照明装置及びプロジェクター
【課題】固体光源の寿命を短くすることなく高輝度化することが可能な照明装置を提供する。
【解決手段】主励起光を射出する第１固体光源と、主励起光を蛍光に変換して射出する蛍光層とを有する第１固体光源装置１０と、第１レンズ２２及び第２レンズ２４を備えるコリメート光学系２０とを備える照明装置であって、副励起光を射出する第２固体光源を有する第２固体光源装置３０と、第１レンズ２２と第２レンズ２４との間に配置され、副励起光を蛍光層へ向けて反射するとともに、蛍光を通過させるダイクロイック面を有するダイクロイックプリズム５０とをさらに備え、蛍光層は、副励起光をも蛍光に変換して射出するように構成され、ダイクロイック面と第１固体光源装置１０の光軸とのなす角αが「４５°＜α＜６０°」の関係を満たすことを特徴とする照明装置１００。
【解決手段】主励起光を射出する第１固体光源と、主励起光を蛍光に変換して射出する蛍光層とを有する第１固体光源装置１０と、第１レンズ２２及び第２レンズ２４を備えるコリメート光学系２０とを備える照明装置であって、副励起光を射出する第２固体光源を有する第２固体光源装置３０と、第１レンズ２２と第２レンズ２４との間に配置され、副励起光を蛍光層へ向けて反射するとともに、蛍光を通過させるダイクロイック面を有するダイクロイックプリズム５０とをさらに備え、蛍光層は、副励起光をも蛍光に変換して射出するように構成され、ダイクロイック面と第１固体光源装置１０の光軸とのなす角αが「４５°＜α＜６０°」の関係を満たすことを特徴とする照明装置１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、励起光を射出する固体光源と、励起光を蛍光に変換して射出する蛍光層とを有する固体光源装置を備える照明装置が知られている。また、このような照明装置を備えるプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
従来の照明装置によれば、特定の色光しか得られない固体光源を用いても、固体光源から射出される光を蛍光層で変換することによって様々な色光を得ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２７４９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、プロジェクターの高輝度化が進み、これに伴って照明装置の高輝度化に対するニーズが高まっている。従来の照明装置を高輝度化するためには、より高い電圧を固体光源に印加する方法が考えられる。しかしながら、当該方法を用いて照明装置を高輝度化したのでは、１つの固体光源に熱的負荷が集中し、これに起因して固体光源の寿命が短くなってしまう。このため、従来の照明装置においては、固体光源の寿命を短くすることなく照明装置を高輝度化することが困難であるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、固体光源の寿命を短くすることなく高輝度化することが可能な照明装置を提供することを目的とする。また、このような照明装置を備えるため、照明装置の取換え頻度の低い高輝度なプロジェクター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】
【０００７】
［１］本発明の照明装置は、主励起光を射出する第１固体光源と、前記主励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して射出する蛍光層とを有する第１固体光源装置と、前記第１固体光源装置からの光の拡がりを抑制する第１レンズと、前記第１レンズからの光を略平行化する第２レンズとを備え、全体として前記第１固体光源装置から射出される光を略平行化するコリメート光学系とを備える照明装置であって、副励起光を射出する第２固体光源を有する第２固体光源装置と、前記第２固体光源装置からの副励起光を集光する集光光学系と、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に配置され、前記集光光学系から射出される副励起光を前記蛍光層へ向けて反射するとともに、前記蛍光を通過させるダイクロイック面を有するダイクロイック光学素子とをさらに備え、前記蛍光層は、前記副励起光をも前記蛍光に変換して射出するように構成され、前記第１固体光源装置の光軸及び前記第２固体光源装置の光軸を含む平面において、前記ダイクロイック面と前記第１固体光源装置の光軸とのなす角αが「４５°＜α＜６０°」の関係を満たすことを特徴とする。
【０００８】
このため、本発明の照明装置によれば、蛍光層を励起するための光源として、主励起光を射出する第１固体光源及び副励起光を射出する第２固体光源の２つの光源を用いることとしているため、蛍光層を励起するための光源として１つの光源を用いる照明装置の場合よりも光源にかかる熱的負荷を低減することが可能となり、その結果、光源の寿命を短くすることなく照明装置を高輝度化することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の照明装置によれば、主励起光及び副励起光の２つの励起光を単一の蛍光層を用いて蛍光に変換するように構成されているため、１つの励起光を１つの蛍光層を用いて蛍光に変換するように構成された照明装置と比較しても発光面積が特段大きくなることはなく、従って、発光面積が大きくなることに起因して照明光束の品質が低下することもない。
【００１０】
また、本発明の照明装置によれば、ダイクロイック面と第１固体光源装置の光軸とのなす角αが「４５°＜α＜６０°」の関係を満たすため、第１固体光源装置と第２固体光源装置とが互いに干渉してしまうことなく照明装置を小型化することが可能となる。
【００１１】
ここで、ダイクロイック面と第１固体光源装置の光軸とのなす角αを「４５°＜α＜６０°の関係を満たす」ものとしたのは、以下の理由による。角αが４５°以下である場合には、ダイクロイック光学素子における「第１固体光源装置の光軸に沿う方向の長さ」が長くなりすぎて、照明装置を小型化することが困難となる場合があるからであり、角αが６０°以上である場合には、第１固体光源装置と第２固体光源装置とが互いに干渉してしまう場合があるためである。
【００１２】
上記観点から言えば、ダイクロイック面と第１固体光源装置の光軸とのなす角αは、「５０°≦α≦５５°」の関係を満たすことがより好ましい。
【００１３】
［２］本発明の照明装置においては、前記第１固体光源装置は、赤色光、緑色光及び青色光を含む白色光を射出し、ランバート発光タイプの白色固体光源であり、前記主励起光は、紫外光、紫色光又は青色光であり、前記副励起光は、紫外光又は紫色光であり、前記ダイクロイック面は、波長が４４０ｎｍ以下の光を反射し、波長が４４０ｎｍを超える光を通過させることが好ましい。
【００１４】
このような構成とすることにより、比較的単純な構成で、照明装置から白色光を射出することが可能となる。
【００１５】
［３］本発明の照明装置においては、前記ダイクロイック光学素子を挟んで前記第２固体光源装置と向かい合うように配置され、青色光を射出する第３固体光源を有する第３固体光源装置をさらに備え、前記主励起光は、紫外光、紫色光又は青色光であり、前記副励起光は、紫外光、紫色光又は青色光であり、前記蛍光層は、蛍光として、赤色光及び緑色光を含む蛍光を射出するように構成され、前記ダイクロイック面は、波長が５００ｎｍ以下の光を反射し、波長が５００ｎｍを超える光を通過させることが好ましい。
【００１６】
このような構成とすることにより、３つの固体光源を用いて、より高輝度の白色光を射出することが可能となる。
【００１７】
［４］本発明の照明装置においては、前記ダイクロイック光学素子は、ダイクロイックプリズムからなることが好ましい。
【００１８】
このような構成とすることにより、ダイクロイック光学素子における反射損を低減することが可能となる。
【００１９】
［５］本発明の照明装置においては、前記ダイクロイックプリズムの前記第２固体光源装置側には、前記第２固体光源装置の光軸に対して垂直な入射面を有する補助プリズムが配置されていることが好ましい。
【００２０】
このような構成とすることにより、ダイクロイックプリズムに対して副励起光を正しく入射させることが可能となる。
【００２１】
［６］本発明の照明装置においては、前記ダイクロイックプリズムの前記第２固体光源装置側には、前記補助プリズムが接合されていることが好ましい。
【００２２】
このような構成とすることにより、ダイクロイックプリズムと補助プリズムとの間で発生することがある反射損を低減することが可能となる。
【００２３】
［７］本発明の照明装置においては、前記ダイクロイックプリズムは、前記第２固体光源装置側の部分が前記第２固体光源装置の光軸に対して垂直な面となる形状を有することが好ましい。
【００２４】
このような構成とすることによっても、ダイクロイックプリズムに対して副励起光を正しく入射させることが可能となる。
【００２５】
［８］本発明の照明装置においては、前記ダイクロイック面は誘電体多層膜からなり、前記誘電体多層膜は、前記ダイクロイック面に入射する副励起光の入射角度に応じて徐々に変化する膜構成を有し、前記ダイクロイック面のどの領域に入射する副励起光に対しても略同一の波長・透過率特性を有することが好ましい。
【００２６】
このような構成とすることにより、ダイクロイック面のどの領域においても高い反射率で副励起光を反射することが可能となる。
【００２７】
なお、本発明の照明装置においては、第２固体光源装置からの副励起光は、後述する図１に示すように、集光光学系によって集束されながらダイクロイック面に入射し、当該ダイクロイック面で蛍光層に向けて反射される。このため、ダイクロイック面に対する副励起光の入射角度の大小関係は、ダイクロイック面に対する主励起光や蛍光の入射角度の大小関係と同じ傾向を示すこととなり、誘電体多層膜は、ダイクロイック面のどの領域に入射する主励起光又は蛍光に対しても略同一の波長・透過率特性を有するようになる。その結果、本発明の照明装置によれば、ダイクロイック面のどの領域においても、高い反射率で主励起光を反射し、高い透過率で蛍光を透過させることが可能となる。
【００２８】
［９］本発明の照明装置においては、前記第１レンズの射出面又は前記第２レンズの入射面に前段非球面が形成されており、かつ、前記第２レンズの射出面に後段非球面が形成され、前記前段非球面は、前記第１固体光源装置から射出される光の光束密度分布を、前記コリメート光学系の光軸近傍における光束密度が前記コリメート光学系の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高くなるような所定の光束密度分布に変換する機能を有し、前記後段非球面は、前記所定の光束密度分布に形成された光を略平行化する機能を有し、前記コリメート光学系から射出される光における、前記コリメート光学系の光軸近傍における光束密度は、前記コリメート光学系の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高いことが好ましい。
【００２９】
ところで、照明装置に広く用いられている従来のコリメート光学系を適用しようとすると、コリメート光学系から射出される光における、コリメート光学系の光軸近傍における光束密度が、コリメート光学系の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも相対的に低くなってしまう。このようになると、コリメート光学系からの射出光の面内光強度分布内を均一にするためのインテグレーター光学系を後段に配置したとしても、被照明領域に照射される光のうち大きな角度をもって照射される光の割合が大きくなってしまう。このような照明装置を、光変調装置として、特にマイクロレンズを内蔵した液晶光変調装置を用いたプロジェクターに適用しようとすると、被照明領域に照射される光のうち大きな角度をもって照射される光の割合が大きくなってしまうことに起因して光利用効率が低下してしまうという問題がある。
これに対して、本発明の照明装置によれば、コリメート光学系から射出される光における、コリメート光学系の光軸近傍における光束密度が、コリメート光学系の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高いことから、被照明領域に照射される光のうち小さな角度をもって照射される光の割合を高くすることが可能となるため、被照明領域に照射される光のうち大きな角度をもって照射される光の割合が高くなってしまうことに起因して光利用効率が低下してしまうことがなくなる。
【００３０】
また、第１レンズの射出面又は第２レンズの入射面に前段非球面が形成され、かつ、第２レンズの射出面に後段非球面が形成されているため、２枚のレンズで上記のような効果を有するコリメート光学系を構成することが可能となる。
【００３１】
なお、第１レンズ及び第２レンズにおける入射面とは、光が入射する側の面（第１固体光源装置に近い側の面）のことをいう。また、第１レンズ及び第２レンズにおける射出面とは、光を射出する側の面（第１固体光源装置から遠い側の面）のことをいう。
【００３２】
［１０］本発明のプロジェクターは、本発明の照明装置と、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、前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系とを備えることを特徴とする。
【００３３】
このため、本発明のプロジェクターによれば、固体光源の寿命を短くすることなく高輝度化することが可能な本発明の照明装置を備えるため、照明装置の取換え頻度の低い高輝度なプロジェクターとなる。
【００３４】
また、本発明のプロジェクターによれば、第１固体光源装置と第２固体光源装置とを干渉させずに小型化することが可能な照明装置を備えるため、無理なくプロジェクターを小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を示す平面図。
【図２】実施形態１における第１固体光源装置１０及び第２固体光源装置３０を説明するために示す図。
【図３】実施形態１におけるダイクロイックプリズム５０の上面図。
【図４】実施形態１における第１固体光源１４の発光強度特性、各蛍光体の発光強度特性及び第２固体光源３４の発光強度特性を示すグラフ。
【図５】実施形態２に係るプロジェクター１００２の光学系を示す平面図。
【図６】実施形態２における第１固体光源装置１１、第２固体光源装置３１及び第３固体光源装置７０を説明するために示す図。
【図７】実施形態２における第１固体光源２５の発光強度特性、蛍光体の発光強度特性、第２固体光源３５の発光強度特性及び第３固体光源７４の発光強度特性を示すグラフ。
【図８】変形例１に係るプロジェクター１００４の光学系を示す平面図。
【図９】変形例２に係るプロジェクター１００６の光学系を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の照明装置及びプロジェクターについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００３７】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を示す平面図である。
図２は、実施形態１における第１固体光源装置１０及び第２固体光源装置３０を説明するために示す図である。図２（ａ）は第１固体光源装置１０の断面図であり、図２（ｂ）は第２固体光源装置３０の断面図である。
図３は、実施形態１におけるダイクロイックプリズム５０の上面図である。
図４は、実施形態１における第１固体光源１４の発光強度特性、各蛍光体の発光強度特性及び第２固体光源３４の発光強度特性を示すグラフである。図４（ａ）は第１固体光源１４の発光強度特性を示すグラフであり、図４（ｂ）は蛍光層１６が含有する赤色蛍光体の発光強度特性を示すグラフであり、図４（ｃ）は蛍光層１６が含有する緑色蛍光体の発光強度特性を示すグラフであり、図４（ｄ）は蛍光層１６が含有する青色蛍光体の発光強度特性を示すグラフであり、図４（ｅ）は第２固体光源３４の発光強度特性を示すグラフである。発光強度特性とは、固体光源であれば電圧を印加したときに、蛍光体であれば励起光が入射したときに、どのような波長の光をどの位の強度で射出するのかという特性のことをいう。グラフの縦軸は相対発光強度を表し、発光強度が最も強い波長における発光強度を１としている。グラフの横軸は、波長を表す。
なお、図４において、符号Ｖは紫色光を示し、符号Ｒは赤色光を示し、符号Ｇは緑色光を示し、符号Ｂは青色光を示す。
【００３８】
まず、実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクター１０００の構成を説明する。
【００３９】
実施形態１に係るプロジェクター１０００は、図１に示すように、照明装置１００と、色分離導光光学系２００と、光変調装置としての３つの液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投写光学系６００とを備える。
【００４０】
照明装置１００は、第１固体光源装置１０と、コリメート光学系２０と、第２固体光源装置３０と、集光レンズ４０と、ダイクロイックプリズム５０と、補助プリズム６０と、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、重畳レンズ１５０とを備える。
【００４１】
第１固体光源装置１０は、図２（ａ）に示すように、基台１２、第１固体光源１４、蛍光層１６及び封止部材１８を有する発光ダイオードであり、赤色光、緑色光及び青色光を含む白色光を射出する（後述する図４（ｂ）〜図４（ｄ）参照。）、ランバート発光タイプの白色固体光源である。なお、第１固体光源装置１０は、上記した構成要素の他にもリード線等を有するが、図示及び説明を省略する。
【００４２】
基台１２は、第１固体光源１４を搭載する基台である。
第１固体光源１４は、主励起光として紫色光（発光強度のピーク：約４００ｎｍ、図４（ａ）参照。）を射出する。第１固体光源１４は、窒化ガリウムを主成分とし、ｐｎ接合型の構造を有する。なお、第１固体光源はｐｎ接合型の構造を有していなくてもよく、ダブルヘテロ接合型、量子井戸接合型等の構造を有してもよい。
第１固体光源１４と基台１２との間には反射層（図示せず。）が形成されており、第１固体光源から基台１２側へ射出された紫色光は、反射層によって蛍光層１６側へ反射される。
【００４３】
蛍光層１６は、紫色光を吸収して赤色光を射出する赤色蛍光体と、紫色光を吸収して緑色光を射出する緑色蛍光体と、紫色光を吸収して青色光を射出する青色蛍光体とを含有する層からなり、第１固体光源１４の被照明領域側に配置されている。赤色蛍光体は、例えばＣａＡｌＳｉＮ３−Ｓｉ２Ｎ２Ｏ：Ｅｕからなる。緑色蛍光体は、例えばＢａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕからなる。青色蛍光体は、例えばＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕからなる。なお、各蛍光体は上記したものに限定されるものではなく、主励起光及び副励起光（後述）により各色光を射出するものであれば他の蛍光体を用いることもできる。
【００４４】
蛍光層１６は、第１固体光源１４及び第２固体光源装置３０（後述）が射出する紫色光をそれぞれ蛍光である赤色光（発光強度のピーク：約６４０ｎｍ）、緑色光（発光強度のピーク：約５４０ｎｍ）及び青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ）に変換して射出する（図４（ｂ）〜図４（ｄ）参照。）。
封止部材１８は、透明なエポキシ樹脂からなり、第１固体光源１４及び蛍光層１６を保護する。
【００４５】
コリメート光学系２０は、図１に示すように、第１固体光源装置１０からの光の拡がりを抑える第１レンズ２２と、第１レンズ２２からの光を略平行化する第２レンズ２４とを備え、全体として、第１固体光源装置１０からの光を略平行化する機能を有する。
第１レンズ２２は、入射面が平面、射出面が球面の平凸レンズからなる。
第２レンズ２４においては、入射面に前段非球面が形成され、射出面に後段非球面が形成されている。前段非球面は、第１固体光源装置１０から射出される光の光束密度分布を、前記コリメート光学系２０の光軸近傍における光束密度がコリメート光学系２０の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高くなるような所定の光束密度分布に変換する機能を有する。後段非球面は、所定の光束密度分布に形成された光を略平行化する機能を有する。
コリメート光学系２０から射出される光における、コリメート光学系２０の光軸近傍における光束密度は、コリメート光学系２０の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高い。
【００４６】
第２固体光源装置３０は、図２（ｂ）に示すように、基台３２、第２固体光源３４及び封止部材３８を有する発光ダイオードであり、紫色光を射出する（後述する図４（ｅ）参照。）。第２固体光源３４は、図４（ｄ）に示すように、色光として紫色光（発光強度のピーク：約４００ｎｍ）を射出する。基台３２は基台１２と同様の構成を有し、第２固体光源３４は第１固体光源１４と同様の構成を有し、封止部材３８は封止部材１８と同様の構成を有する。
【００４７】
集光レンズ４０は、図１に示すように、第２固体光源装置３０からの副励起光を集光する集光光学系である。詳しい図示による説明は省略するが、集光レンズ４０は非球面レンズである。副励起光は、集光レンズ４０及び第１レンズ２２によって蛍光層２６に入射するように集光される。
なお、集光光学系は、複数のレンズからなるものであってもよい。
【００４８】
ダイクロイックプリズム５０は、図１及び図３に示すように、第１レンズ２２と第２レンズ２４との間に配置され、集光レンズ４０から射出される副励起光（紫色光）を蛍光層１６へ向けて反射するとともに、蛍光（赤色光、緑色光及び青色光）を通過させるダイクロイック面５２を有するダイクロイック光学素子である。ダイクロイック面５２は、具体的には、波長が４４０ｎｍ以下の光を反射し、波長が４４０ｎｍを超える光を通過させる。なお、図３において、符号１０ａｘは第１固体光源装置１０の光軸を示し、符号３０ａｘは第２固体光源装置３０の光軸を示す。
ダイクロイックプリズム５０は、プリズム片５４及び５６から構成される合成プリズムからなり、プリズム片５４とプリズム片５６との接合面がダイクロイック面５２となる。
ダイクロイックプリズム５０は、図３に示すように、第１固体光源装置１０の光軸及び第２固体光源装置３０の光軸を含む平面において、ダイクロイック面５２と第１固体光源装置１０の光軸とのなす角αが５０°となるように配置されている。
【００４９】
ダイクロイック面５２は、誘電体多層膜からなり、当該誘電体多層膜は、ダイクロイック面５２に入射する副励起光の入射角度に応じて徐々に変化する膜構成を有し（いわゆる拡散ダイクロイックコート）、ダイクロイック面５２のどの領域に入射する副励起光に対しても略同一の波長・透過率特性を有する。
また、第２固体光源装置３０からの副励起光は、図１に示すように、集光レンズ４０によって集束されながらダイクロイック面５２に入射し、当該ダイクロイック面５２で蛍光層１６に向けて反射される。
【００５０】
ダイクロイックプリズム５０の第２固体光源装置３０側には、第２固体光源装置３０の光軸に対して垂直な入射面を有する補助プリズム６０が接合されている。
【００５１】
第１レンズアレイ１２０は、コリメータ光学系２０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。第１レンズアレイ１２０は、コリメータ光学系２０からの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、複数の第１小レンズ１２２が第１固体光源装置１０の光軸と直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。図示による説明は省略するが、第１小レンズ１２２の外形形状は、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域の外形形状に関して相似形である。
【００５２】
第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１小レンズ１２２に対応する複数の第２小レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２の像を液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に結像させる機能を有する。第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０と略同様な構成を有し、複数の第２小レンズ１３２が第１固体光源装置１０の光軸に直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。
【００５３】
重畳レンズ１５０は、第２レンズアレイ１３０からの各部分光束を被照明領域で重畳させる。重畳レンズ１５０は、第１レンズアレイ１２０及び第２レンズアレイ１３０を経た複数の部分光束を集光して液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に重畳させるための光学素子である。重畳レンズ１５０の光軸と照明装置１００の光軸とが略一致するように、重畳レンズ１５０が配置されている。なお、重畳レンズ１５０は、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０及び重畳レンズ１５０は、レンズインテグレーター光学系として、光変調装置に入射する光の面内強度分布を均一化する光均一化光学系を構成する。
なお、レンズインテグレーター光学系の代わりに複数集光レンズ及びロッドレンズを備えるロッドインテグレーター光学系を用いることもできる。
【００５４】
色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０，２２０、反射ミラー２３０，２４０，２５０及びリレーレンズ２６０，２７０を備える。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの色光を照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導光する機能を有する。
色分離導光光学系２００と、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂが配置されている。
【００５５】
ダイクロイックミラー２１０，２２０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を通過させる波長選択透過膜が形成されたミラーである。
ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を反射して、緑色光及び青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。
反射ミラー２４０，２５０は青色光成分を反射する反射ミラーである。
【００５６】
ダイクロイックミラー２１０で反射された赤色光は、反射ミラー２３０で反射され、集光レンズ３００Ｒを通過して赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー２１０を通過した緑色光は、ダイクロイックミラー２２０で反射され、集光レンズ３００Ｇを通過して緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー２２０を通過した青色光は、リレーレンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、射出側の反射ミラー２５０、集光レンズ３００Ｂを経て青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。リレーレンズ２６０，２７０及び反射ミラー２４０，２５０は、ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光成分を液晶装置４００Ｂまで導く機能を有する。
【００５７】
なお、青色光の光路にこのようなリレーレンズ２６０，２７０が設けられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。実施形態１に係るプロジェクター１０００においては、青色光の光路の長さが長いのでこのような構成とされているが、赤色光の光路の長さを長くして、リレーレンズ２６０，２７０及び反射ミラー２４０，２５０を赤色光の光路に用いる構成も考えられる。
【００５８】
液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、照明装置１００の照明対象となる。なお、図示を省略したが、各集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が介在配置され、各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が介在配置される。これら入射側偏光板、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ及び射出側偏光板によって、入射された各色光の光変調が行われる。
液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
【００５９】
クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光板から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、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。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。
【００６０】
クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００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。
【００６１】
次に、実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクター１０００の効果を説明する。
【００６２】
実施形態１に係る照明装置１００によれば、蛍光層１６を励起するための光源として、主励起光を射出する第１固体光源１４及び副励起光を射出する第２固体光源３４の２つの光源を用いることとしているため、蛍光層を励起するための光源として１つの光源を用いる照明装置の場合よりも光源にかかる熱的負荷を低減することが可能となり、その結果、光源の寿命を短くすることなく照明装置を高輝度化することが可能となる。
【００６３】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、主励起光及び副励起光の２つの励起光を単一の蛍光層１６を用いて蛍光に変換するように構成されているため、１つの励起光を１つの蛍光層を用いて蛍光に変換するように構成された照明装置と比較しても発光面積が特段大きくなることはなく、従って、発光面積が大きくなることに起因して照明光束の品質が低下することもない。
【００６４】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、α＝５０°であり、「４５°＜α＜６０°」の関係を満たすため、第１固体光源装置１０と第２固体光源装置３０とが互いに干渉してしまうことなく照明装置１００を小型化することが可能となる。
【００６５】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、第１固体光源装置１０が赤色光、緑色光及び青色光を含む白色光を射出し、ランバート発光タイプの白色固体光源であり、主励起光及び副励起光が紫色光であり、ダイクロイック面５２が波長４４０ｎｍ以下の光を反射し、波長４４０ｎｍを超える光を通過させるため、比較的単純な構成で、照明装置１００から白色光を射出することが可能となる。
【００６６】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、ダイクロイック光学素子がダイクロイックプリズム５０からなるため、ダイクロイック光学素子における反射損を低減することが可能となる。
【００６７】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、ダイクロイックプリズム５０の第２固体光源装置３０側には、第２固体光源装置３０の光軸に対して垂直な入射面を有する補助プリズム６０が配置されているため、ダイクロイックプリズム５０に対して副励起光を正しく入射させることが可能となる。
【００６８】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、ダイクロイックプリズム５０の第２固体光源装置３０側には、補助プリズム６０が接合されているため、ダイクロイックプリズム５０と補助プリズム６０との間で発生することがある反射損を低減することが可能となる。
【００６９】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、ダイクロイック面５２が誘電体多層膜からなり、誘電体多層膜はダイクロイック面５２に入射する副励起光の入射角度に応じて徐々に変化する膜構成を有し、ダイクロイック面５２のどの領域に入射する副励起光に対しても略同一の波長・透過率特性を有するため、ダイクロイック面５２のどの領域においても高い反射率で副励起光を反射することが可能となる。
【００７０】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、ダイクロイック面５２に対する副励起光の入射角度の大小関係は、ダイクロイック面５２に対する蛍光の入射角度の大小関係と同じ傾向を示すこととなり、誘電体多層膜は、ダイクロイック面５２のどの領域に入射する蛍光に対しても略同一の波長・透過率特性を有するようになるため、ダイクロイック面５２のどの領域においても高い透過率で蛍光を透過させることが可能となる。
【００７１】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、コリメート光学系２０から射出される光における、コリメート光学系２０の光軸近傍における光束密度は、コリメート光学系２０の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高いため、被照明領域に照射される光のうち小さな角度をもって照射される光の割合を高くすることが可能となり、被照明領域に照射される光のうち大きな角度をもって照射される光の割合が高くなってしまうことに起因して光利用効率が低下してしまうことがなくなる。
【００７２】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、第２レンズ２４の入射面に前段非球面が形成され、かつ、第２レンズ２４の射出面に後段非球面が形成されているため、２枚のレンズで上記のような効果を有するコリメート光学系２０を構成することが可能となる。
【００７３】
実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、固体光源の寿命を短くすることなく高輝度化することが可能な照明装置１００を備えるため、照明装置の取換え頻度の低い高輝度なプロジェクターとなる。
【００７４】
また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第１固体光源装置１０と第２固体光源装置３０とを干渉させずに小型化することが可能な照明装置１００を備えるため、無理なくプロジェクターを小型化することが可能となる。
【００７５】
［実施形態２］
図５は、実施形態２に係るプロジェクター１００２の光学系を示す平面図である。
図６は、実施形態２における第１固体光源装置１１、第２固体光源装置３１及び第３固体光源装置７０を説明するために示す図である。図６（ａ）は第１固体光源装置１１の断面図であり、図６（ｂ）は第２固体光源装置３１の断面図であり、図６（ｃ）は第３固体光源装置７０の断面図である。
図７は、実施形態２における第１固体光源２５の発光強度特性、蛍光体の発光強度特性、第２固体光源３５の発光強度特性及び第３固体光源７４の発光強度特性を示すグラフである。図７（ａ）は第１固体光源１５の発光強度特性を示すグラフであり、図７（ｂ）は蛍光層２７が含有する蛍光体の発光強度特性を示すグラフであり、図７（ｃ）は第２固体光源装置３５の発光強度特性を示すグラフであり、図７（ｄ）は第３固体光源装置７４の発光強度特性を示すグラフである。
なお、図７において、符号Ｒは赤色光を示し、符号Ｇは緑色光を示し、符号Ｂは青色光を示す。
【００７６】
実施形態２に係る照明装置１０２は、基本的には実施形態１に係る照明装置１００と同様の構成を有するが、青色光を射出する第３固体光源装置、集光レンズ及び第２補助プリズムをさらに備える点が実施形態１に係る照明装置１００の場合とは異なる。また、それに伴って第１固体光源装置、第２固体光源装置及びダイクロイック光学素子の構成も実施形態１に係る照明装置１００の場合とは異なる。
【００７７】
第１固体光源装置１１は、図６（ａ）に示すように、基本的には実施形態１における第１固体光源装置１０と同様の構成を有するが、第１固体光源１５及び蛍光層１７の構成が実施形態１における第１固体光源装置１０とは異なる。その結果、第１固体光源装置１１は、赤色光及び緑色光を含む蛍光を射出する（後述する図７（ｂ）参照。）、ランバート発光タイプの固体光源となる。
【００７８】
第１固体光源１５は、主励起光として青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ、図７（ａ）参照。）を射出する。
蛍光層１７は、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅを含有する層からなる。なお、蛍光層は、他の蛍光体（上記以外のＹＡＧ系蛍光体、シリケート系蛍光体、ＴＡＧ系蛍光体等）を含有する層からなるものであってもよい。また、主励起光を赤色光に変換する蛍光体（例えばＣａＡｌＳｉＮ３赤色蛍光体）と、主励起光を緑色に変換する蛍光体（例えばβサイアロン緑色蛍光体）との混合物を含有する層からなるものであってもよい。要するに、蛍光層は、蛍光として赤色光及び緑色光を含む蛍光を射出するように構成されていればよい。
蛍光層１７は、第１固体光源１５及び第２固体光源３５（後述）が射出する青色光を赤色光（発光強度のピーク：約６１０ｎｍ）及び緑色光（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ）に変換して射出する（図７（ｂ）参照。）を含む蛍光に変換して射出する。
【００７９】
第２固体光源装置３１は、図６（ｂ）に示すように、基本的には実施形態１における第２固体光源装置３０と同様の構成を有するが、第２固体光源３５の構成が実施形態１における第２固体光源装置３０とは異なる。第２固体光源３５は、図７（ｃ）に示すように、副励起光として青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ）を射出する。
【００８０】
第３固体光源装置７０は、図６（ｃ）に示すように、基台７２、第３固体光源７４及び封止部材７８を有する発光ダイオードであり、第２固体光源装置３１と同様の構成を有する。第３固体光源７４は、図７（ｄ）に示すように、色光として青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ）を射出する。
【００８１】
集光レンズ８０は、第１レンズ２２と同様の構成を有し、第３固体光源装置７０からの光の拡がりを抑える機能を有する。集光レンズ８０と第２レンズ２４とは、全体として、第３固体光源装置７０からの光を略平行化する機能を有する。
【００８２】
ダイクロイックプリズム５８は、基本的には実施形態１におけるダイクロイックプリズム５０と同様の構成を有するが、ダイクロイック面５３（符号を図示せず。）の構成が実施形態１におけるダイクロイックプリズム５０とは異なる。ダイクロイック面５３は、集光レンズ４０から射出される副励起光（青色光）を蛍光層１７へ向けて反射するとともに、蛍光（赤色光及び緑色光）を通過させる。また、ダイクロイック面５３は、第３固体光源装置７０からの青色光を第２レンズ２４へ向けて反射する。ダイクロイック面５３は、具体的には、波長が５００ｎｍ以下の光を反射し、波長が５００ｎｍを超える光を通過させる。
【００８３】
ダイクロイックプリズム５８の第３固体光源装置７０側には、第３固体光源装置７０の光軸に対して垂直な入射面を有する第２補助プリズム６２が接合されている。
【００８４】
このように、実施形態２に係る照明装置１０２は、青色光を射出する第３固体光源装置、集光レンズ及び第２補助プリズムをさらに備える点が実施形態１に係る照明装置１００の場合とは異なり、また、それに伴って第１固体光源装置、第２固体光源装置及びダイクロイック光学素子の構成も実施形態１に係る照明装置１００の場合とは異なるが、蛍光層１７を励起するための光源として、主励起光を射出する第１固体光源１５及び副励起光を射出する第２固体光源３５の２つの光源を用いることとしているため、実施形態１に係る照明装置１００と同様に、蛍光層を励起するための光源として１つの光源を用いる照明装置の場合よりも光源にかかる熱的負荷を低減することが可能となり、その結果、光源の寿命を短くすることなく照明装置を高輝度化することが可能となる。
【００８５】
また、実施形態２に係る照明装置１０２によれば、主励起光及び副励起光の２つの励起光を単一の蛍光層１７を用いて蛍光に変換するように構成されているため、実施形態１に係る照明装置１００と同様に、１つの励起光を１つの蛍光層を用いて蛍光に変換するように構成された照明装置と比較しても発光面積が特段大きくなることはなく、従って、発光面積が大きくなることに起因して照明光束の品質が低下することもない。
【００８６】
また、実施形態２に係る照明装置１０２によれば、α＝５０°であり、「４５°＜α＜６０°」の関係を満たすため、実施形態１に係る照明装置１００と同様に、第１固体光源装置１１と第２固体光源装置３１とが互いに干渉してしまうことなく照明装置１０２を小型化することが可能となる。
【００８７】
また、実施形態２に係る照明装置１０２によれば、ダイクロイックプリズム５８を挟んで第２固体光源装置３１と向かい合うように配置され、青色光を射出する第３固体光源７４を有する第３固体光源装置７０をさらに備え、ダイクロイック面５３は、波長が５００ｎｍ以下の光を反射し、波長が５００ｎｍを超える光を通過させるため、３つの固体光源を用いて、より高輝度の白色光を射出することが可能となる。
【００８８】
なお、実施形態２に係る照明装置１０２は、集光レンズ及び第２補助プリズムをさらに備える点と、第１固体光源装置、第２固体光源装置及びダイクロイック光学素子の構成が実施形態１に係る照明装置１００とは異なる点との２点以外の点においては、実施形態１に係る照明装置１００と同様の構成を有するため、実施形態１に係る照明装置１００が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。
【００８９】
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【００９０】
（１）上記実施形態１においては、主励起光が紫色光であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、主励起光が紫外光又は青色光であってもよい。また、上記実施形態１においては、副励起光が紫色光であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、副励起光が紫外光であってもよい。
【００９１】
（２）上記実施形態２においては、主励起光が青色光であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、主励起光が紫外光又は紫色光であってもよい。また、上記実施形態２においては、副励起光が青色光であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、副励起光が紫外光又は紫色光であってもよい。
【００９２】
（３）上記各実施形態においては、透過型のプロジェクターを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を得ることができる。
【００９３】
（４）上記各実施形態においては、プロジェクターの光変調装置として液晶光変調装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。光変調装置としては、一般に、画像情報に応じて入射光を変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置等を用いてもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。
【００９４】
（５）上記各実施形態においては、各固体光源装置として発光ダイオードを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各固体光源装置として半導体レーザーを用いてもよいし、有機発光ダイオードを用いてもよい。
【００９５】
（６）上記各実施形態においては、第２固体光源装置は１つの第２固体光源を有するが、本発明はこれに限定されるものではない。図８は、変形例１に係るプロジェクター１００４の光学系を示す平面図である。変形例１に係る照明装置１０４は、図８に示すように、ｓ偏光からなる副励起光を射出する第２固体光源９２及びｐ偏光からなる副励起光を射出する第２固体光源９４を有する第２固体光源装置９０と、それぞれの副励起光を集光する集光レンズ４２，４４と、ｓ偏光を通過させ、ｐ偏光を反射する偏光選択プリズム１１０とを有する。第２固体光源９２，９４は、図示による詳しい説明は省略するが、レーザーダイオードからなる。本発明の照明装置は、変形例１に係る照明装置１のように第２固体光源装置が２つの第２固体光源を有していてもよい。なお、変形例１に係る照明装置１０４の構成によれば、より多くの副励起光を蛍光層に入射させることが可能となる。
【００９６】
（７）上記各実施形態においては、照明装置は補助プリズムを備えるが、本発明はこれに限定されるものではない。図９は、変形例２に係るプロジェクター１００６の光学系を示す平面図である。変形例２に係る照明装置１０６においては、図９に示すように、ダイクロイックプリズム５９は、第２固体光源装置３０側の部分が第２固体光源装置３０の光軸に対して垂直な面となる形状を有する。本発明の照明装置は、変形例２に係る照明装置１０６のように、補助プリズムを有さなくてもよい。変形例２に係る照明装置１０６のような構成によっても、ダイクロイックプリズムに対して副励起光を正しく入射させることが可能となる。
【００９７】
（８）上記各実施形態においては、照明装置がダイクロイック面を有するダイクロイックプリズムを備えるが、本発明はこれに限定されるものではない。照明装置がダイクロイック面を有するダイクロイックミラーを備えていてもよい。
【００９８】
（９）上記各実施形態においては、第２レンズアレイ１３０と重畳レンズ１５０との間に偏光変換装置をさらに備えていてもよい。偏光変換装置とは、一方の偏光成分と他方の偏光成分との両方を含む光を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子である。
【００９９】
（１０）上記各実施形態においては、第１レンズ２２は、入射面が平面、射出面が球面の平凸レンズからなり、第２レンズ２４は、入射面に前段非球面が形成され、射出面に後段非球面が形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１レンズの射出面に前段非球面が形成されていてもよい。また、第１レンズ及び第２レンズの形状は、上記各実施形態において記載した形状に限定されるものではなく、要するに、第１レンズと第２レンズとからなるコリメート光学系が、第１固体光源装置から射出される光を略平行化する機能を有するようになるような形状であればよい。
【０１００】
（１１）上記各実施形態においては、３つの液晶光変調装置を用いたプロジェクターを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。１つ、２つ又は４つ以上の液晶光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。
【０１０１】
（１２）本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも可能である。
【０１０２】
（１３）上記各実施形態においては、本発明の照明装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の照明装置を他の光学機器（例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ等。）に適用することもできる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０，１１…第１固体光源装置、１２，１３，３２，３３，７２…基台、１４，１５…第１固体光源、１６，１７…蛍光層、１８，１９，３８，３９，７８…封止部材、２０…コリメート光学系、２２…第１レンズ、２４…第２レンズ、３０，３１，９０…第２固体光源装置、３４，３５，９２，９４…第２固体光源、４０，４２，４４，８０，３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…集光レンズ、５０，５８，５９…ダイクロイックプリズム、５２…ダイクロイック面、５４，５６…プリズム片、６０…補助プリズム、６２…第２補助プリズム、７０…第３固体光源装置、７４…第３固体光源、１００，１０２，１０４，１０６…照明装置、１１０…偏光選択プリズム、１２０…第１レンズアレイ、１２２…第１小レンズ、１３０…第２レンズアレイ、１３２…第２小レンズ、１５０…重畳レンズ、２００…色分離導光光学系、２１０，２２０…ダイクロイックミラー、２３０，２４０，２５０…反射ミラー、２６０，２７０…リレーレンズ、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶光変調装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写光学系、１０００，１００２，１００４，１００６…プロジェクター、ＳＣＲ…スクリーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、励起光を射出する固体光源と、励起光を蛍光に変換して射出する蛍光層とを有する固体光源装置を備える照明装置が知られている。また、このような照明装置を備えるプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
従来の照明装置によれば、特定の色光しか得られない固体光源を用いても、固体光源から射出される光を蛍光層で変換することによって様々な色光を得ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２７４９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、プロジェクターの高輝度化が進み、これに伴って照明装置の高輝度化に対するニーズが高まっている。従来の照明装置を高輝度化するためには、より高い電圧を固体光源に印加する方法が考えられる。しかしながら、当該方法を用いて照明装置を高輝度化したのでは、１つの固体光源に熱的負荷が集中し、これに起因して固体光源の寿命が短くなってしまう。このため、従来の照明装置においては、固体光源の寿命を短くすることなく照明装置を高輝度化することが困難であるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、固体光源の寿命を短くすることなく高輝度化することが可能な照明装置を提供することを目的とする。また、このような照明装置を備えるため、照明装置の取換え頻度の低い高輝度なプロジェクター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】
【０００７】
［１］本発明の照明装置は、主励起光を射出する第１固体光源と、前記主励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して射出する蛍光層とを有する第１固体光源装置と、前記第１固体光源装置からの光の拡がりを抑制する第１レンズと、前記第１レンズからの光を略平行化する第２レンズとを備え、全体として前記第１固体光源装置から射出される光を略平行化するコリメート光学系とを備える照明装置であって、副励起光を射出する第２固体光源を有する第２固体光源装置と、前記第２固体光源装置からの副励起光を集光する集光光学系と、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に配置され、前記集光光学系から射出される副励起光を前記蛍光層へ向けて反射するとともに、前記蛍光を通過させるダイクロイック面を有するダイクロイック光学素子とをさらに備え、前記蛍光層は、前記副励起光をも前記蛍光に変換して射出するように構成され、前記第１固体光源装置の光軸及び前記第２固体光源装置の光軸を含む平面において、前記ダイクロイック面と前記第１固体光源装置の光軸とのなす角αが「４５°＜α＜６０°」の関係を満たすことを特徴とする。
【０００８】
このため、本発明の照明装置によれば、蛍光層を励起するための光源として、主励起光を射出する第１固体光源及び副励起光を射出する第２固体光源の２つの光源を用いることとしているため、蛍光層を励起するための光源として１つの光源を用いる照明装置の場合よりも光源にかかる熱的負荷を低減することが可能となり、その結果、光源の寿命を短くすることなく照明装置を高輝度化することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の照明装置によれば、主励起光及び副励起光の２つの励起光を単一の蛍光層を用いて蛍光に変換するように構成されているため、１つの励起光を１つの蛍光層を用いて蛍光に変換するように構成された照明装置と比較しても発光面積が特段大きくなることはなく、従って、発光面積が大きくなることに起因して照明光束の品質が低下することもない。
【００１０】
また、本発明の照明装置によれば、ダイクロイック面と第１固体光源装置の光軸とのなす角αが「４５°＜α＜６０°」の関係を満たすため、第１固体光源装置と第２固体光源装置とが互いに干渉してしまうことなく照明装置を小型化することが可能となる。
【００１１】
ここで、ダイクロイック面と第１固体光源装置の光軸とのなす角αを「４５°＜α＜６０°の関係を満たす」ものとしたのは、以下の理由による。角αが４５°以下である場合には、ダイクロイック光学素子における「第１固体光源装置の光軸に沿う方向の長さ」が長くなりすぎて、照明装置を小型化することが困難となる場合があるからであり、角αが６０°以上である場合には、第１固体光源装置と第２固体光源装置とが互いに干渉してしまう場合があるためである。
【００１２】
上記観点から言えば、ダイクロイック面と第１固体光源装置の光軸とのなす角αは、「５０°≦α≦５５°」の関係を満たすことがより好ましい。
【００１３】
［２］本発明の照明装置においては、前記第１固体光源装置は、赤色光、緑色光及び青色光を含む白色光を射出し、ランバート発光タイプの白色固体光源であり、前記主励起光は、紫外光、紫色光又は青色光であり、前記副励起光は、紫外光又は紫色光であり、前記ダイクロイック面は、波長が４４０ｎｍ以下の光を反射し、波長が４４０ｎｍを超える光を通過させることが好ましい。
【００１４】
このような構成とすることにより、比較的単純な構成で、照明装置から白色光を射出することが可能となる。
【００１５】
［３］本発明の照明装置においては、前記ダイクロイック光学素子を挟んで前記第２固体光源装置と向かい合うように配置され、青色光を射出する第３固体光源を有する第３固体光源装置をさらに備え、前記主励起光は、紫外光、紫色光又は青色光であり、前記副励起光は、紫外光、紫色光又は青色光であり、前記蛍光層は、蛍光として、赤色光及び緑色光を含む蛍光を射出するように構成され、前記ダイクロイック面は、波長が５００ｎｍ以下の光を反射し、波長が５００ｎｍを超える光を通過させることが好ましい。
【００１６】
このような構成とすることにより、３つの固体光源を用いて、より高輝度の白色光を射出することが可能となる。
【００１７】
［４］本発明の照明装置においては、前記ダイクロイック光学素子は、ダイクロイックプリズムからなることが好ましい。
【００１８】
このような構成とすることにより、ダイクロイック光学素子における反射損を低減することが可能となる。
【００１９】
［５］本発明の照明装置においては、前記ダイクロイックプリズムの前記第２固体光源装置側には、前記第２固体光源装置の光軸に対して垂直な入射面を有する補助プリズムが配置されていることが好ましい。
【００２０】
このような構成とすることにより、ダイクロイックプリズムに対して副励起光を正しく入射させることが可能となる。
【００２１】
［６］本発明の照明装置においては、前記ダイクロイックプリズムの前記第２固体光源装置側には、前記補助プリズムが接合されていることが好ましい。
【００２２】
このような構成とすることにより、ダイクロイックプリズムと補助プリズムとの間で発生することがある反射損を低減することが可能となる。
【００２３】
［７］本発明の照明装置においては、前記ダイクロイックプリズムは、前記第２固体光源装置側の部分が前記第２固体光源装置の光軸に対して垂直な面となる形状を有することが好ましい。
【００２４】
このような構成とすることによっても、ダイクロイックプリズムに対して副励起光を正しく入射させることが可能となる。
【００２５】
［８］本発明の照明装置においては、前記ダイクロイック面は誘電体多層膜からなり、前記誘電体多層膜は、前記ダイクロイック面に入射する副励起光の入射角度に応じて徐々に変化する膜構成を有し、前記ダイクロイック面のどの領域に入射する副励起光に対しても略同一の波長・透過率特性を有することが好ましい。
【００２６】
このような構成とすることにより、ダイクロイック面のどの領域においても高い反射率で副励起光を反射することが可能となる。
【００２７】
なお、本発明の照明装置においては、第２固体光源装置からの副励起光は、後述する図１に示すように、集光光学系によって集束されながらダイクロイック面に入射し、当該ダイクロイック面で蛍光層に向けて反射される。このため、ダイクロイック面に対する副励起光の入射角度の大小関係は、ダイクロイック面に対する主励起光や蛍光の入射角度の大小関係と同じ傾向を示すこととなり、誘電体多層膜は、ダイクロイック面のどの領域に入射する主励起光又は蛍光に対しても略同一の波長・透過率特性を有するようになる。その結果、本発明の照明装置によれば、ダイクロイック面のどの領域においても、高い反射率で主励起光を反射し、高い透過率で蛍光を透過させることが可能となる。
【００２８】
［９］本発明の照明装置においては、前記第１レンズの射出面又は前記第２レンズの入射面に前段非球面が形成されており、かつ、前記第２レンズの射出面に後段非球面が形成され、前記前段非球面は、前記第１固体光源装置から射出される光の光束密度分布を、前記コリメート光学系の光軸近傍における光束密度が前記コリメート光学系の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高くなるような所定の光束密度分布に変換する機能を有し、前記後段非球面は、前記所定の光束密度分布に形成された光を略平行化する機能を有し、前記コリメート光学系から射出される光における、前記コリメート光学系の光軸近傍における光束密度は、前記コリメート光学系の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高いことが好ましい。
【００２９】
ところで、照明装置に広く用いられている従来のコリメート光学系を適用しようとすると、コリメート光学系から射出される光における、コリメート光学系の光軸近傍における光束密度が、コリメート光学系の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも相対的に低くなってしまう。このようになると、コリメート光学系からの射出光の面内光強度分布内を均一にするためのインテグレーター光学系を後段に配置したとしても、被照明領域に照射される光のうち大きな角度をもって照射される光の割合が大きくなってしまう。このような照明装置を、光変調装置として、特にマイクロレンズを内蔵した液晶光変調装置を用いたプロジェクターに適用しようとすると、被照明領域に照射される光のうち大きな角度をもって照射される光の割合が大きくなってしまうことに起因して光利用効率が低下してしまうという問題がある。
これに対して、本発明の照明装置によれば、コリメート光学系から射出される光における、コリメート光学系の光軸近傍における光束密度が、コリメート光学系の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高いことから、被照明領域に照射される光のうち小さな角度をもって照射される光の割合を高くすることが可能となるため、被照明領域に照射される光のうち大きな角度をもって照射される光の割合が高くなってしまうことに起因して光利用効率が低下してしまうことがなくなる。
【００３０】
また、第１レンズの射出面又は第２レンズの入射面に前段非球面が形成され、かつ、第２レンズの射出面に後段非球面が形成されているため、２枚のレンズで上記のような効果を有するコリメート光学系を構成することが可能となる。
【００３１】
なお、第１レンズ及び第２レンズにおける入射面とは、光が入射する側の面（第１固体光源装置に近い側の面）のことをいう。また、第１レンズ及び第２レンズにおける射出面とは、光を射出する側の面（第１固体光源装置から遠い側の面）のことをいう。
【００３２】
［１０］本発明のプロジェクターは、本発明の照明装置と、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、前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系とを備えることを特徴とする。
【００３３】
このため、本発明のプロジェクターによれば、固体光源の寿命を短くすることなく高輝度化することが可能な本発明の照明装置を備えるため、照明装置の取換え頻度の低い高輝度なプロジェクターとなる。
【００３４】
また、本発明のプロジェクターによれば、第１固体光源装置と第２固体光源装置とを干渉させずに小型化することが可能な照明装置を備えるため、無理なくプロジェクターを小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を示す平面図。
【図２】実施形態１における第１固体光源装置１０及び第２固体光源装置３０を説明するために示す図。
【図３】実施形態１におけるダイクロイックプリズム５０の上面図。
【図４】実施形態１における第１固体光源１４の発光強度特性、各蛍光体の発光強度特性及び第２固体光源３４の発光強度特性を示すグラフ。
【図５】実施形態２に係るプロジェクター１００２の光学系を示す平面図。
【図６】実施形態２における第１固体光源装置１１、第２固体光源装置３１及び第３固体光源装置７０を説明するために示す図。
【図７】実施形態２における第１固体光源２５の発光強度特性、蛍光体の発光強度特性、第２固体光源３５の発光強度特性及び第３固体光源７４の発光強度特性を示すグラフ。
【図８】変形例１に係るプロジェクター１００４の光学系を示す平面図。
【図９】変形例２に係るプロジェクター１００６の光学系を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の照明装置及びプロジェクターについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００３７】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を示す平面図である。
図２は、実施形態１における第１固体光源装置１０及び第２固体光源装置３０を説明するために示す図である。図２（ａ）は第１固体光源装置１０の断面図であり、図２（ｂ）は第２固体光源装置３０の断面図である。
図３は、実施形態１におけるダイクロイックプリズム５０の上面図である。
図４は、実施形態１における第１固体光源１４の発光強度特性、各蛍光体の発光強度特性及び第２固体光源３４の発光強度特性を示すグラフである。図４（ａ）は第１固体光源１４の発光強度特性を示すグラフであり、図４（ｂ）は蛍光層１６が含有する赤色蛍光体の発光強度特性を示すグラフであり、図４（ｃ）は蛍光層１６が含有する緑色蛍光体の発光強度特性を示すグラフであり、図４（ｄ）は蛍光層１６が含有する青色蛍光体の発光強度特性を示すグラフであり、図４（ｅ）は第２固体光源３４の発光強度特性を示すグラフである。発光強度特性とは、固体光源であれば電圧を印加したときに、蛍光体であれば励起光が入射したときに、どのような波長の光をどの位の強度で射出するのかという特性のことをいう。グラフの縦軸は相対発光強度を表し、発光強度が最も強い波長における発光強度を１としている。グラフの横軸は、波長を表す。
なお、図４において、符号Ｖは紫色光を示し、符号Ｒは赤色光を示し、符号Ｇは緑色光を示し、符号Ｂは青色光を示す。
【００３８】
まず、実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクター１０００の構成を説明する。
【００３９】
実施形態１に係るプロジェクター１０００は、図１に示すように、照明装置１００と、色分離導光光学系２００と、光変調装置としての３つの液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投写光学系６００とを備える。
【００４０】
照明装置１００は、第１固体光源装置１０と、コリメート光学系２０と、第２固体光源装置３０と、集光レンズ４０と、ダイクロイックプリズム５０と、補助プリズム６０と、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、重畳レンズ１５０とを備える。
【００４１】
第１固体光源装置１０は、図２（ａ）に示すように、基台１２、第１固体光源１４、蛍光層１６及び封止部材１８を有する発光ダイオードであり、赤色光、緑色光及び青色光を含む白色光を射出する（後述する図４（ｂ）〜図４（ｄ）参照。）、ランバート発光タイプの白色固体光源である。なお、第１固体光源装置１０は、上記した構成要素の他にもリード線等を有するが、図示及び説明を省略する。
【００４２】
基台１２は、第１固体光源１４を搭載する基台である。
第１固体光源１４は、主励起光として紫色光（発光強度のピーク：約４００ｎｍ、図４（ａ）参照。）を射出する。第１固体光源１４は、窒化ガリウムを主成分とし、ｐｎ接合型の構造を有する。なお、第１固体光源はｐｎ接合型の構造を有していなくてもよく、ダブルヘテロ接合型、量子井戸接合型等の構造を有してもよい。
第１固体光源１４と基台１２との間には反射層（図示せず。）が形成されており、第１固体光源から基台１２側へ射出された紫色光は、反射層によって蛍光層１６側へ反射される。
【００４３】
蛍光層１６は、紫色光を吸収して赤色光を射出する赤色蛍光体と、紫色光を吸収して緑色光を射出する緑色蛍光体と、紫色光を吸収して青色光を射出する青色蛍光体とを含有する層からなり、第１固体光源１４の被照明領域側に配置されている。赤色蛍光体は、例えばＣａＡｌＳｉＮ３−Ｓｉ２Ｎ２Ｏ：Ｅｕからなる。緑色蛍光体は、例えばＢａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕからなる。青色蛍光体は、例えばＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕからなる。なお、各蛍光体は上記したものに限定されるものではなく、主励起光及び副励起光（後述）により各色光を射出するものであれば他の蛍光体を用いることもできる。
【００４４】
蛍光層１６は、第１固体光源１４及び第２固体光源装置３０（後述）が射出する紫色光をそれぞれ蛍光である赤色光（発光強度のピーク：約６４０ｎｍ）、緑色光（発光強度のピーク：約５４０ｎｍ）及び青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ）に変換して射出する（図４（ｂ）〜図４（ｄ）参照。）。
封止部材１８は、透明なエポキシ樹脂からなり、第１固体光源１４及び蛍光層１６を保護する。
【００４５】
コリメート光学系２０は、図１に示すように、第１固体光源装置１０からの光の拡がりを抑える第１レンズ２２と、第１レンズ２２からの光を略平行化する第２レンズ２４とを備え、全体として、第１固体光源装置１０からの光を略平行化する機能を有する。
第１レンズ２２は、入射面が平面、射出面が球面の平凸レンズからなる。
第２レンズ２４においては、入射面に前段非球面が形成され、射出面に後段非球面が形成されている。前段非球面は、第１固体光源装置１０から射出される光の光束密度分布を、前記コリメート光学系２０の光軸近傍における光束密度がコリメート光学系２０の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高くなるような所定の光束密度分布に変換する機能を有する。後段非球面は、所定の光束密度分布に形成された光を略平行化する機能を有する。
コリメート光学系２０から射出される光における、コリメート光学系２０の光軸近傍における光束密度は、コリメート光学系２０の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高い。
【００４６】
第２固体光源装置３０は、図２（ｂ）に示すように、基台３２、第２固体光源３４及び封止部材３８を有する発光ダイオードであり、紫色光を射出する（後述する図４（ｅ）参照。）。第２固体光源３４は、図４（ｄ）に示すように、色光として紫色光（発光強度のピーク：約４００ｎｍ）を射出する。基台３２は基台１２と同様の構成を有し、第２固体光源３４は第１固体光源１４と同様の構成を有し、封止部材３８は封止部材１８と同様の構成を有する。
【００４７】
集光レンズ４０は、図１に示すように、第２固体光源装置３０からの副励起光を集光する集光光学系である。詳しい図示による説明は省略するが、集光レンズ４０は非球面レンズである。副励起光は、集光レンズ４０及び第１レンズ２２によって蛍光層２６に入射するように集光される。
なお、集光光学系は、複数のレンズからなるものであってもよい。
【００４８】
ダイクロイックプリズム５０は、図１及び図３に示すように、第１レンズ２２と第２レンズ２４との間に配置され、集光レンズ４０から射出される副励起光（紫色光）を蛍光層１６へ向けて反射するとともに、蛍光（赤色光、緑色光及び青色光）を通過させるダイクロイック面５２を有するダイクロイック光学素子である。ダイクロイック面５２は、具体的には、波長が４４０ｎｍ以下の光を反射し、波長が４４０ｎｍを超える光を通過させる。なお、図３において、符号１０ａｘは第１固体光源装置１０の光軸を示し、符号３０ａｘは第２固体光源装置３０の光軸を示す。
ダイクロイックプリズム５０は、プリズム片５４及び５６から構成される合成プリズムからなり、プリズム片５４とプリズム片５６との接合面がダイクロイック面５２となる。
ダイクロイックプリズム５０は、図３に示すように、第１固体光源装置１０の光軸及び第２固体光源装置３０の光軸を含む平面において、ダイクロイック面５２と第１固体光源装置１０の光軸とのなす角αが５０°となるように配置されている。
【００４９】
ダイクロイック面５２は、誘電体多層膜からなり、当該誘電体多層膜は、ダイクロイック面５２に入射する副励起光の入射角度に応じて徐々に変化する膜構成を有し（いわゆる拡散ダイクロイックコート）、ダイクロイック面５２のどの領域に入射する副励起光に対しても略同一の波長・透過率特性を有する。
また、第２固体光源装置３０からの副励起光は、図１に示すように、集光レンズ４０によって集束されながらダイクロイック面５２に入射し、当該ダイクロイック面５２で蛍光層１６に向けて反射される。
【００５０】
ダイクロイックプリズム５０の第２固体光源装置３０側には、第２固体光源装置３０の光軸に対して垂直な入射面を有する補助プリズム６０が接合されている。
【００５１】
第１レンズアレイ１２０は、コリメータ光学系２０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。第１レンズアレイ１２０は、コリメータ光学系２０からの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、複数の第１小レンズ１２２が第１固体光源装置１０の光軸と直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。図示による説明は省略するが、第１小レンズ１２２の外形形状は、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域の外形形状に関して相似形である。
【００５２】
第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１小レンズ１２２に対応する複数の第２小レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２の像を液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に結像させる機能を有する。第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０と略同様な構成を有し、複数の第２小レンズ１３２が第１固体光源装置１０の光軸に直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。
【００５３】
重畳レンズ１５０は、第２レンズアレイ１３０からの各部分光束を被照明領域で重畳させる。重畳レンズ１５０は、第１レンズアレイ１２０及び第２レンズアレイ１３０を経た複数の部分光束を集光して液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に重畳させるための光学素子である。重畳レンズ１５０の光軸と照明装置１００の光軸とが略一致するように、重畳レンズ１５０が配置されている。なお、重畳レンズ１５０は、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０及び重畳レンズ１５０は、レンズインテグレーター光学系として、光変調装置に入射する光の面内強度分布を均一化する光均一化光学系を構成する。
なお、レンズインテグレーター光学系の代わりに複数集光レンズ及びロッドレンズを備えるロッドインテグレーター光学系を用いることもできる。
【００５４】
色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０，２２０、反射ミラー２３０，２４０，２５０及びリレーレンズ２６０，２７０を備える。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの色光を照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導光する機能を有する。
色分離導光光学系２００と、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂが配置されている。
【００５５】
ダイクロイックミラー２１０，２２０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を通過させる波長選択透過膜が形成されたミラーである。
ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を反射して、緑色光及び青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。
反射ミラー２４０，２５０は青色光成分を反射する反射ミラーである。
【００５６】
ダイクロイックミラー２１０で反射された赤色光は、反射ミラー２３０で反射され、集光レンズ３００Ｒを通過して赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー２１０を通過した緑色光は、ダイクロイックミラー２２０で反射され、集光レンズ３００Ｇを通過して緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー２２０を通過した青色光は、リレーレンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、射出側の反射ミラー２５０、集光レンズ３００Ｂを経て青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。リレーレンズ２６０，２７０及び反射ミラー２４０，２５０は、ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光成分を液晶装置４００Ｂまで導く機能を有する。
【００５７】
なお、青色光の光路にこのようなリレーレンズ２６０，２７０が設けられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。実施形態１に係るプロジェクター１０００においては、青色光の光路の長さが長いのでこのような構成とされているが、赤色光の光路の長さを長くして、リレーレンズ２６０，２７０及び反射ミラー２４０，２５０を赤色光の光路に用いる構成も考えられる。
【００５８】
液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、照明装置１００の照明対象となる。なお、図示を省略したが、各集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が介在配置され、各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が介在配置される。これら入射側偏光板、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ及び射出側偏光板によって、入射された各色光の光変調が行われる。
液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
【００５９】
クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光板から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、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。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。
【００６０】
クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００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。
【００６１】
次に、実施形態１に係る照明装置１００及びプロジェクター１０００の効果を説明する。
【００６２】
実施形態１に係る照明装置１００によれば、蛍光層１６を励起するための光源として、主励起光を射出する第１固体光源１４及び副励起光を射出する第２固体光源３４の２つの光源を用いることとしているため、蛍光層を励起するための光源として１つの光源を用いる照明装置の場合よりも光源にかかる熱的負荷を低減することが可能となり、その結果、光源の寿命を短くすることなく照明装置を高輝度化することが可能となる。
【００６３】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、主励起光及び副励起光の２つの励起光を単一の蛍光層１６を用いて蛍光に変換するように構成されているため、１つの励起光を１つの蛍光層を用いて蛍光に変換するように構成された照明装置と比較しても発光面積が特段大きくなることはなく、従って、発光面積が大きくなることに起因して照明光束の品質が低下することもない。
【００６４】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、α＝５０°であり、「４５°＜α＜６０°」の関係を満たすため、第１固体光源装置１０と第２固体光源装置３０とが互いに干渉してしまうことなく照明装置１００を小型化することが可能となる。
【００６５】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、第１固体光源装置１０が赤色光、緑色光及び青色光を含む白色光を射出し、ランバート発光タイプの白色固体光源であり、主励起光及び副励起光が紫色光であり、ダイクロイック面５２が波長４４０ｎｍ以下の光を反射し、波長４４０ｎｍを超える光を通過させるため、比較的単純な構成で、照明装置１００から白色光を射出することが可能となる。
【００６６】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、ダイクロイック光学素子がダイクロイックプリズム５０からなるため、ダイクロイック光学素子における反射損を低減することが可能となる。
【００６７】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、ダイクロイックプリズム５０の第２固体光源装置３０側には、第２固体光源装置３０の光軸に対して垂直な入射面を有する補助プリズム６０が配置されているため、ダイクロイックプリズム５０に対して副励起光を正しく入射させることが可能となる。
【００６８】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、ダイクロイックプリズム５０の第２固体光源装置３０側には、補助プリズム６０が接合されているため、ダイクロイックプリズム５０と補助プリズム６０との間で発生することがある反射損を低減することが可能となる。
【００６９】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、ダイクロイック面５２が誘電体多層膜からなり、誘電体多層膜はダイクロイック面５２に入射する副励起光の入射角度に応じて徐々に変化する膜構成を有し、ダイクロイック面５２のどの領域に入射する副励起光に対しても略同一の波長・透過率特性を有するため、ダイクロイック面５２のどの領域においても高い反射率で副励起光を反射することが可能となる。
【００７０】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、ダイクロイック面５２に対する副励起光の入射角度の大小関係は、ダイクロイック面５２に対する蛍光の入射角度の大小関係と同じ傾向を示すこととなり、誘電体多層膜は、ダイクロイック面５２のどの領域に入射する蛍光に対しても略同一の波長・透過率特性を有するようになるため、ダイクロイック面５２のどの領域においても高い透過率で蛍光を透過させることが可能となる。
【００７１】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、コリメート光学系２０から射出される光における、コリメート光学系２０の光軸近傍における光束密度は、コリメート光学系２０の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高いため、被照明領域に照射される光のうち小さな角度をもって照射される光の割合を高くすることが可能となり、被照明領域に照射される光のうち大きな角度をもって照射される光の割合が高くなってしまうことに起因して光利用効率が低下してしまうことがなくなる。
【００７２】
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、第２レンズ２４の入射面に前段非球面が形成され、かつ、第２レンズ２４の射出面に後段非球面が形成されているため、２枚のレンズで上記のような効果を有するコリメート光学系２０を構成することが可能となる。
【００７３】
実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、固体光源の寿命を短くすることなく高輝度化することが可能な照明装置１００を備えるため、照明装置の取換え頻度の低い高輝度なプロジェクターとなる。
【００７４】
また、実施形態１に係るプロジェクター１０００によれば、第１固体光源装置１０と第２固体光源装置３０とを干渉させずに小型化することが可能な照明装置１００を備えるため、無理なくプロジェクターを小型化することが可能となる。
【００７５】
［実施形態２］
図５は、実施形態２に係るプロジェクター１００２の光学系を示す平面図である。
図６は、実施形態２における第１固体光源装置１１、第２固体光源装置３１及び第３固体光源装置７０を説明するために示す図である。図６（ａ）は第１固体光源装置１１の断面図であり、図６（ｂ）は第２固体光源装置３１の断面図であり、図６（ｃ）は第３固体光源装置７０の断面図である。
図７は、実施形態２における第１固体光源２５の発光強度特性、蛍光体の発光強度特性、第２固体光源３５の発光強度特性及び第３固体光源７４の発光強度特性を示すグラフである。図７（ａ）は第１固体光源１５の発光強度特性を示すグラフであり、図７（ｂ）は蛍光層２７が含有する蛍光体の発光強度特性を示すグラフであり、図７（ｃ）は第２固体光源装置３５の発光強度特性を示すグラフであり、図７（ｄ）は第３固体光源装置７４の発光強度特性を示すグラフである。
なお、図７において、符号Ｒは赤色光を示し、符号Ｇは緑色光を示し、符号Ｂは青色光を示す。
【００７６】
実施形態２に係る照明装置１０２は、基本的には実施形態１に係る照明装置１００と同様の構成を有するが、青色光を射出する第３固体光源装置、集光レンズ及び第２補助プリズムをさらに備える点が実施形態１に係る照明装置１００の場合とは異なる。また、それに伴って第１固体光源装置、第２固体光源装置及びダイクロイック光学素子の構成も実施形態１に係る照明装置１００の場合とは異なる。
【００７７】
第１固体光源装置１１は、図６（ａ）に示すように、基本的には実施形態１における第１固体光源装置１０と同様の構成を有するが、第１固体光源１５及び蛍光層１７の構成が実施形態１における第１固体光源装置１０とは異なる。その結果、第１固体光源装置１１は、赤色光及び緑色光を含む蛍光を射出する（後述する図７（ｂ）参照。）、ランバート発光タイプの固体光源となる。
【００７８】
第１固体光源１５は、主励起光として青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ、図７（ａ）参照。）を射出する。
蛍光層１７は、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅを含有する層からなる。なお、蛍光層は、他の蛍光体（上記以外のＹＡＧ系蛍光体、シリケート系蛍光体、ＴＡＧ系蛍光体等）を含有する層からなるものであってもよい。また、主励起光を赤色光に変換する蛍光体（例えばＣａＡｌＳｉＮ３赤色蛍光体）と、主励起光を緑色に変換する蛍光体（例えばβサイアロン緑色蛍光体）との混合物を含有する層からなるものであってもよい。要するに、蛍光層は、蛍光として赤色光及び緑色光を含む蛍光を射出するように構成されていればよい。
蛍光層１７は、第１固体光源１５及び第２固体光源３５（後述）が射出する青色光を赤色光（発光強度のピーク：約６１０ｎｍ）及び緑色光（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ）に変換して射出する（図７（ｂ）参照。）を含む蛍光に変換して射出する。
【００７９】
第２固体光源装置３１は、図６（ｂ）に示すように、基本的には実施形態１における第２固体光源装置３０と同様の構成を有するが、第２固体光源３５の構成が実施形態１における第２固体光源装置３０とは異なる。第２固体光源３５は、図７（ｃ）に示すように、副励起光として青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ）を射出する。
【００８０】
第３固体光源装置７０は、図６（ｃ）に示すように、基台７２、第３固体光源７４及び封止部材７８を有する発光ダイオードであり、第２固体光源装置３１と同様の構成を有する。第３固体光源７４は、図７（ｄ）に示すように、色光として青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ）を射出する。
【００８１】
集光レンズ８０は、第１レンズ２２と同様の構成を有し、第３固体光源装置７０からの光の拡がりを抑える機能を有する。集光レンズ８０と第２レンズ２４とは、全体として、第３固体光源装置７０からの光を略平行化する機能を有する。
【００８２】
ダイクロイックプリズム５８は、基本的には実施形態１におけるダイクロイックプリズム５０と同様の構成を有するが、ダイクロイック面５３（符号を図示せず。）の構成が実施形態１におけるダイクロイックプリズム５０とは異なる。ダイクロイック面５３は、集光レンズ４０から射出される副励起光（青色光）を蛍光層１７へ向けて反射するとともに、蛍光（赤色光及び緑色光）を通過させる。また、ダイクロイック面５３は、第３固体光源装置７０からの青色光を第２レンズ２４へ向けて反射する。ダイクロイック面５３は、具体的には、波長が５００ｎｍ以下の光を反射し、波長が５００ｎｍを超える光を通過させる。
【００８３】
ダイクロイックプリズム５８の第３固体光源装置７０側には、第３固体光源装置７０の光軸に対して垂直な入射面を有する第２補助プリズム６２が接合されている。
【００８４】
このように、実施形態２に係る照明装置１０２は、青色光を射出する第３固体光源装置、集光レンズ及び第２補助プリズムをさらに備える点が実施形態１に係る照明装置１００の場合とは異なり、また、それに伴って第１固体光源装置、第２固体光源装置及びダイクロイック光学素子の構成も実施形態１に係る照明装置１００の場合とは異なるが、蛍光層１７を励起するための光源として、主励起光を射出する第１固体光源１５及び副励起光を射出する第２固体光源３５の２つの光源を用いることとしているため、実施形態１に係る照明装置１００と同様に、蛍光層を励起するための光源として１つの光源を用いる照明装置の場合よりも光源にかかる熱的負荷を低減することが可能となり、その結果、光源の寿命を短くすることなく照明装置を高輝度化することが可能となる。
【００８５】
また、実施形態２に係る照明装置１０２によれば、主励起光及び副励起光の２つの励起光を単一の蛍光層１７を用いて蛍光に変換するように構成されているため、実施形態１に係る照明装置１００と同様に、１つの励起光を１つの蛍光層を用いて蛍光に変換するように構成された照明装置と比較しても発光面積が特段大きくなることはなく、従って、発光面積が大きくなることに起因して照明光束の品質が低下することもない。
【００８６】
また、実施形態２に係る照明装置１０２によれば、α＝５０°であり、「４５°＜α＜６０°」の関係を満たすため、実施形態１に係る照明装置１００と同様に、第１固体光源装置１１と第２固体光源装置３１とが互いに干渉してしまうことなく照明装置１０２を小型化することが可能となる。
【００８７】
また、実施形態２に係る照明装置１０２によれば、ダイクロイックプリズム５８を挟んで第２固体光源装置３１と向かい合うように配置され、青色光を射出する第３固体光源７４を有する第３固体光源装置７０をさらに備え、ダイクロイック面５３は、波長が５００ｎｍ以下の光を反射し、波長が５００ｎｍを超える光を通過させるため、３つの固体光源を用いて、より高輝度の白色光を射出することが可能となる。
【００８８】
なお、実施形態２に係る照明装置１０２は、集光レンズ及び第２補助プリズムをさらに備える点と、第１固体光源装置、第２固体光源装置及びダイクロイック光学素子の構成が実施形態１に係る照明装置１００とは異なる点との２点以外の点においては、実施形態１に係る照明装置１００と同様の構成を有するため、実施形態１に係る照明装置１００が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。
【００８９】
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【００９０】
（１）上記実施形態１においては、主励起光が紫色光であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、主励起光が紫外光又は青色光であってもよい。また、上記実施形態１においては、副励起光が紫色光であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、副励起光が紫外光であってもよい。
【００９１】
（２）上記実施形態２においては、主励起光が青色光であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、主励起光が紫外光又は紫色光であってもよい。また、上記実施形態２においては、副励起光が青色光であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、副励起光が紫外光又は紫色光であってもよい。
【００９２】
（３）上記各実施形態においては、透過型のプロジェクターを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を得ることができる。
【００９３】
（４）上記各実施形態においては、プロジェクターの光変調装置として液晶光変調装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。光変調装置としては、一般に、画像情報に応じて入射光を変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置等を用いてもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。
【００９４】
（５）上記各実施形態においては、各固体光源装置として発光ダイオードを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各固体光源装置として半導体レーザーを用いてもよいし、有機発光ダイオードを用いてもよい。
【００９５】
（６）上記各実施形態においては、第２固体光源装置は１つの第２固体光源を有するが、本発明はこれに限定されるものではない。図８は、変形例１に係るプロジェクター１００４の光学系を示す平面図である。変形例１に係る照明装置１０４は、図８に示すように、ｓ偏光からなる副励起光を射出する第２固体光源９２及びｐ偏光からなる副励起光を射出する第２固体光源９４を有する第２固体光源装置９０と、それぞれの副励起光を集光する集光レンズ４２，４４と、ｓ偏光を通過させ、ｐ偏光を反射する偏光選択プリズム１１０とを有する。第２固体光源９２，９４は、図示による詳しい説明は省略するが、レーザーダイオードからなる。本発明の照明装置は、変形例１に係る照明装置１のように第２固体光源装置が２つの第２固体光源を有していてもよい。なお、変形例１に係る照明装置１０４の構成によれば、より多くの副励起光を蛍光層に入射させることが可能となる。
【００９６】
（７）上記各実施形態においては、照明装置は補助プリズムを備えるが、本発明はこれに限定されるものではない。図９は、変形例２に係るプロジェクター１００６の光学系を示す平面図である。変形例２に係る照明装置１０６においては、図９に示すように、ダイクロイックプリズム５９は、第２固体光源装置３０側の部分が第２固体光源装置３０の光軸に対して垂直な面となる形状を有する。本発明の照明装置は、変形例２に係る照明装置１０６のように、補助プリズムを有さなくてもよい。変形例２に係る照明装置１０６のような構成によっても、ダイクロイックプリズムに対して副励起光を正しく入射させることが可能となる。
【００９７】
（８）上記各実施形態においては、照明装置がダイクロイック面を有するダイクロイックプリズムを備えるが、本発明はこれに限定されるものではない。照明装置がダイクロイック面を有するダイクロイックミラーを備えていてもよい。
【００９８】
（９）上記各実施形態においては、第２レンズアレイ１３０と重畳レンズ１５０との間に偏光変換装置をさらに備えていてもよい。偏光変換装置とは、一方の偏光成分と他方の偏光成分との両方を含む光を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子である。
【００９９】
（１０）上記各実施形態においては、第１レンズ２２は、入射面が平面、射出面が球面の平凸レンズからなり、第２レンズ２４は、入射面に前段非球面が形成され、射出面に後段非球面が形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１レンズの射出面に前段非球面が形成されていてもよい。また、第１レンズ及び第２レンズの形状は、上記各実施形態において記載した形状に限定されるものではなく、要するに、第１レンズと第２レンズとからなるコリメート光学系が、第１固体光源装置から射出される光を略平行化する機能を有するようになるような形状であればよい。
【０１００】
（１１）上記各実施形態においては、３つの液晶光変調装置を用いたプロジェクターを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。１つ、２つ又は４つ以上の液晶光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。
【０１０１】
（１２）本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも可能である。
【０１０２】
（１３）上記各実施形態においては、本発明の照明装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の照明装置を他の光学機器（例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ等。）に適用することもできる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０，１１…第１固体光源装置、１２，１３，３２，３３，７２…基台、１４，１５…第１固体光源、１６，１７…蛍光層、１８，１９，３８，３９，７８…封止部材、２０…コリメート光学系、２２…第１レンズ、２４…第２レンズ、３０，３１，９０…第２固体光源装置、３４，３５，９２，９４…第２固体光源、４０，４２，４４，８０，３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…集光レンズ、５０，５８，５９…ダイクロイックプリズム、５２…ダイクロイック面、５４，５６…プリズム片、６０…補助プリズム、６２…第２補助プリズム、７０…第３固体光源装置、７４…第３固体光源、１００，１０２，１０４，１０６…照明装置、１１０…偏光選択プリズム、１２０…第１レンズアレイ、１２２…第１小レンズ、１３０…第２レンズアレイ、１３２…第２小レンズ、１５０…重畳レンズ、２００…色分離導光光学系、２１０，２２０…ダイクロイックミラー、２３０，２４０，２５０…反射ミラー、２６０，２７０…リレーレンズ、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶光変調装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写光学系、１０００，１００２，１００４，１００６…プロジェクター、ＳＣＲ…スクリーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主励起光を射出する第１固体光源と、前記主励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して射出する蛍光層とを有する第１固体光源装置と、
前記第１固体光源装置からの光の拡がりを抑制する第１レンズと、前記第１レンズからの光を略平行化する第２レンズとを備え、全体として前記第１固体光源装置から射出される光を略平行化するコリメート光学系とを備える照明装置であって、
副励起光を射出する第２固体光源を有する第２固体光源装置と、
前記第２固体光源装置からの副励起光を集光する集光光学系と、
前記第１レンズと前記第２レンズとの間に配置され、前記集光光学系から射出される副励起光を前記蛍光層へ向けて反射するとともに、前記蛍光を通過させるダイクロイック面を有するダイクロイック光学素子とをさらに備え、
前記蛍光層は、前記副励起光をも前記蛍光に変換して射出するように構成され、
前記第１固体光源装置の光軸及び前記第２固体光源装置の光軸を含む平面において、前記ダイクロイック面と前記第１固体光源装置の光軸とのなす角αが「４５°＜α＜６０°」の関係を満たすことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記第１固体光源装置は、赤色光、緑色光及び青色光を含む白色光を射出し、ランバート発光タイプの白色固体光源であり、
前記主励起光は、紫外光、紫色光又は青色光であり、
前記副励起光は、紫外光又は紫色光であり、
前記ダイクロイック面は、波長が４４０ｎｍ以下の光を反射し、波長が４４０ｎｍを超える光を通過させることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の照明装置において、
前記ダイクロイック光学素子を挟んで前記第２固体光源装置と向かい合うように配置され、青色光を射出する第３固体光源を有する第３固体光源装置をさらに備え、
前記主励起光は、紫外光、紫色光又は青色光であり、
前記副励起光は、紫外光、紫色光又は青色光であり、
前記蛍光層は、蛍光として、赤色光及び緑色光を含む蛍光を射出するように構成され、
前記ダイクロイック面は、波長が５００ｎｍ以下の光を反射し、波長が５００ｎｍを超える光を通過させることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置において、
前記ダイクロイック光学素子は、ダイクロイックプリズムからなることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項４に記載の照明装置において、
前記ダイクロイックプリズムの前記第２固体光源装置側には、前記第２固体光源装置の光軸に対して垂直な入射面を有する補助プリズムが配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項５に記載の照明装置において、
前記ダイクロイックプリズムの前記第２固体光源装置側には、前記補助プリズムが接合されていることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項４に記載の照明装置において、
前記ダイクロイックプリズムは、前記第２固体光源装置側の部分が前記第２固体光源装置の光軸に対して垂直な面となる形状を有することを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の照明装置において、
前記ダイクロイック面は誘電体多層膜からなり、
前記誘電体多層膜は、前記ダイクロイック面に入射する副励起光の入射角度に応じて徐々に変化する膜構成を有し、前記ダイクロイック面のどの領域に入射する副励起光に対しても略同一の波長・透過率特性を有することを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置において、
前記第１レンズの射出面又は前記第２レンズの入射面に前段非球面が形成され、かつ、前記第２レンズの射出面に後段非球面が形成され、
前記前段非球面は、前記第１固体光源装置から射出される光の光束密度分布を、前記コリメート光学系の光軸近傍における光束密度が前記コリメート光学系の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高くなるような所定の光束密度分布に変換する機能を有し、
前記後段非球面は、前記所定の光束密度分布に形成された光を略平行化する機能を有し、
前記コリメート光学系から射出される光における、前記コリメート光学系の光軸近傍における光束密度は、前記コリメート光学系の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高いことを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか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、
前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系とを備えることを特徴とするプロジェクター。
【請求項１】
主励起光を射出する第１固体光源と、前記主励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して射出する蛍光層とを有する第１固体光源装置と、
前記第１固体光源装置からの光の拡がりを抑制する第１レンズと、前記第１レンズからの光を略平行化する第２レンズとを備え、全体として前記第１固体光源装置から射出される光を略平行化するコリメート光学系とを備える照明装置であって、
副励起光を射出する第２固体光源を有する第２固体光源装置と、
前記第２固体光源装置からの副励起光を集光する集光光学系と、
前記第１レンズと前記第２レンズとの間に配置され、前記集光光学系から射出される副励起光を前記蛍光層へ向けて反射するとともに、前記蛍光を通過させるダイクロイック面を有するダイクロイック光学素子とをさらに備え、
前記蛍光層は、前記副励起光をも前記蛍光に変換して射出するように構成され、
前記第１固体光源装置の光軸及び前記第２固体光源装置の光軸を含む平面において、前記ダイクロイック面と前記第１固体光源装置の光軸とのなす角αが「４５°＜α＜６０°」の関係を満たすことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記第１固体光源装置は、赤色光、緑色光及び青色光を含む白色光を射出し、ランバート発光タイプの白色固体光源であり、
前記主励起光は、紫外光、紫色光又は青色光であり、
前記副励起光は、紫外光又は紫色光であり、
前記ダイクロイック面は、波長が４４０ｎｍ以下の光を反射し、波長が４４０ｎｍを超える光を通過させることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の照明装置において、
前記ダイクロイック光学素子を挟んで前記第２固体光源装置と向かい合うように配置され、青色光を射出する第３固体光源を有する第３固体光源装置をさらに備え、
前記主励起光は、紫外光、紫色光又は青色光であり、
前記副励起光は、紫外光、紫色光又は青色光であり、
前記蛍光層は、蛍光として、赤色光及び緑色光を含む蛍光を射出するように構成され、
前記ダイクロイック面は、波長が５００ｎｍ以下の光を反射し、波長が５００ｎｍを超える光を通過させることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置において、
前記ダイクロイック光学素子は、ダイクロイックプリズムからなることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項４に記載の照明装置において、
前記ダイクロイックプリズムの前記第２固体光源装置側には、前記第２固体光源装置の光軸に対して垂直な入射面を有する補助プリズムが配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項５に記載の照明装置において、
前記ダイクロイックプリズムの前記第２固体光源装置側には、前記補助プリズムが接合されていることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項４に記載の照明装置において、
前記ダイクロイックプリズムは、前記第２固体光源装置側の部分が前記第２固体光源装置の光軸に対して垂直な面となる形状を有することを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の照明装置において、
前記ダイクロイック面は誘電体多層膜からなり、
前記誘電体多層膜は、前記ダイクロイック面に入射する副励起光の入射角度に応じて徐々に変化する膜構成を有し、前記ダイクロイック面のどの領域に入射する副励起光に対しても略同一の波長・透過率特性を有することを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置において、
前記第１レンズの射出面又は前記第２レンズの入射面に前段非球面が形成され、かつ、前記第２レンズの射出面に後段非球面が形成され、
前記前段非球面は、前記第１固体光源装置から射出される光の光束密度分布を、前記コリメート光学系の光軸近傍における光束密度が前記コリメート光学系の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高くなるような所定の光束密度分布に変換する機能を有し、
前記後段非球面は、前記所定の光束密度分布に形成された光を略平行化する機能を有し、
前記コリメート光学系から射出される光における、前記コリメート光学系の光軸近傍における光束密度は、前記コリメート光学系の光軸から離れた周辺部における光束密度よりも高いことを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか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、
前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系とを備えることを特徴とするプロジェクター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
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【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【公開番号】特開２０１１−１２８３４０（Ｐ２０１１−１２８３４０Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８６０５８（Ｐ２００９−２８６０５８）
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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