(57)【要約】【課題】ホワイトバランスを調整できる照明装置を提供する。【解決手段】本発明の照明装置２は、第１の波長帯の第１の光を射出する光源と、第１の光が入射する位相差板２６と、位相差板を透過した第１の光の一部により励起され、第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の第２の光を生成する蛍光体層３２と、蛍光体層により生成された第２の光を、位相差板に入射するように反射させる反射素子と、位相差板を透過した第１の光の他の一部を、位相差板に入射するように反射させる反射部と、光源と位相差板との間の光路中に設けられ、第１の波長帯の光に対して偏光分離機能を有するとともに、第２の光を透過または反射させる偏光分離素子５０Ａと、位相差板の光学軸を回転させる回転機構と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長帯の第１の光を射出する光源と、
前記第１の光が入射する位相差板と、
前記位相差板を透過した前記第１の光の一部により励起され、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の第２の光を生成する蛍光体層と、
前記蛍光体層により生成された前記第２の光を、前記位相差板に入射するように反射させる反射素子と、
前記位相差板を透過した前記第１の光の他の一部を、前記位相差板に入射するように反射させる反射部と、
前記光源と前記位相差板との間の光路中に設けられ、前記第１の波長帯の光に対して偏光分離機能を有するとともに、前記第２の光を透過もしくは反射させる偏光分離素子と、
前記位相差板の光学軸を回転させる回転機構と、
を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記反射素子が前記反射部を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記反射部が前記蛍光体層と前記位相差板との間の光路中に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記反射部により反射され、前記偏光分離素子から射出された前記第１の光の強度と、前記蛍光体層により生成され、前記位相差板および前記偏光分離素子を経由した前記第２の光の強度と、を検出する検出装置と、
前記検出装置による検出結果に応じて前記回転機構を制御する制御装置と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体光源から射出される光によって蛍光体を励起し、励起した蛍光体から発せられた蛍光を照明光として利用する照明装置が下記の特許文献１に開示されている。この照明装置は、励起光源、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）、１／４波長板、および蛍光部材を備えている。励起光源から射出された青色のＳ偏光（励起光）は、ＰＢＳで反射し、１／４波長板に入射する。Ｓ偏光の励起光は、１／４波長板を透過することで円偏光に変換され、蛍光部材に入射する。
【０００３】
蛍光部材は、励起光の一部を吸収して励起光の波長域と異なる波長域（緑色域および赤色域）の光を発するとともに、吸収されなかった残りの励起光を反射する。円偏光の励起光は、１／４波長板を再び透過することでＰ偏光に変換され、緑色域および赤色域の光とともにＰＢＳを透過する。このようにして、蛍光部材から発せられた光（緑色域および赤色域）と蛍光部材で反射された光（青色域）とが合成されて白色光となる。白色光は、照明装置から射出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−４００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、特許文献１の照明装置においては、蛍光部材から発せられた光と励起光源から射出された励起光とが合成されることにより白色の照明光が得られる。そのため、何らかの原因によっていずれか一方の光の量が変化すると、照明光のホワイトバランスがずれ、所望の色が得られない。しかしながら、特許文献１の照明装置の構成では、ホワイトバランスを調整することができない。そのため、この照明装置を備えた画像表示装置では、所望の色再現性が得られず、表示品位が低下する。
【０００６】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ホワイトバランスを調整することが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、本発明の一つの態様は、この種の照明装置を備え、表示品位に優れた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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の照明装置は、第１の波長帯の第１の光を射出する光源と、前記第１の光が入射する位相差板と、前記位相差板を透過した前記第１の光の一部により励起され、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の第２の光を生成する蛍光体層と、前記蛍光体層により生成された前記第２の光を、前記位相差板に入射するように反射させる反射素子と、前記位相差板を透過した前記第１の光の他の一部を、前記位相差板に入射するように反射させる反射部と、前記光源と前記位相差板との間の光路中に設けられ、前記第１の波長帯の光に対して偏光分離機能を有するとともに、前記第２の光を透過もしくは反射させる偏光分離素子と、前記位相差板の光学軸を回転させる回転機構と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の一つの態様の照明装置においては、偏光分離素子から射出される第１の波長帯の第１の光と第２の波長帯の第２の光との合成光が照明光となる。例えば経時変化等の原因により、偏光分離素子から射出される第２の光の量に対する偏光分離素子から射出される第１の光の量の比が変化したとする。この場合、得られる照明光のホワイトバランスがずれ、本来の色味とは異なる照明光になるという問題が生じる。
【０００９】
この問題に対して、本発明の一つの態様の照明装置は、第１の光が入射する位相差板と、位相差板の光学軸を回転させる回転機構と、を備えている。そのため、ホワイトバランスがずれた場合、回転機構を用いて位相差板の光学軸を回転させることにより、位相差板を透過する第１の光の偏光状態を変化させる。このようにすれば、偏光分離素子を透過もしくは反射する第１の光の量を調整することができ、偏光分離素子から射出される第１の光と第２の光との比を調整することができる。これにより、照明装置から射出される光のホワイトバランスを調整することができる。
【００１０】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記反射素子が前記反射部を兼ねてもよい。
この構成によれば、照明装置の構成を簡略化することができる。
【００１１】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記反射部が前記蛍光体層と前記位相差板との間の光路中に設けられていてもよい。
この構成によれば、光源から射出され、位相差板を透過して蛍光体層に向かう第１の光の一部は、蛍光体層に入射することなく反射部によって反射される。そのため、位相差板を透過して反射部に入射した例えば左回りの円偏光は、反射部によって右回りの円偏光に変換されて反射される。これにより、第１の光の利用効率を高めることができる。
【００１２】
本発明の一つの態様の照明装置は、前記反射部により反射され、前記偏光分離素子から射出された前記第１の光の強度と、前記蛍光体層により生成され、前記位相差板および前記偏光分離素子を経由した前記第２の光の強度と、を検出する検出装置と、前記検出装置による検出結果に応じて前記回転機構を制御する制御装置と、をさらに備えていてもよい。
この構成によれば、検出装置が第１の光の強度と第２の光の強度とを検出することにより、ホワイトバランスの変化を検出することができる。ホワイトバランスが変化した場合、制御装置は検出装置の検出結果に応じて回転機構を制御することによって、位相差板の光学軸の方向を所定の角度だけ変化させる。このようにして、照明装置から射出される光のホワイトバランスを自動的に調整することができる。
【００１３】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備えたことを特徴とする。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置を備えているため、色再現性が高く、表示品質に優れたプロジェクターを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の照明装置を示す概略構成図である。
【図３】蛍光発光素子の一つの形態を示す断面図である。
【図４】照明装置に用いる位相差板と回転機構を示す斜視図である。
【図５】位相差板、回転機構、検出装置および制御装置を示す模式図である。
【図６】偏光変換素子におけるミラーの配置を示す正面図である。
【図７】ホワイトバランスの調整の手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態の照明装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［プロジェクター］
以下、本発明の一実施形態の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、本発明の一実施形態である照明装置と、３つの光変調装置と、を備えた液晶プロジェクターの例である。
図１は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
以下、図面を用いて具体的に説明するが、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００１６】
図１に示すように、プロジェクター１は、スクリーン（被投射面）ＳＣＲ上にカラー映像（画像）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、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１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（レーザー光源）を用いている。
【００１７】
図１に示すように、プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇおよび光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６と、を概略備えている。照明装置２は、白色の照明光ＷＬを射出する。色分離光学系３は、照明装置２から射出された白色の照明光ＷＬを、赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。
【００１８】
照明装置２は、半導体レーザーから射出された青色の励起光の一部と、蛍光体層で生成された黄色の蛍光光と、を合成することにより、白色の照明光ＷＬを得る。照明装置２は、照明光ＷＬを色分離光学系３に向けて照射する。
【００１９】
色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａと、第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、第３の反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａと、第２のリレーレンズ９ｂと、を概略備えている。
【００２０】
第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを、赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む光と、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、赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む光を反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、第１のダイクロイックミラー７ａで反射した緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む光を、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過する。
【００２１】
第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、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。第２の反射ミラー８ｂおよび第３の反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置され、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に導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。
【００２２】
第１のリレーレンズ９ａは、青色光ＬＢの光路における第２の反射ミラー８ｂの光入射側に配置されている。第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路における第２の反射ミラー８ｂ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の光路長および緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることによる青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有する。
【００２３】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇおよび光変調装置４Ｂの各々は、液晶パネルで構成されている。光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。同様に、光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇおよび光変調装置４Ｂの光入射側および光射出側に、一対の偏光板（図示せず）が配置されている。一対の偏光板は、特定の方向の直線偏光を透過する。
【００２４】
光変調装置４Ｒの入射側には、フィールドレンズ１０Ｒが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒは、光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行化する。同様に、光変調装置４Ｇの入射側には、フィールドレンズ１０Ｇが配置されている。フィールドレンズ１０Ｇは、光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行化する。光変調装置４Ｂの入射側には、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１０Ｂは、光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化する。
【００２５】
合成光学系５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢのそれぞれ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る。
【００２６】
投射光学系６は、複数の投射レンズを含む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、拡大されたカラー画像が表示される。
【００２７】
［第１実施形態の照明装置］
以下、照明装置２の構成について詳細に説明する。
図２は、照明装置２の概略構成を示す平面図である。
図２に示すように、照明装置２は、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０Ａを含む光学素子２５Ａと、位相差板２６と、ピックアップ光学系２７と、蛍光発光素子２８と、インテグレーター光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１と、を概略備えている。
【００２８】
アレイ光源２１、コリメーター光学系２２、アフォーカル光学系２３、ホモジナイザー光学系２４および光学素子２５Ａは、光軸ａｘ１上に配置されている。一方、蛍光発光素子２８、ピックアップ光学系２７、位相差板２６、光学素子２５Ａ、インテグレーター光学系２９、偏光変換素子３０および重畳光学系３１は、光軸ａｘ２上に配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一平面内にあり、かつ、互いに直交している。
【００２９】
アレイ光源２１は、複数の半導体レーザー２１ａが配列された構成を有する。具体的には、複数の半導体レーザー２１ａは、光軸ａｘ１と直交する面内にアレイ状に配列されている。半導体レーザー２１ａは、第１の波長帯の第１の光として、例えば４４０〜４８０ｎｍの波長域にピーク波長を有する青色の励起光ＢＬを射出する。複数の半導体レーザー２１ａの各々から射出される励起光ＢＬは、偏光分離素子５０Ａに向けて光軸ａｘ１と平行に射出される。
本実施形態の半導体レーザー２１ａは、特許請求の範囲の光源に対応する。
【００３０】
アレイ光源２１において、全ての半導体レーザー２１ａは、半導体レーザー２１ａから射出される励起光ＢＬの偏光方向が、偏光分離素子５０Ａで反射される偏光成分であるＳ偏光成分の偏光方向と一致するように、配置されている。アレイ光源２１から射出された励起光ＢＬは、コリメーター光学系２２に入射する。
【００３１】
コリメーター光学系２２は、アレイ光源２１から射出された励起光ＢＬを平行光に変換する。コリメーター光学系２２は、例えば複数の半導体レーザー２１ａの配列に対応してアレイ状に配列された複数のコリメーターレンズ２２ａで構成されている。コリメーター光学系２２を透過することによって平行光に変換された励起光ＢＬは、アフォーカル光学系２３に入射する。
【００３２】
アフォーカル光学系２３は、励起光ＢＬのサイズ（スポット径）を調整するものである。アフォーカル光学系２３は、例えば２枚のアフォーカルレンズ２３ａ、アフォーカルレンズ２３ｂから構成されている。アフォーカル光学系２３を透過することによりスポット径が調整された励起光ＢＬは、ホモジナイザー光学系２４に入射する。
【００３３】
ホモジナイザー光学系２４は、被照明領域（ここでは蛍光体層３２）における励起光ＢＬの光強度分布を均一な状態、いわゆるトップハット分布に変換する。ホモジナイザー光学系２４は、例えば一対のマルチレンズアレイ２４ａ、マルチレンズアレイ２４ｂから構成されている。ホモジナイザー光学系２４を透過した励起光ＢＬは、偏光分離素子５０Ａを介して蛍光発光素子２８に入射する。
【００３４】
光学素子２５Ａは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ａｘ１および光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなす傾斜面Ｋを有する。光学素子２５Ａは、互いに直交する光軸ａｘ１および光軸ａｘ２の交点と傾斜面Ｋの光学中心とが一致するように配置されている。傾斜面Ｋには、波長選択性を有する偏光分離素子５０Ａが設けられている。
【００３５】
偏光分離素子５０Ａは、偏光分離素子５０Ａに入射した第１の波長帯の励起光ＢＬを、偏光分離素子５０Ａに対するＳ偏光成分（一方の直線偏光成分）とＰ偏光成分（他方の直線偏光成分）とに分離する偏光分離機能を有する。本実施形態では、偏光分離素子５０Ａは、励起光ＢＬのうちのＳ偏光成分を反射させ、励起光ＢＬのＰ偏光成分を透過させる偏光分離機能を有する。また、偏光分離素子５０Ａは、偏光分離素子５０Ａに入射した光のうち、第１の波長帯（励起光ＢＬの波長帯）とは異なる第２の波長帯の光を、偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有する。
【００３６】
本実施形態の場合、半導体レーザー２１ａから射出される励起光ＢＬは偏光分離素子５０Ａに対してＳ偏光として入射する。そのため、偏光分離素子５０Ａに入射した励起光ＢＬは、Ｓ偏光状態の励起光ＢＬｓとして、蛍光発光素子２８に向けて反射される。
なお、光学素子２５Ａとして、ダイクロイックプリズムのようなプリズム形状の素子に限らず、平行平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。
【００３７】
位相差板２６は、偏光分離素子５０Ａと蛍光発光素子２８の蛍光体層３２との間の光路中に配置されている。位相差板２６は、１／４波長板（λ／４板）で構成されている。Ｓ偏光（直線偏光）の励起光ＢＬｓは、位相差板２６を透過することにより円偏光の励起光ＢＬｃに変換される。その後、円偏光の励起光ＢＬｃは、ピックアップ光学系２７に入射する。後述するように、位相差板２６には回転機構が設けられている。これにより、位相差板２６の光学軸は、光軸ａｘ２を中心として回転できるように構成されている。
【００３８】
ピックアップ光学系２７は、励起光ＢＬｃを蛍光体層３２に向けて集光させる。ピックアップ光学系２７は、例えばピックアップレンズ２７ａおよびピックアップレンズ２７ｂから構成されている。
【００３９】
位相差板２６と蛍光体層３２との間の光路中には、反射部３２ａ（図３参照）が設けられている。反射部３２ａは、第１の波長帯の第１の光である励起光ＢＬｃのうちの一部の光ＢＬｃ１を偏光分離素子５０Ａに向けて反射させる。反射部３２ａは、励起光ＢＬｃのうちの他の一部の光ＢＬｃ２を蛍光体層３２に向けて透過させる。反射部３２ａは、第２の波長帯の第２の光である蛍光光ＹＬ２を透過させる。
【００４０】
蛍光発光素子２８は、蛍光体層３２と、反射部３２ａと、反射素子３２ｂと、  蛍光体層３２を支持する基板３３と、を備えている。蛍光体層３２には、基板３３とは反対側から光ＢＬｃが入射する。蛍光体層３２は、第１の波長帯の第１の光である励起光ＢＬｃ２を吸収して励起される蛍光体を含んでいる。励起光ＢＬｃ２により励起された蛍光体は、第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の第２の光として、例えば５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する黄色の蛍光光を生成する。
【００４１】
本実施形態においては、蛍光体層３２と位相差板２６との間の光路上に反射部３２ａが設けられている。反射部３２ａは、蛍光体層３２の励起光ＢＬｃが入射する側の面に設けられた拡散反射面で構成されている。拡散反射面は、励起光ＢＬｃのうち一部の光ＢＬｃ１を偏光分離素子５０Ａに向けて拡散反射する。
【００４２】
拡散反射面は、例えば図３に示すように、蛍光体層３２の励起光ＢＬｃが入射する側の面に、ディンプル加工を施すことによって形成することができる。この場合、反射部３２ａは、多数の凸面が形成された表面によるフレネル反射を利用して、励起光ＢＬｃのうち一部の光ＢＬｃ１を偏光分離素子５０Ａに向けて拡散反射させることができる。
【００４３】
本実施形態においては、図３に示すように、蛍光体層３２の励起光ＢＬｃが入射する側とは反対側に、反射素子３２ｂが設けられている。反射素子３２ｂは、鏡面反射面からなる。鏡面反射面は、蛍光体層３２で生成された蛍光光ＹＬ１を反射する。具体的に、鏡面反射面は、蛍光体層３２の励起光ＢＬｃが入射する側とは反対側の面に、反射膜３２ｃを設けることによって形成することができる。
【００４４】
また、鏡面反射面は、基板３３が光反射性を有する材料で形成されている場合、反射膜３２ｃを省略して、基板３３の蛍光体層３２と対向する面を鏡面化することによって形成することができる。
【００４５】
また、反射素子３２ｂは、反射部を兼ねてもよい。すなわち、蛍光発光素子２８に入射したけれども蛍光に変換されなかった励起光を、偏光分離素子５０Ａに向けて反射素子３２ｂで反射させる構成としてもよい。ただし、この場合には、偏光分離素子５０Ａに向けて反射される励起光は蛍光体層３２の内部を透過するため、蛍光体層３２によって励起光の偏光状態が乱される。蛍光体層３２によって励起光の偏光状態が乱されると、位相差板２６を再度透過した励起光は偏光分離素子５０Ａを透過できない成分（Ｓ偏光成分）を多く含むことになり、照明光ＷＬとしての利用効率が低下する。この観点から、励起光ＢＬｃのうち照明光として利用する成分が蛍光体層３２の内部を通らないように、蛍光体層３２の光入射側に反射部３２ａを設けることが望ましい。
【００４６】
図２に示すように、蛍光体層３２は、蛍光体層３２の側面に設けられた光反射性を有する無機接着剤Ｓにより基板３３に固定されている。基板３３の蛍光体層３２を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３４が設けられている。
【００４７】
蛍光体層３２で生成された蛍光光のうち、基板３３側に向かう一部の蛍光光ＹＬ１は、反射素子３２ｂにより反射され、蛍光体層３２の外部に射出される。また、蛍光体層３２で生成された蛍光光のうち、基板３３と反対側に向かう他の一部の蛍光光ＹＬ２は、反射素子３２ｂを介することなく蛍光体層３２の外部に射出される。このようにして、蛍光体層３２から偏光分離素子５０Ａに向けて黄色の蛍光光ＹＬが射出される。
【００４８】
蛍光体層３２から偏光分離素子５０Ａに向けて射出された黄色の蛍光光ＹＬは、ピックアップ光学系２７および位相差板２６を透過する。蛍光光ＹＬは非偏光のため、蛍光光ＹＬは、位相差板２６を通過した後も非偏光のままで偏光分離素子５０Ａに入射する。蛍光光ＹＬは、偏光分離素子５０Ａを透過する。
【００４９】
一方、反射部３２ａで反射した青色の光ＢＬｃ１は、再びピックアップ光学系２７および位相差板２６を透過する。光ＢＬｃ１は、位相差板２６を透過することにより、円偏光からＰ偏光の光ＢＬｐに変換される。Ｐ偏光の光ＢＬｐは、偏光分離素子５０Ａを透過する。
【００５０】
ここで、偏光分離素子５０Ａを透過する青色の光ＢＬｐと黄色の蛍光光ＹＬとが合成されることにより、白色の照明光ＷＬが得られる。照明光ＷＬは、偏光分離素子５０Ａを透過した後に、インテグレーター光学系２９に入射する。なお、色温度の高い白色光（照明光）ＷＬを得るためには、光ＢＬｃ１に対する反射部３２ａの反射率を１０〜２５％とすることが好ましく、１５〜２０％とすることがより好ましい。
【００５１】
インテグレーター光学系２９は、被照明領域である液晶パネルにおける輝度分布（照度分布）を均一化する。インテグレーター光学系２９は、レンズアレイ２９ａおよびレンズアレイ２９ｂから構成されている。レンズアレイ２９ａおよびレンズアレイ２９ｂの各々は、複数のレンズがアレイ状に配列された構成を有する。インテグレーター光学系２９を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３０に入射する。
【００５２】
偏光変換素子３０は、照明光ＷＬを直線偏光に変換する。偏光変換素子３０を通過した照明光ＷＬは、重畳光学系３１に入射する。
【００５３】
重畳光学系３１は、重畳レンズから構成されている。照明光ＷＬは、重畳光学系３１を透過することにより被照明領域である液晶パネル上で重畳され、輝度分布が均一化されるとともに光軸周りの軸対称性が高められる。
【００５４】
インテグレーター光学系２９と偏光変換素子３０との間の光路上に、光量モニター用ミラー４２が設けられている。光量モニター用ミラー４２は、光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置されている。光量モニター用ミラー４２は、光量モニター用ミラー４２に入射した光の一部を反射させ、残りを透過させる。光量モニター用ミラー４２を透過した光は偏光変換素子３０に入射し、光量モニター用ミラー４２で反射した光はセンサーユニット４３に入射する。センサーユニット４３の詳細な構成については後述する。
本実施形態のセンサーユニット４３は、特許請求の範囲の検出装置に対応する。
【００５５】
図６に示すように、光量モニター用ミラー４２は、偏光変換素子３０の光入射領域Ｒを避けて配置された保持部材４８によって保持されている。偏光変換素子３０の光入射領域Ｒとは、インテグレーター光学系２９から射出された複数の光束の各々が入射する領域である。光量モニター用ミラー４２は、半導体レーザー２１ａから射出された光の２次光源像が形成される位置に配置される。ここでは、図２に示すように、光量モニター用ミラー４２がインテグレーター光学系２９と偏光変換素子３０との間の光路上に配置された例を示した。この例に代えて、光量モニター用ミラー４２は、偏光変換素子３０と重畳光学系３１との間の光路上に配置されていてもよい。
【００５６】
本実施形態の場合、光量モニター用ミラー４２は、インテグレーター光学系２９と偏光変換素子３０との間の光路上の２次光源像の形成位置に配置されている。そのため、光路中に光量モニター用ミラー４２を配置して光の一部を取り出したとしても、被照明領域である光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇおよび光変調装置４Ｂ上において照度ムラが生じることはない。そのため、２次光源像１個分の照度低下を許容できるならば、光量モニター用ミラー４２は、必ずしも一部の光を透過し、残りの光を反射するミラーでなくてもよく、全ての光を反射するミラーであってもよい。
【００５７】
以下、位相差板２６の回転機構５７について説明する。
図４に示すように、位相差板２６は、円形の板体２６ａで構成され、板体２６ａから外側に突出する棒状部２６ｂが設けられている。位相差板２６は、保持部材４９によって回転可能に保持されている。位相差板２６の棒状部２６ｂは保持部材４９の外側に突出している。位相差板２６は、棒状部２６ｂが保持部材４９の主面に沿った方向に移動することにより回転する。
【００５８】
図５に示すように、位相差板２６の回転機構５７は、センサーユニット４３、制御装置４４、モーター４７などを備えている。位相差板２６の棒状部２６ｂと保持部材４９の壁部４９ａとの間の空間にバネ５５が挿入されている。また、モーター４７の回転軸４７ａの先端にネジ部材５１が固定されている。モーター４７の回転によりネジ部材５１が回転すると、ネジ部材５１が図５の矢印Ａの向きに棒状部２６ｂを押し、位相差板２６は反時計回りに回転する。ネジ部材５１が棒状部２６ｂを押す力が解除されると、バネ５５の作用により位相差板２６は時計回りに回転し、中立位置に戻る。位相差板２６の回転に伴い、位相差板２６の光学軸２６ｃが回転する。
【００５９】
センサーユニット４３は、青色の光ＢＬｐの強度を検出する青色光用センサー５２と、黄色の蛍光光ＹＬの強度を検出する黄色光用センサー５３と、青色光ＢＬｐと黄色の蛍光光ＹＬとを分離するダイクロイックミラー５４と、を備えている。光量モニター用ミラー４２から取り出された光は、センサーユニット４３に入射し、ダイクロイックミラー５４により青色の光ＢＬｐと黄色の蛍光光ＹＬとに分離される。青色の光ＢＬｐの強度は、青色光用センサー５２により検出される。黄色の蛍光光ＹＬの強度は、黄色光用センサー５３により検出される。
【００６０】
センサーユニット４３からの青色の光ＢＬｐの強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度の検出結果は、制御装置４４に出力される。制御装置４４は、青色の光ＢＬｐの強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度との比が基準値に近付くように、位相差板２６を回転させて位相差板２６の光学軸２６ｃの方向を変化させる。青色の光ＢＬｐの強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度との比の基準値は、プロジェクター１の使用開始時点の初期にセンサーユニット４３により測定された青色の光ＢＬｐの強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度とに基づいて決定された値であってもよい。もしくは、青色の光ＢＬｐの強度と黄色の蛍光光ＹＬの強度との比の基準値として、プロジェクター１における設計値を用いてもよい。
【００６１】
ここで、プロジェクター使用時の経時変化により蛍光体層３２の表面が劣化し、蛍光体層３２から射出される光の量が変化する場合を想定する。この場合に生じるホワイトバランスのずれに対する本実施形態の対応策の考え方を、図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００６２】
例えば蛍光体層３２の経時変化、温度上昇、ゴミや埃の付着などの要因により、蛍光体層３２の表面、すなわち蛍光体層３２の励起光が入射する面が劣化する場合がある。蛍光体層３２の表面が劣化すると（図７のステップＳ１）、それに伴って励起光の量が減少し、蛍光体層３２から射出される蛍光光ＹＬの光量は減少する（図７のステップＳ２）。ここでは、蛍光光ＹＬの光量が減少する場合を例にとって説明するが、蛍光光ＹＬの光量は増加する場合もある。しかし、いずれの場合もホワイトバランスが崩れる。
【００６３】
このとき、蛍光体層３２の表面の劣化に伴って、反射部３２ａにおける青色の光ＢＬｐの反射率が増加する（図７のステップＳ３）。これにより、黄色の蛍光光ＹＬの光量に対する青色の光ＢＬｐの光量の比が増加する。その結果、青色の光ＢＬｐと黄色の蛍光光ＹＬとの合成光である白色光のホワイトバランスが崩れる（図７のステップＳ４）。具体的には、黄色の蛍光光ＹＬの光量に対する青色の光ＢＬｐの光量の比が増加するため、合成光は青色味を帯びた白色を呈する。
【００６４】
ここで、光量モニター用ミラー４２から取り出された光に含まれる青色の光ＢＬｐの光量（強度）と黄色の蛍光光ＹＬの光量（強度）とが、センサーユニット４３により測定される（図７のステップＳ５）。制御装置４４に、プロジェクター１の使用開始時点の初期の強度値に基づいて決定された、青色光強度と黄色光強度との比の基準値が予め記憶されている。制御装置４４は、センサーユニット４３が検出した現在の青色光強度と黄色光強度との比と基準値とを比較する。その結果、現在の青色光強度と黄色光強度との比と基準値との差が許容範囲を超えている場合、現在の青色光強度と黄色光強度との比が基準値（初期値）に近付くように、位相差板２６を回転させる（図７のステップＳ６）。
【００６５】
位相差板２６を所定の角度だけ回転させることにより、位相差板２６で生成されるＳ偏光の光ＢＬｓの量とＰ偏光の光ＢＬｐの量との割合を調整できる。具体的には、本例の場合、青色味を帯びた白色光をより白い白色光に調整するために、光ＢＬｓの量に対する光ＢＬｐの量の比を減少させればよい。これにより、白色光のホワイトバランスが崩れたときと比べて、偏光分離素子５０Ａを透過する青色光となるＰ偏光成分ＢＬｐの光量が相対的に減少するため、合成光は青色味を帯びた色からより白色に近い光となり、ホワイトバランスを改善することができる。
【００６６】
位相差板２６を回転させていない初期状態においてＰ偏光の光ＢＬｐの量が最大となるように位相差板２６の光学軸２６ｃを配置した場合、Ｐ偏光の光ＢＬｐの光量を減少させる方向にのみ調整が可能である。この構成に代えて、初期状態においてＰ偏光の光ＢＬｐの量が最大値よりも若干小さい値を取るように位相差板２６の光学軸２６ｃを配置した場合、Ｐ偏光の光ＢＬｐの光量を減少させる方向および増加させる方向の双方に調整が可能である。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態の照明装置２によれば、センサーユニット４３が検出した青色光強度と黄色光強度とに基づいて位相差板２６の回転角を制御するため、例えば蛍光体層３２、半導体レーザー２１ａ、その他の光学部品などの経時変化等に起因するホワイトバランスのずれを的確に補正し、ホワイトバランスの調整を行うことができる。
【００６８】
特に、光量モニター用ミラー４２により２次光源像の一部を取り出して検出を行うため、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇおよび光変調装置４Ｂ上での照度ムラを生じさせることなく、ホワイトバランスの調整を精度良く行うことができる。本実施形態によれば、この種の照明装置２を備えたことにより、画像のホワイトバランスに優れ、表示品質の高いプロジェクター１を実現することができる。
【００６９】
ホワイトバランスの調整を行うタイミングとして、例えばプロジェクター１の主電源投入直後に行う設定とすることが望ましい。その理由は、プロジェクター１の主電源投入直後に調整が行われる構成であれば、使用者に画像の色味の変化が認識されにくいからである。ただし、ホワイトバランスの調整をプロジェクター１の主電源投入直後だけに行ったのでは、プロジェクター１の使用中にホワイトバランスがずれた場合に対応できない。したがって、プロジェクター１の使用中であっても所定の時間間隔でホワイトバランスの調整を行う構成としてもよい。
【００７０】
なお、本実施形態では、アレイ光源２１を構成する複数の半導体レーザー２１ａの全てが青色光を射出するものであり、青色光を励起光として黄色光を発する蛍光体層３２を用いる例を挙げた。この構成に代えて、アレイ光源を構成する複数の半導体レーザーとして、青色光を射出する半導体レーザーと赤色光を射出する半導体レーザーとを混在させ、青色光を励起光として緑色光を発する蛍光体層を用いてもよい。
【００７１】
この場合には、半導体レーザーから射出され、蛍光体層表面の反射部で反射した青色光および赤色光と、蛍光体層で生成された緑色光と、が合成されることにより白色の照明光が得られる。この構成においては、偏光分離素子として、青色光および赤色光に対して偏光分離機能を有し、緑色光は偏光状態に係わらず、透過させる色分離特性を有する偏光分離素子を用いればよい。
【００７２】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図８を用いて説明する。
第２実施形態の照明装置の基本構成は第１実施形態と同様であるが、半導体レーザーから射出される光の偏光状態および偏光分離素子の特性が第１実施形態と異なり、それに伴ってアレイ光源側の光学系と蛍光発光素子側の光学系との位置関係が第１実施形態と異なる。
図８は、第２実施形態の照明装置の概略構成図である。
図８において、第１実施形態で用いた図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７３】
第１実施形態における半導体レーザーは、半導体レーザーから射出する励起光の偏光方向を、偏光分離素子で反射される偏光成分であるＳ偏光成分の偏光方向と一致させていた。これに対し、本実施形態の照明装置６２においては、半導体レーザー２１ａから射出される励起光ＢＬの偏光方向を、偏光分離素子５０Ｂを透過する偏光成分であるＰ偏光成分の偏光方向と一致させている。この変更に伴い、光学素子２５Ｂに対して蛍光発光素子２８側の光学系、すなわち、蛍光発光素子２８、ピックアップ光学系２７および位相差板２６は、アレイ光源２１側の光学系と同一の光軸ａｘ１上に配置されている。
【００７４】
また、第１実施形態では、蛍光発光素子２８側の光学系（蛍光発光素子２８、ピックアップ光学系２７および位相差板２６）と、光学素子２５Ａよりも光射出側の光学系（インテグレーター光学系２９、偏光変換素子３０および重畳光学系３１）と、が同一の光軸ａｘ２上に配置されていた。これに対し、本実施形態では、蛍光発光素子２８側の光学系（蛍光発光素子２８、ピックアップ光学系２７および位相差板２６）と、光学素子２５Ｂよりも光射出側の光学系（インテグレーター光学系２９、偏光変換素子３０および重畳光学系３１）と、が互いに直交する光軸ａｘ１、光軸ａｘ２上にそれぞれ配置されている。
【００７５】
また、本実施形態の偏光分離素子５０Ｂは、励起光ＢＬのうちのＳ偏光成分を反射させ、励起光ＢＬのＰ偏光成分を透過させる偏光分離機能を有するとともに、励起光ＢＬの波長帯である第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の光、すなわち黄色の蛍光光ＹＬを、偏光状態にかかわらず反射させる色分離機能を有する。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００７６】
本実施形態においても、ホワイトバランスの調整が可能な照明装置を実現できるといった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態では、青味がかった白色の照明光がより白い照明光となるようにホワイトバランスを調整するために位相差板の回転角を調整する例を示したが、照明光の色味を意図的に変えるために位相差板の回転角を調整してもよい。例えば、青味がかった白色光もしくは黄色味がかった白色光を意図的に生成するため、位相差板の回転角を調整してもよい。
【００７８】
その他、照明装置およびプロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料などについては、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、本発明による照明装置を、液晶ライトバルブを用いた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。光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。
【００７９】
上記実施形態では、本発明による照明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。本発明による照明装置は、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】
【００８０】
１…プロジェクター、２，６２…照明装置、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投射光学系、２１ａ…半導体レーザー（光源）、２６…位相差板、３２…蛍光体層、３２ａ…反射部、３２ｂ…反射素子、４３…センサーユニット（検出装置）、４４…制御装置、５０Ａ，５０Ｂ…偏光分離素子、５７…回転機構。
【図１】
2016145936.tif 000003
【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】
2016145936.tif 000008
【図７】
2016145936.tif 000009
【図８】
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