(57)【要約】  エテンデューの増加や装置の大型化をもたらすことなく、明るさを向上させることができる照明光学系を提供する。  第１の色光Ｒと第２の色光Ｇとを射出する第１の光源１０と、第３の色光Ｂを射出する第２の光源２０と、を有し、第１の光源１０が、直線偏光のレーザ光を射出する半導体レーザ素子１１ａと、半導体レーザ素子１１ａから射出されたレーザ光を空間的および時間的に分離して、第１の励起光Ｅ１と第２の励起光Ｅ２とを生成する励起光生成手段１４であって、入射するレーザ光を、２つの異なる方向に透過させ、第１の励起光Ｅ１と、第１の励起光Ｅ１とは出射方向が異なる第２の励起光Ｅ２とに分離するアクティブ回折素子から構成された励起光生成手段１４と、第１の励起光Ｅ１によって励起され、第１の色光Ｒを発する第１の蛍光体１２と、第２の励起光Ｅ２によって励起され、第２の色光Ｇを発する第２の蛍光体１３と、を有している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の色光と第２の色光とを射出する第１の光源と、第３の色光を射出する第２の光源と、を有する照明光学系であって、
前記第１の光源が、
直線偏光のレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から射出された前記レーザ光を空間的および時間的に分離して、第１の励起光と第２の励起光とを生成する励起光生成手段と、
前記第１の励起光によって励起され、前記第１の色光を発する第１の蛍光体と、
前記第２の励起光によって励起され、前記第２の色光を発する第２の蛍光体と、
を有し、
前記励起光生成手段が、入射する前記レーザ光を、２つの異なる方向に透過させ、前記第１の励起光と、該第１の励起光とは出射方向が異なる前記第２の励起光とに分離するアクティブ回折素子から構成されている、
照明光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の照明光学系であって、前記アクティブ回折素子が、印加される電圧に応じて、前記第１の励起光の出射方向と前記第２の励起光の出射方向とを切り替えるようになっている、請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
請求項２に記載の照明光学系であって、前記アクティブ回折素子が、電圧が印加されていない状態では、前記レーザ光をそのまま透過させ、電圧が印加された状態では、前記レーザ光を所定の方向に回折して透過させるようになっている、請求項２に記載の照明光学系。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の照明光学系であって、前記第１の光源が、前記アクティブ回折素子の出射側に配置された光路変更手段であって、前記第１および第２の励起光の前記光路変更手段への入射角度の違いに応じて、前記第１および第２の励起光のいずれか一方の光路を変更する光路変更手段を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項５】
請求項４に記載の照明光学系であって、前記光路変更手段が、入射角度が異なる２つの光のうち、入射角度の大きい光を透過させ、入射角度の小さい光を反射させるダイクロイックミラーから構成されている、請求項４に記載の照明光学系。
【請求項６】
前記第２の光源が半導体発光素子を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の照明光学系であって、前記第１の色光が、赤色光および緑色光の一方であり、前記第２の色光が、赤色光および緑色光の他方であり、前記第３の色光が青色光である、請求項１から６のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の照明光学系と、画像信号に応じて前記照明光学系から射出される光を変調する光変調素子と、該光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えた投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系、およびそれを備えた投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶パネルやデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を表示素子として使用する投写型表示装置（プロジェクタ）において、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いる技術が注目されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
ＬＥＤを光源とするプロジェクタ（ＬＥＤプロジェクタ）には、ＬＥＤの寿命と信頼性とに起因して、長寿命で高信頼性を有しているという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８６１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、ＬＥＤプロジェクタには、以下に示すように、エテンデューの制限から、高輝度な画像表示を実現するのが困難であるという問題がある。【０００６】
表示素子へ光を投写する照明光学系においては、光源の発光面積と放射角とで決まるエテンデューという制限を考慮する必要がある。つまり、光源からの光を投写光として有効に利用するためには、光源の発光面積と放射角との積の値を、表示素子の面積と照明光学系のＦナンバーで決まる取り込み角との積の値以下にする必要がある。しかしながら、ＬＥＤの場合、他の光源と比べて光量が少ないため、発光面積を大きくすることで光量を上げることができたとしても、そのことがエテンデューの増加につながってしまう。したがって、結果的に光の利用効率が低下して、高輝度な画像表示を実現することができなくなる。【０００７】
このように、プロジェクタの光源としては発光面積を大きくせずに光量を上げることが望まれているが、これをＬＥＤだけで実現するのは困難である。【０００８】
これに対して、光量の増加という観点からは、各色光に対してＬＥＤ以外の他の光源を用いることも考えられる。しかしながら、そのことで部品数が増加し、プロジェクタ全体が大型化することは好ましくない。【０００９】
そこで本発明は、エテンデューの増加や装置の大型化をもたらすことなく、明るさを向上させることができる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、その照明光学系を備えた投写型表示装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明の照明光学系は、第１の色光と第２の色光とを射出する第１の光源と、第３の色光を射出する第２の光源と、を有している。第１の光源は、直線偏光のレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から射出されたレーザ光を空間的および時間的に分離して、第１の励起光と第２の励起光とを生成する励起光生成手段と、第１の励起光によって励起され、第１の色光を発する第１の蛍光体と、第２の励起光によって励起され、第２の色光を発する第２の蛍光体と、を有している。励起光生成手段は、入射するレーザ光を、２つの異なる方向に透過させ、第１の励起光と、第１の励起光とは出射方向が異なる第２の励起光とに分離するアクティブ回折素子から構成されている。【００１１】
また、本発明の投写型表示装置は、上記に記載の照明光学系と、画像信号に応じて照明光学系から射出される光を変調する光変調素子と、光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
以上、本発明によれば、エテンデューの増加や装置の大型化をもたらすことなく、明るさを向上させることができる照明光学系と、それを備えた投写型表示装置とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態の照明光学系を備えた液晶プロジェクタの構成を示す概略図である。
【図２】図１の液晶プロジェクタにおけるアクティブ回折素子および第１のダイクロイックミラーを拡大して示す概略構成図である。
【図３】図２の第１のダイクロイックミラーの波長−透過率特性図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の照明光学系を備えたＤＭＤプロジェクタの構成を示す概略図である。
【図５】図４のＤＭＤプロジェクタにおけるＤＭＤの構成を示す概略正面図である。
【図６】図５のＤＭＤにおける微小ミラーが傾斜した状態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態として、液晶パネルを表示素子として使用する投写型表示装置（液晶プロジェクタ）の照明光学系について説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態における液晶プロジェクタの光学系の構成を示す概略図である。
【００１７】
液晶プロジェクタ１は、第１の色光と第２の色光とを射出する第１の光源と、第３の色光を射出する第２の光源と、を備えた照明光学系２を有している。以下では、第１の色光および第２の色光が、それぞれ赤色光および緑色光であり、第３の色光が青色光である場合を例に挙げて説明する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１の色光が緑色光で、第２の色光が赤色光であってもよく、あるいは、第３の色光が赤色光または緑色光であってもよい。本発明は、以下に示すように、２つの色光を射出する第１の光源の構成に大きな特徴があるが、第２の光源としては、任意の光源が使用可能である。そのため、第１の光源における２つの色光の組み合わせは、第２の光源の構成も考慮して選択することができる。
【００１８】
第１の光源１０は、直線偏光のレーザ光を射出するレーザ光源ユニット１１と、赤色光（第１の色光）Ｒを発する赤色蛍光体（第１の蛍光体）１２と、緑色光（第２の色光）Ｇを発する緑色蛍光体（第２の蛍光体）１３と、を有している。すなわち、本実施形態では、赤色蛍光体１２と緑色蛍光体１３とをそれぞれレーザ光で励起することによって、赤色光Ｒと緑色光Ｇとを射出するようになっている。さらに、第１の光源１０は、レーザ光源ユニット１１から射出されたレーザ光を空間的および時間的に分離して、第１の励起光Ｅ１と第２の励起光Ｅ２とを生成する励起光生成手段として機能するアクティブ回折格子１４を有している。第１の励起光Ｅ１は、赤色蛍光体を励起するために用いられ、第２の励起光Ｅ２は、緑色蛍光体を励起するために用いられる。このアクティブ回折格子１４の機能により、本実施形態では、独立して配置された２つの蛍光体１２，１３に対して、それぞれ別のレーザ光源を用いることなく、共通のレーザ光源（レーザ光源ユニット１１）を用いることが可能となる。これにより、部品数の増加と、それに伴う装置の大型化を抑制することが可能となる。
【００１９】
レーザ光源ユニット１１は、レーザ光を射出する半導体レーザ素子として、複数の青色レーザダイオード１１ａを有している。すなわち、本実施形態では、赤色蛍光体１２および緑色蛍光体１３を励起するための励起光として、青色レーザ光が用いられる。また、レーザ光源ユニット１１は、青色レーザダイオード１１ａから射出されたレーザ光を平行光にするためのコリメートレンズ１１ｂと、青色レーザダイオード１１ａとコリメートレンズ１１ｂとを保持する機構部品１１ｃと、青色レーザダイオード１１ａを冷却する冷却ユニット（図示せず）と、を有している。なお、本実施形態では、各青色レーザダイオード１１ａは、レーザ光の偏光方向が図１の紙面に対して平行となるように、レーザ光源ユニット１１内に配置されている。
【００２０】
アクティブ回折素子１４は、印加させる電圧に応じて、入射する直線偏光のレーザ光を２つの異なる方向に透過させる機能を有している。すなわち、アクティブ回折素子１４は、電圧が印加されていない状態（ＯＦＦ状態）と電圧が印加された状態（ＯＮ状態）との間で、アクティブ回折素子１４を透過したレーザ光の出射方向を切り替えることができる。具体的には、ＯＦＦ状態では、第１の励起光Ｅ１として、レーザ光をそのまま透過させ、ＯＮ状態では、第２の励起光Ｅ２として、レーザ光を所定の方向に回折して透過させることができる。このＯＦＦ状態とＯＮ状態とは時分割で切り替えることができ、これにより、アクティブ回折素子１４は、レーザ光を、第１の励起光Ｅ１と、第１の励起光Ｅ１とは出射方向が異なる第２の励起光Ｅ２とに時間的に分離することが可能となる。本実施形態では、第１の励起光Ｅ１に対して第２の励起光Ｅ２を３０°の角度で射出するように、アクティブ回折素子１４のＯＮ状態が設定されている。
【００２１】
なお、本明細書では、アクティブ回折素子１４をそのまま透過したレーザ光を第１の励起光Ｅ１として定義し、アクティブ回折素子１４で回折されて透過したレーザ光を第２の励起光Ｅ２として定義しているが、その逆であってもよいことは言うまでもない。
【００２２】
アクティブ回折素子１４は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との単位時間当たりの時間比率を変化できるように構成されていることが好ましい。これにより、第１の励起光Ｅ１と第２の励起光Ｅ２との生成比率を変化させることで、単位時間当たりでの赤色光Ｒと緑色光Ｇとの光量比率を調整することが可能となる。さらに、この時間比率に同期して、レーザ光源ユニット１１のレーザ出力が調整可能に構成されていることも好ましい。このような構成によって、表示する画像信号に応じて、アクティブ回折素子１４のＯＮ状態とＯＦＦ状態との時間比率を調整したり、この時間比率に同期してレーザ出力を調整したりすることが可能となる。これにより、コントラストの向上や消費電力の削減が可能となる。
【００２３】
上述のようなアクティブ回折素子としては、例えば、Ｄｉｇｉｌｅｎｓ（登録商標、米国ＳＢＧ  Ｌａｂｓ社製）を用いることができる。
【００２４】
なお、アクティブ回折素子におけるレーザ光の出射方向の切替は、必ずしも、上述したように電圧の印加によって行われるようになっている必要はない。すなわち、他の手段によってレーザ光の出射方向が切り替わるように構成されたアクティブ回折素子を使用できることに留意されたい。
【００２５】
アクティブ回折素子１４の出射側には、第１のダイクロイックミラー１５が配置されている。この第１のダイクロイックミラー１５は、アクティブ回折素子１４によって分離された第１および第２の励起光Ｅ１，Ｅ２のいずれか一方の光路を変更する光路変更手段として機能する。本実施形態の第１のダイクロイックミラー１５は、第１の励起光Ｅ１を透過させ、第２の励起光Ｅ２を反射させるように配置されている。これにより、赤色蛍光体１２に入射する第１の励起光Ｅ１と、緑色蛍光体１３に入射する第２の励起光Ｅ２とを互いに直交させることができる。また、第１のダイクロイックミラー１５は、緑色蛍光体１３が発した緑色光Ｇを透過させるように構成されている。
【００２６】
ここで、図２および図３を参照して、第１のダイクロイックミラー１５が、第１の励起光Ｅ１を透過させ、第２の励起光Ｅ２を反射させる原理について説明する。
【００２７】
図２は、図１に示す液晶プロジェクタ１において、アクティブ回折素子１４および第１のダイクロイックミラー１５を拡大して示す概略構成図である。また、図３は、図２に示す第１のダイクロイックミラー１５の波長−透過率特性図である。図３には、それぞれ入射角度が３０°および６０°のときの第１のダイクロイックミラー１５の透過率特性曲線が示されている。なお、ここでいう入射角度とは、第１のダイクロイックミラー１５の反射面の法線方向と入射光とのなす角度である。
【００２８】
図２に示すように、第１のダイクロイックミラー１５は、ＯＦＦ状態、すなわち第１の励起光Ｅ１の入射角度θが、ＯＮ状態、すなわち第２の励起光Ｅ２の入射角度ψよりも大きくなるように、アクティブ回折素子１４に対して配置されている。本実施形態では、第１の励起光Ｅ１の入射角度θが６０°であり、第２の励起光Ｅ２の入射角度ψが３０°である。このように、励起光Ｅ１，Ｅ２の第１のダイクロイックミラーへの入射角度に違いがあることで、入射角度の大きい第１の励起光Ｅ１を透過させ、入射角度の小さい第２の励起光Ｅ２を反射させることが可能となる。これは、以下のような特性に基づいている。
【００２９】
図３からわかるように、第１のダイクロイックミラー１５の透過率特性曲線は、入射角度が大きくなるにつれて、短波長側にシフトする傾向を示している。そのため、同じ波長の励起光を第１のダイクロイックミラー１５に入射した場合でも、入射角度を変化させることで、一方では透過させ、他方では反射させることが可能となる。したがって、レーザ光源ユニット１１から射出されるレーザ光の波長を例えばλＥＸに選択することで、第１のダイクロイックミラー１５は、入射角度θが６０°である第１の励起光Ｅ１を透過させることが可能となる。また、その一方で、第１のダイクロイックミラー１５は、入射角度ψが３０°である第２の励起光Ｅ２を反射させることが可能となる。
【００３０】
なお、第１のダイクロイックミラー１５は、赤色蛍光体１２に入射する第１の励起光Ｅ１と、緑色蛍光体１３に入射する第２の励起光Ｅ２とを互いに直交させることがでればよい。そのため、第１のダイクロイックミラー１５の配置は、上述したものに限定されず、第１の励起光Ｅ１と第２の励起光Ｅ２となす角度φに応じて適宜変更可能である。また、第１のダイクロイックミラーは、アクティブ回折素子をそのまま透過した第１の励起光を反射させ、アクティブ回折素子によって回折された第２の励起光を透過させるように配置されていてもよい。その場合には、第１のダイクロイックミラーは、第１の励起光によって励起される赤色蛍光体からの赤色光を透過させるように構成されていることが好ましい。
【００３１】
赤色蛍光体１２および緑色蛍光体１３の前面側には、図１に示すように、それぞれ集光レンズ群１６，１７が配置されている。これに加えて、第１の光源１０には、第１の励起光Ｅ１の光路上に、青色光（第１の励起光Ｅ１）を透過させ、赤色光Ｒを反射させる第２のダイクロイックミラー１８が配置されている。
【００３２】
本実施形態では、赤色光Ｒおよび緑色光Ｇは、第１の光源１０からそれぞれ異なる光路で射出される。照明光学系２には、これらの光路を共通にするために、反射ミラー３１で反射された赤色光Ｒを透過させ、第１のダイクロイックミラー１５を透過した緑色光Ｇを反射させる第３のダイクロイックミラー３２が配置されている。また、照明光学系２には、第３のダイクロイックミラー３２で合成された色光ＲＧの光路上に、入射した光の照射分布を均一化するレンズアレイ３３，３４と、光の偏光方向を所定の方向に揃えるＰＳコンバータ（偏光変換素子）３５と、が設けられている。さらに、ＰＳコンバータ３５の出射側には、集光レンズ３６を介して、第４のダイクロイックミラー３７が配置されている。第４のダイクロイックミラー３７は、赤色光Ｒを反射させ、緑色光Ｇを透過させることで、ＰＳコンバータ３５から射出された色光ＲＧを、赤色光Ｒと緑色光Ｇとに再び分離するために設けられている。なお、本実施形態では、ＰＳコンバータ３５は、ＰＳコンバータ３５から射出される光が第４のダイクロイックミラー３７に対してＳ偏光となるように設定されている。
【００３３】
上述のように、赤色光Ｒおよび緑色光Ｇの生成には、レーザ光と蛍光体とが用いられている。これに対して、青色光Ｂの生成には、半導体発光素子であるＬＥＤが用いられている。すなわち、液晶プロジェクタ１は、第２の光源として、青色ＬＥＤ２０を有している。
【００３４】
青色ＬＥＤ２０から射出される青色光Ｂの光路上には、第１の光源１０側と同様に、いくつかの光学素子が配置されている。青色ＬＥＤ２０の出射側には、青色ＬＥＤ２０から放射される青色光Ｂを集光する２つの集光レンズ２１，２３が、反射ミラー２２を介して配置されている。また、レンズアレイ２４，２５、ＰＳコンバータ（偏光変換素子）２６、および集光レンズ２７も同様に配置されている。
【００３５】
また、本実施形態の液晶プロジェクタ１は、照明光学系２から射出された各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを画像信号に応じて変調する液晶ユニット（光変調素子）４０ｒ，４０ｇ，４０ｂを有している。各液晶ユニット４０ｒ，４０ｇ，４０ｂは、色光Ｒ，Ｇ，Ｂを変調する液晶パネル４１ｒ，４１ｇ，４１ｂと、液晶パネル４１ｒ，４１ｇ，４１ｂの入射側に設けられた入射側偏光板４２ｒ，４２ｇ，４２ｂと、出射側に設けられた出射側偏光板４３ｒ，４３ｇ，４３ｂと、を有している。
【００３６】
照明光学系１０と各液晶ユニット４０ｒ，４０ｇ，４０ｂとの間には、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂの光路を変更するための反射ミラー４４ｒ，４４ｇ，４４ｂと、各液晶ユニット４０ｒ，４０ｇ，４０ｂへの入射角度を調整する集光レンズ４５ｒ，４５ｇ，４５ｂと、が配置されている。なお、反射ミラー４４ｒ，４４ｇ，４４ｂに対してＳ偏光が入射するように、前述のＰＳコンバータ２６は設定されている。
【００３７】
さらに、液晶プロジェクタ１は、液晶ユニット４０ｒ，４０ｇ，４０ｂによって変調された各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを合成して射出するクロスダイクロイックプリズム（光合成光学系）５１と、合成された光をスクリーンなどに投写して表示する投写レンズ（投写光学系）５２と、を有している。
【００３８】
次に、再び図１を参照して、本実施形態の液晶プロジェクタ１で画像が投写される動作について説明する。
【００３９】
レーザ光源ユニット１１から射出されたレーザ光は、アクティブ回折素子１４に入射する。直線偏光のレーザ光は、アクティブ回折素子１４をそのまま透過する第１の励起光Ｅ１と、所定の方向に回折されてアクティブ回折素子１４を透過する第２の励起光Ｅ２とに、空間的および時間的に分離される。アクティブ回折素子１４を透過した第１および第２の励起光Ｅ１，Ｅ２は、それぞれ第１のダイクロイックミラー１５に入射する。
【００４０】
第１の励起光Ｅ１は、第１のダイクロイックミラー１５と第２のダイクロイックミラー１８とを透過した後、集光レンズ群１６によって集光されて、レーザ光源ユニット１１の光軸上に配置された赤色蛍光体１２に入射する。赤色蛍光体１２は、第１の励起光Ｅ１によって励起され、赤色光Ｒを発する。赤色蛍光体１２から放射された赤色光Ｒは、集光レンズ群１６で集束し、第２のダイクロイックミラー１８を反射する。その後、赤色光Ｒは、さらに反射ミラー３１を反射して、第３のダイクロイックミラー３２に入射する。
【００４１】
一方、第２の励起光Ｅ２は、第１のダイクロイックミラー１５を反射した後、集光レンズ群１７によって集光されて、緑色蛍光体１３に入射する。緑色蛍光体１３は、第２の励起光Ｅ２によって励起され、緑色光Ｇを発する。緑色蛍光体１３から放射された緑色光Ｇは、集光レンズ群１７で集束し、第１のダイクロイックミラー１５を透過した後、第３のダイクロイックミラー３２に入射する。
【００４２】
赤色光Ｒが第３のダイクロイックミラー３２を透過し、緑色光Ｇが第３のダイクロイックミラー３２を反射することで、赤色光Ｒと緑色光Ｇとは、第３のダイクロイックミラー３２によって合成される。合成された色光ＲＧは、レンズアレイ３３，３４で照射分布が均一化され、ＰＳコンバータ３５で第４のダイクロイックミラー３７に対してＳ偏光に揃えられる。こうして、照射分布が均一化され偏光方向が揃えられた色光ＲＧは、集光レンズ３６で集光されて、第４のダイクロイックミラー３７に入射する。
【００４３】
第４のダイクロイックミラー３７に入射した色光ＲＧは、赤色光Ｒと緑色光Ｇとに再び分離され、反射ミラー４４ｒ，４４ｇと集光レンズ４５ｒ，４５ｇとを介して、それぞれ液晶ユニット４０ｒ，４０ｇへと送られる。
【００４４】
これに対して、青色ＬＥＤ２０から射出された青色光Ｂは、集光レンズ２１，２３と反射ミラー２２とを介して、レンズアレイ２４，２５へと入射する。レンズアレイ２４，２５で照射分布が均一化された青色光Ｂは、ＰＳコンバータ２６で反射ミラー４４ｂに対してＳ偏光に揃えられた後、集光レンズ２７に入射する。集光レンズ２７で集光された青色光Ｂは、反射ミラー４４ｂと集光レンズ４５ｂとを介して、液晶ユニット４０ｂへと送られる。
【００４５】
各色光Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ液晶ユニット４０ｒ，４０ｇ，４０ｂで画像信号に応じて変調される。変調された各色光Ｒ，Ｇ，Ｂは、クロスダイクロイックプリズム５１へと射出され、クロスダイクロイックプリズム５１によって合成される。合成された光は、投写レンズ５２へと入射し、投写レンズ５２によってスクリーンなどに投写されて、画像として表示される。
【００４６】
このように、本実施形態の照明光学系では、赤色光および緑色光の光源として、半導体レーザ素子と蛍光体との組み合わせが用いられている。これにより、それぞれの光源としてＬＥＤを用いた場合とは異なり、発光面積を大きくすることなく、光量を増加させることが可能となる。そのため、エテンデューの増加を抑えて、光の利用効率を向上させることができ、照明光学系の明るさを向上させることが可能となる。このとき本実施形態では、レーザ光を空間的および時間的に分離することができるアクティブ回折素子を用いることで、独立して配置された２つの蛍光体に対して共通のレーザ光源を使用することが可能となる。これにより、部品数の増加や、それに伴う装置の大型化をもたらすことなく、上述した明るさの向上を実現することも可能となる。
【００４７】
なお、本実施形態では、第３の色光を射出する第２の光源として、ＬＥＤを用いているが、先に述べたように、これに限定されることはなく、ＬＥＤ以外の他の光源を用いることができる。例えば、第２の光源が、第１の光源と同様に、蛍光体をレーザ光で励起することによって青色光を射出するようになっていてもよい。
【００４８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を表示素子として使用する投写型表示装置（ＤＭＤプロジェクタ）の照明光学系について説明する。
【００４９】
図４は、本実施形態におけるＤＭＤプロジェクタの光学系の構成を示す概略図である。
【００５０】
本実施形態は、第１の実施形態に対して、表示素子（光変調素子）の構成を変更した変更例であり、第１の実施形態の液晶ユニットの代わりに、ＤＭＤが用いられている。それに伴い、本実施形態では、光学系の配置構成が第１の実施形態に対して変更されているが、各光源１０，２０自体の構成は第１の実施形態と同様である。なお、以下では、第１の実施形態と同じ部材については各図面に同じ符号を付し、説明は省略する。
【００５１】
本実施形態の照明光学系４では、第１の実施形態に対して、緑色光Ｇを透過させ、青色光Ｂを反射させる第５のダイクロイックミラー３８が追加されている。第５のダイクロイックミラー３８は、第１のダイクロイックミラー１５と第３のダイクロイックミラー３２との間に配置されている。青色ＬＥＤ２０は、この第５のダイクロイックミラー３８に集光レンズ群２９を介して青色光Ｂを入射するように配置されている。このような配置に伴い、第３のダイクロイックミラー３２は、緑色光Ｇだけでなく、青色光Ｂも反射させるように構成されている。これにより、第３のダイクロイックミラー３２は、３つの色光Ｒ，Ｇ，Ｂからなる合成光ＲＧＢを射出することができる。なお、本実施形態では、第１の実施形態における、第４のダイクロイックミラー３７や、第２の光源（青色ＬＥＤ）２０に付属した、集光レンズ以外の他の光学素子は設けられていない。また、射出光を特定の偏光成分の光に変換する必要がないため、第１の実施形態で設けられていた偏光変換素子（ＰＳコンバータ３５）も設けられていない。
【００５２】
本実施形態のＤＭＤプロジェクタ３では、後述するように、いわゆる単板方式を用いてカラー画像を投影している。そのため、照明光学系４は、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、および青色光Ｂを、合成光ＲＧＢとして同一光路で射出するだけでなく、時分割して射出する必要がある。そのために、本実施形態では、アクティブ回折素子１４のＯＦＦ状態とＯＮ状態の時間比率に応じて、レーザ光源ユニット１１や青色ＬＥＤ２０のＯＮ／ＯＦＦが時分割で切り替えられるように構成されている。カラー画像の各色成分に対するこれらの時分割動作パターンを、一例として、表１に示しておく。
【００５３】
【表１】
2012077191.tif 000003
さらに、本実施形態のＤＭＤプロジェクタ３は、表示素子であるＤＭＤ６１と、ＤＭＤ６１の前面側、すなわちＤＭＤ６１と投写レンズ５２との間に配置された全反射（ＴＩＲ）プリズム６２と、を有している。また、照明光学系４とＴＩＲプリズム６２との間には、合成光ＲＧＢの光路を変更するための反射ミラー６３と、集光レンズ６４と、が配置されている。
【００５４】
ここで、本実施形態のＤＭＤプロジェクタ３に用いたＤＭＤ６１の構成について説明する。
【００５５】
図５（ａ）は、ＤＭＤ６１の構成を示す概略正面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）において点線で囲まれた領域付近を拡大して示す概略正面図である。
【００５６】
ＤＭＤ６１は、マトリクス状に配列された多数の微小ミラー（画素）６１ａから構成され、図５（ａ）の矢印の方向から光が入射するように、ＤＭＤプロジェクタ３内に配置されている。各微小ミラー６１ａは、入射光と直交する軸６１ａを回転軸として±１２°傾斜するように構成されている。微小ミラー６１ａの回転軸６１ａは、正方形状の各微小ミラー６１の対角線方向であり、微小ミラー６１ａの配列方向に対して４５°傾いている。
【００５７】
図６は、図５（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図であり、図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ＋１２°および−１２°傾斜したときの微小ミラー６１ａを示している。なお、図６（ａ）および図６（ｂ）には、各微小ミラー６１ａに対する投写レンズ５２の配置も模式的に示されている。
【００５８】
微小ミラー６１ａは、＋１２°傾斜したときにＯＮ状態となる。すなわち、図６（ａ）に示すように、ＯＮ状態では、微小ミラー６１に入射した光（図中矢印Ｌ１参照）は、投写レンズ５２に入射できるような方向（図中矢印Ｌ２参照）に反射される。一方、−１２°傾斜したときには、微小ミラー６１ａはＯＦＦ状態となる。すなわち、図６（ｂ）に示すように、微小ミラー６１ａに入射した光（図中矢印Ｌ１参照）は、投写レンズ５２に入射できない方向（図中矢印Ｌ３参照）に反射される。
【００５９】
このようにして、ＤＭＤ６１は、時分割で入射する各色光Ｒ，Ｇ，Ｂに同期して、各微小ミラー６１ａのＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替えることで、投写レンズ５２を通じてカラー画像を投影することができる。
【００６０】
最後に、再び図４を参照して、本実施形態のＤＭＤプロジェクタ３で画像が投写される動作について説明する。
【００６１】
赤色光Ｒは、第１の実施形態と同様に、第１の光源１０から射出され、反射ミラー３１を反射して、第３のダイクロイックミラー３２に入射する。
【００６２】
一方、緑色光Ｇは、第１の実施形態と同様に、第１の光源１０から射出され、第５のダイクロイックミラー３８に入射する。第５のダイクロイックミラー３８には、青色ＬＥＤ２０から射出された青色光Ｂも、集光レンズ群２９を介して同様に入射する。
【００６３】
緑色光Ｇが第５のダイクロイックミラー３８を透過し、青色光Ｂが第５のダイクロイックミラー３８を反射することで、緑色光Ｇと青色光Ｂとは、第５のダイクロイックミラー３８によって合成される。合成された色光ＧＢは、第４のダイクロイックミラー３７に入射する。
【００６４】
第４のダイクロイックミラー３７は、緑色光Ｇと青色光Ｂとからなる色光ＧＢを反射させ、青色光Ｂを透過させることで、３つの色光Ｒ，Ｇ，Ｂを合成させる。合成された色光ＲＧＢは、レンズアレイ３３，３４で照射分布が均一化され、集光レンズ３６で集光されて、照明光学系４から射出される。
【００６５】
照明光学系４から射出された色光ＲＧＢは、反射ミラー６３と集光レンズ６４とを介して、ＴＩＲプリズム６２に入射する。ＴＩＲプリズム６２に入射した色光ＲＧＢは、ＴＩＲプリズム６２内のエアギャップ面で反射して、ＤＭＤ６１に入射し、ＤＭＤ６１で画像信号に応じて変調される。変調された光は、ＴＩＲプリズム６２を透過して、投写レンズ５２へと入射し、投写レンズ５２によってスクリーンなどに投写されて、画像として表示される。
【符号の説明】
【００６６】
１  液晶プロジェクタ
２，４  照明光学系
３  ＤＭＤプロジェクタ
１０  第１の光源
１１  レーザ光源ユニット
１１ａ  青色レーザダイオード
１１ｂ  コリメートレンズ
１１ｃ  機構部品
１２  赤色蛍光体
１３  緑色蛍光体
１４  アクティブ回折素子
１５  第１のダイクロイックミラー
１６，１７，２９  集光レンズ群
１８  第２のダイクロイックミラー
２０  青色ＬＥＤ
２１，２３，２７，３６，４５ｒ，４５ｇ，４５ｂ，６４  集光レンズ
２２，３１，４４ｒ，４４ｇ，４４ｂ，６３  反射ミラー
２４，２５，３３，３４  レンズアレイ
２６，３５  ＰＳコンバータ
３２  第３のダイクロイックミラー
３７  第４のダイクロイックミラー
３８  第５のダイクロイックミラー
４０ｒ，４０ｇ，４０ｂ  液晶ユニット
４１ｒ，４１ｇ，４１ｂ  液晶パネル
４２ｒ，４２ｇ，４２ｂ  入射側偏光板
４０ｒ，４０ｇ，４０ｂ  出射側偏光板
５１  クロスダイクロイックプリズム
５２  投写レンズ
６１  ＤＭＤ
６２  ＴＩＲプリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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