(57)【要約】光学系の構成を簡素化できると共に、元の励起光とこれから得た照明光とをより効率的に分離でき、光の利用効率を高めた光源装置、及びかかる光源装置を組み込んだ投影装置を提供する。励起光ＥＬを射出する励起光源であるレーザーアレイ５１と、励起光ＥＬの照射を受けて蛍光光ＦＬを含む照明光Ｌ２を射出する被照射体４１と、被照射体４１から射出された照明光Ｌ２を導く照明光学系と、励起光源と被照射体との光路間に配置され、照明光Ｌ２を透過及び反射の別によって励起光ＥＬの光路から分離する偏光分離面３２ａを有する偏光分離素子３２とを備え、偏光分離素子３２は、偏光分離面３２ａの法線と照明光学系の光軸ＳＸとのなす角が５０°以上８０°以下となるよう配置されている。
2017018372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を射出する励起光源と、
励起光の照射を受けて蛍光光を含む照明光を射出する被照射体と、
前記被照射体から射出された照明光を導く照明光学系と、
前記励起光源と前記被照射体との光路間に配置され、照明光を透過及び反射の別によって励起光の光路から分離する偏光分離面を有する偏光分離素子と、
を備え、
前記偏光分離素子は、前記偏光分離面の法線と前記照明光学系の光軸とのなす角が５０°以上８０°以下となるよう配置されている光源装置。
【請求項２】
前記偏光分離素子は、前記偏光分離面の法線と前記照明光学系の光軸とのなす角が７０°以下で配置されている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記偏光分離素子は、励起光による励起によって前記被照射体から射出された蛍光光と、励起光を前記被照射体で反射させることによって得た光とを、照明光として、前記励起光源から前記被照射体に向けての励起光の光路から分離する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項４】
前記励起光源は、励起光として青色光を射出し、
前記被照射体は青色光を反射する領域と、青色光による励起によって前記青色光と異なる可視域の蛍光光を発する領域とを有し、
前記偏光分離素子は、位相差板と組み合わせて用いられ、前記励起光源からの特定方向の偏光である青色光を前記被照射体に導くとともに、前記被照射体で反射され前記位相差板で偏光の方向を変えられた青色光と前記蛍光光とを、それぞれ照明光の光路に導く、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記偏光分離素子は、前記励起光源側から入射した青色光を励起光として反射するとともに、前記被照射体側から入射した蛍光光及び青色光を照明光として透過させる平板状の部材である、請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記励起光源は、アレイ状に配列された複数の発光源を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置によって照明される画像表示素子と、
前記画像表示素子により形成される像を投影する投影光学系と、
を備える投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影装置に組み込まれる画像表示素子の照明に適する光源装置、及びかかる光源装置を組み込んだ投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクターの光源に半導体レーザー（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）が採用されることが増えてきている。【０００３】
オフィス等で用いる大型のプロジェクターには、一般的には高圧水銀ランプが用いられているが、半導体レーザーで蛍光体を励起させ光源とする製品が増えてきている。例えば、半導体レーザーを励起光源として用いて、照明用の３原色を作り出す手法が公知となっている（特許文献１〜２参照）。【０００４】
しかしながら、特許文献１では、蛍光体ホイールを透過させる波長の光と蛍光体ホイールで反射させる波長の光とが混在する照明光学系となるため、光学系のレイアウトのために空間を広く確保する必要がある。さらに、蛍光体ホイールの透過後の光学系が別途必要となるため、部品点数が増加してしまい生産性も良くない。【０００５】
一方で、特許文献２のように、蛍光体ホイールで青の励起光を含む全ての波長の光を反射する光学系を採用した場合は、装置の小型化と生産性の向上との双方でメリットがある。反射型の蛍光体ホイールを光源として用いる照明光学系においては、光源から蛍光体へ入射するまでの励起光の光路と、蛍光体ホイールから表示パネルまでの照明光の光路とを偏光ビームスプリッターを用いて分離する構成がとられ、この場合、偏光ビームスプリッターは、光軸に対して４５°となるように傾けて配置される。しかしながら、偏光ビームスプリッターを光軸に対して４５°傾けて使用した場合、Ｓ偏光とＰ偏光との遮断波長の差を大きくすることができない。そのため、偏光ビームスプリッターの製造時の膜厚のバラツキによる遮断波長のずれや、光源に波長のバラツキや波長変化があった場合、励起光と照明光との分離が不十分となりやすいという問題がある。【０００６】
また、特許文献３のように、青色ではなく紫外の励起光を用いる場合、偏光ビームスプリッターに代えてダイクロイックミラーを用いて、光源から蛍光体へ入射するまでの励起光の光路と、蛍光体ホイールから表示パネルへ入射するまでの照明光の光路とを分離する構成がとられる。この場合、偏光分離が不十分となる問題は生じないが、紫外の励起光を小型の半導体レーザーによって効率よく発生させることは容易でない。また、青色、緑色、赤色の３色の蛍光体が必要となるためコスト増になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１３３２０号公報
【特許文献２】特開２０１２−１０８４８６号公報
【特許文献３】特開２０１２−１３８９７号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、光学系の構成を簡素化できると共に、元の励起光とこれから得た照明光とをより効率的に分離でき、光の利用効率を高めた光源装置、及びかかる光源装置を組み込んだ投影装置を提供することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る光源装置は、励起光を射出する励起光源と、励起光の照射を受けて蛍光光を含む照明光を射出する被照射体と、被照射体から射出された照明光を導く照明光学系と、励起光源と被照射体との光路間に配置され、照明光を透過及び反射の別によって励起光の光路から分離する偏光分離面を有する偏光分離素子とを備え、偏光分離素子は、偏光分離面の法線と照明光学系の光軸とのなす角が５０°以上８０°以下となるよう配置されている。
【００１０】
上記光源装置では、偏光分離素子は、偏光分離面の法線と照明光学系の光軸とのなす角が５０°以上８０°以下の角度で配置されているので、Ｓ偏光とＰ偏光との遮断波長の差を大きく確保することができ、偏光分離素子の製造バラツキによる遮断波長のずれや、光源に波長のバラツキや波長変化があった場合でも、励起光と照明光との分離を十分効率的なものとできる。これにより、光の効率的な利用が可能となり、明るい照明光を射出させることができる。
【００１１】
本発明に係る投影装置は、上述の光源装置と、光源装置によって照明される画像表示素子と、画像表示素子により形成される像を投影する投影光学系と、を備える。
【００１２】
上記投影装置では、小型ながら高い光利用効率の光源装置を組み込んでいるので、小型で高輝度の投影が可能な投影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実施形態に係る光源装置を含む投影装置を説明する図である。
【図２】図２Ａは、光源装置の要部を説明する拡大図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す光源装置に組み込まれた光照射板を説明する図である。
【図３】図３Ａは、図２Ａの光源装置に組み込まれた偏光分離素子の透過特性を示すグラフであり、図３Ｂは、比較例の光源装置に組み込まれた偏光分離素子の透過特性を示すグラフである。
【図４】図４Ａは、偏光分離素子の青色波長域における透過特性を拡大して示すグラフであり、図４Ｂは、偏光分離素子を傾斜させる角度とＰ偏光に関する８０％透過波長との関係を説明するグラフであり、図４Ｃは、偏光分離素子を傾斜させる角度とＳ偏光に関する８０％透過波長との関係を説明するグラフである。
【図５】第２実施形態に係る光源装置の要部を説明する図である。
【図６】図６Ａは、図５の光源装置に組み込まれた偏光分離素子の透過特性を示すグラフであり、図６Ｂは、比較例の光源装置に組み込まれた偏光分離素子の透過特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第１実施形態の光源装置を組み込んだ投影装置について説明する。
【００１５】
図１に示すように、第１実施形態に係る投影装置２は、多様な映像信号に対応する画像の投影を可能にするものであり、光源装置２１、偏光ビームスプリッター２２、反射型液晶素子２３、投影光学系２６、及び回路部２９を備える。
【００１６】
投影装置２のうち光源装置２１は、励起光ＥＬとして機能するレーザー光Ｌ１を略平行な状態で射出するビーム形成部３１と、励起光ＥＬの光路から蛍光光ＦＬ等を含む照明光Ｌ２の光路を分離する偏光分離素子３２と、レーザー光Ｌ１の偏光状態を変化させる位相差板３３と、レーザー光Ｌ１を励起光ＥＬとして被照射体４１上に集光するとともに被照射体４１からの蛍光光ＦＬ等を略平行な光線として取り出すコンデンサーレンズ３４と、レーザー光Ｌ１から蛍光光ＦＬを生成するとともにレーザー光Ｌ１を反射する被照射体４１を有する光照射板３５と、偏光分離素子３２を通過した照明光Ｌ２の強度を均一化する均一化光学系３６と、照明光Ｌ２の反射型液晶素子２３への入射角度を調整するフィールドレンズ３８とを備える。以上において、均一化光学系３６、フィールドレンズ３８等は、照明光学系を構成する。
【００１７】
なお、後に詳述するが、光照射板３５は、レーザー光Ｌ１の照明下で照明光Ｌ２を射出するが、具体的には、その回転にともなって緑色光、赤色光、及び青色光を周期的に切り換えつつ射出する。
【００１８】
偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）２２は、偏光方向に応じて光路を分岐する光学素子である。偏光ビームスプリッター２２は、一対の直角プリズムを貼り合わせたものであり、貼合わせ面において、一方の直角プリズムの斜面には、光源装置２１から入射した所定方向の直線偏光である照明光Ｌ２を選択的に透過させる偏光分離膜からなる偏光分離面２２ａが形成されている。この偏光ビームスプリッター２２により、光源装置２１から射出された照明光Ｌ２を透過させ、後述する反射型液晶素子２３に入射させることができる。また、偏光ビームスプリッター２２により、この反射型液晶素子２３で反射された映像光Ｌ３を反射し、投影光学系２６に入射させることができる。ここで、偏光分離面２２ａは、これを基準とするＰ偏光を透過させＳ偏光を反射するものとなっている。
【００１９】
反射型液晶素子２３は、映像光Ｌ３を形成する表示パネルすなわち画像表示素子であり、特に空間的に反射率を変化させることによって照明光Ｌ２から映像光Ｌ３を形成する点でライトバルブ又は空間光変調素子と言える。反射型液晶素子（画像表示素子）２３は、板状の電子部品である画像表示パネルからなる。この反射型液晶素子２３は、ＬＣＯＳ（liquid crystal on silicon）とも称されるマイクロディスプレイであり、シリコンチップの表面に直接回路が形成され対向基板との間に液晶層を挟み込んだものである。反射型液晶素子２３は、液晶層に対し駆動信号に応じた電圧が画素毎に印加されると、液晶分子の配列を変化させることで照明光Ｌ２を変調し、反射によって所望の画像を表示するものである。図示のように、偏光分離面２２ａを基準とするＰ偏光を照明光Ｌ２として反射型液晶素子２３に入射させる構成をとる場合、偏光分離面２２ａを基準とするＳ偏光が映像光Ｌ３として反射される。
【００２０】
投影光学系２６は、詳細な説明を省略するが、画像表示素子である反射型液晶素子２３から得られる像を拡大してスクリーンその他の被投影体（不図示）に投影する。投影光学系２６は、複数のレンズ群及び／又は反射面からなり、一部のレンズ群を光軸ＳＸ方向に移動させることにより、フォーカシングや変倍を行わせることができる。
【００２１】
回路部２９のうち、映像駆動回路２５は、コンピューター等の端末機器を含む種々のコンテンツ・ソース（不図示）から入力された映像信号に基づいて反射型液晶素子２３に表示動作を行わせる。光源駆動回路２７は、光源装置２１のビーム形成部３１に設けたレーザーアレイ５１に点灯動作を行わせて、蛍光体ホイールである光照射板３５に対してレーザー光Ｌ１を照射させる。
【００２２】
制御回路２８は、映像駆動回路２５、光源駆動回路２７等の動作を統括的に制御する。制御回路２８は、光源駆動回路２７を介して光源装置２１を動作させてこれから照明光Ｌ２を射出させるとともに、映像駆動回路２５を介して反射型液晶素子２３に映像信号に対応する駆動信号を出力させ画像の表示動作を行わせる。この際、映像駆動回路２５は、駆動部３９を介して光照射板３５の回転位置を監視しており、光照射板３５の回転軸ＲＸを中心とする回転に伴って光照射板３５から順次射出される青色光、緑色光、及び赤色光に同期させて反射型液晶素子２３に各色の表示動作を行わせる。
【００２３】
以下、図２Ａを参照して、光源装置２１の構成要素、機能、動作等について詳細に説明する。
【００２４】
まず、ビーム形成部３１は、レーザーアレイ５１と、コリメーターアレイであるフライアイ光学系５２と、ビーム縮小レンズ５３とを含む。ここで、レーザーアレイ５１は、被照射体４１に組み込まれた蛍光体に対する励起光源であるとともに、青色用の照明光源ともなっている。レーザーアレイ（励起光源）５１は、青色のレーザー光Ｌ１を射出する発光源としてのレーザーダイオード５１ａ（以下、ＬＤとも呼ぶ）を２次元的に配列することによって構成されたものであり、偏光方向の揃った光を射出する。レーザーアレイ５１がアレイ状に配列された複数のレーザーダイオード５１ａを有することにより、光源を小型化しつつ大光量の励起光ＥＬを得ることができる。なお、レーザー光Ｌ１は、偏光分離素子３２を基準とするＳ偏光の青色光である。フライアイ光学系５２は、レーザーアレイ５１を構成する多数のＬＤ（発光源）５１ａに対応して多数のレンズ素子を含む。フライアイ光学系５２は、レーザーアレイ５１を構成する各ＬＤ（発光源）５１ａから射出されたレーザー光Ｌ１（青色光）を略平行光線とする。ビーム縮小レンズ５３は、正及び負レンズを組み合わせたアフォーカル系であり、レーザー光Ｌ１を略平行光線のままにしてその光線径を減少させ、所望の断面積を有するレーザー光Ｌ１とする。
【００２５】
図２Ａに示す偏光分離素子３２は、平板状の光学素子であり、レーザーアレイ（励起光源）５１と被照射体４１との光路間である、ビーム形成部３１と光照射板３５との間又は光照射板３５と均一化光学系３６との間に配置されて、照明光Ｌ２を励起光ＥＬの光路から分離する。より詳細には、偏光分離素子３２は、青色光についてはＰ偏光を透過させるとともにＳ偏光を選択的に反射する通常の偏光分離ミラーとしての機能と、緑色光及び赤色光を選択的に透過させるダイクロイックミラーとしての機能とを有する。偏光分離素子３２は、平行平板の片面に誘電体多層膜からなる偏光分離面３２ａを形成したものであり、Ｓ偏光である青色の励起光ＥＬを反射し、被照射体４１側から青色光のままで逆行し偏光方向を変えられてＰ偏光となった青色光を透過させて均一化光学系３６に導く。また、偏光分離素子３２は、励起光ＥＬの照射によって被照射体４１で発生し励起光ＥＬに対して逆進する緑色及び赤色の蛍光光ＦＬを偏光方向に関わらず透過させて均一化光学系３６に導く。このように、偏光分離素子３２は、レーザーアレイ５１側から入射した青色光を励起光ＥＬとして反射するとともに、被照射体４１側から入射した蛍光光ＦＬ及び青色光を照明光Ｌ２として透過させる。これにより、被照射体４１等の配置を簡潔なものとできる。また、偏光分離素子３２が、励起光ＥＬによる励起によって被照射体４１から射出された蛍光光ＦＬと、励起光ＥＬを被照射体４１で反射させることによって得た光とを、照明光Ｌ２として、レーザーアレイ５１から被照射体４１に向けての励起光ＥＬの光路から分離することにより、蛍光光ＦＬを無駄なく効率良く取り出すことができる。また、このように構成することで、被照射体４１を励起光ＥＬ及び蛍光光ＦＬを照明光Ｌ２として利用する反射型のものとすることができ、省スペースで簡潔な照明光学系とできる。
【００２６】
ここで、偏光分離素子３２に設けた偏光分離面３２ａは、その法線を基準として照明光Ｌ２の光軸ＳＸに対して５０°以上であって８０°以下の角度θで配置されている。見方を変えれば、偏光分離素子３２の偏光分離面３２ａの光軸ＳＸに対する傾き角φは、１０°以上であって４０°以下となっている。偏光分離面３２ａの角度θを５０°以上８０°以下とすることにより、詳細は後述するが、青色におけるＳ偏光の反射波長とＰ偏光の透過波長との差を大きくすることができ、偏光分離素子３２の製造バラツキによる遮断波長のずれや、光源波長のバラツキや変化があった場合でも、励起光ＥＬと照明光Ｌ２との分離を良くすることができ、光の利用効率を高めることができる。一方、偏光分離面３２ａの角度θは、５０°以上７０°以下とすれば、より好ましく、偏光分離面３２ａのサイズが照明光Ｌ２の光束断面に比較して大きくなりすぎることを防止でき、光源装置２１の小型化が容易になる。なお、偏光分離素子３２は、プリズムで構成されたものであってもよい。
【００２７】
位相差板３３は、複屈折性の材料からなる１／４波長板である。位相差板３３は、偏光分離素子３２で反射されたＳ偏光の励起光ＥＬを透過させてＳ偏光から円偏光とする。また、位相差板３３は、励起に利用されず被照射体４１側から戻ってきた青色光（すなわち励起光ＥＬとして用いられなかったレーザー光Ｌ１）を透過させて円偏光からＰ偏光とする。これにより、位相差板３３を経て被照射体４１側から戻ってきた青色光すなわち励起に利用されなかったレーザー光Ｌ１は、偏光分離素子３２を殆ど通過し、均一化光学系３６に効率的に導かれる。つまり、偏光分離素子３２と位相差板３３とを組み合わせることにより、青色光を励起光ＥＬとして利用しつつ照明光Ｌ２としても効率的に利用することができる。
【００２８】
コンデンサーレンズ３４は、偏光分離素子３２で反射されたレーザー光Ｌ１を励起光ＥＬとして光照射板３５の被照射体４１に集光する。また、コンデンサーレンズ３４は、被照射体４１の蛍光体で発生した緑色及び赤色の蛍光光ＦＬを集めて偏光分離素子３２に導く。コンデンサーレンズ３４は、光照射板３５の被照射体４１において蛍光体とは別に設けられた散乱性の反射面で反射されたレーザー光Ｌ１すなわち青色光を集めて偏光分離素子３２に導く役割も有する。
【００２９】
図２Ｂに示すように、光照射板３５は、蛍光体ホイールであり、環帯状の被照射体４１と、これを支持する基板４２とを有する。被照射体４１には、３つの領域ＡＲ１〜ＡＲ３が設けられている。被照射体４１において、緑色領域ＡＲ１は、励起光ＥＬの照射によって形成された緑色波長域の蛍光光ＦＬを、励起光ＥＬに対して逆行するように射出する。赤色領域ＡＲ２は、励起光ＥＬの照射によって形成された赤色波長域の蛍光光ＦＬを、励起光ＥＬに対して逆行するように射出する。青色領域ＡＲ３は、レーザー光Ｌ１を若干拡散させつつ反射する。
【００３０】
図２Ａに戻って、ビーム形成部３１から射出され偏光分離素子３２で反射されたレーザー光Ｌ１は、励起光ＥＬとして光照射板３５の被照射体４１のうち緑色領域ＡＲ１や赤色領域ＡＲ２に入射した場合、緑色や赤色の蛍光光ＦＬすなわち照明光Ｌ２を発生する。また、ビーム形成部３１から射出され偏光分離素子３２で反射されたレーザー光Ｌ１は、光照射板３５の被照射体４１のうち青色領域ＡＲ３に入射した場合、そのまま青色の照明光Ｌ２として反射される。つまり、照明光Ｌ２には、レーザー光Ｌ１から得た緑色及び赤色の蛍光光ＦＬのほかに、レーザー光Ｌ１自体である青色光が含まれる。
【００３１】
なお、詳細な説明を省略するが、図１に示す均一化光学系３６は、偏光分離素子３２を通過した照明光Ｌ２を集光する集光レンズ３６ａと、集光レンズ３６ａからの照明光Ｌ２を一端で受けて均一な強度分布の光線束として他端から射出させる導光ロッド３６ｂとを有する。フィールドレンズ３８は、図示の例では複数のレンズで構成され、導光ロッド３６ｂの他端から射出される照明光Ｌ２が適度の収束角又は発散角で反射型液晶素子２３に入射するように調整する。
【００３２】
以下、光源装置２１に組み込まれている偏光分離素子３２の光軸ＳＸに対する角度の調整とその意義について説明する。
【００３３】
偏光分離素子３２の偏光分離面３２ａにおいて、その法線と光軸ＳＸとの角度θは、通常の用い方では、４５°に設定される。しかしながら、本願発明者は、角度θを４５°とした場合、青色のＳ偏光を反射しつつ青色のＰ偏光を透過させる効率が下がる傾向が生じることを確認した。そのため、本実施形態では、偏光分離素子３２の光軸ＳＸに対する角度θを５０°〜８０°とした。
【００３４】
なお、ビーム形成部３１から偏光分離素子３２に入射させるレーザー光Ｌ１の光軸は、偏光分離素子３２に対してその傾斜の角度θ（＝５０°〜８０°）と略一致する角度となるように設定されている。つまり、ビーム形成部３１と光照射板３５とは、偏光分離素子３２を挟んで対称的に配置されている。
【００３５】
図３Ａは、図１等に示す偏光分離素子３２として組み込まれる具体例の光透過特性を示すグラフである。ここで、偏光分離素子３２の偏光分離面３２ａの法線と光軸ＳＸとの角度θを６０°に設定している。グラフにおいて、横軸は入射光の波長を示し、縦軸は透過率を示す。また、実線は、Ｓ偏光の透過率を示し、点線は、Ｐ偏光の透過率を示す。なお、図３Ｂは、同じ偏光分離素子３２であって、角度θを４５°に設定した場合の光透過特性を示すグラフである。一点鎖線は、Ｓ偏光の透過率を示し、二点鎖線は、Ｐ偏光の透過率を示す。
【００３６】
具体例の図３Ａにおいて、実線で示すＳ偏光の遮断波長と点線で示すＰ偏光の遮断波長との差である分離波長幅Δλは、３７ｎｍとなり、一方、比較例の図３Ｂにおいて、分離波長幅Δλは、２３ｎｍと狭くなる。このことから、θ＝６０°に配置した場合、一般的なθ＝４５°に配置するよりもＳ偏光とＰ偏光との分離を確実なものとできることが分かる。
【００３７】
比較例のように分離波長幅Δλが狭い場合、例えばレーザーアレイ５１の発光波長に幅がありバラツキがあると、Ｓ偏光の反射率又はＰ偏光の透過率のいずれかが劣化する。さらに、偏光分離面３２ａの製造誤差で遮断波長がずれても、Ｓ偏光の反射率又はＰ偏光の透過率のいずれかが劣化する。ここで、レーザーアレイ５１の発光波長幅を狭め或いはバラツキを低減することは容易でない。また、偏光分離面３２ａの遮断波長を正確に制御することも容易でなく、仮に正確に制御しようとすると過度のコスト増加を招く。
【００３８】
すなわち、角度θを５０°〜８０°とすることにより、光源の発光波長のずれやバラツキ及び、偏光分離面の製造誤差があっても、高い効率を維持したまま、確実にＳ偏光とＰ偏光との分離が可能になるということである。
【００３９】
図４Ａは、図３Ａ及び３Ｂの遮断波長及びその周辺を拡大し重ねて表示したものである。偏光分離素子３２の偏光分離面３２ａの法線と光軸ＳＸとの角度θが４５°から６０°へと大きくなると、偏光分離の効率８０％を満足する帯域ＤＢが広がる。例えば中心波長を４５０ｎｍとして±１０ｎｍの範囲で偏光を分離する用途では、角度θが４５°の場合、帯域ＤＢが狭く、十分な偏光分離が確保できないおそれがあることが分かる。一方、角度θが６０°の場合、帯域ＤＢが広くなり、十分な偏光分離が確保でき、光の効率的な利用が可能になる。
【００４０】
図４Ｂは、偏光分離効率が８０％となるＰ偏光の波長と、偏光分離素子３２の偏光分離面３２ａの法線及び光軸ＳＸ間の角度θとの関係をグラフ化したものである。また、図４Ｃは、偏光分離効率が８０％となるＳ偏光の波長と角度θとの関係をグラフ化したものである。図４Ｂによれば、角度θの増加に伴ってＰ偏光分離効率８０％に対応する波長が徐々に短波長側にシフトし、図４Ｃによれば、角度θの増加に伴ってＳ偏光分離効率８０％に対応する波長が徐々に長波長側にシフトしている。以上のことから、角度θを４５°よりも大きくし、６０°程度であれば、Ｐ偏光分離効率８０％とＳ偏光分離効率８０％との波長差を１．５倍程度以上に大きくでき、偏光分離素子３２での青色光すなわち光源光の損失を低減することができる。
【００４１】
以上で説明したように、第１実施形態に係る光源装置２１では、偏光分離素子３２の偏光分離面３２ａの法線が照明光学系の光軸ＳＸに対して５０°以上の角度で配置されているので、Ｓ偏光とＰ偏光との遮断波長の差である分離波長幅Δλを大きく確保することができ、励起光ＥＬと照明光Ｌ２との分離を十分効率的なものとできる。これにより、光の効率的な利用が可能となるので、省スペースで簡潔な光学系を有する明るい光源を提供することができる。
【００４２】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る光源装置について説明する。なお、第２実施形態の光源装置は第１実施形態の光源装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。
【００４３】
図５に示すように、第２実施形態の光源装置２１は、偏光分離素子３２の反射及び透過の特性を反転させ、光照射板３５の配置を変更したものとなっている。具体的には、偏光分離素子３２は、青色光であるレーザー光Ｌ１についてはＰ偏光を選択的に透過させるとともにＳ偏光を反射する偏光分離ミラーとしての機能と、青色より長波長の蛍光光ＦＬである緑色光及び赤色光を選択的に反射するダイクロイックミラーとしての機能とを有する。すなわち、偏光分離素子３２は、Ｐ偏光である励起光ＥＬを透過させ、被照射体４１側から青色光のままで逆行し偏光方向を変えられてＳ偏光となったレーザー光Ｌ１や、励起光ＥＬを照射されて被照射体４１で発生した緑色及び赤色の蛍光光ＦＬを反射して均一化光学系３６に導く。
【００４４】
図６Ａは、図５に示す偏光分離素子３２として組み込まれる具体例の光透過特性を示すグラフである。ここで、偏光分離素子３２の偏光分離面３２ａの法線と光軸ＳＸとの角度θは６０°に設定している。グラフにおいて、実線は、Ｓ偏光の透過率を示し、点線は、Ｐ偏光の透過率を示す。なお、図６Ｂは、同じ偏光分離素子３２であって、角度θを４５°に設定した場合の光透過特性を示すグラフである。一点鎖線は、Ｓ偏光の透過率を示し、二点鎖線は、Ｐ偏光の透過率を示す。
【００４５】
図６Ａに示す具体例における分離波長幅Δλは、図６Ｂに示す比較例における分離波長幅Δλよりも十分広くなっている。これにより、例えば波長４５０ｎｍの青色のＰ偏光であるレーザー光Ｌ１を偏光分離素子３２において高い効率で殆ど透過させて光照射板３５に導きつつ、光照射板３５で反射されて戻ってきた青色のＳ偏光であるレーザー光Ｌ１を偏光分離素子３２において高い効率で殆ど反射させて均一化光学系３６に導くことができる。
【００４６】
以上、実施形態に係る光源装置等について説明したが、本発明に係る光源装置等は、上記のものには限られない。例えば、光源装置２１、投影光学系２６等の具体的な構成は、図示のものに限らず用途等に応じて適宜変更することができる。
【００４７】
また、画像表示素子として、反射型液晶素子２３に代えてデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いることができる。この場合、偏光ビームスプリッター２２に代えてＤＭＤに照明光を入射させ、ＤＭＤからの反射光を投影光学系２６に導くプリズムを配置すればよい。さらに、画像表示素子として、反射型液晶素子２３に代えて透過型の液晶素子又は液晶パネルを用いてもよい。
【００４８】
ビーム形成部３１において、レーザーアレイ５１に代えてＬＥＤアレイを用いることもできるが、この際、ＬＥＤアレイからの光の偏光方向を偏光分離素子３２への入射前に揃えることが望ましい。
【００４９】
上記実施形態では、光照射板３５の被照射体４１で緑色及び赤色の蛍光光ＦＬを発生させているが、被照射体４１で緑色の蛍光光ＦＬのみを発生させることができる。この場合において、３原色の表示を可能にするには、図１の光学系において、例えばダイクロイックミラー等を適所に組み込んで赤色光を照明光Ｌ２の光路に導くことができ、或いは偏光分離素子３２を挟んでビーム形成部３１の反対側に赤色の光源を配置するとともに偏光分離素子３２の光学特性を変更し、赤色光を偏光分離素子３２で反射させて照明光Ｌ２の光路に導くことができる。
【００５０】
例えば図１の光学系において、ダイクロイックミラーとしての機能を有する偏光分離素子３２に代えて一般的な偏光ビームスプリッターを用いることができる。この場合、緑色及び赤色の蛍光光ＦＬの特定偏光成分（具体的にはＳ成分）が偏光分離素子３２によって予めカットされる。
【００５１】
均一化光学系３６は、導光ロッド３６ｂ等を用いるものに限らず、フライアイレンズ等を用いるものとできる。また、均一化光学系３６に設けた導光ロッド３６ｂの前段、例えば集光レンズ３６ａと導光ロッド３６ｂとの間に、緑色及び赤色の蛍光の偏光方向を揃える偏光変換素子を配置することもできる。
【００５２】
反射型液晶素子２３は、偏光ビームスプリッター２２の反射特性の切り換えや光源装置２１に対する配置関係の変更によって、偏光ビームスプリッター２２を挟んで投影光学系２６の反対側に配置することができる。この場合、偏光ビームスプリッター２２により、光源装置２１から射出された照明光Ｌ２を反射させ、反射型液晶素子２３に入射させることができるとともに、反射型液晶素子２３で反射された映像光Ｌ３を透過させ、投影光学系２６に入射させることができる。
【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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【国際調査報告】
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