(57)【要約】【課題】  複数のレーザ光線束の合成を容易に変更することができる光合成ユニットを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の光合成ユニットは、ハウジング１１０内に、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌｏ、カラーホイール１２０、モータ１３０、ミラーＭ、ダイクロイックミラーＤＭが配置される。第１ないし第４の青色帯域のレーザ光線束Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３、Ｌｂ４が、ハウジング１１０の一面から入力され、シフト光学系のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４によってカラーホイール１２０上に集光される。カラーホイール１２０から発せられたＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙの光はレンズＬｏによって合成され、出力される。【選択図】  図８
2015138600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの青色帯域のレーザ光線束を入力可能な入力部と、
第１の光軸を有する第１の青色帯域のレーザ光線束と、
第１の光軸と異なる第２の光軸を有する第２の青色帯域のレーザ光線束と、
第１のレーザ光線束によって光学的に走査される第１の円周領域、および第２のレーザ光線束によって光学的に走査される第２の円周領域を含む回転体と、
第１の光軸と異なる光軸を有し、第１のレーザ光線束を第１の円周領域に集光する第１のレンズと、
第２の光軸と異なる光軸を有し、第２のレーザ光線束を第２の円周領域に集光する第２のレンズと、
第１の円周領域から発せられた光と第２の円周領域から発せられた光を合成する合成レンズとを備え、
第１の円周領域は、青色帯域の光を反射する反射領域と、青色帯域の光によって青色帯域と異なる波長の光を生成する蛍光体領域とを含み、
第１の円周領域は、青色帯域の光を反射する反射領域と、青色帯域の光によって青色帯域と異なる波長の光を生成する蛍光体領域とを含み、
前記入力部、前記回転体、第１および第２のレンズ、合成レンズは、ハウジング内に設けられる、光合成ユニット。
【請求項２】
光合成ユニットは、前記回転体を回転するモータを含む、請求項１に記載の光合成ユニット。
【請求項３】
光合成ユニットはさらに
第３の光軸を有する第３の青色帯域のレーザ光線束と、
第３の光軸と異なる第４の光軸を有する第４の青色帯域のレーザ光線束と、
第３の光軸と異なる光軸を有し、第３のレーザ光線束を第１の円周領域に集光する第３のレンズと、
第４の光軸と異なる光軸を有し、第４のレーザ光線束を第２の円周領域に集光する第４のレンズとを有する、請求項１または２に記載の光合成ユニット。
【請求項４】
光合成ユニットさらに、
第３の光軸を有する第３の青色帯域のレーザ光線束と、
第３の光軸と異なる第４の光軸を有する第４の青色帯域のレーザ光線束と、
第３の光軸と異なる光軸を有し、第３のレーザ光線束を第１の円周領域に集光する第３のレンズと、
第４の光軸と異なる光軸を有し、第４のレーザ光線束を第２の円周領域に集光する第４のレンズと、
第３のレーザ光線束によって光学的に走査される第１の円周領域、および第４のレーザ光線束によって光学的に走査される第２の円周領域を含む第２の回転体と、
第２の回転体を回転する第２のモータとを有する、請求項１または２に記載の光合成ユニット。
【請求項５】
ハウジング内に、回転体からの光を前記合成レンズへ導くための光学系が配置される、請求項１ないし４いずれか１つに記載の光合成ユニット。
【請求項６】
前記入力部は、ハウジングの一面に形成され、第１ないし第４の光線束は、ハウジングの一面から入力される、請求項１ないし５いずれか１つに記載の光合成ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、青色帯域のレーザ光等を発するアレイ光源を用いた光合成ユニットに関し、さらには光合成ユニットを利用した光源ユニットや照明光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタの光源ユニットに、青色レーザ発光器を光源に利用したのが知られている（特許文献１）。この光源ユニットは、青色レーザ発光器と、蛍光体ホイールと、複数の反射ミラーやダイクロイックミラーとを備えて構成される。蛍光体ホイールは、モータによって回転される円板形状を有し、蛍光体ホイールには、青色帯域の光を透過する透過部、および青色帯域の光を赤色帯域および緑色帯域の光を発する蛍光体層がそれぞれ形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７１１１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
映画館等のように大画面の投射映像を生成するためには、それに応じて光源ユニットの光出力を大きくしなければならない。他方、個人的またはビジネス用途では、それほど大画面にならないので、光源ユニットの光出力は小さくて済む。現状では、光源ユニットに要求される光出力に応じて、青色レーザのアレイ化や照明光学系を設計しなければならず、非常に煩雑であった。
【０００５】
本発明は、複数のレーザ光線束の合成を容易に変更することができる光合成ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光合成ユニットは、少なくとも１つの青色帯域のレーザ光線束を入力可能な入力部と、第１の光軸を有する第１の青色帯域のレーザ光線束と、第１の光軸と異なる第２の光軸を有する第２の青色帯域のレーザ光線束と、第１のレーザ光線束によって光学的に走査される第１の円周領域、および第２のレーザ光線束によって光学的に走査される第２の円周領域を含む回転体と、第１の光軸と異なる光軸を有し、第１のレーザ光線束を第１の円周領域に集光する第１のレンズと、第２の光軸と異なる光軸を有し、第２のレーザ光線束を第２の円周領域に集光する第２のレンズと、第１の円周領域から発せられた光と第２の円周領域から発せられた光を合成する合成レンズとを備え、第１の円周領域は、青色帯域の光を反射する反射領域と、青色帯域の光によって青色帯域と異なる波長の光を生成する蛍光体領域とを含み、第１の円周領域は、青色帯域の光を反射する反射領域と、青色帯域の光によって青色帯域と異なる波長の光を生成する蛍光体領域とを含み、前記入力部、前記回転体、第１および第２のレンズ、合成レンズは、ハウジング内に設けられる。
【０００７】
好ましくは、光合成ユニットは、前記回転体を回転するモータを含む。好ましくは、光合成ユニットはさらに、第３の光軸を有する第３の青色帯域のレーザ光線束と、第３の光軸と異なる第４の光軸を有する第４の青色帯域のレーザ光線束と、第３の光軸と異なる光軸を有し、第３のレーザ光線束を第１の円周領域に集光する第３のレンズと、第４の光軸と異なる光軸を有し、第４のレーザ光線束を第２の円周領域に集光する第４のレンズとを有する。好ましくは、光合成ユニットさらに、第３の光軸を有する第３の青色帯域のレーザ光線束と、第３の光軸と異なる第４の光軸を有する第４の青色帯域のレーザ光線束と、第３の光軸と異なる光軸を有し、第３のレーザ光線束を第１の円周領域に集光する第３のレンズと、第４の光軸と異なる光軸を有し、第４のレーザ光線束を第２の円周領域に集光する第４のレンズと、第３のレーザ光線束によって光学的に走査される第１の円周領域、および第４のレーザ光線束によって光学的に走査される第２の円周領域を含む第２の回転体と、第２の回転体を回転する第２のモータとを有する。好ましくは、ハウジング内に、回転体からの光を前記合成レンズへ導くための光学系が配置される。好ましくは前記入力部は、ハウジングの一面に形成され、第１ないし第４の光線束は、ハウジングの一面から入力される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡単に光出力を変更することができる。また、本発明によれば、要求される光出力が異なる光源ユニットに対し共通のプラットフォーム化された光合成ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施例に係る照明光学系の原理を説明する図である。
【図２】図１に示すアレイ光源の構成例を示す概略断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、本実施例の蛍光体ホイールの平面図、図３（Ｂ）は、そのＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、本実施例による蛍光体ホイールにより青色帯域の光が反射される様子を説明する図、図４（Ｂ）は、本実施例による蛍光体ホイールにより赤色帯域／緑色帯域の光が反射される様子を説明する図である。
【図５】図５（Ａ）は、本発明の第２の実施例に係る照明光学系の原理を説明する図、図５（Ｂ）は、第２の実施例に用いられる蛍光体ホイールの平面図、図５（Ｃ）は、第２の実施例により合成されるＲ、Ｇ、Ｂの光の合成輝度を説明する図である。
【図６】図６（Ａ）は、本発明の実施例に係る光合成ユニットの模式的な構成を示す上面図、図６（Ｂ）は、ハウジングの上側と下側を説明する概略側面図である。
【図７】本発明の実施例に係る他の光合成ユニットの模式的な構成を示す上面図である。
【図８】本発明の実施例に係る他の光合成ユニットの模式的な構成を示す上面図である。
【図９】本発明の実施例に係る他の光合成ユニットの模式的な構成を示す上面図である。
【図１０】本発明の実施例に係る光合成ユニットを用いた照明光学系を示す図である。
【図１１】図１０の光学フィルターホイールとレーザ光線束との関係を示す平面図である。
【図１１Ａ】本発明の実施例に係る他の光合成ユニットを用いた照明光学系を示す図である。
【図１２】本発明の実施例に係る光合成ユニットを用いた照明光学系を示す図である。
【図１３】本発明の実施例に係る光合成ユニットを用いた照明光学系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、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。本発明の好ましい態様では、照明光学系には、波長が短い青色光を発する半導体発光素子として、青色レーザ素子または青色発光ダイオードをアレイ化したアレイ光源が利用される。さらに好ましい態様では、照明光学系は、ＤＬＰまたはＤＭＤのような光変調デバイスにより光を反射するプロジェクタに利用される。なお、図面のスケールは、発明の特徴を分かり易くするために強調しており、必ずしも実際のデバイスのスケールと同一ではないことに留意すべきである。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施例に係る照明光学系の基本原理を説明する図である。なお、以下の説明で、赤色帯域の光、緑色帯域の光、青色帯域の光を、便宜上、Ｒ、Ｇ、Ｂと略すことがある。
【００１２】
本実施例の照明光学系１０は、励起光としての青色帯域のレーザ光を出射するアレイ光源２０と、アレイ光源２０からのレーザ光を集光する前群レンズＬ１、Ｌ２と、前群レンズＬ１、Ｌ２によって集光されたレーザ光を蛍光体ホイール５０上に集光する後群レンズＬ３、Ｌ４と、青色帯域の光を透過し、赤色帯域および緑色帯域の光を反射するダイクロイックミラー３０と、ダイクロイックミラー３０の後部に配され、ダイクロイックミラー３０と同一角度に配された反射ミラー４０と、円板状の蛍光体ホイール５０と、蛍光体ホイール５０を回転するモータ６０と、ダイクロイックミラー３０によって反射された赤色帯域および緑色帯域の光、および反射ミラー４０によって反射された青色帯域の光を集光するレンズＬ５と、集光レンズＬ５によって集光された光を透過するライトトンネル７０とを含んで構成される。ライトトンネル７０を出射した光は、図示しないＤＭＤ等の空間変調デバイスや光ファイバ等へと導かれる。なお、集光レンズＬ５およびライトトンネル７０は、必ずしも必須ではなく、適用される電子装置の光源に応じた光学系に置換または変更することができる。
【００１３】
アレイ光源２０は、青色帯域のレーザ光を出射する半導体レーザ素子（または青色発光ダイオード）をアレイ状に複数含んで構成される。複数の半導体レーザ素子は、一次元または二次元に配列され、複数の半導体レーザ素子を同時に駆動することで、各半導体レーザ素子から一斉にレーザ光が出射される。
【００１４】
図２は、アレイ光源の一構成例を示す概略断面図である。同図に示すように、複数の半導体レーザ素子を搭載する基板は、熱伝導性の高い金属材料、例えばアルミニウムのような材料によって構成された支持部材２２によって支持される。また、支持部材２２の表面には、各半導体レーザ素子から出射されたレーザ光をそれぞれコリメートするレンズ２４が取り付けられる。さらに支持部材２２と対向する側には、反射ミラー２６が配置され、反射ミラー２６は、各半導体レーザ素子から出射された青色帯域の光を一定方向に反射し、レーザ光線束Ｌｂを生成する。
【００１５】
前群レンズＬ１は、例えば平凸レンズから構成され、アレイ光源２０からのレーザ光線束Ｌｂを集光し、前群レンズＬ２は、例えば凹レンズから構成され、前群レンズＬ１、Ｌ２によりアレイ光源２０からのレーザ光線Ｌｂを平行光に集光する。前群レンズＬ１、Ｌ２の光軸Ｃ１は、レンズＬ１、Ｌ２の中心である。前群レンズＬ１、Ｌ２は、アレイ光源２０からのレーザ光線束Ｌｂを集光することができる光学系であれば良く、前群レンズを構成するレンズの数は、１つであってもよいし、あるいは３つ以上であってもよい。さらにレンズは、球面レンズ、非球面レンズのいずれであってもよい。
【００１６】
後群レンズＬ３、Ｌ４は、例えば凸レンズ、凹レンズ等の球面レンズや非球面レンズの組合せから構成され、前群レンズＬ１、Ｌ２で集光されたレーザ光線束Ｌｂを蛍光体ホイール５０上にさらに集光する。後群レンズＬ３、Ｌ４の光軸Ｃ２は、レンズＬ３、Ｌ４の中心である。後群レンズＬ３、Ｌ４は、レーザ光線束Ｌｂを蛍光体ホイール５０上に集光することができる光学系であれば良く、後群レンズを構成するレンズの数は、１つであってもよいし、あるいは３つ以上であってもよい。ここで留意すべき点は、本実施例の照明光学系１０は、後群レンズＬ３、Ｌ４の光軸Ｃ２を、前群レンズＬ１、Ｌ２の光軸Ｃ１からシフトさせた光学系であり、前群レンズＬ１、Ｌ２によって集光されたレーザ光は、後群レンズＬ３の片側半分に入射されるように、光軸Ｃ１、Ｃ２のシフトが調整される。
【００１７】
ダイクロイックミラー３０は、光軸Ｃ１、Ｃ２上に配され、光軸Ｃ１、Ｃ２に対しほぼ４５度の角度で交差する。ダイクロイックミラー３０は、青色帯域の光を透過し、赤色帯域および緑色帯域の光を反射する光学的性質を有する。このため、前群レンズＬ１、Ｌ２によって集光された青色帯域の光は、ダイクロイックミラー３０を透過し、後群レンズＬ３、Ｌ４の片側半分に入射される。また、ダイクロイックミラー３０は、後述するように蛍光体ホイール５０によって反射された赤色帯域および緑色帯域の光を光軸に対しほぼ直角に反射する。
【００１８】
ダイクロイックミラー３０と同角度で配された反射ミラー４０は、ダイクロイックミラー３０の後部に位置し、蛍光体ホイール５０で正規反射された青色帯域の光を、光軸Ｃ１、Ｃ２と直交する方向に反射する。反射ミラー４０は、すべての波長を反射する全反射ミラー、もしくは青色帯域の光を反射し赤色および緑色帯域の光を透過するダイクロイックミラーによって構成することができる。反射ミラー４０を後者のダイクロイックミラーから構成した場合には、反射ミラー４０をダイクロイックミラー３０の後方に配置してもよいし、その前方に配置してもよい。より好ましくは、反射ミラー４０は、前群レンズＬ１、Ｌ２により集光されたレーザ光Ｌｂを遮らないように位置される。但し、レーザ光Ｌｂが反射ミラー４０にオーバーラップする位置関係であってもよい。
【００１９】
集光レンズＬ５は、ダイクロイックミラー３０および反射ミラー４０で反射された光を集光し、集光した光をライトトンネル７０へ入射させる。レンズＬ５の光軸Ｃ３は、レンズＬ５の中心であり、光軸Ｃ３は、反射ミラー４０とダイクロイックミラー３０の光軸と同一であり、かつ光軸Ｃ１、Ｃ２と直交する。従って、ダイクロイックミラー３０および反射ミラー４０で反射された光は、集光レンズＬ５によって同一光路上に集光される。
【００２０】
上記したように後群レンズＬ３、Ｌ４は、ダイクロイックミラー３０と蛍光体ホイール５０との間に配され、ダイクロイックミラー３０を透過した青色帯域の光を、蛍光体ホイール５０の表面に集光する。蛍光体ホイール５０は、図３に示すように、モータ６０によって一定速度で回転される円板状の回転体であって、その表面には、円周方向に、青色帯域の光を反射する反射領域５２、青色帯域の光によって励起されて赤色帯域の光を発光する第１の蛍光体領域５４、青色帯域の光によって励起されて緑色帯域の光を発光する第２の蛍光体領域５６を含んでいる。反射領域５２、第１の蛍光体領域５４、および第２の蛍光体領域５６は、半径方向に一定の幅を有し、この幅は、後群レンズＬ３、Ｌ４によって集光されたスポットＰの径よりも幾分大きい。また、反射領域５２、第１の蛍光体領域５４、および第２の蛍光体領域５６の円周方向の長さ、すなわちそれぞれの内角は、要求されるＲ、Ｇ、Ｂの輝度等に応じて適宜選択される。
【００２１】
好ましい態様では、蛍光体ホイール５０は、ガラス、樹脂または金属から構成された基材を含む。好ましい例では、回転体の表面は、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長の光を反射する反射鏡を構成し、第１の蛍光体領域５４および第２の蛍光体領域５６は、当該反射鏡の表面に積層された蛍光体層５４ａ、５４ｂを含んで構成される。また、基材の表面に少なくとも青色帯域の光を反射する反射層を形成してもよい。さらに、反射領域５２は、入射した青色帯域の光を微小に拡散させるようにするため、その表面に凹凸を形成するものであってもよい。
【００２２】
第１の蛍光体領域５４は、上記したように、基材の表面に、青色帯域のレーザ光によって励起され、赤色帯域の光を発光する蛍光体層５４ａを含む。蛍光体層５４ａは、基材の表面に形成されてもよいし、基材の表面に反射層を形成し、当該反射層上に形成されるものでもよい。なお、図３（Ｂ）に示される蛍光体層５４ａは、その厚さがより誇張して示されていることに留意すべきである。同様に、第２の蛍光体領域５６は、青色帯域の光によって励起され、緑色帯域の光を発光する蛍光体層５６ａを含む。蛍光体層５４ａ、５６ａを構成する蛍光体材料には、YAG（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系、TAG（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）系、サイアロン系、BOS（バリウム・オルソシリケート）系、窒化化合物系が知られている。蛍光体層５４ａ、５６ａは、例えば、蛍光体材料と樹脂材料やセラミック材料に混ぜ合わせたものを基材表面の塗布したり、蛍光体材料を混ぜ合わせたシート状のものと基材表面に貼り付けるようにしてもよい。こうして、蛍光体ホイール５０の表面には、スポットＰの青色帯域の光が照射され、蛍光体ホイール５０が回転されることで、反射領域５２、第１および第２の蛍光体領域５４、５６がスポットＰで光学的に走査される。
【００２３】
なお、上記の例では、蛍光体ホイール５０には、赤色帯域および緑色帯域の光を発光させるための蛍光体層５４ａ、５６ａが形成されたが、青色レーザ光によって励起される光は、必ずしも赤色帯域および緑色帯域の光に限定されるものではない。例えば、黄色、マゼンタ、シアンの帯域の光が励起されるような蛍光体層を形成するものであってもよい。
【００２４】
次に、Ｒ、Ｇ、Ｂの光がシーケンシャルに生成される動作を図４を参照して説明する。図４（Ａ）は、蛍光体ホイール５０の反射領域５２によって青色帯域の光が正規反射された状態を示している。すなわち、前群レンズＬ１、Ｌ２からの平行な光線束Ｌｂは、ダイクロイックミラー３０を透過し、後群レンズＬ３、Ｌ４の光軸Ｃ２からシフトされた片側半分に入射される。この光線束Ｌｂは、後群レンズＬ３、Ｌ４によって蛍光体ホイール５０の反射領域５２を照射する。このとき、光線束Ｌｂは正規反射され、すなわち光軸Ｃ２に対する光線束Ｌｂの入射角と反射角は略等しい。従って、蛍光体ホイール５０で反射された光線束Ｌｂは、後群レンズＬ３、Ｌ４の反対側から出射され、さらにその光Ｌｂは、ダイクロイックミラー３０を透過して、反射ミラー４０によってほぼ直角に反射され、集光レンズＬ５によって集光される。
【００２５】
図４（Ｂ）は、蛍光体ホイール５０の第１または第２の蛍光体領域５４、５６によって赤色帯域または緑色帯域の光が反射される状態を示している。すなわち、図４（Ａ）のときと同様に、青色帯域の光線束Ｌｂが第１の蛍光体領域５４を照射する。光線束Ｌｂによって励起された蛍光体層５４ａは、赤色帯域の光を発光する。このとき、赤色帯域の光は、ランバーシアン状（均一拡散）に広がる光となる。ランバーシアン状に反射された赤色帯域の光Ｌｒは、レンズＬ４、Ｌ３によって集光され、さらにその光は、ダイクロイックミラー３０によってほぼ直角に反射され、集光レンズＬ５に入射される。この動作は、第２の蛍光体領域５６が緑色帯域の光Ｌｇを発光するときも同様である。
【００２６】
こうして、青色帯域のレーザ光源を用いて、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光線束がシーケンシャルに生成され、これがライトトンネル７０からデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）等に向けられる。ここには詳細に示さないが、ＤＭＤは、複数のミラー素子が二次元アレイ状に形成され、各ミラー素子は、デジタル画像データに従い第１の角度または第２の角度に傾斜され、ＤＭＤによって反射されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、投射画像を生成する。
【００２７】
このように、本実施例によれば、蛍光体ホイール５０が、Ｒ、Ｇ、Ｂのすべてを反射させ、かつダイクロイックミラー３０および反射ミラー４０が選択的にＲ、Ｇ、Ｂの光を反射させるようにしたので、照明光学系１０に必要な光学部材を低減させ、コンパクトな構成を得ることができる。特に、ダイクロイックミラー３０と反射ミラー４０は、同方向に重複するように配置され、ダイクロイックミラー３０と蛍光体ホイール５０の間に後群レンズＬ３、Ｌ４を介在させる構成であるため、省スペース化がより促進される。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図５は、第２の実施例に係る照明光学系１０Ａの原理を示す図である。第２の実施例は、第１の実施例で用いたダイクロイックミラー３０、反射ミラー４０および後群レンズＬを２組備え、ビームスプリッターで分離された２つの光線束からそれぞれＲ、Ｇ、Ｂを生成し、それらを最後に合成するものである。但し、蛍光体ホイールは、複数用いるのではなく単数であり、その表面には、円周方向に２組の反射領域、第１および第２の蛍光体領域が形成される。また、後群レンズＬは、単一のレンズによって構成されている。
【００２９】
同図に示すように、前群レンズＬ１、Ｌ２からの平行な光線束Ｌｂは、ビームスプリッター２００によって２つの光線束Ｌｂ１、Ｌｂ２に分離される。分離された光線束Ｌｂ１については、第１の実施例のときと同様に、ダイクロイックミラー３０、後群レンズＬ、蛍光体ホイール５０Ａ、ダイクロイックミラー３０または反射ミラー４０を経由して、Ｒ、Ｇ、Ｂの光が集光レンズＬ５に入射される。光線束Ｌｂ１は、図５（Ｂ）に示すように、蛍光体ホイール５０Ａの外周側にフォーカスされ、そのスポットＰで反射領域５２、第１および第２の蛍光体領域５４、５６を光学的に走査する。
【００３０】
もう一方の光線束Ｌｂ２は、反射ミラー２１０によってほぼ直角に反射され、光線束Ｌｂ１と平行にされる。反射ミラー２１０の中心または光軸Ｃ４は、後群レンズＬＡの光軸Ｃ２からシフトされ、光線束Ｌｂ２は、ダイクロイックミラー３０Ａを介して後群レンズＬＡの片側半分に入射される。入射した光線束Ｌｂ２は、後群レンズＬＡによって蛍光体ホール５０Ａの内周側のスポットＱにフォーカスされ、スポットＱによって、反射領域８２、第１および第２の蛍光体領域８４、８６を光学的に走査する。蛍光体ホイール５０Ａで反射された青色帯域の光Ｌｂ２は、ダイクロイックミラー３０Ａを介して反射ミラー４０Ａによってほぼ直角に反射され、蛍光体ホイール５０Ａで反射された赤色帯域の光および緑色帯域の光は、ダイクロイックミラー３０Ａによってほぼ直角に反射され、集光レンズＬ５に入射される。図５（Ｃ）は、スポットＰおよびスポットＱのＲ、Ｇ、Ｂの輝度を合成したときの合成輝度を表している。蛍光体ホイール８０Ａ上の外周側の反射領域５２、第１および第２の蛍光体領域５４、５６の配列と、内周側の反射領域８２、第１および第２の蛍光体領域８４、８６の配列は、Ｒ、Ｇ、Ｇが生成されるタイミングが同期するように調整される。
【００３１】
次に、本発明の第３の実施例に係る光合成ユニットについて説明する。本実施例の光合成ユニット１００は、概ね６面体の矩形状のハウジング１１０を含む。ハウジング１１０の一方の側面には、青色帯域のレーザ光線を入力するための入力部が形成される。入力部は、例えば、レーザ光線束をハウジング内に透過させるための開口であることができる。あるいは他の態様では、入力部の開口に凸レンズまたは凹レンズなどが取り付けられ、入力されるレーザ光線束をコリメートするようにしてもよい。さらにハウジング内に、１つまたは複数の凸レンズまたは凹レンズを配置させ、入力部から入力されたレーザ光線束をハウジング内でコリメートさせるようにしてもよい。
【００３２】
入力部である開口を介してから青色帯域の４つのレーザ光線束Ｌｂ１〜Ｌｂ４が入力される。レーザ光線束Ｌｂ１、Ｌｂ２は、開口の下側から内部に入力され、レーザ光線束Ｌｂ３、Ｌｂ４は、開口の上側から入力される。例えば、図６（Ｂ）に示すように、開口の基準Ｃを境界に、下方に光軸Ｃ１を有する光学系と上方に光軸Ｃ２を有する光学系とに分離される。好ましい態様では、入力部の開口は、アレイ光源を機械的かつ熱的に結合できるような形状に加工され得る。あるいは、入力部の開口は、図２に示すようなアレイ光源を含む支持部材２２を機械的かつ熱的に結合できるような形状に加工され得る。入力部が設けられた側面と対向する側面には出力部が設けら、出力部は、ハウジング内で合成された光を外部へ出力する。
【００３３】
レーザ光線束Ｌｂ１〜Ｌｂ４は、例えば、図２に示すようなアレイ光源から発せられる。ここには、４つのレーザ光線束Ｌｂ１〜Ｌｂ４が入力される例が示されているが、入力されるレーザ光線束の数は任意に選択することができる。例えば、入力されるレーザ光線束は１つ、２つ、３つまたは４つのいずれでもよい。また、アレイ光源の数は、レーザ光線束の数と等しい数、またはそれより少ない数にすることができる。例えば、入力されるレーザ光線束の数が４つであるとき、アレイ光源の数は４つであってもよい。また、図５に示したときのようにビームスプリッターを用いるならば、アレイ光源の数は、レーザ光線束の数少なくてもよい。
【００３４】
ハウジング１１０の内部には、複数のレンズ、ミラーおよびカラーホイールが取り付けられる。光合成ユニットは、図５に示す第２の実施例の光合成の原理を適用することができる。すなわち、図６に示す光合成ユニットは、図５に示す照明光学系の主要な構成を２組含んで構成される。ハウジング１１０の一方の側面側には、第１のカラーホイール１２０Ａが取り付けられる。第１のカラーホイール１２０Ａは、図６（Ｂ）に示すように、基準線Ｃから下側の光軸Ｃ１を中心に回転される。また、これと対向する側面側には、第２のカラーホイール１２０Ｂが取り付けられる。第２のカラーホール１２０Ｂは、上側の光軸Ｃ２を中心に回転される。第１および第２のカラーホール１２０Ａ、１２０Ｂには、図５（Ｂ）に示したように、反射領域５２、第１および第２の蛍光体領域５４、５６と、反射領域８２、第１および第２の蛍光体領域８４、８６がそれぞれ形成される。また、第１および第２のカラーホイール１２０Ａ、１２０Ｂは、それぞれモータ１３０によって同期するように回転される。
【００３５】
レーザ光線束Ｌｂ１は、ミラーＭ１によって反射され、反射された光線束Ｌｂ１は、集光レンズＬ１によってカラーホイール１２０Ａ上に集光される。例えば、光線束Ｌｂ１は、カラーホイール１２０ＡのスポットＰにフォーカスされる。青色帯域の光は、カラーホイール１２０Ａによって正規反射され、Ｒ、Ｇ光はランバーシアン状に反射される。青色帯域の光線束Ｌｂ１は、ミラーＭ１Ａによって反射され、レンズＬｏに入射され、Ｒ、Ｂ光は、ダイクロイックミラーＭ１によって反射され、レンズＬｏに入射される。なお、以降の説明で、Ｍは、青色帯域の光を反射するミラー（全反射ミラーを含む）、ＤＭは、青色帯域の光を透過しＲ、Ｂの光を反射するダイクロイックミラーを意味する。
【００３６】
レーザ光線束Ｌｂ２は、ミラーＭ２によって反射され、反射された光線束Ｌｂ２は、集光レンズＬ２によってカラーホイール１２０Ａ上に集光される。例えば、光線束Ｌｂ２は、カラーホイール１２０ＡのスポットＱにフォーカスされる。カラーホイール１２０Ａによって反射されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、上記実施例のときと同様に、ミラーＭ２Ａ、ダイクロイックミラーＤＭ２によってレンズＬｏに向けて反射される。
【００３７】
レーザ光線束Ｌｂ３は、ミラーＭ３によって反射され、反射された光線束Ｌｂ３は、集光レンズＬ３によってカラーホイール１２０Ｂ上に集光される。例えば、光線束Ｌｂ３は、カラーホイール１２０ＢのスポットＱにフォーカスされる。カラーホイール１２０Ｂによって反射されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、上記実施例のときと同様に、ミラーＭ３Ａ、ダイクロイックミラーＤＭ３によってレンズＬｏに向けて反射される。
【００３８】
レーザ光線束Ｌｂ４は、ミラーＭ１によって反射され、反射された光線束Ｌｂ４は、集光レンズＬ４によってカラーホイール１２０Ｂ上に集光される。例えば、光線束Ｌｂ４は、カラーホイール１２０ＢのスポットＰにフォーカスされる。カラーホイール１２０Ｂによって反射されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、上記実施例のときと同様に、ミラーＭ４Ａ、ダイクロイックミラーＤＭ４によってレンズＬｏに向けて反射される。
【００３９】
カラーホイール１２０Ａ、１２０Ｂによって反射されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、それぞれ同期するように調整され、それ故、レンズＬｏには、４つのＲ、Ｇ、Ｂの光が同期して入射される。４つのレーザ光線束は、レンズＬｏの光軸を中心とする４つの象限にそれぞれ入射され、図示するような４つの光照射パターン１４０を得ることができる。
【００４０】
図７に示す光合成ユニット１００Ａは、図６をさらに小型化したものであり、同一構成については同一参照番号を付してある。ハウジング内のミラーＭ、およびダイクロイックミラーＤＭを適宜配置させることで、図６のときと同様に、レンズＬｏからは４つの集光された光線束の照射パターンを得ることができる。
【００４１】
図８は、さらなる光合成ユニットの他の構成例を示す図である。この光合成ユニットは、単一のカラーホイール１２０を用いて構成され、４つのレーザ光線束Ｌｂ１〜Ｌｂ４は、左側の側面から入力される。光線束Ｌｂ１、Ｌｂ２は、下側から入力され、光線束Ｌｂ３、Ｌｂ４は、上側から入力される。カラーホイール１２０上の２組の反射領域（Ｂの反射、Ｒ、Ｇの蛍光体領域）は、４つの光線束によって光学的に走査されるが、各光線束によるＲ、Ｇ、Ｂの反射光が同期されるように、Ｂの反射領域およびＲ、Ｇの蛍光体領域が設定される。
【００４２】
図９は、図８に示す光合成ユニットのさらなる変形例である。この光合成ユニットは、ハウジングの左右の側面からレーザ光線束が入力される。すなわち、左側の側面の下側から光線束Ｌｂ１、上側から光線束Ｌｂ３が入力され、右側の下側から光線束Ｌｂ２、上側から光線束Ｌｂ４が入力される。
【００４３】
図１０は、図９に示す光合成ユニットを利用した照明光学系の一例を示す図である。ＰＣＷ１は、図９に示すカラーホイール１２０と同様に構成され、モータＭ１によって回転されるが、ＰＣＷ１が、Ｒ、Ｇの蛍光体領域に加えて黄色帯域（Ｙ）の蛍光体領域を包含する点が唯一異なる電である。Ｌｂ１〜Ｌｂ４のコリメートされた光線束が光合成ユニット１００Ｃの左右から入力され、ミラーおよびダイクロイックミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、集光レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を介してカラーホイール１２０上に集光され、そこからＲ、Ｇ、Ｂの光が反射さえ、集光レンズＬ５によって合成された４つの光線束の合成された照明パターンが生成される。これら４つの合成された光線束は、光学フィルターホイールＯＣＷ２を介してライトトンネルＬＴに入射される。
【００４４】
光学フィルターホイールＯＣＷ２は、モータＭ１によって回転され、この回転は、カラーホールＰＣＷ１の回転と同期される。光学フィルターホイールＯＣＷ２は、図示するように、Ｂを透過させる拡散領域と、Ｂを反射しＲを透過するダイクロイック領域と、Ｂを反射しＧを透過するダイクロイック領域と、Ｂを反射しＹを透過するダイクロイック領域とを備える。集光レンズＬ５から出力されるＲ、Ｇ、Ｙの光線束には、正規反射された青色成分の光が包含されるが、そのような青色成分の光が光学フィルターホイールＯＣＷ２によって除去される。従って、ライトトンネルＬＴには、青色帯域の光の混色が抑制されたＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙの光が入射される。
【００４５】
図１１に光学フィルターホイールＯＣＷ２の概略平面図を示す。光学フィルターホイールＯＣＷ２は、半径方向に４つのフィルター領域１５０、１５２、１５４、１５６を含み、各フィルター領域に、レンズＬ５によって集光された光線束Ｌｂ１〜Ｌｂ４がそれぞれ集光される。各フィルター領域１５０、１５２、１５４、１５６は、上記したように、Ｂ透過領域、Ｂ反射のＲ透過領域、Ｂ反射のＧ透過領域およびＢ反射のＹ透過領域を含み、これらの領域は、各光線束Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３、Ｌｂ４が同時にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙのフィルタリングが行われるように調整される。
【００４６】
図１１Ａは、さらなる他の変形例の光合成ユニットを用いた照明光学系を示している。同図に示すように、ハウジングの左右から左右からレーザ光線束１〜４が入射される。ハウジングの中心部には、カラーホイールＰＣＷ１が配置され、カラーホイールＰＣＷ１の両側にレーザ光線束がそれぞれ照射され、そこで、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙの光が反射される。図に示す例では、放熱を良くするために２枚のカラーホイールを積層しているが、単一のカラーホイールの表裏に、反射領域および蛍光体領域を形成するようにしてもよい。また、レーザ光線束３、４の光は、全反射折り返しミラーを介して合成レンズＬｏに入射される。
本例の光合成ユニットでは、単一のモータを利用するものであるため、ハウジングの小型化にさらに寄与することができる。
【００４７】
図１２は、図１０の変形例であり、光学フィルターホイールＯＣＷ２の光軸がカラーホイールＰＣＷ１の光軸と直交するように光学系が折り曲げて配置された例を示している。図１３は、レーザ光源が垂直方向に配置された例を示している。
【００４８】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施例に限定されるものではないし、第１ないし第７の実施例の中から適宜複数の実施例を組み合わせるものであっても良い。本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１００：光合成ユニット
１１０：ハウジング
１２０Ａ、１２０Ｂ：カラーホイール
１３０：モータ
１５０、１５２、１５４、１５６：フィルター領域
ＰＣＷ１：カラーホイール
ＯＣＷ２：光学カラーホイール
Ｍ：反射ミラー
ＤＭ：ダイクロイックミラー
Ｌ１、ｌ２、ｌ３、Ｌ４：レンズ
Ｌｏ：合成レンズ
ＬＴ：ライトトンネル
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１１Ａ】
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