(57)【要約】【課題】装置構成の小型化を図ったプロジェクターを提供すること。【解決手段】第１光変調装置と、第２光変調装置と、第３光変調装置と、励起光を射出する第１光源と、励起光により励起されて励起光の入射側に向けて蛍光を射出する蛍光発光素子と、励起光を蛍光発光素子に導くとともに、蛍光発光素子から射出された蛍光を第１の色光と第２の色光とに分離する第１のダイクロイックミラーと、励起光を第１のダイクロイックミラーに導くとともに、第１のダイクロイックミラーにより分離された第２の色光を反射する第２のダイクロイックミラーと、を備え、第１のダイクロイックミラーにより分離された第１の色光が第１光変調装置に入射し、第２のダイクロイックミラーにより反射された第２の色光が第２光変調装置に入射するプロジェクターである。【選択図】図１
2020134550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光変調装置と、
第２光変調装置と、
第３光変調装置と、
励起光を射出する第１光源と、
前記励起光により励起されて前記励起光の入射側に向けて蛍光を射出する蛍光発光素子と、
前記励起光を前記蛍光発光素子に導くとともに、前記蛍光発光素子から射出された前記蛍光を第１の色光と第２の色光とに分離する第１のダイクロイックミラーと、
前記励起光を前記第１のダイクロイックミラーに導くとともに、前記第１のダイクロイックミラーにより分離された前記第２の色光を反射する第２のダイクロイックミラーと、を備え、
前記第１のダイクロイックミラーにより分離された前記第１の色光が前記第１光変調装置に入射し、前記第２のダイクロイックミラーにより反射された前記第２の色光が前記第２光変調装置に入射する
プロジェクター。
【請求項２】
前記蛍光発光素子と前記第１のダイクロイックミラーとの間に設けられる反射型偏光板をさらに備える
請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記蛍光発光素子と前記第１のダイクロイックミラーとの間に設けられ、前記蛍光の偏光方向を変換する偏光変換素子をさらに備える
請求項１又は２に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記第３の光変調装置に向けて前記第１の色光および前記第２の色光と異なる波長帯の第３の色光を射出する第２光源をさらに備える
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記励起光源は、前記励起光として前記第１の色光および前記第２の色光と異なる波長帯の第３の色光を射出し、
前記第３の色光の一部は前記第３の光変調装置に入射する
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項６】
前記第３の色光に対して偏光分離機能を有する偏光分離ミラーをさらに備え、
前記偏光分離ミラーは、前記波長変換素子に向かう前記第３の色光を透過させるとともに、前記蛍光発光素子で反射された前記第３の色光の一部を反射して前記第３の光変調装置に導く
請求項５に記載のプロジェクター。
【請求項７】
前記波長変換素子は、前記蛍光を生成する蛍光体と、前記蛍光体の表面に設けられ、前記第３の色光の一部を反射し、前記第３の色光の一部の残りを透過させる機能膜と、を有する
請求項５又は６に記載のプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、蛍光体をレーザー光で励起することで生成した蛍光を用いた照明装置が知られている。下記特許文献１には、蛍光を用いて液晶ライトバルブを照明するプロジェクター用の照明装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３７７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記照明装置は、偏光分離ダイクロイックミラーの周囲にレーザー光源と蛍光体層とを配置した構成を有している。そのため、装置構成を小型化することが難しく、照明装置を備えたプロジェクター自体も大型化しやすいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第一態様に従えば、第１光変調装置と、第２光変調装置と、第３光変調装置と、励起光を射出する第１光源と、前記励起光により励起されて前記励起光の入射側に向けて蛍光を射出する蛍光発光素子と、前記励起光を前記蛍光発光素子に導くとともに、前記蛍光発光素子から射出された前記蛍光を第１の色光と第２の色光とに分離する第１のダイクロイックミラーと、前記励起光を前記第１のダイクロイックミラーに導くとともに、前記第１のダイクロイックミラーにより分離された前記第２の色光を反射する第２のダイクロイックミラーと、を備え、前記第１のダイクロイックミラーにより分離された前記第１の色光が前記第１光変調装置に入射し、前記第２のダイクロイックミラーにより反射された前記第２の色光が前記第２光変調装置に入射するプロジェクターが提供される。
【０００６】
上記第一態様において、前記蛍光発光素子と前記第１のダイクロイックミラーとの間に設けられる反射型偏光板をさらに備えることが好ましい。
【０００７】
上記第一態様において、前記蛍光発光素子と前記第１のダイクロイックミラーとの間に設けられ、前記蛍光の偏光方向を変換する偏光変換素子をさらに備えることが好ましい。
【０００８】
上記第一態様において、前記第３の光変調装置に向けて前記第１の色光および前記第２の色光と異なる波長帯の第３の色光を射出する第２光源をさらに備えることが好ましい。
【０００９】
上記第一態様において、前記励起光源は、前記励起光として前記第１の色光および前記第２の色光と異なる波長帯の第３の色光を射出し、前記第３の色光の一部は前記第３の光変調装置に入射することが好ましい。
【００１０】
上記第一態様において、前記第３の色光に対して偏光分離機能を有する偏光分離ミラーをさらに備え、前記偏光分離ミラーは、前記波長変換素子に向かう前記第３の色光を透過させるとともに、前記蛍光発光素子で反射された前記第３の色光の一部を反射して前記第３の光変調装置に導くことが好ましい。
【００１１】
上記第一態様において、前記波長変換素子は、前記蛍光を生成する蛍光体と、前記蛍光体の表面に設けられ、前記第３の色光の一部を反射し、前記第３の色光の一部の残りを透過させる機能膜と、を有することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】第二実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図３】第三実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図４】第四実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図５】第五実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図６】第六実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図７Ａ】偏光変換素子の構成及び機能を説明した図である。
【図７Ｂ】偏光変換素子の構成及び機能を説明した図である。
【図８】第七実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図９】偏光変換素子の構成及び機能を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（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、励起光源（第１光源）２と、第１のダイクロイックミラー１１と、第２のダイクロイックミラー１２と、ミラー１３と、ピックアップ光学系１４と、蛍光発光素子１５と、青色光源（第２光源）３０と、光変調装置（第１光変調装置）４Ｒと、光変調装置（第２光変調装置）４Ｇと、光変調装置（第３光変調装置）４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置８とを備えている。
【００１５】
青色光源３０は、光変調装置４Ｂに向けて、例えば、ピーク波長が４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの青色光（第３の色光）ＬＢを射出する。青色光源３０は、光源部３１と、集光レンズ３２と、導光体３３と、反射型偏光板３４と、平行化レンズ３５と、を有している。
【００１６】
光源部３１は、例えばピーク波長帯が４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの青色光ＬＢを射出するレーザー素子で構成される。集光レンズ３２は青色光ＬＢを集光して導光体３３に入射させる。導光体３３は、光入射面３３ａから内部に入射した光を全反射により伝播させつつ、内部を伝播した光の一部を光射出面３３ｂから射出する。導光体３３は中心軸方向に延びるロッドで構成される。
【００１７】
本実施形態の導光体３３は、中心軸に直交する断面積が光入射面３３ａから光射出面３３ｂに向かうにつれて拡大するテーパー状となっている。本実施形態の導光体３３は、側面が光入射面３３ａ及び光射出面３３ｂに対して傾斜した形状を有するテーパーロッドで構成されている。
【００１８】
導光体３３は、例えばＢＫ７等のホウケイ酸ガラス、石英ガラス、合成石英ガラス等を含む光学ガラス、水晶、およびサファイア等の透光性部材で構成されている。
【００１９】
また、導光体３３内に入射した青色光ＬＢは、導光体３３内を全反射しながら伝播することで照度分布の均一性が向上した状態で光射出面３３ｂから射出される。導光体３３によって照度分布の均一性が高められた青色光ＬＢは反射型偏光板３４に入射する。
【００２０】
また、導光体３３内を進む青色光ＬＢは、テーパー状の各側面で反射されるごとに角度変換されるため、光射出面３３ｂから射出される際、略平行な光として射出される。本実施形態の導光体３３によれば、テーパー形状を採用したので、光射出面３３ｂから青色光ＬＢを略平行化して射出することができる。
【００２１】
反射型偏光板３４は、導光体３３の光射出面３３ｂから射出された青色光ＬＢを偏光分離する機能を有する。具体的に、反射型偏光板３４は、青色光ＬＢのうちの反射型偏光板３４の透過軸と異なる方向の偏光成分を反射し、青色光ＬＢのうちの反射型偏光板３４の透過軸と同じ方向の偏光成分を透過させる。本実施形態において、反射型偏光板３４の透過軸方向は、光変調装置４Ｂの光入射側に配置された偏光板の透過軸方向に一致している。
【００２２】
反射型偏光板３４は、例えば、ワイヤーグリッドで構成される。なお、反射型偏光板３４は、上述の偏光分離特性を有していれば、有機や無機或いは結晶タイプの反射偏光板で構成してもよい。
【００２３】
青色光ＬＢのＰ偏光は反射型偏光板３４を透過する。一方、青色光ＬＢのＳ偏光成分は反射型偏光板３４で反射され、導光体３３内に戻される。反射型偏光板３４で反射されたＳ偏光成分は、導光体３３内を全反射で伝播することで光射出面３３ｂから射出されて反射型偏光板３４に入射する。
【００２４】
ここで、反射型偏光板３４で反射された青色光ＬＢは反射時に異なる偏光状態（非偏光）に変化する。よって、反射型偏光板３４は、導光体３３内に反射された青色光ＬＢのうちのＰ偏光成分を青色光ＬＢとして再利用することができる。
【００２５】
このように本実施形態の青色光源３０によれば、反射型偏光板３４で反射した青色光ＬＢの一部の偏光方向を揃えることで照明光として再利用するため、高い光利用効率を実現することができる。反射型偏光板３４から射出された青色光ＬＢは平行化レンズ３５で平行化されて光変調装置４Ｂに導かれる。
【００２６】
上述のように反射型偏光板３４の透過軸方向は、光変調装置４Ｂの光入射側に配置された偏光板の透過軸方向に一致しているため、反射型偏光板３４から射出された青色光ＬＢは光変調装置４Ｂに効率良く入射する。
【００２７】
励起光源２は、青色アレイ光源６と、コリメーター光学系７とを含む。青色アレイ光源６は、複数の青色レーザー発光素子６ａを有する。複数の青色レーザー発光素子６ａは光軸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６ａは、例えばピーク波長帯が４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの青色の光線Ｂを射出する。
【００２８】
青色アレイ光源６から射出された複数の光線Ｂは、コリメーター光学系７に入射する。コリメーター光学系７は、青色アレイ光源６から射出された複数の光線Ｂを平行光に変換する。コリメーター光学系７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７ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ７ａは、複数の青色レーザー発光素子６ａに対応して配置される。
【００２９】
このような構成に基づき、励起光源２は平行光からなる複数の光線Ｂからなる励起光ＢＢを蛍光発光素子１５に向けて射出するようになっている。
【００３０】
励起光源２から射出された励起光ＢＢは第２のダイクロイックミラー１２に入射する。第２のダイクロイックミラー１２は、励起光ＢＢを透過させることで第１のダイクロイックミラー１１に導く。第１のダイクロイックミラー１１は、励起光ＢＢを透過させることで蛍光発光素子１５に導く。
【００３１】
第１のダイクロイックミラー１１を透過した励起光ＢＢはピックアップ光学系１４に入射する。ピックアップ光学系１４は、例えば第１レンズ１４ａと第２レンズ１４ｂとから構成される。ピックアップ光学系１４から射出された励起光ＢＢは、蛍光発光素子１５に集光した状態で入射する。
【００３２】
蛍光発光素子１５は、蛍光体１６と、この蛍光体１６を支持する基板１７と、ヒートシンク１８と、を有する。蛍光体１６は、励起光ＢＢを吸収して励起される蛍光体を含む。蛍光体１６は、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体で構成される。この励起光ＢＢにより励起された蛍光体は、例えば波長帯が５００〜７００ｎｍの蛍光（黄色蛍光）ＹＬを射出する。
【００３３】
蛍光体１６の励起光ＢＢが入射する側とは反対側には不図示の反射部が設けられている。反射部は、蛍光体１６で生成された蛍光ＹＬのうち、基板１７に向かって進む成分を反射する。
【００３４】
基板１７の蛍光体１６を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク１８が配置されている。蛍光発光素子１５では、このヒートシンク１８を介して放熱できるため、蛍光体１６の熱による劣化を抑制できる。
【００３５】
蛍光体１６で生成された蛍光ＹＬのうち、一部の蛍光ＹＬは、反射部によって反射され、蛍光体１６の外部へと射出される。また、蛍光体１６で生成された蛍光ＹＬのうち、他の一部の蛍光ＹＬは、反射部を介さずに蛍光体１６の外部に直接射出される。このようにして、蛍光ＹＬが蛍光体１６から射出される。本実施形態において、蛍光発光素子１５は、励起光ＢＢの入射側に向けて蛍光ＹＬを発光する。すなわち、本実施形態の蛍光発光素子１５は反射型の蛍光発光素子である。
【００３６】
蛍光発光素子１５から発光された蛍光ＹＬはピックアップ光学系１４により平行化されて第１のダイクロイックミラー１１に入射する。第１のダイクロイックミラー１１は、蛍光ＹＬを赤色光（第１の色光）ＬＲと緑色光（第２の色光）ＬＧとに分離する。具体的に、第１のダイクロイックミラー１１は、赤色光ＬＲを反射し、緑色光ＬＧを透過させることで蛍光ＹＬを２つの色光に分離する。
【００３７】
第１のダイクロイックミラー１１で反射された赤色光ＬＲはミラー１３で反射されて光変調装置４Ｒに入射する。また、第１のダイクロイックミラー１１を透過した緑色光ＬＧは第２のダイクロイックミラー１２に入射する。第２のダイクロイックミラー１２は、緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに向けて反射する。このように第２のダイクロイックミラー１２は励起光ＢＢを透過させるとともに蛍光ＹＬを分離した緑色光ＬＧを反射する特性を有している。
【００３８】
以上のように本実施形態のプロジェクター１によれば、第１のダイクロイックミラー１１および第２のダイクロイックミラー１２を備えることで、蛍光ＹＬを光変調装置４Ｒ，４Ｇに導く照明光学系の一部が励起光ＢＢを蛍光体１６に導く励起光学系を兼ねることができる。
【００３９】
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。
【００４０】
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、不図示の偏光板が配置されている。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。
【００４１】
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にする。
【００４２】
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装置８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。
【００４３】
投射光学装置８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。
【００４４】
以上述べたように本実施形態のプロジェクター１によれば、蛍光ＹＬを光変調装置４Ｒ，４Ｇに導く照明光学系の一部によって励起光ＢＢを蛍光体１６に導く励起光学系を兼ねた構成を採用することで、装置構成の小型化を図ることができる。
【００４５】
（第二実施形態）
続いて、第二実施形態に係るプロジェクターについて説明する。なお、第一実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
図２は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図２に示すように、本実施形態のプロジェクター１０１は、励起光源２と、第１のダイクロイックミラー２１と、第２のダイクロイックミラー２２と、ミラー１３と、ピックアップ光学系１４と、蛍光発光素子１５と、青色光源３０と、光変調装置（第２光変調装置）４Ｒと、光変調装置（第１光変調装置）４Ｇと、光変調装置（第３光変調装置）４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置８とを備えている。
【００４６】
本実施形態のプロジェクター１０１は、第一実施形態のプロジェクター１の構成に対して、励起光源２および蛍光発光素子１５の位置が入れ替わっている。
【００４７】
本実施形態において、励起光源２から射出された励起光ＢＢは第２のダイクロイックミラー２２に入射する。第２のダイクロイックミラー２２は、励起光ＢＢを透過させることで第１のダイクロイックミラー２１に導く。第１のダイクロイックミラー２１は、励起光ＢＢを透過させることで蛍光発光素子１５に導く。
【００４８】
蛍光発光素子１５から発光された蛍光ＹＬはピックアップ光学系１４により平行化されて第１のダイクロイックミラー２１に入射する。第１のダイクロイックミラー２１は、蛍光ＹＬを緑色光（第１の色光）ＬＧと赤色光（第２の色光）ＬＲとに分離する。具体的に、第１のダイクロイックミラー２１は、緑色光ＬＧを反射し、赤色光ＬＲを透過させることで蛍光ＹＬを２つの色光に分離する。
【００４９】
第１のダイクロイックミラー２１で反射された緑色光ＬＧは光変調装置４Ｇに入射する。また、第１のダイクロイックミラー２１を透過した赤色光ＬＲは第２のダイクロイックミラー２２に入射する。第２のダイクロイックミラー２２は、赤色光ＬＲをミラー１３に向け反射し、ミラー１３は赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。このように第２のダイクロイックミラー２２は励起光ＢＢを透過させるとともに蛍光ＹＬから分離された赤色光ＬＲを反射する特性を有している。
【００５０】
以上のように本実施形態のプロジェクター１０１においても、第１のダイクロイックミラー２１および第２のダイクロイックミラー２２を備えることで、蛍光ＹＬを光変調装置４Ｒ，４Ｇに導く照明光学系の一部が励起光ＢＢを蛍光体１６に導く励起光学系を兼ねることで、装置構成の小型化を図ることができる。
【００５１】
（第三実施形態）
続いて、第三実施形態に係るプロジェクターについて説明する。なお、第一実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
図３は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図３に示すように、本実施形態のプロジェクター２０１は、励起光源２と、第１のダイクロイックミラー２４と、第２のダイクロイックミラー２５と、ミラー２６と、ピックアップ光学系１４と、蛍光発光素子１５と、青色光源３０と、光変調装置（第２光変調装置）４Ｒと、光変調装置（第１光変調装置）４Ｇと、光変調装置（第３光変調装置）４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置８とを備えている。
【００５２】
本実施形態のプロジェクター２０１は、第一実施形態のプロジェクター１の構成に対して、励起光源２の位置を変更している。
【００５３】
本実施形態において、励起光源２から射出された励起光ＢＢは第２のダイクロイックミラー２５に入射する。第２のダイクロイックミラー２５は、励起光ＢＢを透過させることで第１のダイクロイックミラー２４に導く。第１のダイクロイックミラー２４は、励起光ＢＢを反射させることで蛍光発光素子１５に導く。
【００５４】
蛍光発光素子１５から発光された蛍光ＹＬはピックアップ光学系１４により平行化されて第１のダイクロイックミラー２４に入射する。第１のダイクロイックミラー２４は、蛍光ＹＬを緑色光（第１の色光）ＬＧと赤色光（第２の色光）ＬＲとに分離する。具体的に、第１のダイクロイックミラー２１は、緑色光ＬＧを透過し、赤色光ＬＲを反射することで蛍光ＹＬを２つの色光に分離する。
【００５５】
第１のダイクロイックミラー２４を透過した緑色光ＬＧはミラー２６で反射されて光変調装置４Ｇに入射する。また、第１のダイクロイックミラー２４で反射された赤色光ＬＲは第２のダイクロイックミラー２５に入射する。第２のダイクロイックミラー２５は、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。このように第２のダイクロイックミラー２５は励起光ＢＢを透過させるとともに蛍光ＹＬから分離された赤色光ＬＲを反射する特性を有している。
【００５６】
以上のように本実施形態のプロジェクター２０１においても、第１のダイクロイックミラー２４および第２のダイクロイックミラー２５を備えることで、蛍光ＹＬを光変調装置４Ｒ，４Ｇに導く照明光学系の一部が励起光ＢＢを蛍光体１６に導く励起光学系を兼ねることで、装置構成の小型化を図ることができる。
【００５７】
（第四実施形態）
続いて、第四実施形態に係るプロジェクターについて説明する。なお、第一実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
図４は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図４に示すように、本実施形態のプロジェクター３０１は、励起光源２と、第１のダイクロイックミラー１１と、第２のダイクロイックミラー１２と、ミラー１３と、ピックアップ光学系１４と、蛍光発光素子１５と、ハーフミラー１９と、導光光学系２０と、光変調装置（第１光変調装置）４Ｒと、光変調装置（第２光変調装置）４Ｇと、光変調装置（第３光変調装置）４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置８とを備えている。
【００５８】
励起光源２から射出される励起光ＢＢはピーク波長帯が４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの青色光である。すなわち、励起光源２は、励起光ＢＢとして赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧと異なる波長帯の青色光（第３の色光）を射出する。そのため、励起光ＢＢは光変調装置４Ｂにおける画像光の生成に好適に利用可能である。本実施形態のプロジェクター３０１は、励起光源２から射出した励起光ＢＢの一部を光変調装置４Ｂに直接入射させることで青色光源３０を省略している。
【００５９】
本実施形態において、励起光源２から射出された励起光ＢＢはハーフミラー１９に入射し、２つに分離される。具体的に、ハーフミラー１９を透過した励起光ＢＢの一部は蛍光発光素子１５に導かれることで第一実施形態と同様、蛍光ＹＬを生成する。
【００６０】
一方、ハーフミラー１９で反射された励起光ＢＢの一部は導光光学系２０によって青色光ＬＢ１として光変調装置４Ｂに導かれる。導光光学系２０は、集光レンズ４１と、拡散板４２と、ピックアップレンズ４３と、インテグレーター光学系４６と、重畳レンズ４７と、ミラー４８とを有する。
【００６１】
本実施形態において、直線偏光である励起光ＢＢの偏光方向は、光変調装置４Ｂの光入射側に配置された偏光板の透過軸方向に一致している。そのため、ハーフミラー１９で反射された励起光ＢＢの一部である青色光ＬＢ１は入射側偏光板を透過して光変調装置４Ｂに効率良く入射する。
【００６２】
集光レンズ４１は青色光ＬＢ１を集光させて拡散板４２に入射させる。拡散板４２は青色光ＬＢ１を拡散させることでレーザー光からなる青色光ＬＢ１の照度分布を均一化させる。ピックアップレンズ４３は拡散板４２で拡散した青色光ＬＢ１をピックアップして平行化する。インテグレーター光学系４６は、第１マルチレンズアレイ４４と第２マルチレンズアレイ４５とを含む。ミラー４８はインテグレーター光学系４６を経由した青色光ＬＢ１を反射して光変調装置４Ｂに導く。
【００６３】
第１マルチレンズアレイ４４は、例えば、複数の第１小レンズ４４ａを平面的に配列して構成される。第１マルチレンズアレイ４４は、青色光ＬＢ１を各第１小レンズ４４ａによって複数の小光束に分割してそれぞれを集光させる。
【００６４】
第２マルチレンズアレイ４５は、例えば、第１マルチレンズアレイ４４の各第１小レンズ４４ａに対応して平面的に配列された複数の第２小レンズ４５ａを有している。本実施形態において、第２マルチレンズアレイ４５は、後述する重畳レンズ４７とともに、第１マルチレンズアレイ４４の各第１小レンズ４４ａの像を光変調装置４Ｂの画素形成領域に重畳して入射させる。
【００６５】
以上のように本実施形態のプロジェクター３０１においても、蛍光ＹＬを光変調装置４Ｒ，４Ｇに導く照明光学系の一部が励起光ＢＢを蛍光体１６に導く励起光学系を兼ねることで、装置構成の小型化を図ることができる。また、本実施形態のプロジェクター３０１では、励起光ＢＢの一部である青色光ＬＢ１を光変調装置４Ｂに入射させることで青色の画像光を生成することができる。これにより、光変調装置４Ｂに光を入射させるための青色光源３０を別途設ける必要がなくなり、コスト低減を図ることができる。
【００６６】
（第五実施形態）
続いて、第五実施形態に係るプロジェクターについて説明する。なお、第一実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
図５は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図５に示すように、本実施形態のプロジェクター４０１は、励起光源２と、第１のダイクロイックミラー１１と、第２のダイクロイックミラー１２と、ミラー１３と、ピックアップ光学系１４と、蛍光発光素子１５と、反射型偏光板４９と、ハーフミラー１９と、導光光学系２０と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置８とを備えている。
【００６７】
本実施形態のプロジェクター４０１は、第四実施形態のプロジェクター３０１の構成に反射型偏光板４９を付加した点で異なる。
【００６８】
本実施形態において、ピックアップ光学系１４で平行化された蛍光ＹＬは蛍光発光素子１５と第１のダイクロイックミラー１１との間に設けられた反射型偏光板４９に入射する。反射型偏光板４９は蛍光ＹＬを偏光分離する機能を有する。反射型偏光板４９は、例えば、ワイヤーグリッドで構成される。
【００６９】
蛍光ＹＬは非偏光の光である。具体的に、反射型偏光板４９は、蛍光ＹＬのうちの反射型偏光板４９の透過軸と異なる方向の偏光成分を反射し、蛍光ＹＬのうちの反射型偏光板４９の透過軸と同じ方向の偏光成分のみを透過させる。本実施形態において、反射型偏光板４９の透過軸方向は、光変調装置４Ｒ，４Ｇの光入射側に配置された偏光板の透過軸方向に一致している。なお、励起光ＢＢの偏光方向は反射型偏光板４９の透過軸方向に一致している。そのため、励起光ＢＢは反射型偏光板４９を透過して蛍光発光素子１５に効率良く入射する。
【００７０】
反射型偏光板４９で反射された蛍光ＹＬの成分は蛍光体１６に戻り、蛍光体１６内で反射されることで乱れた偏光状態で再び反射型偏光板４９に入射する。このようにして反射型偏光板４９は蛍光ＹＬの偏光方向を所定方向に揃えて射出させることができる。
【００７１】
このようにして反射型偏光板４９から射出された蛍光ＹＬは所定の偏光方向の直線偏光に変換される。第１のダイクロイックミラー１１で分離された赤色光ＬＲの偏光方向は、光変調装置４Ｒの光入射側に配置された偏光板の透過軸方向に一致しているため、赤色光ＬＲは光変調装置４Ｒに効率良く入射する。また、第１のダイクロイックミラー１１で分離された緑色光ＬＧの偏光方向は、光変調装置４Ｇの光入射側に配置された偏光板の透過軸方向に一致しているため、緑色光ＬＧは光変調装置４Ｇに効率良く入射する。
【００７２】
以上のように本実施形態のプロジェクター４０１によれば、第四実施形態のプロジェクター３０１と同様、装置構成の小型化を図ることができる。また、本実施形態のプロジェクター４０１では、反射型偏光板４９によって蛍光ＹＬを直線偏光に変換することで、蛍光ＹＬを分離した赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧを光変調装置４Ｒ，４Ｇに効率良く入射させることができる。
【００７３】
（第六実施形態）
続いて、第六実施形態に係るプロジェクターについて説明する。なお、第一実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
図６は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図６に示すように、本実施形態のプロジェクター５０１は、励起光源２と、第１のダイクロイックミラー１１と、第２のダイクロイックミラー１２と、ミラー１３と、ピックアップ光学系１４と、蛍光発光素子１５と、均一化照明光学系５５と、ハーフミラー１９と、拡散板５６と、導光光学系２０と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置８とを備えている。
【００７４】
本実施形態のプロジェクター５０１は、第四実施形態のプロジェクター３０１の構成に均一化照明光学系５５と拡散板５６とを付加した点で異なる。
【００７５】
均一化照明光学系５５は、蛍光ＹＬを分離した赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧの光変調装置４Ｒ，４Ｇ上の照度分布を均一化する。均一化照明光学系５５は、インテグレーター光学系５０と、偏光変換素子５３と、重畳レンズ５４とを備える。インテグレーター光学系５０は、第１マルチレンズアレイ５１と第２マルチレンズアレイ５２とを含む。
【００７６】
第１マルチレンズアレイ５１は、例えば、複数の第１小レンズ５１ａを平面的に配列して構成される。第１マルチレンズアレイ５１は、蛍光ＹＬを各第１小レンズ５１ａによって複数の小光束に分割してそれぞれを集光させる。
【００７７】
第２マルチレンズアレイ５２は、例えば、第１マルチレンズアレイ５１の各第１小レンズ５１ａに対応して平面的に配列された複数の第２小レンズ５２ａを有している。本実施形態において、第２マルチレンズアレイ５２は重畳レンズ５４とともに、第１マルチレンズアレイ５１の各第１小レンズ５１ａの像を光変調装置４Ｒ，４Ｇの画素形成領域に重畳して入射させる。
【００７８】
偏光変換素子５３は蛍光ＹＬの偏光方向を一方向に揃える。
図７Ａおよび図７Ｂは偏光変換素子５３の構成及び機能を説明した図である。
具体的に、偏光変換素子５３は、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、蛍光ＹＬが進行する方向と交差する方向に、第１領域６１と第２領域６２とが交互に隣接して設けられる。第１領域６１は、第２マルチレンズアレイ５２の第２小レンズ５２ａの配列ピッチに対応するように配置されている。そのため、第２マルチレンズアレイ５２から射出された蛍光ＹＬは、第１領域６１から偏光変換素子５３内に効率良く入射する。第２領域６２は迷光を遮光する領域であって遮光マスク６７を有している。第１領域６１は蛍光ＹＬを偏光変換素子５３内に取り込む光入射領域である。
【００７９】
偏光変換素子５３は、偏光分離層６３と、位相差層６４とを備える。偏光変換素子５３は、蛍光ＹＬが入射する光入射面６５と、蛍光ＹＬを射出させる光射出面６６とを有する。偏光分離層６３は、光入射面６５および光射出面６６に対して傾斜した状態に設けられる。偏光分離層６３は、蛍光ＹＬに含まれるＰ偏光成分を透過させ、蛍光ＹＬに含まれるＳ偏光成分を反射させる。偏光分離層６３には、例えば、誘電体多層膜が用いられる。
【００８０】
位相差層６４は、光射出面６６のうち第１領域６１に対向する領域に設けられている。位相差層６４は、偏光分離層６３を透過した蛍光ＹＬに含まれるＰ偏光成分ＹＬｐに対して１／２波長分の位相差を付与する。これにより、位相差層６４は、偏光分離層６３を透過した蛍光ＹＬのＰ偏光成分ＹＬｐをＳ偏光成分ＹＬｓに変換する。
【００８１】
第１領域６１から偏光変換素子５３内に入射した蛍光ＹＬに含まれるＳ偏光成分ＹＬｓは、一対の偏光分離層６３で２回反射されることで光射出面６６から外部に射出される。このとき、Ｓ偏光成分ＹＬｓは位相差層６４を経由しないため、位相差が付与されない。そのため、蛍光ＹＬに含まれるＳ偏光成分ＹＬｓは、そのままＳ偏光成分ＹＬｓとして偏光変換素子５３から射出される。
【００８２】
無偏光の蛍光ＹＬは偏光変換素子５３を経由することでＳ偏光成分ＹＬｓの光に変換される。本実施形態において、蛍光ＹＬのＳ偏光成分ＹＬｓの偏光方向は光変調装置４Ｒ，４Ｇの光入射側に配置された偏光板の透過軸方向に一致する。
【００８３】
Ｓ偏光に変換された蛍光ＹＬは、第１のダイクロイックミラー１１で赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離される。第１のダイクロイックミラー１１で分離された赤色光ＬＲの偏光方向は、光変調装置４Ｒの光入射側に配置された偏光板の透過軸方向に一致しているため、赤色光ＬＲは光変調装置４Ｒに効率良く入射する。また、第１のダイクロイックミラー１１で分離された緑色光ＬＧの偏光方向は、光変調装置４Ｇの光入射側に配置された偏光板の透過軸方向に一致しているため、緑色光ＬＧは光変調装置４Ｇに効率良く入射する。
【００８４】
続いて、励起光ＢＢの光路について説明する。ハーフミラー１９を透過した励起光ＢＢの一部は拡散板５６で均一化照明光学系５５の光路全体に拡がるように拡散される。重畳レンズ５４は拡散板５６により拡散された励起光ＢＢを平行化して偏光変換素子５３に導く。本実施形態において、励起光ＢＢは、偏光変換素子５３における偏光分離層６３に対するＳ偏光成分ＢＢｓに相当し、かつ、光変調装置４Ｒ，４Ｇの光入射側に配置された偏光板の透過軸方向に一致する直線偏光である。
【００８５】
図７Ｂに示すように、励起光ＢＢはＳ偏光成分ＢＢｓとして偏光変換素子５３の光射出面６６に入射する。光射出面６６のうち位相差層６４に入射した励起光ＢＢは１／２波長分の位相差を付与されることでＰ偏光成分ＢＢｐに変換される。また、光射出面６６のうち位相差層６４が設けられていない領域に入射した励起光ＢＢは一対の偏光分離層６３で２回反射されることで第１領域６１からＳ偏光成分ＢＢｓのままで射出される。
【００８６】
励起光ＢＢは偏光変換素子５３を透過することでＰ偏光およびＳ偏光が混在した偏光状態に変換され、インテグレーター光学系５０を蛍光ＹＬの進行方向と反対方向に透過することでピックアップ光学系１４を経由して蛍光発光素子１５の蛍光体１６上に重畳される。本実施形態の均一化照明光学系５５によれば、励起光ＢＢにおける蛍光体１６の照度分布を均一化して励起光ＢＢの光密度を低下させることで、蛍光発光効率を向上させることができる。
【００８７】
以上のように本実施形態のプロジェクター５０１によれば、第四実施形態のプロジェクター３０１と同様、装置構成の小型化を図ることができる。また、本実施形態のプロジェクター５０１では、偏光変換素子５３を含む均一化照明光学系５５によって蛍光ＹＬを直線偏光に変換することで、蛍光ＹＬを分離した赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧを光変調装置４Ｒ，４Ｇに効率良く入射させることができる。また、均一化照明光学系５５によって蛍光体１６に入射する励起光ＢＢの光密度を低下させることで明るい蛍光ＹＬを生成することができる。
【００８８】
（第七実施形態）
続いて、第七実施形態に係るプロジェクターについて説明する。なお、第一実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
図８は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図８に示すように、本実施形態のプロジェクター６０１は、励起光源２と、第１のダイクロイックミラー１１と、第２のダイクロイックミラー１２と、ミラー１３と、ピックアップ光学系１４と、蛍光発光素子１５Ａと、均一化照明光学系５５Ａと、拡散板５６と、偏光分離ミラー５７と、第１レンズ５８と、第２レンズ５９と、ミラー６０と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置８とを備えている。
【００８９】
本実施形態のプロジェクター６０１は、蛍光発光素子１５Ａにおいて、青色光からなる励起光ＢＢの一部と黄色光からなる蛍光ＹＬとを合成した白色光を生成する点で他の実施形態と異なっている。
【００９０】
本実施形態において、励起光源２から射出された励起光ＢＢは偏光分離ミラー５７に入射する。偏光分離ミラー５７は励起光ＢＢに対して偏光分離機能を有する。具体的に、偏光分離ミラー５７は、該偏光分離ミラー５７に対するＰ偏光を透過するとともに、該偏光分離ミラー５７に対するＳ偏光を反射する。本実施形態において、励起光源２は、偏光分離ミラー５７に対するＰ偏光を励起光ＢＢとして射出する。
【００９１】
偏光分離ミラー５７を透過した励起光ＢＢは拡散板５６で均一化照明光学系５５Ａの光路全体に拡がるように拡散される。均一化照明光学系５５Ａは、インテグレーター光学系５０と、偏光変換素子５３Ａと、重畳レンズ５４とを備える。
【００９２】
重畳レンズ５４は拡散板５６により拡散された励起光ＢＢを平行化して偏光変換素子５３Ａに導く。
図９は偏光変換素子の構成及び機能を説明した図である。図９に示すように、本実施形態の偏光変換素子５３Ａは、第六実施形態のプロジェクター５０１における偏光変換素子５３から遮光マスク６７を取り除いた構成を有し、それ以外の構成は偏光変換素子５３と同じである。
【００９３】
本実施形態において、励起光ＢＢは、偏光変換素子５３Ａにおける偏光分離層６３に対するＰ偏光成分に相当する。すなわち、図８に示すように、励起光ＢＢはＰ偏光成分ＢＢｐとして偏光変換素子５３Ａの光射出面６６に入射する。光射出面６６のうち位相差層６４に入射した励起光ＢＢは１／２波長分の位相差を付与されることでＳ偏光成分ＢＢｓに変換され、２ヶ所の偏光分離層６３で反射され第２領域６２からＳ偏光成分ＢＢｓとして射出される。また、光射出面６６のうち位相差層６４が設けられていない領域に入射した励起光ＢＢは偏光分離層６３を透過し第２領域６２からＰ偏光成分ＢＢｐのままで射出される。
【００９４】
励起光ＢＢは偏光変換素子５３Ａを透過することでＰ偏光およびＳ偏光が混在した偏光状態の光に変換されて第２領域６２に導かれる。本実施形態の偏光変換素子５３Ａは、第２領域６２の遮光マスク６７を省略しているため、励起光ＢＢは第２領域６２から射出される。
【００９５】
励起光ＢＢはインテグレーター光学系５０を透過し、ピックアップ光学系１４により蛍光発光素子１５Ａに集光された状態で入射する。本実施形態の蛍光発光素子１５Ａは、蛍光体１６と、基板１７と、ヒートシンク１８と、反射型ＮＤフィルター（機能膜）７０と、を有する。反射型ＮＤフィルター７０は、蛍光体１６の表面１６ａに設けられている。
【００９６】
反射型ＮＤフィルター７０は、励起光ＢＢの一部を反射するとともに、励起光ＢＢの一部の残りを透過し、蛍光ＹＬを透過する。反射型ＮＤフィルター７０で反射された励起光ＢＢの一部は、青色光ＬＢ２としてピックアップ光学系１４に入射する。また、反射型ＮＤフィルター７０を透過した励起光ＢＢの一部の残りは蛍光体１６において蛍光ＹＬの生成に利用される。蛍光体１６で生成された蛍光ＹＬは反射型ＮＤフィルター７０を透過してピックアップ光学系１４に入射する。なお、反射型ＮＤフィルター７０における励起光ＢＢの透過率は、必要とされる青色光ＬＢ２の光量に応じて適宜設定される。
【００９７】
本実施形態の蛍光発光素子１５Ａによれば、反射型ＮＤフィルター７０を備えることで、黄色の蛍光ＹＬと青色光ＬＢ２とを合成した白色の照明光ＷＬを生成することができる。照明光ＷＬはピックアップ光学系１４で平行化されて、均一化照明光学系５５Ａに入射する。均一化照明光学系５５Ａは、照明光ＷＬにおける光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ上の照度分布を均一化させる。
【００９８】
ここで、均一化照明光学系５５Ａの偏光変換素子５３を透過する際、照明光ＷＬに含まれる蛍光ＹＬは図７Ａに示したようにＳ偏光成分に変換される。照明光ＷＬに含まれる青色光ＬＢ２はＰ偏光成分とＳ偏光成分が混在した状態の光であるため、蛍光ＹＬと同様、偏光変換素子５３を透過する際、Ｓ偏光成分に変換される。
【００９９】
均一化照明光学系５５Ａを経由した照明光ＷＬは、第１のダイクロイックミラー１１に入射する。第１のダイクロイックミラー１１は、照明光ＷＬに含まれる蛍光ＹＬのうちの赤色光ＬＲを反射して光変調装置４Ｒに導き、緑色光ＬＧと青色光ＬＢ２とを透過させる。第１のダイクロイックミラー１１を透過した緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ２は第２のダイクロイックミラー１２に入射する。第２のダイクロイックミラー１２は、緑色光ＬＧを反射して光変調装置４Ｇに導き、青色光ＬＢ２を透過させる。
【０１００】
第２のダイクロイックミラー１２を透過した青色光ＬＢ２は第１レンズ５８を経由して偏光分離ミラー５７に入射する。本実施形態において、青色光ＬＢ２は均一化照明光学系５５Ａを経由することでＳ偏光に変換される。そのため、蛍光発光素子１５Ａから偏光分離ミラー５７に入射した青色光ＬＢ２は、該偏光分離ミラー５７で反射され、第２レンズ５９およびミラー６０を経由して光変調装置４Ｂに導かれる。本実施形態において、偏光分離ミラー５７に対するＳ偏光の偏光方向は、光変調装置４Ｂの光入射側に配置された偏光板の透過軸方向に一致するため、青色光ＬＢ２は光変調装置４Ｂに効率良く入射することができる。
【０１０１】
以上のように本実施形態のプロジェクター６０１によれば、装置構成の小型化を図ることができる。また、本実施形態のプロジェクター６０１は、均一化照明光学系５５によって照明光ＷＬの偏光方向を揃えることで、照明光ＷＬを分離した赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ２を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに効率良く入射させることができる。また、励起光ＢＢの一部を蛍光発光素子１５Ａで反射させた青色光ＬＢ２を光変調装置４Ｂに入射させることで青色の画像光を生成することができる。これにより、光変調装置４Ｂに光を入射させるための青色光源３０を別途設ける必要がなくなり、コスト低減を図ることができる。
【０１０２】
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。
上記実施形態において、蛍光発光素子１５として、蛍光体１６が固定配置された場合を例に挙げたが、リング状の蛍光体を回転させる回転ホイール式の蛍光発光素子を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１…プロジェクター、２…励起光源（第１光源）、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置（第１光変調装置、第２光変調装置、第３光変調装置）、１１，２１，２４…第１のダイクロイックミラー、１２，２２，２５…第２のダイクロイックミラー、１５，１５Ａ…蛍光発光素子、１６…蛍光体、１６ａ…表面、３０…青色光源（第２光源）、４９…反射型偏光板、５３，５３Ａ…偏光変換素子、５７…偏光分離ミラー、７０…反射型ＮＤフィルター（機能膜）、ＢＢ…励起光、ＬＢ，ＬＢ１，ＬＢ２…青色光、ＬＧ…緑色光（第１の色光）、ＬＧ…緑色光（第２の色光）、ＬＲ…赤色光（第２の色光）、ＬＲＬ…赤色光（第１の色光）、ＹＬ…蛍光。
【図１】
2020134550.tif 000003
【図２】
2020134550.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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