色光とは別の光変調装置を用いて変調することにより、上記の効果に加えて、より色再現性に優れる投写画像を投写することが可能となるという効果を得られる。

（１０）上記各実施形態においては、プロジェクターが偏光変換装置をさらに備えていてもよい。偏光変換装置とは、一方の偏光成分と他方の偏光成分との両方を含む光を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子である。

（１１）上記各実施形態においては、各コリメート光学系がそれぞれ、凸メニスカスレンズと凸レンズとの２枚のレンズを備えるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各コリメート光学系が１枚のレンズのみを備えてもよいし、３枚以上のレンズを備えてもよい。

（１２）上記各実施形態においては、３つの液晶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つ以上の液晶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。

（１４）上記各実施形態においては、本発明の照明装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の照明装置を他の光学機器（例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ等。）に適用することもできる。

１０，１２…照明装置、２０，２１…第１光源装置、２２，２３，１２２…基台、２４，２５…第１光源、２６，２７…蛍光層、２８，２９，１２８…封止部材、３０…コリメート光学系、３２，１３２…凸メニスカスレンズ、３４，８２，８６，１３４，１８２，１８６…凸レンズ、４０，４１…励起光反射ミラー、４２…励起光反射部、４４…励起光通過部、５０，５２…第２光源装置、６０…集光レンズ、７０，３１０，３２２，３３０…ダイクロイックミラー、８０，１８０…ロッドインテグレーター光学系、８４，１８４…インテグレーターロッド、１１０…第２照明装置、１２０…第３光源装置、１２４…第３光源、１３０…第２コリメート光学系、３００，３０２…色分離導光光学系、３２０，３３２，３４０，３５０…反射ミラー、３６０，３７０…リレーレンズ、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、１０００，１００２…プロジェクター、ＳＣＲ…スクリーン

Claims (8)

1. 主励起光を射出する第１光源と、前記主励起光を蛍光に変換して射出する蛍光層とを有する第１光源装置と、
   副励起光を射出する第２光源を有する第２光源装置と、
   前記第１光源装置の光路上に配置され、前記第１光源装置からの光に含まれる前記主励起光を反射して前記蛍光を通過させる励起光反射部と、前記第２光源装置からの前記副励起光を通過させる励起光通過部とを有する励起光反射ミラーとを備え、
   前記照明装置は、前記副励起光が前記励起光通過部を介して前記蛍光層に入射するように構成され、
   前記蛍光層は、前記副励起光を蛍光に変換して射出するように構成されていることを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記副励起光を前記励起光通過部において略集光した状態とする集光光学系をさらに備えることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１又は２に記載の照明装置において、
   前記副励起光がデフォーカスした状態で前記蛍光層に入射するように構成されていることを特徴とする照明装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置において、
   前記励起光反射ミラーは、前記主励起光を反射して前記蛍光を通過させる誘電体多層膜が透明基板上に形成された構成を有し、
   前記誘電体多層膜が形成されている部分が前記励起光反射部となり、前記誘電体多層膜が形成されていない部分が前記励起光通過部となることを特徴とする照明装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置において、
   前記第１光源装置から射出される光を平行化するコリメート光学系と、
   前記励起光反射ミラーの後段であって前記コリメート光学系の光軸と前記第２光源装置の光軸との交点を含む領域に配置される副励起光反射光学素子とをさらに備え、
   前記副励起光反射光学素子は、
   前記蛍光をそのまま通過させるとともに、
   前記第２光源装置からの前記副励起光を反射して、前記副励起光を、前記第１光源装置の光軸に沿って、かつ、前記第１光源が射出する光とは逆向きに前記蛍光層に入射させる構成を有し、
   前記励起光反射ミラーは、前記第１光源装置の光軸が前記励起光通過部を通過する位置に配置されていることを特徴とする照明装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置において、
   前記第２光源は、少なくとも１つ以上の半導体レーザーからなることを特徴とする照明装置。
7. 請求項１〜６のいずれか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光変調装置と、
   前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系とを備えることを特徴とするプロジェクター。
8. 請求項７に記載のプロジェクターにおいて、
   前記蛍光は、第１色光及び前記第１色光とは異なる第２色光を含み、
   前記プロジェクターは、前記第１色光及び前記第２色光のいずれとも異なる第３色光を射出する第３光源装置を備える第２照明装置をさらに備え、
   前記光変調装置は、前記第２照明装置からの第３色光をも画像情報に応じて変調することを特徴とするプロジェクター。

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