特許 7484448 照明装置およびプロジェクター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】照明装置およびプロジェクター

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20240509BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20240509BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20240509BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20240509BHJP

   F21V 7/28 20180101ALI20240509BHJP

   F21V 9/35 20180101ALI20240509BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20240509BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 A

F21S2/00 311

F21V5/00 510

F21V5/04 200

F21V7/28 240

F21V9/35

F21Y115:30

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020097822

(22)【出願日】2020-06-04

(65)【公開番号】P2021189405

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-03-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(74)【代理人】

【識別番号】100196058

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 彰雄

(72)【発明者】

【氏名】秋山 光一

【審査官】武田 悟

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１７９２２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３３１９９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－５８２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１２８５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６９５０７８５（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｂ ２１／１４

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ５／００ － ９／４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１波長帯の第１光を射出する発光装置と、
前記第１光の一部を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２光に変換し、前記第２光と前記第１光の他の一部とを射出する波長変換素子と、
正のパワーを有し、前記第１光が入射する第１光学系と、
前記第１光学系から射出される前記第１光が入射し、前記第１光および前記第２光のうちの一方を反射し、他方を透過する光学素子と、
正のパワーを有し、前記光学素子から射出される前記第１光と前記波長変換素子から射出される前記第２光とが入射する第２光学系と、
正のパワーを有し、前記第２光学系から射出される前記第１光を前記波長変換素子に入射させる第３光学系と、
正のパワーを有し、前記第２光学系から射出される前記第２光が入射する第４光学系と、を備え、
前記第１光学系は、前記発光装置と前記光学素子との間に設けられ、前記光学素子上または前記光学素子と前記第２光学系との間に焦点を有し、前記発光装置から射出される前記第１光を集束させ、
前記第２光学系は、前記光学素子から射出される前記第１光が入射するのに十分な大きさを有しており、
前記第１光の前記他の一部の周縁部の光束は、前記第２光学系および前記光学素子に入射することなく、前記第２光学系および前記光学素子の外側の空間を通過し、
前記第２光の一部は前記第２光学系および前記光学素子に入射し、前記第２光の他の一部は前記第２光学系および前記光学素子に入射することなく、前記第２光学系および前記光学素子の外側の空間を通過し、
前記第２光学系から射出された前記第２光の前記一部は、前記光学素子を介して所定の発散角に広がった状態で前記第４光学系に入射し、
前記第４光学系は、前記第２光の前記一部の前記発散角を小さくし、前記第２光の前記一部の前記発散角を前記第２光の前記他の一部の発散角に近づける、照明装置。

【請求項2】

前記第２光学系は、前記光学素子から射出される前記第１光を前記第３光学系に向けて射出するとともに、前記第２光学系から射出された後の前記第１光の発散角を前記第２光学系に入射する前の前記第１光の発散角よりも小さくする、または、前記第１光を平行化する、請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

前記第３光学系は、前記第２光学系と前記波長変換素子との間に設けられる、請求項１または請求項２に記載の照明装置。

【請求項4】

前記第４光学系は、前記光学素子から射出される前記第２光を射出するとともに、前記第４光学系から射出された後の前記第２光の発散角を前記第４光学系に入射する前の前記第２光の発散角よりも小さくする、または、前記第２光を平行化する、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】

前記発光装置と前記光学素子との間に設けられ、前記第１光を拡散させる拡散素子をさらに備える、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。

【請求項6】

前記第１光は、前記波長変換素子上にデフォーカス状態で入射する、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項7】

前記光学素子は、
透光性基板と、
前記透光性基板に設けられ、前記第１光を反射し、前記第２光を透過するダイクロイックミラーと、
を有する、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項8】

前記光学素子は、
透光性基板と、
前記透光性基板の第１領域に設けられ、前記第１光を透過し、前記第２光を反射するダイクロイックミラーと、
前記透光性基板の前記第１領域とは異なる第２領域に設けられ、前記第１光および前記第２光を反射するミラーと、
を有する、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項9】

前記光学素子は、前記発光装置の光軸上において、前記発光装置の光軸と前記波長変換素子の光軸との交点から離間した位置に設けられる、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項10】

前記波長変換素子は、
前記第１光を前記第２光に変換する波長変換層と、
前記波長変換層の第１面に設けられた反射層と、
前記波長変換層の前記第１面とは異なる第２面に設けられた構造体と、
を有する、請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項11】

請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置からの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写する投写光学装置と、
を備える、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】

プロジェクターに用いる光源装置として、発光素子から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が従来から提案されている。

【0003】

下記の特許文献１には、青色の励起光を射出する光源と、励起光を蛍光に変換する波長変換素子と、励起光を反射し、蛍光を透過するダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーから射出される励起光を波長変換素子に導く集光レンズユニットと、を備える光源装置が開示されている。

【0004】

下記の特許文献２には、励起光を射出する第１光源と、励起光の照射によって蛍光を発する第２光源と、励起光を反射させ、蛍光を透過させるダイクロイックミラーと、を備える光源装置が開示されている。この光源装置においては、励起光を射出するレーザー光源とダイクロイックミラーとの間に、マイクロレンズアレイと、光束の断面形状を調整する調整レンズと、が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１９４５２３号公報

【文献】特開２０１９－８１９３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の光源装置において、波長変換素子から射出される励起光の光束幅に対してダイクロイックミラーが大きい場合、励起光の多くがダイクロイックミラーで反射して光源の方向に戻るため、照明光として利用される青色光の割合が低下する、という問題がある。ところが、特許文献１の光源装置においては、光源とダイクロイックミラーとの間に第１レンズアレイおよび第２レンズアレイが設けられているため、励起光が拡散し、これら２枚のレンズアレイにより波長変換素子上での励起光の分布が均一化されたとしても、ダイクロイックミラーを小型化することは困難である。

【0007】

同様に、特許文献２の光源装置においては、レーザー光源と調整レンズとの間にマイクロレンズアレイが設けられているため、励起光が拡散し、マイクロレンズアレイによって蛍光体上での励起光の強度分布が均一化されたとしても、ダイクロイックミラーを小型化することは困難である。このように、特許文献１および２の光源装置においては、ダイクロイックミラーの小型化が困難であり、励起光の利用効率の低下を抑制することは困難である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の照明装置は、第１波長帯の第１光を射出する発光装置と、前記第１光の一部を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２光に変換し、前記第２光と前記第１光の他の一部とを射出する波長変換素子と、正のパワーを有し、前記第１光が入射する第１光学系と、前記第１光学系から射出される前記第１光が入射し、前記第１光および前記第２光のうちの一方を反射し、他方を透過する光学素子と、正のパワーを有し、前記光学素子から射出される前記第１光と前記波長変換素子から射出される前記第２光とが入射する第２光学系と、正のパワーを有し、前記第２光学系から射出される前記第１光を前記波長変換素子に入射させる第３光学系と、正のパワーを有し、前記第２光学系から射出される前記第２光が入射する第４光学系と、を備える。

【0009】

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、前記照明装置からの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写する投写光学装置と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。

【図2】第１実施形態の照明装置の概略構成を示す平面図である。

【図3】波長変換素子の断面図である。

【図4】第１調整レンズおよび第２調整レンズの保持構造を示す断面図である。

【図5】第２実施形態の照明装置の概略構成を示す平面図である。

【図6】第３実施形態の照明装置の概略構成を示す平面図である。

【図7】第３実施形態の照明装置における波長変換素子上での照度分布を示す図である。

【図8】図７の照度分布をグラフ化した図である。

【図9】第３実施形態の変形例の照明装置における波長変換素子上での照度分布を示す図である。

【図10】図９の照度分布をグラフ化した図である。

【図11】第４実施形態の照明装置の概略構成を示す平面図である。

【図12】第４実施形態の照明装置における波長変換素子上での照度分布を示す図である。

【図13】図１２の照度分布をグラフ化した図である。

【図14】第４実施形態の第１変形例の照明装置における波長変換素子上での照度分布を示す図である。

【図15】図１４の照度分布をグラフ化した図である。

【図16】第４実施形態の第２変形例の照明装置における波長変換素子上での照度分布を示す図である。

【図17】図１６の照度分布をグラフ化した図である。

【図18】第５実施形態の照明装置の概略構成を示す平面図である。

【図19】第６実施形態の照明装置の概略構成を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１～図４を用いて説明する。
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。

【0012】

本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像を表示する投写型画像表示装置である。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，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投写光学装置６と、を備えている。照明装置２の構成については、後で説明する。

【0013】

色分離光学系３は、第１ダイクロイックミラー７ａと、第２ダイクロイックミラー７ｂと、反射ミラー８ａと、反射ミラー８ｂと、反射ミラー８ｃと、リレーレンズ９ａと、リレーレンズ９ｂと、を備えている。色分離光学系３は、照明装置２から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離し、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに導き、緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに導き、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。

【0014】

フィールドレンズ１０Ｒは、色分離光学系３と光変調装置４Ｒとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｒに向けて射出する。フィールドレンズ１０Ｇは、色分離光学系３と光変調装置４Ｇとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｇに向けて射出する。フィールドレンズ１０Ｂは、色分離光学系３と光変調装置４Ｂとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｂに向けて射出する。

【0015】

第１ダイクロイックミラー７ａは、赤色光成分を透過させ、緑色光成分および青色光成分を反射させる。第２ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光成分を反射させ、青色光成分を透過させる。反射ミラー８ａは、赤色光成分を反射させる。反射ミラー８ｂおよび反射ミラー８ｃは、青色光成分を反射させる。

【0016】

第１ダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲは、反射ミラー８ａで反射し、フィールドレンズ１０Ｒを透過して赤色光用の光変調装置４Ｒの画像形成領域に入射する。第１ダイクロイックミラー７ａで反射した緑色光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー７ｂでさらに反射し、フィールドレンズ１０Ｇを透過して緑色光用の光変調装置４Ｇの画像形成領域に入射する。第２ダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢは、リレーレンズ９ａ、入射側の反射ミラー８ｂ、リレーレンズ９ｂ、射出側の反射ミラー８ｃ、およびフィールドレンズ１０Ｂを経て青色光用の光変調装置４Ｂの画像形成領域に入射する。

【0017】

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、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のそれぞれは、液晶ライトバルブから構成されている。図示を省略したが、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。

【0018】

合成光学系５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂから射出された各画像光を合成してフルカラーの画像光を形成する。合成光学系５は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視で略正方形状をなすクロスダイクロイックプリズムで構成されている。直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。

【0019】

合成光学系５から射出された画像光は、投写光学装置６によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。すなわち、投写光学装置６は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂにより変調された光を投写する。投写光学装置６は、複数の投写レンズで構成されている。

【0020】

本実施形態の照明装置２の一例について説明する。
以下、図２においては、ＸＹＺ直交座標系を用い、発光装置２０から射出される青色光ＢＬの主光線に平行な軸をＸ軸と定義し、波長変換素子２３から射出される蛍光ＹＬの主光線に平行な軸をＹ軸と定義し、Ｘ軸およびＹ軸に直交する軸をＺ軸と定義する。
また、青色光ＢＬの主光線に沿う軸を発光装置２０の光軸ａｘ４と称する。すなわち、発光装置２０の光軸ａｘ４は、Ｘ軸と平行である。蛍光ＹＬの主光線に沿う軸を波長変換素子２３の光軸ａｘ５と称する。すなわち、波長変換素子２３の光軸ａｘ５は、Ｙ軸と平行である。

【0021】

図２は、Ｚ軸方向から見た照明装置２の平面図である。
図２に示すように、本実施形態の照明装置２は、発光装置２０と、集光レンズ３５（第１光学系）と、光学素子２１と、第１調整レンズ３１（第２光学系）と、集光ピックアップ光学系２２（第３光学系）と、波長変換素子２３と、第２調整レンズ３２（第４光学系）と、インテグレーター光学系２４と、偏光変換素子２５と、重畳レンズ２６と、を備えている。

【0022】

発光装置２０は、複数の発光素子２０１を有する。本実施形態の場合、発光装置２０は、４個の発光素子２０１を有する。４個の発光素子２０１は、Ｙ軸およびＺ軸に沿って２行２列に互いに離れて配置されている。なお、発光装置２０を構成する発光素子２０１の数および配置は、特に限定されない。

【0023】

発光素子２０１は、青色半導体レーザーを有し、第１波長帯の青色光束ＢＬ１を射出する。青色半導体レーザーは、例えば３８０ｎｍ～４９５ｎｍの範囲内にピーク波長を有する第１波長帯の青色光束ＢＬ１を射出する。したがって、発光装置２０は、全体として、４本の青色光束ＢＬ１を射出する。本明細書では、４本の青色光束ＢＬ１をまとめて青色光ＢＬと称し、４本の青色光束ＢＬ１全体の中心軸を青色光ＢＬの主光線と称する。後述するように、青色光ＢＬの一部は、波長変換素子２３に含まれる蛍光体を励起させる励起光として機能する。本実施形態の青色光ＢＬは、特許請求の範囲の第１光に対応する。

【0024】

本実施形態において、発光素子２０１は、１個の半導体レーザーチップがパッケージ内に収容された形態、いわゆるＣＡＮパッケージ型のレーザー素子が用いられている。また、パッケージ２０２の光射出面に凸レンズからなるコリメーターレンズ２０３が設けられ、コリメーターレンズ２０３によって平行化された青色光束ＢＬ１が射出される。なお、発光素子２０１として、複数の半導体レーザーチップが１つのパッケージ内に収容された形態の発光素子が用いられてもよい。

【0025】

集光レンズ３５は、発光装置２０と光学素子２１との間に設けられている。集光レンズ３５は、正のパワーを有する凸レンズから構成され、発光装置２０から射出される青色光ＢＬが入射する。本実施形態の集光レンズ３５は、光学素子２１上に焦点を有し、発光装置２０から射出される青色光ＢＬを光学素子２１の中心において１点に集束させる。光学素子２１の中心は、発光装置２０の光軸ａｘ４と波長変換素子２３の光軸ａｘ５との交点に一致する。したがって、集光レンズ３５は、発光装置２０から射出される青色光ＢＬを発光装置２０の光軸ａｘ４と波長変換素子２３の光軸ａｘ５との交点において１点に集束させる。言い換えると、集光レンズ３５の焦点距離は、集光レンズ３５の主点と光学素子２１の中心との距離に一致する。本実施形態の集光レンズ３５は、特許請求の範囲の第１光学系に対応する。本実施形態では、第１光学系は、１枚のレンズで構成されているが、第１光学系を構成するレンズの数は特に限定されず、複数枚のレンズで構成されていてもよい。第１光学系が複数枚のレンズで構成される場合、第１光学系全体の焦点距離は、第１光学系全体の主点と光学素子の中心との距離に一致する。なお、集光レンズ３５のレンズ面には、青色光ＢＬに対する反射防止膜が設けられていてもよい。

【0026】

光学素子２１は、光軸ａｘ４および光軸ａｘ５のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。すなわち、光学素子２１は、発光装置２０の光軸ａｘ４と波長変換素子２３の光軸ａｘ５とが交差する位置に設けられている。光学素子２１は、青色波長帯の光を反射させ、黄色波長帯の光を透過させる特性を有する。そのため、光学素子２１は、発光装置２０から射出される青色光ＢＬを反射させ、波長変換素子２３から射出される蛍光ＹＬを透過させる。本実施形態の光学素子２１は、特許請求の範囲の光学素子に対応する。

【0027】

光学素子２１は、透光性基板２１１と、ダイクロイックミラー２１２と、を有する。ダイクロイックミラー２１２は、透光性基板２１１の第１面２１１ａに設けられ、発光装置２０から射出される青色光ＢＬを反射させ、波長変換素子２３から射出される蛍光ＹＬを透過させる。本実施形態の場合、ダイクロイックミラー２１２を透光性基板２１１の一部の領域に設けているが、透光性基板２１１をダイクロイックミラー２１２と同じ大きさに小型化し、ダイクロイックミラー２１２を透光性基板２１１の全領域に設けてもよい。

【0028】

第１調整レンズ３１は、光学素子２１と集光ピックアップ光学系２２との間に設けられている。第１調整レンズ３１は、正のパワーを有する凸レンズから構成され、光学素子２１から射出される青色光ＢＬと、波長変換素子２３から射出される蛍光ＹＬおよび青色光ＢＬと、が入射する。第１調整レンズ３１は、青色光ＢＬが入射するのに十分な大きさを有しており、集光ピックアップ光学系２２を構成する各レンズに比べて小さい。なお、第１調整レンズ３１のレンズ面には、可視域全域の光に対する反射防止膜が設けられていてもよい。

【0029】

本実施形態の第１調整レンズ３１は、光学素子２１から射出される青色光ＢＬを集光ピックアップ光学系２２に向けて射出するとともに、青色光ＢＬを平行化する。すなわち、第１調整レンズ３１は、光学素子２１から射出される所定の発散角を有する青色光ＢＬを平行化された青色光ＢＬに変換し、集光ピックアップ光学系２２に向けて射出する。したがって、第１調整レンズ３１の焦点距離は、第１調整レンズ３１と光学素子２１との距離に一致する。なお、第１調整レンズ３１と光学素子２１との距離は、第１調整レンズ３１の主点と光学素子２１の中心との距離と定義する。第１調整レンズ３１は、青色光ＢＬが集光ピックアップ光学系２２を介して波長変換素子２３に入射する際の照度分布を調整する機能を有する。本実施形態の第１調整レンズ３１は、特許請求の範囲の第２光学系に対応する。本実施形態では、第２光学系は、１枚のレンズで構成されているが、第２光学系を構成するレンズの数は特に限定されず、複数枚のレンズで構成されていてもよい。第２光学系が複数枚のレンズで構成される場合、第２光学系全体の焦点距離は、第２光学系全体の主点と光学素子２１の中心との距離に一致する。

【0030】

集光ピックアップ光学系２２は、第１調整レンズ３１と波長変換素子２３との間に設けられている。集光ピックアップ光学系２２は、正のパワーを有し、第１レンズ２２１、第２レンズ２２２、および第３レンズ２２３からなる３枚の凸レンズから構成されている。集光ピックアップ光学系２２は、波長変換素子２３上に焦点を有する。集光ピックアップ光学系２２は、第１調整レンズ３１から射出される平行化された青色光ＢＬを集束させて波長変換素子２３に入射させる。本実施形態の集光ピックアップ光学系２２は、特許請求の範囲の第３光学系に対応する。本実施形態では、第３光学系は、３枚のレンズで構成されているが、第３光学系を構成するレンズの数は特に限定されない。

【0031】

波長変換素子２３は、青色光ＢＬが入射する第１面２３ａを有し、青色光ＢＬの一部を蛍光ＹＬに変換し、蛍光ＹＬと青色光ＢＬの他の一部とを第１面２３ａから射出させる。

【0032】

図３は、波長変換素子２３の断面図である。
図３に示すように、波長変換素子２３は、基板２３１と、反射層２３２と、波長変換層２３３と、構造体２３４と、を備える。波長変換素子２３は、集光ピックアップ光学系２２から射出された青色光ＢＬを第１波長帯とは異なる第２波長帯の蛍光ＹＬに変換する。波長変換層２３３は、青色光ＢＬを黄色の蛍光ＹＬに変換するセラミック蛍光体を含んでいる。第２波長帯は例えば４９０～７５０ｎｍであり、蛍光ＹＬは緑色光成分および赤色光成分を含む黄色光である。なお、蛍光体は、単結晶蛍光体を含んでいてもよい。また、波長変換素子２３の平面形状は、青色光ＢＬの入射方向（Ｙ軸方向）から見て、略正方形である。本実施形態の蛍光ＹＬは、特許請求の範囲の第２光に対応する。

【0033】

基板２３１は、反射層２３２、波長変換層２３３、および構造体２３４を支持する支持基板として機能するとともに、波長変換層２３３で発生する熱を放熱する放熱基板として機能する。基板２３１は、例えば金属、セラミックス等、高い熱伝導率を有する材料で構成される。

【0034】

反射層２３２は、基板２３１の第１面２３１ａに設けられている。すなわち、反射層２３２は、基板２３１の第１面２３１ａと波長変換層２３３の第１面２３３ａとの間に位置し、波長変換層２３３から入射される蛍光ＹＬを、波長変換層２３３の側に反射させる。反射層２３２は、例えば誘電体多層膜、金属ミラーおよび増反射膜等を含む積層膜で構成されている。

【0035】

波長変換層２３３は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例にとると、蛍光体として、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法やソルゲル法等の湿式法により得られるＹ－Ａｌ－Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法や火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等を用いることができる。

【0036】

構造体２３４は、波長変換層２３３の第２面２３３ｂに設けられている。構造体２３４は、波長変換素子２３に入射する青色光ＢＬの一部を散乱させ、青色光ＢＬが入射する方向とは逆方向に反射させる。構造体２３４は、透光性材料で構成されており、複数の散乱構造を有する。本実施形態の散乱構造は、凸部からなるレンズ形状を有する。

【0037】

構造体２３４は、波長変換層２３３とは別体で形成される。本実施形態の構造体２３４は、例えば蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、塗布法等によって誘電体を形成した後、フォトリソグラフィーで加工する手法が適している。構造体２３４は、光吸収が小さく、化学的に安定な材料で構成することが望ましい。すなわち、構造体２３４は、屈折率が１．３～２．５の範囲の材料で構成され、例えばＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＴｉＯ_２などを用いることができる。例えばＳｉＯ_２を用いて構造体２３４を構成すれば、ウェットエッチングあるいはドライエッチングによって精度良く加工することができる。

【0038】

上記の構成により、波長変換素子２３に入射した青色光ＢＬのうち、一部の青色光ＢＬは、構造体２３４を透過した後、波長変換層２３３において波長変換され、蛍光ＹＬに変換される。すなわち、一部の青色光ＢＬは、蛍光体を励起させる励起光として機能する。一方、他の一部の青色光ＢＬは、蛍光ＹＬに波長変換される前に構造体２３４によって後方散乱し、波長変換されることなく、波長変換素子２３の外部に射出される。このとき、青色光ＢＬは、蛍光ＹＬの角度分布と略同様の角度分布に拡散された状態で射出される。

【0039】

なお、上記の構造体２３４に代えて、波長変換層２３３は、青色光ＢＬおよび蛍光ＹＬを散乱させるための散乱要素を含んでいてもよい。散乱要素として、例えば蛍光体の内部に形成される複数の気孔が用いられる。この場合、波長変換素子２３に入射した青色光ＢＬのうち、一部の青色光ＢＬは、波長変換されて蛍光ＹＬに変換されるが、他の一部の青色光ＢＬは、蛍光ＹＬに波長変換される前に蛍光体に含まれる散乱要素によって後方散乱し、波長変換されることなく、波長変換素子２３の外部に射出される。

【0040】

図２に示すように、第２調整レンズ３２は、光学素子２１から射出される蛍光ＹＬの光路上に設けられている。具体的には、第２調整レンズ３２は、光学素子２１とインテグレーター光学系２４との間に設けられている。第２調整レンズ３２は、正のパワーを有する凸レンズから構成され、第１調整レンズ３１から射出される蛍光ＹＬが光学素子２１を介して入射する。

【0041】

第２調整レンズ３２は、光学素子２１から射出される蛍光ＹＬを射出するとともに、蛍光ＹＬを平行化する。すなわち、第２調整レンズ３２は、第２調整レンズ３２に所定の発散角で入射する蛍光ＹＬを、平行化された蛍光ＹＬに変換して射出する。第２調整レンズ３２の曲率は、第１調整レンズ３１の曲率と等しい。すなわち、第２調整レンズ３２の焦点距離は、第１調整レンズ３１の焦点距離と一致しており、第２調整レンズ３２と光学素子２１との距離とも一致している。なお、第２調整レンズ３２と光学素子２１との距離は、第２調整レンズ３２の主点と光学素子２１の中心との距離と定義する。本実施形態の第２調整レンズ３２は、特許請求の範囲の第４光学系に対応する。本実施形態では、第４光学系は、１枚のレンズで構成されているが、第４光学系を構成するレンズの数は特に限定されず、複数枚のレンズで構成されていてもよい。第４光学系が複数枚のレンズで構成される場合、第４光学系全体の焦点距離は、第４光学系全体の主点と光学素子２１の中心との距離に一致する。なお、第２調整レンズ３２のレンズ面には、可視域全域の光に対する反射防止膜が設けられていてもよい。

【0042】

図４は、第１調整レンズ３１と第２調整レンズ３２との保持構造を示す断面図である。
図４に示すように、第１調整レンズ３１は、保持部材３３ａによって光学素子２１に保持されている。同様に、第２調整レンズ３２は、保持部材３３ｂによって光学素子２１に保持されている。保持部材３３ａ，３３ｂは、例えばガラス等の透光性材料からなり、内部が中空の円筒状部材で構成されている。保持部材３３ａ，３３ｂは、長手方向の中央部において４５°の角度で斜めに切断され、各切断面が例えば接着等の方法により光学素子２１にそれぞれ固定されている。また、保持部材３３ａの光学素子２１側とは反対側の端面に第１調整レンズ３１が固定され、保持部材３３ｂの光学素子２１側とは反対側の端面には第２調整レンズ３２が固定されている。第１調整レンズ３１および第２調整レンズ３２は、例えば接着等の方法により保持部材３３ａ、保持部材３３ｂにそれぞれ固定されている。

【0043】

本実施形態の場合、発光装置２０と光学素子２１との間に正のパワーを有する集光レンズ３５が設けられているため、青色光ＢＬが集束された状態でダイクロイックミラー２１２に入射する。そのため、集光レンズ３５が設けられていない場合に比べて、ダイクロイックミラー２１２を小型化することができる。ダイクロイックミラー２１２が黄色光成分を透過する特性を有するため、波長変換素子２３から射出された蛍光ＹＬのうち、中央部の光束は、集光ピックアップ光学系２２を透過した後、ダイクロイックミラー２１２を透過する。また、波長変換素子２３から射出された蛍光ＹＬのうち、周縁部の光束は、ダイクロイックミラー２１２に入射することなく、透光性基板２１１、または光学素子２１の外側の空間を通過する。

【0044】

また、波長変換素子２３から射出された青色光ＢＬのうち、中央部の光束は、ダイクロイックミラー２１２に入射するが、周縁部の光束は、ダイクロイックミラー２１２に入射することなく、透光性基板２１１、または光学素子の外側の空間を通過する。ダイクロイックミラー２１２に入射した青色光ＢＬの中央部の光束は、ダイクロイックミラー２１２で反射され、損失となるが、ダイクロイックミラー２１２に入射しない光束ＢＬは、蛍光ＹＬとともに照明光ＷＬとして利用される。この場合、ダイクロイックミラー２１２を小型化することにより、ダイクロイックミラー２１２で反射され、損失となる青色光ＢＬを少なくすることができる。

【0045】

以上のようにして、青色光ＢＬと蛍光ＹＬとは、インテグレーター光学系２４に入射する。青色の光束ＢＬと黄色の蛍光ＹＬとが合成されることにより、白色の照明光ＷＬが生成される。

【0046】

インテグレーター光学系２４は、第１マルチレンズアレイ２４１と、第２マルチレンズアレイ２４２と、を有する。第１マルチレンズアレイ２４１は、照明光ＷＬを複数の部分光束に分割するための複数の第１レンズ２４１１を有する。

【0047】

第１マルチレンズアレイ２４１のレンズ面、すなわち第１レンズ２４１１の表面と、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域とは、互いに共役の関係となっている。そのため、光軸ａｘ５の方向から見て、第１レンズ２４１１の各々の形状は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の形状と略相似形の矩形状である。これにより、第１マルチレンズアレイ２４１から射出された部分光束の各々は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ効率良く入射する。

【0048】

第２マルチレンズアレイ２４２は、第１マルチレンズアレイ２４１の複数の第１レンズ２４１１に対応する複数の第２レンズ２４２１を有する。第２マルチレンズアレイ２４２は、重畳レンズ２６とともに、第１マルチレンズアレイ２４１の各第１レンズ２４１１の像を各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域の近傍に結像させる。

【0049】

インテグレーター光学系２４を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子２５に入射する。偏光変換素子２５は、図示しない偏光分離膜と位相差板とをアレイ状に配列した構成を有する。偏光変換素子２５は、照明光ＷＬの偏光方向を所定の方向に揃える。具体的には、偏光変換素子２５は、照明光ＷＬの偏光方向を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射側偏光板の透過軸の方向に揃える。

【0050】

これにより、偏光変換素子２５を透過した照明光ＷＬから分離される赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢの偏光方向は、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射側偏光板の透過軸方向に一致する。したがって、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢは、入射側偏光板でそれぞれ遮光されることなく、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ入射する。

【0051】

偏光変換素子２５を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ２６に入射する。重畳レンズ２６は、インテグレーター光学系２４と協働して、被照明領域である光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域における照度分布を均一化する。

【0052】

［第１実施形態の効果］
本実施形態の照明装置２は、青色光ＢＬを射出する発光装置２０と、青色光ＢＬの一部を蛍光ＹＬに変換し、蛍光ＹＬと青色光ＢＬの他の一部とを射出する波長変換素子２３と、正のパワーを有し、青色光ＢＬが入射する集光レンズ３５と、集光レンズ３５から射出される青色光ＢＬが入射し、青色光ＢＬを反射し、蛍光ＹＬを透過する光学素子２１と、正のパワーを有し、光学素子２１から射出される青色光ＢＬと波長変換素子２３から射出される蛍光ＹＬとが入射する第１調整レンズ３１と、正のパワーを有し、第１調整レンズ３１から射出される青色光ＢＬを波長変換素子２３に入射させる集光ピックアップ光学系２２と、正のパワーを有し、第１調整レンズ３１から射出される蛍光ＹＬが入射する第２調整レンズ３２と、を備える。

【0053】

また、本実施形態の照明装置２において、集光レンズ３５は、発光装置２０と光学素子２１との間に設けられ、光学素子２１上に焦点を有し、発光装置２０から射出される青色光ＢＬを集束させる。また、第１調整レンズ３１は、光学素子２１と集光ピックアップ光学系２２との間に設けられ、光学素子２１から射出される青色光ＢＬを平行化された青色光ＢＬに変換し、集光ピックアップ光学系２２に向けて射出させる。また、第２調整レンズ３２は、光学素子２１から射出される蛍光ＹＬの光路上に設けられ、第２調整レンズ３２に入射する蛍光ＹＬを平行化された蛍光ＹＬに変換する。

【0054】

上述したように、本実施形態の照明装置２は、集光レンズ３５を有しているため、ダイクロイックミラー２１２に入射させる青色光ＢＬを集光レンズ３５によって集束させることができ、ダイクロイックミラー２１２を従来よりも小型化することができる。特に本実施形態の場合、青色光ＢＬは、集光レンズ３５によってダイクロイックミラー２１２上の１点に集束するため、ダイクロイックミラー２１２を十分に小型化することができる。これにより、波長変換素子２３から射出される青色光ＢＬのうち、ダイクロイックミラー２１２で反射して発光装置２０の方向に戻る光を減らすことができ、青色光ＢＬの利用効率を高めることができる。

【0055】

また、本実施形態の照明装置２は、第１調整レンズ３１を有しているため、波長変換素子２３上での青色光ＢＬの照度分布を調整することができる。本実施形態の場合、青色光ＢＬは、ダイクロイックミラー２１２上の１点に集束するため、ダイクロイックミラー２１２から所定の発散角に広がった状態で射出される。したがって、仮に第１調整レンズ３１がなかったとすると、所定の発散角に広がった青色光ＢＬが集光ピックアップ光学系２２に入射する。これに対し、本実施形態の場合、所定の発散角に広がった青色光ＢＬは、第１調整レンズ３１によって平行化された後、集光ピックアップ光学系２２に入射する。そのため、青色光ＢＬは、集光ピックアップ光学系２２によって波長変換素子２３上の１点に集束する。

【0056】

蛍光ＹＬは、ランバート分布に近い配光分布で波長変換素子２３から射出された後、集光ピックアップ光学系２２によって平行化される。集光ピックアップ光学系２２から射出される蛍光ＹＬのうち、光軸ａｘ５に近い中央部の光束は、第１調整レンズ３１によってダイクロイックミラー２１２上の１点に集束された後、所定の発散角に広がった状態でダイクロイックミラー２１２から射出される。一方、集光ピックアップ光学系２２から射出される蛍光ＹＬのうち、光軸ａｘ５から遠い周縁部の光束は、第１調整レンズ３１およびダイクロイックミラー２１２に入射することなく、インテグレーター光学系２４に向かって進む。

【0057】

このように、蛍光ＹＬのうち、光軸ａｘ５に近い中央部の光束は、所定の発散角に広がった状態でダイクロイックミラー２１２から射出されるため、仮に第２調整レンズ３２がなかったとすると、一部の光束はインテグレーター光学系２４に入射できないおそれがあり、蛍光ＹＬの利用効率が低下するという問題が生じる。これに対して、本実施形態の場合、ダイクロイックミラー２１２から射出される蛍光ＹＬの光路上に第２調整レンズ３２が設けられているため、所定の発散角に広がった蛍光ＹＬは、第２調整レンズ３２により平行化された後、インテグレーター光学系２４に向かって進む。これにより、インテグレーター光学系２４に入射できない光束を低減でき、蛍光ＹＬの利用効率の低下を抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、青色光ＢＬおよび蛍光ＹＬの利用効率に優れた照明装置２を提供することができる。

【0058】

また、本実施形態の照明装置２において、光学素子２１は、透光性基板２１１と、透光性基板２１１に設けられ、青色光ＢＬを反射し、蛍光ＹＬを透過するダイクロイックミラー２１２と、を有する。
この構成によれば、簡易な構成の光学素子２１を実現することができる。

【0059】

また、本実施形態の照明装置２において、波長変換素子２３は、青色光ＢＬを蛍光ＹＬに変換する波長変換層２３３と、波長変換層２３３の第１面２３３ａに設けられた反射層２３２と、波長変換層２３３の第２面２３３ｂに設けられた構造体２３４と、を有する。
この構成によれば、波長変換層２３３に入射する前の青色光ＢＬの一部を構造体２３４によって後方散乱させることができるため、青色光ＢＬの一部を照明光として有効に利用することができる。

【0060】

本実施形態のプロジェクター１は、本実施形態の照明装置２を備えているため、光利用効率に優れる。

【0061】

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図５を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と同様であり、照明装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の全体構成の説明は省略する。
図５は、第２実施形態の照明装置２８の概略構成図である。
図５において、第１実施形態で用いた図面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。

【0062】

図５に示すように、本実施形態の照明装置２８は、発光装置２０と、集光レンズ３７（第１光学系）と、光学素子２１と、第１調整レンズ３１（第２光学系）と、集光ピックアップ光学系２２（第３光学系）と、波長変換素子２３と、第２調整レンズ３２（第４光学系）と、インテグレーター光学系２４と、偏光変換素子２５と、重畳レンズ２６と、を備えている。

【0063】

第１実施形態の集光レンズ３５は、光学素子２１上に焦点を有しており、発光装置２０から射出される青色光ＢＬを光学素子２１の中心において１点に集束させていた。これに対して、本実施形態の集光レンズ３７の曲率は、第１実施形態の集光レンズ３５の曲率よりも大きく、集光レンズ３７は、光学素子２１の中心と第１調整レンズ３１の主点との間に焦点を有する。そのため、青色光ＢＬは、集光レンズ３７によって集束されるが、光学素子２１上にデフォーカス状態で入射する。

【0064】

本実施形態の第１調整レンズ３１、集光ピックアップ光学系２２、および第２調整レンズ３２は、第１実施形態の第１調整レンズ３１、集光ピックアップ光学系２２、および第２調整レンズ３２と同一である。一方、本実施形態の集光レンズ３７は、第１実施形態の集光レンズ３５とは異なっている。したがって、第１実施形態において、光学素子２１から射出される青色光ＢＬは、第１調整レンズ３１によって平行化されて集光ピックアップ光学系２２に入射されるのに対し、本実施形態において、光学素子２１から射出される青色光ＢＬは、第１調整レンズ３１によって平行化されることなく集光ピックアップ光学系２２に入射される。本実施形態の場合、第１調整レンズ３１は、光学素子２１から射出される青色光ＢＬを集光ピックアップ光学系２２に向けて射出するとともに、第１調整レンズ３１から射出された後の青色光ＢＬの発散角を第１調整レンズ３１に入射する前の青色光ＢＬの発散角よりも小さくする。

【0065】

本実施形態の場合、このように、平行化されていない青色光ＢＬが集光ピックアップ光学系２２に入射するため、第１実施形態とは異なり、青色光ＢＬは、集光ピックアップ光学系２２によって、波長変換素子２３上において１点に集束されることなく、デフォーカス状態で集束される。

【0066】

一方、波長変換素子２３から射出される蛍光ＹＬについては、第１実施形態と同様の振る舞いを示す。すなわち、波長変換素子２３から射出された後、集光ピックアップ光学系２２によって平行化される蛍光ＹＬのうち、光軸ａｘ５に近い中央部の光束は、第１調整レンズ３１によって光学素子２１上の１点に集束された後、所定の発散角に広がった状態で光学素子２１から射出される。所定の発散角に広がった蛍光ＹＬは、第２調整レンズ３２によって平行化された後、インテグレーター光学系２４に向かって進む。
照明装置２８のその他の構成は、第１実施形態の照明装置２と同様である。

【0067】

［第２実施形態の効果］
本実施形態においても、青色光ＢＬおよび蛍光ＹＬの利用効率に優れた照明装置２８を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0068】

また、本実施形態の照明装置２８において、青色光ＢＬは、波長変換素子２３上にデフォーカス状態で入射する。
この構成によれば、青色光ＢＬが波長変換素子２３上で１点に集束する第１実施形態の照明装置２に比べて、波長変換素子２３における青色光ＢＬの光密度を低下させることができる。これにより、波長変換素子２３の温度上昇を抑えることができるため、波長変換効率および信頼性の向上を図ることができる。

【0069】

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図６～図１０を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と同様であり、照明装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の全体構成の説明は省略する。
図６は、第３実施形態の照明装置の概略構成図である。
図６において、第１実施形態で用いた図面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。

【0070】

図６に示すように、本実施形態の照明装置４０は、発光装置２０と、拡散素子３６と、集光レンズ３５（第１光学系）と、光学素子２１と、第１調整レンズ３１（第２光学系）と、集光ピックアップ光学系２２（第３光学系）と、波長変換素子２３と、第２調整レンズ３２（第４光学系）と、インテグレーター光学系２４と、偏光変換素子２５と、重畳レンズ２６と、を備えている。

【0071】

拡散素子３６は、発光装置２０と集光レンズ３５との間に設けられ、発光装置２０から射出される青色光ＢＬを拡散させ、集光レンズ３５に向けて射出させる。波長変換素子２３上における青色光ＢＬの照度のピーク値は、拡散素子３６によって低下する。拡散素子３６として、例えば光学ガラスからなる磨りガラス板、またはレンズ形状を有する複数の構造体が設けられた透光性基板等が用いられる。なお、拡散素子３６は、発光装置２０と光学素子２１との間に設けられていればよく、例えば集光レンズ３５と光学素子２１との間に設けられていてもよい。

【0072】

集光レンズ３５は、第１実施形態と同様、光学素子２１上に焦点を有しており、発光装置２０から射出される青色光ＢＬを光学素子２１において１点に集束させる。
照明装置４０のその他の構成は、第１実施形態の照明装置２と同様である。

【0073】

［第３実施形態の効果］
本実施形態においても、青色光ＢＬおよび蛍光ＹＬの利用効率に優れた照明装置４０を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0074】

また、本実施形態の照明装置４０は、発光装置２０と光学素子２１との間に設けられ、青色光ＢＬを拡散させる拡散素子３６をさらに備えている。
この構成によれば、青色光ＢＬが波長変換素子２３上で１点に集束する第１実施形態の照明装置２に比べて、波長変換素子２３における青色光ＢＬの照度のピーク値を低下させることができる。これにより、波長変換素子２３の局所的な温度上昇を抑えることができるため、波長変換効率および信頼性の向上を図ることができる。

【0075】

ここで、本発明者は、本実施形態の照明装置４０における拡散素子３６の効果を実証するためのシミュレーションを行った。具体的には、本発明者は、シミュレーションにより波長変換素子２３に照射される青色光ＢＬの照度分布を求めた。

【0076】

［第１実施例］
第１実施例の照明装置のシミュレーション条件として、拡散素子の拡散角を６°に設定した。なお、拡散角は、拡散素子によって拡散された光の中心輝度の半値となる位置を全角で表した値と定義する。

【0077】

図７は、青色光の入射方向から見た波長変換素子上の青色光の照度分布を示すシミュレーション結果である。
以下の全てのシミュレーションにおいて、青色光の入射位置は、青色光の主光線が波長変換素子の中心に一致するように設定した。また、照度分布のシミュレーション結果を示す以下の全ての図において、白色の領域は照度が相対的に高い領域であり、黒色の領域は照度が相対的に低い領域である。

【0078】

図７に示すように、第１実施例の照明装置によれば、拡散角が６°の拡散素子によって青色光が拡散することにより、青色光の光軸を中心として同心円状に広がった照度分布が得られた。

【0079】

図８は、図７の照度分布をグラフ化した図である。
照度分布をグラフ化した以下の全ての図面において、横軸は波長変換素子上の相対的な位置を示し、位置「０」は青色光の主光線の位置を示す。縦軸は照度［Ｗ／ｍｍ^２］を示す。なお、グラフ化にあたって、Ｘ軸（図７の横方向）に沿う照度分布とＺ軸（図７の縦方向）に沿う照度分布とで略同等の結果が得られたため、グラフ化した以下の全ての図面ではＸ軸およびＺ軸に沿う照度分布を１本のグラフで示す。

【0080】

図８に示すように、第１実施例の照明装置によれば、青色光の照度の最大値が約２７Ｗ／ｍｍ^２で略一定となった照度分布が得られた。

【0081】

［第２実施例］
次に、第２実施例の照明装置のシミュレーション条件として、拡散素子の拡散角を４°に設定した。

【0082】

図９は、青色光の入射方向から見た波長変換素子上の青色光の照度分布を示すシミュレーション結果である。
図９に示すように、第２実施例の照明装置によれば、拡散角が４°の拡散素子によって青色光が拡散することにより、青色光の光軸を中心として同心円状に広がった照度分布が得られた。なお、照度分布の広がりは、第１実施例における照度分布の広がりに比べて小さい。

【0083】

図１０は、図９の照度分布をグラフ化した図である。
図１０に示すように、第２実施例の照明装置によれば、青色光の照度の最大値が約４４Ｗ／ｍｍ^２となった。照度の最大値は、第１実施例における照度の最大値に比べて高い。

【0084】

以上の第１実施例および第２実施例のシミュレーションから判るように、第３実施形態の照明装置４０によれば、拡散素子３６を備えていない第１実施形態の照明装置２に比べて、波長変換素子２３における青色光ＢＬの照度のピーク値を低減できることが実証された。

【0085】

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１１～図１７を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と同様であり、照明装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の全体構成の説明は省略する。
図１１は、第４実施形態の照明装置４２の概略構成図である。
図１１において、第１実施形態で用いた図面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。

【0086】

図１１に示すように、本実施形態の照明装置４２は、発光装置２０と、拡散素子３６と、集光レンズ３７（第１光学系）と、光学素子２１と、第１調整レンズ３１（第２光学系）と、集光ピックアップ光学系２２（第３光学系）と、波長変換素子２３と、第２調整レンズ３２（第４光学系）と、インテグレーター光学系２４と、偏光変換素子２５と、重畳レンズ２６と、を備えている。

【0087】

拡散素子３６は、第３実施形態と同様、発光装置２０と集光レンズ３７との間に設けられ、発光装置２０から射出される青色光ＢＬを拡散させ、集光レンズ３７に向けて射出させる。波長変換素子２３上における青色光ＢＬの照度のピーク値は、拡散素子３６によって低下する。本実施形態において、拡散素子３６は、発光装置２０と光学素子２１との間に設けられていればよく、例えば集光レンズ３７と光学素子２１との間に設けられていてもよい。

【0088】

集光レンズ３７は、第２実施形態と同様、光学素子２１と第１調整レンズ３１との間に焦点を有する。そのため、青色光ＢＬは、集光レンズ３７によって、光学素子２１上においてはデフォーカス状態となり、光学素子２１と第１調整レンズ３１との間の光路上の焦点に集束される。
照明装置４２のその他の構成は、第１実施形態の照明装置２と同様である。

【0089】

［第４実施形態の効果］
本実施形態においても、青色光ＢＬおよび蛍光ＹＬの利用効率に優れた照明装置４２を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0090】

また、本実施形態の照明装置４２は、青色光ＢＬが波長変換素子２３上にデフォーカス状態で入射する構成を有するとともに、青色光ＢＬを拡散させる拡散素子３６をさらに備えている。
この構成によれば、第２実施形態で説明したデフォーカスによる作用と、第３実施形態で説明した拡散素子３６による作用と、によって、波長変換素子２３における青色光ＢＬの照度のピーク値をさらに低下させることができる。これにより、波長変換素子２３の局所的な温度上昇を抑えることができるため、波長変換効率および信頼性の向上を図ることができる。

【0091】

ここで、本発明者は、本実施形態の照明装置４２における拡散素子の効果を実証するため、第３実施形態と同様、波長変換素子２３上の照度分布のシミュレーションを行った。

【0092】

［第３実施例］
第３実施例の照明装置のシミュレーション条件として、拡散素子の拡散角を６°に設定し、集光レンズの曲率半径を１２ｍｍに設定し、第１調整レンズの曲率半径を５ｍｍに設定した。

【0093】

図１２は、青色光の入射方向から見た波長変換素子上の青色光の照度分布を示すシミュレーション結果である。
図１２に示すように、第３実施例の照明装置によれば、青色光が、波長変換素子上でデフォーカス状態となるとともに、拡散素子によって拡散することにより、青色光の光軸を中心として、角が丸まった正方形状に大きく広がった照度分布が得られた。

【0094】

図１３は、図１２の照度分布をグラフ化した図である。
図１３に示すように、第１実施例の照明装置によれば、青色光ＢＬの照度の最大値が約８．６Ｗ／ｍｍ^２となった。照度分布は、２つのピークを有するとともに、青色光の光軸近傍で小さい谷を有する。

【0095】

［第４実施例］
次に、第４実施例の照明装置のシミュレーション条件として、拡散素子の拡散角を６°に設定し、集光レンズの曲率半径を１０ｍｍに設定し、第１調整レンズの曲率半径を５ｍｍに設定した。

【0096】

図１４は、青色光の入射方向から見た波長変換素子上の青色光の照度分布を示すシミュレーション結果である。
図１４に示すように、第４実施例の照明装置によれば、青色光が、波長変換素子上でデフォーカス状態となるとともに、拡散素子によって拡散することにより、青色光の光軸を中心として円形に広がった照度分布が得られた。照度分布の広がりは、図１２に示す第３実施例における照度分布の広がりに比べて小さい。

【0097】

図１５は、図１４の照度分布をグラフ化した図である。
図１５に示すように、第４実施例の照明装置によれば、青色光の照度の最大値が約２１Ｗ／ｍｍ^２となった。照度の最大値は、第３実施例における照度の最大値に比べて高く、照度分布は、１つのピークを有する。

【0098】

［第５実施例］
次に、第５実施例の照明装置のシミュレーション条件として、拡散素子の拡散角を６°に設定し、集光レンズの曲率半径を１０ｍｍに設定し、第１調整レンズの曲率半径を７ｍｍに設定した。

【0099】

図１６は、青色光の入射方向から見た波長変換素子上の青色光の照度分布を示すシミュレーション結果である。
図１６に示すように、第５実施例の照明装置によれば、青色光が、波長変換素子上でデフォーカス状態となるとともに、拡散素子によって拡散することにより、青色光の光軸を中心として、角が丸まった正方形状に広がった照度分布が得られた。照度分布の広がりは、図１２に示す第３実施例における照度分布の広がりに比べて小さい。

【0100】

図１７は、図１６の照度分布をグラフ化した図である。
図１７に示すように、第５実施例の照明装置によれば、青色光の照度の最大値が約１３．５Ｗ／ｍｍ^２となった。照度の最大値は、第３実施例における照度の最大値に比べて高い。

【0101】

以上の第３～第５実施例のシミュレーションから判るように、第４実施形態の照明装置４２によれば、拡散素子３６を備えていない第１実施形態の照明装置２に比べて、波長変換素子２３における青色光ＢＬの照度のピーク値を低減できることが実証された。また、集光レンズ３７および第１調整レンズ３１の少なくとも一方の曲率半径を変え、波長変換素子２３上でのデフォーカス状態を調整することにより、青色光ＢＬの照度分布を調整できることが判った。

【0102】

［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１８を用いて説明する。
第５実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と同様であり、照明装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の全体構成の説明は省略する。
図１８は、第５実施形態の照明装置４４の概略構成図である。
図１８において、第１実施形態で用いた図面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。

【0103】

図１８に示すように、本実施形態の照明装置４４は、発光装置２０と、拡散素子３６と、集光レンズ３７（第１光学系）と、光学素子２１と、第１調整レンズ３１（第２光学系）と、集光ピックアップ光学系２２（第３光学系）と、波長変換素子２３と、第２調整レンズ３２（第４光学系）と、インテグレーター光学系２４と、偏光変換素子２５と、重畳レンズ２６と、を備えている。

【0104】

拡散素子３６は、第４実施形態と同様、発光装置２０と集光レンズ３７との間に設けられ、発光装置２０から射出される青色光ＢＬを拡散させ、集光レンズ３７に向けて射出させる。波長変換素子２３上における青色光ＢＬの照度のピーク値は、拡散素子３６によって低下する。本実施形態においても、拡散素子３６は、発光装置２０と光学素子２１との間に設けられていればよく、例えば集光レンズ３７と光学素子２１との間に設けられていてもよい。

【0105】

集光レンズ３７は、第４実施形態と同様、光学素子２１と第１調整レンズ３１との間に焦点を有する。そのため、青色光ＢＬは、集光レンズ３７によって、光学素子２１上においてはデフォーカス状態となり、光学素子２１と第１調整レンズ３１との間の光路上の焦点に集束される。

【0106】

第１～第４実施形態の照明装置２，２８，４０，４２において、光学素子２１は、発光装置２０の光軸ａｘ４と波長変換素子２３の光軸ａｘ５との交点に設けられている。これに対して、本実施形態の照明装置４４において、光学素子２１は、発光装置２０の光軸ａｘ４と波長変換素子２３の光軸ａｘ５との交点に設けられていない。

【0107】

光学素子２１は、発光装置２０の光軸ａｘ４上において、発光装置２０の光軸ａｘ４と波長変換素子２３の光軸ａｘ５との交点から離間した位置に設けられている。本実施形態の場合、光学素子２１は、発光装置２０の光軸ａｘ４上において、発光装置２０の光軸ａｘ４と波長変換素子２３の光軸ａｘ５との交点よりも発光装置２０に近い側に設けられている。光学素子２１の中心を通り、光軸ａｘ５に平行な光軸を光軸ａｘ７とすると、光軸ａｘ７は、光軸ａｘ５よりも発光装置に近い側に位置する。なお、光学素子２１は、発光装置２０の光軸ａｘ４上において、発光装置２０の光軸ａｘ４と波長変換素子２３の光軸ａｘ５との交点よりも発光装置２０から遠い側に設けられていてもよい。
照明装置４４のその他の構成は、第１実施形態の照明装置と同様である。

【0108】

［第５実施形態の効果］
本実施形態においても、青色光ＢＬおよび蛍光ＹＬの利用効率に優れた照明装置４４を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0109】

また、本実施形態の照明装置４４は、青色光ＢＬが波長変換素子２３上にデフォーカス状態で入射する構成を有するとともに、青色光ＢＬを拡散させる拡散素子３６をさらに備えている。
この構成によれば、第４実施形態と同様、波長変換素子２３における青色光ＢＬの照度分布のピーク値をさらに低下させることができる。これにより、波長変換素子２３の局所的な温度上昇を抑えることができるため、波長変換効率および信頼性の向上を図ることができる。

【0110】

［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１９を用いて説明する。
第６実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と同様であり、照明装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの全体構成の説明は省略する。
図１９は、第６実施形態の照明装置４６の概略構成図である。
図１９において、第１実施形態で用いた図面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。

【0111】

図１９に示すように、本実施形態の照明装置４６は、発光装置２０と、拡散素子３６と、集光レンズ３７（第１光学系）と、光学素子５３と、第１調整レンズ３１（第２光学系）と、集光ピックアップ光学系２２（第３光学系）と、波長変換素子２３と、第２調整レンズ３２（第４光学系）と、インテグレーター光学系２４と、偏光変換素子２５と、重畳レンズ２６と、を備えている。

【0112】

第１～第５実施形態の照明装置２，２８，４０，４２，４４においては、発光装置２０の光軸ａｘ４と波長変換素子２３の光軸ａｘ５とが直交していた。これに対して、本実施形態の照明装置４６においては、発光装置２０の光軸ａｘ４と波長変換素子２３の光軸ａｘ５とが同一直線上に配置されている。したがって、本実施形態の場合、発光装置２０、拡散素子３６、集光レンズ３７、光学素子５３、第１調整レンズ３１、集光ピックアップ光学系２２、および波長変換素子２３は、同一の光軸上に配置されている。また、光軸ａｘ４および光軸ａｘ５は、第２調整レンズ３２、インテグレーター光学系２４、偏光変換素子２５、および重畳レンズ２６を含む後段の光学系の光軸ａｘ６と直交する。

【0113】

光学素子５３は、光軸ａｘ４および光軸ａｘ５と光軸ａｘ６のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。光学素子５３は、透光性基板５３１と、透光性基板５３１の第１領域に設けられるダイクロイックミラー５３２と、透光性基板５３１の第１領域とは異なる第２領域に設けられるミラー５３３と、を有する。

【0114】

ダイクロイックミラー５３２は、第１領域として、光軸ａｘ４および光軸ａｘ５と光軸ａｘ６とが交差する透光性基板５３１の中央領域に設けられている。ダイクロイックミラー５３２は、青色光ＢＬを透過させ、黄色の蛍光ＹＬを反射させる。すなわち、本実施形態のダイクロイックミラー５３２の透過波長帯および反射波長帯は、第１実施形態のダイクロイックミラー２１２の透過波長帯および反射波長帯と互いに逆の関係である。

【0115】

ミラー５３３は、第２領域として、ダイクロイックミラー５３２の両側方にあたる透光性基板５３１の周縁領域に設けられている。ミラー５３３は、青色光ＢＬおよび蛍光ＹＬをともに反射させる。ミラー５３３は、誘電体多層膜、金属膜等から構成されている。

【0116】

本実施形態の場合、発光装置２０から射出される青色光ＢＬは、拡散素子３６および集光レンズ３７を介してダイクロイックミラー５３２を透過し、第１調整レンズ３１および集光ピックアップ光学系２２を介して波長変換素子２３に入射する。このとき、本実施形態においても、第１実施形態と同様、発光装置２０と光学素子５３との間に集光レンズ３７が設けられているため、光学素子５３上のダイクロイックミラー５３２を小型化することができる。

【0117】

ダイクロイックミラー５３２を小型化することにより、波長変換素子２３から射出される青色光ＢＬのうち、青色光ＢＬの中央部は、ダイクロイックミラー５３２に入射するが、青色光ＢＬの周縁部はダイクロイックミラー５３２の両側に設けられたミラー５３３で反射する。ダイクロイックミラー５３２に入射する青色光ＢＬは、ダイクロイックミラー５３２を透過するため、損失となるが、ミラー５３３に入射する青色光ＢＬは、蛍光ＹＬとともに照明光ＷＬとして利用される。また、ダイクロイックミラー５３２を小型化することにより、ダイクロイックミラー５３２を透過し、損失となる青色光ＢＬを少なくすることができる。

【0118】

第１調整レンズ３１および第２調整レンズ３２の作用については、第１～第５実施形態の照明装置２，２８，４０，４２，４４と同様である。すなわち、第１調整レンズ３１の曲率を変えることによって、波長変換素子２３上の青色光ＢＬの照度分布を調整することができる。また、第２調整レンズ３２を設けることによって、第２調整レンズ３２の後段の光学系に入射できない蛍光ＹＬを低減することができる。

【0119】

［第６実施形態の効果］
本実施形態においても、青色光ＢＬおよび蛍光ＹＬの利用効率に優れた照明装置４６を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0120】

また、本実施形態の照明装置４６は、青色光ＢＬが波長変換素子２３上にデフォーカス状態で入射する構成を有するとともに、青色光ＢＬを拡散させる拡散素子３６をさらに備えている。
この構成によれば、第４実施形態と同様、波長変換素子２３における青色光ＢＬの照度のピーク値をさらに低下させることができる。これにより、波長変換素子２３の局所的な温度上昇を抑えることができるため、波長変換効率および信頼性の向上を図ることができる。

【0121】

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。
例えば上記実施形態の照明装置においては、第２調整レンズの曲率および焦点距離が第１調整レンズの曲率および焦点距離と一致しており、第２調整レンズは、当該第２調整レンズに入射する蛍光ＹＬを平行化していた。この構成に代えて、第２調整レンズの曲率および焦点距離は、第１調整レンズの曲率および焦点距離と一致していなくてもよい。この構成においては、第２調整レンズは、光学素子から射出される蛍光ＹＬを射出するとともに、第２調整レンズから射出された後の蛍光ＹＬの発散角を第２調整レンズに入射する前の蛍光ＹＬの発散角よりも小さくする。この場合であっても、第２調整レンズは、第２調整レンズの後段の光学系で利用できない蛍光ＹＬを低減し、蛍光ＹＬの利用効率の向上に寄与することができる。

【0122】

また、上記実施形態では、回転可能とされていない固定型の波長変換素子の例を挙げたが、本発明は、モーターによって回転可能とされた波長変換素子を有する照明装置にも適用が可能である。また、回転可能とされていない固定型の拡散素子の例を挙げたが、本発明は、モーターによって回転可能とされた拡散素子を有する照明装置にも適用が可能である。

【0123】

その他、照明装置およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。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。本発明による照明装置を、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適用してもよい。また、プロジェクターは、複数の光変調装置を有していなくてもよく、１つの光変調装置のみを有していてもよい。

【0124】

上記実施形態では、本発明の照明装置をプロジェクターに適用した例を示したが、これに限られない。本発明の照明装置は、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。

【0125】

本発明の一つの態様の照明装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置は、第１波長帯の第１光を射出する発光装置と、前記第１光の一部を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２光に変換し、前記第２光と前記第１光の他の一部とを射出する波長変換素子と、正のパワーを有し、前記第１光が入射する第１光学系と、前記第１光学系から射出される前記第１光が入射し、前記第１光および前記第２光のうちの一方を反射し、他方を透過する光学素子と、正のパワーを有し、前記光学素子から射出される前記第１光と前記波長変換素子から射出される前記第２光とが入射する第２光学系と、正のパワーを有し、前記第２光学系から射出される前記第１光を前記波長変換素子に入射させる第３光学系と、正のパワーを有し、前記第２光学系から射出される前記第２光が入射する第４光学系と、を備える。

【0126】

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第１光学系は、前記発光装置と前記光学素子との間に設けられ、前記光学素子上または前記光学素子と前記第２光学系との間に焦点を有し、前記発光装置から射出される前記第１光を集束させてもよい。

【0127】

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第２光学系は、前記光学素子から射出される前記第１光を前記第３光学系に向けて射出するとともに、前記第２光学系から射出された後の前記第１光の発散角を前記第２光学系に入射する前の前記第１光の発散角よりも小さくする、または、前記第１光を平行化してもよい。

【0128】

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第３光学系は、前記第２光学系と前記波長変換素子との間に設けられていてもよい。

【0129】

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第４光学系は、前記光学素子から射出される前記第２光を射出するとともに、前記第４光学系から射出された後の前記第２光の発散角を前記第４光学系に入射する前の前記第２光の発散角よりも小さくする、または、前記第２光を平行化してもよい。

【0130】

本発明の一つの態様の照明装置は、前記発光装置と前記光学素子との間に設けられ、前記第１光を拡散させる拡散素子をさらに備えていてもよい。

【0131】

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第１光は、前記波長変換素子上にデフォーカス状態で入射してもよい。

【0132】

本発明の一つの態様の照明装置において、前記光学素子は、透光性基板と、前記透光性基板に設けられ、前記第１光を反射し、前記第２光を透過するダイクロイックミラーと、を有していてもよい。

【0133】

本発明の一つの態様の照明装置において、前記光学素子は、透光性基板と、前記透光性基板の第１領域に設けられ、前記第１光を透過し、前記第２光を反射するダイクロイックミラーと、前記透光性基板の前記第１領域とは異なる第２領域に設けられ、前記第１光および前記第２光を反射するミラーと、を有していてもよい。

【0134】

本発明の一つの態様の照明装置において、前記光学素子は、前記発光装置の光軸上において、前記発光装置の光軸と前記波長変換素子の光軸との交点から離間した位置に設けられていてもよい。

【0135】

本発明の一つの態様の照明装置において、前記波長変換素子は、前記第１光を前記第２光に変換する波長変換層と、前記波長変換層の第１面に設けられた反射層と、前記波長変換層の前記第１面とは異なる第２面に設けられた構造体と、を有していてもよい。

【0136】

本発明の一つの態様のプロジェクターは、以下の構成を有していてもよい。
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、前記照明装置からの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写する投写光学装置と、を備える。

【符号の説明】

【0137】

１…プロジェクター、２，２８，４０，４２，４４，４６…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投写光学装置、２０…発光装置、２１，５３…光学素子、２２…集光ピックアップ光学系（第３光学系）、２３…波長変換素子、２３ａ…第１面、３１…第１調整レンズ（第２光学系）、３２…第２調整レンズ（第４光学系）、３５，３７…集光レンズ（第１光学系）、３６…拡散素子、２１１，５３１…透光性基板、２１２，５３２…ダイクロイックミラー、２３２…反射層、２３３…波長変換層、２３４…構造体、５３３…ミラー、ＢＬ…青色光（第１光）、ＹＬ…蛍光（第２光）。

【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】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】