JP6303454B2 - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、照明装置およびプロジェクターに関する。

複数の固体光源から射出される光によって蛍光体を励起し、励起した蛍光体から発せられた蛍光を利用する光源装置、およびこの光源装置を用いた投射型表示装置が下記の特許文献１に開示されている。この光源装置においては、固体光源ユニットからの射出光を偏光分離ミラーによって分離し、分離した一方の光を励起光として蛍光発光板に導き、分離した他方の光と蛍光発光板から得られた蛍光とを合成して照明光としている。また、固体光源ユニットと偏光分離ミラーとの間の光路上には、回転可能とされた位相差板が設けられている。

特開２０１２−１３７７４４号公報

特許文献１には、「位相差板の回転角度を調整することで蛍光発光板に入射する光を制御できるため、青色光と黄色光の光量比を制御することができる。これにより、投射型表示装置の光学系のばらつき、固体光源ユニットからの出力光のばらつき、蛍光発光板の蛍光変換効率のばらつきなどに起因するホワイトバランスのずれを補正できる。」と記載されている。しかしながら、この構成では、製品出荷前にホワイトバランスのずれを補正できたとしても、使用時の経時変化に起因するホワイトバランスのずれを随時補正することはできない。また、白色光以外の色光の色バランスのずれを補正することはできない。

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って、使用時の経時変化に伴う色バランスを調整することができる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、この種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。

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、第１の波長帯の光を射出する発光素子と、前記発光素子から射出された光が入射する第１の位相差板と、前記第１の位相差板からの光を、第１の偏光状態の第１の光束と第２の偏光状態の第２の光束とに分離する第１の偏光分離素子と、前記第１の波長帯の光によって励起される第１の蛍光体層を備え、前記第１の光束を、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の第３の光束に変換する波長変換装置と、前記第２の光束を第４の光束に変換する光学素子と、前記第３の光束と前記第４の光束とを合成する第１の色合成素子と、前記第３の光束の強度と前記第４の光束の強度とを検出する第１の検出装置と、前記第１の検出装置による検出結果に応じて前記第１の位相差板の光学軸の方向を変化させる第１の制御装置と、を備えたことを特徴とする。

本発明の一つの態様の照明装置においては、第１の色合成素子により合成された第３の光束と第４の光束との合成光が照明に用いられる。例えば使用時の経時変化により発光素子から射出される光の量が低下したとする。このとき、発光素子の光量の低下に伴って波長変換装置へ入射する第１の光束の量が低下すると、第１の蛍光体層の変換効率が変化し、第３の光束の量と第４の光束の量との比が変化する。その結果、発光素子の経時変化前に対して色バランスがずれるという問題が生じる。

この問題に対して、本発明の一つの態様の照明装置は、第３の光束の強度と第４の光束の強度とを検出する第１の検出装置と、第１の検出装置による検出結果に応じて第１の位相差板の光学軸の方向を変化させる第１の制御装置を備えている。そのため、第１の検出装置により第３の光束の強度と第４の光束の強度とを検出することによって色バランスの変化を把握することができる。色バランスが変化した場合、第１の位相差板の光学軸の方向を変化させ、第１の偏光状態の第１の光束と第２の偏光状態の第２の光束との割合を調整する。このようにして、第１の光束から得られる第３の光束の量と第２の光束から得られる第４の光束の量とを調整し、照明装置から射出される光の色バランスを調整することができる。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第１の制御装置は、前記第３の光束の強度と前記第４の光束の強度との比が基準値に近付くように、前記第１の位相差板の光学軸の方向を変化させてもよい。
この構成によれば、照明装置から得られる照明光の色が基準となる色に近付くように色バランスの調整を行うことができる。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記基準値は、前記第１の検出装置により測定された、前記第３の光束の初期の強度と前記第４の光束の初期の強度とに基づいて決定されてもよい。
この構成によれば、設計値としての照明光の色ではなく、個々の照明装置の初期状態の照明光の色に近付くように色バランスの調整を行うことができる。

本発明の一つの態様の照明装置において、第１レンズアレイと第２レンズアレイと重畳レンズとを含む重畳光学系と、前記第２レンズアレイが備える複数のレンズのうちの一つのレンズから射出される光束の光路上であって、前記第２レンズアレイと前記重畳レンズとの間に配置されたミラーと、をさらに備え、前記ミラーにより反射された光が前記第１の検出装置に入射する構成としてもよい。
この構成によれば、重畳レンズに入射する前の光の一部をミラーにより取り出して第１の検出装置に導き、第３の光束の強度と第４の光束の強度とを精度良く検出することができる。その結果、色バランスの調整を精度良く行うことができる。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記ミラーは、前記発光素子から射出された光の２次光源像が形成される位置に配置されていてもよい。
この構成によれば、光路中にミラーを配置して光の一部を取り出したとしても、被照明領域において照度ムラが生じることはない。

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第１の蛍光体層は、前記第１の波長帯および前記第２の波長帯のいずれとも異なる第３の波長帯の第５の光束を射出し、前記波長変換装置は、前記第１の波長帯の光によって励起され、前記第１乃至第３の波長帯のいずれとも異なる第４の波長帯の第６の光束を射出する第２の蛍光体層と、前記第１の光束が入射する第２の位相差板と、前記第２の位相差板から射出された光を、前記第１の蛍光体層に入射する偏光成分と、前記第２の蛍光体層に入射する偏光成分と、に分離する第２の偏光分離素子と、前記第５の光束と前記第６の光束とを合成して前記第３の光束を生成する第２の色合成素子と、前記第５の光束の強度と前記第６の光束の強度とを検出する第２の検出装置と、前記第２の検出装置による検出結果に応じて前記第２の位相差板の光学軸の方向を変化させる第２の制御装置と、を備えていてもよい。

この態様の照明装置は、第５の光束の強度と第６の光束の強度とを検出する第２の検出装置と、第２の検出装置による検出結果に応じて第２の位相差板の光学軸の方向を変化させる第２の制御装置を備えている。そのため、第２の検出装置により第５の光束の強度と第６の光束の強度とを検出することによって、第５の光束と第６の光束との合成光の色バランスの変化を把握することができる。色バランスが変化した場合、第２の位相差板の光学軸の方向を変化させることによって、第１の蛍光体層に入射する偏光成分と前記第２の蛍光体層に入射する偏光成分との割合を調整する。このようにして、第１の蛍光体層によって生成される第５の光束の量と第２の蛍光体層によって生成される第６の光束の量を調整し色バランスを調整することができる。さらに、第５の光束と第６の光束との合成光である第３の光束の量と第２の光束から得られる第４の光束の量とを第１の制御装置によって調整することにより、照明装置から射出される光の色バランスを調整することができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、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光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備えたことを特徴とする。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置を備えているため、表示品質に優れたプロジェクターを実現できる。

本発明の第１実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態の照明装置を示す概略構成図である。 照明装置に用いる位相差板と回転調整機構を示す斜視図である。 位相差板とその制御装置を示す模式図である。 偏光変換素子におけるミラーの配置を示す正面図である。 色バランスの調整の考え方を示すフローチャートである。 （Ａ）第１の位相差板通過前、（Ｂ）第１の位相差板通過後のそれぞれの光の偏光状態を示す図である。 第１の位相差板の回転角と色温度との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態の照明装置を示す概略構成図である。 本発明の第３実施形態の照明装置を示す概略構成図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
第１実施形態のプロジェクターは、本発明の一実施形態である照明装置と、３つの光変調装置と、を備えた液晶プロジェクターの例である。
以下、図面を用いて具体的に説明するが、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

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上にカラー画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ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ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１は、照明装置２の光源として、高輝度・高出力の光が得られる半導体レーザーを用いている。プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、赤色光用光変調装置４Ｒと、緑色光用光変調装置４Ｇと、青色光用光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６と、を概略備えている。

照明装置２は、均一な照度分布を有する照明光ＷＬを色分離光学系３に向けて射出する。照明装置２には、後述する本発明の一つの実施形態である照明装置が用いられる。

色分離光学系３は、照明装置から射出された照明光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と、第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、第３の反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａと、第２のリレーレンズ９ｂと、を備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢと、に分離する機能を有する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過し、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、第１のダイクロイックミラー７ａで反射した光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。

第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されている。第１の反射ミラー８ａは、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを赤色光用光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、青色光ＬＢの光路中に配置されている。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを青色光用光変調装置４Ｂに向けて反射させる。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂで反射し、緑色光用光変調装置４Ｇに向けて進む。

第１のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、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の光射出側に配置されている。第１のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、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。

赤色光用光変調装置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。緑色光用光変調装置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。青色光用光変調装置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。

赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。また、液晶パネルの入射側および射出側には、図示しない一対の偏光板が配置されている。一対の偏光板は、特定の方向の直線偏光光を透過させる。

赤色光用光変調装置４Ｒの入射側には、フィールドレンズ１０Ｒが配置されている。緑色光用光変調装置４Ｇの入射側には、フィールドレンズ１０Ｇが配置されている。青色光用光変調装置４Ｂの入射側には、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は、赤色光用光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行化する。フィールドレンズ１０Ｇは、緑色光用光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行化する。フィールドレンズ１０Ｂは、青色光用光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化する。

合成光学系５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢのそれぞれに対応した画像光を合成し、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る。

投射光学系６は、複数の投射レンズを含む投射レンズ群から構成されている。投射光学系６は、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、拡大されたカラー画像が表示される。

以下、照明装置２について説明する。
図２に示すように、照明装置２は、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、第１の位相差板４６と、第１のモーター４７と、ホモジナイザー光学系２４と、第１の偏光分離素子５０Ａを含む第１のプリズム２５Ａと、第１のピックアップ光学系２６と、第１の発光素子２７と、光学素子４１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、第１の光量モニター用ミラー４２と、第１のセンサーユニット４３と、第１の制御装置４４と、を備えている。第１の発光素子２７は、本発明における波長変換装置を構成する。

上記の構成要件のうち、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、第１のプリズム２５Ａと、位相差板２８と、第２のピックアップ光学系２９と、拡散反射素子３０とは、それぞれの光学中心を図２中に示す光軸ａｘ１に一致させた状態で、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。一方、第１の発光素子２７と、第１のピックアップ光学系２６と、第１のプリズム２５Ａと、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａとは、それぞれの光学中心を図２中に示す光軸ａｘ２に一致させた状態で、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、互いに直交する位置関係にある。

アレイ光源２１Ａは、複数の半導体レーザー２１１を備える。複数の半導体レーザー２１１は、光軸ａｘ１と直交する面２１ｃ内において、アレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー２１１の個数は特に限定されない。本実施形態における半導体レーザー２１１は、特許請求の範囲における発光素子に対応する。

半導体レーザー２１１は、例えばピーク波長が４４６ｎｍのＳ偏光の青色光を射出する。Ｓ偏光の青色光ＢＬは、アレイ光源２１Ａからコリメーター光学系２２に向けて射出される。本実施形態におけるピーク波長が４４６ｎｍの青色光ＢＬは、特許請求の範囲における第１の波長帯の光に対応する。

アレイ光源２１Ａから射出された青色光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から射出された青色光ＢＬ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で構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の半導体レーザー２１１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を透過することにより平行光束に変換された青色光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、青色光ＢＬの光束径を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えばアフォーカルレンズ２３ａ，アフォーカルレンズ２３ｂから構成されている。

アフォーカル光学系２３を透過することにより光束径が調整された青色光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、青色光ＢＬの光強度分布を、例えばトップハット型分布と呼ばれる均一な光強度分布に変換する。ホモジナイザー光学系２４は、例えばマルチレンズアレイ２４ａ，マルチレンズアレイ２４ｂから構成されている。

アフォーカル光学系２３とホモジナイザー光学系２４との間、より具体的には、アフォーカルレンズ２３ｂとマルチレンズアレイ２４ａとの間の光路上に、第１の位相差板４６が設けられている。第１の位相差板４６は、青色光ＢＬが入射する面内で回転可能に設けられている。第１の位相差板４６は、青色光ＢＬの波長４４６ｎｍに対する１／２波長板で構成されている。第１の位相差板４６の光学軸は、第１の位相差板４６に入射する青色光ＢＬの偏光軸と交差する。なお、第１の位相差板４６の光学軸は、第１の位相差板４６の進相軸もしくは遅相軸のいずれであってもよい。

青色光ＢＬは、コヒーレントなＳ偏光である。青色光ＢＬはもともとＳ偏光であるが、青色光ＢＬの偏光軸が第１の位相差板４６の光学軸と交差しているため、青色光ＢＬが第１の位相差板４６を透過することによりＳ偏光の一部がＰ偏光に変換される。その結果、第１の位相差板４６を透過した青色光ＢＬは、Ｓ偏光成分ＢＬｓとＰ偏光成分ＢＬｐとが所定の割合で混在した光となる。例えば、本実施形態におけるＳ偏光成分ＢＬｓは、特許請求の範囲における第１の偏光状態の第１の光束に対応する。本実施形態におけるＰ偏光ＢＬｐは、特許請求の範囲における第２の偏光状態の第２の光束に対応する。

第１の位相差板４６に、第１の位相差板４６を回転させるための第１のモーター４７が接続されている。第１の位相差板４６の回転機構については後述する。

ホモジナイザー光学系２４から射出された青色光ＢＬは、第１のプリズム２５Ａに入射する。第１のプリズム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で構成されている。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。第１のプリズム２５Ａは、互いに直交する光軸ａｘ１，ａｘ２の交点と傾斜面Ｋの光学中心とが一致するように配置されている。ダイクロイックプリズムからなる第１のプリズム２５Ａに代えて、平行平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。

傾斜面Ｋには、波長選択性を有する第１の偏光分離素子５０Ａが設けられている。第１の偏光分離素子５０Ａは、青色光ＢＬを、第１の偏光分離素子５０Ａに対するＳ偏光成分ＢＬｓとＰ偏光成分ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有している。具体的に、第１の偏光分離素子５０Ａは、青色光ＢＬのＳ偏光成分ＢＬｓを反射させ、青色光ＢＬのＰ偏光成分ＢＬｐを透過させる。以下の説明では、第１の偏光分離素子５０Ａで反射したＳ偏光成分ＢＬｓは蛍光体層の励起に利用されるため、励起光ＢＬｓと称する。第１の偏光分離素子５０Ａを透過したＰ偏光成分ＢＬｐは照明光として利用されるため、青色光ＢＬｐと称する。

また、第１の偏光分離素子５０Ａは、半導体レーザー２１１から射出された青色光ＢＬとは波長帯が異なる黄色の蛍光光ＹＬを、蛍光光ＹＬの偏光状態に依らずに透過させる色分離機能を有している。

第１の偏光分離素子５０Ａから射出されたＳ偏光の励起光ＢＬｓは、第１のピックアップ光学系２６に入射する。第１のピックアップ光学系２６は、励起光ＢＬｓを第１の発光素子２７の第１の蛍光体層３４に向けて集光させる。第１のピックアップ光学系２６は、例えばピックアップレンズ２６ａ，ピックアップレンズ２６ｂから構成されている。

第１のピックアップ光学系２６から射出された励起光ＢＬｓは、第１の発光素子２７に入射する。第１の発光素子２７は、第１の蛍光体層３４と、第１の蛍光体層３４を支持する基板３５と、を有している。励起光ＢＬｓが第１の蛍光体層３４に入射することにより第１の蛍光体層３４に含まれる蛍光体が励起され、励起光ＢＬｓとは波長が異なる黄色の蛍光光ＹＬが生成される。本実施形態における蛍光光ＹＬは、特許請求の範囲における第２の波長帯の第３の光束に対応する。

第１の発光素子２７において、第１の蛍光体層３４は、励起光ＢＬｓが入射する側とは反対側の面を基板３５に接触させた状態で、第１の蛍光体層３４の側面と基板３５との間に設けられた接着剤３６により基板３５に固定されている。基板３５の第１の蛍光体層３４が設けられた側と反対側の面には、第１の蛍光体層３４の熱を放散させるためのヒートシンク３８が設けられている。

第１の蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬは、偏光方向が揃っていない非偏光光のため、第１のピックアップ光学系２６を通過した後、非偏光の状態のままで第１の偏光分離素子５０Ａに入射する。蛍光光ＹＬは、第１の偏光分離素子５０Ａを透過し、インテグレータ光学系３１に向けて進む。

一方、第１の偏光分離素子５０Ａから射出されたＰ偏光の青色光ＢＬｐは、光学素子４１に入射する。光学素子４１は、位相差板２８と、第２のピックアップ光学系２９と、拡散反射素子３０と、を備えている。青色光ＢＬｐ’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ＢＬｐは、位相差板２８により円偏光の青色光ＢＬｃに変換された後、第２のピックアップ光学系２９に入射する。

第２のピックアップ光学系２９は、青色光ＢＬｃを拡散反射素子３０に向けて集光させる。第２のピックアップ光学系２９は、例えばピックアップレンズ２９ａとピックアップレンズ２９ｂとから構成されている。

拡散反射素子３０は、第２のピックアップ光学系２９から射出された青色光ＢＬｃを偏光分離素子５０Ａに向けて拡散反射させる。特に拡散反射素子３０として、拡散反射素子３０に入射した青色光ＢＬｃをランバート反射させるものを用いることが好ましい。照明装置２において、この種の拡散反射素子３０を用いることにより、青色光ＢＬｃを拡散反射させつつ、均一な照度分布を有する青色光ＢＬｃ’を得ることができる。

図２に示すように、拡散反射素子３０で拡散反射された青色光ＢＬｃ’は、再び位相差板２８に入射することによって、円偏光の青色光ＢＬｃ’からＳ偏光の青色光ＢＬｓ’に変換される。そのため、光学素子４１からＳ偏光の青色光ＢＬｓ’が射出される。本実施形態におけるＳ偏光の青色光ＢＬｓ’は特許請求の範囲における第４の光束に対応する。Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ’は、偏光分離素子５０Ａに入射する。Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ’は、偏光分離素子５０Ａで反射し、インテグレータ光学系３１に向けて進む。

このようにして、青色光ＢＬｓ’は、偏光分離素子５０Ａを透過した蛍光光ＹＬとともに、照明光ＷＬとして利用される。すなわち、青色光ＢＬｓ’と蛍光光ＹＬとは、偏光分離素子５０Ａから互いに同一方向に向けて射出される。このようにして、青色光ＢＬｓ’と黄色の蛍光光ＹＬとが合成された白色の照明光ＷＬが得られる。すなわち、偏光分離素子５０Ａは、青色光ＢＬｓ’と蛍光光ＹＬとを合成する色合成素子の機能も兼ねている。本実施形態における偏光分離素子５０Ａは、特許請求の範囲における第１の色合成素子に対応する。

偏光分離素子５０Ａから射出された照明光ＷＬは、インテグレータ光学系３１に入射する。インテグレータ光学系３１は、照明光ＷＬを複数の小光束に分割する。インテグレータ光学系３１は、例えば、第１レンズアレイ３１ａ，第２レンズアレイ３１ｂから構成されている。第１レンズアレイ３１ａ，第２レンズアレイ３１ｂは、複数のマイクロレンズがアレイ状に配列されたものからなる。

インテグレータ光学系３１から射出された照明光ＷＬ（複数の小光束）は、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、照明光ＷＬの偏光方向を揃えるものである。偏光変換素子３２は、例えば、偏光分離膜と位相差板とミラーとから構成されている。偏光変換素子３２は、非偏光である蛍光光ＹＬの偏光方向とＳ偏光の青色光ＢＬｓ’の偏光方向とを揃えるため、他方の偏光成分を一方の偏光成分に、例えばＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換する。

インテグレータ光学系３１と偏光変換素子３２との間の光路上に、第１の光量モニター用ミラー４２が設けられている。第１の光量モニター用ミラー４２は、光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置されている。第１の光量モニター用ミラー４２は、入射した光の一部を透過し、残りを反射する。第１の光量モニター用ミラー４２を透過した光は偏光変換素子３２に入射し、第１の光量モニター用ミラー４２で反射した光は第１のセンサーユニット４３に入射する。第１のセンサーユニット４３の詳細な構成については後述する。本実施形態における第１のセンサーユニット４３は特許請求の範囲における第１の検出装置に対応する。

図５に示すように、第１の光量モニター用ミラー４２は、偏光変換素子３２の光入射領域Ｒを避けて配置された保持部材４８によって保持されている。偏光変換素子３２の光入射領域Ｒとは、インテグレータ光学系３１から射出された複数の小光束各々が入射する領域である。第１の光量モニター用ミラー４２は、半導体レーザー２１１から射出された青色光ＢＬの２次光源像Ｚが形成される位置に配置される。ここでは、第１の光量モニター用ミラー４２がインテグレータ光学系３１と偏光変換素子３２との間の光路上に配置された例を示した。この例に代えて、第１の光量モニター用ミラー４２は、偏光変換素子３２と重畳レンズ３３ａとの間の光路上に配置されていてもよい。

偏光変換素子３２を通過することにより偏光方向が揃えられた照明光ＷＬは、重畳レンズ３３に入射する。重畳レンズ３３ａは、偏光変換素子３２から射出された複数の小光束を照明対象物上で互いに重畳させる。これにより、照明対象物を均一に照明することができる。重畳光学系３３は、第１レンズアレイ３１ａ，第２レンズアレイ３１ｂからなるインテグレータ光学系３１と重畳レンズ３３ａとにより構成される。

本実施形態の場合、第１の光量モニター用ミラー４２は、インテグレータ光学系３１と偏光変換素子３２との間の光路上の２次光源像Ｚの形成位置に配置されている。そのため、光路中に第１の光量モニター用ミラー４２を配置して光の一部を取り出したとしても、被照明領域である赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂ上において照度ムラが生じることはない。したがって、２次光源像１個分の照度低下を許容できるならば、第１の光量モニター用ミラー４２は、必ずしも一部の光を透過し、残りを反射するミラーでなくてもよく、全ての光を反射するミラーであってもよい。

以下、第１の位相差板の回転機構について説明する。
図３に示すように、第１の位相差板４６は、円形の板体４６ａで構成され、板体４６ａから外側に突出する棒状部４６ｂが設けられている。第１の位相差板４６は、保持部材４９によって回転可能に保持されている。第１の位相差板４６の棒状部４６ｂは保持部材４９の外側に突出している。第１の位相差板４６は、棒状部４６ｂが保持部材４９の主面に沿った方向に移動することにより回転する。

図４に示すように、第１の位相差板４６の棒状部４６ｂと保持部材４９の壁部４９ａとの間の空間にバネ５５が挿入されている。また、第１のモーター４７の回転軸４７ａの先端にネジ部材５１が固定されている。第１のモーター４７の回転によりネジ部材５１が回転すると、ネジ部材５１が図４の矢印Ａの向きに棒状部４６ｂを押し、第１の位相差板４６は反時計回りに回転する。ネジ部材５１が棒状部４６ｂを押す力が解除されると、バネ５５の作用により第１の位相差板４６は時計回りに回転し、中立位置に戻る。第１の位相差板４６の回転に伴い、第１の位相差板４６の光学軸４６ｃが回転する。

第１のセンサーユニット４３は、青色光ＢＬｓ’の強度を検出する青色光用センサー５２と、黄色の蛍光光ＹＬの強度を検出する黄色光用センサー５３と、青色光ＢＬｓ’と黄色の蛍光光ＹＬとを分離するダイクロイックミラー５４と、を備えている。第１の光量モニター用ミラー４２から取り出された光は、第１のセンサーユニット４３に入射し、ダイクロイックミラー５４により青色光ＢＬｓ’と黄色の蛍光光ＹＬとが分離される。青色光ＢＬｓ’は、青色光用センサー５２により強度が検出される。黄色の蛍光光ＹＬは、黄色光用センサー５３により強度が検出される。

第１のセンサーユニット４３からの青色光ＢＬｓ’の強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度の検出結果は、第１の制御装置４４に出力される。第１の制御装置４４は、青色光ＢＬｓ’の強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度との比が基準値に近付くように、第１の位相差板４６を回転させて第１の位相差板４６の光学軸４６ｃの方向を変化させる。青色光ＢＬｓ’の強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度との比の基準値は、第１のセンサーユニット４３により測定された、プロジェクター１の使用開始時点の初期の青色光ＢＬｓ’の強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度とに基づいて決定された値であってもよい。もしくは、青色光ＢＬｓ’の強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度との比の基準値として、プロジェクター１の設計値を用いてもよい。

ここで、プロジェクター使用時の経時変化により半導体レーザー２１１から射出される光の量が低下した場合を想定する。この場合に生じるホワイトバランスのずれに対する本実施形態の対応策の考え方を、図６のフローチャートに基づいて説明する。

半導体レーザー２１１の出力が低下すると（図６のステップＳ１）、それに伴って蛍光体層３４を励起させる励起光ＢＬｓの光量が低下する。励起光ＢＬｓの光量が低下することは、励起光ＢＬｓの光密度（単位面積あたりの光量）が低下することと等価である（図６のステップＳ２）。蛍光体は、一般的に、励起光の光密度が低下すると、励起光を蛍光光に変換する際の変換効率が上昇する、という特性を有している。したがって、励起光ＢＬｓの光量が低下したとしても、変換効率の上昇による蛍光光の増加分が励起光ＢＬｓの光量低下による蛍光光の減少分を上回ったとき、蛍光体層３４から射出される蛍光光ＹＬの光量は増加する（図６のステップＳ３）。ここでは、蛍光光ＹＬの光量が増加する場合を例にとって説明するが、蛍光光ＹＬの光量は減少する場合もある。しかし、いずれの場合もホワイトバランスが崩れる。

ここで、半導体レーザー２１１の出力の低下に伴って、青色光ＢＬｓ’の光量、励起光ＢＬｓの光量はともに低下している。しかしながら、蛍光体の変換効率が上昇しているため、青色光ＢＬｓ’に対する蛍光光ＹＬの光量は相対的に増加する（図６のステップＳ４）。その結果、青色光ＢＬｓ’と黄色の蛍光光ＹＬとの比率が変化し、経時変化前に対して青色光ＢＬｓ’と黄色の蛍光光ＹＬとの合成光である白色光のホワイトバランスが崩れる（図６のステップＳ５）。具体的には、青色光ＢＬｓ’の光量に対する黄色の蛍光光ＹＬの光量が相対的に増加するため、合成光は黄色味を帯びた白色光に変化する。

ここで、第１の光量モニター用ミラー４２から取り出された光に含まれる青色光ＢＬｓ’の光量（強度）と黄色の蛍光光ＹＬの光量（強度）とが、第１のセンサーユニット４３により測定される（図６のステップＳ６）。第１の制御装置４４に、プロジェクター１の使用開始時点の初期の強度値に基づいて決定された、青色光強度と黄色光強度との比の基準値が予め記憶されている。第１の制御装置４４は、第１のセンサーユニット４３が検出した現在の青色光強度と黄色光強度との比と記憶済みの基準値とを比較する。その結果、現在の青色光強度と黄色光強度との比と基準値の比との差が許容範囲を超えている場合、現在の青色光強度と黄色光強度との比が基準値（初期値）に近付くように、第１の位相差板４６を回転させる（図６のステップＳ７）。

第１の位相差板４６を所定の角度だけ回転させることにより、第１の位相差板４６で生成されるＳ偏光成分ＢＬｓの光量とＰ偏光成分ＢＬｐの光量との割合を調整できる。具体的に、青色光となるＰ偏光成分ＢＬｐの光量を増やし、蛍光光ＹＬを生成する励起光となるＰ偏光成分ＢＬｐの光量を減らすためには、Ｐ偏光成分ＢＬｐの光量を相対的に増やし、Ｓ偏光成分ＢＬｓの光量を相対的に減らせばよい。これにより、白色光のホワイトバランスが崩れたときと比べて、第１の偏光分離素子５０Ａを透過する青色光となるＰ偏光成分ＢＬｐの光量が相対的に増加するため、合成光はより白色に近い光となり、ホワイトバランスを改善することができる。

第１の位相差板４６を所定の角度だけ回転させることにより、第１の位相差板４６で生成するＳ偏光成分ＢＬｓの光量とＰ偏光成分ＢＬｐの光量との割合を調整できることを図７（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
図７（Ａ）は、第１の位相差板４６を通過する前の光の偏光状態を示す図である。図７（Ｂ）は、第１の位相差板４６を通過した後の光の偏光状態を示す図である。

本実施形態の場合、第１の位相差板４６を通過する前の青色光ＢＬはＳ偏光（直線偏光）である。図７（Ａ）に示すように、Ｓ偏光の偏光方向Ｐ１と第１の位相差板４６の光学軸４６ｃとは角度θをなすように交差している。青色光ＢＬは、第１の位相差板４６を通過した後、図７（Ｂ）に示すように、偏光方向Ｐ１が時計回りに角度２θだけ回転し、偏光方向Ｐ２となる。このとき、Ｓ偏光成分ＢＬｓとＰ偏光成分ＢＬｐとが生じ、Ｓ偏光成分ＢＬｓの光量とＰ偏光成分ＢＬｐの光量との比はｃｏｓ（２θ）：ｓｉｎ（２θ）となる。例えばθ＝２°の場合、Ｓ偏光成分ＢＬｓの光量とＰ偏光成分ＢＬｐの光量との比は１４．３：１となる。したがって、図７（Ａ）、（Ｂ）の配置においては、回転角θを大きくすることによりＳ偏光成分ＢＬｓに対するＰ偏光成分ＢＬｐの量を相対的に増やすことができる。

本発明者は、第１の位相差板４６の回転角を変えながら照明光の色温度を実測し、第１の位相差板４６の回転角を変えた際に照明光の色が変化するか否かを検証した。
図８は、第１の位相差板４６の回転角と照明光の色温度との関係を示すグラフである。横軸は第１の位相差板４６の回転角［度］であり、縦軸は照明光の色温度［Ｋ］である。図８に示すように、例えば第１の位相差板４６の回転角を０°から４５°に増加させると、照明光の色温度は約３５００Ｋから約７２００Ｋまで増加する傾向を示した。これにより、第１の位相差板４６の回転角を変えることで照明光の色温度、すなわち照明光の色を調整できることが実証された。

以上説明したように、本実施形態の照明装置２によれば、第１のセンサーユニット４３が検出した青色光強度と黄色光強度とに基づいて第１の位相差板４６の回転角を制御するため、半導体レーザー２１１、その他の光学部品等の経時変化に起因するホワイトバランスのずれを補正してホワイトバランスの調整を行うことができる。

特に、第１の光量モニター用ミラー４２により２次光源像の一部を取り出して検出を行うため、赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂ上での照度ムラを生じさせることなく、ホワイトバランスの調整を精度良く行うことができる。本実施形態によれば、この種の照明装置２を備えたことにより、画像のホワイトバランスに優れ、表示品質の高いプロジェクター１を実現することができる。

なお、ホワイトバランスの調整を行うタイミングとして、青色光強度と黄色光強度のモニターと第１の位相差板４６の回転動作とは、例えばプロジェクター１の主電源投入直後に行う設定とすることが望ましい。その理由は、プロジェクター１の主電源投入直後に調整が行われる構成であれば、使用者に画像の色味の変化が認識されにくいからである。ただし、ホワイトバランスの調整をプロジェクター１の主電源投入直後だけに行ったのでは、プロジェクター１の使用中にホワイトバランスがずれた場合に対応できない。したがって、プロジェクター１の使用中であっても所定の時間間隔でホワイトバランスの調整を行う構成としてもよい。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図９を用いて説明する。
第２実施形態の照明装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、黄色光を発する蛍光体層に代えて、緑色光を発する蛍光体層と赤色光を発する蛍光体層とを用いる点が第１実施形態と異なる。
図９は、第２実施形態の照明装置の概略構成図である。
図９において、第１実施形態で用いた図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

第１実施形態の照明装置においては、波長変換装置は発光素子２７によって構成されていた。図９に示すように、本実施形態の照明装置６０では、波長変換装置は、第２の位相差板６２と、第２の偏光分離素子６３を含む第２のプリズム６４と、第２の発光素子６５と、第３の発光素子６６と、第３のピックアップ光学系６７と、第４のピックアップ光学系６８と、を含む。

第１のプリズム２５Ａと第２のプリズム６４との間の光路上に、第２の位相差板６２が設けられている。第２の位相差板６２は、光の入射する主面の面内で回転可能に設けられている。第２の位相差板６２は、青色光の波長４４６ｎｍに対する１／２波長板で構成されている。第２の位相差板６２の光学軸は、第１のプリズム２５Ａから射出された青色光ＢＬｓの偏光軸と交差する。なお、第２の位相差板６２の光学軸は、第２の位相差板６２の進相軸もしくは遅相軸のいずれであってもよい。

第１のプリズム２５Ａから射出された青色光ＢＬｓの偏光軸が第２の位相差板６２の光学軸と交差しているため、青色光ＢＬｓが第２の位相差板６２を透過することによりＳ偏光ＢＬｓの一部がＰ偏光ＢＬｐ２に変換される。その結果、第２の位相差板６２を透過した青色光ＢＬｓは、Ｓ偏光成分ＢＬｓ２とＰ偏光成分ＢＬｐ２とが所定の割合で混在した光となる。

第２の位相差板６２に、第２の位相差板６２を回転させるための第２のモーター６９が接続されている。第２の位相差板６２の支持構造や回転機構は、第１の位相差板の支持構造や回転機構と同様であり、説明を省略する。

Ｓ偏光成分ＢＬｓ２とＰ偏光成分ＢＬｐ２とは、第２のプリズム６４に入射する。第２のプリズム６４は、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムで構成されている。ダイクロイックプリズムからなる第２のプリズム６４に代えて、平行平板状のダイクロイックミラーが用いられてもよい。

ダイクロイックプリズムの傾斜面Ｋには、波長選択性を有する第２の偏光分離素子６３が設けられている。第２の偏光分離素子６３は、Ｐ偏光成分ＢＬｐ２を透過させ、Ｓ偏光成分ＢＬｓ２を反射させる。以下、第２の偏光分離素子６３で反射したＳ偏光成分を、後述する赤色蛍光体層の励起に利用されることから、赤色用励起光ＢＬｓ２と称する。第２の偏光分離素子６３を透過したＰ偏光成分を、後述する緑色蛍光体層の励起に利用されることから、緑色用励起光ＢＬｐ２と称する。なお、本実施形態においては、緑色蛍光体層と赤色蛍光体層はそれぞれ、特許請求の範囲における第１の蛍光体層と第２の蛍光体層に対応する。

また、第２の偏光分離素子６３は、青色光ＢＬとは波長帯が異なる赤色蛍光光ＲＬを、赤色蛍光光ＲＬの偏光状態に依らずに反射させるとともに、青色光ＢＬとは波長帯が異なる緑色蛍光光ＧＬを、緑色蛍光光ＧＬの偏光状態に依らずに透過させる色分離機能を有している。

第２の偏光分離素子６３から射出された緑色用励起光ＢＬｐ２は、第３のピックアップ光学系６７に入射する。第３のピックアップ光学系６７は、緑色用励起光ＢＬｐ２を第２の発光素子６５の緑色蛍光体層７４に向けて集光させる。第３のピックアップ光学系６７は、例えばピックアップレンズ６７ａ，ピックアップレンズ６７ｂから構成されている。

第３のピックアップ光学系６７から射出された緑色用励起光ＢＬｐ２は、第２の発光素子６５に入射する。第２の発光素子６５は、緑色蛍光体層７４と、緑色蛍光体層７４を支持する基板３５と、ヒートシンク３８と、を有している。緑色用励起光ＢＬｐ２が緑色蛍光体層７４に入射することにより緑色蛍光体層７４に含まれる蛍光体が励起され、緑色用励起光ＢＬｐ２とは波長が異なる緑色の蛍光光ＧＬが生成される。本実施形態における蛍光光ＧＬは、特許請求の範囲における第３の波長帯の第５の光束に対応する。

緑色蛍光体層７４から射出された緑色蛍光光ＧＬは、第３のピックアップ光学系６７を通過した後、偏光状態によらずに第２の偏光分離素子６３を透過する。

一方、第２の偏光分離素子６３から射出された赤色用励起光ＢＬｓ２は、第４のピックアップ光学系６８に入射する。第４のピックアップ光学系６８は、赤色用励起光ＢＬｓ２を第３の発光素子６６の赤色蛍光体層７５に向けて集光させる。第４のピックアップ光学系６８は、例えばピックアップレンズ６８ａ，ピックアップレンズ６８ｂから構成されている。

第４のピックアップ光学系６８から射出された赤色用励起光ＢＬｓ２は、第３の発光素子６６に入射する。第３の発光素子６６は、赤色蛍光体層７５と、赤色蛍光体層７５を支持する基板３５と、ヒートシンク３８と、を有している。赤色用励起光ＢＬｓ２が赤色蛍光体層７５に入射することにより赤色蛍光体層７５に含まれる蛍光体が励起され、赤色用励起光ＢＬｓ２とは波長が異なる赤色の蛍光光ＲＬが生成される。本実施形態における赤色蛍光光ＲＬは、特許請求の範囲における第４の波長帯の第６の光束に対応する。

赤色蛍光体層７５から射出された赤色蛍光光ＲＬは、第４のピックアップ光学系６８を通過した後、第２の偏光分離素子６３で反射する。したがって、第２の偏光分離素子６３を透過した緑色蛍光光ＧＬと、第２の偏光分離素子６３で反射した赤色蛍光光ＲＬと、が合成されて黄色の蛍光光ＹＬとなり、黄色の蛍光光ＹＬが第２の偏光分離素子６３から射出される。すなわち、第２の偏光分離素子６３は、緑色蛍光光ＧＬと赤色蛍光光ＲＬとを合成する色合成素子として機能する。第２の偏光分離素子６３により合成された黄色蛍光光ＹＬは、第２の位相差板６２を透過する。本実施形態における第２の偏光分離素子６３は、特許請求の範囲における第２の色合成素子に対応する。

第２の光量モニター用ミラー７０が、第２の位相差板６２と第１のプリズム２５Ａとの間の光路上に配置されている。緑色蛍光光ＧＬと赤色蛍光光ＲＬとは、それぞれの蛍光体層から発せられたランバート散乱光である。そのため、緑色蛍光光ＧＬと赤色蛍光光ＲＬとは、光軸近傍の中心部で高く、周縁部で低い照度分布を有している。したがって、第２の光量モニター用ミラー７０は、第２の位相差板６２の周縁部に対応する位置に配置されることが望ましい。

第２のセンサーユニット７１は、詳細な構成の図示を省略するが、緑色蛍光光ＧＬの強度を検出する緑色光用センサーと、赤色蛍光光ＲＬの強度を検出する赤色光用センサーと、緑色蛍光光と赤色蛍光光とを分離するダイクロイックミラーと、を備えている。第２の光量モニター用ミラー７０から取り出された光は、第２のセンサーユニット７１に入射し、ダイクロイックミラーにより緑色蛍光光と赤色蛍光光とが分離される。緑色蛍光光ＧＬは、緑色光用センサーにより強度が検出される。赤色蛍光光ＲＬは、赤色光用センサーにより強度が検出される。

第２のセンサーユニット７１からの緑色蛍光光の強度と赤色蛍光光の強度の検出結果は、第２の制御装置７２に出力される。第２の制御装置７２は、緑色蛍光光ＧＬの強度と赤色蛍光光ＲＬの強度との比が基準値に近付くように、第２の位相差板６２を回転させ、第２の位相差板６２の光学軸の方向を変化させる。緑色蛍光光ＧＬの強度と赤色蛍光光ＲＬの強度との比の基準値は、第２のセンサーユニット７１により測定された、プロジェクターの使用開始時点の初期の緑色蛍光光ＧＬの強度と赤色蛍光光ＲＬの強度とに基づいて決定された値であってもよい。もしくは、緑色蛍光光ＧＬの強度と赤色蛍光光ＲＬの強度との比の基準値として、プロジェクターの設計値を用いてもよい。なお、この例では、機能を区別するために第１の制御装置４４と第２の制御装置７２を別に記載したが、第１の制御装置４４と第２の制御装置７２とは、別体の制御装置である必要はなく、一つの制御装置で構成されていてもよい。

第１の位相差板４６と同様、第２の位相差板６２を所定の角度だけ回転させることにより、第２の位相差板６２で生成されるＳ偏光成分ＢＬｓ２の光量とＰ偏光成分ＢＬｐ２の光量との割合を調整できる。例えばＰ偏光成分ＢＬｐ２の光量を相対的に増やし、Ｓ偏光成分ＢＬｓ２の光量を相対的に減らすことにより、赤色蛍光光ＲＬの光量を相対的に減らし、緑色蛍光光ＧＬの光量を相対的に増やすことができる。逆に、Ｐ偏光成分ＢＬｐ２の光量を相対的に減らし、Ｓ偏光成分ＢＬｓ２の光量を相対的に増やすことにより、赤色蛍光光ＲＬの光量を相対的に増やし、緑色蛍光光ＧＬの光量を相対的に減らすことができる。これにより、赤色蛍光光と緑色蛍光光との合成光である黄色光の色バランスを調整することができる。

本実施形態の照明装置６０においては、第２の位相差板６２の回転角を制御することにより赤色蛍光光ＲＬと緑色蛍光光ＧＬとの合成光である黄色蛍光光ＹＬの色バランスを調整した上で、第１の位相差板４６の回転角を制御することにより青色光と黄色光との合成光である白色光の色バランスを調整することができる。

本実施形態のように、緑色蛍光体層７４と赤色蛍光体層７５とを用いる場合、励起光の光密度変化に対する蛍光体の変換効率の変化率は、緑色蛍光体層と赤色蛍光体層とで異なるのが一般的である。このことから、第２の位相差板６２の回転角を制御することで黄色蛍光光ＹＬの色バランスを先に調整した後、白色光の色バランスを調整するという本実施形態の構成が有効である。本実施形態においても、この種の照明装置６０を用いることにより画像のホワイトバランスに優れ、表示品質の高いプロジェクターを実現することができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１０を用いて説明する。
第３実施形態の照明装置の基本構成は第１実施形態および第２実施形態と同様であり、励起光用の半導体レーザーと照明光用の半導体レーザーとを別個に備えた点が第１実施形態および第２実施形態と異なる。
図１０は、第３実施形態の照明装置の概略構成図である。
図１０において、第１実施形態で用いた図２、および第２実施形態で用いた図９と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１０に示すように、第３実施形態の照明装置８０において、第１の偏光分離素子５０Ａで反射したＳ偏光からなる青色光ＢＬの光路に関する構成、すなわち図１０における第２の位相差板６２よりも下側の構成は、第２実施形態の照明装置６０と同一である。しかし、第２実施形態の照明装置６０に設けられていた第１の位相差板４６、第１のモーター４７、第１の光量モニター用ミラー４２、第１のセンサーユニット４３、および第１の制御装置４４は、照明装置８０には設けられていない。

本実施形態の場合、半導体レーザー２１１から射出された青色光ＢＬの全ては、Ｓ偏光として第１の偏光分離素子５０Ａに入射する。第１の偏光分離素子５０Ａに入射した青色光ＢＬは第１の偏光分離素子５０Ａで反射し、緑色蛍光体層７４もしくは赤色蛍光体層７５を励起する励起光として利用される。

青色光光源装置８１は、第１のプリズム２５Ａを挟んで半導体レーザー２１１が設けられた側と反対側に設けられている。青色光光源装置８１は、照明光として利用する青色光ＢＬｈを射出するためのものである。青色光光源装置８１は、アレイ光源８２と、コリメーター光学系８３と、アフォーカル光学系８４と、ホモジナイザー光学系８５と、第５のピックアップ光学系８６と、光拡散素子８７と、第６のピックアップ光学系８８と、を備えている。

アレイ光源８２は、複数の半導体レーザー２１２を備えている。複数の半導体レーザー２１２は、光軸ａｘ１と直交する面２１ｄ内において、アレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー２１２の個数は特に限定されない。半導体レーザー２１２は、例えばピーク波長が４６０ｎｍのＰ偏光の青色光を射出する。Ｐ偏光の青色光ＢＬｈは、アレイ光源８２からコリメーター光学系８３に向けて射出される。

アレイ光源８２から射出された青色光ＢＬｈは、コリメーター光学系８３に入射する。コリメーター光学系８３は、アレイ光源８２から射出された青色光ＢＬｈを平行光束に変換する。コリメーター光学系８３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８３ａで構成されている。複数のコリメーターレンズ８３ａは、複数の半導体レーザー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８３を透過することにより平行光束に変換された青色光ＢＬｈは、アフォーカル光学系８４に入射する。アフォーカル光学系８４は、青色光ＢＬｈの光束径を調整する。アフォーカル光学系８４は、例えばアフォーカルレンズ８４ａ，アフォーカルレンズ８４ｂから構成されている。

アフォーカル光学系８４を透過することにより光束径が調整された青色光ＢＬｈは、ホモジナイザー光学系８５に入射する。ホモジナイザー光学系８５は、青色光ＢＬｈの光強度分布を、例えばトップハット型分布と呼ばれる均一な光強度分布に変換する。ホモジナイザー光学系８５は、例えばマルチレンズアレイ８５ａ，マルチレンズアレイ８５ｂから構成されている。

ホモジナイザー光学系８５から射出された青色光ＢＬｈは、第５のピックアップ光学系８６に入射する。第５のピックアップ光学系８６は、青色光ＢＬｈを光拡散素子８７に向けて集光させる。第５のピックアップ光学系８６は、ピックアップレンズ８６ａとピックアップレンズ８６ｂとから構成されている。

光拡散素子８７は、第５のピックアップ光学系８６から射出された青色光ＢＬｈを透過させつつ拡散させる。光拡散素子８７により青色光ＢＬｈを拡散させることにより均一な照度分布を有する青色光ＢＬｈが得られる。

光拡散素子８７から射出された青色光ＢＬｈは、第６のピックアップ光学系８８を経て第１のプリズム２５Ａに入射する。第６のピックアップ光学系８８は、ピックアップレンズ８８ａとピックアップレンズ８８ｂとから構成されている。青色光ＢＬｈは、Ｐ偏光であるため、第１のプリズム２５Ａの第１の偏光分離素子５０Ａで反射する。これにより、第１の偏光分離素子５０Ａは、第１の偏光分離素子５０Ａで反射した青色光ＢＬｈと第１の偏光分離素子５０Ａを透過した黄色の蛍光光ＹＬとを合成し、白色光ＷＬを生成する。その他の構成は、第２実施形態の照明装置６０と同様である。

本実施形態の照明装置８０においては、第２実施形態の照明装置６０と同様、第２の位相差板６２の回転角を制御することで赤色蛍光光ＲＬと緑色蛍光光ＧＬとの合成光である黄色の蛍光光ＹＬの色バランスを調整することができる。一方、第１の偏光分離素子５０Ａを透過した黄色の蛍光光ＹＬの光量に応じて、青色光光源装置８１の半導体レーザー２１２から射出される青色光ＢＬｈの出力を制御することにより、白色光ＷＬの色バランスを調整する。そのためには、第１の偏光分離素子５０Ａを透過した黄色の蛍光光ＹＬの光量を検出するセンサーが設けられていてもよい。

本実施形態の照明装置８０においても、白色光の色バランスを効果的に調整することができる、という第１実施形態、第２実施形態と同様の効果が得られる。また、照明装置８０を用いることにより、画像のホワイトバランスに優れ、表示品質の高いプロジェクターを実現することができる。

なお、本実施形態においては、第２実施形態の照明装置６０と比較して照明装置８０の構成を理解しやすくするため、第２実施形態と共通の光学部品の名称を変更せずに説明した。ただし、本実施形態の場合、光学部品の名称は共通であっても、特許請求の範囲における構成要件との対応関係は第２実施形態と異なる。例えば、本実施形態において、第２のプリズム６４から射出されるＰ偏光成分ＢＬｐ２とＳ偏光成分ＢＬｓ２はそれぞれ、第１の光束と第２の光束に対応する。本実施形態における第２の位相差板６２は、特許請求の範囲における第１の位相差板に対応する。本実施形態における第２の偏光分離素子６３は、特許請求の範囲における第１の偏光分離素子に対応する。第２の発光素子６５は、特許請求の範囲における波長変換装置に対応する。本実施形態における緑色蛍光体層７４は特許請求の範囲における第１の蛍光体層に対応する。本実施形態における第３の発光素子６６は、特許請求の範囲における光学素子に対応する。本実施形態における第２の偏光分離素子６３は、特許請求の範囲における第１の色合成素子に対応する。本実施形態における第２のセンサーユニット７１は、特許請求の範囲における第１の検出装置に対応する。本実施形態における第２の制御装置７２は、特許請求の範囲における第１の制御装置に対応する。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に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。
例えば上記実施形態では、照明光のホワイトバランスを調整するために第１の位相差板もしくは第２の位相差板の回転角を調整する例を示したが、照明光の色味を意図的に変えるために第１の位相差板もしくは第２の位相差板の回転角を調整してもよい。例えば白色光の場合、青味がかった白色光もしくは黄色味がかった白色光を意図的に生成するため、第１の位相差板もしくは第２の位相差板の回転角を調整してもよい。

第１の位相差板４６は、青色光ＢＬの波長４４６ｎｍに対する１／２波長板で構成されているが、これに限らない。回転により偏光状態を変化させることのできる透明な光学素子であればよい。例えば１／４波長板などでもよい。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置を備えるプロジェクターを例示したが、１つの光変調装置でカラー映像（画像）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、上記実施形態で開示した発光素子、照明装置、プロジェクターの各種構成要件の数、寸法、配置等については適宜変更が可能である。

１…プロジェクター、４Ｒ…赤色光用光変調装置、４Ｇ…緑色光用光変調装置、４Ｂ…青色光用光変調装置、６…投射光学系、３１…インテグレータ光学系、３１ａ…第１レンズアレイ、３１ｂ…第２レンズアレイ、３３…重畳光学系、３３ａ…重畳レンズ、３４…第１の蛍光体層、４１…光学素子、４２…第１の光量モニター用ミラー、４３…第１のセンサーユニット、４４…第１の制御装置、４６…第１の位相差板、５０Ａ…第１の偏光分離素子（第１の色合成素子）、６２…第２の位相差板、６３…第２の偏光分離素子（第２の色合成素子）、７１…第２のセンサーユニット、７２…第２の制御装置、７４…緑色蛍光体層（第１の蛍光体層）、７５…赤色蛍光体層（第２の蛍光体層）、２１１…半導体レーザー（発光素子）。

Claims (7)

1. 第１の波長帯の光を射出する発光素子と、
   前記発光素子から射出された光が入射する第１の位相差板と、
   前記第１の位相差板からの光を、第１の偏光状態の第１の光束と第２の偏光状態の第２の光束とに分離する第１の偏光分離素子と、
   前記第１の波長帯の光によって励起される第１の蛍光体層を備え、前記第１の光束を、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の第３の光束に変換する波長変換装置と、
   前記第２の光束を第４の光束に変換する光学素子と、
   前記第３の光束と前記第４の光束とを合成して白色の照明光を射出する第１の色合成素子と、
   前記第１の色合成素子によって合成された前記第３の光束と前記第４の光束とを分離して前記第３の光束の強度と前記第４の光束の強度とをそれぞれ検出する第１の検出装置と、
   前記第３の光束の強度と前記第４の光束の強度とを検出する第１の検出装置と、
   前記第１の検出装置による検出結果に応じて前記第１の位相差板の光学軸の方向を変化させる第１の制御装置と、
   を備え、
   前記第１の位相差板の光学軸の方向を変化させることにより、前記照明光のホワイトバランスが調整可能とされたことを特徴とする照明装置。
2. 前記第１の制御装置は、前記第３の光束の強度と前記第４の光束の強度との比が基準値に近付くように、前記第１の位相差板の光学軸の方向を変化させることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記基準値は、前記第１の検出装置により測定された、前記第３の光束の初期の強度と前記第４の光束の初期の強度とに基づいて決定されることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 第１の波長帯の光を射出する発光素子と、
   前記発光素子から射出された光が入射する第１の位相差板と、
   前記第１の位相差板からの光を、第１の偏光状態の第１の光束と第２の偏光状態の第２の光束とに分離する第１の偏光分離素子と、
   前記第１の波長帯の光によって励起される第１の蛍光体層を備え、前記第１の光束を、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の第３の光束に変換する波長変換装置と、
   前記第２の光束を第４の光束に変換する光学素子と、
   前記第３の光束と前記第４の光束とを合成する第１の色合成素子と、
   前記第３の光束の強度と前記第４の光束の強度とを検出する第１の検出装置と、
   前記第１の検出装置による検出結果に応じて前記第１の位相差板の光学軸の方向を変化させる第１の制御装置と、
   第１レンズアレイと第２レンズアレイと重畳レンズとを含む重畳光学系と、
   前記第２レンズアレイが備える複数のレンズのうちの一つのレンズから射出される光束の光路上であって、前記第２レンズアレイと前記重畳レンズとの間に配置されたミラーと、
   を備え、
   前記ミラーにより反射された光が前記第１の検出装置に入射することを特徴とする照明装置。
5. 前記ミラーは、前記発光素子から射出された光の２次光源像が形成される位置に配置されたことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記第１の蛍光体層は、前記第１の波長帯および前記第２の波長帯のいずれとも異なる第３の波長帯の第５の光束を射出し、
   前記波長変換装置は、
   前記第１の波長帯の光によって励起され、前記第１乃至第３の波長帯のいずれとも異なる第４の波長帯の第６の光束を射出する第２の蛍光体層と、
   前記第１の光束が入射する第２の位相差板と、
   前記第２の位相差板から射出された光を、前記第１の蛍光体層に入射する偏光成分と、前記第２の蛍光体層に入射する偏光成分と、に分離する第２の偏光分離素子と、
   前記第５の光束と前記第６の光束とを合成して前記第３の光束を生成する第２の色合成素子と、
   前記第５の光束の強度と前記第６の光束の強度とを検出する第２の検出装置と、
   前記第２の検出装置による検出結果に応じて前記第２の位相差板の光学軸の方向を変化させる第２の制御装置と、
   を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の照明装置。
7. 請求項１から請求項６まで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光変調装置と、
   前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。

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