(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024152466
(43)【公開日】2024-10-25
(54)【発明の名称】波長変換光学系
(51)【国際特許分類】
G03B 21/14 20060101AFI20241018BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20241018BHJP
F21V 9/40 20180101ALI20241018BHJP
H04N 5/74 20060101ALI20241018BHJP
F21Y 115/30 20160101ALN20241018BHJP
【ＦＩ】
G03B21/14 A
G03B21/00 D
F21V9/40 200
H04N5/74 A
F21Y115:30
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023066687
(22)【出願日】2023-04-14
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100132241
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 博史
(74)【代理人】
【識別番号】100183265
【弁理士】
【氏名又は名称】中谷 剣一
(72)【発明者】
【氏名】山岸 成多
(72)【発明者】
【氏名】山縣 侑生
【テーマコード（参考）】
2K203
5C058
【Ｆターム（参考）】
2K203FA07
2K203FA25
2K203FA34
2K203FA45
2K203GA23
2K203GA33
2K203GA35
2K203GA36
2K203GA40
2K203HA08
2K203HA15
2K203HA30
2K203HA33
2K203HA67
2K203HA82
2K203HA92
2K203HB19
2K203HB22
2K203HB26
2K203MA32
5C058BA35
5C058EA02
5C058EA12
5C058EA13
(57)【要約】
【課題】光学系の部品点数を削減でき、装置の小型化を容易に実現できる波長変換光学系を提供する。
【解決手段】本開示に係る波長変換光学系は、レーザ光を発生する光源を含み、第１波長帯の第１光を出射する光源部と、波長変換部と、光源部からの第１光を波長変換部へ導く第１光学素子と、を備え、波長変換部は、第１光学素子から第１光を受光し、第１光の一部を第１波長帯と異なる第２波長帯の第２光に変換し、第１光の他の一部から第１波長帯の第３光を生成して、第１光学素子へ出射し、第１光学素子は、第１領域と第１領域に囲まれる第２領域とを有し、第１領域において光源部からの第１光を反射し、第２領域において波長変換部からの第２光及び第３光の少なくとも一部を透過させて出射するか、又は、第１領域において光源部からの第１光を透過させ、第２領域において波長変換部からの第２光及び第３光の少なくとも一部を反射して出射する。
【選択図】図１
【解決手段】本開示に係る波長変換光学系は、レーザ光を発生する光源を含み、第１波長帯の第１光を出射する光源部と、波長変換部と、光源部からの第１光を波長変換部へ導く第１光学素子と、を備え、波長変換部は、第１光学素子から第１光を受光し、第１光の一部を第１波長帯と異なる第２波長帯の第２光に変換し、第１光の他の一部から第１波長帯の第３光を生成して、第１光学素子へ出射し、第１光学素子は、第１領域と第１領域に囲まれる第２領域とを有し、第１領域において光源部からの第１光を反射し、第２領域において波長変換部からの第２光及び第３光の少なくとも一部を透過させて出射するか、又は、第１領域において光源部からの第１光を透過させ、第２領域において波長変換部からの第２光及び第３光の少なくとも一部を反射して出射する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ光を発生する光源を含み、第１波長帯の第１光を出射する光源部と、
波長変換部と、
前記光源部からの前記第１光を前記波長変換部へ導く第１光学素子と、
を備え、
前記波長変換部は、前記第１光学素子から前記第１光を受光し、前記第１光の一部を前記第１波長帯と異なる第２波長帯の第２光に変換し、前記第１光の他の一部から前記第１波長帯の第３光を生成して、前記第１光学素子へ出射し、
前記第１光学素子は、第１領域と前記第１領域に囲まれる第２領域とを有し、前記第１領域において前記光源部からの前記第１光を反射し、前記第２領域において前記波長変換部からの前記第２光及び前記第３光の少なくとも一部を透過させて出射する、
波長変換光学系。
波長変換部と、
前記光源部からの前記第１光を前記波長変換部へ導く第１光学素子と、
を備え、
前記波長変換部は、前記第１光学素子から前記第１光を受光し、前記第１光の一部を前記第１波長帯と異なる第２波長帯の第２光に変換し、前記第１光の他の一部から前記第１波長帯の第３光を生成して、前記第１光学素子へ出射し、
前記第１光学素子は、第１領域と前記第１領域に囲まれる第２領域とを有し、前記第１領域において前記光源部からの前記第１光を反射し、前記第２領域において前記波長変換部からの前記第２光及び前記第３光の少なくとも一部を透過させて出射する、
波長変換光学系。
【請求項2】
レーザ光を発生する光源を含み、第１波長帯の第１光を出射する光源部と、
波長変換部と、
前記光源部からの前記第１光を前記波長変換部へ導く第１光学素子と、
を備え、
前記波長変換部は、前記第１光学素子から前記第１光を受光し、前記第１光の一部を前記第１波長帯と異なる第２波長帯の第２光に変換し、前記第１光の他の一部から前記第１波長帯の第３光を生成して、前記第１光学素子へ出射し、
前記第１光学素子は、第１領域と前記第１領域に囲まれる第２領域とを有し、前記第１領域において前記光源部からの前記第１光を透過させ、前記第２領域において前記波長変換部からの前記第２光及び前記第３光の少なくとも一部を反射して出射する、
波長変換光学系。
波長変換部と、
前記光源部からの前記第１光を前記波長変換部へ導く第１光学素子と、
を備え、
前記波長変換部は、前記第１光学素子から前記第１光を受光し、前記第１光の一部を前記第１波長帯と異なる第２波長帯の第２光に変換し、前記第１光の他の一部から前記第１波長帯の第３光を生成して、前記第１光学素子へ出射し、
前記第１光学素子は、第１領域と前記第１領域に囲まれる第２領域とを有し、前記第１領域において前記光源部からの前記第１光を透過させ、前記第２領域において前記波長変換部からの前記第２光及び前記第３光の少なくとも一部を反射して出射する、
波長変換光学系。
【請求項3】
前記光源部は、第２光学素子を含み、
前記第２光学素子は、前記光源からのレーザ光を、環状の光ビームに変換して前記第１光として出射し、
前記第２領域は、前記第１光学素子における前記第１光の環状の光ビームの内側にある、
請求項１又は２に記載の波長変換光学系。
前記第２光学素子は、前記光源からのレーザ光を、環状の光ビームに変換して前記第１光として出射し、
前記第２領域は、前記第１光学素子における前記第１光の環状の光ビームの内側にある、
請求項１又は２に記載の波長変換光学系。
【請求項4】
前記波長変換部は、集光レンズと波長変換素子とを備え、
前記第１光は、第１光軸に沿って環状の光ビームとして前記集光レンズに入射し、前記波長変換素子に集光され、
前記第２光と前記第３光とは、前記波長変換素子から前記集光レンズを透過して前記第１光軸上から出射される、
請求項３に記載の波長変換光学系。
前記第１光は、第１光軸に沿って環状の光ビームとして前記集光レンズに入射し、前記波長変換素子に集光され、
前記第２光と前記第３光とは、前記波長変換素子から前記集光レンズを透過して前記第１光軸上から出射される、
請求項３に記載の波長変換光学系。
【請求項5】
前記波長変換素子は、前記第１光の入射方向に沿って配置された蛍光体と反射層とを含み、
前記蛍光体は、前記第１光の一部により励起され、前記第２波長帯の光を発光し、
前記反射層は、前記第２波長帯の光及び前記第１光の他の一部を前記第２光及び前記第３光として拡散反射させる、
請求項４に記載の波長変換光学系。
前記蛍光体は、前記第１光の一部により励起され、前記第２波長帯の光を発光し、
前記反射層は、前記第２波長帯の光及び前記第１光の他の一部を前記第２光及び前記第３光として拡散反射させる、
請求項４に記載の波長変換光学系。
【請求項6】
前記波長変換素子は、
回転可能な基板と、前記基板の回転方向に沿って前記基板上に設けられた第１発光領域及び第２発光領域とを含み、
前記第１発光領域は、前記第１光の一部により励起され、前記第２波長帯の光を発光する蛍光体を有し、
前記第２発光領域は、前記第１光の他の一部を前記第３光として拡散反射させる反射層を有する、
請求項４に記載の波長変換光学系。
回転可能な基板と、前記基板の回転方向に沿って前記基板上に設けられた第１発光領域及び第２発光領域とを含み、
前記第１発光領域は、前記第１光の一部により励起され、前記第２波長帯の光を発光する蛍光体を有し、
前記第２発光領域は、前記第１光の他の一部を前記第３光として拡散反射させる反射層を有する、
請求項４に記載の波長変換光学系。
【請求項7】
前記波長変換素子は、互いに異なる２つ以上の波長帯の光を発光する蛍光体を含む、
請求項５に記載の波長変換光学系。
請求項５に記載の波長変換光学系。
【請求項8】
前記波長変換部は、拡散板を更に備え、
前記第１光は、前記拡散板の外周部を透過して前記集光レンズに入射し、前記集光レンズを透過した前記第２光と前記第３光とは、前記拡散板の中央部を透過して出射され、
前記拡散板は、前記外周部を透過する光に対し、前記中央部を透過する光よりも大きい角度で拡散させるように構成されている、
請求項４に記載の波長変換光学系。
前記第１光は、前記拡散板の外周部を透過して前記集光レンズに入射し、前記集光レンズを透過した前記第２光と前記第３光とは、前記拡散板の中央部を透過して出射され、
前記拡散板は、前記外周部を透過する光に対し、前記中央部を透過する光よりも大きい角度で拡散させるように構成されている、
請求項４に記載の波長変換光学系。
【請求項9】
前記拡散板の前記第２光と前記第３光との光路に該当する中央部は中空である、
請求項８記載の波長変換光学系。
請求項８記載の波長変換光学系。
【請求項10】
前記第２光学素子は、２つのアキシコンレンズを含み、
２つの前記アキシコンレンズは、前記光源からのレーザ光を環状の平行な光ビームに変換し、前記第１光として出射する、
請求項３に記載の波長変換光学系。
２つの前記アキシコンレンズは、前記光源からのレーザ光を環状の平行な光ビームに変換し、前記第１光として出射する、
請求項３に記載の波長変換光学系。
【請求項11】
前記第２光学素子は、アキシコンレンズとアキシコンミラーとを含み、
前記アキシコンレンズと前記アキシコンミラーとは、前記光源からのレーザ光を環状の平行な光ビームに変換し、前記第１光として出射する、
請求項３に記載の波長変換光学系。
前記アキシコンレンズと前記アキシコンミラーとは、前記光源からのレーザ光を環状の平行な光ビームに変換し、前記第１光として出射する、
請求項３に記載の波長変換光学系。
【請求項12】
前記光源部は、第２光学素子を含み、
前記第２光学素子は、２つの透過型アキシコンプリズムを含み、
２つの前記透過型アキシコンプリズムは、前記光源からのレーザ光を円周に沿って配される複数の平行な光ビームに変換し、前記第１光として出射し、
前記第２領域は、前記第１光学素子における前記第１光の複数の平行な光ビームの内側にある、
請求項１又は２に記載の波長変換光学系。
前記第２光学素子は、２つの透過型アキシコンプリズムを含み、
２つの前記透過型アキシコンプリズムは、前記光源からのレーザ光を円周に沿って配される複数の平行な光ビームに変換し、前記第１光として出射し、
前記第２領域は、前記第１光学素子における前記第１光の複数の平行な光ビームの内側にある、
請求項１又は２に記載の波長変換光学系。
【請求項13】
前記光源部は、第２光学素子を含み、
前記第２光学素子は、透過型アキシコンプリズムと反射型アキシコンプリズムとを含み、
前記透過型アキシコンプリズムと前記反射型アキシコンプリズムとは、前記光源からのレーザ光を円周に沿って配される複数の平行な光ビームに変換し、前記第１光として出射し、
前記第２領域は、前記第１光学素子における前記第１光の複数の平行な光ビームの内側にある、
請求項１又は２に記載の波長変換光学系。
前記第２光学素子は、透過型アキシコンプリズムと反射型アキシコンプリズムとを含み、
前記透過型アキシコンプリズムと前記反射型アキシコンプリズムとは、前記光源からのレーザ光を円周に沿って配される複数の平行な光ビームに変換し、前記第１光として出射し、
前記第２領域は、前記第１光学素子における前記第１光の複数の平行な光ビームの内側にある、
請求項１又は２に記載の波長変換光学系。
【請求項14】
前記第１光学素子の前記第１領域は、前記第１光のＳ偏光成分を反射する特性を有する、
請求項１に記載の波長変換光学系。
請求項１に記載の波長変換光学系。
【請求項15】
前記第１光学素子の前記第１領域は、前記第１光のＰ偏光成分を透過する特性を有する、
請求項２に記載の波長変換光学系。
請求項２に記載の波長変換光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、入射光を異なる波長の光に変換して出射する波長変換光学系に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、投写型映像表示装置の照明光学系としてレーザ光源を用いる場合が増えつつある。そのような照明光学系を備える投写型映像表示装置のうち、例えば、３板式投写型映像表示装置では、青色レーザ光で励起された蛍光体により生成された黄色光と、別途に設けた光学系からの青色光とを合成して白色照明光を生成する照明光学系が用いられる。また、単板式投写型映像表示装置の照明光学系は、青色レーザ光で励起されて赤色及び緑色の蛍光光を発生させる蛍光体部分と、レーザ光による青色光を出射する部分とをそれぞれ設けられた蛍光体ホイールを回転させて、Ｒ／Ｇ／Ｂの３原色の光を時間的に分割して１つの光変調素子に導くように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１４－１１０１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の投写型映像表示装置の照明光学系の構成では、例えば、レーザ光源を用いた場合、レーザ光は、蛍光体の励起光として利用されるとともに、白色照明光を合成するための青色光としても利用される。そのため、照明光学系において、蛍光体を励起するための励起光と照明光を合成するための青色光とを、異なる光路を設けて伝搬させるように波長変換光学系を構成する必要がある。その結果、照明光学系を始め、投写型映像表示装置全体の大型化や構成部品の複雑化となり、コストアップが生じる。そこで、例えば、特許文献１の照明光学系が提案されている。
【0005】
特許文献１に開示された照明光学系は、領域を分けて入射光を反射するミラーが用いられ、レーザ光源による青色光はミラーの周辺領域によって反射され、レーザ光源により励起された緑色及び赤色の蛍光光はミラーの内側領域によって反射されて、インテグレータロッドに集光するように構成されている。当該照明光学系では、蛍光体を励起するための励起光と照明光を合成するための青色光との別々の伝搬光路を設けることなく、単一の光源を用いて波長変換光学系を構成し、白色照明光を得ることができる。
【0006】
しかしながら、特許文献１の照明光学系の構成では、インテグレータロッドの後では、赤色及び緑色の蛍光光は照明光学系の出射光軸に対して小さい角度で伝搬し、青色光は照明光学系の出射光軸に対して大きい角度で伝搬することとなる。そのため、当該照明光学系を投写型映像表示装置に適用したとき、投写映像に色の不均一の発生が課題となる。したがって、照明光学系において、簡単な光路構成で白色照明光を実現する点で、従来の波長変換光学系の構成は未だ改善の余地がある。
【0007】
本開示は、このような状況を鑑みてなされたものであって、光学系の部品点数を削減でき、装置の小型化を容易に実現できる波長変換光学系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】
前記目的を達成するために、本開示の一態様に係る波長変換光学系は、レーザ光を発生する光源を含み、第１波長帯の第１光を出射する光源部と、波長変換部と、光源部からの第１光を波長変換部へ導く第１光学素子と、を備え、波長変換部は、第１光学素子から第１光を受光し、第１光の一部を第１波長帯と異なる第２波長帯の第２光に変換し、第１光の他の一部から第１波長帯の第３光を生成して、第１光学素子へ出射し、第１光学素子は、第１領域と第１領域に囲まれる第２領域とを有し、第１領域において光源部からの第１光を反射し、第２領域において波長変換部からの第２光及び第３光の少なくとも一部を透過させて出射する。
【0009】
また、前記目的を達成するために、本開示の他の態様に係る波長変換光学系は、レーザ光を発生する光源を含み、第１波長帯の第１光を出射する光源部と、波長変換部と、光源部からの第１光を波長変換部へ導く第１光学素子と、を備え、波長変換部は、第１光学素子から第１光を受光し、第１光の一部を第１波長帯と異なる第２波長帯の第２光に変換し、第１光の他の一部から第１波長帯の第３光を生成して、第１光学素子へ出射し、第１光学素子は、第１領域と第１領域に囲まれる第２領域とを有し、第１領域において光源部からの第１光を透過させ、第２領域において波長変換部からの第２光及び第３光の少なくとも一部を反射して出射する。
【発明の効果】
【0010】
本開示の態様に係る波長変換光学系によれば、光学系の部品点数を削減でき、装置の小型化を容易に実現することができる。これによって、コンパクトで、高い画質の投写映像を実現可能な投写型映像表示装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本開示の実施の形態１に係る波長変換光学系及び照明光学系の構成を示す概略図
【図5】本開示の実施の形態２に係る波長変換光学系を備える照明光学系及び当該照明光学系を適用した投写型映像表示装置の構成例を示す概略図
【図8】合成ミラーの構成を示す概略斜視図
【図9】本開示の実施の形態３に係る波長変換光学系及び照明光学系の構成を示す概略図
【図10】本開示の実施の形態４に係る波長変換光学系及び照明光学系の構成を示す概略図
【図11】本開示の実施の形態５に係る波長変換光学系及び照明光学系の構成を示す概略図
【図15】本開示の実施の形態６に係る波長変換光学系及び照明光学系の構成を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【0012】
本開示の第１態様によれば、レーザ光を発生する光源を含み、第１波長帯の第１光を出射する光源部と、波長変換部と、光源部からの第１光を波長変換部へ導く第１光学素子と、を備え、波長変換部は、第１光学素子から第１光を受光し、第１光の一部を第１波長帯と異なる第２波長帯の第２光に変換し、第１光の他の一部から第１波長帯の第３光を生成して、第１光学素子へ出射し、第１光学素子は、第１領域と第１領域に囲まれる第２領域とを有し、第１領域において光源部からの第１光を反射し、第２領域において波長変換部からの第２光及び第３光の少なくとも一部を透過させて出射する、波長変換光学系を提供する。
【0013】
本開示の第２態様によれば、レーザ光を発生する光源を含み、第１波長帯の第１光を出射する光源部と、波長変換部と、光源部からの第１光を波長変換部へ導く第１光学素子と、を備え、波長変換部は、第１光学素子から第１光を受光し、第１光の一部を第１波長帯と異なる第２波長帯の第２光に変換し、第１光の他の一部から第１波長帯の第３光を生成して、第１光学素子へ出射し、第１光学素子は、第１領域と第１領域に囲まれる第２領域とを有し、第１領域において光源部からの第１光を透過させ、第２領域において波長変換部からの第２光及び第３光の少なくとも一部を反射して出射する、波長変換光学系を提供する。
【0014】
第１態様と第２態様とのいずれかによれば、光学系の部品点数を削減でき、装置の小型化を容易に実現することができる。
【0015】
本開示の第３態様によれば、光源部は、第２光学素子を含み、第２光学素子は、光源からのレーザ光を、環状の光ビームに変換して第１光として出射し、第２領域は、第１光学素子における第１光の環状の光ビームの内側にある、第１又は第２態様に記載の波長変換光学系を提供する。
【0016】
本開示の第４態様によれば、波長変換部は、集光レンズと波長変換素子とを備え、第１光は、第１光軸に沿って環状の光ビームとして集光レンズに入射し、波長変換素子に集光され、第２光と第３光とは、波長変換素子から集光レンズを透過して第１光軸上から出射される、第３態様に記載の波長変換光学系を提供する。
【0017】
本開示の第５態様によれば、波長変換素子は、第１光の入射方向に沿って配置された蛍光体と反射層とを含み、蛍光体は、第１光の一部により励起され、第２波長帯の光を発光し、反射層は、第２波長帯の光及び第１光の他の一部を第２光及び第３光として拡散反射させる、第４態様に記載の波長変換光学系を提供する。
【0018】
本開示の第６態様によれば、波長変換素子は、回転可能な基板と、基板の回転方向に沿って基板上に設けられた第１発光領域及び第２発光領域とを含み、第１発光領域は、第１光の一部により励起され、第２波長帯の光を発光する蛍光体を有し、第２発光領域は、第１光の他の一部を第３光として拡散反射させる反射層を有する、第４態様に記載の波長変換光学系を提供する。
【0019】
本開示の第７態様によれば、波長変換素子は、互いに異なる２つ以上の波長帯の光を発光する蛍光体を含む、第５又は第６態様に記載の波長変換光学系を提供する。
【0020】
本開示の第８態様によれば、波長変換部は、拡散板を更に備え、第１光は、拡散板の外周部を透過して集光レンズに入射し、集光レンズを透過した第２光と第３光とは、拡散板の中央部を透過して出射され、拡散板は、外周部を透過する光に対し、中央部を透過する光よりも大きい角度で拡散させるように構成されている、第４から第７態様のいずれか１つに記載の波長変換光学系を提供する。
【0021】
本開示の第９態様によれば、拡散板の第２光と第３光との光路に該当する中央部は中空である、第８態様に記載の波長変換光学系を提供する。
【0022】
本開示の第１０態様によれば、第２光学素子は、２つのアキシコンレンズを含み、２つのアキシコンレンズは、光源からのレーザ光を環状の平行な光ビームに変換し、第１光として出射する、第３から第９態様のいずれか１つに記載の波長変換光学系を提供する。
【0023】
本開示の第１１態様によれば、第２光学素子は、アキシコンレンズとアキシコンミラーとを含み、アキシコンレンズとアキシコンミラーとは、光源からのレーザ光を環状の平行な光ビームに変換し、第１光として出射する、第３から第９態様のいずれか１つに記載の波長変換光学系を提供する。
【0024】
本開示の第１２態様によれば、光源部は、第２光学素子を含み、第２光学素子は、２つの透過型アキシコンプリズムを含み、２つの透過型アキシコンプリズムは、光源からのレーザ光を円周に沿って配される複数の平行な光ビームに変換し、第１光として出射し、第２領域は、第１光学素子における第１光の複数の平行な光ビームの内側にある、第１又は第２態様に記載の波長変換光学系を提供する。
【0025】
本開示の第１３態様によれば、光源部は、第２光学素子を含み、第２光学素子は、透過型アキシコンプリズムと反射型アキシコンプリズムとを含み、透過型アキシコンプリズムと反射型アキシコンプリズムとは、光源からのレーザ光を円周に沿って配される複数の平行な光ビームに変換し、第１光として出射し、第２領域は、第１光学素子における第１光の複数の平行な光ビームの内側にある、第１又は第２態様に記載の波長変換光学系を提供する。
【0026】
本開示の第１４態様によれば、第１光学素子の第１領域は、第１光のＳ偏光成分を反射する特性を有する、第１又は第３から第１３態様のいずれか１つに記載の波長変換光学系を提供する。
【0027】
本開示の第１５態様によれば、第１光学素子の第１領域は、第１光のＰ偏光成分を透過する特性を有する、第２から第１３態様のいずれか１つに記載の波長変換光学系を提供する。
【0028】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【0029】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【0030】
本開示の実施の形態に係る波長変換光学系、並びにそれを備える照明光学系及びその照明光学系を用いた投写型映像表示装置について、図１乃至図１０を参照しながら説明する。添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供するものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。また、各図においては、説明を容易なものとするため、各要素を誇張して示している。なお、図面において実質的に同一の部材については、同一の符号を付している。
【0031】
（実施の形態１）
図１から図４を参照して本開示の実施の形態１に係る波長変換光学系及び照明光学系、並びに実施の形態１に係る波長変換光学系を備える照明光学系を適用した３板式投写型映像表示装置を説明する。図１は、本開示の実施の形態１に係る波長変換光学系５１及び照明光学系１００の構成を示す概略図である。図２は、図１の波長変換光学系５１の合成ミラー１０５の構成を示す概略斜視図である。図３は、図１の波長変換光学系５１の蛍光体ホイール１１０の構成例を示す図であって、図３の（ａ）は、図１のＸ－Ｚ平面において、＋Ｙ方向に面する蛍光体ホイール１１０の正面を示し、図３の（ｂ）は、図２のＸ－Ｙ平面における蛍光体ホイール１１０の側面を示している。図４は、図１の照明光学系１００を適用した投写型映像表示装置２００の構成例を示す概略図である。なお、図１及び図４は、Ｘ－Ｙ面において照明光学系１００及び投写型映像表示装置２００の構成を示している。
図１から図４を参照して本開示の実施の形態１に係る波長変換光学系及び照明光学系、並びに実施の形態１に係る波長変換光学系を備える照明光学系を適用した３板式投写型映像表示装置を説明する。図１は、本開示の実施の形態１に係る波長変換光学系５１及び照明光学系１００の構成を示す概略図である。図２は、図１の波長変換光学系５１の合成ミラー１０５の構成を示す概略斜視図である。図３は、図１の波長変換光学系５１の蛍光体ホイール１１０の構成例を示す図であって、図３の（ａ）は、図１のＸ－Ｚ平面において、＋Ｙ方向に面する蛍光体ホイール１１０の正面を示し、図３の（ｂ）は、図２のＸ－Ｙ平面における蛍光体ホイール１１０の側面を示している。図４は、図１の照明光学系１００を適用した投写型映像表示装置２００の構成例を示す概略図である。なお、図１及び図４は、Ｘ－Ｙ面において照明光学系１００及び投写型映像表示装置２００の構成を示している。
【0032】
実施の形態１に係る照明光学系１００は、図１に示すように、波長変換光学系５１と、集光レンズ１１６、ロッドインテグレータ１１７とを備えている。照明光学系１００は、白色照明光Ｌｉを出射するように構成されている。
【0033】
＜実施の形態１に係る波長変換光学系＞
本実施の形態では、波長変換光学系５１は、光源部１１と、合成ミラー１０５と、波長変換部２１とによって構成されている。なお、本明細書では、「合成ミラー」は、「第１光学素子」とも称す。
本実施の形態では、波長変換光学系５１は、光源部１１と、合成ミラー１０５と、波長変換部２１とによって構成されている。なお、本明細書では、「合成ミラー」は、「第１光学素子」とも称す。
【0034】
波長変換光学系５１の光源部１１は、光源１０１と、１対のアキシコンレンズ１０２，１０３とを含むことができる。光源１０１は、例えば、複数の半導体レーザ（ＬＤ）によって構成される。本実施の形態では、青色光を出射する半導体レーザ素子（図示せず）を使用して光源１０１を構成することができる。光源１０１から出射される青色レーザ光は、波長が４５５ｎｍ付近であって、映像光として用いられるとともに、蛍光体ホイール１１０の蛍光体層を励起するための励起光としても用いられる。
【0035】
光源１０１から発された青色レーザ光は、光軸Ｏａに沿って図示＋Ｘ方向に出射され、円錐状のレンズ面を有する第１アキシコンレンズ１０２に入射し、第１アキシコンレンズ１０２によって、環状の光ビームに変換されたのち、同様に円錐状のレンズ面を有する第２アキシコンレンズ１０３によって環状の平行な光ビームに変換される。当該環状の平行な光ビームの青色光ＬＥは、光源部１１から出射され、図示＋Ｘ方向に合成ミラー１０５に入射する。
【0036】
本明細書では、光源部において、レーザ光を環状の光ビームに変換させる光学系であって、アキシコンレンズ、又はアキシコンレンズ及びアキシコンミラー、又はアキシコンプリズムを含む光学系は、「第２光学素子」又は「アキシコン系」とも称す。
【0037】
なお、本明細書における「平行な光ビーム」とは、完全に平行な光ビームだけでなく、実際に、光学系上の誤差を考慮したものであって、例えば、±５度程度の収束角又は発散角が含まれた略平行光ビームであってもよい。
【0038】
合成ミラー１０５は、図１に示すように、光軸Ｏａに対して４５度を成すように傾斜を持って配置される。図２に示すように、合成ミラー１０５は、第１領域１０５ａと、第１領域１０５ａに囲まれている第２領域１０５ｂとを有する。本実施の形態では、第１領域１０５ａは、波長が４５５ｎｍ付近の青色光を反射する特性を有する反射膜が施され、第２領域１０５ｂは、中空な開口として構成されてもよく、可視光域の光を透過させる透明素材で構成されてもよい。
【0039】
光源部１１から入射した青色光ＬＥは、環状の光ビームとして合成ミラー１０５に入射する。本実施の形態では、合成ミラー１０５は、第２領域１０５ｂが、合成ミラー１０５における光源部１１からの青色光の環状の光ビームの内側にあるように構成することができる。これによって、光源部１１からの青色光ＬＥは、合成ミラー１０５の第１領域１０５ａに入射し、第１領域１０５ａの青色光反射膜で反射して光軸Ｏｂに沿って図示－Ｙ方向に進み、波長変換部２１へ導かれる。
【0040】
なお、図２では、第１領域１０５ａを中空の矩形状に、第２領域１０５ｂを円形状に示しているが、本開示はこれに限定されない。本開示は、合成ミラー１０５の大きさや形状、又は第１領域１０５ａと第２領域１０５ｂとの形状に限定されない。合成ミラーは用途に応じた大きさや形状を有してもよく、第１領域と第２領域とは、他の形状を有してもよい。
【0041】
波長変換部２１は、本実施の形態では、集光レンズ１０７，１０８と、波長変換素子である蛍光体ホイール１１０とを含む。合成ミラー１０５の第１領域１０５ａで反射した青色光ＬＥは、光軸Ｏｂに沿って環状の光ビームとして前集光レンズ１０７に入射する。好ましくは、合成ミラー１０５の第１領域１０５ａで反射した青色光ＬＥは、環状の平行な光ビームとして前集光レンズ１０７の外周部に入射し、その後、後集光レンズ１０８を経て、蛍光体ホイール１１０に集光される。
【0042】
本実施の形態の蛍光体ホイール１１０は、例えば、３つの光変調素子を備える３板式の投写型映像表示装置の照明光学系において利用することができる。図３に示すように、蛍光体ホイール１１０は、中央部のモータ１１１と、モータ１１１により回転駆動される円盤状の基板１１２とによって構成されている。
【0043】
基板１１２は、例えば、アルミニウム製であって、モータ１１１の駆動により、回転軸１１１ａを中心に図示回転方向Ａに回転することができる。基板１１２を回転させることによって、励起光による基板１１２上の蛍光体層の温度上昇を抑制し、波長変換効率を安定に維持することができる。
【0044】
図３の（ａ）に示す基板１１２の表面上に、反射層１１３が形成され、当該反射層１１３は、励起光、及び、励起光により励起された蛍光体が発光した蛍光光を拡散反射する特性を有するように構成することができる。
【0045】
図３の（ａ）に示すように、反射層１１３上には、環状の蛍光体層１１５が配置されている。蛍光体層１１５は、入射した青色光によって励起され、青色光の波長帯と異なる波長帯の蛍光光を発光することができる。図３には、１種の蛍光体を有する蛍光体ホイール１１０の構成例を示しているが、本開示はこれに限定されない。例えば、蛍光体ホイール１１０は、互いに異なる２つ以上の波長帯の光を発光する２種以上の蛍光体を有するように構成することもできる。これについて、実施の形態２において、図６を参照して後段で説明する。
【0046】
本実施の形態では、蛍光体層１１５は、入射した青色光ＬＥの一部を吸収して励起され、黄色蛍光光ＬＦを発するとともに、入射した青色光ＬＥの他の一部を透過させる特性を有する。蛍光体層１１５によって発生された黄色蛍光光ＬＦと、青色光ＬＥの他の一部である青色光ＬＢとは、反射層１１３で拡散反射し、図示＋Ｙ方向に再び集光レンズ１０８，１０７の順に入射する。なお、本実施の形態では、反射層１１３は、蛍光体層１１５と同様な拡散反射特性を有し、蛍光体層１１５により発光された蛍光光と類似の角度分布をもって入射した青色光ＬＥを反射することができる。これによって、黄色蛍光光ＬＦと青色光ＬＢとは、均一な角度分布を有して再び集光レンズ１０８，１０７の順に入射することができる。ちなみに、ここでいう青色光ＬＥと青色光ＬＢとは波長が同じであることは自明である。
【0047】
図示＋Ｙ方向に進む黄色蛍光光ＬＦと青色光ＬＢとは、集光レンズ１０８，１０７を透過して、光軸Ｏｂの軸上から平行な光ビームとして出射される。このように集光レンズ１０８，１０７を透過して光軸Ｏｂの軸上から出射された黄色蛍光光ＬＦと青色光ＬＢとは、更に光軸Ｏｂに沿って図示＋Ｙ方向に進み、合成ミラー１０５の中央部の第２領域１０５ｂに到達することができる。
【0048】
合成ミラー１０５の第２領域１０５ｂは、前述したように、開口又は可視光域の光が透過するように構成されているため、合成ミラー１０５の第２領域１０５ｂに到達した黄色蛍光光ＬＦと青色光ＬＢとは、白色の照明光を合成して第２領域１０５ｂから出射する。出射した照明光は、集光レンズ１１６によりロッドインテグレータ１１７の入射面１１７ａに集光される。ロッドインテグレータ１０７に入射した照明光は、ロッドインテグレータ１０７の内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化された白色照明光Ｌｉとして照明光学系１００から出射される。
【0049】
なお、本実施の形態では、出射する照明光の均一性を上げる手段として、ロッドインテグレータを利用しているが、本開示はこれに限定されない。例えば、ロッドインテグレータに代えて、ミラーを組み合わせての中空のインテグレータでも同様に使用可能である。また、少なくとも２枚のレンズアレイからなるレンズアレイタイプのインテグレータでも使用可能である。
【0050】
集光レンズ１０８，１０７を透過して光軸Ｏｂの軸上から出射された黄色蛍光光ＬＦと青色光ＬＢとは、第２領域１０５ｂよりも大きい光ビームで合成ミラー１０５に到達する場合がある。合成ミラー１０５の第１領域１０５ａに施された反射膜は、青色光以外の色域の光を透過する特性を有するように構成することができる。これによって、合成ミラー１０５の第１領域１０５ａに到達した青色光ＬＢの部分は反射膜で反射して照明光Ｌｉの出射光軸Ｏｂから離れるが、第１領域１０５ａに到達した黄色蛍光光ＬＦの部分は第１領域１０５ａの反射膜を透過し、集光レンズ１１６を経てロッドインテグレータ１１７に到達することができる。このように、合成ミラー１０５の第１領域１０５ａで青色光ＬＢの一部が損失となる場合がある。これを補うために、例えば、波長変換部２１の後集光レンズ１０８から出射される光において、青色光ＬＢの配分が多く含まれるように、蛍光体ホイール１１０の蛍光体層１１５の波長変換率を設計することによって、照明光学系１００から良好なホワイトバランスの白色照明光を出射することができる。
【0051】
又は、合成ミラー１０５の第１領域１０５ａに施された反射膜は、可視光域の光を反射するように構成することもできる。これによって、合成ミラー１０５の第１領域１０５ａに到達した青色光ＬＢの部分と黄色蛍光光ＬＦの部分との両方が反射膜で反射して照明光Ｌｉの出射光軸Ｏｂから離れるため、波長変換部２１の後集光レンズ１０８から出射される光の色バランスが変化することなく、照明光学系１００から白色照明光を得ることができる。
【0052】
更に代替的に、例えば、光源部１１は、偏光素子を設けて、合成ミラー１０５に対して、例えば、青色光のＳ偏光光を入射するように構成することができる。このとき、合成ミラー１０５の第１領域１０５ａにおいて、青色光のＳ偏光成分のみを反射する特性を有する反射膜を施すことができる。蛍光体ホイール１１０から後集光レンズ１０８を出射される光のうち、無偏光光、すなわち、電場ベクトルの方向がランダムな光の内Ｐ偏光成分は、合成ミラー１０５の第１領域１０５ａにおけるＳ偏光成分のみを反射する反射膜を透過してロッドインテグレータ１１７に入射することができる。このようにして、光損失なく白色照明光を出射することができる。また、光源部１１のレーザ光源が偏光光を出射する場合、偏光方向を合成ミラー１０５についてＳ偏光方向になるようにレーザ光源が設置されていれば上記偏光素子が必要ないことは言うまでもない。
【0053】
このように、本実施の形態に係る波長変換光学系５１は、光源部１１からの青色光ＬＥと、波長変換部２１からの蛍光光ＬＦと青色光ＬＢとが、共通の第１光学素子である合成ミラー１０５を経由し、光の分離及び合成を実現するように構成されている。これによって、光学系の部品点数を削減でき、装置の小型化を容易に実現することができる。
【0054】
本開示の波長変換光学系５１は、波長選択型偏光ビームスプリッタやダイクロイックミラーを利用することなく、シンプルかつ安価に作製できる合成ミラー１０５を用いて構成することができる。また、本実施の形態では、合成ミラー１０５の中央部における第２領域１０５ｂは、開口として構成することができる。そのため、出射される照明光Ｌｉの最も光密度の高い光ビームの中心付近に、何ら作用を及ぼさないことから、光強度のみならず、色や均一性においても安定した照明光を提供することができる。更に、出射される照明光Ｌｉを合成するための青色光は、照明光学系の出射光軸Ｏｂに沿って伝搬するため、本開示の波長変換光学系を備える照明光学系を用いて、従来技術に比べて、コンパクトで、高い画質の投写映像を実現可能な投写型映像表示装置を構成することができる。
【0055】
本実施の形態に係る波長変換光学系５１を備える照明光学系１００を適用した投写型映像表示装置の一例として、図４を参照して、３板式投写型映像表示装置２００を説明する。図４の投写型映像表示装置２００の照明光学系１００は、前述した実施の形態１に係る照明光学系１００である。図４において、同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。
【0056】
図４に示すように、照明光学系１００から出射された照明光Ｌｉはリレー光学系２０１に入射する。リレー光学系２０１はレンズ２０２、２０３、２０４と、ミラー２０５とを含み、照明光Ｌｉを、全反射プリズム２０６に導く。
【0057】
全反射プリズム２０６は、第１のプリズム２０７と第２のプリズム２０８とによって構成され、第１のプリズム２０７と第２のプリズム２０８との近接面には薄い空気層（エアギャップ）が形成されている。全反射プリズム２０６に入射した光は全反射面２０９で全反射された後、カラープリズムユニット２１０に入射する。
【0058】
カラープリズムユニット２１０は、青色光を反射する特性を備えた青色光反射ダイクロイックミラー面２１１を備えた第一のプリズム２１２と、赤色光を反射する特性を備えた赤色光反射ダイクロイックミラー面２１３を備えた第２のプリズム２１４と、第３のプリズム２１５とを接着固定して構成される。また、第一のプリズム２１２と第２のプリズム２１４との間は全反射を利用するため、エアギャップが設けられている。
【0059】
カラープリズムユニット２１０の各プリズムの端面には、図示のように、光変調素子であるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）２１６Ｒ，２１６Ｇ，２１６Ｂが配置されている。これらＤＭＤは、マイクロミラーを２次元的に配置することによって構成され、映像信号に従ってマイクロミラーを偏向させ、入射光を、投写光学系２１８に向かう反射光と、投写光学系２１８の有効外へ進む反射光とに分離する。なお、図４に示す投写型映像表示装置２００において、ＤＭＤ２１６Ｂは青光変調用，ＤＭＤ２１６Ｒは赤光変調用，ＤＭＤ２１６Ｇは緑光変調用である。ＤＭＤ２１６Ｒ，２１６Ｇ，２１６Ｂにより反射された光は、再びカラープリズムユニット２１０を透過する。
【0060】
カラープリズムユニット２１０を透過する過程で、分離された青色光、赤色光、及び緑色光が合成され、全反射プリズム２０６に入射する。全反射プリズム２０６に入射した光は臨海角以下で空気層に入射するので、全反射プリズム２０６を透過して、光軸Ｏｃに沿って図示＋Ｙ方向に進み、投写光学系２１８に入射する。このようにして、ＤＭＤ２１６Ｒ，２１６Ｇ，２１６Ｂにより形成された映像光がスクリーン等の投写対象物（図示せず）上に拡大投写される。
【0061】
前述したように、本開示に係る波長変換光学系５１は、数少ない光学部品で小型に構成され、波長変換光学系５１を備える照明光学系１００を用いて、高い画質の投写映像を実現可能な投写型映像表示装置を構成することができる。光変調素子として、ＤＭＤを用いていることで、液晶パネルを用いた光変調素子と比べて、高い耐光性及び耐熱性を有する投写型映像表示装置を構成することができる。また、３つのＤＭＤを用いる３板式投写型映像表示装置は、色再現性が良好で、明るく高精細な投写映像を得ることができる。ただし、一定の光出力以下であれば光変調素子として液晶パネルに置き換えることが可能なことは同業者には周知であるので、ここで詳細な説明は割愛する。
【0062】
（実施の形態２）
図５から図７を参照して本開示の実施の形態２に係る波長変換光学系及び照明光学系、並びに実施の形態２に係る波長変換光学系を備える照明光学系を適用した単板式投写型映像表示装置を説明する。図５は、本開示の実施の形態２に係る波長変換光学系５３を備える照明光学系３００及び当該照明光学系３００を適用した投写型映像表示装置４００の構成例を示す概略図である。図６は、図５の波長変換光学系５３の蛍光体ホイール３１０の構成例を示す図であって、図６の（ａ）は、図５のＸ－Ｚ平面において、＋Ｙ方向に面する蛍光体ホイール３１０の正面を示し、図６の（ｂ）は、図５のＸ－Ｙ平面における蛍光体ホイール３１０の側面を示している。図７は、図５の照明光学系３００のカラーホイール３２０の構成例を示す図であって、図７の（ａ）は、図５のＸ－Ｙ平面におけるカラーホイール３２０の側面を示し、図７の（ｂ）は、図５のＸ－Ｚ平面において、－Ｙ方向に面するカラーホイール３２０の正面を示している。
図５から図７を参照して本開示の実施の形態２に係る波長変換光学系及び照明光学系、並びに実施の形態２に係る波長変換光学系を備える照明光学系を適用した単板式投写型映像表示装置を説明する。図５は、本開示の実施の形態２に係る波長変換光学系５３を備える照明光学系３００及び当該照明光学系３００を適用した投写型映像表示装置４００の構成例を示す概略図である。図６は、図５の波長変換光学系５３の蛍光体ホイール３１０の構成例を示す図であって、図６の（ａ）は、図５のＸ－Ｚ平面において、＋Ｙ方向に面する蛍光体ホイール３１０の正面を示し、図６の（ｂ）は、図５のＸ－Ｙ平面における蛍光体ホイール３１０の側面を示している。図７は、図５の照明光学系３００のカラーホイール３２０の構成例を示す図であって、図７の（ａ）は、図５のＸ－Ｙ平面におけるカラーホイール３２０の側面を示し、図７の（ｂ）は、図５のＸ－Ｚ平面において、－Ｙ方向に面するカラーホイール３２０の正面を示している。
【0063】
＜実施の形態２に係る波長変換光学系＞
本実施の形態では、波長変換光学系５３は、光源部１３と、合成ミラー１０５と、波長変換部２３とによって構成されている。合成ミラー１０５は、前述したに実施の形態１に係る波長変換光学系５１が備える合成ミラー１０５であって、図５において、同様な構成要素に同じ符号を付しており、説明を省略する。
本実施の形態では、波長変換光学系５３は、光源部１３と、合成ミラー１０５と、波長変換部２３とによって構成されている。合成ミラー１０５は、前述したに実施の形態１に係る波長変換光学系５１が備える合成ミラー１０５であって、図５において、同様な構成要素に同じ符号を付しており、説明を省略する。
【0064】
波長変換光学系５３の光源部１３は、光源３０１と、アフォーカルレンズ３０２，３０３と、アキシコンレンズ３０４と、アキシコンミラー３０６とを含む。光源３０１により発された青色レーザ光は、光軸Ｏａに沿って図示＋Ｘ方向に出射され、アフォーカル光学系を形成するアフォーカル凸レンズ３０２、アフォーカル凹レンズ３０３により光線の高さを抑えられた平行な光ビームとしてアキシコンレンズ３０４に入射する。入射した光はアキシコンレンズ３０４により環状の光ビームに変換され、合成ミラー１０５に入射する。
【0065】
アキシコンレンズ３０４を透過した環状の光ビームは、合成ミラー１０５の第２領域１０５ｂに入射し、第２領域１０５ｂを通過して円錐状の反射面を有するアキシコンミラー３０６に到達する。アキシコンミラー３０６によって、環状の平行な光ビームの青色光ＬＥに変換されたのち反射して再び合成ミラー１０５に入射する。
【0066】
合成ミラー１０５の第２領域１０５ｂは、アキシコンミラー３０６によって環状の平行な光ビームに変換された青色光ＬＥの、合成ミラー１０５における環状の光ビームの内側にあるように構成することができる。これによって、環状の平行な光ビームの青色光ＬＥは、合成ミラー１０５の第１領域１０５ａに入射し、第１領域１０５ａの青色光反射膜で反射して光軸Ｏｂに沿って図示－Ｙ方向に進み、波長変換部２３へ導かれる。
【0067】
なお、合成ミラー１０５の第１領域１０５ａは、例えば、青色光のＳ偏光成分のみを反射する特性を有する反射膜を施すこともできる。この場合、光源部１３は、光源３０１から出射された青色レーザ光のＳ偏光で合成ミラー１０５に入射するように構成することができる。
【0068】
波長変換部２３は、本実施の形態では、拡散板３０９と、集光レンズ３０７，３０８と、波長変換素子である蛍光体ホイール３１０とを含む。合成ミラー１０５の第１領域１０５ａで反射した青色光ＬＥは、光軸Ｏｂに沿って環状の光ビームとして拡散板３０９に入射する。
【0069】
拡散板３０９は、外周部を透過する光に対して、中央部を透過する光よりも大きい角度で拡散させるように構成することができる。本実施の形態では、拡散板３０９は、中央部に開口を有するように構成されている。なお、本開示は、拡散板３０９の大きさや形状に限定されない。拡散板３０９は、用途に応じた大きさや形状を有することができ、また、拡散板３０９の外周部と中央部との大きさや形状、又は拡散特性は、具体的な光路設計に応じて構成することができる。
【0070】
本実施の形態では、光源部１３から入射した青色光ＬＥは、環状の光ビームとして拡散板３０９の外周部領域に入射し、拡散板３０９の外周部により拡散され、やや広がりをもった均一な光ビームで前集光レンズ３０７に入射し、その後、後集光レンズ３０８を経て、蛍光体ホイール３１０に集光される。
【0071】
拡散板３０９の外周部の拡散によって、励起光としての青色レーザ光は均一に広げて蛍光体ホイール３１０を照射することができる。これによって、入射したレーザ光の高い集光性による蛍光体ホイールの蛍光体層の損傷を防止することができる。
【0072】
本実施の形態の蛍光体ホイール３１０は、例えば、１つの光変調素子を備える単板式の投写型映像表示装置の照明光学系において利用することができる。図６に示すように、蛍光体ホイール３１０は、中央部のモータ３１１と、モータ３１１により回転駆動される円盤状の基板３１２とによって構成されている。
【0073】
基板３１２は、例えば、アルミニウム製であって、モータ３１１の駆動により、回転軸３１１ａを中心に図示回転方向Ａに回転することができる。基板３１２を回転させることによって、励起光による基板３１２上の蛍光体層の温度上昇を抑制し、波長変換効率を安定に維持することができる。
【0074】
図６の（ａ）に示す基板３１２の表面上に、反射層３１３が形成され、当該反射層３１３は、励起光、及び、励起光により励起された蛍光体が発光した蛍光光を拡散反射する特性を有するように構成することができる。
【0075】
本実施の形態では、蛍光体ホイール３１０は、図６の（ａ）に示すように、反射層３１３上に形成された環状領域３１５を有する。当該環状領域３１５は、反射領域３１５Ｂと、蛍光体領域３１５Ｇ，３１５Ｒとによって構成されている。反射領域３１５Ｂは、入射した青色光ＬＥを反射するように形成され、本実施の形態では、反射層３１３を露出させることで構成されている。蛍光体領域３１５Ｇは、入射した青色光ＬＥにより励起されて緑色の蛍光光を発光する蛍光体を含み、蛍光体領域３１５Ｒは、入射した青色光ＬＥにより励起されて赤色の蛍光光を発光する蛍光体を含む。なお、蛍光体ホイール３１０は、２種の蛍光体を有するように示しているが、本開示はこれに限定されない。例えば、蛍光体ホイール３１０の環状領域３１５に１種、又は３種以上の蛍光体を有するように構成することもできる。
【0076】
本実施の形態では、反射層３１３は、蛍光体領域３１５Ｒ，３１５Ｇに含まれる蛍光体と同様な拡散反射特性を有し、蛍光体により発光された蛍光光と類似の角度分布をもって入射した青色光ＬＥを反射することができる。なお、本実施の形態では、反射領域３１５Ｂは、反射層３１３を露出させることで構成されているが、本開示はこれに限定されない。例えば、用途に応じて、適切な反射材料を添付するなど別手段により所望の拡散反射特性を有するように反射領域３１５Ｂを構成することができる。
【0077】
このように構成された蛍光体ホイール３１０は、モータ３１１の駆動により、図示回転方向Ａに回転する。蛍光体ホイール３１０の回転により、入射した青色光ＬＥは、反射領域３１５Ｂと蛍光体領域３１５Ｇ，３１５Ｒと順に入射し、蛍光体ホイール３１０が１回転する間に、青色光と、緑色蛍光光と、赤色蛍光光とが時分割に出射される。時分割に出射された青色光と緑色蛍光光と赤色蛍光光とは、均一な角度分布を有して図示＋Ｙ方向に再び集光レンズ３０８，３０７の順に入射することができる。
【0078】
図示＋Ｙ方向に再び集光レンズ３０８，３０７の順に入射した青色光と緑色蛍光光と赤色蛍光光とは、集光レンズ３０８，３０７を透過して光軸Ｏｂの軸上で拡散板３０９の中央部に入射する。
【0079】
前述したように、蛍光体ホイール３１０の蛍光体上に励起光のエネルギーの偏りが発生しないように滑らかな強度分布を実現するため、拡散板３０９は、蛍光体ホイール３１０に入射する励起光が通過するように配置されている。一方、拡散板の拡散作用によって、通過した光ビームの集光性に大きく影響を与えることがある。本実施の形態では、集光レンズ３０８，３０７を透過した青色光と緑色蛍光光と赤色蛍光光との光路に該当する拡散板３０９の中央部は、中空であってもよく、又は、入射光に対して小さい拡散角度で拡散する、あるいは拡散作用を持たない平行平面で構成することができる。そのため、拡散板３０９の中央部に入射した青色光と緑色蛍光光と赤色蛍光光とは、大きく発散せず光軸Ｏｂの軸上で拡散板３０９を透過して出射することができる。このように出射された青色光と緑色蛍光光と赤色蛍光光とは、所望の集光性を保って光軸Ｏｂに沿って図示＋Ｙ方向に進み、合成ミラー１０５の中央部の第２領域１０５ｂに到達することができる。なお、「光路に該当する」とは、光ビームの光路に当たることを意味する。
【0080】
合成ミラー１０５の第２領域１０５ｂは、前述したように、開口又は可視光域の光が透過するように構成されているため、合成ミラー１０５の第２領域１０５ｂに到達した青色光と緑色蛍光光と赤色蛍光光とは、第２領域１０５ｂから出射し、集光レンズ３１６を透過してカラーホイール３２０に入射する。
【0081】
カラーホイール３２０の構成について、図７を参照して説明する。カラーホイール３２０は、集光レンズ３１６を透過した青色光と緑色蛍光光と赤色蛍光光とを受光し、回転によって複数の色帯域の光を透過して時分割に出射するように構成されている。
【0082】
図７に示すとおり、カラーホイール３２０は、透明基板３１９と、透明基板３１９上に形成されたダイクロイック層３１８Ｇ，３１８Ｒ及び反射防止層３１８Ｂと、透明基板３１９を回転させるためのモータ３２１とによって構成されている。
【0083】
透明基板３１９には、円周方向において３つの色光セグメントＳＲ、ＳＧ、ＳＢを有している。本実施の形態では、カラーホイール３２０の色光セグメントＳＢは、蛍光体ホイール３１０の反射領域３１５Ｂ（図６参照）と対応した角度を有し、色光セグメントＳＧとＳＲとは、それぞれ、蛍光体ホイール３１０の蛍光体領域３１５Ｇ，３１５Ｒ（図６参照）と対応した角度を有する。
【0084】
透明基板３１９において、色光セグメントＳＲで赤色光を透過させるダイクロイック層３１８Ｒが形成され、色光セグメントＳＧで緑色光を透過させるダイクロイック層３１８Ｇが形成され、色光セグメントＳＢで光源光である青色光を透過させる反射防止層３１８Ｂが形成される。
【0085】
カラーホイール３２０は、回転方向Ｂに沿って、蛍光体ホイール３１０と同期回転するように制御されている。具体的には、蛍光体ホイール３１０に入射する励起光である青色光ＬＥが赤色蛍光光を発する蛍光体領域３１５Ｒに入射している期間に、ダイクロイック層３１８Ｒが光軸Ｏｂ上にあり、励起光である青色光ＬＥが緑色蛍光光を発する蛍光体領域３１５Ｇに入射している期間に、ダイクロイック層３１８Ｇが光軸Ｏｂ上にあり、青色光ＬＥが反射領域３１５Ｂに入射している期間に、反射防止層３１８Ｂが光軸Ｏｂ上にあるように制御されている。これによって、色純度の優れた赤色、緑色、及び青色の波長帯の光が順次出射し、ロッドインテグレータ３１７に入射する。
【0086】
ロッドインテグレータ１０７に入射した赤色、緑色、及び青色の波長帯の光は、ロッドインテグレータ１０７の内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化されて白色照明光Ｌｉとして照明光学系３００から出射される。
【0087】
照明光Ｌｉの各色光が時分割で照明光学系３００から出射され、出射した各色光は、リレーレンズ３２２、３２３を経て、折り返しミラー３２４、集光ミラー３２５によって光変調素子であるＤＭＤ３２６に導入される。
【0088】
ＤＭＤ３２６は、映像信号に従って入射した複数の色帯域の色光を空間的に変調し、映像信号に応じた投射光を生成することができる。ＤＭＤ３２６の動作は、実施の形態１で説明したＤＭＤ２１６Ｒ，２１６Ｇ，２１６Ｂと同様であるため、詳細な説明を省略する。ＤＭＤ３２６は入射してくる色光に合わせて、各色光用の映像信号による映像を高速に切り替えて表示することで、１つのＤＭＤでカラー表示を実現することができる。
【0089】
このように、本開示に係る波長変換光学系は、各色光用のＤＭＤを備える３板式投写型映像表示装置のみならず、このように単板式投写型映像表示装置にも適用可能である。なお、画像表示素子としては入射する光を変調するライトバルブであれば置き換え可能であり、透過型液晶や反射型液晶パネルを用いる投写型表示装置にも適用することができる。
【0090】
（合成ミラーの他の構成）
本開示の波長変換光学系が備える合成ミラーは、図２に示した構成と異なるように構成することができる。合成ミラーの他の構成について、図８を参照して説明する。図８は、合成ミラー５０５の構成を示す概略斜視図である。
本開示の波長変換光学系が備える合成ミラーは、図２に示した構成と異なるように構成することができる。合成ミラーの他の構成について、図８を参照して説明する。図８は、合成ミラー５０５の構成を示す概略斜視図である。
【0091】
図８に示す合成ミラー５０５は、第１領域５０５ａと、第１領域５０５ａに囲まれている第２領域５０５ｂとを有する。合成ミラー５０５の第１領域５０５ａは、波長が４５５ｎｍ付近の青色光を透過させる特性を有し、第２領域５０５ｂには、可視光域の光を反射する反射膜が施されている。
【0092】
なお、本開示は、合成ミラー５０５の大きさや形状、又は第１領域５０５ａと第２領域５０５ｂとの形状に限定されない。合成ミラーは用途に応じた大きさや形状を有してもよく、第１領域と第２領域とは、他の形状を有してもよい。
【0093】
図８に示す合成ミラー５０５を備えた波長変換光学系及び照明光学系の構成について図９及び図１０を参照して説明する。図９は、本開示の実施の形態３に係る波長変換光学系５５及び照明光学系５００の構成を示す概略図である。図１０は、本開示の実施の形態４に係る波長変換光学系５６及び照明光学系６００の構成を示す概略図である。
【0094】
（実施の形態３に係る波長変換光学系及び照明光学系）
本実施の形態では、波長変換光学系５５は、光源部１５と、合成ミラー５０５と、波長変換部２５とによって構成されている。合成ミラー５０５は、図８に示すように構成されている。
本実施の形態では、波長変換光学系５５は、光源部１５と、合成ミラー５０５と、波長変換部２５とによって構成されている。合成ミラー５０５は、図８に示すように構成されている。
【0095】
波長変換光学系５５の光源部１５は、光源５０１と、１対のアキシコンレンズ５０２，５０３とを含むことができる。光源５０１から出射される青色レーザ光は、波長が４５５ｎｍ付近であって、映像光として用いられるとともに、蛍光体ホイール５１０の蛍光体を励起するための励起光としても用いられる。
【0096】
光源５０１から発された青色レーザ光は、光軸Ｏａに沿って図示＋Ｘ方向に出射され、円錐状の第１アキシコンレンズ５０２に入射し、第１アキシコンレンズ５０２によって、環状の光ビームに変換されたのち、第２アキシコンレンズ５０３によって環状の平行な光ビームに変換される。当該環状の平行な光ビームの青色光ＬＥは、光源部１５から出射され、図示＋Ｘ方向に合成ミラー５０５に入射する。
【0097】
光源部１５から入射した青色光ＬＥは、環状の光ビームとして合成ミラー５０５に入射する。本実施の形態では、合成ミラー５０５は、第２領域５０５ｂが、合成ミラー５０５における光源部１５からの青色光の環状の光ビームの内側にあるように構成することができる。これによって、光源部１５からの青色光ＬＥは、合成ミラー５０５の第１領域５０５ａに入射し、第１領域５０５ａを透過して図示＋Ｘ方向に進み、波長変換部２５へ導かれる。
【0098】
波長変換部２５は、本実施の形態では、集光レンズ５０７，５０８と、波長変換素子である蛍光体ホイール５１０とを含む。合成ミラー５０５を透過した青色光ＬＥは、光軸Ｏａに沿って環状の光ビームとして前集光レンズ５０７に入射する。好ましくは、合成ミラー５０５の第１領域５０５ａを透過した青色光ＬＥは、環状の平行な光ビームで前集光レンズ５０７の外周部に入射し、その後、後集光レンズ５０８を経て、蛍光体ホイール５１０に集光される。
【0099】
【0100】
蛍光体ホイール５１０で発生した蛍光光ＬＦと青色光ＬＢとは、図示－Ｘ方向に進み、後集光レンズ５０８、前集光レンズ５０７を順に透過し、概ね平行光ビームとして光軸Ｏａの軸上から出射され、合成ミラー５０５の第２領域５０５ｂに到達する。合成ミラー５０５の第２領域５０５ｂにおいて、蛍光光ＬＦと青色光ＬＢとは反射して図示＋Ｙ方向に進み、集光レンズ５１６により集光され、ロッドインテグレータ５１７に入射する。ロッドインテグレータ５０７の内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化された白色照明光Ｌｉとして照明光学系１００から出射される。
【0101】
ここでも、集光レンズ５０８，５０７を透過して光軸Ｏａの軸上から出射された黄色蛍光光ＬＦと青色光ＬＢとは、合成ミラー５０５の第２領域５０５ｂよりも大きいビームで合成ミラー５０５に到達する場合がある。合成ミラー５０５の第１領域１０５ａは、青色光以外の色域の光を反射する特性を有するように構成することができる。これによって、合成ミラー５０５の第１領域５０５ａに到達した青色光ＬＢの部分は透過して照明光Ｌｉの出射光軸Ｏｂから離れるが、第１領域５０５ａに到達した蛍光光ＬＦの部分は第１領域５０５ａで反射し、集光レンズ５１６を経てロッドインテグレータ５１７に到達することができる。このように、合成ミラー５０５の第１領域５０５ａで青色光ＬＢの一部が損失となる場合がある。これを補うために、例えば、波長変換部２５の後集光レンズ５０８から出射される光において、青色光ＬＢの配分が多く含まれるように、蛍光体ホイール５１０の蛍光体層５１５の波長変換率を設計することによって、照明光学系５００から良好なホワイトバランスの白色照明光を出射することができる。
【0102】
又は、合成ミラー５０５の第１領域５０５ａは、可視光域の光を透過するように構成することもできる。これによって、合成ミラー５０５の第１領域５０５ａに到達した青色光ＬＢの部分と蛍光光ＬＦの部分との両方が透過して照明光Ｌｉの出射光軸Ｏｂから離れるため、波長変換部２５の後集光レンズ５０８から出射される光の色バランスが変化することなく、照明光学系５００から白色照明光を得ることができる。
【0103】
更に代替的に、例えば、光源部１５は、偏光素子を設けて、合成ミラー５０５に対して、例えば、青色光のＰ偏光光を入射するように構成することができる。このとき、合成ミラー５０５の第１領域５０５ａにおいて、青色光のＰ偏光成分のみを透過する特性を有するように構成することができる。なお、光源部１５のレーザ光源が偏光光を出射する場合、偏光方向を合成ミラー５０５についてＰ偏光方向となるようにレーザ光源が設置されていれば上記偏光素子を設置する必要がない。このようにして、光損失なく白色照明光を出射することができる。
【0104】
（実施の形態４に係る波長変換光学系及び照明光学系）
本実施の形態では、波長変換光学系５６は、光源部１６と、合成ミラー５０５と、波長変換部２５とによって構成されている。合成ミラー５０５は、図８に示すように構成されている。また、波長変換光学系５６は、光源部１６の構成において図９に示す波長変換光学系５５とは異なる。図１０において、図９に示す波長変換光学系５５及び照明光学系５００と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。
本実施の形態では、波長変換光学系５６は、光源部１６と、合成ミラー５０５と、波長変換部２５とによって構成されている。合成ミラー５０５は、図８に示すように構成されている。また、波長変換光学系５６は、光源部１６の構成において図９に示す波長変換光学系５５とは異なる。図１０において、図９に示す波長変換光学系５５及び照明光学系５００と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。
【0105】
波長変換光学系５６の光源部１６は、光源６０１と、拡散板６０２と、アキシコンレンズ６０３と、アキシコンミラー６０６とを含む。光源６０１により発された青色レーザ光は、光軸Ｏｂに沿って図示＋Ｙ方向に出射され、拡散板６０２に入射する。
【0106】
拡散板６０２は、実施の形態２で説明した拡散板３０９（図５参照）の外周部よりも、入射光に対して小さい拡散角度で拡散するように構成することができる。そのため、拡散板６０２を通過した青色光の光ビームは、所望の集光性を保って光軸Ｏｂに沿って進むことができる。続いて、青色光の光ビームは、アキシコンレンズ６０３に入射し、アキシコンレンズ６０３によって環状の光ビームに変換されたのち、光軸Ｏｂに沿って図示＋Ｙ方向に進み、合成ミラー５０５の第２領域５０５ｂに到達することができる。
【0107】
拡散板６０２によって、集光性の高い青色レーザ光の光ビームは、やや広げて均一にアキシコンレンズ６０３を照射することができる。拡散板６０２の大きさや形状、又は拡散特性は、具体的な光路設計に応じて構成することができる。
【0108】
合成ミラー５０５の第２領域５０５ｂで青色光が図示＋Ｘ方向に反射し、アキシコンミラー６０６に入射し、アキシコンミラー６０６により環状の平行な光ビームの青色光ＬＥに変換されるとともに、図示－Ｘ方向に反射して合成ミラー５０５の第１領域５０５ａに到達する。合成ミラー５０５の第１領域５０５ａを透過した青色光ＬＥは、更に図示－Ｘ方向に進み、波長変換部２５へ導かれる。波長変換部２５に到達した後の光の伝搬は、実施の形態３に係る波長変換光学系５５と同様であるため、ここで詳細な説明を省略する。
【0109】
このように、本実施の形態に係る波長変換光学系は、光源部からの青色光と、波長変換部からの照明光を合成するための蛍光光と青色光とが、共通の第１光学素子である合成ミラーの異なる光学特性を有する領域を経由し、光の分離及び合成を実現するように構成されている。これによって、光学系の部品点数を削減でき、装置の小型化を容易に実現することができる。また、本実施の形態に係る波長変換光学系を備える照明光学系を用いて、高い画質の投写映像を実現可能な投写型映像表示装置を構成することができる。
【0110】
なお、上記実施の形態において説明した波長変換光学系のいずれも、３板式投写型映像表示装置、又は単板式投写型映像表示装置の照明光学系に適用することができる。また、液晶パネルを用いて投写型表示装置を構成することもできる。
【0111】
また、上記実施の形態において、２つのアキシコンレンズ、又はアキシコンミラーの後の青色光は、環状の平行な光ビームで出射するように説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、２つのアキシコンレンズ、又はアキシコンミラーの後の青色光は、平行光ビームではなく、収束方向に所定の角度を有する光ビームで出射することもできる。これによって、合成ミラーにおける励起光と蛍光光との分離がより容易となる。また、用途に応じて青色光の光ビームの収束角を微調整して出射することも可能である。例えば、アキシコンレンズ、アキシコンミラーの形状、又はアキシコン系に、レンズ等の光学素子を加えることによって、光源部から出射する青色光の光ビームの収束角を調整することができる。
【0112】
前述した実施の形態１から実施の形態４は、アキシコンレンズ、又はアキシコンレンズ及びアキシコンミラーで構成されたアキシコン系を備える波長変換光学系を説明したが、波長変換光学系に用いられるアキシコン系はアキシコンプリズムで構成することもできる。アキシコンプリズムで構成されたアキシコン系を備える波長変換光学系に係る実施の形態５及び実施の形態６について、以下、図１１から図１５を参照して説明する。
【0113】
（実施の形態５に係る波長変換光学系及び照明光学系）
実施の形態５に係る波長変換光学系及び照明光学系の構成について図１１から図１４を参照して説明する。図１１は、本開示の実施の形態５に係る波長変換光学系５７及び照明光学系７００の構成を示す概略図である。図１２は、図１１波長変換光学系５７のアキシコンプリズム７０２の構成を示す概略斜視図である。図１３は、図１１の波長変換光学系５７の合成ミラー７０５及び合成ミラー７０５における青色光ビームの入射位置を示す概略斜視図である。図１４は、図１１の波長変換光学系５７の合成ミラー７０５Ａの別の構成を示す概略斜視図である。
実施の形態５に係る波長変換光学系及び照明光学系の構成について図１１から図１４を参照して説明する。図１１は、本開示の実施の形態５に係る波長変換光学系５７及び照明光学系７００の構成を示す概略図である。図１２は、図１１波長変換光学系５７のアキシコンプリズム７０２の構成を示す概略斜視図である。図１３は、図１１の波長変換光学系５７の合成ミラー７０５及び合成ミラー７０５における青色光ビームの入射位置を示す概略斜視図である。図１４は、図１１の波長変換光学系５７の合成ミラー７０５Ａの別の構成を示す概略斜視図である。
【0114】
【0115】
波長変換光学系５７の光源部１７は、光源７０１と、１対の透過型アキシコンプリズム７０２，７０３とを含むことができる。光源７０１から出射される青色レーザ光は、波長が４５５ｎｍ付近であって、映像光として用いられるとともに、蛍光体ホイール７１０の蛍光体を励起するための励起光としても用いられる。
【0116】
光源７０１から発された青色レーザ光は、光軸Ｏａに沿って図示＋Ｘ方向に出射され、第１透過型アキシコンプリズム７０２と第２透過型アキシコンプリズム７０３とを順に透過する。第１透過型アキシコンプリズム７０２と第２透過型アキシコンプリズム７０３とは、同様な構造を有し、図１２は、例として、第１透過型アキシコンプリズム７０２の構成を示している。
【0117】
図１２に示すように、第１透過型アキシコンプリズム７０２は、回転対称なプリズムであって、共通の光軸を有し、互いに対向する第１面７０２ａと第２面７０２ｂとによって構成されている。本開示の実施の形態５及び後段で説明する実施の形態６の波長変換光学系が備える透過型又は反射型アキシコンプリズムは、多面錐形状の第１面７０２ａを有することで、円錐状のレンズ面を有するアキシコンレンズと異なる。第１透過型アキシコンプリズム７０２の多面錐形状の第１面７０２ａは、傾斜を持った複数の透過面７０２ａ１，７０２ａ２・・・で構成されている。このように構成された透過型アキシコンプリズムは、入射した光を、円周に沿って配された複数の光ビームに変換して透過させることができる。なお、変換された円周に沿って配される光ビームの数は、第１面７０２ａに含まれる傾斜透過面数に等しい。また、波長変換光学系５７を構成する１対の透過型アキシコンプリズム７０２，７０３は、同じ数の傾斜透過面で構成される。
【0118】
図１１に戻って、第１透過型アキシコンプリズム７０２は、入射した青色レーザ光を、光軸Ｏａ中心とした円周に沿って配され、第１面７０２ａの透過面数の複数の光ビームに変換したのち透過させる。透過した光は、第２透過型アキシコンプリズム７０３によって光軸Ｏａ中心とした円周に沿って配され、第２透過型アキシコンプリズム７０３の透過面数の複数の平行な光ビームに変換される。当該円周に沿って配された複数の平行な光ビームの青色光ＬＥは、光源部１７から出射され、図示＋Ｘ方向に進み、合成ミラー７０５に入射する。
【0119】
合成ミラー７０５は、図１３に示すように、第１領域７０５ａと、第１領域７０５ａに囲まれている第２領域７０５ｂとを有する。本実施の形態では、第１領域７０５ａは、青色レーザ光の波長の光を反射する特性を有する反射膜が施され、第２領域１０５ｂは、中空な開口として構成されてもよく、可視光域の光を透過させる透明素材で構成されてもよい。
【0120】
光源部１７から入射した青色光ＬＥは、円周Ｃ１に沿って配された複数の平行な光ビームＬＥ１，ＬＥ２・・・・として合成ミラー７０５に入射する。本実施の形態では、合成ミラー７０５は、第２領域７０５ｂが、合成ミラー７０５に到達した複数の平行な光ビームＬＥ１，ＬＥ２・・・・の内側にあるように構成することができる。これによって、合成ミラー７０５に入射した青色光ＬＥは、合成ミラー７０５の第１領域７０５ａの反射膜で反射される。
【0121】
図１１に戻って、青色光ＬＥは、合成ミラー７０５の第１領域７０５ａで反射して光軸Ｏｂに沿って図示－Ｙ方向に進み、波長変換部２７へ導かれる。
【0122】
波長変換部２７は、本実施の形態では、集光レンズ７０７，７０８と、波長変換素子である蛍光体ホイール７１０とを含む。青色光ＬＥは、光軸Ｏｂに沿って複数の平行な光ビームとして前集光レンズ７０７に入射する。好ましくは、青色光ＬＥは、複数の平行な光ビームとして前集光レンズ７０７の外周部近傍の円周に沿って離散的に入射し、その後、後集光レンズ７０８を経て、蛍光体ホイール７１０に集光される。
【0123】
本実施の形態の蛍光体ホイール７１０は、前述した実施の形態と同様に、例えば、図３に示す蛍光体ホイール１１０と同様な構成を有してもよく、又は図６に示す蛍光体ホイール３１０と同様な構成を有してもよい。ここでの詳細な説明を省略する。
【0124】
蛍光体ホイール７１０の蛍光体層７１５で発生した蛍光光ＬＦは、青色拡散光とともに、反射層７１３で反射し、図示＋Ｙ方向に進み、後集光レンズ７０８、前集光レンズ７０７を順に透過し、概ね平行光ビームとして光軸Ｏｂの軸上から出射され、合成ミラー７０５の第２領域７０５ｂに到達する。合成ミラー７０５の第２領域７０６ｂは開口又は透明領域であるため、蛍光光ＬＦと青色光ＬＢとは透過して図示＋Ｙ方向に進み、集光レンズ７１６により集光され、ロッドインテグレータ７１７に入射する。ロッドインテグレータ７１１の内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化された白色照明光Ｌｉとして照明光学系７００から出射される。
【0125】
ここでも、集光レンズ７０８，７０７を透過して光軸Ｏｂの軸上から出射された蛍光光ＬＦと青色光ＬＢとは、合成ミラー７０５の第２領域７０５ｂよりも大きいビームで合成ミラー７０５に到達する場合がある。合成ミラー７０５の第１領域７０５ａは、青色光以外の色域の光を透過する特性を有するように構成することができる。これによって、合成ミラー７０５の第１領域７０５ａに到達した青色光ＬＢの部分は反射して照明光Ｌｉの出射光軸Ｏｂから離れるが、第１領域７０５ａに到達した蛍光光ＬＦの部分は第１領域７０５ａを透過し、集光レンズ７１６を経てロッドインテグレータ７１７に到達することができる。
【0126】
このように、合成ミラー７０５の第１領域７０５ａで青色光ＬＢの一部が損失となる場合がある。これを補うために、例えば、波長変換部２７の後集光レンズ７０８から出射される光において、青色光ＬＢの配分が多く含まれるように、蛍光体ホイール７１０の蛍光体層７１５の波長変換率を設計することによって、照明光学系７００から高効率で損失の少ない、望しいホワイトバランスの白色照明光を出射することができる。
【0127】
この実施の形態でもレーザ光の強度分布の均一化のために拡散板を導入することができる。例えば、図１０に示す拡散板６０２と同様に、光線高の低い第１透過型アキシコンプリズム７０２と光源７０１との間に拡散板を配置するか、又は、図５に示す拡散板３０９と同様に、前集光レンズ７０７と合成ミラー７０５との間に、拡散板を配置することができる。このように配置された拡散板は、前述した拡散板３０９，６０２と同様な構成を有するものを用いることで同様な効果を得ることができる。なお、前集光レンズ７０７と合成ミラー７０５との間に、前述した拡散板３０９と同様な構成で複数の平行な光ビームの入射位置にのみ拡散処理することで蛍光体ホイール７１０からの戻り光への拡散影響を抑えることができる。
【0128】
ここでも前述したように、光源７０１からの光を、合成ミラー７０５においてＳ偏光となるように出射し、合成ミラー７０５の第１領域７０５ａは、光源部１７からの波長においてＳ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過する偏光ビームスプリッタとして構成することができる。この場合、光源部１７からのＳ偏光光は合成ミラー７０５の第１領域７０５ａで反射せしめられ、集光レンズ７０７，７０８を経て蛍光体ホイール７１０に集光し、蛍光光、又は青色拡散光となる。黄色蛍光光と青色拡散光とは、元の偏光特性はなく、自然光となる。再度集光レンズ７０８，７０７を経て出射し、合成ミラー７０５に到達した光は、第１領域７０５ａに入射する光のうち、青色光のＳ偏光光は反射されるが、青色光のＰ偏光光、及び光源部１７の出射光の波長以外の可視光は、偏光方向によらず透過することができる。このようにして、光利用効率を改善することができる。
【0129】
更に、図１４は、波長変換光学系５７に用いられる別の構成の合成ミラー７０５Ａを示している。合成ミラー７０５Ａは、第１領域７０５Ａ１と、第１領域７０５Ａ１に囲まれている第２領域７０５ｂとを有する。第２領域７０５ｂは、図１３の合成ミラー７０５と同様に、開口又は透明素材で構成され、合成ミラー７０５に到達した、円周Ｃ１に沿って配された複数の平行な光ビームＬＥ１，ＬＥ２・・・の内側にあるように構成することができる。合成ミラー７０５Ａは、第１領域７０５Ａ１の構成において図１３の合成ミラー７０５と異なる。
【0130】
合成ミラー７０５Ａの第１領域７０５Ａ１は、第１の反射領域７０５ａ１と第２の反射領域７０５ａ２とを含み、第１の反射領域７０５ａ１と第２の反射領域７０５ａ２とが、第２領域７０５ｂの外側において、交互に配置されるように構成することができる。図１４に示すように、光源部１７からの青色光は、円周に沿って配された複数の平行な光ビームとして合成ミラー７０５Ａの第１領域７０５Ａ１に入射し、第１領域７０５Ａ１の第１の反射領域７０５ａ１は青色光の複数の平行な光ビームＬＥ１，ＬＥ２・・・の入射位置を含み、第２の反射領域７０５ａ２は複数の平行な光ビームＬＥ１，ＬＥ２・・・の入射位置の間にあるように構成することができる。また、第１の反射領域７０５ａ１は、青色光の波長の光を反射する特性を有する反射膜が施され、第２の反射領域７０５ａ２は、第１の反射領域７０５ａ１と異なる反射特性を有し、例えば、青色光の波長の光の少なくとも一部を透過する特性を有するように構成することができる。
【0131】
図１４の合成ミラー７０５Ａを利用することによって、例えば、光源部１７（図１１参照）からの光が一方向の偏光光ではない場合、合成ミラー７０５Ａの第１領域７０５Ａ１は、光源部１７からの青色光を反射する特性を有する領域を減少することで、蛍光体ホイール７１０で蛍光光及び青色拡散光となって再度合成ミラー７０５Ａに入射したとき、第１領域７０５Ａ１で反射されて照明光Ｌｉとして利用されない青色光の部分を抑えることができる。
【0132】
光学システムにおいて光線の広がり、すなわち、エテンデュ（Ｅｔｅｎｄｕｅ）の観点から考えると、アキシコンレンズを用いた波長変換光学系において、レーザ光源の出射光を環状の光ビームに変換するとき、周方向において光ビームのエテンデュの増加を伴う。一方、アキシコンプリズムを用いた波長変換光学系において、レーザ光源の出射光を複数の点光源に分散して出射し、エテンデュの増加を伴わずに光を伝搬することができる。これによって、光ビームのエテンデュの増加を抑制し、光源からの光の利用効率を向上することができる。
【0133】
なお、図１２は、例として、８つの傾斜透過面で構成された多面錐形状の第１面７０２ａを有するアキシコンプリズムを示しているが、本開示はこれに限定されない。アキシコンプリズムの多面錐形状の第１面は、任意の数の傾斜透過面で構成することができる。ただし、図１１に示す波長変換光学系５７の光源部１７を構成する１対のアキシコンプリズム７０２，７０３は、多面錐形状の第１面が同じ数の傾斜透過面で構成される。
【0134】
（実施の形態６に係る波長変換光学系及び照明光学系）
実施の形態６に係る波長変換光学系及び照明光学系の構成について図１５を参照して説明する。図１５は、本開示の実施の形態６に係る波長変換光学系５８及び照明光学系８００の構成を示す概略図である。
実施の形態６に係る波長変換光学系及び照明光学系の構成について図１５を参照して説明する。図１５は、本開示の実施の形態６に係る波長変換光学系５８及び照明光学系８００の構成を示す概略図である。
【0135】
本実施の形態では、波長変換光学系５８は、光源部１８と、合成ミラー７０５と、波長変換部２７とによって構成されている。合成ミラー７０５は、図１３や図１４に示すように構成することができ、波長変換部２７は、図１１に示す波長変換光学系５７の波長変換部と同様に構成されている。図１５において、波長変換光学系５８における、波長変換光学系５７と同様な構成要素を同じ符号で示している。
【0136】
波長変換光学系５８の光学系は、図５の波長変換光学系５３において、アキシコンレンズ３０４，３０６を、アキシコンプリズム８０４，８０６に置き換えて構成することができる。したがって、光学系について、詳細の説明を省略する。また、波長変換光学系５８は、アキシコンプリズム８０４，８０６を備える点で、図１１の波長変換光学系５７と類似する。ただし、波長変換光学系５８において、１対のアキシコンプリズムは、透過型アキシコンプリズム８０４と反射型アキシコンプリズム８０６とで構成されている。
【0137】
反射型アキシコンプリズム８０６は、図１５に示すように、入射光が光入射面である平面状の第２面８０６ｂで反射せず、多面錐形状の第１面８０６ａで反射するように構成することができる。反射型アキシコンプリズム８０６の多面錐形状の第１面８０６ａは、複数の傾斜面が、第２面８０６ｂ側の背面において反射膜が施され、光軸Ｏａを中心に配置されるように構成されている。第１面８０６ａを構成する複数の傾斜面の傾きは、対を成す透過型アキシコンプリズム８０４から合成ミラー７０５を経て入射した、透過型アキシコンプリズム８０４の傾斜透過面の数に相当する複数の光ビームが平行な光となって反射型アキシコンプリズム８０６から出射するように構成される。当然ながら、対と成す透過型アキシコンプリズム８０４と反射型アキシコンプリズム８０６とは、多面錐形状の第１面が同じ数の傾斜面で構成される。なお、実施の形態２で説明した図５に示すアキシコンミラー３０６も、本実施の形態の反射型アキシコンプリズム８０６と同様に、入射光が光入射面で反射せず、背面において反射するように構成することもできる。
【0138】
なお、合成ミラー７０５、７０５Ａは図８に示す合成ミラー５０５のように、第２領域において反射特性を有するように構成することができる。これについて、詳細の説明を省略する。
【0139】
アキシコンプルズムを用いたアキシコン系は、アキシコンレンズを用いたアキシコン系と同様に、種々の投写型表示装置において、波長変換光学系を備える照明光学系に利用可能である。
【0140】
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施の形態を説明した。本開示にかかる技術の理解のために、添付図面及び詳細な説明を提供した。したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。したがって、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【0141】
本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。そのような変更、及び異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【0142】
本開示は、映像表示装置に適用可能であり、プロジェクタなどの投写型映像表示装置に適用可能である。
【符号の説明】
【0143】
１１，１３，１５，１６，１７，１８ 光源部
２１，２３，２５，２６，２７ 波長変換部
５１，５３，５５，５６，５７，５８ 波長変換光学系
１００，３００，５００，６００，７００，８００ 照明光学系
１０１，３０１，５０１，６０１，７０１，８０１ 光源
１０２，１０３ アキシコンレンズ
１０５，５０５，７０５，７０５Ａ 合成ミラー，第１光学素子
１０５ａ，５０５ａ，７０５ａ，７０５Ａ１ 第１領域
１０５ｂ，５０５ｂ，７０５ｂ 第２領域
１０７，１０８，７０７，７０８ 集光レンズ
１１０，３１０，５１０，７１０ 蛍光体ホイール，波長変換素子
１１１ モータ
１１２ 基板
１１３，７１３ 反射層
１１５，７１５ 蛍光体層
１１６，７１６ 集光レンズ
１１７，７１７ ロッドインテグレータ
２００，４００ 投写型映像表示装置
２０１ リレー光学系
２０２，２０３，２０４ レンズ
２０５ ミラー
２０６ 全反射プリズム
２１０ カラープリズムユニット
２１６Ｒ，２１６Ｇ，２１６Ｂ，３２６ 光変調素子（ＤＭＤ）
２１８ 投写光学系
３０４，６０３ アキシコンレンズ
３０６，６０６ アキシコンミラー
３０９，６０２ 拡散板
３１８Ｇ，３１８Ｒ ダイクロイック層
３１８Ｂ 反射防止層
３１９ 透明基板
３２０ カラーホイール
５０２，５０３ アキシコンレンズ
７０２ 第１透過型アキシコンプリズム
７０３ 第２透過型アキシコンプリズム
８０４ 透過型アキシコンプリズム
８０６ 反射型アキシコンプリズム
２１，２３，２５，２６，２７ 波長変換部
５１，５３，５５，５６，５７，５８ 波長変換光学系
１００，３００，５００，６００，７００，８００ 照明光学系
１０１，３０１，５０１，６０１，７０１，８０１ 光源
１０２，１０３ アキシコンレンズ
１０５，５０５，７０５，７０５Ａ 合成ミラー，第１光学素子
１０５ａ，５０５ａ，７０５ａ，７０５Ａ１ 第１領域
１０５ｂ，５０５ｂ，７０５ｂ 第２領域
１０７，１０８，７０７，７０８ 集光レンズ
１１０，３１０，５１０，７１０ 蛍光体ホイール，波長変換素子
１１１ モータ
１１２ 基板
１１３，７１３ 反射層
１１５，７１５ 蛍光体層
１１６，７１６ 集光レンズ
１１７，７１７ ロッドインテグレータ
２００，４００ 投写型映像表示装置
２０１ リレー光学系
２０２，２０３，２０４ レンズ
２０５ ミラー
２０６ 全反射プリズム
２１０ カラープリズムユニット
２１６Ｒ，２１６Ｇ，２１６Ｂ，３２６ 光変調素子（ＤＭＤ）
２１８ 投写光学系
３０４，６０３ アキシコンレンズ
３０６，６０６ アキシコンミラー
３０９，６０２ 拡散板
３１８Ｇ，３１８Ｒ ダイクロイック層
３１８Ｂ 反射防止層
３１９ 透明基板
３２０ カラーホイール
５０２，５０３ アキシコンレンズ
７０２ 第１透過型アキシコンプリズム
７０３ 第２透過型アキシコンプリズム
８０４ 透過型アキシコンプリズム
８０６ 反射型アキシコンプリズム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】