JP6578631B2 - 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ものである。

近年、プロジェクターにおいて、蛍光体を利用した光源装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。この光源装置では、集光レンズによって蛍光体層に励起光を集光し、蛍光体層からの蛍光を集光レンズにより平行化している。このようにこの光源装置では、集光レンズは励起光を集光させるだけでなく、蛍光を平行化する。つまり、集光レンズは集光光学系としてだけでなくコリメート光学系としても働く。

特開２０１２−１０８４８６号公報

プロジェクターにおいて蛍光を高い効率で利用するためには、光源装置から射出された蛍光の平行度が高いことが求められる。また、蛍光の強度分布の均一性を高めるためには、蛍光体層上での励起光の照度分布の均一性が高いことが求められる。しかしながら、上記従来技術において、蛍光体層上での励起光の照度分布が均一になるように集光レンズを設計すると、色収差の影響により蛍光の平行度が低下する。逆に、蛍光の平行度を高めるように集光レンズを設計すると、色収差の影響により、蛍光体層上での励起光の照度分布の均一性が低下する。このように、上記従来技術において、集光光学系だけでなくコリメート光学系としても働く光学系を用いて蛍光の利用効率と蛍光の強度分布の均一性とを両立させることは困難である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、強度分布の均一性が高い蛍光を効率的に利用できる照明装置およびプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明の第１態様に従えば、第１の波長の第１の光を射出する光源と、前記光源から射出された前記第１の光が入射するインテグレータ光学系と、前記インテグレータ光学系を透過した前記第１の光を前記第１の波長とは異なる第２の波長の第２の光に変換する波長変換素子と、前記インテグレータ光学系と前記波長変換素子との間の前記第１の光の光路上に設けられた波長分離素子と、前記波長変換素子と前記波長分離素子との間に設けられ、前記第１の光および前記第２の光が入射するピックアップ光学系と、前記第１の光の光路上の、前記インテグレータ光学系と前記波長分離素子との間に設けられ、前記ピックアップ光学系における前記第１の光の色収差を補正するレンズと、を備える照明装置が提供される。
また、第１の波長の第１の光を射出する光源と、前記光源から射出された前記第１の光が入射するインテグレータ光学系と、前記インテグレータ光学系を透過した前記第１の光を前記第１の波長とは異なる第２の波長の第２の光に変換する波長変換素子と、前記インテグレータ光学系と前記波長変換素子との間の前記第１の光の光路上に設けられた波長分離素子と、前記波長変換素子と前記波長分離素子との間に設けられ、前記第１の光および前記第２の光が入射するピックアップ光学系と、前記第２の光の光路上の、前記波長分離素子の後段に設けられ、前記ピックアップ光学系における前記第２の光の色収差を補正するレンズと、を備える照明装置が提供される。

第１の波長に対応させて設計されたピックアップ光学系を用いた場合、ピックアップ光学系を通過した第２の光の平行度は、色収差のために低下する。しかし、第１態様に係る照明装置においては、第２の光の平行度を、第２の光の光路上の波長分離素子の後段に設けられた色収差補正光学素子によって改善することができる。また、第２の波長に対応させて設計されたピックアップ光学系を用いた場合、波長変換素子上の照度分布の均一性は、色収差のために低下する。しかし、照度分布の均一性を、第１の光の光路上のインテグレータ光学系と波長分離素子との間に設けられた色収差補正光学素子によって改善することができる。このようにして、波長変換素子上の照度分布の高い均一性と、ピックアップ光学系を通過した第２の光の高い平行度とを、同時に得ることができる。従って、強度分布の均一性が高い第２の光を効率的に利用できる。

上記第１態様において、前記色収差補正光学素子は、負のパワーを有するとともに、前記第１の光の光路上の前記インテグレータ光学系と前記波長分離素子との間に設けられる構成としてもよい。
第２の波長に対応させて設計されたピックアップ光学系を用いた場合、波長変換素子上の照度分布の均一性は、色収差のために低下する。しかし、この構成によれば、照度分布の均一性を改善することができる。

上記第１態様において、前記色収差補正光学素子は、正のパワーを有するとともに、前記第２の光の光路上の前記波長分離素子の後段に設けられる構成としてもよい。
第１の波長に対応させて設計されたピックアップ光学系を用いた場合、ピックアップ光学系を通過した第２の光の平行度は、色収差のために低下する。しかし、この構成によれば、第２の光の平行度を改善することができる。

本発明の第２態様に従えば、照明光を射出する照明装置と、前記照明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、前記照明装置が、上記第１態様に係る照明装置であ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によれば、上記第１態様に係る照明装置を備えるので、本プロジェクターは品質に優れた画像を表示を行うことができる。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す平面図である。 第１実施形態の照明装置の概略構成を示す平面図である。 第１実施形態の色収差補正光学素子の効果を示す図である。 第２実施形態の照明装置の概略構成を示す平面図である。 第２実施形態の色収差補正光学素子の効果を示す図である。

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（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、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平面図である。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とに分離するためのものである。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）とに分離する機能を有する。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、その他の光を緑色光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、分離された緑色光ＬＧを反射すると共に、青色光ＬＢを透過する。

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には、一対の偏光板（図示せず。）が配置されており、特定の方向の直線偏光光のみを通過させる構成となっている。

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ためのものである。

合成光学系に５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、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（インテグレータ光学系）２４と、偏光分離素子５０Ａを含む光学素子２５Ａと、第１のピックアップ光学系２６と、蛍光発光素子２７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、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、色収差補正光学素子４５とを備えている。

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（インテグレータ光学系）２４と、光学素子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、この光軸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のピックアップ光学系２６と、光学素子２５Ａと、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３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、この光軸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、第１の半導体レーザー（光源）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、第１の光である励起光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（第１の波長）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’を平行光束に変換するものである。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を通過することにより平行光束に変換された各励起光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ものである。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を通過することにより光束径が調整された励起光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、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。

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。光学素子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。

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第２の光である蛍光光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。すなわち、偏光分離素子５０Ａは、特許請求の範囲の波長分離素子としての機能を有する。

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で透過されるＰ偏光成分の偏光方向と一致している。

したがって、偏光分離素子５０Ａに入射した励起光ＢＬは、Ｓ偏光の励起光ＢＬｓとして、蛍光発光素子２７に向けて反射される。一方、この偏光分離素子５０Ａに入射した青色光ＢＬ’は、Ｐ偏光の青色光ＢＬ’ｐとして、拡散反射素子３０に向けて透過される。

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、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、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。

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み、この励起光ＢＬｓにより励起された蛍光体は、第２の光として、例えば５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長（第２の波長）を有する蛍光光（黄色光）ＹＬを生成する。

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中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層や、バインダ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で生成された蛍光光ＹＬのうち、一部の蛍光光ＹＬを反射する機能を有している。

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で生成された蛍光光ＹＬのうち、一部の蛍光光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で生成された蛍光光ＹＬのうち、他の一部の蛍光光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光ＹＬは、偏光方向が揃っていない非偏光光である。蛍光光ＹＬは、第１のピックアップ光学系２６を通過した後、偏光分離素子５０Ａに入射する。そして、この蛍光光ＹＬは、偏光分離素子５０Ａからインテグレータ光学系３１に向けて透過される。

第１のピックアップ光学系２６には、励起光（第１の光）ＢＬｓおよび蛍光光（第２の光）ＹＬが入射する。第１のピックアップ光学系２６は、特許請求の範囲のピックアップ光学系に相当する。第１のピックアップ光学系２６は、励起光ＢＬｓを蛍光体層３４に向けて集光させる集光レンズとしての機能と、蛍光光ＹＬを平行化してインテグレータ光学系３１（偏光分離素子５０Ａ）に向けて射出する平行化レンズとしての機能とを兼ねている。

第１のピックアップ光学系２６は軸上色収差を持っている。励起光ＢＬｓおよび蛍光光ＹＬは互いに波長が異なるため、軸上色収差により、第１のピックアップ光学系２６による焦点位置が互いに異なっている。

第１のピックアップ光学系２６を第１の波長に対応させて設計した場合、蛍光体層３４は、励起光ＢＬｓによって高い均一性で照射される最適位置に配置されている。そのため、蛍光体層３４上の励起光ＢＬｓの照度分布の均一性は高い。しかし軸上色収差のため、蛍光体層３４は、第１のピックアップ光学系２６の第２の波長における焦点位置からずれた位置に配置されている。そのため、第１のピックアップ光学系２６を通過した蛍光光ＹＬの平行度は低い。

逆に、第１のピックアップ光学系２６を第２の波長に対応させて設計した場合、蛍光体層３４は、第１のピックアップ光学系２６の第２の波長における焦点位置に配置されている。そのため、第１のピックアップ光学系２６を通過した蛍光光ＹＬの平行度は高い。しかし軸上色収差のため、蛍光体層３４は、励起光ＢＬｓによって高い均一性で照射される最適位置からずれた位置に配置されている。そのため、蛍光体層３４上の励起光ＢＬｓの照度分布の均一性は低い。

このような問題の発生を防止すべく、第１のピックアップ光学系２６に色収差補正機能を付与することも考えられる。しかしながら、第１のピックアップ光学系２６（ピックアップレンズ２６ａ）は非常に開口数ＮＡが高いため、色収差を補正するためには、レンズが多数必要となってしまい、光学系が大型化するとともにコストも増加してしまうことから現実性に乏しかった。

本実施形態では、第１のピックアップ光学系２６が第２の波長に対応して設計されている。つまり、蛍光光ＹＬの高い平行度が得られるように焦点位置が最適設計されている。

図３は色収差補正光学素子４５による効果を示す図であり、図３（ａ）は比較として色収差補正光学素子４５を備えない場合の励起光ＢＬｓおよび蛍光光ＹＬの状態を示す図であり、図３（ｂ）は色収差補正光学素子４５を備えた場合の励起光ＢＬｓおよび蛍光光ＹＬの状態を示す図である。

上述のように、第２の波長に対応して設計された第１のピックアップ光学系２６は、図３（ａ）に示すように、蛍光光ＹＬを良好に平行化するため、後段の光学素子によって蛍光光ＹＬを効率よく利用することができる。しかしながら、軸上色収差のため、励起光ＢＬｓの焦点位置が蛍光体層３４よりも手前にずれる。そのため、励起光ＢＬｓはピンボケした状態で蛍光体層３４に入射する。その結果、蛍光体層３４上の励起光ＢＬｓの照度分布の均一性は低くなり、蛍光体層３４から射出される蛍光光ＹＬの強度分布の均一性も低くなる。

これに対し、本実施形態において、照明装置２は、励起光ＢＬｓの光路上のホモジナイザー光学系２４と偏光分離素子５０Ａとの間に色収差補正光学素子４５を配置している。色収差補正光学素子４５は負のパワーを有するものであって、例えば、平凹レンズから構成される。このように平凹レンズを用いることでコスト増加が抑えられている。

色収差補正光学素子４５は、図３（ｂ）に示すように、励起光ＢＬｓを発散させるため、励起光ＢＬｓは蛍光体層３４の表面に集光する。これによれば、蛍光体層３４上における励起光ＢＬｓの照度分布が均一化されて、強度分布の均一性が高い蛍光光ＹＬを効率良く発生させることができる。

以上述べたように、本実施形態の照明装置２によれば、色収差補正光学素子４５を用いることによって、第１のピックアップ光学系２６で生じる色収差を簡便に補正することができる。その結果、強度分布の均一性が高い蛍光光ＹＬを効率良く生成するとともに、蛍光光ＹＬの利用効率を高めることができる。

一方、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、円偏光の青色光ＢＬ’ｃ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ＢＬ’ｃを拡散反射素子３０に向けて集光させるものであり、例えばピックアップレンズ２９ａ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ＢＬ’ｃを偏光分離素子５０Ａに向けて拡散反射させるものである。その中でも、拡散反射素子３０としては、この拡散反射素子３０に入射した青色光ＢＬ’ｃをランバート反射させるものを用いることが好ましい。

拡散反射素子３０で拡散反射された青色光ＢＬ’ｃは、再び位相差板２８に入射することによって、Ｓ偏光の青色光ＢＬ’ｓに変換された後、偏光分離素子５０Ａに入射する。そして、このＳ偏光の青色光ＢＬ’ｓは、偏光分離素子５０Ａからインテグレータ光学系３１に向けて反射される。

これにより、青色光ＢＬ’ｓは、偏光分離素子５０Ａを透過した蛍光光ＹＬと共に、照明光ＷＬとして利用されることになる。すなわち、青色光ＢＬ’ｓ及び蛍光光ＹＬ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。これにより、青色光ＢＬ’ｓと蛍光光（黄色光）ＹＬとが混ざった照明光（白色光）ＷＬが得られる。

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、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を通過した照明光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、非偏光の蛍光光ＹＬをＳ偏光に変換する。

偏光変換素子３２によってＳ偏光となった照明光ＷＬは、重畳光学系３３に入射する。重畳光学系３３は、偏光変換素子３２から射出された照明光ＷＬを被照明領域において重畳させるものである。重畳光学系３３は、例えば、重畳レンズ３３ａから構成されている。これにより、被照明領域の照度分布が均一化される。

照明装置２では、蛍光光ＹＬと青色光ＢＬ’ｓとを用いて、照明光ＷＬを効率良く得ることができる。

また、照明装置２は、１枚の平凹レンズからなる色収差補正光学素子４５を励起光ＢＬｓの光路上のホモジナイザー光学系２４と偏光分離素子５０Ａとの間に設けるといった簡便な構造であるため、装置構成を小型化することができる。また、第１のピックアップ光学系２６に色収差補正機能を設ける場合に比べてレンズの枚数が少ないため、コスト面においても非常に有利である。

以上のようにして、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、該プロジェクター１は品質に優れた画像を表示できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態として図４に示す照明装置２Ａについて説明する。なお、図４は、照明装置２Ａの概略構成を示す平面図である。
本実施形態と第１実施形態との違いは、色収差補正光学素子を配置する位置であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下の説明では、図２に示す照明装置２と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

図４に示すように、本実施形態の照明装置２Ａ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、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のピックアップ光学系２６と、蛍光発光素子２７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、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、色収差補正光学素子４５Ａとを備えている。

本実施形態では、第１のピックアップ光学系２６が第１の波長に対応して設計されている。つまり、蛍光体層３４上の励起光ＢＬｓの照度分布の高い均一性が得られるように焦点位置が最適設計されている。

図５は色収差補正光学素子４５による効果を示す図であり、図５（ａ）は比較として色収差補正光学素子４５Ａを備えない場合の励起光ＢＬｓおよび蛍光光ＹＬの状態を示す図であり、図５（ｂ）は色収差補正光学素子４５Ａを備えた場合の励起光ＢＬｓおよび蛍光光ＹＬの状態を示す図である。

第１の波長に対応して設計された第１のピックアップ光学系２６は、図５（ａ）に示すように、励起光ＢＬｓを蛍光体層３４の表面に集光する。これにより、蛍光体層３４上における励起光ＢＬｓによる照度分布の均一性が高くなる。しかしながら、軸上色収差のため、蛍光体層３４は、第１のピックアップ光学系２６の第２の波長における焦点位置からずれた位置に配置されている。そのため、第１のピックアップ光学系２６を通過した蛍光光ＹＬの平行度は低い。蛍光光ＹＬは発散しているため、レンズアレイ３１ｂ近傍にできる２次光源像がぼけてしまい、偏光変換素子３２を効率よく通過できない。そのため、蛍光光ＹＬの利用効率が低下してしまう。

これに対し、本実施形態において、照明装置２Ａは、蛍光光ＹＬの光路上の偏光分離素子５０Ａの後段（偏光分離素子５０Ａとレンズアレイ３１ａとの間）に色収差補正光学素子４５Ａを配置している。色収差補正光学素子４５Ａは正のパワーを有するものであって、例えば、平凸レンズから構成される。このように平凸レンズを用いることでコスト増加が抑えられている。

色収差補正光学素子４５Ａは、図５（ｂ）に示すように、発散している蛍光光ＹＬを平行光に変換する。これによれば、平行光となった蛍光光ＹＬはインテグレータ光学系３１に良好に入射するため、蛍光光ＹＬの利用効率を高めることができる。

以上述べたように、本実施形態の照明装置２Ａによれば、色収差補正光学素子４５を用いることによって、第１のピックアップ光学系２６で生じる色収差を簡便に補正することができる。その結果、強度分布の均一性が高い蛍光光ＹＬを効率良く生成するとともに、蛍光光ＹＬの利用効率を高めることができる。

また、照明装置２Ａは、１枚の平凸レンズからなる色収差補正光学素子４５Ａを偏光分離素子５０Ａの後段に設けるといった簡便な構造であるため、装置構成を小型化することができる。また、第１のピックアップ光学系２６に色収差補正機能を設ける場合に比べてレンズの枚数が少ないため、コスト面においても非常に有利である。

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、上記の第１実施形態では、色収差補正光学素子４５を１つの平凹レンズから構成する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、色収差補正光学素子４５として、例えば、計算機合成ホログラムから構成された回折光学素子を用いても良い。

また、上記の実施形態では、偏光分離素子５０Ａが励起光ＢＬｓを蛍光発光素子２７に向けて反射し、青色光ＢＬ’ｐを拡散反射素子３０に向けて透過させる例を挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、偏光分離素子５０Ａが励起光ＢＬｓを蛍光発光素子２７に向けて透過させ、青色光ＢＬ’ｐを拡散反射素子３０に向けて反射させてもよい。

また、上記実施形態では、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（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、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。

ＢＬ，ＢＬｓ…励起光（第１の光）、ＹＬ…蛍光光（第２の光）、１…プロジェクター、２、２Ａ…照明装置、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投写光学系、２４…ホモジナイザー光学系（インテグレータ光学系）、２６…第１のピックアップ光学系（ピックアップ光学系）、２７…蛍光発光素子（波長変換素子）、４５…色収差補正光学素子、５０Ａ…偏光分離素子（波長分離素子）、２１２…第１の半導体レーザー（光源）。

Claims (5)

1. 第１の波長の第１の光を射出する光源と、
   前記光源から射出された前記第１の光が入射するインテグレータ光学系と、
   前記インテグレータ光学系を透過した前記第１の光を前記第１の波長とは異なる第２の波長の第２の光に変換する波長変換素子と、
   前記インテグレータ光学系と前記波長変換素子との間の前記第１の光の光路上に設けられた波長分離素子と、
   前記波長変換素子と前記波長分離素子との間に設けられ、前記第１の光および前記第２の光が入射するピックアップ光学系と、
   前記第１の光の光路上の、前記インテグレータ光学系と前記波長分離素子との間に設けられ、前記ピックアップ光学系における前記第１の光の色収差を補正するレンズと、を備える
   照明装置。
2. 第１の波長の第１の光を射出する光源と、
   前記光源から射出された前記第１の光が入射するインテグレータ光学系と、
   前記インテグレータ光学系を透過した前記第１の光を前記第１の波長とは異なる第２の波長の第２の光に変換する波長変換素子と、
   前記インテグレータ光学系と前記波長変換素子との間の前記第１の光の光路上に設けられた波長分離素子と、
   前記波長変換素子と前記波長分離素子との間に設けられ、前記第１の光および前記第２の光が入射するピックアップ光学系と、
   前記第２の光の光路上の、前記波長分離素子の後段に設けられ、前記ピックアップ光学系における前記第２の光の色収差を補正するレンズと、を備える
   照明装置。
3. 前記レンズは、負のパワーを有するとともに、前記第１の光の光路上の前記インテグレータ光学系と前記波長分離素子との間に設けられる
   請求項１に記載の照明装置。
4. 前記レンズは、正のパワーを有するとともに、前記第２の光の光路上の前記波長分離素子の後段に設けられる
   請求項２に記載の照明装置。
5. 照明光を射出する照明装置と、
   前記照明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、
   前記照明装置が、請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置であるプロジェクター。

Images