(57)【要約】【課題】光の利用効率に優れるとともに、小型化を図ることができる光源光学系、光源装置及び画像投射装置を提供する。【解決手段】第１の色光を出射する励起光源と用いられる光源光学系であって、前記励起光源から出射された前記第１の色光が入射して前記第１の色光とは波長の異なる第２の色光を出射する波長変換ユニットと、前記励起光源と前記波長変換ユニットの間の光路上に順に設けられた正のパワーの第１の光学系と正のパワーの第２の光学系と、を有し、前記第１の光学系は、前記第１の光学系の光軸に平行な光線が入射したとき、前記第１の光学系から出射される光線が前記光軸に近付きながら前記第２の光学系に入射するような光学特性を有しており、前記第２の光学系は、前記第２の光学系の近軸焦点位置に対してアンダーな球面収差を有している、ことを特徴とする光源光学系。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の色光を出射する励起光源と用いられる光源光学系であって、
前記励起光源から出射された前記第１の色光が入射して前記第１の色光とは波長の異なる第２の色光を出射する波長変換ユニットと、
前記励起光源と前記波長変換ユニットの間の光路上に順に設けられた正のパワーの第１の光学系と正のパワーの第２の光学系と、
を有し、
前記第１の光学系は、前記第１の光学系の光軸に平行な光線が入射したとき、前記第１の光学系から出射される光線が前記光軸に近付きながら前記第２の光学系に入射するような光学特性を有しており、
前記第２の光学系は、前記第２の光学系の近軸焦点位置に対してアンダーな球面収差を有している、
ことを特徴とする光源光学系。
【請求項２】
前記第１の光学系は前記第２の色光が通過せず、前記第２の光学系は前記第２の色光が通過する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光源光学系。
【請求項３】
前記第１の光学系と前記第２の光学系は、最大空気間隔の箇所で切り分けられている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源光学系。
【請求項４】
前記第２の光学系による近軸焦点位置は、前記波長変換ユニットの入射面を基準として、前記第２の光学系とは反対側に設けられている、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光源光学系。
【請求項５】
前記第１の光学系と前記第２の光学系による集光位置は、前記波長変換ユニットの入射面を基準として、前記第２の光学系の側に設けられている、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光源光学系。
【請求項６】
前記第１の光学系の最も前記励起光源の側の外径範囲内で、前記光軸と直交するとともに前記光源から離れる方向に等ピッチで配置されたｎ個の点Ｏ１、Ｏ２、・・・、Ｏｎから前記光軸に平行な光線が出射された場合において、前記第２の光学系から出射された光線と前記波長変換ユニットの入射面のｎ個の交点Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎを規定したとき、次の条件式（１）を満足する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光源光学系。
（１）Ｌｎ＞Ｌ１（ｎは２以上の整数）
但し、
Ｌ１：点Ｏ１に対応する交点Ｐ１と光軸の間の距離、
Ｌｎ：点Ｏｎに対応する交点Ｐｎと点Ｏｎ−１に対応する交点Ｐｎ−１の間の距離。
【請求項７】
前記第１の光学系の最も前記励起光源の側の外径範囲内で、前記光軸と直交するとともに前記光源から離れる方向に等ピッチで配置されたｎ個の点Ｏ１、Ｏ２、・・・、Ｏｎから前記光軸に平行な光線が出射された場合において、前記第２の光学系から出射された光線と前記波長変換ユニットの入射面のｎ個の交点Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎを規定したとき、点Ｏ１、Ｏ２、・・・、Ｏｎとこれらに対応する交点Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎが、前記光軸を挟んだ反対側に位置している、
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の光源光学系。
【請求項８】
前記第１の光学系と前記第２の光学系の合成光学系は、像面湾曲がアンダーである、
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の光源光学系。
【請求項９】
前記励起光源は複数の光源を有しており、
前記複数の光源に対応する複数のコリメータレンズをさらに有し、
前記光軸に最も近い光源Ｃ１から出射される光束の集光点をＦ１とし、前記光軸から最も遠い光源Ｃｎから出射される光束の集光点をＦｎとしたとき、集光点Ｆ１よりも集光点Ｆｎの方が前記第１の光学系の側に位置している、
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の光源光学系。
【請求項１０】
前記光軸から最も遠い光源Ｃｎから出射される光束の集光点をＦｎとしたとき、前記第１の光学系と前記第２の光学系の間に集光点Ｆｎが位置している、
ことを特徴とする請求項９に記載の光源光学系。
【請求項１１】
前記光軸から最も遠い光源Ｃｎから出射される光束のマージナル光線のうち、前記光軸に最も近いマージナル光線をＧｎとし、マージナル光線Ｇｎと前記波長変換ユニットの入射面の交点をＱｎとしたとき、光源Ｃｎと交点Ｑｎは、前記光軸を挟んだ反対側に位置している、
ことを特徴とする請求項９に記載の光源光学系。
【請求項１２】
前記第１の光学系は、前記励起光源の側から前記波長変換ユニットの側に向かって順に、正レンズと負レンズを有しており、且つ、アンダーな球面収差を有している、
ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光源光学系。
【請求項１３】
前記第２の光学系は、少なくとも２枚の正レンズを有しており、且つ、少なくとも１枚の正レンズが非球面を有している、
ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光源光学系。
【請求項１４】
前記励起光源と前記第２の光学系の間の光路上に位置する偏光ビームスプリッタをさらに有しており、前記偏光ビームスプリッタは、前記第１の色光の第１の偏光成分と第２の偏光成分の一方を透過して他方を反射するとともに、前記第２の色光を透過又は反射する、
ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光源光学系。
【請求項１５】
前記第１の色光の光路上において前記第２の光学系の出射側に前記第１の色光を反射する反射面をさらに有している、
ことを特徴とする請求項１４に記載の光源光学系。
【請求項１６】
前記偏光ビームスプリッタと前記反射面との間の光路上に位置する前記第１の色光に対する１／４波長板をさらに有している、
ことを特徴とする請求項１５に記載の光源光学系。
【請求項１７】
前記波長変換ユニットに接続されるとともに、前記波長変換ユニット上における前記第１の色光の照射位置が時間とともに移動するように駆動される駆動部材をさらに有している、
ことを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれかに記載の光源光学系。
【請求項１８】
前記波長変換ユニットは、前記第１の色光を前記第２の色光に変換する波長変換領域と、前記第１の色光を透過又は反射する透過反射領域とを含んだ円盤部材を有している、
ことを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれかに記載の光源光学系。
【請求項１９】
前記第１の光学系と前記第２の光学系は、前記第１の光学系の光軸と前記第２の光学系の光軸が偏心するように配置されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれかに記載の光源光学系。
【請求項２０】
前記励起光源と、請求項１から請求項１９のいずれかに記載の光源光学系を有する光源装置。
【請求項２１】
前記励起光源は、前記第１の色光として、コヒーレント光を出射する、
ことを特徴とする請求項２０に記載の光源装置。
【請求項２２】
前記励起光源と、
請求項１から請求項１９のいずれかに記載の光源光学系と、
前記光源光学系からの光を変調して画像を形成する画像表示素子と、
前記画像を被投射面に拡大投射する投射光学系と、
を有することを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源光学系、光源装置及び画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、様々な映像を拡大投影するプロジェクタ（画像投射装置）が広く普及している。プロジェクタは、光源から出射された光をデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）または液晶表示素子といった空間光変調素子に集光させ、映像信号により変調された空間光変調素子からの出射光をスクリーン上にカラー映像として表示させるものである。
【０００３】
従来、プロジェクタには主に高輝度の超高圧水銀ランプ等が用いられてきたが、寿命が短いため、メンテナンスを頻繁に行う必要があった。そのため、近年、超高圧水銀ランプに変えてレーザやＬＥＤ等を使用したプロジェクタが増加している。これは、レーザやＬＥＤが超高圧水銀ランプと比較して寿命が長く、また、その単色性により色再現性も良いためである。
【０００４】
プロジェクタでは、ＤＭＤ等の画像表示素子に、例えば色の三原色である赤色・緑色・青色の三色を照射することにより映像を形成している。この三色の全てをレーザ光源で生成することも可能ではあるが、緑色レーザや赤色レーザの発光効率が青色レーザに比べて低いため、好ましくはない。そのため、青色レーザを励起光として蛍光体に照射して、蛍光体で波長変換された蛍光光から赤色光と緑色光を生成する方法が用いられている。このようなレーザ光源と蛍光体を用いた（組み合わせた）光源光学系が特許文献１、２に開示されている。
【０００５】
特許文献１には、励起光源と、蛍光体ユニットと、励起光源と蛍光体ユニットの間の光路上に位置して励起光の強度分布を均一に近付けるための拡散板とを有する照明光学系が開示されている。特許文献２には、複数の光源と、波長変換素子と、複数の光源と波長変換素子の間の光路上に位置する複数のミラーアレイとレンズアレイとを有する光源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第６０９０８７５号公報
【特許文献２】特開２０１７−１９４５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
プロジェクタにおいては、より明るいプロジェクタを実現するために、光の利用効率を高める要望が強くなってきている。蛍光体による光の変換効率は、蛍光体に入射する励起光のエネルギー密度により変動し、入射する励起光のエネルギー密度が高いと、温度上昇及び蛍光体内の励起可能な電子が少なくなることによって効率が低下する。そのため、エネルギー密度を均一化し、スポットサイズを大きくすることで、光の利用効率の向上を図ることが考えられる。
【０００８】
一方、蛍光体における励起光のエネルギー密度を抑えるために蛍光体上の励起光のスポットサイズを大きくすると、後段の（後続する）光学系での光線ケラレが大きくなるため、プロジェクタ全体での光の利用効率が低下する。すなわち、プロジェクタにおける光の利用効率を向上させるためには、エネルギー密度の均一化と最適なスポットサイズを得ることが重要である。
【０００９】
上述した特許文献１は、励起光源と蛍光体ユニットの間に拡散板を設けることにより、蛍光体ユニットに入射する励起光の強度が低下してしまうため、プロジェクタ全体の光の利用効率が低下してしまう。上述した特許文献２は、ミラーアレイとレンズアレイにより装置の大型化と複雑化と高コスト化を招くばかりでなく、ミラーアレイとレンズアレイの吸収等により、蛍光体ユニットに入射する励起光の効率が低下してしまう。
【００１０】
本発明は、以上の問題意識に基づいて完成されたものであり、光の利用効率に優れるとともに、小型化を図ることができる光源光学系、光源装置及び画像投射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態の光源光学系は、第１の色光を出射する励起光源と用いられる光源光学系であって、前記励起光源から出射された前記第１の色光が入射して前記第１の色光とは波長の異なる第２の色光を出射する波長変換ユニットと、前記励起光源と前記波長変換ユニットの間の光路上に順に設けられた正のパワーの第１の光学系と正のパワーの第２の光学系と、を有し、前記第１の光学系は、前記第１の光学系の光軸に平行な光線が入射したとき、前記第１の光学系から出射される光線が前記光軸に近付きながら前記第２の光学系に入射するような光学特性を有しており、前記第２の光学系は、前記第２の光学系の近軸焦点位置に対してアンダーな球面収差を有している、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光の利用効率に優れるとともに、小型化を図ることができる光源光学系、光源装置及び画像投射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態によるプロジェクタを示す概略構成図である。
【図２】第１実施形態による光源装置を示す概略構成図である。
【図３】第１実施形態による蛍光体ホイールの詳細構造を示す図である。
【図４】カラーホイールを示す概略構成図である。
【図５】第１の光学系と第２の光学系を通る光線の一例を示す図である。
【図６】第２の光学系によるアンダーな球面収差の一例を示す図である。
【図７】蛍光体ホイールの入射面を基準としたプラス側とマイナス側を示す概念図である。
【図８】アンダー側とオーバー側における蛍光体上での励起光のスポットの一例を示す図である。
【図９】第１の光学系から蛍光体ホイールの入射面に至るまでの光線軌跡を示す図である。
【図１０】球面収差がアンダーである場合の光線の概要を示す図である。
【図１１】第１の光学系と第２の光学系の合成光学系の像面湾曲を示す収差図である。
【図１２】各光源と各コリメータレンズからの光束の集光点の位置関係を示す図である。
【図１３】各光源と各コリメータレンズからの光束のマージナル光線に注目した図である。
【図１４】蛍光体ホイールの入射面における光束のプロファイルを示す図である。
【図１５】蛍光体ホイールにおける実際のスポット形状の一例を示す図である。
【図１６】光軸方向のプラス側とマイナス側での蛍光体上での励起光のスポットの一例を示す図である。
【図１７】第２実施形態による光源装置を示す概略構成図である。
【図１８】第２実施形態による蛍光体ホイールの詳細構造を示す図である。
【図１９】第３実施形態による光源装置を示す概略構成図である。
【図２０】第４実施形態による光源装置を示す概略構成図である。
【図２１】第４実施形態による蛍光体ホイールの詳細構造を示す図である。
【図２２】第５実施形態による光源装置を示す概略構成図である。
【図２３】第５実施形態による蛍光体ホイールの詳細構造を示す図である。
【図２４】第６実施形態による光源装置の第１の光学系と第２の光学系を通る光線の一例を示す図である。
【図２５】第６実施形態による光源装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態によるプロジェクタ（画像投射装置）１を示す概略構成図である。
【００１５】
プロジェクタ１は、筐体１０と、光源装置２０と、光均一化素子３０と、照明光学系４０と、画像形成素子（画像表示素子）５０と、投射光学系６０とを有している。
【００１６】
筐体１０は、光源装置２０と光均一化素子３０と照明光学系４０と画像形成素子５０と投射光学系６０とを収納する。
【００１７】
光源装置２０は、例えば、ＲＧＢの各色に対応する波長を含んだ光を出射する。光源装置２０の内部構成については、後に詳細に説明する。
【００１８】
光均一化素子３０は、光源装置２０から出射された光をミキシングすることで均一化する。光均一化素子３０としては、例えば、４枚のミラーを組み合わせたライトトンネル、ロッドインテグレータ、フライアイレンズ等が用いられる。
【００１９】
照明光学系４０は、光均一化素子３０が均一化した光で画像形成素子５０を略均一に照明する。照明光学系４０は、例えば、１枚以上のレンズや１面以上の反射面等を有している。
【００２０】
画像形成素子５０は、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル等のライトバルブを有している。画像形成素子５０は、照明光学系４０により照明される光（光源装置２０の光源光学系からの光）を変調することにより画像を形成する。
【００２１】
投射光学系６０は、画像形成素子５０が形成した画像をスクリーン（被投射面）７０に拡大投射する。投射光学系６０は、例えば、１枚以上のレンズを有している。
【００２２】
図２は、第１実施形態による光源装置２０を示す概略構成図である。
【００２３】
光源装置２０は、光の伝搬方向に順に配置された、レーザ光源（励起光源）２１と、コリメータレンズ２２と、第１の光学系２３と、偏光ビームスプリッタ２４と、１／４波長板２５と、第２の光学系２６と、蛍光体ホイール（波長変換ユニット、蛍光体ユニット）２７と、集光レンズ２８と、カラーホイール２９とを有している。例えば、光源装置２０のうち、レーザ光源２１を除いた構成要素によって「光源光学系」が構成される。
【００２４】
レーザ光源２１は、複数の光源（固体光源）を有している。図２では、上下方向に並ぶ６個の光源を描いているが、実際には、６個の光源が紙面直交方向（奥行方向）に４列に並んでおり、６×４＝２４個の光源が二次元的に配列されている。レーザ光源２１の各光源は、蛍光体ホイール２７の蛍光領域（波長変換領域）２７Ｄ（後述）に設けられた蛍光体を励起させる励起光Ｂ（第１の色光）として、例えば、発光強度の中心波長が４５５ｎｍの青色帯域の光（青色レーザ光）を出射する。レーザ光源２１の各光源から出射される青色レーザ光は、偏光状態が一定の直線偏光であり、偏光ビームスプリッタ２４の入射面に対してＳ偏光となるように配置されている。レーザ光源２１の各光源から出射される青色レーザ光は、コヒーレント光である。レーザ光源２１の各光源から出射される励起光Ｂは、蛍光体ホイール２７の蛍光領域２７Ｄの蛍光体を励起させることができる波長の光であればよく、青色帯域の光に限定されるものではない。レーザ光源２１の光源の数は２４個に限定されず、１−２３個であってもよいし、２５個以上であってもよい。レーザ光源２１は、例えば、基板上に複数の光源をアレイ状に配置した光源ユニットとして構成することができるが、その具体的態様には自由度がある。
【００２５】
コリメータレンズ２２は、レーザ光源２１の２４個の光源に対応して２４個設けられている。各コリメータレンズ２２は、レーザ光源２１の各光源が出射した励起光Ｂを略平行光となるように調整する。コリメータレンズ２２の数は、レーザ光源２１の光源の数に対応していればよく、レーザ光源２１の光源の数の増減に応じて増減することができる。
【００２６】
第１の光学系２３は、全体として正のパワーを有しており、レーザ光源２１の側から蛍光体ホイール２７の側に向かって順に、正レンズ２３Ａと負レンズ２３Ｂとを有している。第１の光学系２３は、コリメータレンズ２２から略平行光となって入射した励起光Ｂを収束させながら偏光ビームスプリッタ２４に導く。第１の光学系２３の詳細な構成と作用効果については、後に詳細に説明する。
【００２７】
偏光ビームスプリッタ２４は、第１の光学系２３から導かれた励起光Ｂの波長帯域のＳ偏光（第１の偏光成分）を反射する一方、第１の光学系２３から導かれた励起光Ｂの波長帯域のＰ偏光（第２の偏光成分）および蛍光体ホイール２７からの蛍光光（第２の色光）を透過するようなコートが施されている。第１実施形態では、平板状の偏光ビームスプリッタ２４を用いているが、プリズムタイプの偏光ビームスプリッタ２４を用いることも可能である。また、第１実施形態では、偏光ビームスプリッタ２４が、励起光Ｂの波長帯域のＳ偏光を反射してＰ偏光を透過しているが、これとは逆に、励起光Ｂの波長帯域のＰ偏光を反射してＳ偏光を透過するようにしてもよい。
【００２８】
１／４波長板２５は、偏光ビームスプリッタ２４で反射された励起光Ｂの直線偏光に対して光学軸を４５度だけ傾けた状態で配置されている。１／４波長板２５は、偏光ビームスプリッタ２４で反射された励起光Ｂを直線偏光から円偏光に変換する。
【００２９】
第２の光学系２６は、全体として正のパワーを有しており、レーザ光源２１の側から蛍光体ホイール２７の側に向かって順に、正レンズ２６Ａと正レンズ２６Ｂとを有している。第２の光学系２６は、１／４波長板２５から円偏光に変換されて入射した励起光Ｂを収束させながら蛍光体ホイール２７に導く。第２の光学系２６の詳細な構成と作用効果については、後に詳細に説明する。
【００３０】
蛍光体ホイール２７には、第２の光学系２６から導かれた励起光Ｂが入射する。図３は、蛍光体ホイール２７の詳細構造を示す図である。蛍光体ホイール２７は、円盤部材（基板）２７Ａと、回転軸２７Ｂを中心として円盤部材２７Ａを回転駆動する駆動モータ（駆動部材）２７Ｃとを有している。円盤部材２７Ａは、例えば、透明基板や金属基板（アルミニウム基板等）を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００３１】
蛍光体ホイール２７（円盤部材２７Ａ）は、周方向の大部分（第１実施形態では２７０°よりも大きい角度範囲）が蛍光領域２７Ｄに区画されており、周方向の小部分（第１実施形態では９０°よりも小さい角度範囲）が励起光反射領域２７Ｅに区画されている。
【００３２】
蛍光領域２７Ｄは、下層側から上層側に向かって順に、反射コート２７Ｄ１と、蛍光体層２７Ｄ２と、反射防止コート（ＡＲコート）２７Ｄ３とを積層して構成されている。
【００３３】
反射コート２７Ｄ１は、蛍光体層２７Ｄ２による蛍光光（発光光）の波長領域の光を反射する特性を有している。円盤部材２７Ａを反射率が高い金属基板で構成した場合には、反射コート２７Ｄ１を省略することも可能である（円盤部材２７Ａに反射コート２７Ｄ１の機能を持たせることも可能である）。
【００３４】
蛍光体層２７Ｄ２としては、例えば、蛍光体材料を有機・無機のバインダ内に分散させたもの、蛍光体材料の結晶を直接形成したもの、Ｃｅ：ＹＡＧ系などの希土類蛍光体を用いることができる。蛍光体層２７Ｄ２による蛍光光（発光光）の波長帯域は、例えば、黄色、青色、緑色、赤色の波長帯域を用いることができるが、第１実施形態では、黄色の波長帯域を有する蛍光光（発光光）を用いる場合を例示して説明する。また、本実施例では波長変換素子として蛍光体を用いているが、燐光体や、非線形光学結晶などを用いてもよい。
【００３５】
反射防止コート２７Ｄ３は、蛍光体層２７Ｄ２の表面における光の反射を防止する特性を有している。
【００３６】
励起光反射領域２７Ｅには、第２の光学系２６から導かれた励起光Ｂの波長領域の光を反射する特性を有する反射コート（反射面）２７Ｅ１が積層されている。円盤部材２７Ａを反射率が高い金属基板で構成した場合には、反射コート２７Ｅ１を省略することも可能である（円盤部材２７Ａに反射コート２７Ｅ１の機能を持たせることも可能である）。
【００３７】
円盤部材２７Ａを駆動モータ２７Ｃによって回転駆動することにより、蛍光体ホイール２７上における励起光Ｂの照射位置が時間とともに移動する。その結果、蛍光体ホイール２７に入射した励起光Ｂ（第１の色光）の一部分が、蛍光領域（波長変換領域）２７Ｄで励起光Ｂ（第１の色光）とは波長の異なる蛍光光Ｙ（第２の色光）に変換されて出射され、蛍光体ホイール２７に入射した励起光Ｂの他部分が、励起光反射領域２７Ｅで励起光Ｂのままで反射されて出射される。
【００３８】
なお、蛍光領域２７Ｄと励起光反射領域２７Ｅの数や範囲等には自由度があり、種々の設計変更が可能である。例えば、各２つの蛍光領域と励起光反射領域とを周方向に９０°間隔となるように交互に配置してもよい。
【００３９】
再び図２に基づいて説明する。蛍光体ホイール２７の励起光反射領域２７Ｅで反射された励起光Ｂは逆向きの円偏光となり、再び第２の光学系２６と１／４波長板２５を通過し、Ｐ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された励起光Ｂは、偏光ビームスプリッタ２４を透過して、集光レンズ２８を通してカラーホイール２９に入射する。
【００４０】
一方、蛍光体ホイール２７の蛍光領域２７Ｄに入射した励起光Ｂは蛍光光Ｙに変換されて出射される。この蛍光光Ｙは、第２の光学系２６により略平行光とされ、１／４波長板２５を通過し、偏光ビームスプリッタ２４を透過して、集光レンズ２８を通してカラーホイール２９に入射する。
【００４１】
図４は、カラーホイール２９を示す概略構成図である。カラーホイール２９は、周方向に区画された青色領域Ｂ、黄色領域Ｙ、赤色領域Ｒ、緑色領域Ｇを有している。青色領域Ｂは、蛍光体ホイール２７の励起光反射領域２７Ｅに対応し、黄色領域Ｙ、赤色領域Ｒ、緑色領域Ｇは、蛍光体ホイール２７の蛍光領域２７Ｄにそれぞれ対応するように同期される。青色領域Ｂには透過拡散板（図示略）を配置することにより、レーザ光源２１のコヒーレンスを低減することが可能となり、スクリーン７０上でのスペックルを低減させることができる。黄色領域Ｙは、蛍光体ホイール２７から発光する黄色の波長領域をそのまま透過させる。赤色領域Ｒ、緑色領域Ｇは、それぞれダイクロイックミラーを用いることにより、黄色の波長から不要な波長域の光を反射させ、純度の高い色の光を得る。カラーホイール２９によって時分割で作られた各色が光均一化素子３０から照明光学系４０を通して画像形成素子５０に導かれ、各色に対応した画像を形成し、投射光学系６０によってスクリーン７０に拡大投影させることにより、カラー画像が得られる。
【００４２】
第１実施形態では、光源光学系として、レーザ光源２１と、蛍光体ホイール２７と、レーザ光源２１と蛍光体ホイール２７の間の光路上に順に設けられた正のパワーの第１の光学系２３と正のパワーの第２の光学系２６とが設けられている。
【００４３】
第１の光学系２３を、Ｓ偏光の励起光Ｂは通過するが、蛍光光Ｙは通過しない。第２の光学系２６を、Ｓ偏光の励起光ＢとＰ偏光の励起光Ｂと蛍光光Ｙが通過する。このように、第１の光学系２３と第２の光学系２６は、前者は蛍光光Ｙが通過し、後者は蛍光光Ｙが通過しないという点で、切り分けられる。また、第１の光学系２３と第２の光学系２６は、最大空気間隔の箇所で、切り分けられる。
【００４４】
第１の光学系２３と第２の光学系２６のレンズデータと非球面データを以下に示す。
2020086261.tif 000003
【００４５】
上記のレンズデータと非球面データに示すように、第１の光学系２３において、正レンズ２３Ａは両凸形状を有しており、負レンズ２３Ｂは両凹形状を有している。また、第２の光学系２６において、正レンズ２６Ａは両凸形状を有しており、正レンズ２６Ｂは物体側に凸の平凸形状を有している。正レンズ２６Ａの両面には、非球面が形成されている。第２の光学系２６の構成はこれに限らず、例えば、正レンズ２６Ａの一面だけに非球面を形成してもよいし、正レンズ２６Ｂの両面又は一面に非球面を形成してもよい。また、第１の光学系２３において、正レンズ２３Ａと負レンズ２３Ｂに追加のレンズを設けてもよいし、第２の光学系２６において、正レンズ２６Ａと正レンズ２６Ｂに追加のレンズを設けてもよい。図示は省略しているが、光源光学系の光路上のいずれかの位置（例えば第１の光学系２３の正レンズ２３Ａの直前）には、励起光Ｂの光量を調整するための開口絞りが設けられていてもよい。
【００４６】
図５は、第１の光学系２３と第２の光学系２６を通る光線の一例を示す図である。図５に示すように、第１の光学系２３は、第１の光学系２３の光軸Ａに平行な光線が入射したとき、第１の光学系２３から出射される光線が光軸Ａに角度θをなして近付きながら（集光されながら）第２の光学系２６に入射するような光学特性を有している。これにより、第２の光学系２６に入射した光の集光点Ｆ０が、蛍光体ユニット２７の入射面を基準として、第２の光学系２６の側（手前側）に形成される。その結果として、よりサイズが大きく均一な像を得ることで、蛍光体ホイール２７の光の変換効率を向上することができる。
【００４７】
図６に示すように、第２の光学系２６は、第２の光学系２６の近軸焦点位置に対してアンダーな球面収差を有している。図６では、第２の光学系２６に平行光が入射する場合を描いているが、実際には、第１の光学系２３による収束光が第２の光学系２６に入射する。第２の光学系２６への入射光が平行光と収束光のいずれであっても、第２の光学系２６がアンダーな球面収差を有することに変わりはない。
【００４８】
図７に示すように、蛍光体ホイール２７の入射面を基準として、第２の光学系２６の側を「マイナス側（手前側）」と定義し、第２の光学系２６とは反対側を「プラス側（奥側）」と定義する。第２の光学系２６の近軸焦点位置は、「プラス側（奥側）」となるように設定されている。
【００４９】
図６、図７に示すように、第１の光学系２３と第２の光学系２６による集光点（集光位置）Ｆ０は、蛍光体ホイール２７の入射面を基準とした「マイナス側（手前側）」に位置しており、第２の光学系２６の近軸焦点位置は、蛍光体ホイール２７の入射面を基準とした「プラス側（奥側）」に位置している。第１の光学系２３と第２の光学系２６の位置や光学特性をこのようにすることにより、蛍光体上での励起光Ｂのスポットを適切なサイズかつ均一な形状や強度とすることができ、蛍光体ホイール２７による光の変換効率の向上を図ることができる。
【００５０】
また、第１の光学系２３も、第２の光学系２６と同様に、近軸焦点位置に対してアンダーな球面収差を有している。第１の光学系２３にアンダーな球面収差を持たせることで、光軸Ａから離れた位置の光源の光束を第１の光学系２３の側に集光させやすくすることができる。
【００５１】
図８は、アンダー側とオーバー側における蛍光体上での励起光のスポットの一例を示す図である。近軸焦点位置に対してアンダーな球面収差を第２の光学系２６に持たせることで、図８に示すように、アンダー側では、入射した均一な光が中心部と周辺部で高強度となるような分布を示し、オーバー側では、入射した均一な光に対応する均一な分布を示す。
【００５２】
上記のように、第１の光学系２３と第２の光学系２６による集光点（集光位置）Ｆ０をマイナス側に形成することで、蛍光体スポットは、図８のオーバー側の分布に近くなり、均一なスポットとなりやすい。
【００５３】
これに対し、第１の光学系２３から射出される光が発散するように（光軸Ａから離れるように）第１の光学系２３を構成すると、集光点Ｆ０がプラス側になり、図８のアンダー側のような、極値が複数存在するようなスポットとなるため、蛍光体の変換効率の低下を招く。第２の光学系２６の近軸焦点位置をマイナス側に配置することにより、図８のオーバー側に示すような均一なボケを得ることも可能ではあるが、第２の光学系２６と蛍光体ホイール２７の間の距離が遠くなり、蛍光体から射出される蛍光の取込み効率が低下してしまう。
【００５４】
第１実施形態では、第２の光学系２６の近軸焦点位置をプラス側に配置するとともに、集光光を射出するように第１の光学系２３を配置して、集光点Ｆ０をマイナス側に形成することにより、均一な像を得て蛍光体の変換効率と蛍光体から射出される蛍光の取込み効率の両方を向上させることが可能になる。
【００５５】
図９に示すように、第１の光学系２３の最もレーザ光源２１の側の外径範囲内で、光軸Ａと直交するとともに光軸Ａから離れる方向に等ピッチで配置された４個の点Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４を規定する。この４個の点Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４から光軸Ａに平行な光線が出射された場合において、第２の光学系２６から出射された光線と蛍光体ホイール２７の入射面のｎ個の交点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を規定する。ここで、点Ｏ１に対応する交点Ｐ１と光軸Ａの間の距離をＬ１、点Ｏ２に対応する交点Ｐ２と点Ｏ１に対応する交点Ｐ１の間の距離をＬ２、点Ｏ３に対応する交点Ｐ３と点Ｏ２に対応する交点Ｐ２の間の距離をＬ３、点Ｏ４に対応する交点Ｐ４と点Ｏ３に対応する交点Ｐ３の間の距離をＬ４とすると、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４となっている。
【００５６】
上記を一般化すると、第１の光学系２３の最もレーザ光源２１の側の外径範囲内で、光軸Ａと直交するとともに光源Ａから離れる方向に等ピッチで配置されたｎ個の点Ｏ１、Ｏ２、・・・、Ｏｎから光軸Ａに平行な光線が出射された場合において、第２の光学系２６から出射された光線と蛍光体ホイール２７の入射面のｎ個の交点Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎを規定したとき、次の条件式（１）、（２）を満足することになる。なお、条件式（１）、（２）は必ずしもセットで満足する必要はない。条件式（２）を満足すれば必ず条件式（１）も満足することになるが、条件式（１）だけを満足して条件式（２）を満足しないようにすることも可能である。例えば、部分的に、Ｌｎ≦Ｌｎ−１となる箇所があってもよい。
（１）Ｌｎ＞Ｌ１（ｎは２以上の整数）
（２）Ｌｎ＞Ｌｎ−１（ｎは２以上の整数）
但し、
Ｌ１：点Ｏ１に対応する交点Ｐ１と光軸の間の距離、
Ｌｎ：点Ｏｎに対応する交点Ｐｎと点Ｏｎ−１に対応する交点Ｐｎ−１の間の距離、
Ｌｎ−１：点Ｏｎ−１に対応する交点Ｐｎ−１と点Ｏｎ−２に対応する交点Ｐｎ−２の間の距離。
【００５７】
条件式（１）、（２）を満足することは、第２の光学系２６が近軸焦点位置に対してアンダーな球面収差を有しており、且つ、第１の光学系２３と第２の光学系２６による集光点Ｆ０がマイナス側に位置していることにより実現される。
【００５８】
図１０は、球面収差がアンダーである場合の光線の概要を示す図である。集光点Ｆ０よりもアンダー側の光線に注目すると、各光線のピッチは均一なのに対し、集光点Ｆ０よりもオーバー側の光線に注目すると、各光線のピッチが不均一になる。これにより、複数の光源を用いた場合、それぞれの光源からの光が不均一に蛍光体ホイール２７の入射面に着弾（到達）することになり、極大部ができにくく、均一なスポットを形成することができる。また、スポットサイズも大きくできる。また、光軸Ａ付近はピッチが密になるため、光源を光軸Ａ上に形成しないと更によい。
【００５９】
図９、図１０に示すように、ｎ個の点Ｏ１、Ｏ２、・・・、Ｏｎとこれらに対応するｎ個の交点Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎは、光軸Ａを挟んだ反対側に位置している。より具体的に、ｎ個の点Ｏ１、Ｏ２、・・・、Ｏｎは、光軸Ａを境界とした上側領域に位置しており、ｎ個の交点Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎは、光軸Ａを境界とした下側領域に位置している。これにより、均一なスポット形状を得ることができ、蛍光体ホイール２７の光の変換効率を向上させることが可能になる。
【００６０】
図１１は、第１の光学系２３と第２の光学系２６の合成光学系の像面湾曲を示す収差図である。図１１に示すように、第１の光学系２３と第２の光学系２６の合成光学系にアンダーな像面湾曲を持たせることで、より均一なスポット形状を得ることが可能になる。
【００６１】
図１２は、各光源と各コリメータレンズからの光束の集光点の位置関係を示す図である。図１２に示すように、光軸Ａに最も近い光源Ｃ１（２１）から出射される光束の集光点をＦ１とし、光軸Ａから最も遠い光源Ｃｎ（２１）から出射される光束の集光点をＦｎとしたとき、集光点Ｆ１、Ｆｎは、第１の光学系２３と第２の光学系２６の間に位置しており、且つ、集光点Ｆ１より集光点Ｆｎの方が第１の光学系２３の側（手前側）に位置している。また、上述したように、全ての光源Ｃ１〜Ｃｎ（２１）から出射される光束の集光点をＦ０としたとき、集光点Ｆｏは、蛍光体ホイール２７の入射面よりもマイナス側（手前側）に形成される。これにより、蛍光体ホイール２７におけるスポットが大きくなり、スポットの均一化を図ることができる。
【００６２】
図１３は、各光源と各コリメータレンズからの光束のマージナル光線に注目した図である。図１３において、光軸Ａに最も近い光源Ｃ１（２１）から出射される光束のマージナル光線のうち光軸Ａに最も近いものをＧ１で描いており、光軸Ａから最も遠い光源Ｃｎ（２１）から出射される光束のマージナル光線のうち光軸Ａに最も近いものをＧｎで描いている（Ｇ１とＧｎは実線で描いている）。また、光軸Ａに最も近い光源Ｃ１（２１）から出射される光束のマージナル光線のうち光軸Ａから最も遠いものをＧ１’で描いており、光軸Ａから最も遠い光源Ｃｎ（２１）から出射される光束のマージナル光線のうち光軸Ａから最も遠いものをＧｎ’で描いている（Ｇ１’とＧｎ’は破線で描いている）。また、マージナル光線Ｇ１と蛍光体ホイール２７の入射面の交点をＱ１で描いており、マージナル光線Ｇ１’と蛍光体ホイール２７の入射面の交点をＱ１’で描いており、マージナル光線Ｇｎと蛍光体ホイール２７の入射面の交点をＱｎで描いており、マージナル光線Ｇｎ’と蛍光体ホイール２７の入射面の交点をＱｎ’で描いている。
【００６３】
ここで、光軸Ａから最も遠い光源Ｃｎ（２１）と交点Ｑｎは、光軸Ａを挟んだ反対側に位置している。より具体的に、光軸Ａから最も遠い光源Ｃｎ（２１）は、光軸Ａを境界とした上側領域に位置しており、交点Ｑｎは、光軸Ａを境界とした下側領域に位置している。交点Ｑｎは、光束のプロファイルにおいて、最大強度の１／ｅ２となるように設定される。
【００６４】
図１４は、蛍光体ホイール２７の入射面における光束のプロファイルを示す図である。図１４では、光軸Ａに最も近い光源Ｃ１（２１）から出射される光束のプロファイル（実線）と、光軸Ａから最も遠い光源Ｃｎ（２１）から出射される光束のプロファイル（実線）と、２つの光束の重ね合わせによる光束のプロファイル（破線）とを描いている。
【００６５】
図１４Ａに示すように、光軸Ａから最も遠い光源Ｃｎ（２１）と交点Ｑｎが光軸Ａを挟んだ反対側に位置していることにより、光軸Ａに最も近い光源Ｃ１（２１）と光軸Ａから最も遠い光源Ｃｎ（２１）から出射される光束の蛍光体ホイール２７での重なりが小さくなるので、エネルギー密度が低く、均一なプロファイルとすることができる。
【００６６】
これに対し、図１４Ｂは、光軸Ａから最も遠い光源Ｃｎ（２１）と交点Ｑｎが光軸Ａに対して同じ側にある場合を示している。この場合、光軸Ａに最も近い光源Ｃ１（２１）と光軸Ａから最も遠い光源Ｃｎ（２１）から出射される光束の蛍光体ホイール２７での重なりが大きくなるので、エネルギー密度が非常に高いプロファイルとなり、蛍光体ホイール２７による変換効率の低下を招いてしまう。
【００６７】
続いて、蛍光体ホイール２７における実際のスポット形状について説明する。図１５は、複数の光源を用いた場合の蛍光体ホイール２７でのスポット形状を計算（シミュレーション）したものであり、第１の光学系２３から出射された光が光軸Ａに近付くように集光した第１の例（第１実施形態に対応）と、第１の光学系２３から出射された光が光軸Ａと略平行となるようにした第２の例（比較例に相当）と、第１の光学系２３から出射された光が光軸Ａから離れるように発散した第３の例（比較例に相当）とを示している。
【００６８】
図１５に示すように、第２の例では、蛍光体上での励起光のスポットが均一な分布となっているが、スポット径が非常に小さいため、蛍光体ホイール２７の光の変換効率の低下を招いてしまう。第３の例では、蛍光体上での励起光のスポットのサイズは大きくなるが、極値が複数できてしまうため、蛍光体ホイール２７の光の変換効率の低下を招いてしまう。これに対し、第１の例では、蛍光体上での励起光のスポットの均一性を保ったまま、蛍光体上での励起光のスポットのサイズを大きくすることができている。
【００６９】
図１６は、光軸方向のプラス側とマイナス側での蛍光体上での励起光のスポットの一例を示す図である。図１６に示すように、蛍光体ホイール２７の入射面においては、均一でサイズが大きい蛍光体スポットとなっている。蛍光体ホイール２７の入射面のプラス側（奥側）においては、複数の光源に対応して、強度が強い部分と弱い部分に分かれている様子がわかるが、それぞれ大きなスポットを形成し、それぞれの内部は均一になっているため、蛍光体ホイール２７の内部に入射した励起光のエネルギー密度があまり上がらず、蛍光体ホイール２７の光の変換効率の低下を防ぐことができる。蛍光体ホイール２７の入射面のマイナス側（手前側）においては、励起光の集光スポット径が小さくなってしまうため、蛍光体ホイール２７の光の変換効率を低下させる要因となる。
【００７０】
以上より、第１実施形態のように、第２の光学系２６にアンダーの球面収差を持たせ、第１の光学系２３で平行光を集光光として出射するように配置することで、各光源から出射された光束を均一なプロファイルとし、それぞれのプロファイルの重なりを適切にすることが可能となり、蛍光体上での励起光のスポットのプロファイルを均一化することができ、蛍光体ホイール２７の光の変換効率を最大化することが可能となる。
【００７１】
≪第２実施形態≫
図１７、図１８を参照して第２実施形態によるプロジェクタ１について詳細に説明する。第１実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００７２】
第２実施形態では、第１実施形態において、偏光ビームスプリッタ２４と第２の光学系２６の間にあった１／４波長板２５を省略して、蛍光体ホイール２７を挟んだ第２の光学系２６の反対側に、コリメータレンズ８０と、１／４波長板８１と、反射面８２とを設けている。また、蛍光体ホイール２７の構成が第１実施形態とは異なっている。
【００７３】
図１８は、第２実施形態による蛍光体ホイール２７の詳細構造を示す図である。第２実施形態の蛍光体ホイール２７は、第１実施形態の励起光反射領域２７Ｅに代えて、励起光透過領域２７Ｆを有している。励起光透過領域２７Ｆは、第２の光学系２６から導かれた励起光Ｂの波長領域の光を透過する特性を有している。励起光透過領域２７Ｆには、第２の光学系２６から導かれた励起光Ｂの反射を防止する反射防止コート（ＡＲコート、透過面）２７Ｆ１が施されている。
【００７４】
蛍光体ホイール２７の励起光透過領域２７Ｆを透過した励起光Ｂは、コリメータレンズ８０で平行光とされ、１／４波長板８１によって円偏光に変換され、反射面８２で反射されて逆向きの円偏光となる。その後、励起光Ｂは、１／４波長板８１でＰ偏光に変換され、コリメータレンズ８０、第２の光学系２６、偏光ビームスプリッタ２４を透過して、集光レンズ２８を通してカラーホイール２９に入射する。
【００７５】
第２実施形態では、コリメータレンズ８０を用いて励起光Ｂを平行光とする場合を例示して説明したが、角度依存性のない１／４波長板を用いて、コリメータレンズを省略する態様も可能である。また、コリメータレンズ８０と１／４波長板８１と反射面８２が光学的に接している構成を例示して説明したが、これらが光学的に離間していてもよい。
【００７６】
≪第３実施形態≫
図１９を参照して第３実施形態によるプロジェクタ１について詳細に説明する。第１実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００７７】
第３実施形態は、次の点において第１実施形態と異なっている。すなわち、レーザ光源２１から出射される励起光ＢがＰ偏光であり、偏光ビームスプリッタ２４が、第１の光学系２３から導かれたＰ偏光の励起光Ｂを透過する一方、１／４波長板２５と第２の光学系２６と蛍光体ホイール２７からのＳ偏光に変換された励起光Ｂと蛍光光Ｙを反射するような特性を有している。
【００７８】
≪第４実施形態≫
図２０、図２１を参照して第４実施形態によるプロジェクタ１について詳細に説明する。第１実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００７９】
第４実施形態では、第１実施形態において、集光レンズ２８とカラーホイール２９を省略するとともに、蛍光体ホイール２７の構成を異ならせている。
【００８０】
図２１は、第４実施形態による蛍光体ホイール２７の詳細構造を示す図である。第４実施形態の蛍光体ホイール２７は、第１実施形態のように周方向に蛍光領域２７Ｄと励起光反射領域２７Ｅに分割されておらず、周方向の全周に亘る蛍光領域（波長変換領域）２７Ｇが設けられる。
【００８１】
蛍光領域２７Ｇは、下層側から上層側に向かって順に、第１の反射コート２７Ｇ１と、蛍光体層２７Ｇ２と、第２の反射コート２７Ｇ３とを積層して構成されている。
【００８２】
第１の反射コート２７Ｇ１は、第２の光学系２６から導かれた励起光Ｂの波長領域の光と、蛍光体層２７Ｇ２による蛍光光（発光光）の波長領域の光とを反射する特性を有している。
【００８３】
蛍光体層２７Ｇ２は、例えば、蛍光体材料を有機・無機のバインダ内に分散させたもの、蛍光体材料の結晶を直接形成したもの、Ｃｅ：ＹＡＧ系などの希土類蛍光体を用いることができる。蛍光体層２７Ｄ２による蛍光光（発光光）の波長帯域は、例えば、黄色とすることで、励起光の青色と組み合わせることで白色光を得ることができる。
【００８４】
第２の反射コート２７Ｇ３は、第２の光学系２６から導かれた励起光Ｂの一部分を反射する一方、第２の光学系２６から導かれた励起光Ｂの他部分と蛍光体層２７Ｄ２による蛍光光（発光光）を透過する特性を有している。
【００８５】
蛍光体ホイール２７の第２の反射コート２７Ｇ３で反射された励起光Ｂは、逆向きの円偏光となり、再び第２の光学系２６と１／４波長板２５を通過し、Ｐ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された励起光Ｂは、偏光ビームスプリッタ２４を透過して、光均一化素子３０に入射する。一方、蛍光体ホイール２７の第２の反射コート２７Ｇ３を透過した励起光Ｂは、蛍光体層２７Ｇ２で蛍光光Ｙに変換され、第１の反射コート２７Ｇ１で反射される。この蛍光光Ｙは、第２の光学系２６により略平行光とされ、１／４波長板２５を通過し、偏光ビームスプリッタ２４を透過して、光均一化素子３０に入射する。
【００８６】
≪第５実施形態≫
図２２、図２３を参照して第５実施形態によるプロジェクタ１について詳細に説明する。第１実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００８７】
第５実施形態では、第１実施形態において、偏光ビームスプリッタ２４、１／４波長板２５、集光レンズ２８及びカラーホイール２９を省略している。また、偏光ビームスプリッタ２４があった位置にダイクロイックミラー９０を設けている。さらに、ダイクロイックミラー９０を挟んだ第１の光学系２３と反対側に、青色光源９１と、コリメータレンズ９２と、第３の光学系９３を設けている。
【００８８】
青色光源９１は、複数の光源（固体光源）を有している。青色光源９１の各光源は、励起光Ｂとは別の青色波長域の光（青色レーザ光）を出射する。コリメータレンズ９２は、青色光源９１の複数の光源に対応して複数設けられている。図２２では、上下方向に並ぶ各３個の青色光源９１とコリメータレンズ９２を描いているが、青色光源９１とコリメータレンズ９２のセットは、紙面直交方向（奥行方向）に複数列に亘って配置されていてもよい（二次元配列されていてもよい）。コリメータレンズ９２は、青色光源９１の各光源が出射した青色レーザ光を平行光となるように調整する。青色光源９１とコリメータレンズ９２の数は、適宜、増減することができる。第３の光学系９３は、両凸形状の正レンズ９３Ａと、両凹形状の負レンズ９３Ｂとを有しており、青色光源９１とコリメータレンズ９２による青色レーザ光を通過してダイクロイックミラー９０に導く。なお、青色光源９１は、レーザ光源以外にも、例えば発光ダイオードを用いてもよい。
【００８９】
ダイクロイックミラー９０は、第１の光学系２３から導かれた励起光Ｂを第２の光学系２６に向けて反射し、第３の光学系９３から導かれた青色レーザ光を光均一化素子３０に向けて反射する。また、ダイクロイックミラー９０は、蛍光体ホイール２７からの蛍光光を光均一化素子３０に向けて透過する。ダイクロイックミラー９０で反射された励起光Ｂは、第２の光学系２６を通って蛍光体ホイール２７に入射する。
【００９０】
図２３は、第５実施形態による蛍光体ホイール２７の詳細構造を示す図である。第５実施形態の蛍光体ホイール２７は、第１実施形態のように周方向に蛍光領域２７Ｄと励起光反射領域２７Ｅに分割されておらず、周方向の全周に亘る蛍光領域（波長変換領域）２７Ｈが設けられる。
【００９１】
蛍光領域２７Ｈは、下層側から上層側に向かって順に、反射コート２７Ｈ１と、蛍光体層２７Ｈ２と、反射防止コート（ＡＲコート）２７Ｈ３とを積層して構成されている。
【００９２】
反射コート２７Ｈ１は、蛍光体層２７Ｈ２による蛍光光（発光光）の波長領域の光を反射する特性を有している。円盤部材２７Ａを反射率が高い金属基板で構成した場合には、反射コート２７Ｈ１を省略することも可能である（円盤部材２７Ａに反射コート２７Ｈ１の機能を持たせることも可能である）。
【００９３】
蛍光体層２７Ｈ２としては、例えば、蛍光体材料を有機・無機のバインダ内に分散させたもの、蛍光体材料の結晶を直接形成したもの、Ｃｅ：ＹＡＧ系などの希土類蛍光体を用いることができる。蛍光体層２７Ｈ２による蛍光光（発光光）の波長帯域は、例えば、青色光源９１の各光源が出射した青色レーザ光と組み合わせることで白色光が得られる。
【００９４】
反射防止コート２７Ｈ３は、蛍光体層２７Ｈ２における光の反射を防止する特性を有している。
【００９５】
蛍光体ホイール２７の蛍光領域２７Ｈに入射した励起光Ｂは蛍光光Ｙに変換されて出射される。この蛍光光Ｙは、第２の光学系２６により略平行光とされ、ダイクロイックミラー９０を透過して、光均一化素子３０に入射する。一方、色光源９１の各光源が出射した青色レーザ光は、コリメータレンズ９２で平行光とされ、第３の光学系９３を通って、ダイクロイックミラー９０で反射されることにより、光均一化素子３０に入射する。
【００９６】
≪第６実施形態≫
図２４、図２５を参照して第６実施形態によるプロジェクタ１について詳細に説明する。第１実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００９７】
第６実施形態では、第１実施形態において、偏光ビームスプリッタ２４と第２の光学系２６の間にあった１／４波長板２５を省略するとともに、偏光ビームスプリッタ２４があった位置にダイクロイックミラー１００を設けている。さらに、第１の光学系２３の光軸Ｘと第２の光学系２６の光軸Ｙとを光軸と垂直な方向に偏心させている。これにより、第１の光学系２３から出射された励起光Ｂが、第２の光学系２６の片側（図２４における光軸Ｙを挟んだ下側）から入射する。ここで、第６実施形態において、第１の光学系２３の光軸Ｘと第２の光学系２６の光軸Ｙを一致させた場合の光の振る舞いは、第１実施形態と同様である。
【００９８】
第１実施形態では、偏光方向（Ｓ偏光、Ｐ偏光）を規定していたが、第６実施形態では、どの方向に配置してもよい。レーザ光源２１より出射した光がコリメータレンズ２２によってそれぞれ平行光束にされた後、第１の光学系２３を通り、励起光Ｂを反射し、蛍光光Ｙを透過させるダイクロイックミラー１００により反射され、第２の光学系２６に導かれる。第１の光学系２３が第２の光学系２６に対して偏心されるように配置することにより、励起光Ｂは第２の光学系２６の片側より入射し、蛍光体ホイール２７に対して斜めに入射される。蛍光ホイール２７の蛍光領域２７Ｄに入射した励起光Ｂは蛍光光Ｙに変換され、第１実施形態と同様の光路を通って光均一化素子３０に導かれる。
【００９９】
一方、蛍光体ホイール２７の励起光反射領域２７Ｅに入射した励起光Ｂは正反射されるため、図２５に示すように、第２の光学系２６に入射した側（図２５中の左側）と反対側（図２５中の右側）を通って第２の光学系２６より出射される。第２の光学系２６から出射された励起光Ｂはダイクロイックミラー１００を通らずに、集光レンズ２８に入射し、カラーホイール２９、光均一化素子３０に導かれる。
【０１００】
第６実施形態では、蛍光体ホイール２７の励起光反射領域２７Ｅで反射された励起光Ｂがダイクロイックミラー１００を通らない構成を示したが、ダイクロイックミラー１００を大きくし、半分の面のコートは励起光Ｂを反射し、蛍光光Ｙを透過する特性とし、残りの半分を励起光Ｂ、蛍光光Ｙを透過する特性を有したダイクロイックミラー１００を利用することも可能である。
【０１０１】
以上のように、本実施形態の光源光学系、光源装置及びプロジェクタ（画像投射装置）では、第１の光学系２３が、第１の光学系２３の光軸Ａに平行な光線が入射したとき、第１の光学系２３から出射される光線が光軸Ａに近付きながら第２の光学系２６に入射するような光学特性を有しており、第２の光学系２６が、第２の光学系２６の近軸焦点位置に対してアンダーな球面収差を有している。これにより、各光源から出射された光束の蛍光体上でのプロファイルを均一化するとともに光束の着弾位置（到達位置）を不均一にして、光の利用効率を向上させることができる。また、拡散板やマイクロレンズアレイ等の均一化素子を用いる必要がないので、小型化と簡素化と低コスト化を図ることができる。
【０１０２】
なお、上述した各実施形態では、本発明の好適な実施具体例を示したが、本発明はその内容に限定されることはない。特に、各実施形態で例示した各部の具体的形状および数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例にすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。このように、本発明は、本実施形態で説明した内容に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１  プロジェクタ（画像投射装置）
１０  筐体
２０  光源装置
２１  レーザ光源（励起光源）
２２  コリメータレンズ（光源光学系）
２３  第１の光学系（光源光学系）
２３Ａ  正レンズ
２３Ｂ  負レンズ
２４  偏光ビームスプリッタ（光源光学系）
２５  １／４波長板（光源光学系）
２６  第２の光学系（光源光学系）
２６Ａ  正レンズ
２６Ｂ  正レンズ
２７  蛍光体ホイール（光源光学系、波長変換ユニット、蛍光体ユニット）
２７Ａ  円盤部材（基板）
２７Ｂ  回転軸
２７Ｃ  駆動モータ（駆動部材）
２７Ｄ  蛍光領域（波長変換領域）
２７Ｄ１  反射コート
２７Ｄ２  蛍光体層
２７Ｄ３  反射防止コート（ＡＲコート）
２７Ｅ  励起光反射領域
２７Ｅ１  反射コート（反射面）
２７Ｆ  励起光透過領域
２７Ｆ１  反射防止コート（ＡＲコート、透過面）
２７Ｇ  蛍光領域（波長変換領域）
２７Ｇ１  第１の反射コート
２７Ｇ２  蛍光体層
２７Ｇ３  第２の反射コート
２７Ｈ  蛍光領域（波長変換領域）
２７Ｈ１  反射コート
２７Ｈ２  蛍光体層
２７Ｈ３  反射防止コート（ＡＲコート）
２８  集光レンズ（光源光学系）
２９  カラーホイール（光源光学系）
３０  光均一化素子
４０  照明光学系
５０  画像形成素子（画像表示素子）
６０  投射光学系
７０  スクリーン
８０  コリメータレンズ
８１  １／４波長板
８２  反射面
９０  ダイクロイックミラー（光源光学系）
９１  青色光源（光源光学系）
９２  コリメータレンズ（光源光学系）
９３  第３の光学系（光源光学系）
１００  ダイクロイックミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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