(57)【要約】      （修正有）【課題】色ムラを低減できる照明装置、および照明装置を備えるプロジェクターを提供する。【解決手段】照明装置１は、レーザー光を含む第１の光ＢＬを射出する光源装置２０と、光射出面を有するとともに、第１の光の一部を蛍光に変換する蛍光体層４１と、蛍光体層の光射出面に設けられた光拡散素子とを備える蛍光発光素子４０を有し、波長変換素子は、レーザー光の少なくとも一部ＢＬ１と蛍光ＹＬとを含む第２の光ＷＬを光射出面から射出する。【選択図】図１
2018084757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を含む第１の光を射出する光源装置と、
光射出面を有するとともに、前記第１の光の一部を蛍光に変換する波長変換素子と、
前記光射出面に設けられた光拡散素子と、を備え、
前記波長変換素子は、前記レーザー光の少なくとも一部と前記蛍光とを含む第２の光を前記光射出面から射出するように構成されている
照明装置。
【請求項２】
前記光源装置は、赤色光を射出するレーザー素子と、青色光を射出する発光素子と、を含み、
前記波長変換素子は、前記青色光の一部を緑色光に変換する蛍光体を含み、前記青色光のうち前記緑色光に変換されなかった成分と、前記赤色光と、を透過させる
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の照明装置と、
前記第２の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、を備える
プロジェクター。
【請求項４】
前記照明装置は、前記第２の光の光路上に順に設けられたコリメート光学系、レンズインテグレータおよび集光光学系をさらに含む
請求項３に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記照明装置は、前記第２の光の光路上に設けられた集光光学系をさらに含み、
前記光変調装置は、複数の可動反射素子を有するデジタルミラーデバイスで構成されており、
前記集光光学系は、前記光射出面が前記複数の可動反射素子を含む面と光学的に共役であるように構成されている
請求項３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、照明装置及びプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクター用照明装置として、青色光の一部を蛍光体層により黄色の蛍光に変換するとともに青色光の残りを透過させることで、白色光を生成するものが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−３９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、蛍光体層から射出された蛍光はランバート的な配光分布を持つことで発散角が大きいが、青色光はレーザー光なので、発散角が蛍光よりも小さい。そのため、色ムラが生じ、均一な照明光が得られないといった問題があった。
【０００５】
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、色ムラを低減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、前記照明装置を備えるプロジェクターを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様に従えば、レーザー光を含む第１の光を射出する光源装置と、光射出面を有するとともに、前記第１の光の一部を蛍光に変換する波長変換素子と、前記光射出面に設けられた光拡散素子と、を備え、前記波長変換素子は、前記レーザー光の少なくとも一部と前記蛍光とを含む第２の光を前記光射出面から射出するように構成されている照明装置が提供される。
【０００７】
第１態様に係る照明装置は、光射出面から射出された第２の光は光拡散素子により拡散される。第２の光のうちレーザー光は、光拡散素子により拡散されることで、発散角が大きくなる。一方、第２の光のうち蛍光は、予めランバートな配光分布を持つため、拡散素子で拡散されても、発散角はほとんど変化しない。
これにより、蛍光の発散角とレーザー光の発散角との差が小さくなる。よって、第２の光は色ムラが小さい。
【０００８】
上記第１態様において、前記光源装置は、赤色光を射出するレーザー素子と、青色光を射出する発光素子と、を含み、前記波長変換素子は、前記青色光の一部を緑色光に変換する蛍光体を含み、前記青色光のうち前記緑色光に変換されなかった成分と、前記赤色光と、を透過させるのが好ましい。
赤色のレーザー光の波長帯は、赤色蛍光体によって生成される赤色の蛍光の波長帯よりも狭い。赤色光として色純度の高いレーザー光を用いることができるので、色域が広い。
【０００９】
本発明の第２態様に従えば、上記第１態様に係る照明装置と、前記第２の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、を備えるプロジェクターが提供される。
【００１０】
第２態様に係るプロジェクターは、上記第１態様に係る光源装置を備えるので、色ムラが低減された高品質のカラー画像を表示することができる。
【００１１】
上記第２態様において、前記照明装置は、前記第２の光の光路上に順に設けられたコリメート光学系、レンズインテグレータおよび集光光学系をさらに含むのが好ましい。
この構成によれば、色ムラ及び照度ムラを低減した高品質の画像を表示することができる。
【００１２】
上記第２態様において、前記照明装置は、前記第２の光の光路上に設けられた集光光学系をさらに含み、前記光変調装置は、複数の可動反射素子を有するデジタルミラーデバイスで構成されており、前記集光光学系は、前記光射出面が前記複数の可動反射素子を含む面と光学的に共役であるように構成されているのが好ましい。
この構成によれば、デジタルミラーデバイスの照明領域に対して、ほぼ同じ発散角を持つ複数の色光を入射させることができる。よって、色ムラが低減されたカラー画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態に係る照明装置の概略構成を示す図。
【図２】蛍光発光素子の要部構成を示す図。
【図３】第二実施形態に係る照明装置の概略構成を示す図。
【図４】蛍光発光素子の要部構成を示す図。
【図５】第三実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図。
【図６】第四実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（第一実施形態）
図１は本実施形態に係る照明装置１の概略構成を示す図である。
図１に示すように、照明装置１は、光源装置２０と、集光レンズ３０と、蛍光発光素子４０とを備えている。
【００１６】
光源装置２０は、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２とを有する。アレイ光源２１は、固体光源としての複数の半導体レーザー２１ａを備える。複数の半導体レーザー２１ａは光軸と直交する面内において、アレイ状に配置されている。
【００１７】
半導体レーザー２１ａは青色の光線Ｂ（例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光）を射出する。アレイ光源２１は、複数の光線Ｂからなる光線束ＢＬを射出する。本実施形態において、光線Ｂは特許請求の範囲の「レーザー光」に相当し、光線束ＢＬは特許請求の範囲の「第１の光」に相当する。
【００１８】
アレイ光源２１から射出された光線束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２１から射出された光線束ＢＬを平行光束に変換するものである。
【００１９】
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を有する。複数のコリメーターレンズ２２ａ各々は、複数の半導体レーザー２１ａに対応して配置されている。
【００２０】
集光レンズ３０は、アレイ光源２１から射出された光線束ＢＬを励起光として蛍光発光素子４０に向けて集光させるものである。本実施形態において、集光レンズ３０は１枚のレンズから構成されているが、複数のレンズから構成されていてもよい。
【００２１】
図２は蛍光発光素子４０の要部構成を示す図である。
図２に示すように、蛍光発光素子４０は、蛍光体層４１と、蛍光体層４１を支持するとともに冷却する冷却部材４２と、冷却部材４２と蛍光体層４１との間に設けられた反射層４３と、蛍光体層４１の光入射面４１ａに設けられたダイクロイック膜４４と、蛍光体層４１の光射出面４１ｂに設けられた拡散素子４５と、を備える。本実施形態において、蛍光体層４１は特許請求の範囲の「波長変換素子」に相当し、拡散素子４５は特許請求の範囲の「光拡散素子」に相当する。
【００２２】
蛍光体層４１は、励起光（光線束ＢＬ）の一部を吸収して黄色の蛍光ＹＬに変換する蛍光体粒子（不図示）を含む。蛍光体粒子として、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体が用いられる。
【００２３】
なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよいし、２種以上の材料を用いて形成された粒子が混合されたものが用いられてもよい。蛍光体層４１には、耐熱性およ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４１として、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などが好適に用いられる。
【００２４】
冷却部材４２の材料としては、熱伝導性が高く放熱性に優れた材料を用いることが好ましく、例えば、アルミニウム、銅等の金属、窒化アルミ、アルミナ、サファイア、ダイヤモンド等のセラミクスが挙げられる。
【００２５】
反射層４３の具体例としては、例えば、アルミニウム、銀等の反射率の高い金属反射膜が挙げられる。反射層４３は、蛍光ＹＬ及び光線束ＢＬの一部の光を反射することで蛍光体層４１の光射出面４１ｂ側に導く。
【００２６】
ダイクロイック膜４４は、光線束ＢＬ（青色光）を透過させるとともに、蛍光ＹＬ（黄色光）を反射する特性を有する。これにより、蛍光体層４１で生成され、光入射面４１ａ側に向かった蛍光ＹＬはダイクロイック膜４４で反射されることで光射出面４１ｂ側に効率良く導かれる。
【００２７】
拡散素子４５は光射出面４１ｂに直接形成した凹凸構造である。本実施形態においては、拡散素子４５として、例えばマイクロレンズアレイ等の滑らかな凹凸構造を形成した。このような滑らかな凹凸構造によって拡散素子４５を構成することにより、拡散素子４５の表面に反射防止膜（例えば、可視光を透過するＡＲコート膜）を設けることができる。
【００２８】
ここで、比較例として、光射出面４１ｂに対して拡散素子を別体で形成した場合について説明する。ランバートな配光分布を持つ蛍光ＹＬが別体の拡散素子上に形成するスポットの大きさは、発散角が小さい青色光ＢＬ１（レーザー光）が拡散素子上に形成するスポットの大きさより大きくなる。
【００２９】
すなわち、拡散素子から蛍光ＹＬが射出される領域（蛍光発光領域）の大きさと、拡散素子から青色光ＢＬ１が射出される領域（青色光発光領域）の大きさとが異なる。この場合、蛍光体層４１の後段に配置される光学系（例えば、ピックアップ光学系）における青色光ＢＬ１及び蛍光ＹＬそれぞれの利用効率に差が生じるおそれがある。
【００３０】
本実施形態において、励起光（光線束ＢＬ）のうち蛍光ＹＬに変換されなかった成分は蛍光体層４１を透過し、光射出面４１ｂから青色光ＢＬ１として射出される。青色光ＢＬ１は光射出面４１ｂから射出される黄色の蛍光ＹＬと合成されることで白色の照明光ＷＬを生成する。本実施形態において、照明光ＷＬは特許請求の範囲に記載の「第２の光」に相当する。
【００３１】
通常、蛍光ＹＬはランバートな配光分布を持つので、発散角が大きい。これに対し、青色光ＢＬ１はレーザー光であるため、蛍光体層４１が拡散素子４５を備えていない場合、発散角が蛍光ＹＬよりも小さい。
【００３２】
本実施形態において、青色光ＢＬ１は、光射出面４１ｂから射出される際に拡散素子４５により拡散させられる。これにより、青色光ＢＬ１の発散角が大きくなる。一方、蛍光ＹＬは予めランバートな配光分布を持っているため、拡散素子４５を透過しても発散角はほとんど変化しない。
【００３３】
本実施形態の蛍光発光素子４０によれば、蛍光ＹＬの発散角と青色光ＢＬ１の発散角との差が小さい。よって、互いの発散角の差が小さい蛍光ＹＬ及び青色光ＢＬ１を合成した照明光ＷＬは色ムラが低減されている。
【００３４】
また、本実施形態によれば、上述のように光射出面４１ｂに拡散素子４５を直接形成しているため、拡散素子４５上に形成された蛍光ＹＬのスポットの大きさは拡散素子４５上に形成された青色光ＢＬ１のスポットの大きさと同じである。すなわち、拡散素子４５から蛍光ＹＬが射出される領域の大きさと、拡散素子４５から青色光ＢＬ１が射出される領域の大きさとが同じである。
【００３５】
したがって、蛍光体層４１の後段に配置される光学系（例えば、ピックアップ光学系）における青色光ＢＬ１及び蛍光ＹＬそれぞれの利用効率に差が生じ難い。よって、照明光ＷＬの利用効率を高くできる。
【００３６】
（第二実施形態）
続いて、第二実施形態の照明装置について説明する。なお、本実施形態において、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。
【００３７】
図３は本実施形態に係る照明装置１Ａの概略構成を示す図である。図３に示すように、照明装置１Ａは、光源装置１２０と、集光レンズ１３０と、蛍光発光素子１４０と、回転拡散板１２６とを備えている。
【００３８】
光源装置１２０は、第１アレイ光源１２１と、第２アレイ光源１２２と、第１コリメーター光学系１２３と、第２コリメーター光学系１２４と、ダイクロイックミラー１２５とを有する。
【００３９】
第１アレイ光源１２１は、固体光源としての複数の半導体レーザー１２１ａを備える。複数の半導体レーザー１２１ａは光軸と直交する面内において、アレイ状に配置されている。半導体レーザー１２１ａは、第一実施形態と同様、青色の光線Ｂを射出する。
【００４０】
このような構成に基づき、第１アレイ光源１２１は、複数の光線Ｂからなる光線束ＢＬを射出する。本実施形態において、半導体レーザー１２１ａは特許請求の範囲の「発光素子」に相当し、光線束ＢＬは特許請求の範囲の「青色光」に相当する。
【００４１】
第１アレイ光源１２１から射出された光線束ＢＬは第１コリメーター光学系１２３に入射する。第１コリメーター光学系１２３は、第１アレイ光源１２１から射出された光線束ＢＬを平行光束に変換するものである。第１コリメーター光学系１２３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１２３ａを有する。複数のコリメーターレンズ１２３ａ各々は、複数の半導体レーザー１２１ａに対応して配置されている。
【００４２】
第２アレイ光源１２２は、固体光源としての複数の半導体レーザー１２２ａを備える。複数の半導体レーザー１２２ａは光軸と直交する面内において、アレイ状に配置されている。半導体レーザー１２２ａは赤色の光線Ｒ（例えばピーク波長が６３５ｎｍのレーザー光）を射出する。
【００４３】
このような構成基づき、第２アレイ光源１２２は、複数の光線Ｒからなる光線束ＲＬを射出する。本実施形態において、半導体レーザー１２２ａは特許請求の範囲の「レーザー素子」に相当し、光線束ＲＬは特許請求の範囲の「赤色光」に相当する。
【００４４】
第２アレイ光源１２２から射出された光線束ＲＬは第２コリメーター光学系１２４に入射する。第２コリメーター光学系１２４は、第２アレイ光源１２２から射出された光線束ＲＬを平行光束に変換するものである。第２コリメーター光学系１２４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１２４ａを有する。複数のコリメーターレンズ１２４ａ各々は、複数の半導体レーザー１２２ａに対応して配置されている。
【００４５】
ダイクロイックミラー１２５は、第１アレイ光源１２１から射出された光線束ＢＬを透過させるとともに、第２アレイ光源１２２から射出された光線束ＲＬを反射する特性を有する。
【００４６】
ダイクロイックミラー１２５を透過した光線束ＢＬと、ダイクロイックミラー１２５で反射された光線束ＲＬとは、集光レンズ１３０に入射する。集光レンズ１３０は、光線束ＢＬ，ＲＬを蛍光発光素子１４０に集光して入射させるものである。本実施形態において、集光レンズ１３０は１枚のレンズから構成されているが、複数のレンズから構成されていてもよい。
【００４７】
本実施形態において、回転拡散板１２６は集光レンズ１３０と蛍光発光素子１４０の間に配置されている。そのため、光線束ＢＬ，ＲＬは回転拡散板１２６を介して蛍光発光素子１４０に入射する。
【００４８】
回転拡散板１２６は、円板状からなる拡散板１２７と、該拡散板１２７を回転駆動する駆動部１２８とを有する。回転拡散板１２６が拡散板１２７を回転させると、光線束ＢＬ，ＲＬにおける拡散板１２７の入射位置が時間的に変化する。そのため、拡散板１２７から射出されるレーザー光（光線束ＢＬ，ＲＬ）によって形成されるスペックルのパターンも時間的に変化する。そして、このようにスペックルのパターンが時間的に重畳され平均化されることで、スペックルが認識されにくくなる。よって、スペックルノイズをより効果的に抑制することができる。
【００４９】
図４は蛍光発光素子１４０の要部構成を示す図である。
図４に示すように、蛍光発光素子１４０は、蛍光体層１４１と、蛍光体層１４１を支持するとともに冷却する冷却部材４２と、冷却部材４２と蛍光体層１４１との間に設けられた反射層４３と、蛍光体層１４１の光入射面１４１ａに設けられたダイクロイック膜１４４と、蛍光体層１４１の光射出面１４１ｂに設けられた拡散素子１４５と、を備える。本実施形態において、蛍光体層１４１は特許請求の範囲の「波長変換素子」に相当する。
【００５０】
蛍光体層１４１は、光源装置１２０から射出されたレーザー光の一部、具体的に、光線束ＢＬ（青色光）の一部を吸収して緑色光である蛍光ＧＬに変換する蛍光体（不図示）を含む。緑色蛍光体としては、例えば、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系蛍光体、Ｙ３Ｏ４：Ｅｕ２＋系蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋系蛍光体、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋系蛍光体、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ２＋系蛍光体等が用いられる。なお、蛍光体層１４１は、光線束ＢＬ（青色光）のうち蛍光ＧＬに変換されなかった成分と光線束ＲＬ（赤色光）とを透過させる。
【００５１】
ダイクロイック膜１４４は、光源装置１２０から射出された光線束ＢＬ（青色光）と光線束ＲＬ（赤色光）とを透過させるとともに、蛍光体層１４１で生成された蛍光ＧＬ（緑色光）を反射する特性を有する。これにより、蛍光体層１４１で生成され、光入射面１４１ａ側に向かった蛍光ＹＬはダイクロイック膜１４４で反射されることで光射出面１４１ｂ側に効率良く導かれる。
【００５２】
拡散素子１４５は光射出面１４１ｂに直接形成した凹凸構造である。拡散素子１４５は、例えばマイクロレンズアレイ等の滑らかな凹凸構造から形成されており、表面に反射防止膜（例えば、可視光を透過するＡＲコート膜）が設けられている。
【００５３】
本実施形態の蛍光発光素子１４０によれば、光源装置１２０から射出されたレーザー光のうち、光線束ＲＬと、蛍光ＧＬと、蛍光ＧＬに変換されなかった光線束ＢＬの一部とを光射出面１４１ｂから射出する。本実施形態において、光線束ＢＬの一部は蛍光体層１４１を透過し、光射出面１４１ｂから青色光ＢＬ２として射出される。
【００５４】
本実施形態において、光射出面１４１ｂから射出された、光線束ＲＬ、蛍光ＧＬ及び青色光ＢＬ２は合成されることで白色の照明光ＷＬ１を生成する。青色光ＢＬ２は特許請求の範囲に記載の「青色光のうち緑色光に変換されなかった成分」に相当し、照明光ＷＬ１は特許請求の範囲に記載の「第２の光」に相当する。
【００５５】
本実施形態において、レーザー光からなる青色光ＢＬ２及び光線束ＲＬは、光射出面１４１ｂから射出される際に拡散素子１４５により拡散させられる。これにより、青色光ＢＬ２及び光線束ＲＬの発散角が大きくなる。これに対し、蛍光ＧＬは予めランバートな配光分布を持っているため、拡散素子１４５を透過しても発散角はほとんど変化しない。
【００５６】
これにより、蛍光ＧＬの発散角、光線束ＲＬの発散角及び青色光ＢＬ２の発散角の差は小さい。よって、発散角の差が小さい蛍光ＧＬ、光線束ＲＬ及び青色光ＢＬ２を合成した照明光ＷＬ１は色ムラが低減されている。
【００５７】
また、本実施形態では、照明光ＷＬ１を構成する赤色光（光線束ＲＬ）としてレーザー光を用いている。一般的に、赤色のレーザー光の波長帯は、赤色蛍光体によって生成される赤色の蛍光の波長帯よりも狭い。すなわち、本実施形態では、赤色光として色純度の高いレーザー光を用いているので、第一実施形態の照明装置１よりも色域が広い。
【００５８】
また、本実施形態の光源装置１２０によれば、照明光ＷＬ１を構成する赤色光（光線束ＲＬ）及び青色光ＢＬ２としてレーザー光を用いる場合においても、回転拡散板１２６を備えるので、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。
【００５９】
また、本実施形態においても、光射出面１４１ｂに拡散素子１４５を直接形成しているため、拡散素子１４５上に形成された蛍光ＧＬのスポットの大きさと、拡散素子４５上に形成された光線束ＲＬのスポットの大きさと、拡散素子４５上に形成された青色光ＢＬ２のスポットの大きさと、は互いに同じである。よって、第一実施形態の照明装置１と同様、蛍光体層４１の後段に配置された光学系（例えば、ピックアップ光学系）における蛍光ＧＬ、光線束ＲＬ及び青色光ＢＬ２それぞれの利用効率に差が生じ難い。よって、照明光ＷＬの利用効率を高くできる。
【００６０】
なお、本実施形態において、蛍光体層１４１を励起する光（光線束ＢＬ）を射出する発光素子として半導体レーザーを用いる場合を例に挙げたが、半導体レーザーに代えて、青色発光ダイオードを用いても良い。
【００６１】
また、本実施形態においてスペックルを低減するために用いた回転拡散板１２６を第一実施形態の照明装置１に適用しても良い。このようにすれば、同様に青色レーザー光によるスペックルを低減できる。
【００６２】
また、本実施形態において、第１アレイ光源１２１から射出された光線束ＢＬと、第２アレイ光源１２２から射出された光線束ＲＬとをダイクロイックミラー１２５で合成する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１アレイ光源１２１と第２アレイ光源１２２とを同一平面上に配置し、二つの光線束ＢＬ，ＲＬを同一方向に射出するようにしてもよい。このようにすれば、光源装置１２０の構成からダイクロイックミラー１２５が不要となるので、装置構成が簡略化される。
【００６３】
（第三実施形態）
続いて、本発明の第三実施形態に係るプロジェクターについて説明する。図５は本実施形態に係るプロジェクター１００の概略構成を示す図である。
図５に示すように、本実施形態のプロジェクター１００は、スクリーン（被投射面）ＳＣＲ上にカラー画像（画像光）を投射する投射型画像表示装置である。
【００６４】
プロジェクター１００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１００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を用いている。
【００６５】
プロジェクター１００は、図５に示すように、照明装置１０１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、を概略備えている。
【００６６】
照明装置１０１は、照明光生成部１０１Ａと、コリメート光学系５０、レンズインテグレータ５１と、偏光変換素子５２と、重畳光学系５３とを備えている。本実施形態において、照明光生成部１０１Ａは、第一実施形態の照明装置１の構成要素（光源装置２０、集光レンズ３０及び蛍光発光素子４０）からなる。
【００６７】
これにより、照明光生成部１０１Ａは、色ムラが少ない照明光ＷＬをコリメート光学系５０に向けて射出するようになっている。コリメート光学系５０は、例えば２つのレンズ５０ａ，５０ｂから構成されている。コリメート光学系５０は照明光ＷＬを平行化する。
【００６８】
コリメート光学系５０により平行化された照明光ＷＬはレンズインテグレータ５１に入射する。レンズインテグレータ５１は、例えば第１のレンズアレイ５１ａと第２のレンズアレイ５１ｂとから構成されている。
【００６９】
第１のレンズアレイ５１ａは複数の第１小レンズ５１ａｍを含む。複数の第１小レンズ５１ａｍは、照明光軸と直交する面内に複数行、複数列のマトリクス状に配列されている。第１のレンズアレイ５１ａは照明光ＷＬを複数の部分光束に分割する。
【００７０】
第１小レンズ５１ａｍ各々の形状は、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の形状と略相似形となっている。これにより、第１のレンズアレイ５１ａから射出された部分光束各々を各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域に効率良く入射させることができる。よって、高い光利用効率を実現できる。
【００７１】
第２のレンズアレイ５１ｂは複数の第２小レンズ５１ｂｍを有する。複数の第２小レンズ５１ｂｍ各々の形状は、複数の第１小レンズ５１ａｍ各々の形状と同じである。第２小レンズ５１ｂｍ及び第１小レンズ５１ａｍは互いに１対１で対応しており、複数の第２小レンズ５１ｂｍは照明光軸と直交する面内に複数行、複数列のマトリクス状に配列されている。
【００７２】
偏光変換素子５２は、照明光ＷＬを直線偏光に変換する。偏光変換素子５２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。なお、本実施形態において、偏光変換素子５２は必須の構成ではなく、省略しても良い。
【００７３】
偏光変換素子５２の後段に設けられた重畳光学系５３は、第２のレンズアレイ５１ｂから射出された複数の部分光束を後述す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と協働して被照明領域である光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域上で互いに重畳させる。これにより、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを照明する光の強度分布が均一化される。
【００７４】
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および第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および第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂと、を概略備えている。
【００７５】
第１のダイクロイックミラー７ａは、光源装置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を透過するとともに、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光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を反射するとともに、青色光ＬＢを透過する。
【００７６】
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および第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に向けて反射する。
なお、緑色光ＬＧの光路中には、全反射ミラーを配置する必要はなく、緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂにより光変調装置４Ｇに向けて反射される。
【００７７】
第１のリレーレンズ９ａおよび第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および第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。
【００７８】
光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを通過させる間に、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を通過させる間に、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を通過させる間に、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。
【００７９】
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および射出側には、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。
【００８０】
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、それぞれの光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢを平行化するためのものである。
【００８１】
合成光学系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ことにより、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢ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ている。
【００８２】
投射光学系６は、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、拡大されたカラー映像（画像）が表示される。
【００８３】
以上述べたように、本実施形態のプロジェクター１００によれば、照明光ＷＬを均一な照度分布で光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの被照明領域に照射するので、色ムラ及び照度ムラが低減された高品質の画像を表示することができる。
【００８４】
なお、本実施形態において、照明装置１０１は、照明光生成部１０１Ａとして第一実施形態の照明装置１の構成要素を用いる場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。
【００８５】
例えば、第二実施形態の照明装置１Ａの構成要素（光源装置１２０、集光レンズ１３０及び蛍光発光素子１４０）を照明光生成部１０１Ａとして用いた照明装置１０１に置き換えても良い。このようにすれば、スペックルを視認させ難くしつつ、色域を拡げたカラー画像を表示できる。
【００８６】
（第四実施形態）
続いて、本発明の第四実施形態に係るプロジェクターについて説明する。本実施形態のプロジェクターはマイクロミラー型の光変調装置を用いる点で第三実施形態のプロジェクター１００と異なっている。
【００８７】
図６は本実施形態に係るプロジェクター２００の概略構成を示す図である。
図６に示すように、本実施形態のプロジェクター２００は、照明装置２０１と、マイクロミラー型光変調装置２１０と、投射光学系２２０とを備えている。
【００８８】
照明装置２０１は、照明光生成部２０２と、カラーホイール２０３と、集光光学系２０４と、導光光学系２０５とを備えている。本実施形態において、照明光生成部２０２は、第二実施形態の照明装置１Ａの構成要素（光源装置１２０、集光レンズ１３０、蛍光発光素子１４０及び回転拡散板１２６）からなる。
【００８９】
カラーホイール２０３には、照明光生成部２０２から射出された光が入射する。
【００９０】
カラーホイール２０３は、例えば、赤色光（光線束ＲＬ）を透過させる透過部（開口部）と、青色光ＢＬ２のみを透過させる第１カラーフィルター部と、緑色光（蛍光ＧＬ）のみを透過させる第２カラーフィルター部とを有するホイール部材２０３ａと、該ホイール部材２０３ａを回転させる駆動部２０３ｂと、を有する。
【００９１】
照明装置２０１は、カラーホイール２０３の回転に同期させて、照明光生成部２０２から射出する光を切り替える。具体的に、照明光生成部２０２からの光の入射位置にカラーホイール２０３の透過部が到達するタイミングに同期して、照明光生成部２０２から赤色光（光線束ＲＬ）のみを射出させるように光源装置１２０の第２アレイ光源１２２を選択的に駆動する。
【００９２】
また、上記光入射位置にカラーホイール２０３の第１カラーフィルター部又は第２カラーフィルター部が到達するタイミングに同期して、照明光生成部２０２から緑色光（蛍光ＧＬ）及び青色光ＢＬ２を射出させるように光源装置１２０の第１アレイ光源１２１を選択的に駆動する。
このような構成に基づき、カラーホイール２０３は、赤色光（光線束ＲＬ）、緑色光（蛍光ＧＬ）、青色光ＢＬ２を順次透過させ、集光光学系２０４へと導く。
【００９３】
集光光学系２０４は、コリメート光学系２０４ａと、集光レンズ２０４ｂとを含む。コリメート光学系２０４ａは、例えば２つのレンズ２０６，２０７から構成されている。コリメート光学系２０４ａは照明光生成部２０２から射出される光を平行化する。集光レンズ２０４ｂは、照明光生成部２０２から射出される光をマイクロミラー型光変調装置２１０上に集光する。
【００９４】
集光光学系２０４の後段に配置された導光光学系２０５は、反射ミラー２０５ａから構成され、赤色光（光線束ＲＬ）、緑色光（蛍光ＧＬ）及び青色光ＢＬ２をマイクロミラー型光変調装置２１０に順次に入射させる。
【００９５】
マイクロミラー型光変調装置２１０として、例えば、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）が用いられる。ＤＭＤは、複数のマイクロミラー（可動反射素子）がマトリクス状に配列されたものである。ＤＭＤは、複数のマイクロミラーの傾き方向を切換えることにより、入射光の反射方向を、投射光学系２２０に入射する方向と投射光学系２２０に入射しない方向との間で切り替える。
【００９６】
このようにＤＭＤは、照明装置２０１から射出される赤色光（光線束ＲＬ）、緑色光（蛍光ＧＬ）及び青色光ＢＬ２を順次変調して、緑色画像、赤色画像及び青色画像を生成する。投射光学系２２０は緑色画像、赤色画像及び青色画像をスクリーン（不図示）に投影する。
【００９７】
本実施形態において、集光光学系２０４は、照明光生成部２０２における光射出面、すなわち、蛍光発光素子１４０（蛍光体層１４１）の光射出面１４１ｂが複数のマイクロミラーを含む面と光学的に共役となるように構成されている。
【００９８】
これにより、マイクロミラー型光変調装置２１０の照明領域に対して、互いにほぼ同じの発散角を持つ光（光線束ＲＬ、蛍光ＧＬ及び青色光ＢＬ２）を入射させることができる。よって、色ムラが低減されたカラー画像を表示できる。
また、本実施形態のプロジェクター２００によれば、従来のマイクロミラー型の光変調装置を用いたプロジェクターと異なり、照明装置２０１から射出された光を均一化するためのロッドが不要となる。そのため、プロジェクター２００を小型化できる。
【００９９】
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。
【０１００】
第３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１００を例示したが、１つの光変調装置でカラー映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。
【０１０１】
上記実施形態では本発明による光源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。本発明による光源装置は、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。
【符号の説明】
【０１０２】
１，１Ａ…照明装置、２，２０…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、２１ａ…半導体レーザー、４１…蛍光体層、４１ａ…光入射面、４１ｂ…光射出面、４５…拡散素子、５０…コリメート光学系、５１…レンズインテグレータ、５３…重畳光学系、１００…プロジェクター、１０１…照明装置、１２０…光源装置、１２２ａ…半導体レーザー、１４１…蛍光体層、１４１ａ…光入射面、１４１ｂ…光射出面、２００…プロジェクター、２０１…照明装置、２０４…集光光学系、２１０…マイクロミラー型光変調装置、２２０…投射光学系、ＢＬ１…青色光、ＢＬ２…青色光（青色光のうち緑色光に変換されなかった成分）、ＢＬ…光線束（第１の光）、ＧＬ…蛍光（緑色光）、ＲＬ…光線束（赤色光）、ＷＬ１…照明光（第２の光）、ＷＬ…照明光（第２の光）、ＹＬ…蛍光。
【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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