(57)【要約】      （修正有）【課題】励起光と蛍光とを照明光として利用する照明光学系を小型化すること。【解決手段】照明光学系は、第１の波長帯域の光を発する第１の光源と、前記第１の光源からの光が照射されることによって、前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光を発する第２の光源と、前記第１の光源から発せられた前記第１の波長帯域の光を偏光方向に応じて反射又は透過し、前記第２の光源から発せられた前記第２の波長帯域の光を偏光方向によらず反射又は透過する光路分離手段と、前記光路分離手段と前記第２の光源との間に配置され、入射光に対して位相差を付与する位相差付与手段と、前記位相差付与手段と前記第２の光源との間に配置された反射手段とを有し、前記反射手段は、前記反射手段に入射する前記第１の波長帯域の光の少なくとも一部を反射することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長帯域の光を発する第１の光源と、
前記第１の光源からの光が照射されることによって、前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光を発する第２の光源と、
前記第１の光源から発せられた前記第１の波長帯域の光を偏光方向に応じて反射又は透過し、前記第２の光源から発せられた前記第２の波長帯域の光を偏光方向によらず反射又は透過する光路分離手段と、
前記光路分離手段と前記第２の光源との間に配置され、入射光に対して位相差を付与する位相差付与手段と、
前記位相差付与手段と前記第２の光源との間に配置された反射手段とを有し、
前記反射手段は、前記反射手段に入射する前記第１の波長帯域の光の少なくとも一部を反射することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記反射手段は、前記第２の波長帯域の光を透過することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
前記反射手段は、前記光路分離手段を出射した光が通過する領域の一部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項４】
前記反射手段は、前記第１の波長帯域の光をすべて反射することを特徴とする請求項３に記載の照明光学系。
【請求項５】
前記反射手段と前記第２の光源との間に配置されたコンデンサレンズを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項６】
前記光路分離手段と前記第２の光源との間に配置されたコンデンサレンズを有し、
前記コンデンサレンズと前記第２の光源は、前記第２の光源から発し前記コンデンサレンズにより平行化された光が、前記反射手段が設けられた領域とは異なる領域を通過するように配置されており、
前記反射手段は、入射光を波長帯域によらず反射することを特徴とする請求項３又は４に記載の照明光学系。
【請求項７】
前記位相差付与手段は、前記光路分離手段を出射した光が通過する領域の一部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項８】
前記光路分離手段に対して前記第１の光源と同じ側に配置され、前記第１及び第２の波長帯域よりも長波長側に主波長を有する第３の波長帯域の光を発する第３の光源と、
前記位相差付与手段と前記第２の光源との間に配置され、前記第３の光源から発せられた前記第３の波長帯域の光を反射する第２の反射手段とを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項９】
前記第２の反射手段は、前記第３の光源からの第３の波長帯域の光が通過する位置に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の照明光学系。
【請求項１０】
前記第２の反射手段は、前記第２の波長帯域の光を透過することを特徴とする請求項８又は９に記載の照明光学系。
【請求項１１】
前記光路分離手段に対して前記第１の光源と同じ側に、前記第１、及び第２の波長帯域よりも長波長側に主波長を有する第３の波長帯域の光を発する第３の光源を有し、
前記反射手段は、前記第３の光源から発せられた前記第３の波長帯域の光を反射することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１２】
前記光路分離手段は、前記第２の波長帯域の光を偏光方向によらず反射させることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１３】
前記第２の光源は、蛍光体であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１４】
前記第１の光源は、レーザダイオードであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の照明光学系と、
前記照明光学系からの光を変調する光変調素子とを有し、
前記光変調素子により変調された光を投射する投射レンズが一体に設けられた、又は取り外し可能に装着される投射型表示装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の照明光学系と、
前記照明光学系からの光を変調する光変調素子を有する表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源から射出された光を用いて被照明面を照明する照明光学系、及びそれを用いた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、投射型表示装置の照明光学系に用いられる光源として、水銀ランプなど、発光体から全方位へ放射される光をリフレクタによって所望の方向へ射出するもの以外にも、ＬＥＤやレーザなどの固体光源が使われ始めている。
【０００３】
また、蛍光体に固体光源からの光を照射し、波長変換された光を利用する方法がある。固体光源と蛍光体を併用する場合、蛍光体を励起する固体光源の波長は、蛍光体が発する光の波長帯域よりも短い波長である。
【０００４】
特許文献１は、固体光源からの光と蛍光体からの光との合成光を投射光として利用する投射型表示装置を開示している。具体的には、偏光ビームスプリッタを介して、励起光の一部を蛍光体へ、残りを位相差板と反射板からなる偏光変換素子へと導き、蛍光体によって波長変換された光（第２の光）と偏光変換素子からの反射光（第１の光）を合成する構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−３７７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の構成では、偏光ビームスプリッタの反射側に蛍光体を配置し、偏光ビームスプリッタの透過側に位相差板と反射板からなる偏光変換素子を配置しているので、照明光学系、及びそれを用いた投射型表示装置、表示装置が大型化してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の照明光学系は、
第１の波長帯域の光を発する第１の光源と、
前記第１の光源からの光が照射されることによって、前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光を発する第２の光源と、
前記第１の光源から発せられた前記第１の波長帯域の光を偏光方向に応じて反射又は透過し、前記第２の光源から発せられた前記第２の波長帯域の光を偏光方向によらず反射又は透過する光路分離手段と、
前記光路分離手段と前記第２の光源との間に配置され、入射光に対して位相差を付与する位相差付与手段と、
前記位相差付与手段と前記第２の光源との間に配置された反射手段とを有し、
前記反射手段は、前記反射手段に入射する前記第１の波長帯域の光の少なくとも一部を反射することを特徴とする。
【０００８】
また、上記照明光学系と、前記照明光学系からの光を変調する光変調素子とを有し、前記光変調素子により変調された光を投射する投射レンズが一体に設けられた、又は取り外し可能に装着される投射型表示装置も本発明の他の一側面を構成する。
【０００９】
また、上記照明光学系と、前記照明光学系からの光を変調する光変調素子を有する表示装置も本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、照明光学系、及びそれを用いた投射型表示装置、表示装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態における照明光学系の構成図
【図２】本発明の第１の実施形態における励起光と蛍光の波長分布図
【図３】本発明の第１実施形態におけるダイクロイック偏光ビームスプリッタの波長特性を示す図
【図４】本発明の第１実施形態における反射膜の波長特性を示す図
【図５】本発明の第１実施形態の構成における光路説明図
【図６】本発明の第１実施形態の変形例の構成における光路説明図
【図７】本発明の第１実施形態の位相差膜と反射膜の配置の例を示す図
【図８】本発明の第２実施形態における照明光学系の構成図
【図９】本発明の第２実施形態におけるダイクロイック偏光ビームスプリッタの波長特性を示す図
【図１０】本発明の第３実施形態における照明光学系の構成図
【図１１】本発明の第３実施形態における半透過膜の波長特性を示す図
【図１２】本発明の第４実施形態における照明光学系の構成図
【図１３】本発明の第４実施形態における励起光と蛍光の波長分布図
【図１４】本発明の第４実施形態におけるダイクロイック偏光ビームスプリッタの波長特性を示す図
【図１５】本発明の第４実施形態における反射膜の波長特性を示す図
【図１６】本発明の第５実施形態における照明光学系の構成図
【図１７】本発明の第５実施形態における半透過膜の波長特性を示す図
【図１８】本発明の第６実施形態における投射型表示装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
《実施形態１》
図１は、本発明の第１実施形態（実施形態１）における照明光学系の構成図である。照明光学系１は、レーザ光源１０（レーザダイオード）、コリメータレンズ１１、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２、光学素子１１０、コンデンサレンズ系２０、蛍光体３０を有する。光学素子１１０は、基板１００の一部に、レーザ光源側から順に、位相差膜１０１と反射膜１０２が設けられている。コンデンサレンズ系２０は、２枚のコンデンサレンズ２１、２２を有する。
【００１３】
図２は、レーザ光源１０が発する光（励起光）と蛍光体が励起光を波長変換することにより発する光（蛍光）の波長分布図（発光スペクトル）である。横軸は波長［ｎｍ］、縦軸は発光強度［ａ．ｕ．］を示し、グラフの実線（レーザー光）は、励起光の波長分布を示し、破線（蛍光）は、蛍光の波長分布を示す。
【００１４】
図３は、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２の波長特性を示す図である。横軸は波長［ｎｍ］、縦軸は反射率［％］を示し、グラフの波線（ｐ）は、ｐ偏光に対する反射率を示し、実線（ｓ）は、ｓ偏光に対する反射率を示す。
【００１５】
図４は、反射膜１０２の波長特性を示す図である。横軸は波長［ｎｍ］、縦軸は反射率［％］を示し、グラフの破線（ｐ）はｐ偏光に対する反射率を示し、実線（ｓ）はｓ偏光に対する反射率を示す。
【００１６】
図５は、実施形態１における光の挙動を説明するための光路説明図である。レーザ光源１０（第１の光源）からは、図２に示したように青の波長帯域の光（第１の波長帯域の光）が射出される。この光はダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２（光路分離手段）の分離面に対してｐ偏光の光である。ここで、レーザ光源１０からの光を、それぞれＢ１（ｐ）、Ｂ２（ｐ）、Ｂ３（ｐ）とする。括弧内のｓ或いはｐの文字は偏光方向を表わしている。そして、図５の破線は青の波長帯域（Ｂｌｕｅ）の光のｐ偏光光を示し、実線は青の波長帯域の光のｓ偏光光を示す。太線は蛍光体３０から発せられる非偏光光を示す。
【００１７】
レーザ光源１０からの光は、コリメータレンズ１１で平行光に変換される。図３に示したように、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２は、青の波長帯域の光に対しては偏光方向に応じて反射又は透過する偏光分離素子として機能する。これにより、コリメータレンズ１１によって平行化された青の波長帯域のｐ偏光光、Ｂ１（ｐ）、Ｂ２（ｐ）、Ｂ３（ｐ）は、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２を透過する。
【００１８】
ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２と蛍光体３０（第２の光源）との間には、光学素子１１０が配置されている。光学素子１１０は、基板１００と、位相差膜１０１（位相差付与手段）と、反射膜１０２（反射手段）から構成される。基板１００は入射光を透過する特性を示す。位相差膜１０１と反射膜１０２は、基板１００の一部にだけ設けられている。そして、位相差膜１０１と反射膜１０２とは、同じ領域に設けられている。尚、位相差膜１０１が配置された領域と反射膜１０２が配置された領域とが一致している必要はなく、照明光学系として機能する程度に互いにずれを有していてもよい。位相差膜１０１は、入射光に対して１／４波長分の位相差を付与する。反射膜１０２は、図４に示したように、青の波長帯域の光（第１の波長帯域の光）をすべて反射し、青の波長帯域よりも長波長側の帯域の光を透過する。
【００１９】
ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２を透過したＢ１（ｐ）、Ｂ２（ｐ）、Ｂ３（ｐ）のうち、光学素子１１０の位相差膜１０１と反射膜１０２が設けられていない領域に入射するＢ１（ｐ）、Ｂ２（ｐ）は、光学素子１１０を透過する。光学素子１１０を透過した光は、コンデンサレンズ系２０によって蛍光体３０へと集光されて、蛍光体３０を照射する。光が照射されたことにより蛍光体３０からは、レーザ光源１０からの光の波長帯域とは異なる波長帯域の光が発せられる。本実施形態においては、蛍光体３０からは緑の波長帯域の光（第２の波長帯域の光、蛍光）が発せられる。また、蛍光体３０が発する光は非偏光光である。本明細書においては、便宜的に、蛍光体３０の蛍光を、緑の波長帯域の光と記載するが、実際には、図２に示すスペクトルの光である。
【００２０】
蛍光体３０から発せられた緑の波長帯域の光は、図５の太線で示すように拡散光として射出され、再びコンデンサレンズ系２０を通過することで平行光となり、Ｇ１２（ｐｓ）で示す範囲まで広がった光として射出される。そして、再び、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２へ入射する。図３で示すように、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２は、緑の波長帯域の光（第２の波長帯域の光）を偏光方向によらず反射する特性を示すので、コンデンサレンズ系２０により平行化された光は、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２により反射される。
【００２１】
一方で、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２を透過したＢ１（ｐ）、Ｂ２（ｐ）、Ｂ３（ｐ）のうち、光学素子１１０の位相差膜１０１と反射膜１０２とが設けられた領域に入射するＢ３（ｐ）は、位相差膜１０１を通り、反射膜１０２により反射される。そして、再び位相差膜１０１を通ることにより、１／２波長分の位相差が付与される。言い換えれば、位相差膜１０１と反射膜１０２は、入射光を、入射光の偏光方向と直交する偏光方向に変換して射出する。これにより、ｐ偏光であったＢ３（ｐ）は、入射前の偏光方向とは異なるｓ偏光光、Ｂ３（ｓ）となって再びダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２に入射するので、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２により反射される。
【００２２】
以上により、Ｂ３（ｓ）とＧ１２（ｐｓ）とがダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２により合成され、白色平行光を得ることができる。
【００２３】
実施形態１によれば、照明光学系を小型化することができる。
【００２４】
図６（ａ）は、光学素子１１０に設けられた位相差膜１０１と反射膜１０２のｘｙ平面における配置図である。実施形態１においては、図６（ａ）に示すように、ｘ軸方向に３つのレーザ光源１０が並べられ、それがｙ軸方向に３段並べられた計９個のレーザ光源１０が配置されている。そして、位相差膜１０１と反射膜１０２は、図６（ａ）の網掛け部分に形成されている。
【００２５】
実施形態１においては、レーザ光源１０の数を３×３の計９個としたが、任意の数に変更することができる。例えば、図６（ｂ）に示すように、ｘ軸方向、ｙ軸方向ともに４個ずつの計１６個のレーザ光源１０としてもよい。この場合には、図６（ｂ）に示すように周辺のエリアのみ位相差膜１０１と反射膜１０２を形成してもよいし、図６（ｃ）に示すように、中央付近の４個に対して位相差膜１０１と反射膜１０２を形成してもよい。
【００２６】
つまり、位相差膜１０１と反射膜１０２の形成領域は、上記の３つの例に限られず、光の反射量と透過量を所定の比率とすればよく、その他の任意の形状の位相差膜１０１と反射膜１０２の形成が可能である。
【００２７】
また、本実施形態のように、位相差膜１０１の形成領域と反射膜１０２の形成領域とが同じであることが好ましいが、位相差膜１０１は、基板１００の全面（全領域）に設けられていても構わない。
【００２８】
《変形例》
図７は、本発明の第１実施形態の変形例の構成における光路説明図である。変形例においては、実施形態１の構成に対して、コンデンサレンズ系２０と蛍光体３０とを−ｙ軸方向にシフトさせている。言い換えれば、蛍光体３０から発しコンデンサレンズ系２０により平行化される光が、光学素子１１０の一部を通過するように、コンデンサレンズ系２０と蛍光体３０とが配置されている。より具体的に言えば、蛍光体３０から発しコンデンサレンズ系２０により平行化される光が、反射膜１０２が形成されている領域とは異なる領域を通過するように、コンデンサレンズ系２０と蛍光体３０とが配置されている。これにより、反射膜１０２を波長帯域によらず（全波長帯域で）反射する単純な反射膜１０３とすることが可能となる。他の構成は、実施形態１で説明したものと同じである。変形例においても、小型化の効果を得ることができる。
【００２９】
《実施形態２》
実施形態１においては、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２を透過した光を蛍光体３０へと導く形態であったが、本実施形態ではダイクロイック偏光ビームスプリッタ１４により反射された光を蛍光体３０へと導く形態について説明する。
【００３０】
図８は、本発明の第２実施形態（実施形態２）における照明光学系の構成図である。実施形態１に対して、１／２波長板１３（１／２位相差板）をコリメータレンズ１１とダイクロイック偏光ビームスプリッタ１４との間に配置している点と、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１４の特性が異なる。
【００３１】
レーザ光源１０からのｐ偏光光、Ｂ１（ｐ）、Ｂ２（ｐ）、Ｂ３（ｐ）は、１／２波長板１３を通過することで、ｓ偏光光、Ｂ１（ｓ）、Ｂ２（ｓ）、Ｂ３（ｓ）となるので、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１４で反射される。図９に、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１４の波長特性を示す。ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１４は、青の波長帯域の光に対しては偏光方向に応じて反射又は透過し、青の波長帯域よりも長波長側の帯域の光に対しては偏光方向によらず透過させる。
【００３２】
ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１４で反射された光のうち、Ｂ１（ｓ）、Ｂ２（ｓ）は、コンデンサレンズ系２０によって集光されたのちに蛍光体３０を照射する。光が照射されたことにより蛍光体３０から発せられる蛍光は拡散光であるため、図中の太線のＧ１２（ｐｓ）で示す範囲まで広がる。そして、蛍光体３０からの光は、コンデンサレンズ系２０にて平行化されたのち、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１４を透過する。
【００３３】
一方で、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１４で反射された光のうち、Ｂ３（ｓ）は、光学素子１１０の位相差膜１０１と反射膜１０２が形成されている領域を通るので、実施形態１と同様に位相差を与えられ、Ｂ３（ｐ）として反射される。そして、Ｂ３（ｐ）は、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１４を透過する。
【００３４】
以上により、Ｂ３（ｐ）とＧ１２（ｐｓ）がダイクロイック偏光ビームスプリッタ１４により合成され、白色平行光が得られる。本実施形態においても、小型化の効果を得ることができる。
【００３５】
尚、実施形態２の変形例として、１／２波長板１３を配置する代わりに、レーザ光源１０の取り付け方向を９０度回転させる変形例がある。
【００３６】
《実施形態３》
図１０は、本発明の第３実施形態（実施形態３）における照明光学系の構成図である。実施形態１は、部分的に位相差膜１０１と反射膜１０２とが形成された光学素子１１０を用いた。これに対して実施形態３では、レーザ光源１０からの光が入射する全領域に形成された位相差膜２０１と、全領域において所定の透過率（又は反射率）を示す半透過膜２０２を有する光学素子２００を用いている。言い換えれば、所定の透過率（又は反射率）を有する半透過膜２０２によって、蛍光体３０を励起するための光と照明光として利用する光とを分離している。
【００３７】
光学素子２００は、位相差膜２０１（位相差付与手段）と、一定量だけ光を透過する半透過膜２０２（第２の反射手段）とが不図示の基板に設けられている。図１１に半透過膜２０２の波長特性を示す。半透過膜２０２は、レーザ光源１０から発せられる青の波長帯域の光（第１の波長帯域の光）を３０％程度反射させる特性を示す。言い換えれば、青の波長帯域の光の一部を透過する特性を示す。尚、本明細書における「半透過膜」とは、厳密に入射光の半分を透過する膜という意味ではなく、入射光の一部を反射し、一部を透過する膜のことである。
【００３８】
レーザ光源１０からの光、Ｂ１（ｐ）、Ｂ２（ｐ）、Ｂ３（ｐ）は、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２を透過し、光学素子２００へ入射する。光学素子２００に入射する光は、位相差膜２０１で円偏光に変換されたのち、半透過膜２０２に入射する。半透過膜２０２においては、半透過膜２０２の透過率に応じた透過光と反射光が発生するので、レーザ光源１０から発せられ半透過膜２０２に入射する光の一部は光学素子２００を透過し、残りは光学素子２００により反射される。
【００３９】
光学素子２００を透過した透過光は、コンデンサレンズ系２０によって蛍光体３０へと集光され、蛍光体３０を照射する。光が照射されたことにより蛍光体３０からは、レーザ光源１０からの光の波長帯域とは異なる波長帯域の光が発せられる。蛍光体３０からの光は拡散光であるため、図中の太線のＧ１２３（ｐｓ）で示す範囲まで広がる。そして、蛍光体３０からの光は、コンデンサレンズ系２０にて平行化されたのちに、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２で反射される。
【００４０】
一方で、光学素子２００によって反射された反射光は、位相差膜２０１を再び通過するので、ｓ偏光光、Ｂ１（ｓ）、Ｂ２（ｓ）、Ｂ３（ｓ）となり、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２で反射される。
【００４１】
以上により、Ｂ１（ｓ）、Ｂ２（ｓ）、Ｂ３（ｓ）とＧ１２３（ｐｓ）がダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２により合成され、白色平行光が得られる。本実施形態においても、小型化の効果を得ることができる。
【００４２】
《実施形態４》
図１２は、本発明の第４実施形態（実施形態４）における照明光学系の構成図である。本実施形態において実施形態１と異なる点は、レーザ光源１０と蛍光体３０に加えて、レーザ光源１０及び蛍光体３０の主波長よりも長い波長を主波長とするレーザ光源４０（第３の光源）を用いる点である。本明細書における「主波長」とは、波長分布の重心となる波長である。
【００４３】
図１３は、本実施形態におけるレーザ光源１０、４０と蛍光体３０の波長分布図であり、点線（レーザー光２）のグラフが、レーザ光源４０から発せられる光の波長分布を示している。レーザ光源４０は、赤の波長帯域の光（第３の波長帯域の光）を発する。
【００４４】
また、本実施形態におけるダイクロイック偏光ビームスプリッタ１５の特性は、レーザ光源４０の光を合成するために、これまでの実施形態とは異なる。図１４にダイクロイック偏光ビームスプリッタ１５の波長特性を示す。ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１５は、青の波長帯域の光、及び赤の波長帯域の光に対しては、ｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射する偏光分離素子として機能する。一方で、緑の波長帯域の光に関しては、偏光方向によらず反射させる色分離素子として機能する。
【００４５】
レーザ光源１０及びレーザ光源４０からの光をｐ偏光としており、レーザ光源１０からの光をＢ２（ｐ）、Ｂ３（ｐ）、及びレーザ光源４０からの光をＲ１（ｐ）（図１２の二点鎖線）とする。ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１５は、レーザ光源１０及びレーザ光源４０の波長帯域においてｐ偏光を透過する特性のため、レーザ光源１０及びレーザ光源４０からの光は、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１５を透過して、光学素子１１１へ向かう。
【００４６】
光学素子１１１は、実施形態１で説明した位相差膜１０１、反射膜１０２に加えて、位相差膜１０１と反射膜１０４（第２の反射膜）が、レーザ光源４０からの光に対応した位置に設けられている。言い換えれば、位相差膜１０１と反射膜１０４は、位相差膜１０１と反射膜１０２（第１の反射膜）とは異なる位置に設けられている。図１５に反射膜１０４の波長特性を示す。反射膜１０４は、レーザ光源４０が発する赤の波長帯域の光を反射し、蛍光体３０が発する緑の波長帯域の光を透過する反射膜である。
【００４７】
レーザ光源４０からの光、Ｒ１（ｐ）は、位相差膜１０１と反射膜１０４が形成されている領域を通過するため、位相差膜１０１を往復する際に位相差を与えられ、Ｒ１（ｓ）となるので、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１５で反射される。
【００４８】
レーザ光源１０からの光のうち、Ｂ３（ｐ）は、実施形態１と同様である。レーザ光源１０からの光のうち、Ｂ２（ｐ）は光学素子１１０の領域のうち、位相差膜や反射膜が形成されていない領域を通過するため、コンデンサレンズ系２０によって集光されたのちに蛍光体３０を照射する。光が照射されたことにより発生する蛍光体３０からの蛍光は拡散光であるため、図中の太線のＧ２（ｐｓ）で示す範囲まで広がる。そして、蛍光体３０からの蛍光は、コンデンサレンズ系２０にて平行化されたのちに、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１５で反射される。
【００４９】
以上により、Ｂ３（ｓ）とＲ１（ｓ）とＧ２（ｐｓ）とがダイクロイック偏光ビームスプリッタ１５により合成され、白色平行光が得られる。本実施形態においても、小型化の効果を得ることができる。さらに、本実施形態によれば、長波長側の波長帯域の光の比率を改善することが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態を、すでに説明した変形例（図７）のように、コンデンサレンズ系２０と蛍光体３０とを−ｙ軸方向にシフトさせてもよい。例えば、蛍光体３０から発せられ、コンデンサレンズ系２０によって平行化された光が、位相差膜１０１と反射膜１０２とが形成されていない領域を通るように、蛍光体３０とコンデンサレンズ系２０を配置すればよい。このとき、コンデンサレンズ系２０により平行化された光が、位相差膜１０１と反射膜１０４とが形成された領域を通るように構成してもよいし、通らないように構成してもよい。通らないように構成する場合は、反射膜１０４が、緑の波長帯域の光を反射する膜の特性としてもよい。
【００５１】
《実施形態５》
図１６は、本発明の第５実施形態（実施形態５）における照明光学系の構成図である。本実施形態では実施形態３と同様に、所定の透過率（又は反射率）を有する光学素子４００を用いることで、レーザ光源１０からの光を反射光と透過光に分離する。一方で、光学素子４００は、実施形態３と異なり、レーザ光源４０からの光（第３の波長帯域の光）を反射させる。尚、本実施形態におけるレーザ光源１０及びレーザ光源４０の波長分布は、図１３で示したものと同じである。
【００５２】
光学素子４００は、位相差膜２０１（第２の位相差付与手段）と、半透過膜２０３（第２の反射手段）を有する。半透過膜２０３は、レーザ光源１０が発する光を一定量だけ透過し、レーザ光源４０が発する光をほぼ１００％反射する。図１７に、半透過膜２０３の波長特性を示す。
【００５３】
本実施形態において、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１５は、実施形態４と同じである。
【００５４】
レーザ光源１０からの光をそれぞれＢ１（ｐ）、Ｂ２（ｐ）、レーザ光源４０からの光をＲ３（ｐ）とする。レーザ光源１０からの光、Ｂ１（ｐ）、Ｂ２（ｐ）の挙動は、実施形態３と同様である。
【００５５】
レーザ光源４０からの光、Ｒ３（ｐ）は、光学素子４００の半透過膜２０３で反射されるため、位相差膜２０１を往復することで与えられた位相差により、Ｒ３（ｓ）となり、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１５で反射される。
【００５６】
以上により、Ｂ１（ｓ）、Ｂ２（ｓ）、Ｒ３（ｓ）、及びＧ１２（ｐｓ）が、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１５により合成され、白色平行光を得ることができる。本実施形態においても、小型化の効果を得ることができる。さらに、本実施形態によれば、長波長側の波長帯域の光の比率を改善することが可能となる。
【００５７】
また、本実施形態を、すでに説明した変形例（図７）のように、コンデンサレンズ系２０と蛍光体３０とを−ｙ軸方向にシフトさせてもよい。
【００５８】
《実施形態６》
次に、上記実施形態にて説明した各照明光学系を利用可能な投射型表示装置について説明する。本実施形態においては、実施形態１〜５で説明した照明光学系を代表して、実施形態１で説明した照明光学系を用いた投射型表示装置について説明する。
【００５９】
図１８は、本発明の第６実施形態（実施形態６）における投射型表示装置２の構成図である。投射型表示装置２は照明光学系１に加えて、偏光変換素子１６、コンデンサレンズ２３、偏光ビームスプリッタ１７、画像表示素子５００（光変調素子）、投射レンズ５０を有する。
【００６０】
照明光学系１から出射された白色平行光は、偏光変換素子１６を通過することでｐ偏光に揃えられて、コンデンサレンズ２３へと導かれる。コンデンサレンズ２３へと導かれた光は、コンデンサレンズ２３によって集光され、偏光ビームスプリッタ１７を透過して画像表示素子５００へと導かれる。そして、画像表示素子５００で変調された画像光は、偏光ビームスプリッタ１７により反射されて、投射レンズ５０へと導かれ、不図示のスクリーン（被投射面）へと拡大投射される。
【００６１】
一方で、画像表示素子５００で変調されなかった非画像光は、偏光ビームスプリッタ１７を透過して、照明光学系１へと戻される。
【００６２】
本実施形態においては、照明光学系の小型化に伴って、それを用いた投射型表示装置を小型化することができる。
【００６３】
本実施形態では、投射レンズ５０が一体に設けられた投射型表示装置２の形態について説明したが、投射レンズ５０が投射型表示装置２に対して取り外し可能に装着される投射型表示装置であってもよい。
【００６４】
また、投射レンズ５０を有さず、各実施形態に記載した照明光学系１と、照明光学系１からの光を変調する画像表示素子５００を有する表示装置であってもよい。
【００６５】
また、投射型表示装置として、反射型の画像表示素子５００を有するものについて説明したが、これに限られず、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）や透過型の画像表示素子等を用いた投射型表示装置であっても、小型化の効果を得ることができる。
【００６６】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。
【００６７】
例えば、各実施形態においては、レーザ光源から発せられる励起光として、青の波長帯域の光を用いたが、これに限られず、蛍光体を励起可能な波長帯域の光であればよい。
【００６８】
また、蛍光体は、最終的に所望の白色光が得られるものであればよく、黄の波長帯域の光（例えば、図３の蛍光のスペクトルの主波長がより長波長側にある光）を発光するものであってもよい。
【００６９】
また、各実施形態においては、光学素子として、基板に位相差膜と反射膜或いは半透過膜が形成されたものを用いたが、これに限られない。例えば、膜ではなく、位相差板（波長板）と反射板或いは半透過板を用いた形態であってもよい。また、位相差膜と反射膜或いは半透過膜とが一体的に構成されたものである必要はなく、別体として構成されたものであってもよい。
【００７０】
また、ダイクロイック偏光ビームスプリッタや反射膜或いは半透過膜の波長特性における反射率は、各実施形態で説明したものに限られない。例えば、図においては、ほぼ１００％の反射率としていても、目標とする照明光学系のスペックや設計値に応じて、１０％９０％程度の反射率としても良い。これは、透過率に関しても同様である。
【００７１】
また、各実施形態においては、コンデンサレンズ系２０を第１のコンデンサレンズ２１と第２のコンデンサレンズ２２よりなる構成とした。しかし、コンデンサレンズ系２０を構成するレンズ枚数は、蛍光体３０への集光及び蛍光体３０からの光の取り込み効率の設定によって変わる。そのため、レンズ枚数は１枚であってもよいし、３枚以上であってもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１  照明光学系
１０  レーザ光源
１２  ダイクロイック偏光ビームスプリッタ
１１０  光学素子
３０  蛍光体
【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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