(57)【要約】  蛍光体の発光強度の飽和又は低下を抑制することができる照明光学系を提供する。照明光学系（１０）は、励起光源（１２）と蛍光体ユニット（４０）とを備えている。励起光源（１２）は、マトリックス状に配置された複数のレーザ光源（１３）を含み、複数のレーザ光源（１３）から出射した複数のレーザ光がミキシングされた励起光を発する。蛍光体ユニット（４０）は、励起光源（１２）から発せられた励起光の照射によって励起光の波長とは異なる波長を有する蛍光を発する少なくとも１つの蛍光体領域を備えている。励起光は、複数のレーザ光源（１３）から出射された複数のレーザ光の中心が互いに離れた状態で、蛍光体ユニット（４０）上に集光される。
2014196015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス状に配置された複数のレーザ光源を含み、前記複数のレーザ光源から出射した複数のレーザ光がミキシングされた励起光を発する励起光源と、
前記励起光源から発せられた前記励起光の照射によって前記励起光の波長とは異なる波長を有する蛍光を発する少なくとも１つの蛍光体領域を備えた蛍光体ユニットと、を有し、
前記励起光は、複数のレーザ光源から出射された前記複数のレーザ光の中心が互いに離れた状態で、前記蛍光体ユニット上に集光される、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、
前記励起光の光路上であって前記励起光源と前記蛍光体ユニットとの間に設けられ、前記励起光の強度分布を均一に近づける拡散板を有する、照明光学系。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の照明光学系であって、
前記蛍光体ユニットは、互いに異なる波長を有する蛍光を発する複数の蛍光体領域を含み、
前記蛍光体ユニットは、前記励起光源からの前記励起光が前記複数の蛍光体領域の各々に順次照射されるように可動する、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、
前記蛍光体ユニットは、前記励起光を反射する反射領域をさらに有し、
前記蛍光体ユニットは、前記励起光源からの前記励起光が前記蛍光体領域と前記反射領域とに順次照射されるように可動し、
前記蛍光体領域から発せられた蛍光の進路と前記反射領域で反射した前記励起光の進路とを前記励起光源の位置とは異なる方向へ曲げる光学系が、前記光源と前記蛍光体ユニットとの間に設けられている、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、
前記光学系は、
第１の直線偏光の光を透過し、前記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光の光を反射する反射型偏光素子と、
前記励起光の波長帯に属する光を透過し、前記蛍光体から発せられた前記蛍光の波長帯に属する光を、前記反射領域で反射した後に前記反射型偏光素子で反射する前記励起光の進行方向と実質的に同じ方向に反射するダイクロイックミラーと、
前記反射型偏光素子と前記蛍光体ユニットとの間に設けられた１／４波長板と、を備えている、照明光学系。
【請求項６】
請求項５に記載の照明光学系であって、
前記励起光源は前記第１の直線偏光の励起光を出射する、照明光学系。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の照明光学系であって、
前記反射型偏光素子の反射面は、前記ダイクロイックミラーの反射面と互いに隣接し、かつ実質的に平行に配置されている、照明光学系。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１項に記載の照明光学系であって、
前記ダイクロイックミラーは、第１の透光基板と、該第１の透光基板の一面に形成された誘電体多層膜と、を有し、
前記反射型偏光素子は、第２の透光基板と、該第２の透光基板の一面に形成された金属細線と、を有し、
前記第１の透光基板の、前記誘電体多層膜が形成された一面が、前記第２の透光基板の、前記金属細線が形成された一面と対向している、照明光学系。
【請求項９】
請求項５から８のいずれか１項に記載の照明光学系であって、
前記励起光源は、青色波長帯に属する励起光を出射し、
前記蛍光体領域は、前記励起光の波長帯よりも長い波長を有する可視光を発し、
前記ダイクロイックミラーは、青色波長帯の光を透過し、該青色波長帯以外の可視光を反射する特性を有する、照明光学系。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の照明光学系を備えたプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの励起光により蛍光を発する蛍光体を備えた照明光学系、及び当該照明光学系を備えたプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタ用の光源として、励起光の照射により蛍光を発する蛍光体を用いた光源装置が開発されている。特開２０１２−１０８４８６号公報（以下、特許文献１という。）又は特開２０１２−２１２１２９号公報（以下、特許文献２という。）に記載された光源装置は、励起光を発する励起光源と、励起光の照射により蛍光を発する蛍光体領域を備えた蛍光ホイールと、を有する。【０００３】
蛍光ホイールは、赤色の波長域の蛍光を発する赤色蛍光体領域と、緑色の波長域の光を発する緑色蛍光体領域と、光を反射する反射領域と、を含む。蛍光ホイールは、回転可能に構成されている。蛍光ホイールを回転させつつ、蛍光ホイールの特定箇所に励起光を照射することによって、赤色蛍光体領域、緑色蛍光体領域及び反射領域に順番に励起光が照射される。これにより、蛍光ホイールは、赤色の蛍光、緑色の蛍光、青色の励起光を順次出射する。【０００４】
励起光を発する励起光源は、レーザ光を発光する複数個のレーザダイオードにより構成されている。複数個のレーザダイオードから発せられたレーザ光の全てが、集光レンズによって蛍光体領域上の小さなスポットに集光される。特許文献１及び特許文献２に記載の光源装置は、複数のレーザダイオードから出射したレーザ光の集合体が蛍光ホイール上で直径２ｍｍ程度の小さなスポット径になるように調整されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１０８４８６号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１２１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び特許文献２に記載されたように、複数のレーザ光の集合体を蛍光体層上の一点に集光すると、蛍光体層の小さな領域に強度の高いレーザ光が照射されることになる。蛍光体に照射される励起光の強度を高くすると、蛍光体の発光強度が飽和又は低下する現象が起こることがある。この現象は、光強度の強い励起光の照射によって、蛍光体層内の励起可能な電子が少なくなることに起因する。【０００７】
蛍光体の発光強度が飽和した状態でさらに強い励起光を蛍光体に照射すると、蛍光体層内の電子の励起に寄与しない励起光のエネルギーが熱に変換され、その結果、蛍光体の温度が上昇する。蛍光体の温度上昇により励起光から蛍光への変換効率が低下し、その結果さらに多くの励起光のエネルギーが熱に変換される。このような過程により、蛍光体の発光強度が低下する。【０００８】
本発明の目的は、蛍光体の発光強度の飽和又は低下を抑制することができる照明光学系及びプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態における照明光学系は、励起光源と蛍光体ユニットとを備えている。励起光源は、マトリックス状に配置された複数のレーザ光源を含み、複数のレーザ光源から出射した複数のレーザ光がミキシングされた励起光を発する。蛍光体ユニットは、励起光源から発せられた励起光の照射によって励起光の波長とは異なる波長を有する蛍光を発する少なくとも１つの蛍光体領域を備えている。励起光は、複数のレーザ光源から出射された複数のレーザ光の中心が互いに離れた状態で、蛍光体ユニット上に集光される。【００１０】
上記の構成によれば、蛍光体の発光強度の飽和又は低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における照明光学系の構成を示す図である。
【図２】照明光学系に用いられる光源の一例を示す平面図である。
【図３】照明光学系に用いられる蛍光体ユニットの一例を示す平面図である。
【図４】拡散板がない場合における蛍光体ユニット上での励起光の光強度分布を示す図である。
【図５】拡散板がある場合における蛍光体ユニット上での励起光の光強度分布を示す図である。
【図６】光学系に用いられるダイクロイックミラーの光透過率を示す図である。
【図７】図１に示す照明光学系を含むプロジェクタの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態における照明光学系の構成を示している。照明光学系１０は、励起光を出射する励起光源１２と、励起光の照射により蛍光を発する蛍光体を含んだ蛍光体ユニット４０と、を備えている。
【００１４】
励起光源１２は、マトリックス状に配置された複数のレーザ光源１３を含んでいる。励起光源１２は、複数のレーザ光源１３から出射したレーザ光のミキシングにより形成される励起光を発する。励起光源１２は、蛍光体ユニット４０に向けて励起光を発する。
【００１５】
図２に示すように、複数のレーザ光源１３は、同一平面上にマトリックス状に配列されていることが好ましい。レーザ光源１３としてはレーザダイオードを用いることができる。図２では、複数のレーザ光源１３は４行６列のマトリックス状に配置されている。これに限らず、レーザ光源１３の数や配置は、任意に選択可能であり、所望の出力値に応じて適宜選択される。
【００１６】
本実施形態では、各々のレーザ光源１３は青色波長帯のレーザ光を出射する。これに限らず、レーザ光源１２は、蛍光体を励起する励起光を発するものであれば、どのようなものであっても良い。
【００１７】
図３は、蛍光体ユニットの構成の一例を示している。本例では、蛍光体ユニット４０は、励起光を反射する反射領域４１と、励起光の照射によって励起光の波長とは異なる波長を有する蛍光を発する蛍光体領域４２ａ，４４ａ，４６ａ，４２ｂ，４４ｂ，４６ｂと、を有する。
【００１８】
反射領域４１は、励起光源１２から出射した励起光を反射する。各々の蛍光体領域４２ａ，４４ａ，４６ａ，４２ｂ，４４ｂ，４６ｂは、鏡面上に塗布された蛍光体から構成されていて良い。これらの蛍光体は、反射領域４１での励起光の反射方向と実質的に同じ方向に蛍光を発する。
【００１９】
図３に示す例では、蛍光体ユニット４０は、第１の蛍光体領域４２ａ，４２ｂと、第２の蛍光体領域４４ａ，４４ｂと、第３の蛍光体領域４６ａ，４６ｂと、を有する。第１の蛍光体領域４２ａ，４２ｂには、励起光（青色レーザ光）の照射によって励起光の波長よりも長い赤色波長の光を発する蛍光体が設けられている。第２の蛍光体領域４４ａ，４４ｂには、励起光（青色レーザ光）の照射によって励起光の波長よりも長い緑色波長の光を発する蛍光体が設けられている。第３の蛍光体領域４６ａ，４６ｂには、励起光（青色レーザ光）の照射によって励起光の波長よりも長い黄色波長の光を発する蛍光体が設けられている。
【００２０】
蛍光体ユニット４０の蛍光体領域４２ａ，４４ａ，４６ａ，４２ｂ，４４ｂ，４６ｂが形成されている一面は、中央部４８を中心に回転可能に構成されていて良い。第１の蛍光体領域４２ａ，４２ｂと第２の蛍光体領域４４ａ，４４ｂと第３の蛍光体領域４６ａ，４６ｂと反射領域４１とは、この回転方向に沿って順番に並んでいる。
【００２１】
励起光源１２から発せられた励起光は、蛍光体ユニット４０の特定の領域４９に照射される。これに対し、蛍光体ユニット４０は、励起光源１２からの励起光が蛍光体領域４２ａ，４４ａ，４６ａ，４２ｂ，４４ｂ，４６ｂ及び反射領域４１に順次照射されるように可動する。具体的には、蛍光体ユニット４０はモータにより回転駆動させられる。これにより、赤色の蛍光、緑色の蛍光、黄色の蛍光、青色レーザ光が、蛍光体ユニット４０から順次出射することとなる。
【００２２】
なお、蛍光体ユニット４０の構成は、これに限らず、様々に変更可能である。蛍光体ユニット４０は、少なくとも１つ蛍光体領域を有していれば良い。また、蛍光体ユニット４０が励起光の照射によって互いに異なる波長を有する蛍光を発する複数の蛍光体領域を含んでいれば、様々な色の光を出射する照明光学系を実現することができる。図３に示す蛍光体ユニットでは、フルカラーの光を実現することができる。また、黄色の蛍光を発する蛍光体領域４６ａ，４６ｂを有していなくても、フルカラーの光を実現することが可能である。各蛍光体領域から発せられる蛍光の波長は、照明光学系１０の用途に応じて適宜選択される。
【００２３】
照明光学系１０は、蛍光体領域４２ａ，４４ａ，４６ａ，４２ｂ，４４ｂ，４６ｂから発せられた蛍光の進路と反射領域４１で反射した励起光の進路とを励起光源１２の位置とは異なる方向へ曲げる光学系２４，２６，２８を有していることが好ましい。この光学系２４，２６，２８は、励起光源１２と蛍光体ユニット４０との間に設けられている。
【００２４】
励起光源１２から出射した励起光は、光学系２４，２６，２８を透過し、蛍光体ユニット４０に到達する。一方、蛍光体領域４２ａ，４４ａ，４６ａ，４２ｂ，４４ｂ，４６ｂから発せられた蛍光や反射領域４１で反射した励起光は、光学系２４，２６，２８を構成する素子で反射し、図１の矢印の方向に進む。
【００２５】
また、照明光学系１０は、必要に応じて、コリメータレンズ１４や、縮小光学系１６，１８，２０や、集光光学系３０，３２や、拡散板２２等を有していて良い。
【００２６】
各々のレーザ光源１３から放出されたレーザ光は、コリメータレンズ１４により疑似平行光にされる。疑似平行光にされたレーザ光のミキシングは、縮小光学系１６，１８，２０によって、小さい空間分布を有する疑似平行光にされる。図１では、縮小光学系は、３枚のレンズ１６，１８，２０により構成されているが、縮小光学系のレンズの枚数は任意である。
【００２７】
縮小光学系１６，１８，２０を通ったレーザ光は、励起光の光路上であって励起光源１２と蛍光体ユニット４０との間に設けられた拡散板２２を通過する。拡散板２２を通過したレーザ光は、光学系２４，２６，２８及び集光光学系３０，３２を通って、蛍光体ユニット４０に入射する。なお、照明光学系１０は拡散板２２を有していなくても良い。
【００２８】
図４は、拡散板２２がない場合における蛍光体ユニット４０上での励起光の光強度分布を示している。図５は、拡散板２２がある場合における蛍光体ユニット４０上での励起光の光強度分布を示している。なお、図４及び図５中の白い領域が、光強度の強い領域である。
【００２９】
複数のレーザ光源１３から出射されたレーザ光の中心は、蛍光体ユニット４０上で一点に集まらず、互いに離れている。すなわち、励起光は、複数のレーザ光源１３から出射されたレーザ光の中心が互いに離れた状態で、蛍光体ユニット４０上に集光される。ここで、レーザ光の中心とは、各レーザ光の光強度の空間分布における、光強度が最も高いところをいう。
【００３０】
より詳細には、図４に示すように、蛍光体ユニット４０上で、レーザ光源１３の数及び位置に応じた複数の光強度のピークが表れている。つまり、蛍光体ユニット４０上で、複数のレーザ光源１３の配置に応じた輝度分布が現れている。
【００３１】
上記のように各レーザ光の光束の中心を互いにずらすことによって、レーザ光の中心を一点に集中する場合と比較して、蛍光体領域の特定領域上に照射される励起光の強度（最大強度）を低下することができる。これにより、当該特定領域での蛍光体の発光強度の飽和または低下を抑制することができる。
【００３２】
一方、拡散板２２がある場合には、複数のレーザ光がミキシングされた励起光の強度分布全体を均一に近づけることができる（図５参照）。拡散板２２は、各々のレーザ光の強度ピークを低下し、かつ複数のレーザ光のミキシングからなる励起光の強度分布を均一な分布（トップハット分布）に近づける。なお、この場合であっても、各レーザ光源１３から出射したレーザ光の中心が互いにずれていることに変わりない。この場合であっても、蛍光体ユニット４０上で、複数のレーザ光源１３の配置に応じた輝度分布が現れても良い。
【００３３】
拡散板２２によって、励起光の広がりの範囲内で励起光の強度分布が略均一になり、蛍光体領域の特定の微小領域上に照射される励起光の強度（最大強度）はさらに低下する。その結果、蛍光体中の励起可能な電子の減少に伴う発光強度の飽和または低下をさらに抑制することができる。
【００３４】
また、蛍光体領域４２ａ，４４ａ，４６ａ，４２ｂ，４４ｂ，４６ｂが形成された円盤を回転させることで、蛍光体領域４２ａ，４４ａ，４６ａ，４２ｂ，４４ｂ，４６ｂの同一箇所に励起光が照射されつづけることがないようになっている。これにより、蛍光体の温度上昇を抑制することができる。
【００３５】
次に、励起光源１２と蛍光体ユニット４０との間に設けられた光学系２４，２６，２８について詳細に説明する。この光学系は、反射型偏光素子２４と、ダイクロイックミラー２６と、１／４波長板２８と、を有する。
【００３６】
反射型偏光素子２４は、励起光源１２から出射した励起光と反射領域４１で反射した励起光の光路上に設けられている。反射型偏光素子２４は、第１の直線偏光の光を透過し、第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光の光を反射する。ここで、典型的には、第１の直線偏光はＰ偏光とＳ偏光のうちの一方であり、第２の直線偏光はＰ偏光とＳ偏光のうちの他方である。反射型偏光素子２４は、透光基板と、当該透光基板の一面に形成された金属細線と、を有する反射型偏光板であって良い。
【００３７】
ダイクロイックミラー２６は、励起光の光路上であって励起光源１２と蛍光体ユニット４０との間に設けられている。より好ましくは、ダイクロイックミラー２６は、反射型偏光素子２４と蛍光体ユニット４０との間に設けられている。
【００３８】
ダイクロイックミラー２６は、励起光源１２から発せられた励起光の波長帯に属する光を透過し、蛍光体ユニット４０の蛍光体領域４２ａ，４４ａ，４６ａ，４２ｂ，４４ｂ，４６ｂから発せられた蛍光の波長帯に属する光を反射する。なお、ダイクロイックミラー２６は、Ｐ偏光の励起光とＳ偏光の励起光の両方を透過する。
【００３９】
励起光源１２から発せられた励起光が青色の波長を有する場合、ダイクロイックミラー２６は図６に示す透過特性を有することが好ましい。具体的には、ダイクロイックミラー２６は、青色波長帯の光を透過し、該青色波長帯以外の可視光（赤色光、黄色光及び緑色光）を反射する特性を有する。
【００４０】
ダイクロイックミラー２６は誘電体多層膜ミラーであって良い。この場合、ダイクロイックミラー２６は、透光基板と、当該透光基板の一面に形成された誘電体多層膜と、を有する。
【００４１】
１／４波長板２８は、励起光の光路上であって反射型偏光素子２４と蛍光体ユニット４０との間、好ましくはダイクロイックミラー２６と蛍光体ユニット４０との間に設けられている。
【００４２】
以下、励起光源１２から出射した励起光と、蛍光体領域４２ａ，４４ａ，４６ａ，４２ｂ，４４ｂ，４６ｂで発生した励起光の光路について説明する。ここでは、レーザ光源１３は青色レーザ光を出射するものとする。励起光源１２から出射した励起光は、複数のレーザ光源１３から出射した複数の青色レーザ光がミキシングされたものである。この青色励起光は、縮小光学系１６，１８，２０を通って、反射型偏光素子２４に入射する。ここで、反射型偏光素子２４の反射面は、励起光の進行方向に対して約４５度傾けられていることが好ましい。
【００４３】
本例では、反射型偏光素子２４は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する特性を有する。したがって、励起光源１２から発せられた青色励起光のＰ偏光成分は、反射型偏光素子２４を透過する。ここで、複数のレーザ光源１３は、Ｐ偏光成分のみを有するレーザ光を出射することが好ましい。この場合、ほとんどすべての青色励起光が反射型偏光素子２４を透過する。その結果、照明光学系の光の利用効率の低下が防止される。
【００４４】
反射型偏光素子２４を透過した青色励起光は、ダイクロイックミラー２６に入射する。ダイクロイックミラー２６の反射面は、励起光の進行方向に対して約４５度傾けられていることが好ましい。上述したように、ダイクロイックミラー２６は、励起光源１２から発せられた励起光の波長帯に属する光を透過する。
【００４５】
ダイクロイックミラー２６を透過した青色励起光は１／４波長板２８に入射する。１／４波長板２８に入射した青色励起光は、Ｐ偏光の状態から円偏光の状態に変わる。円偏光の状態になった青色励起光は、集光光学系３０，３２により蛍光体ユニット４０の照射領域４９に集光される（図３も参照）。図１では、集光光学系３０，３２は２枚のレンズから構成されているが、集光光学系のレンズの枚数は任意である。
【００４６】
蛍光体ユニット３０上に集光された青色励起光の光強度分布は、拡散板２２によって図５に示すような分布となる。拡散板２２が無い場合、蛍光体ユニット３０上に集光された青色励起光の光強度分布は、図４に示すような分布となる。
【００４７】
青色励起光の照射により、赤色の蛍光、緑色の蛍光、黄色の蛍光、青色光（青色の励起光）が、蛍光体ユニット４０から順次出射する。蛍光体領域４２ａ，４４ａ，４６ａ，４２ｂ，４４ｂ，４６ｂから発せられた蛍光は、完全拡散に近い状態でランダム偏光となっている。これらの蛍光は、レンズ系３２，３０により疑似平行光とされた後、１／４波長板２８を通過する。また、反射領域４１で反射した青色光は、レンズ系３２，３０により疑似平行光とされた後、１／４波長板２８を通過する。
【００４８】
赤色、緑色及び黄色の蛍光は、１／４波長板２８を通過してもランダム偏光の状態を維持する。一方、青色の励起光は、１／４波長板２８により、円偏光からＳ偏光へ変えられる。１／４波長板２８を通過した各色の蛍光及び青色励起光は、ダイクロイックミラー２６に入射する。
【００４９】
上述したように、ダイクロイックミラー２６は、蛍光体領域４２ａ，４４ａ，４６ａ，４２ｂ，４４ｂ，４６ｂから発せられた蛍光の波長帯に属する光を反射する。これにより、赤色、緑色及び黄色の蛍光は、図１に示す矢印の方向に進行する。
【００５０】
ダイクロイックミラー２６は、上述したように、青色励起光を透過する。ダイクロイックミラー２６を透過した青色励起光は、反射型偏光素子２４に入射する。
【００５１】
反射型偏光素子２４はＳ偏光の光を反射するので、青色励起光は反射型偏光素子２４で反射する。反射型偏光素子２４で反射した青色励起光は、ダイクロイックミラー２６を透過して、図１に示す矢印の方向に進行する。ここで、反射型偏光素子２４で反射する青色励起光の進行方向は、ダイクロイックミラー２６で反射した蛍光の進行方向と実質的に同じ方向である。
【００５２】
反射領域４１で反射した励起光は、蛍光体領域４２ａ，４４ａ，４６ａ，４２ｂ，４４ｂ，４６ｂから発せられた蛍光と実質的に同一の光路を通って照明光学系１０から出射する。このように、蛍光体ユニット４０から出射する蛍光及び励起光が実質的に同一の光路を通って照明光学系１０から出射するので、光の波長ごとに別々の光学系を設ける必要が無い。その結果、照明光学系１０の構成部品が少なくなり、照明光学系１０のサイズを小さくすることができる。
【００５３】
反射型偏光素子２４の反射面はダイクロイックミラー２６の反射面と隣接かつ実質的に平行に配置されていることが好ましい。これにより、青色励起光と各色の蛍光とを実質的に同じ方向に出射することができる。
【００５４】
反射型偏光素子２４が上述した反射型偏光板であり、かつダイクロイックミラーが上述した誘電体多層膜ミラーである場合、反射型偏光板の透光基板の、金属細線が形成された一面（ワイヤーグリッド面）が、ダイクロイックミラー２６の透光基板の、誘電体多層膜が形成された一面と対向していることが好ましい。さらに、反射型偏光板のワイヤーグリッド面がダイクロイックミラー２６の反射面と近接かつ実質的に平行に配置されていることが好ましい。これにより、反射領域４１で反射した青色光と、蛍光体領域から発せられた赤色、緑色及び黄色の蛍光との光路差が最小になるという利点がある。
【００５５】
ここで、特許文献２では、励起光源から出射した励起光を透過し、かつ反射領域で反射した励起光を反射する特性を有する１つのダイクロイックミラーが用いられている。これにより、反射領域で反射した青色励起光を、励起光源とは異なる方向へ反射している。このような作用を実現するため、ダイクロイックミラーは、Ｓ偏光に対して４４５ｎｍよりも十分小さい波長帯の光を透過し、Ｓ偏光に対して約４４５ｎｍ以上の波長帯の光を反射し、Ｐ偏光に対して約４４５ｎｍ以下の波長帯の光を透過し、かつＰ偏光に対して４４５ｎｍよりも十分大きい波長帯の光を反射する。より具体的には、特許文献２に記載のダイクロイックミラーは、Ｓ偏光に対するカットオフ波長が４３４ｎｍであり、Ｐ偏光に対するカットオフ波長が４５６ｎｍとなっている。ここで、カットオフ波長（半値波長とも呼ばれる。）とは、ダイクロイックミラーを透過する光の透過率が５０％となる波長である。このとき、励起光源から出射する励起光の波長は、２つのカットオフ波長の間の値でなければならない。
【００５６】
特許文献２に記載された光源装置では、励起光の光利用効率の低下を防止するためには、青色励起光の波長がダイクロイックミラーの両カットオフ波長から十分に離れていることが必要となる。なぜなら、ダイクロイックミラーはカットオフ波長の近傍の波長帯の光に対し、十分に高い透過率又十分に高いは反射率を有しないからである。したがって、光利用効率の高い明るい照明光を出射可能な照明光学系を提供するという観点では、青色の励起光の波長は、ダイクロイックミラーのＳ偏光に対するカットオフ波長とＰ偏光に対するカットオフ波長の両方から約２５ｎｍ以上離れていることが好ましい。そのため、ダイクロイックミラーは、Ｐ偏光のカットオフ波長とＳ偏光のカットオフ波長とが約５０ｎｍ以上離れている特性を有することが好ましい。しかしながら、Ｐ偏光のカットオフ波長とＳ偏光のカットオフ波長とが約５０ｎｍ以上離れた特性を有する誘電体多層膜ミラーを実現することは困難である。
【００５７】
本発明では、図１に示すように、反射領域４１で反射した青色励起光は、ダイクロイックミラー２６ではなく、反射型偏光素子２４によって、励起光源１２とは異なる方向へ反射する。したがって、偏光成分によって透過／反射特性の大きく異なる特殊なダイクロイックミラーを用いる必要はない。ダイクロイックミラー２６のカットオフ波長は、Ｓ偏光とＰ偏光とでほとんど同じ値であって良い。
【００５８】
また、図１に示す照明光学系１０では、接着剤のような有機材料を有するダイクロイックプリズムは不要である。有機材料は、光強度の強いレーザ光により焦がされることがある。本発明では、このようなダイクロイックプリズムを利用しない照明光学系とすることで、有機材料を使用しない構成にすることもできる。この場合、強い光強度のレーザ光を発するレーザ光源１３を使用することが可能となる。
【００５９】
上記例では、励起光源１２がＰ偏光成分を含んだ青色レーザ光を発し、反射型偏光素子２４がＰ偏光の光を透過しＳ偏光の光を反射する特性を有する場合について説明した。これに代えて、可能であれば、Ｓ偏光成分を含んだ励起光を発する励起光源１２と、Ｓ偏光の光を透過しＰ偏光の光を反射する特性を有する反射型偏光素子２４と、が用いられても良い。
【００６０】
次に、本発明の一実施形態におけるプロジェクタについて図７を参照して説明する。プロジェクタは、図１に示す照明光学系１０を備えている。上述したように、照明光学系１０は、赤色光、緑色光、黄色光及び青色光を順次出射する。照明光学系１０から出射された光は、集光レンズ５０によりライトトンネル５２の入射側端部に集光される。ライトトンネル５２は、入射光を、矩形の略均一な照度分布を有する光にする。
【００６１】
ライトトンネル５２を出射した光は、レンズ５４，５６を通り、ミラー５８で反射する。ミラー５８で反射した光は、レンズ６０を通って画像形成素子６４に拡大照明される。このとき、ライトトンネル５２の出射側端部における光の均一な照度分布が維持されている。
【００６２】
画像形成素子６４としては、反射型表示素子を用いることができる。反射型表示素子は、たとえばデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）であって良い。ＤＭＤは、画素ごとに各色に応じた光量の調節を行う。光量が調節された光（画像光）は、投写レンズ６８を通じてスクリーンに拡大投写される。
【００６３】
具体的には、ＤＭＤは、微小のミラー要素を画素数分有している。各々のミラー要素は、回転軸まわりに所定の角度だけ回動可能に構成されている。ある方向に傾いたミラー要素に入射する光は、投写レンズ６８が配置された方向に反射される。投写レンズ６８に入射した光はプロジェクタの外部へ投写される。別の方向に傾いたミラー要素に入射する光は、投写レンズ６８が配置されていない方向に反射される。このようにして、各々のミラー要素は、各画素に対応する光を投写レンズ６８へ導くか否かを選択する。ＤＭＤが各色の光に対してこの制御を行うことで、プロジェクタは投写レンズ６８を通じてカラー画像をスクリーンに表示することができる。
【００６４】
本実施形態のプロジェクタでは、反射型の画像形成素子、より具体的にはＤＭＤが用いられている。しかしながら、画像形成素子６４は、反射型の画像形成素子の代わりに、透過型の画像形成素子を用いることもできる。画像形成素子の画像形成素子としては、液晶パネル（ＬＣＤ）を用いることができる。
【００６５】
以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。
【符号の説明】
【００６６】
１０    照明光学系
１２    励起光源
１３    レーザ光源
２２    拡散板
２４    反射型偏光素子
２６    ダイクロイックミラー
４０    蛍光体ユニット
４１    反射領域
４２ａ，４２ｂ    第１の蛍光体領域
４４ａ，４４ｂ    第２の蛍光体領域
４６ａ，４６ｂ    第３の蛍光体領域
４９    照射領域
６４    画像形成素子
６８    投写レンズ
【図１】
2014196015.tif 000003
【図２】
2014196015.tif 000004
【図３】
2014196015.tif 000005
【図４】
2014196015.tif 000006
【図５】
2014196015.tif 000007
【図６】
2014196015.tif 000008
【図７】
2014196015.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月28日(2016.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス状に配置された複数のレーザ光源を含み、前記複数のレーザ光源から出射した複数のレーザ光がミキシングされた励起光を発する励起光源と、
前記励起光源から発せられた前記励起光の照射によって前記励起光の波長とは異なる波長を有する蛍光を発する少なくとも１つの蛍光体領域を備えた蛍光体ユニットと、を有し、
前記励起光は、複数のレーザ光源から出射された前記複数のレーザ光の中心が互いに離れた状態で、前記蛍光体ユニット上に集光され、
前記蛍光体ユニットは、前記励起光を反射する反射領域をさらに有し、
前記蛍光体ユニットは、前記励起光源からの前記励起光が前記蛍光体領域と前記反射領域とに順次照射されるように可動し、
前記蛍光体領域から発せられた蛍光の進路と前記反射領域で反射した前記励起光の進路とを前記励起光源の位置とは異なる方向へ曲げる光学系が、前記光源と前記蛍光体ユニットとの間に設けられ、
前記光学系は、
第１の直線偏光の光を透過し、前記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光の光を反射する反射型偏光素子と、
前記励起光の波長帯に属する光を透過し、前記蛍光体から発せられた前記蛍光の波長帯に属する光を、前記反射領域で反射した後に前記反射型偏光素子で反射する前記励起光の進行方向と実質的に同じ方向に反射するダイクロイックミラーと、
前記反射型偏光素子と前記蛍光体ユニットとの間に設けられた１／４波長板と、を備えている、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、
前記励起光の光路上であって前記励起光源と前記蛍光体ユニットとの間に設けられ、前記励起光の強度分布を均一に近づける拡散板を有する、照明光学系。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の照明光学系であって、
前記蛍光体ユニットは、互いに異なる波長を有する蛍光を発する複数の蛍光体領域を含み、
前記蛍光体ユニットは、前記励起光源からの前記励起光が前記複数の蛍光体領域の各々に順次照射されるように可動する、照明光学系。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の照明光学系であって、
前記励起光源は前記第１の直線偏光の励起光を出射する、照明光学系。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の照明光学系であって、
前記反射型偏光素子の反射面は、前記ダイクロイックミラーの反射面と互いに隣接し、かつ実質的に平行に配置されている、照明光学系。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の照明光学系であって、
前記ダイクロイックミラーは、第１の透光基板と、該第１の透光基板の一面に形成された誘電体多層膜と、を有し、
前記反射型偏光素子は、第２の透光基板と、該第２の透光基板の一面に形成された金属細線と、を有し、
前記第１の透光基板の、前記誘電体多層膜が形成された一面が、前記第２の透光基板の、前記金属細線が形成された一面と対向している、照明光学系。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の照明光学系であって、
前記励起光源は、青色波長帯に属する励起光を出射し、
前記蛍光体領域は、前記励起光の波長帯よりも長い波長を有する可視光を発し、
前記ダイクロイックミラーは、青色波長帯の光を透過し、該青色波長帯以外の可視光を反射する特性を有する、照明光学系。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の照明光学系を備えたプロジェクタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の照明光学系は、マトリックス状に配置された複数のレーザ光源を含み、前記複数のレーザ光源から出射した複数のレーザ光がミキシングされた励起光を発する励起光源と、
前記励起光源から発せられた前記励起光の照射によって前記励起光の波長とは異なる波長を有する蛍光を発する少なくとも１つの蛍光体領域を備えた蛍光体ユニットと、を有し、
前記励起光は、複数のレーザ光源から出射された前記複数のレーザ光の中心が互いに離れた状態で、前記蛍光体ユニット上に集光され、
前記蛍光体ユニットは、前記励起光を反射する反射領域をさらに有し、
前記蛍光体ユニットは、前記励起光源からの前記励起光が前記蛍光体領域と前記反射領域とに順次照射されるように可動し、
前記蛍光体領域から発せられた蛍光の進路と前記反射領域で反射した前記励起光の進路とを前記励起光源の位置とは異なる方向へ曲げる光学系が、前記光源と前記蛍光体ユニットとの間に設けられ、
前記光学系は、
第１の直線偏光の光を透過し、前記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光の光を反射する反射型偏光素子と、
前記励起光の波長帯に属する光を透過し、前記蛍光体から発せられた前記蛍光の波長帯に属する光を、前記反射領域で反射した後に前記反射型偏光素子で反射する前記励起光の進行方向と実質的に同じ方向に反射するダイクロイックミラーと、
前記反射型偏光素子と前記蛍光体ユニットとの間に設けられた１／４波長板と、を備えている。
【国際調査報告】
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2014196015.tif 000011
2014196015.tif 000012
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