(57)【要約】【課題】照明光をより効率よく得ることが可能な照明装置を提供する。【解決手段】投射表示装置等に用いられる照明装置１を、光源１０と、ライトトンネル１４とを有して構成する。ライトトンネル１４は、光入射開口部１５、光出射開口部１６、導光経路１７、該導光経路１７を側方から囲む内側面としての反射面２０、光源１０からの励起光ＬＢにより励起され、励起光ＬＢとは異なる波長帯域の蛍光ＬＦを生じさせる蛍光体層１９と、光入射開口部１５近傍で発散して蛍光体層１９に照射されるように励起光ＬＢをライトトンネル１４に入射させる集光光学系１３と、光入射開口部１５近傍に設けられ、蛍光ＬＦを反射して光出射開口部１６の方向に導く波長選択素子２１と、を備えて構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長帯域の光を生成する光源と、
光が入射する光入射部、光が出射する光出射部、前記光入射部から前記光出射部まで延在する導光経路を有する導光部材と、を備え、
前記導光部材は、内部に、前記光源からの光とは異なる波長帯域に波長変換された光を生じさせる波長変換部材を含み、
前記光入射部には、前記光源からの光を透過させ、前記波長変換された光を反射させる波長選択部が配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光源と前記導光部材との間に、前記光源からの光を前記光入射部近傍で発散させて前記波長変換部材に照射されるように前記導光部材に入射させる入射部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記導光部材は、前記光入射部側の口径が最も小さく、前記光出射部に向かって次第に口径が大きくなるようなテーパ構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光入射部を、前記励起光の入射側の端部近傍であって前記波長変換部材に対向する位置に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光出射部に、前記波長変換された光を透過し、前記励起光を反射する第二の波長選択部を配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記導光部材は、少なくとも前記波長変換部材を設けた内側面を、熱伝導性を有する部材で形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記導光部材は、前記波長変換部材を設けた内側面とは反対側の外側面に、放熱構造体を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記波長変換部材として、前記励起光に励起されて少なくとも緑色を含む蛍光を生じさせる蛍光体が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
所定の波長帯域の光を生成する光源と、
光が入射する光入射部、光が出射する光出射部、前記光入射部から前記光出射部まで延在する導光経路を有する導光部材と、を備え、
前記導光部材は、内部に、前記光源からの光とは異なる波長帯域に波長変換された光を生じさせる波長変換部材を含み、
前記光入射部には、前記波長変換された光を選択的に取り出して前記光出射部の方向に導く波長選択部が配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
前記波長選択部は、前記光源からの光を透過し、前記波長変換された光を反射して前記光出射部の方向に導くことを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記波長変換部材は、少なくとも赤色成分と緑色成分を含む蛍光を発する波長変換部材であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記蛍光を、赤色の波長帯域を含む赤色照明光と緑色の波長帯域を含む緑色照明光に分離する波長分離部を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記波長分離部は、緑色の波長帯域を含む緑色照明光を選択的に取り出す第一の波長分離部と、赤色の波長帯域を含む赤色照明光を選択的に取り出す第二の波長分離部の少なくとも２つ以上の領域で構成され、該第一の波長分離部と該第二の波長分離部とが前記蛍光の光路上を時間順次で入れ替わるように構成されたことを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の照明装置と、該照明装置から時間順次で得られる少なくとも２色の照明光が照明され、各色に対応して変調された画像を表示する単一のライトバルブと、該ライトバルブで得られた前記画像を投影する投射光学系と、を備えたことを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及び画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光体に青色レーザなどの比較的短波長の励起光を蛍光体に照射して緑や赤などの蛍光を得て、その蛍光を照明光として利用する波長変換技術が知られている。青色レーザ等の個体光源は、応答性のよい光源装置となるため、画像投射装置（以下、「プロジェクタ」という）の光源として広く展開されている。そして、この波長変換技術を利用して、プロジェクタにおいて緑色等、様々な照明光を効率よく取り出すことが試みられている。
【０００３】
この場合、光源のサイズはより小さいほうが、プロジェクタの表示パネルへ効率よく照明光を導くことができるため、製品の多くは励起光を集光して蛍光体に照射している。しかし、蛍光体への励起光の照射エリアが小さく、必要な蛍光の光量が得られないため、照明光を導く導光部材に蛍光体を配置したプロジェクタが開発されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
特許文献１には、蛍光体が含有された導光部材としての透光性ロッドをライトトンネルとして用い、ライトトンネルへ励起光を入射させることで、ライトトンネル内で生じた蛍光を、該ライトトンネルの導光作用により取り出して出射させるプロジェクタが開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、蛍光体から生じた蛍光が、該蛍光体を含有する透光性ロッド内を進行するため、その分透過率が低くなり出射出口に導かれる光のロスが生じ、効率の高い蛍光を得られないという問題点があった。
【０００６】
これに対して、特許文献２には、励起光の光路を複数に切り替え、ライトトンネル内に塗布した複数の蛍光体にビーム状の励起光を順次に照射して、必要な波長の蛍光を得るプロジェクタが開示されている。蛍光体から生じた蛍光は、ライトトンネルの出射口まで、何度か内部反射することで、照明分布の均一化がなされた後に出射されるため、蛍光を照明光として出射出口に導くことができる。このように、より効率よく照明光が得られる技術の開発が望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、照明光をより効率よく得ることが可能な照明装置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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、所定の波長帯域の光を生成する光源と、光が入射する光入射部、光が出射する光出射部、光入射部から光出射部まで延在する導光経路を有する導光部材と、を備え、導光部材は、内部に、光源からの光とは異なる波長帯域に波長変換された光を生じさせる波長変換部材を含み、光入射部には、光源からの光を透過させ、波長変換された光を反射させる波長選択部が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、照明光をより効率よく得ることが可能な照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る照明装置を示す概略図であり、（ａ）は照明装置の光学図であり、（ｂ）は照明装置のライトトンネルを光出射開口部側から見た平面図である。
【図２】蛍光粒子に励起光が照射され、蛍光を発したときの状態を模式的に表した模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る照明装置の光学図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る照明装置の光学図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る照明装置の光学図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る照明装置の光学図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係る照明装置の光学図である。
【図８】本発明の第７実施形態に係る照明装置の光学図である。
【図９】本発明の第８実施形態に係る照明装置の光学図である。
【図１０】本発明の第９実施形態に係る照明装置の光学図である。
【図１１】本発明の第１０実施形態に係る画像投射装置（プロジェクタ）の光学図である。
【図１２】本発明の第１１実施形態に係る画像投射装置（プロジェクタ）の光学図である。
【図１３】本発明の第１２実施形態に係る画像投射装置（プロジェクタ）の光学図である。
【図１４】図１３に示されるカラーホイールの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下に、本発明に係る照明装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態における照明装置１の概略を示す図である。図１（ａ）は照明装置１の光学図であり、図１（ｂ）は照明装置１で用いるライトトンネル１４を光出射開口部１６側から見た平面図である。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、第１実施形態の照明装置１は、励起光を生成する励起光源である光源１０と、入射部の一例であり集光素子１１，１２からなる集光光学系１３と、導光部材の一例であるライトトンネル１４と、波長選択部の一例である波長選択素子２１とを備えて構成される。
【００１３】
光源１０は、励起光として青色の波長領域の光を発生する。光源１０として、固体発光素子である青色レーザダイオード（以下、「青色ＬＤ」という）を用いることで、該光源１０は波長４００ｎｍ〜４７０ｎｍの青色レーザ光を励起光ＬＢとして発生する。また、第１実施形態では、図１に示すように、青色ＬＤ一個のみからなる光源１０としているが、本発明の光源１０がこの構成に限定されることはない。例えば、複数の青色ＬＤ等の光源からなる発光アレイを用いて、これら複数の光源からの光を束ねて出射する構成とすることもできる。また、複数の光源を並列に配置して用いることもできる。以降の実施形態においても同様である。
【００１４】
なお、光源１０が青色ＬＤに限定されることはなく、青色光を発生する発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることもできる。また、青色光以外の光を発生するＬＤやＬＥＤ、紫外域の波長領域を生じるＬＤを用いることもできる。また、これらを複合したものを用いることもできる。
【００１５】
入射部（入射光学系）の一例である集光光学系１３は、光源１０からの光を集めてライトトンネル１４に導く。集光光学系１３の集光素子１１は、光源１０から発散して出射する励起光ＬＢを集めて平行光束として取り出す。平行光束とされた励起光ＬＢは、集光素子１２によって一旦集光された後、発散された状態でライトトンネル１４内に導かれる。
【００１６】
集光素子１１，１２からなる集光光学系１３は、入射部の一例を示すものであって、本発明の入射部がこの構成に限定されることはない。励起光ＬＢを発散した状態でライトトンネル１４内に導くものであれば、集光素子一つのみからなる集光光学系を用いることもできるし、反射ミラー、回折格子等を用いることもできる。
【００１７】
ライトトンネル１４は、光入射開口部（光入射部）１５と、光出射開口部（光出射部）１６と、光入射開口部１５から光出射開口部１６まで延在する導光経路１７と、該導光経路１７を側方から囲む内側面とを有して構成される。ライトトンネル１４は、光入射開口部１５から入射された励起光ＬＢを、内側面で反射させながら光出射開口部１６に向けて導く（ガイドする）。このように内部で光の反射を繰り返すことにより、ライトトンネル１４は、光の輝度分布を均一化する機能、すなわち、光の光量むらをなくす機能を有している。
【００１８】
本実施形態のライトトンネル１４は、図１（ａ）に示すように光入射開口部１５から光出射開口部１６まで口径が同一である。また、ライトトンネル１４は、図１（ｂ）に示すように光入射開口部１５から光出射開口部１６に向かう方向と直交する断面形状が四角形で、中空の角筒形状を呈する反射基材１８により形成されている。この反射基材１８は、ガラス材料等の光透過性の基材１８ａの内側に反射膜１８ｂが設けられた部材である。
【００１９】
反射基材１８の反射膜１８ｂは、励起光ＬＢ及び蛍光ＬＦを反射する。この反射膜１８ｂは、誘電体多層膜で形成することもできるし、アルミコート等の金属コートにより形成することもできる。また、反射率の高い金属を設置することにより形成することもできる。
【００２０】
このような角筒形状の反射基材１８からなるライトトンネル１４の長手方向の両端部は、光入射開口部１５及び光出射開口部１６として開放されている。光出射開口部１６のアスペクト比は、照明装置１から出射する照明光が照射される被照射部（例えば、画像投射装置のＤＭＤ等の光変調素子）のアスペクト比と同等としている。
【００２１】
また、反射基材１８の４つの内側面の一面（上面）全体に、波長変換部材の一例である蛍光体層１９を形成し、他の三面には蛍光体層１９を形成せず、反射膜１８ｂによって光を反射して光出射開口部１６に導く反射面２０としている。なお、蛍光体層１９を設けた一面も反射膜１８ｂの作用により、反射面２０として蛍光ＬＦを反射する。
【００２２】
蛍光体層１９は、励起光ＬＢにより励起されて、励起光ＬＢとは異なる波長帯域に波長変換された光（蛍光ＬＦ）を生じる。蛍光体層１９の蛍光材料として、短波長の光を受けて、より長波長の光を発するものを用いることが好ましい。
【００２３】
例えば、照明光として緑色光を出射させる場合には、励起光ＬＢを受けて、緑色の波長帯域（例えば、波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍ）を含む蛍光ＬＦを生じる蛍光材料を用いることができる。照明光として赤色光を出射させる場合には、赤色の波長帯域（例えば、波長５８０ｎｍ〜７５０ｎｍ）を含む蛍光ＬＦを生じる蛍光材料を用いることができる。また、照明光として黄色光を出射させる場合には、黄色の波長帯域（例えば、波長４５０ｎｍ〜７５０ｎｍ）を含む蛍光ＬＦを生じる蛍光材料を用いることができる。
【００２４】
このように、照明装置１から出射させる照明光に応じて適宜の蛍光材料を用いることができる。また、励起光ＬＢを波長変換して励起光ＬＢとは異なる波長帯域の光を生じさせるものであれば、蛍光体以外の波長変換部材を用いることもできる。
【００２５】
蛍光体層１９は、蛍光材料を、ライトトンネル１４の内側面の一面に直接塗布して形成することができる。また、蛍光体層１９を得る他の手段として、蛍光材料をバインダー等に含有させて塗布することもできる。また、蛍光材料の塗布の代わりに、ガラス材料に蛍光材料を混入させた基材１８ａを用いて波長変換部材を構成することもできる。
【００２６】
また、蛍光体層１９を設ける領域が、反射基材１８の内側面の一面のみに限定されることもなく、隣接する二面、または三面に設けることもできる。なお、四面すべてに蛍光体層１９を設けることもできる。しかし、蛍光体層１９から発光効率よく蛍光ＬＦを生じさせ、かつ、生じた蛍光ＬＦを反射して光出射開口部１６に効率的に導くことを考慮して、蛍光体層１９を設ける領域を三面以下とすることが好ましく、内側面の１／２以下、即ち、二面又は一面に設けることがより好ましい。
【００２７】
また、ライトトンネル１４の光入射開口部１５には、光源１０からの励起光ＬＢを透過し、蛍光体層１９から生じる蛍光ＬＦを反射させる光学特性を有する波長選択素子２１が配置されている。この波長選択素子２１は、励起光ＬＢを透過するガラス材料等からなる基材２１ａに、励起光ＬＢを透過し蛍光ＬＦを反射する波長選択膜２１ｂが蒸着等された部材からなる。この構成により、励起光ＬＢは波長選択素子２１を透過してライトトンネル１４内に入射するが、蛍光ＬＦは波長選択素子２１によって反射されて光出射開口部１６の方向に導かれる。
【００２８】
上述のような構成の第１実施形態の照明装置１では、光源１０から発生した励起光ＬＢは、集光素子１１で平行光束とされる。平行光束となった励起光ＬＢは、集光素子１２によって一旦集光され、波長選択素子２１を透過した後、発散した状態でライトトンネル１４内に導かれ、ライトトンネル１４の内側面に設けられた蛍光体層１９に照射される。
【００２９】
このようにライトトンネル１４内に発散した状態で励起光ＬＢが入射することで、励起光ＬＢを蛍光体層１９上の広い領域に照射することができ、蛍光体層１９から効率的に蛍光ＬＦを生じさせることができる。また、蛍光体層１９を内側面の一面全体に設けたことから、蛍光体層１９を配置していない反射面２０に導かれた光線も、その反射面２０で反射された後、蛍光体層１９に導かれるため、蛍光体層１９による励起光ＬＢの波長変換効率を向上させることができる。波長変換された蛍光ＬＦは、内側面の反射面２０によって反射されながら、光出射開口部１６に導かれた後、光出射開口部１６から出射する。
【００３０】
ここで、図２に、蛍光粒子Ｐに励起光ＬＢが照射され、蛍光ＬＦを発する模式図を示した。この図２に示すように、励起光ＬＢが照射されると、蛍光粒子Ｐは３６０度全方位に蛍光ＬＦを放つ。つまり、励起光ＬＢの直進性はその時点でなくなり、蛍光粒子Ｐが新たな光源となって蛍光ＬＦを拡散発光する。
【００３１】
ライトトンネル１４内の蛍光体層１９から生じた蛍光ＬＦも同様の原理で、３６０度全方位に拡散する。したがって、光入射開口部１５の方向に戻る蛍光ＬＦも存在する。このような蛍光ＬＦは、光入射開口部１５に配置された波長選択素子２１によって反射され、光出射開口部１６の方向に導かれる。
【００３２】
これにより、３６０度方向に発光した蛍光ＬＦを、ライトトンネル１４の光出射開口部１６へ向かわせることができ、照明光としての蛍光ＬＦを、より効率よく取り出すことが可能となる。なお、光入射開口部１５の方向に戻る蛍光ＬＦを、選択的に取り出して光出射開口部１６の方向へ導くものであれば、波長選択部が第１実施形態や以降の実施形態の波長選択素子２１の構成に限定されることはなく、適宜の構成のものを用いることができる。
【００３３】
以上、第１実施形態によれば、励起光ＬＢを発散した状態でライトトンネル１４に入射させることで、波長変換部材としての蛍光体層１９のより広い領域に励起光ＬＢを照射することができる。この蛍光体層１９から生じた蛍光ＬＦは、内側面の反射面２０で反射され、光出射開口部１６へ向けて導かれる。さらに、光入射開口部１５でも波長選択素子２１によって蛍光ＬＦが反射され、ライトトンネル１４内を光出射開口部１６へ向けて導かれる。したがって、より多くの蛍光ＬＦを照射光として得ることができ、より明るい照明装置１を提供することができる。また、このような照明装置１は、画像投射装置等に好適に用いることができる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る照明装置について、図３を参照しながら説明する。図３は、第２実施形態に係る照明装置１Ａの光学図である。第２実施形態の照明装置１Ａは、ライトトンネル１４に代えて、図３に示すようなテーパ型（角錐台型）のライトトンネル１４Ａを用いたこと以外は、図１に示す第１実施形態の照明装置１と同様の基本構成を有している。そのため、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。以降の実施形態でも同様である。
【００３５】
上記第１実施形態のライトトンネル１４は、光入射開口部１５から光出射開口部１６まで口径が同一で側面形状を長方形とする角筒形状の部材を用いている。これに対して、第２実施形態のライトトンネル１４Ａは、光入射開口部１５の口径が最も小さく、光出射開口部１６に向かって口径が次第に大きくなり、光出射開口部１６で口径が最も大きくなるテーパ構造である。このようにテーパ構造としたこと以外は、第２実施形態のライトトンネル１４Ａは、第１実施形態のライトトンネル１４と同様の構成を有し、反射基材１８の内側面の一面全体に、蛍光体層１９を設けている。
【００３６】
以上の構成の第２実施形態の照明装置１Ａでも、第１実施形態の照明装置１と同様の作用により、より多くの蛍光を照射光として得ることができ、画像投射装置等に適したより明るい製品を提供することができる。さらに、第２実施形態の照明装置１Ａでは、ライトトンネル１４Ａをテーパ構造とすることにより、３６０度全方位に発光する蛍光ＬＦが導光経路１７で複数反射されるたびに、反射角度の変換がなされ、光出射開口部１６側に向かわせることができる。また、蛍光ＬＦを照明光として出射する際に、角度特性が揃って出射するようになる。したがって、より明るく、より光学性能に優れた照明装置１Ａを提供することができる。
【００３７】
なお、ライトトンネル１４Ａを、光入射開口部１５の口径が最も大きく、光出射開口部１６に向かって口径が次第に小さくなり、光出射開口部１６で口径が最も小さくなるテーパ構造とすることもできる。この場合、励起光ＬＢが入射する光入射開口部１５の口径が大きいため、励起光ＬＢをより発散した状態で入射させて、蛍光体層１９のより広い面積に照射させることができる。
【００３８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る照明装置について、図４を参照しながら説明する。図４は、第３実施形態に係る照明装置１Ｂの光学図である。第３実施形態の照明装置１Ｂは、テーパ構造のライトトンネル１４Ａを備えた第２実施形態の変形例である。第３実施形態の照明装置１Ｂでは、蛍光体層１９とは構成の異なる蛍光体層１９Ｂを設けたライトトンネル１４Ｂを用いたこと以外は、第２実施形態の照明装置１Ａと同様の基本構成を有している。以下、第２実施形態と異なる構成について説明する。
【００３９】
上記第２実施形態では、テーパ構造のライトトンネル１４Ａの４つの内側面のうちの一面全体に蛍光体層１９を設けている。これに対して、第３実施形態では、図４に示すように、テーパ構造のライトトンネル１４Ｂの４つの内側面の光入射開口部１５側の約半分の全周に蛍光体材料を塗布して蛍光体層１９Ｂを設けている。
【００４０】
以上の構成の第３実施形態の照明装置１Ｂでも、第１実施形態の照明装置１と同様の作用により、より多くの蛍光ＬＦを照射光として得ることができ、表示装置等に適したより明るい製品を提供することができる。さらに、内側面の光入射開口部１５側の全周に蛍光体層１９Ｂを設けた構成とすることで、波長変換された蛍光ＬＦが、蛍光体層１９Ｂに再び衝突する。この場合、多くの蛍光ＬＦは正反射するが、蛍光粒子による散乱も生ずるために、蛍光ＬＦの反射ロスが生じるのを防ぎ、より効率よく蛍光ＬＦを光出射開口部１６へと導くことができ、より明るい照明装置１Ｂを提供することができる。
【００４１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る照明装置について、図５を参照しながら説明する。図５は、第４実施形態に係る照明装置１Ｃの光学図である。この図５に示すように、第４実施形態の照明装置１Ｃは、光源１０と、集光素子１１，１２からなる集光光学系１３と、テーパ構造のライトトンネル１４Ｃと、波長選択素子２１と、を備えて構成される。
【００４２】
第４実施形態のライトトンネル１４Ｃは、第２実施形態のライトトンネル１４Ａと同様の構成を有しているが、第４実施形態では、ライトトンネル１４Ｃの中心軸に対して斜め方向から励起光ＬＢを入射させている。
【００４３】
上記第１〜第３実施形態では、ライトトンネル１４，１４Ａ，１４Ｂの中心軸に対して略平行に励起光ＬＢを入射させている。つまり、光出射開口部１６からの光の出射方向に向けて励起光ＬＢを入射させている。この構成では、光軸近傍を通過する光線は、蛍光体層１９への照射や内部反射されることなく、直接に光出射開口部１６に到達する場合がある。
【００４４】
これに対して、第４実施形態では、光入射開口部１５を介してライトトンネル１４Ｃ内に、蛍光体層１９を設けていない側から、蛍光体層１９に向けて斜め方向に励起光ＬＢを入射させ、この励起光ＬＢで蛍光体層１９を照射している。この実現のため、図５に示すように、光源１０と、集光素子１１，１２からなる集光光学系１３とを、蛍光体層１９を設けていない側であって、その光軸がライトトンネル１４Ｃの中心軸に対して斜め方向、すなわち、光出射開口部１６からの光の出射方向に対して斜め方向となるように配置している。
【００４５】
この構成により、光源１０から出射した励起光ＬＢは、集光光学系１３にて光入射開口部１５で一旦集光され、発散した状態で蛍光体層１９に導かれて蛍光体層１９を照射する。そのため、光出射開口部１６に直接に到達する励起光ＬＢを少なくすることができる。
【００４６】
以上、第４実施形態の照明装置１Ｃでも、第１実施形態の照明装置１と同様の作用により、より多くの蛍光を照射光として得ることができ、画像投射装置等に適したより明るい製品を提供することができる。さらに、第４実施形態では、ライトトンネル１４Ｃの中心軸に対して励起光ＬＢを斜めに入射させて蛍光体層１９に導いているため、励起光ＬＢをくまなく蛍光体層１９に照射することができる。そのため、蛍光ＬＦへの波長変換効率が向上し、より多くの蛍光を効率的に得ることが可能となり、より明るい照明装置１Ｃを提供することができる。
【００４７】
なお、第４実施形態では、励起光ＬＢが直接に蛍光体層１９に導かれて効率よく波長変換される。そのため、少なくとも励起光ＬＢが直接に照射される領域に蛍光体層１９を設ければよく、蛍光体層１９の軸方向の面積を小さくすることもでき、蛍光体材料の低減も可能となる。
【００４８】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る照明装置について、図６を参照しながら説明する。図６は、第５実施形態に係る照明装置１Ｄの光学図である。この図６に示すように、第５実施形態の照明装置１Ｄは、光源１０と、集光素子１１，１２からなる集光光学系１３と、テーパ構造のライトトンネル１４Ｄと、波長選択素子（波長選択部）としての波長選択膜２１Ｄと、を備えて構成される。
【００４９】
上記第１〜第４実施形態では、ライトトンネル１４，１４Ａ〜１４Ｃの光の入射側の一端部に光入射開口部１５を設けている。これに対して、第５実施形態では、図６に示すように、光の入射側の一端部の近傍であって蛍光体層１９Ｄに対向する位置、すなわち、ライトトンネル１４Ｄを構成する反射基材１８の側面に、光入射開口部１５Ｄを設けている。その実現のため、ライトトンネル１４Ｄを励起光ＬＢが透過する基材１８ａで形成し、この基材１８ａの蛍光体層１９Ｄに対向する内側面に反射膜１８ｂを形成しない領域を設け、この領域を励起光ＬＢが透過して入射する光入射開口部１５Ｄとしている。
【００５０】
そして、第５実施形態では、基材２１ａと波長選択膜２１ｂとからなる波長選択素子２１に代えて、ライトトンネル１４Ｄの基材１８ａの内側面の光入射開口部１５Ｄを設けた領域に、波長選択膜２１Ｄを設けて波長選択素子としている。このような波長選択膜２１Ｄでは、励起光ＬＢは光入射開口部１５Ｄからライトトンネル１４Ｄ内に入射するが、蛍光体層１９Ｄから発して波長選択膜２１Ｄに向かった蛍光ＬＦは、波長選択膜２１Ｄにより反射されて、ライトトンネル１４Ｄ内を光出射開口部１６の方向へ導かれる。
【００５１】
また、第５実施形態では、ライトトンネル１４Ｄの側面に設けられた光入射開口部１５Ｄに臨ませて、光源１０と集光素子１１，１２からなる集光光学系１３とを配置している。そして、図５に示すように、励起光ＬＢの光軸が光入射開口部１５Ｄの法線の方向となるように、光出射開口部１６からの光の出射方向に対して斜め方向（ライトトンネル１４Ｄの中心軸に対して斜め方向）から励起光ＬＢを入射させている。
【００５２】
この構成により、第５実施形態でも、励起光ＬＢのより多くの光線を蛍光体層１９Ｄに直接に導くことができ、蛍光ＬＦを効率的に生じさせることが可能となる。さらに、第４実施形態に比べて、より大きな角度で励起光ＬＢを蛍光体層１９Ｄに照射することができるため、蛍光体層１９Ｄの軸方向の面積を第４実施形態に比べて狭くすることも可能となる。
【００５３】
そのため、第５実施形態では、ライトトンネル１４Ｄの内側面の一面全体ではなく、内側面の一面の一部であって、発散した励起光ＬＢの照射領域を含む領域に、蛍光体層１９Ｄを設けている。この蛍光体層１９Ｄ及び光入射開口部１５Ｄを設けた領域以外の内側面は、励起光ＬＢ及び蛍光を反射する反射膜１８ｂが設けられた反射面２０となっている。
【００５４】
なお、ライトトンネル１４Ｄの入射側の一端部を開放せずに閉じ、その内側面にも反射膜１８ｂを形成することで、一端部側に進行する蛍光ＬＦを反射して、光出射開口部１６の方向に導くことができる。
【００５５】
以上、第５実施形態の照明装置１Ｄでも、第１実施形態の照明装置１と同様の作用により、より多くの蛍光を照射光として得ることができる。しかも励起光ＬＢをくまなく蛍光体層１９Ｄに照射することができ、蛍光ＬＦへの波長変換が向上し、画像投射装置等に適したより明るい製品を提供することができる。さらに、第５実施形態では、波長選択膜２１Ｄがライトトンネル１４Ｄの基板１８ａに蒸着等により設けているので、部品点数や組み付け工数を低減することができる。また、蛍光体層１９Ｄの蛍光材料の使用量を最小限に抑えることもできる。
【００５６】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係る照明装置について、図７を参照しながら説明する。図７は、第６実施形態に係る照明装置１Ｅの光学図である。第６実施形態の照明装置１Ｅは、第５実施形態の変形例であり、集光光学系１３を用いずに、光入射開口部１５Ｅに対して、ＬＥＤ等の発散する励起光ＬＢの光源１０Ｅを直接に配置した構成である。
【００５７】
この第６実施形態でも、テーパ構造のライトトンネル１４Ｅの側面に光入射開口部１５Ｅを設け、基材１８ａの光入射開口部１５Ｅを設けた領域に、励起光ＬＢを透過し蛍光ＬＦを反射する波長選択膜２１Ｅを設けている。そして、この波長選択膜２１Ｅを設けた光入射開口部１５Ｅに近接して、光源１０Ｅを配置し、光出射開口部１６からの光の出射方向に対して斜め方向（ライトトンネル１４Ｅの中心軸に対して斜め方向）から励起光ＬＢを入射させている。
【００５８】
この励起光ＬＢの照射領域に、蛍光体層１９Ｅを設けている。第５実施形態の光源１０Ｅからの励起光ＬＢは、より発散した状態で入射して照射領域をより広くできるため、第４実施形態よりも蛍光体層１９Ｅの面積を広くしている。また、光入射開口部１５Ｅを設けた領域以外の内側面は、励起光ＬＢ及び蛍光ＬＦを反射する反射膜１８ｂが設けられた反射面２０となっている。
【００５９】
この構成により、光源１０Ｅから出射した励起光ＬＢは、発散した状態で直接に光入射開口部１５Ｅからライトトンネル１４Ｅ内に入射する。したがって、本実施形態では光源１０Ｅが励起光ＬＢを発散させた状態で入射させる入射部として機能する。この発散した状態の励起光ＬＢの進行先には、蛍光体層１９Ｅが配置されているため、より多くの励起光ＬＢを蛍光体層１９Ｅに直接に導くことができ、励起光ＬＢをより広い照射領域で蛍光体層１９Ｅに照射できるようになる。
【００６０】
以上、第６実施形態の照明装置１Ｅでも、第１実施形態の照明装置１と同様の作用により、より多くの蛍光ＬＦを照射光として得ることができる。しかも励起光ＬＢをくまなく蛍光体層１９Ｅに照射することができ、蛍光ＬＦへの波長変換効率が向上し、画像投射装置等に適したより明るい製品を提供することができる。また、光源１０Ｅから発する励起光ＬＢを光入射開口部１５Ｅへと導く光学系が不要となり、その効率ロスが極力抑えられるため、より効率の高い照明装置１Ｅを得ることができる。
【００６１】
なお、第６実施形態において、光源１０Ｅと光入射開口部１５Ｅとの間に、平板型の回折格子などを配置して、発散する励起光ＬＢをある程度指向性の高いものとすることもでき、励起光ＬＢをより効率的に蛍光体層１９Ｅに照射することができる。
【００６２】
また、ライトトンネル１４Ｅは、励起光ＬＢを透過する基材１８ａの内側面の全域に励起光ＬＢを透過し、蛍光ＬＦを反射する波長選択膜２１Ｅを設けた構成とすることもできる。この構成により、蛍光のみを反射して効率的に光出射開口部１６の方向へ導くことができるとともに、励起光ＬＢが光出射開口部１６から出射されるのを防ぐことができる。
【００６３】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に係る照明装置について、図８を参照しながら説明する。図８は、第７実施形態に係る照明装置１Ｆの光学図である。この第７実施形態の照明装置１Ｆは、図３に示す第２実施形態の照明装置１Ａと同様の基本構成に加えて、図７に示すように、ライトトンネル１４Ｆの光の出口側である光出射開口部１６に、第二の波長選択素子（波長選択部）２２を配置した構成を有している。さらに、第７実施形態では、ライトトンネル１４Ｆの蛍光体層１９を設けた一面を、アルミニウム（Ａｌ）等の反射率の高い金属板からなる反射基材１８’で形成している。この反射基材１８’の金属製の内側面が反射面２０として作用し、蛍光体層１９から生じた蛍光ＬＦを効率よく光出射開口部１６へ向けて導くことができる。なお、反射基材１８’以外の３面は、ガラス材料等からなる基材１８ａに反射膜１８ｂを設けた反射基材１８で形成している。
【００６４】
第二の波長選択素子２２は、ガラス材料等からなる基材２２ａに、励起光ＬＢを反射し蛍光ＬＦを透過する波長選択膜２２ｂが設けられた部材からなる。この第二の波長選択素子２２により、光出射開口部１６からは、蛍光ＬＦが出射されるが、励起光ＬＢは反射されてライトトンネル１４Ｆ内に戻される。
【００６５】
ライトトンネル１４Ｆ内で、幾度か反射して光出射開口部１６から出射する光には、波長変換されずに残留した励起光ＬＢが少なからず存在する。また、前述したように光入射開口部１５から入射した励起光ＬＢのうち、内部反射されずに、直接に光出射開口部１６へと到達する励起光ＬＢも少なからず存在する。それらの励起光ＬＢは、波長変換に寄与しないし、波長変換された蛍光ＬＦの波長の純度にも影響することとなる。
【００６６】
そこで、第７実施形態では、光出射開口部１６に配置した第二の波長選択素子２２で、このような励起光ＬＢを反射してライトトンネル１４Ｆ内に戻すことで、再び励起光ＬＢとして用いることを可能としている。
【００６７】
以上、第７実施形態の照明装置１Ｆでも、第１実施形態の照明装置１と同様の作用により、より多くの蛍光を照射光として得ることができ、画像投射装置等に適したより明るい製品を提供することができる。さらに、第７実施形態では、蛍光ＬＦを効率よく反射して光出射開口部１６に導いて出射させることができる。また、光出射開口部１６に配置した第二の波長選択素子２２によって、光出射開口部１６へ到達した励起光ＬＢをライトトンネル１４Ｆ内へ向けて反射し、再び励起光ＬＢとして用いることができる。そのため、蛍光ＬＦへの波長変換効率のより高い照明装置１Ｆを得ることができる。
【００６８】
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態に係る照明装置について、図９を参照しながら説明する。図９は、第８実施形態に係る照明装置１Ｇの光学図である。この図９に示すように、第８実施形態の照明装置１Ｇは、光源１０と、集光素子１１，１２からなる集光光学系１３と、テーパ構造のライトトンネル１４Ｇと、波長選択素子２１と、放熱構造体の一例であるヒートシンク２３と、を備えて構成される。ライトトンネル１４Ｇは、光入射開口部１５と、光出射開口部１６と、導光経路１７と、蛍光体層１９と、反射面２０と、を備えている。ライトトンネル１４Ｇの蛍光体層１９を設けた一面を、アルミニウム等の反射率が高く、かつ熱伝導率の高い金属板からなる反射基材１８’で形成している。
【００６９】
ヒートシンク２３は、反射基材１８において、蛍光体層１９を設けた内側面とは反対側の外側面に配置されている。このヒートシンク２３は、特に限定されることはなく、従来公知の適宜のものを用いることができ、例えば、アルミニウム製のものを用いることで、軽量で放熱性に優れたものとなる。また、本実施形態では、反射基材１８の蛍光体層１９及びヒートシンク２３を配置した壁面の厚みを薄くすることで、反射基材１８からヒートシンク２３への熱伝導を促進するとともに、ヒートシンク２３を設けたことでライトトンネル１４Ｇが嵩高となるのを抑制している。
【００７０】
また、ライトトンネル１４Ｇは、蛍光体層１９を設けた基板１８’以外の３面も、熱伝導性の高い反射基材１８で形成するのが好ましい。熱伝導性の高い反射基材１８の材料は、特に限定されることはなく、ガラス材料に金属材料を混入した基材１８ａに反射膜１８ｂを設けたものなど、従来公知の適宜のものを用いることができる。
【００７１】
ここで、本発明の各実施形態では、波長変換部材として蛍光体からなる蛍光体層１９を用いた例を挙げているが、蛍光体の量子効率は、高くても７０％とか８０％といわれている。量子効率が１００％でない限り、変換されないエネルギーは吸収されて熱となる。この熱により、蛍光体が温度上昇して、変換効率に影響することがある。
【００７２】
これに対して、第８実施形態では、蛍光体層１９の蛍光体から発生した熱は、該蛍光体層１９を配置した熱伝導性の高い反射基材１８’に伝熱された後、この反射基材１８の外面に設けたヒートシンク２３によって外部に効率的に放熱される。したがって、蛍光体層１９の温度上昇を抑制することができる。
【００７３】
以上、第８実施形態の照明装置１Ｇでも、第１実施形態の照明装置１と同様の作用により、より多くの蛍光を照射光として得ることができ、画像投射装置等に適したより明るい製品を提供することができる。さらに、第８実施形態では、熱伝導性の高い反射基材１８,１８’とヒートシンク２３とを用いたことにより、蛍光体の温度上昇を抑えることができ、蛍光体層１９でのより安定した波長変換が可能となる。その結果、連続点灯などでも明るさの低下が生じにくい信頼性の高い明るい照明装置１Ｇを提供することができる。
【００７４】
なお、上記各実施形態では、導光部材をライトトンネルとしているが、本発明の導光部材がライトトンネルに限定されることはない。導光部材の他の例として、透明媒質で柱状に構成したライトトンネル等を用いることができる。また、蛍光体を含有させたガラス部材そのものを、ライトトンネルとして構成することもできる。
【００７５】
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態に係る照明装置について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、第９実施形態に係る照明装置１Ｈの光学図である。この図１０に示すように、第９実施形態の照明装置１Ｈは、２つの光源１０Ｈと、各光源１０Ｈの光路に配置された光拡散部材（例えば、凹面レンズ）１３Ｈと、テーパ構造のライトトンネル１４Ｈと、を備えて構成される。光拡散部材１３Ｈは、凹面レンズに限定されることはなく、凸レンズでもよい。この凸レンズでいったん集光したあとの発散光を利用することができる。また、光を拡散できるものであればよく、集光能力のない拡散部材を用いても構わない。
【００７６】
ライトトンネル１４Ｈは、蛍光体１９Ｈ’が含有された角錐台状の基材１８ａ’から形成され、６面体を有するテーパ構造を呈している。ライトトンネル１４Ｈは、励起光ＬＢを入射させる面、励起光ＬＢによって波長変換された蛍光ＬＦを反射させる面、蛍光ＬＦを取り出す面を少なくとも備えている。
【００７７】
本実施形態では、ライトトンネル１４Ｈの４つの側面のうち一面（図１０の下面）に、励起光ＬＢを透過して蛍光ＬＦを反射する色選択フィルタ（波長選択部）２１Ｈを配置し、該一面を、励起光を入射させる光入射部（光入射面）１５Ｈとして機能させている。また、この光入射部（光入射面）１５Ｈに対向する面（図１０の上面）に、励起光ＬＢ及び蛍光ＬＦを反射する反射層１８ｂ’を設けることで反射面２０を構成している。本実施形態ではさらに、他の２つの側面にも反射層１８ｂ’を設けて反射面２０を構成している。また、ライトトンネル１４Ｈの後端側の面は、蛍光ＬＦを透過させることで選択的に取り出して出射させる光出射部（光出射面）１６Ｈとなっている。
【００７８】
２つの光源１０Ｈは、ライトトンネル１４Ｈの側面であって光入射部１５Ｈに対向して配置されている。光源１０Ｈは、青色の励起光ＬＢを発するＬＥＤを用いることもできるし、ＬＤなどの半導体光源を用いることもできる。また、本実施例では光源１０Ｈを２つ配置しているが、一つのみ配置することもできるし、３つ以上配置することもできる。
【００７９】
各光源１０Ｈと励起光ＬＢの光入射部１５Ｈとの間には、励起光ＬＢを拡散してライトトンネル１４Ｈに入射させる光拡散部材（入射部）１３Ｈが配置されている。光拡散部材１３Ｈは、光源１０Ｈから発する励起光ＬＢの配光を広げる役割を果たすため、励起光ＬＢがライトトンネル１４Ｈへより均一に入り込むものとなり、蛍光体１９Ｈ’へ効率よく照射することができる。
【００８０】
本実施形態では、光拡散部材１３Ｈとして凹面レンズを用いているが、本願がこれに限定されることはなく、例えば、凸面レンズで一旦集光した後に発散する構成とすることもできるし、微小な凹凸のある光拡散部材を用いることもできる。
【００８１】
また、光源１０ＨとしてＬＥＤを用いた場合は、ＬＥＤそのものが発散光源であるので、必ずしも光拡散部材１３Ｈを設ける必要はない。光源１０ＨとしてＬＤを用いた場合に、光拡散部材１３Ｈを用いることが好適であり、光拡散部材１３Ｈの効果を最大限に発揮することができる。
【００８２】
色選択フィルタ２１Ｈは、誘電体多層膜で構成し、ライトトンネル１４Ｈの蛍光体１９Ｈ’が含有された基材１８ａ’の光入射部１５Ｈに直接に形成されている。しかし、本願がこれに限定されることはなく、例えば、色選択フィルタが設けられた透明基板を、光源１０Ｈと光入射部１５Ｈとの間に配置することもできる。その際、ライトトンネル１４Ｈの基材１８ａ’に密着するように色選択フィルタを配置することが、より好ましい。
【００８３】
色選択フィルタ２１Ｈを透過した励起光ＬＢがライトトンネル１４Ｈ内に入射すると、ライトトンネル１４Ｈの基材１８ａ’に含有された蛍光体１９Ｈ’が励起光ＬＢにより励起されて、励起光ＬＢとは異なる波長帯域に波長変換された蛍光ＬＦを発する。本実施形態では、蛍光体１９Ｈ’として、緑色成分と赤色成分の波長帯域を含む蛍光ＬＦを発するものを用いるが、変換効率が高く、高輝度が得られることから、黄色の蛍光体１９Ｈ’が望ましい。黄色の蛍光体１９Ｈ’の中でも、特に、ＹＡＧ単結晶蛍光体は耐熱性が高く、励起光ＬＢの照射によって発熱した場合でも、発熱によっての変換効率の低下が起こりにくいため、最も好適に用いることができる。
【００８４】
蛍光体１９Ｈ’が含有されたライトトンネル１４Ｈの具体的な例としては、例えば、基材１８ａ’としてＹＡＧ単結晶蛍光体を用い、これをテーパ構造（角錐台）等に加工して利用することができる。また、ガラス部材に、蛍光体１９Ｈ’を含有させてライトトンネル１４Ｈを形成することもできる。ガラス部材内部では、入射される励起光ＬＢを受けた蛍光体１９Ｈ’によって励起光ＬＢが波長変換される。
【００８５】
蛍光体１９Ｈ’から発した蛍光ＬＦは、直接に光出射部１６Ｈに到達して外部に出射するか、または反射層１８ｂ’（反射面２０）に反射されてライトトンネル１４Ｈの導光経路１７内を導光され、光出射部１６Ｈから出射する。
【００８６】
なお、本実施形態では、反射層１８ｂ’は、光入射部１５Ｈとして機能する面に対向する面（上面）と、両側の面に設けているが、これらの面の少なくとも１面に設ければよい。また、ライトトンネル１４Ｈがテーパ構造に限定されることはなく、四角柱等とすることもできる。
【００８７】
また、第９実施形態でも、蛍光ＬＦに変換されない励起光ＬＢの一部あるいは全部が出射しないように、励起光ＬＢの波長帯域を反射し、蛍光ＬＦの波長帯域は透過する第二の色選択部を光出射部１６Ｈに設けることができる。
【００８８】
以上、第９実施形態の照明装置１Ｈでも、第１実施形態の照明装置１と同様の作用により、より多くの蛍光を照射光として得ることができ、画像投射装置等に適したより明るい製品を提供することができる。さらに、第９実施形態では、赤色成分と緑色成分を含む蛍光を発する変換効率の高い黄色の蛍光体１９Ｈ’を利用することで、高輝度な照明が可能となる。特に、耐熱性の高い単結晶黄色のＹＡＧ蛍光体を用いることで、熱による量子効率低下が生じにくく、より高輝度な照明装置１Ｈを実現することができる。
【００８９】
また、上記各実施形態の照明装置１〜１Ｈは、例えば、画像投射装置に好適に用いられるため、導光部材であるライトトンネル１４〜１４Ｈの断面形状を、被照射部である光変調素子のアスペクト比と同等の四角形としている。しかし、本発明の導光部材の断面形状が四角形に限定されることはなく、被照射部の形状等に応じて、適宜の形状とすることで、被照射部に効率的に照明光を照射することができる。この場合、照明装置１〜１Ｇのように導光部材に蛍光体層を設ける場合、その内側面の光入射開口部（光入射部）から光出射開口部（光出射部）まで、軸方向に沿って約１／４〜１／２の領域に蛍光体層等の波長変換部材を設けることが好ましい。または、内側面の光入射開口部側の全面に波長変換部材を設けることが好ましい。
【００９０】
（第１０実施形態）
次に、上述のような照明装置を備えた本発明の画像投射装置の一実施形態を説明する。以下、第１０実施形態に係る画像投射装置について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、第１０実施形態に係る画像投射装置としてのプロジェクタ１００の光学図である。
【００９１】
図１１に示すように、第１０実施形態のプロジェクタ１００は、照明装置１Ａと、第二光源（照明装置）としての赤光源２−１と、第三光源（照明装置）としての青光源２−２と、リレー光学系としての集光素子３−１，３−２，３−３，３−４，３−５及びダイクロイックミラー４−１，４−２と、画像生成部５と、投影光学系６と、制御部７と、点灯駆動部８と、等を備えて構成される。プロジェクタ１００は、投影面であるスクリーンＳｃに画像を投影して拡大表示する装置である。
【００９２】
本実施形態では、照明装置として、上述した第２実施形態の照明装置１Ａを用いているが、第１、第３〜第８実施形態の照明装置１，１Ｂ〜１Ｇを用いることもできる。また、本実施形態では、照明装置１Ａの蛍光体層１９として、緑色の蛍光を生じる蛍光材料を用いている。したがって、照明装置１Ａは、緑色の照明光（以下、「緑色光ＬＧ」という）を光出射開口部１６から出射する。
【００９３】
赤光源２−１は、照明光として赤色の光（以下、「赤色光ＬＲ」という）を出射し、青光源２−２は、照明光として青色の光（以下、「青色光ＬＢ」という）を出射する。赤光源２−１、青光源２−２として、それぞれ赤色成分、青色成分のレーザ光を発生するレーザダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができる。赤光源２−１は、例えば、波長６２０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲を含む光を発生するものが好ましい。青光源２−２は、例えば、波長４００ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲を含む光を発生するものが好ましい。
【００９４】
集光素子３−１，３−２，３−３は、それぞれ緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲ、青色光ＬＢを集めてダイクロイックミラー４−１，４−２に入射させる。ダイクロイックミラー４−１は、緑色光ＬＧを透過し、青色光ＬＢを反射して、それぞれを集光素子３−４に導く。ダイクロイックミラー４−２は、緑色光ＬＧを透過し、赤色光ＬＲを反射して、それぞれを集光素子３−５に導く。集光素子３−４，３−５は、照明光である緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ、赤色光ＬＲをリレーして画像生成部５に導く。
【００９５】
なお、集光素子３−４と集光素子３−５との間に、照明光均一化手段として、ライトトンネルを配置することもでき、光量ムラ等を抑制して、より均一な照明光を得ることができる。
【００９６】
画像生成部５は、照明装置１Ａ、赤光源２−１、青光源２−２からリレー光学系により導かれた照明光を用いて、画像生成データに基づくフルカラーの画像を形成する。画像生成部５は、リレー光学系から導かれた照明光が入射する反射ミラー５−１と、反射ミラー５−１により反射された照明光を反射する凹面鏡（ミラー）５−２と、凹面鏡５−２により反射された照明光が照射される光変調素子５−３と、を有している。
【００９７】
光変調素子５−３は、制御部７により制御され、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲ、青色光ＬＢの各照明光を、画素毎に諧調制御することでカラー投影画像を形成する。光変調素子５−３として、本実施形態ではＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス；Digital Micromirror Device）を用いている。しかし、光変調素子５−３がＤＭＤに限定されることはなく、液晶等を用いることもできる。
【００９８】
投影光学系６は、画像生成部５の光変調素子５−３により生成された投影画像をスクリーンＳｃに投影する。この投影光学系６は、固定鏡筒に設けられた固定レンズ群や可動鏡筒に設けられた可動レンズ群を備えている。この可動レンズ群を移動させることにより、フォーカス調整やズーム調整を行うことが可能となっている。
【００９９】
制御部７は、プロジェクタ１００の全体の動作を統括制御する。制御部７のハードウェア構成としては、ＣＰＵ（中央処理ユニット;Central Processing Unit）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ；Read Only Memory）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ；Random Access Memory）等からなる。制御部７は、ＲＯＭに予め記憶されているプログラムに従って、ＲＡＭをワークメモリとして用いて、プロジェクタ１００の各部を駆動制御する。
【０１００】
つまり、制御部７は、照明装置１Ａの光源１０、赤光源２−１、青光源２−２を点灯駆動する点灯駆動部８、画像生成部５の光変調素子５−３、投影光学系６の可動レンズ群の駆動機構等に接続されている。これにより、制御部７は、点灯駆動部８による各光源１０，２−１，２−２の出射制御、画像生成部５の光変調素子５−３における投影画像の生成制御、投影光学系６におけるフォーカス調整やズーム調整の調整制御を実行する。
【０１０１】
また、制御部７は、インターフェースを介して、パーソナルコンピュータ等の外部情報機器と接続し、外部情報機器の画像情報源（記憶部）９から、画像データ等を取り込む。制御部７は、取り込んだ画像データに対して、適宜の画像処理を施し、画像生成部５の光変調素子５−３で投影画像を生成するのに適合する画像生成データを生成する。次いで、制御部７は、生成した画像生成データに基づいて、画像生成部５を駆動する駆動信号を生成し、この駆動信号を画像生成部５に向けて出力する。
【０１０２】
上述のような構成の第１０実施形態のプロジェクタ１００では、照明装置１Ａによって光出射開口部１６から出射した緑色光ＬＧは、集光素子３−１によって集光され、ダイクロイックミラー４−１，４−２を透過する。その後、緑色光ＬＧは、集光素子３−４，３−５によってリレーされ、画像生成部５の反射ミラー５−１、凹面鏡５−２によって反射され、光変調素子５−３上を照明する。
【０１０３】
同様に、青光源２−２から出射した青色光ＬＢは、集光素子３−３、により集光され、ダイクロイックミラー４−１によって反射され、集光素子３−４，３−５によってリレーされて画像生成部５に入射する。その後、青色光ＬＢは、反射ミラー５−１、凹面鏡５−２によって反射され、光変調素子５−３上を照明する。
【０１０４】
赤光源２−１から出射した赤色光ＬＲは、集光素子３−２、により集光され、ダイクロイックミラー４−２によって反射され、集光素子３−４，３−５によってリレーされて画像生成部５に入射する。その後、赤色光ＬＲは、反射ミラー５−１、凹面鏡５−２によって反射され、光変調素子５−３上を照明する。
【０１０５】
各光源１０，２−１，２−２の点灯タイミングは、以下のとおりである。制御部７の制御により、点灯駆動部８は、画像の一フレーム期間内に照明装置１Ａ、赤光源２−１、青光源２−２から、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲ、青色光ＬＢを、時分割で順次切り替えて出射させる。各色の照明光の出射のタイミングに同期して、光変調素子５−３の各マイクロミラーを個別に駆動する。この制御により、プロジェクタ１００では、投影光学系６から、画像生成データに基づく各色の投影画像を、スクリーンＳｃに順次投影させる。以上の動作により、プロジェクタ１００では、目の残像現象を利用して、画像生成データに基づくフルカラーの画像をスクリーンＳｃに生成する。
【０１０６】
以上、第１０実施形態においては、上記第１〜第８実施形態の照明装置１，１Ａ〜１Ｇを用いることで、照明光をより効率よく得ることができ、より明るいプロジェクタ１００を提供することができる。また、第１０実施形態では、照明装置１Ａの波長変換部材として、視感度の高い緑色の蛍光ＬＦを発生する蛍光体層１９を用いているため、より明るいプロジェクタ１００を提供することができる。
【０１０７】
（第１１実施形態）
次に、本発明に係る第１１実施形態の画像投射装置の一実施形態を、図１２を参照しながら説明する。図１２は、第１１実施形態に係る画像投射装置としてのプロジェクタ１００Ａの光学図である。第１１実施形態に係るプロジェクタ１００Ａは、画像生成部として、３板式の液晶パネル５Ａ，５Ｂ，５Ｃを用いたことに特徴がある。
【０１０８】
図１２に示すように、第１１実施形態のプロジェクタ１００Ａは、照明装置１Ａと、第二光源（照明装置）としての赤光源２−１と、第三光源（照明装置）としての青光源２−２と、リレー光学系としての集光素子３−１，３−２，３−３，３−４，３−５，３−６と、画像生成部としての液晶パネル５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、クロスダイクロイックプリズム４Ａと、投影光学系６と、制御部７と、点灯駆動部８と、等を備えて構成される。
【０１０９】
液晶パネル５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、画像情報源（記憶部）９から取得した画像情報に基づいて、制御部７によりＯＮ・ＯＦＦが制御される。また、制御部７は、点灯駆動部８を制御して、この液晶パネル５Ａ，５Ｂ，５ＣのＯＮ・ＯＦＦに対応して、各光源１０，２−１，２−２の点灯を制御する。
【０１１０】
また、第１１実施形態でも、第２実施形態と同様の照明装置１Ａを用いているが、第１、第３〜第８実施形態の照明装置１，１Ｂ〜１Ｇを用いることもできる。
【０１１１】
上述のような構成のプロジェクタ１００Ａでは、照明装置１Ａから出射した緑色光ＬＧは、集光素子３−１，３−２によってリレーされ、液晶パネル５Ａを照明する。赤光源２−１から出射した赤色光ＬＲは、集光素子３−３，３−４によって集められ、液晶パネル５Ｂを照明する。青光源２−２から出射した青色光ＬＢは、集光素子３−５，３−６によって集められ、液晶パネル５Ｃを照明する。
【０１１２】
各色の照明光の照明により、各液晶パネル５Ａ，５Ｂ，５Ｃで生成された各色の投影画像は、クロスダイクロイックプリズム４Ａでその光路が合成される。合成によって生成されたカラー画像は、投影光学系６によってスクリーンＳｃに拡大投射される。
【０１１３】
以上、第１１実施形態においても、上記第１〜第８実施形態の照明装置１，１Ａ〜１Ｇを用いることで、照明光をより効率よく得ることができる。また、視感度の高い緑色の蛍光ＬＦを発生する蛍光体層１９を用いているため、より明るいプロジェクタ１００Ａを提供することができる。また、第９実施形態の照明装置１Ｈも、蛍光体１９Ｈ’として緑色の蛍光体を用いる構成とすれば、第１０、第１１実施形態の照明装置として用いることができ、照明光をより効率よく得ることができる。
【０１１４】
（第１２実施形態）
次に、本発明に係る第１２実施形態の画像投射装置の一実施形態を、図１３、図１４を参照しながら説明する。図１３は、第１２実施形態に係る画像投射装置としてのプロジェクタ１００Ｂの光学図である。図１４は、プロジェクタ１００Ｂで用いる光分離部材としてのカラーホイール３０の平面図である。第１２実施形態に係るプロジェクタ１００Ｂは、照明装置１Ｈに、異なる色の照明光を取り出すカラーホイール３０を設けたことに特徴がある。
【０１１５】
図１３に示すように、第１２実施形態のプロジェクタ１００Ｂは、照明装置１Ｈと、第二光源（照明装置）としての青光源２−２と、リレー光学系としての集光素子３−１，３−２，３−３，３−５と、ダイクロイックミラー４−１と、波長分離部としてのカラーホイール３０と、ライトバルブ（光弁）としての光変調素子５−３を有する画像生成部５と、投影光学系６と、制御部７と、点灯駆動部８とを備えて構成される。点灯駆動部８は、励起光点灯駆動部８−１と青光源駆動部８−２とを備えている。
【０１１６】
第１２実施形態の係るプロジェクタ１００Ｂは、照明装置１Ｈから時間順次で得られる照明光を、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂに対応した画像を形成した一つのパネル（光変調素子５−３）に照明し、そのパネルに形成された画像を投影光学系６でスクリーンＳｃに拡大投射する画像投射装置である。
【０１１７】
青光源２−２は、青色成分のレーザ光を発生するＬＥＤを用いているが、ＬＤを用いることもできる。
【０１１８】
カラーホイール３０は、照明装置１Ｈからの蛍光ＬＦの光路上であって、集光素子３−２で蛍光ＬＦが集光されたときの集光位置近傍に配置されている。カラーホイール３０は、制御部７によって回転制御され、光路上において時間分割で分光透過率が切り替わるように構成されている。
【０１１９】
カラーホイール３０は、扇型のカラーフィルタからなる領域が複数配置されてなる。カラーホイール３０としては、赤色Ｒの波長帯域の光を主に透過する第一の領域と、緑色Ｇの波長帯域の光を主に透過する第二の領域とを少なくとも有することが好ましい。さらに黄色Ｙの波長帯域の光を透過する第三の領域を設けることもできる。
【０１２０】
本実施形態のカラーホイール３０は、第一の領域として赤色Ｒの波長帯域の光（赤色光ＬＲ）を透過する第一の波長分離部３０ａと、第二の領域として緑色Ｇの波長帯域の光（緑色光ＬＧ）を透過する第二の波長分離部３０ｂと、第三の領域として黄色Ｙの波長帯域の光（黄色光ＬＹ）を透過する第三の波長分離部３０ｃと、を有して構成されている。また、本実施形態のカラーホイール３０には、透明領域３０ｄが設けられている。この透明領域３０ｄが光路上に配置されている期間は、青光源２−２からの青色光ＬＢが透明領域３０ｄを透過する期間となっている。
【０１２１】
上述のような構成のプロジェクタ１００Ｂでは、照明装置１Ｈから黄色の蛍光ＬＦが得られる。照明装置１Ｈの出射面から出力された蛍光ＬＦは、集光素子３−１により平行光となり、ダイクロイックミラー４−１を透過した後、集光素子３−２で集光され、その集光位置近傍に配置されたカラーホイール３０に入射する。カラーホイール３０は、励起光点灯駆動部８−１と連動して回転制御されることで、第一、第二、第三の波長分離部３０ａ，３０ｂ，３０ｃが時間分割で切り替わる。これにより、黄色の蛍光ＬＦから赤色Ｒ、緑色Ｇ、黄色Ｙの光（赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、黄色光ＬＹ）を順次取り出すことができる。
【０１２２】
一方、励起光源である光源１０Ｈとは別の青光源２−２を青光源駆動部８−２により駆動させて、青色光ＬＢを出射させ、集光素子３−３を介してダイクロイックミラー４−１に導く。青光源２−２の光路は、蛍光ＬＦの光路と合成され、青色光ＬＢは集光素子３−２を介してカラーホイール３０へ入射する。このとき、カラーホイール３０の透明領域３０ｄが光路中に位置しているため、青色光ＬＢが透明領域３０ｄを透過することで、青色光ＬＢが取り出される。
【０１２３】
以上のように、励起光の光源１０Ｈの発光、青光源２−２の発光、及びカラーホイール３０の回転同期を行うことで、集光素子３−５から少なくとも赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの光を取り出すことができる。本実施形態では黄色Ｙの波長帯域の光を透過する第三の波長分離部３０ｃも加えた構成であるため、４色の単色光（赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、黄色光ＬＹ、青色光ＬＢ）を時間順次に取り出すことができる。
【０１２４】
この照明光を、ＤＭＤ等の光変調素子５−３に照射することで画像を生成し、投射光学系６で拡大してスクリーンＳｃに拡大投射する。この場合も、制御部７が、励起光点灯駆動部８−１、青光源駆動部８−２、カラーホイール３０の回転同期と連携しながら、入力される画像情報に基づいて光変調素子５−３の各マイクロミラーの駆動を制御している。
【０１２５】
また、第１２実施形態では、第９実施形態の照明装置１Ｈを用いているが、第１〜第８実施形態の照明装置１，１Ａ〜１Ｇも、蛍光体層に黄色の蛍光体を用いるようにすれば、第１２実施形態の照明装置として用いることもできる。
【０１２６】
以上、第１２実施形態においても、上記第１〜第９実施形態の照明装置１，１Ａ〜１Ｈを用いることで、照明光をより効率よく得ることができる、より明るいプロジェクタ１００Ｂを提供することができる。また、第１２実施形態では、黄色の蛍光体を用いて、黄色の蛍光ＬＦからカラーホイール３０によって赤色光ＬＲを取り出すことで、輝度の高い赤色照明光を得ることができる。また、カラーホイール３０を回転させて第一、第二、第三の波長分離部３０ａ，３０ｂ，３０ｃを時間分割で切り替えて、各色の光を取り出していることから、明るい単色光が得られる照明装置及びプロジェクタ１００Ｂを実現できる。
【０１２７】
以上、本発明の照明装置および画像投射装置を各実施形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。また、前記構成部材の数、位置、形状等は各実施形態に限定されることはなく、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。また、上記各実施形態では、画像投射装置として、スクリーン等の投影面に画像を投影して表示する画像投射装置（プロジェクタ）に適用した例を説明したが、本発明がこれらの実施形態に限定されることはない。例えば、半導体デバイスの制作工程でウェハー上に回路パターンを露光する露光装置としての画像投射装置等に適用することもできる。
【符号の説明】
【０１２８】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ  照明装置    ５  画像生成部
５−３  光変調素子（ライトバルブ）    ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  液晶パネル（画像生成部）
６  投影光学系    １０，１０Ｈ  光源    １０Ｅ  光源（励起光源、入射部）
１３  集光光学系（入射部）    １３Ｈ  光拡散部材（入射部）
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆ，１４Ｇ，１４Ｈ  ライトトンネル（導光部材）
１５，１５Ｄ，１５Ｅ  光入射開口部（光入射部）    １５Ｈ  光入射部
１６  光出射開口部（光出射部）    １６Ｈ  光出射部
１７  導光経路    １９，１９Ｂ，１９Ｄ，１９Ｅ  蛍光体層（波長変換部材）
１９Ｈ’  蛍光体（波長変換部材）    ２１  波長選択素子（波長選択部）
２１Ｄ，２１Ｅ  波長選択膜（波長選択部）    ２１Ｈ  色選択フィルタ（波長選択部）
２２  波長選択素子（第二の波長選択部）    ２３  ヒートシンク（放熱構造体）
３０  カラーホイール（波長分離部）    １００，１００Ａ，１００Ｂ  プロジェクタ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１２９】
【特許文献１】特開２００６−２１４００６号公報
【特許文献２】特許第５５１０８２８号公報
【図１】
2016157096.tif 000003
【図２】
2016157096.tif 000004
【図３】
2016157096.tif 000005
【図４】
2016157096.tif 000006
【図５】
2016157096.tif 000007
【図６】
2016157096.tif 000008
【図７】
2016157096.tif 000009
【図８】
2016157096.tif 000010
【図９】
2016157096.tif 000011
【図１０】
2016157096.tif 000012
【図１１】
2016157096.tif 000013
【図１２】
2016157096.tif 000014
【図１３】
2016157096.tif 000015
【図１４】
2016157096.tif 000016