(57)【要約】【課題】光の利用効率を向上できる光源装置及びプロジェクターを提供すること。【解決手段】光源装置は、固体光源を含む光出射部と、光出射部から入射される光にそれぞれ含まれる第１光及び第２光を分離する光分離素子と、光分離素子にて分離された第１光が入射される第１入射部と、光分離素子にて分離された第２光が入射される第２入射部と、光分離素子と第１入射部との間の第１光の光路に配置され、入射される第１光を集光して第１入射部に入射させる第１集光素子と、光分離素子と第２入射部との間の第２光の光路に配置され、入射される第２光を集光して第２入射部に入射させる第２集光素子と、第１光の光路、及び、第２光の光路のうち、光路長が長い第１光の光路において、第１集光素子より光分離素子側に配置される集光レンズと、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体光源を含む光出射部と、
前記光出射部から入射される光にそれぞれ含まれる第１光及び第２光を分離する光分離素子と、
前記光分離素子にて分離された前記第１光が入射される第１入射部と、
前記光分離素子にて分離された前記第２光が入射される第２入射部と、
前記光分離素子と前記第１入射部との間の前記第１光の光路に配置され、入射される前記第１光を集光して前記第１入射部に入射させる第１集光素子と、
前記光分離素子と前記第２入射部との間の前記第２光の光路に配置され、入射される前記第２光を集光して前記第２入射部に入射させる第２集光素子と、
前記第１光の光路、及び、前記第２光の光路のうち、光路長が長い前記第１光の光路において、前記第１集光素子より前記光分離素子側に配置される集光レンズと、を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
固体光源を含む光出射部と、
前記光出射部から入射される光にそれぞれ含まれる第１光及び第２光を分離する光分離素子と、
前記光分離素子にて分離された前記第１光が入射される第１入射部と、
前記光分離素子にて分離された前記第２光が入射される第２入射部と、
前記光分離素子にて分離された前記第１光を前記第１入射部に導く反射部材と、
前記光分離素子と前記反射部材との間に配置される集光レンズと、を備え、
前記光分離素子と前記第１入射部との間の前記第１光の光路は、前記光分離素子と前記第２入射部との間の前記第２光の光路より長いことを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光源装置において、
前記反射部材と前記第１入射部との間の前記第１光の光路に配置され、入射される前記第１光を集光して前記第１入射部に入射させる第１集光素子と、
前記光分離素子と前記第２入射部との間の前記第２光の光路に配置され、入射される前記第２光を集光して前記第２入射部に入射させる第２集光素子と、を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項３に記載の光源装置において、
前記第１入射部は、入射された前記第１光に基づく光を反射させる特性を有し、
前記第２入射部は、入射された前記第２光に基づく光を反射させる特性を有し、
前記第１入射部にて反射され、前記第１集光素子及び前記集光レンズを介して出射される光は、前記光分離素子にて分離されて前記集光レンズに入射される前記第１光と略平行であることを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光源装置において、
前記光分離素子と前記第１入射部との間の前記第１光の光路に配置され、入射される光を円偏光に変換する位相差素子を有し、
前記第１入射部は、入射される前記第１光を拡散させた拡散光を出射する光拡散部であり、
前記第２入射部は、入射される前記第２光の波長を変換させた変換光を出射する波長変換部であり、
前記光出射部から出射される光のうち、
前記第１光は、ｐ偏光であり、
前記第２光は、ｓ偏光であり、
前記光分離素子は、入射されるｐ偏光を透過させ、入射されるｓ偏光を反射させ、前記変換光を透過させる特性を有することを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光源装置において、
前記集光レンズ及び前記第１集光素子と、前記第２集光素子とは、前記光分離素子にて反射される前記拡散光の光束径と、前記光分離素子を透過する前記変換光の光束径とを略一致させることを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記第１入射部及び前記第２入射部は、同一基板上に位置することを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記光出射部は、
複数の前記固体光源と、
複数の前記固体光源から出射された光を平行化するコリメーター光学素子と、
前記コリメーター光学素子から出射された光の径を調整するアフォーカル光学素子と、
前記アフォーカル光学素子から出射された光の照度を均一化するホモジナイザー光学素子と、を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源装置と、当該光源装置から出射された光を変調して画像情報に応じた画像を形成する光変調装置と、当該光変調装置によって形成された画像をスクリーン等の被投射面上に拡大投射する投射光学装置と、を備えたプロジェクターが知られている。このようなプロジェクターとして、青色レーザー等の励起光源と、励起光源から出射される青色光である励起光により励起されて蛍光（所定波長帯域の光）を生じる蛍光部材と、を有する光源装置を備えた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】
この特許文献１に記載の光源装置は、それぞれ上記した励起光源及び蛍光部材の他、偏光ビームスプリッターと、１／４波長板と、集光光学系と、を備える。そして、励起光源から出射されたｓ偏光の励起光は、偏光ビームスプリッターにて反射され、１／４波長板及び集光光学系を介して蛍光部材の蛍光体層に入射される。この蛍光体層は、励起光の一部を当該励起光とは波長帯が異なる蛍光に波長変換する。蛍光部材の反射膜は、蛍光体層から入射される蛍光と、蛍光に波長変換されなかった励起光とを、蛍光体層側に反射させる。これら蛍光及び励起光が集光光学系を介して１／４波長板を再度通過する過程にて、当該励起光は、ｐ偏光に変換される。この偏光ビームスプリッターは、ｓ偏光を反射させ、ｐ偏光を透過させるとともに、蛍光を偏光方向に関係なく透過させる特性を有する。このため、ｐ偏光に変換された励起光と蛍光とは、偏光ビームスプリッターを通過して、光学エンジン部に白色光として入射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−４００９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、蛍光は、蛍光体層における励起光の照射位置から放射状に出射されるが、上記特許文献１に記載の光源装置では、蛍光に波長変換されなかった励起光は、反射膜によって反射されるだけである。このため、蛍光部材から出射される蛍光及び励起光のそれぞれの光束径が異なってしまい、当該光源装置から出射される光による照度むらが生じる他、投射される画像に色むらが生じる可能性がある。
これに対し、励起光源から出射された励起光を分離し、一方の励起光を蛍光体層に入射させて蛍光を生じさせるとともに、他方の励起光を拡散層に入射させて当該蛍光と同様に拡散させた拡散光を生じさせ、これら蛍光及び拡散光を合成して出射する構成が考えられる。
【０００６】
しかしながら、励起光源に使用されている固体光源の実装精度がばらつく等して、当該励起光源から励起光が外側に広がる光として出射されると、上記一方の励起光及び上記他方の励起光のそれぞれの光束径は次第に大きくなり、これら励起光が蛍光体層及び拡散層に適切に入射されづらくなる。特に、当該一方の励起光が蛍光体層に入射される光路の光路長と、当該他方の励起光が拡散層に入射される光路の光路長とが異なる場合には、光路長が長い方の励起光の光束径は、光路長が短い方の励起光の光束径より大きくなりやすく、蛍光体層又は拡散層に一層入射されづらくなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決することを目的としたものであり、光の利用効率を向上させることができる光源装置及びプロジェクターを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１態様に係る光源装置は、固体光源を含む光出射部と、前記光出射部から入射される光にそれぞれ含まれる第１光及び第２光を分離する光分離素子と、前記光分離素子にて分離された前記第１光が入射される第１入射部と、前記光分離素子にて分離された前記第２光が入射される第２入射部と、前記光分離素子と前記第１入射部との間の前記第１光の光路に配置され、入射される前記第１光を集光して前記第１入射部に入射させる第１集光素子と、前記光分離素子と前記第２入射部との間の前記第２光の光路に配置され、入射される前記第２光を集光して前記第２入射部に入射させる第２集光素子と、前記第１光の光路、及び、前記第２光の光路のうち、光路長が長い前記第１光の光路において、前記第１集光素子より前記光分離素子側に配置される集光レンズと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
なお、第１集光素子及び第２集光素子としては、例えば、少なくとも１枚のピックアップレンズによってそれぞれ構成できる。
上記第１態様によれば、光分離素子と第１入射部との間の第１光の光路は、光分離素子と第２入射部との間の第２光の光路より長い。そして、当該第１光の光路には、入射される第１光を第１入射部に入射させる第１集光素子より光分離素子側の位置に、集光レンズが配置されている。これによれば、光路長が長いことによって第２光より広がりやすい第１光を、上記集光レンズによって集光して第１集光素子に入射させることができる。このため、第１光の光束径が広がることを抑制できるので、第１集光素子を介して当該第１光を第１入射部に適切に入射させやすくすることができる。従って、固体光源の実装精度が低い場合でも、第１集光素子及び第２集光素子の他、上記集光レンズによって、第１光及び第２光を第１入射部及び第２入射部に適切に入射させることができる。これにより、当該固体光源から出射された光の利用効率を向上させることができる。
【００１０】
一方、上記のように第１光の光束径が広がる場合でも、第１集光素子を大きくすれば、当該第１集光素子が第１光の略全てを集光して第１入射部に入射させることは可能である。例えば、第１集光素子が複数のレンズによって構成されている場合、最も光分離素子側に位置するレンズの有効径を、想定される第１光の光束径（広がった場合の光束径）より大きくすれば、第１光の略全てを当該レンズに入射させることができ、ひいては、当該第１光の略全てを第１入射部に入射させることは可能である。
しかしながら、この場合、第１集光素子、ひいては、光源装置が大型となる。この他、有効径を大きくしながら焦点距離を維持することは難しいことから、第１集光素子の焦点距離が長くなりやすくなり、第１光の光路も長くなりやすいことから、この点においても光源装置が大型となる。
これに対し、上記集光レンズによって第１光の光束径が広がることを抑制できるので、上記第１集光素子を大きくする必要がない。従って、比較的小さい第１集光素子を採用でき、光源装置の小型化を図ることができる。
【００１１】
本発明の第２態様に係る光源装置は、固体光源を含む光出射部と、前記光出射部から入射される光にそれぞれ含まれる第１光及び第２光を分離する光分離素子と、前記光分離素子にて分離された前記第１光が入射される第１入射部と、前記光分離素子にて分離された前記第２光が入射される第２入射部と、前記光分離素子にて分離された前記第１光を前記第１入射部に導く反射部材と、前記光分離素子と前記反射部材との間に配置される集光レンズと、を備え、前記光分離素子と前記第１入射部との間の前記第１光の光路は、前記光分離素子と前記第２入射部との間の前記第２光の光路より長いことを特徴とする。
【００１２】
上記第２態様によれば、光分離素子と第２入射部との間の第２光の光路より長い、光分離素子と第１入射部との間の第１光の光路において、当該光分離素子と反射部材との間には、集光レンズが配置されている。これによれば、上記第１態様に係る光源装置と同様に、光路長が長いことによって第２光より広がりやすい第１光を、上記集光レンズによって集光して第１入射部に入射させやすくすることができる。従って、固体光源の実装精度が低い場合でも、上記集光レンズによって、第１光を第１入射部に適切に入射させることができ、当該固体光源から出射された光の利用効率を向上させることができる。
また、上記第１態様に係る光源装置と同様に、上記集光レンズによって第１光の光束径が広がることを抑制できるので、上記第１集光素子を大きくする必要がない。従って、比較的小さい第１集光素子を採用でき、光源装置の小型化を図ることができる。
【００１３】
上記第２態様では、前記反射部材と前記第１入射部との間の前記第１光の光路に配置され、入射される前記第１光を集光して前記第１入射部に入射させる第１集光素子と、前記光分離素子と前記第２入射部との間の前記第２光の光路に配置され、入射される前記第２光を集光して前記第２入射部に入射させる第２集光素子と、を備えることが好ましい。
なお、第１集光素子及び第２集光素子としては、上記のように、例えば、少なくとも１枚のピックアップレンズによってそれぞれ構成できる。
このような構成によれば、第１集光素子によって、反射部材にて反射された第１光を第１入射部に入射させやすくすることができる他、第２集光素子によって、光分離素子にて分離された第２光を第２入射部に入射させやすくすることができる。従って、第１光及び第２光の利用効率を一層向上させることができる。
【００１４】
上記第１及び第２態様では、前記第１入射部は、入射された前記第１光に基づく光を反射させる特性を有し、前記第２入射部は、入射された前記第２光に基づく光を反射させる特性を有し、前記第１入射部にて反射され、前記第１集光素子及び前記集光レンズを介して出射される光は、前記光分離素子にて分離されて前記集光レンズに入射される前記第１光と略平行であることが好ましい。
このような構成によれば、例えば、光分離素子が第１入射部を介して入射される光と、第２入射部を介して入射される光とを合成する構成である場合に、光分離素子から集光レンズに入射される第１光と、第１入射部を介して集光レンズから出射される光とが略平行であることにより、当該光の光束径と、第２入射部を介して光分離素子に入射される光の光束径とを揃えやすくすることができる。従って、光源装置が、照度むらが発生しにくい光を出射できる。
【００１５】
上記第１及び第２態様では、前記光分離素子と前記第１入射部との間の前記第１光の光路に配置され、入射される光を円偏光に変換する位相差素子を有し、前記第１入射部は、入射される前記第１光を拡散させた拡散光を出射する光拡散部であり、前記第２入射部は、入射される前記第２光の波長を変換させた変換光を出射する波長変換部であり、前記光出射部から出射される光のうち、前記第１光は、ｐ偏光であり、前記第２光は、ｓ偏光であり、前記光分離素子は、入射されるｐ偏光を透過させ、入射されるｓ偏光を反射させ、前記変換光を透過させる特性を有することが好ましい。
このような第１光としては、青色光を例示でき、変換光としては、緑色光及び赤色光を含む光を例示できる。
このような構成によれば、光分離素子にて、入射される光から第１光及び第２光を確実に分離できる他、第１入射部にて拡散されて光分離素子に入射される拡散光と、第２入射部を介して光分離素子に入射される変換光とを確実に合成して出射できる。
ここで、波長変換層が蛍光体を含む場合には、上記のように、変換光としての蛍光は放射状に拡散されるが、第１入射部が光拡散部であることから、当該蛍光と同様に、第１光を拡散させることができる。このため、光分離素子に入射される際の蛍光の光束径と、拡散光の光束径とを揃えやすくすることができる。従って、第１光が青色光であり、当該蛍光が緑色光及び赤色光を含む光である場合に、照度むら及び色むらの少ない白色光を光源装置が出射できる。
また、ｓ偏光を透過させ、ｐ偏光を反射させる光分離素子では、このような機能を実現する層数が多くなり、光の損失が多くなる。これに対し、ｐ偏光を透過させ、ｓ偏光を反射させる光分離素子とすることにより、層数を少なくすることができ、光の損失の発生を抑制できる。
【００１６】
上記第１及び第２態様では、前記集光レンズ及び前記第１集光素子と、前記第２集光素子とは、前記光分離素子にて反射される前記拡散光の光束径と、前記光分離素子を透過する前記変換光の光束径とを略一致させることが好ましい。
このような構成によれば、光分離素子にて合成されて出射される拡散光及び変換光のそれぞれの光束径が略一致するので、拡散光が青色光であり、変換光が緑色光及び赤色光を含む光である場合に、照度むら及び色むらの少ない白色光を確実に出射できる。
【００１７】
上記第１及び第２態様では、前記第１入射部及び前記第２入射部は、同一基板上に位置することが好ましい。
このような構成によれば、第１入射部と第２入射部とをそれぞれ別部材によって構成する場合に比べて、部品点数を削減できる。特に、第１入射部及び第２入射部のそれぞれが位置する基板を回転させる構成では、これら第１入射部及び第２入射部のそれぞれを個別に回転させる回転装置を設ける必要がない。このため、当該構成では、部品点数の削減を確実に図ることができる他、光源装置の大型化を抑制できる。
更に、このように同一基板上に第１入射部及び第２入射部が位置する場合には、１つの光出射部から出射されて第１入射部に入射される第１光の光路と、当該１つの光出射部から出射されて第２入射部に入射される第２光の光路とで光路長が異なりやすくなり、上記問題が発生しやすくなる。これに対し、第２光の光路より光路長が長い第１光の光路に集光レンズが設けられることによって、第１入射部に第１光を入射させやすくすることができるので、固体光源から出射された光の利用効率を向上させることができる。
【００１８】
上記第１及び第２態様では、前記光出射部は、複数の前記固体光源と、複数の前記固体光源から出射された光を平行化するコリメーター光学素子と、前記コリメーター光学素子から出射された光の径を調整するアフォーカル光学素子と、前記アフォーカル光学素子から出射された光の照度を均一化するホモジナイザー光学素子と、を備えることが好ましい。
このような構成によれば、ホモジナイザー光学素子によって照度が均一化された第１光及び第２光を、第１入射部及び第２入射部に入射させることができる。
ここで、アフォーカル光学素子の光軸に対して平行な光が、コリメーター光学素子から入射される場合には、当該アフォーカル光学素子によって、複数の固体光源から出射された光の光束径を縮径できる。従って、光源装置の小型化を図ることができる。
しかしながら、複数の固体光源に実装精度のばらつき等が生じると、コリメーター光学素子からアフォーカル光学素子に入射される光が、当該アフォーカル光学素子の光軸に対して平行な光でなくなる可能性がある。この場合、アフォーカル光学素子による光束径の縮径が十分でなくなる他、当該アフォーカル光学素子から出射される光の中心軸が、光源装置に予め設定された光軸（照明光軸）に対して傾斜しやすくなる。このような各固体光源の実装精度のばらつきの影響は、アフォーカル光学素子での縮径の倍率が高いほど大きくなる。このため、第２光の光路より光路長が長い第１光の光路においては、第１光を第１集光素子に入射させづらくなるという問題が顕著となる。
これに対し、上記のように、当該第１光の光路に設けられた集光レンズによって、ホモジナイザー光学素子及び光分離素子を介してアフォーカル光学素子から入射される第１光を集光できるので、上記実装精度のばらつき等が生じても、第１入射部に当該第１光を入射させやすくすることができる。従って、固体光源から出射された光の利用効率を向上させることができる他、コリメーター光学素子及びアフォーカル光学素子が無い場合に比べて光源装置を小型化できる。
【００１９】
本発明の第３態様に係るプロジェクターは、上記光源装置と、前記光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする。
上記第３態様によれば、それぞれ上記した第１及び第２態様に係る光源装置と同様の効果を奏することができ、これにより、輝度の高い画像を形成及び投射できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクターの構成を示す模式図。
【図２】上記第１実施形態における光源装置の構成を示す模式図。
【図３】上記第１実施形態における波長変換素子を励起光の入射側から見た図。
【図４】本発明の第２実施形態に係るプロジェクターが備える光源装置の構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図面に基づいて説明する。
［プロジェクターの概略構成］
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の構成を示す模式図である。なお、以下の各図では、各構成を見やすくするために、寸法の縮尺を異ならせて示す場合がある。
本実施形態に係るプロジェクター１は、内部に設けられた光源装置４から出射された光を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像を被投射面であるスクリーンＳＣ上に拡大投射する表示装置である。このプロジェクター１は、図１に示すように、外装筐体２と、当該外装筐体２に収容される画像投射装置３と、を備える。この他、図示を省略するが、プロジェクター１は、当該プロジェクター１の動作を制御する制御装置、当該プロジェクター１を構成する電子部品に電力を供給する電源装置、及び、冷却対象を冷却する冷却装置を備える。
そして、プロジェクター１は、光源装置４（図２参照）において光分離素子４２によって分離された励起光のうち、蛍光に変換される励起光の光路より光路長が長い、青色光として利用される励起光の光路に、集光レンズ４３が設けられ、これにより、当該青色光として利用される励起光を光拡散部４８３に入射させやすくしている点を特徴の１つとしている。
以下、プロジェクター１の各構成について説明する。
【００２２】
［画像投射装置の構成］
画像投射装置３は、上記制御装置による制御の下、上記画像情報に応じた画像を形成及び投射する。この画像投射装置３は、設定された照明光軸上にそれぞれ配置された光源装置４、均一化装置５、色分離装置６、電気光学装置７及び投射光学装置８を備える。
これらのうち、光源装置４は、白色光である照明光ＷＬを均一化装置５に向けて出射する。この光源装置４の構成については、後に詳述する。
【００２３】
［均一化装置の構成］
均一化装置５は、光源装置４から入射される照明光ＷＬの中心軸に対する直交面（光軸直交面）の照度を均一化するものである。具体的に、均一化装置５は、後述する各光変調装置７２の被照明領域である画像形成領域（変調領域）における照度分布を均一化する。この均一化装置５は、第１レンズアレイ５１、第２レンズアレイ５２、偏光変換素子５３及び重畳レンズ５４を備える。
【００２４】
第１レンズアレイ５１は、入射される照明光ＷＬを複数の部分光束に分割する。
第２レンズアレイ５２は、第１レンズアレイ５１によって分割された複数の部分光束を、重畳レンズ５４とともに各光変調装置７２の上記画像形成領域に重畳させる。
偏光変換素子５３は、第２レンズアレイ５２と重畳レンズ５４との間に配置され、入射される複数の部分光束の偏光方向を揃える機能を有する。
【００２５】
［色分離装置の構成］
色分離装置６は、均一化装置５から入射される照明光ＷＬを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢに分離する。この色分離装置６は、ダイクロイックミラー６１，６２、反射ミラー６３，６４，６５及びリレーレンズ６６，６７を備える。
ダイクロイックミラー６１は、均一化装置５から入射される照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを含む光とに分離する。具体的に、ダイクロイックミラー６１は、赤色光ＬＲを透過させ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを含む光を反射させる。このダイクロイックミラー６１を透過した赤色光ＬＲは、反射ミラー６３によって光変調装置７２Ｒに向けて反射される。
【００２６】
ダイクロイックミラー６２は、ダイクロイックミラー６１から入射される光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。具体的に、ダイクロイックミラー６２は、緑色光ＬＧを光変調装置７２Ｇに向けて反射させ、青色光ＬＢを透過させる。
反射ミラー６４，６５は、青色光ＬＢの光路に配置され、分離された青色光ＬＢを光変調装置７２Ｂに導く。
リレーレンズ６６，６７は、青色光ＬＢの光路に配置される。これらリレーレンズ６６，６７は、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長いことに起因する青色光ＬＢの損失を補償する。
【００２７】
［電気光学装置の構成］
電気光学装置７は、それぞれ入射される各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲを色光毎に変調し、変調された各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲを合成して、投射光学装置８によって投射される画像を形成する。この電気光学装置７は、それぞれ３つのフィールドレンズ７１及び光変調装置７２と、１つの色合成装置７３と、を備える。
フィールドレンズ７１（赤、緑及び青用のフィールドレンズを、それぞれ７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂとする）は、それぞれ入射される赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを平行化する。
光変調装置７２（赤、緑及び青用の光変調装置を、それぞれ７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂとする）は、それぞれ入射される上記色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを変調して、画像情報に応じた画像光を形成する。これら光変調装置７２は、入射される色光を変調する液晶パネルと、当該液晶パネルの入射側及び出射側に配置される一対の偏光板と、を備えて構成される。
色合成装置７３は、各光変調装置７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂから入射される画像光を合成し、合成された画像光を投射光学装置８に向けて出射する。この色合成装置７３は、例えばクロスダイクロイックプリズムにより構成できるが、複数のダイクロイックミラーによって構成してもよい。
【００２８】
［投射光学装置の構成］
投射光学装置８は、色合成装置７３にて合成された画像光を被投射面としてのスクリーンＳＣに投射する。このような投射光学装置８としては、図示を省略するが、鏡筒内に複数のレンズが配置された組レンズを採用できる。
このような画像投射装置３により、スクリーンＳＣに拡大された画像が投射される。
【００２９】
［光源装置の構成］
図２は、光源装置４の構成を示す模式図である。
光源装置４は、上記のように、照明光ＷＬを均一化装置５に向けて出射する。この光源装置４は、図２に示すように、光出射部４１、光分離素子４２、集光レンズ４３、反射部材４４、位相差素子４５、第１集光素子４６、第２集光素子４７及び波長変換装置４８を備える。
これらのうち、光出射部４１、集光レンズ４３及び反射部材４４は、第１照明光軸Ａｘ１上に配置されている。また、位相差素子４５及び第１集光素子４６は、第１照明光軸Ａｘ１に直交する第２照明光軸Ａｘ２上に配置されている。更に、第２集光素子４７は、第１照明光軸Ａｘ１に直交し、かつ、第２照明光軸Ａｘ２と平行な第３照明光軸Ａｘ３上に配置されている。そして、波長変換装置４８を構成する光拡散部４８３の一部は、第２照明光軸Ａｘ２上に位置し、同じく波長変換装置４８を構成する波長変換部４８４の一部は、第３照明光軸Ａｘ３上に位置している。なお、光分離素子４２は、第１照明光軸Ａｘ１と第３照明光軸Ａｘ３との交差部分に配置される。
【００３０】
［光出射部の構成］
光出射部４１は、光分離素子４２に励起光ＢＬを出射する。この光出射部４１は、光源部４１１、アフォーカル光学素子４１２、ホモジナイザー光学素子４１３及び位相差素子４１４を備える。
【００３１】
［光源部の構成］
光源部４１１は、第１照明光軸Ａｘ１に直交する面内にＬＤ（Laser Diode）である固体光源ＳＳがマトリクス状に複数配列されたアレイ光源４１１１と、コリメーター光学素子４１１２と、を備える。
複数の固体光源ＳＳのそれぞれは、青色光である励起光ＢＬを出射する。これら固体光源は、励起光ＢＬとして、例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光を出射する。なお、本実施形態では、各固体光源ＳＳは、Ｓ偏光の励起光を出射する。
コリメーター光学素子４１１２は、各固体光源ＳＳに応じた複数のコリメーターレンズＣＬを有し、当該各固体光源ＳＳから出射された励起光ＢＬを平行光に変換する。このようなコリメーター光学素子４１１２を通過した励起光ＢＬは、アフォーカル光学素子４１２に入射される。
【００３２】
［アフォーカル光学素子の構成］
アフォーカル光学素子４１２は、光源部４１１から入射される励起光ＢＬの光束径を調整する。具体的に、アフォーカル光学素子４１２は、当該励起光ＢＬを集光して光束径を縮小（縮径）させ、更に平行化して出射する光学素子である。このアフォーカル光学素子４１２は、それぞれ凸レンズ及び凹レンズであるレンズ４１２１とレンズ４１２２とから構成されている。このようなアフォーカル光学素子４１２から出射された励起光ＢＬは、ホモジナイザー光学素子４１３に入射される。
【００３３】
［ホモジナイザー光学素子の構成］
ホモジナイザー光学素子４１３は、励起光ＢＬの強度分布を被照明領域において均一な状態（いわゆるトップハット分布）に変換する。このホモジナイザー光学素子４１３は、本実施形態では、第１マルチレンズ４１３１及び第２マルチレンズ４１３２とから構成されている。
第１マルチレンズ４１３１は、第１照明光軸Ａｘ１に対する直交面内に、複数の第１レンズがマトリクス状に配列された構成を有する。そして、第１マルチレンズ４１３１は、当該複数の第１レンズによって入射される励起光を複数の部分光束（励起部分光束）に分割する。
第２マルチレンズ４１３２は、第１照明光軸Ａｘ１に対する直交面内に、上記複数の第１レンズに応じた複数の第２レンズがマトリクス状に配列された構成を有する。そして、第２マルチレンズ４１３２は、第１マルチレンズ４１３１により分割された複数の励起部分光束を、第１集光素子４６及び第２集光素子４７とともに、それぞれ上記被照明領域である波長変換装置４８の光拡散部４８３及び波長変換部４８４に重畳させる。
【００３４】
［位相差素子の構成］
位相差素子４１４は、１／２波長板である。この位相差素子４１４を通過することにより、ホモジナイザー光学素子４１３から入射されるｓ偏光の励起光ＢＬは、一部がｐ偏光に変換され、ｓ偏光の励起光ＢＬｓとｐ偏光の励起光ＢＬｐとが混在した励起光ＢＬとなって出射される。このような位相差素子４１４を透過した励起光ＢＬは、光分離素子４２に入射される。
【００３５】
［光分離素子の構成］
光分離素子４２は、第１照明光軸Ａｘ１及び第３照明光軸Ａｘ３に対して４５°傾斜するように配置されている。この光分離素子４２は、光出射部４１（位相差素子４１４）から入射される励起光ＢＬに含まれる励起光ＢＬｐと励起光ＢＬｓとを分離する特性を有する他、後述する波長変換装置４８に励起光が入射されて生じる蛍光を、当該蛍光の偏光状態にかかわらず透過させる特性を有する。すなわち、光分離素子４２は、所定波長領域の光についてはｓ偏光とｐ偏光とを分離するが、他の所定波長領域の光についてはｓ偏光及びｐ偏光のそれぞれを透過させる、波長選択性の偏光分離特性を有する。
このような光分離素子４２により、位相差素子４１４から入射された励起光ＢＬのうち、励起光ＢＬｐは、第１照明光軸Ａｘ１に沿って集光レンズ４３側に透過され、励起光ＢＬｓは、第３照明光軸Ａｘ３に沿って第２集光素子４７側に反射される。すなわち、光分離素子４２は、励起光ＢＬｐを集光レンズ４３（ひいては光拡散部４８３）に向けて出射し、励起光ＢＬｓを第２集光素子４７（ひいては波長変換部４８４）に向けて出射する。
以下、光分離素子４２によって分離される励起光のうち、光拡散部４８３に向かう励起光を第１励起光（本発明の第１光に相当）とし、波長変換部４８４に向かう励起光を第２励起光（本発明の第２光に相当）とする。
【００３６】
［集光レンズの構成］
集光レンズ４３は、光分離素子４２によって分離されて光拡散部４８３（第１入射部に相当）に入射される第１励起光の光路において、第１集光素子４６より光分離素子４２側に位置する。詳述すると、集光レンズ４３は、当該第１励起光の光路において最も上流側に位置し、光拡散部４８３から光分離素子４２に戻る第１励起光の光路において最も下流側に位置する。この集光レンズ４３は、光分離素子４２側に突出する平凸レンズであり、光分離素子４２から入射される第１励起光（励起光ＢＬｐ）を集光し、当該第１励起光の光束径を狭める。なお、本実施形態では、集光レンズ４３は、入射される光束を集光して縮径する機能を有するとしたが、当該集光レンズ４３の光軸（第１照明光軸Ａｘ１と一致）に沿う平行光に変換する構成としてもよい。
【００３７】
［反射部材及び位相差素子の構成］
反射部材４４は、集光レンズ４３を通過した第１励起光を反射させ、第２照明光軸Ａｘ２上に位置する位相差素子４５に入射させる。この反射部材４４は、平板状のミラーとして構成されている。
位相差素子４５は、本発明の位相差素子であり、１／４波長板である。この位相差素子４５は、入射されるｐ偏光の第１励起光である励起光ＢＬｐを、円偏光の励起光ＢＬｃに変換する。
【００３８】
［第１集光素子の構成］
第１集光素子４６は、位相差素子４５を通過した第１励起光（励起光ＢＬｃ）を後述する波長変換装置４８（光拡散部４８３）に集光する他、当該波長変換装置４８にて反射されて入射される第１励起光を集光して、位相差素子４５に再度入射させる。このような第１集光素子４６は、本実施形態では、２つのレンズ４６１，４６２を有するピックアップレンズ群として構成されている。しかしながら、これに限らず、第１集光素子４６は、１つ、或いは、３つ以上のピックアップレンズを有する構成であってもよい。
【００３９】
なお、第１励起光（励起光ＢＬｃ）は、光拡散部４８３にて反射されることにより、当該光拡散部４８３に入射されるときの円偏光とは逆回りの円偏光となる。このため、位相差素子４５を再度通過する過程にて、当該逆回りの円偏光である励起光ＢＬｃは、ｐ偏光に対して偏光方向が９０°回転されたｓ偏光の第１励起光（励起光ＢＬｆ）に変換される。この励起光ＢＬｆは、上記反射部材４４にて反射されて第１照明光軸Ａｘ１に沿って、上記励起光ＢＬｐとは反対方向に進行し、上記集光レンズ４３を介して光分離素子４２に入射される。この光分離素子４２は、上記偏光分離特性を有するので、第１励起光（励起光ＢＬｆ）は、当該光分離素子４２にて第３照明光軸Ａｘ３に沿う方向に反射され、上記均一化装置５（第１レンズアレイ５１）に青色光として入射される。
【００４０】
［第２集光素子の構成］
第２集光素子４７は、上記のように、第３照明光軸Ａｘ３上に位置する。この第２集光素子４７は、光分離素子４２にて分離された第２励起光（励起光ＢＬｓ）を後述する波長変換装置４８（波長変換部４８４）に集光する他、当該波長変換部４８４から出射された蛍光を集光して、光分離素子４２に再度入射させる。このような第２集光素子４７は、第１集光素子４６と同様に、２つのレンズ４７１，４７２を有するピックアップレンズ群として構成されている。しかしながら、これに限らず、第２集光素子４７は、１つ、或いは、３つ以上のレンズを有する構成であってもよい。
なお、波長変換部４８４から出射された蛍光は非偏光光であり、光分離素子４２が上記波長選択性の偏光分離特性を有する。このことから、第２集光素子４７から光分離素子４２に入射された蛍光は、第３照明光軸Ａｘ３に沿って光分離素子４２を通過して、均一化装置５（第１レンズアレイ５１）に向けて緑色光及び赤色光として出射される。これにより、青色光である上記第１励起光（励起光ＢＬｆ）と併せて、白色の照明光ＷＬが、均一化装置５に入射される。
【００４１】
［波長変換装置の構成］
波長変換装置４８は、上記第２励起光（励起光ＢＬｓ）を波長変換して蛍光を出射する他、上記第１励起光（励起光ＢＬｃ）を拡散反射させる拡散反射装置としても機能する。すなわち、波長変換装置４８は、入射された励起光に基づく光を、当該励起光の入射側に出射する反射型の波長変換装置である。このような波長変換装置４８は、波長変換素子４８１及び回転装置４８７を備える。
これらのうち、回転装置４８７は、平板状に形成された波長変換素子４８１を回転させるモーター等により構成されている。
【００４２】
図３は、波長変換素子４８１を励起光（第１励起光及び第２励起光）の入射側から見た図である。
波長変換素子４８１は、図２及び図３に示すように、基板４８２と、当該基板４８２における励起光の入射面４８２１に位置する光拡散部４８３及び波長変換部４８４と、を有する。
基板４８２は、図３に示すように円板状に形成されており、光拡散部４８３及び波長変換部４８４を支持する他、これら光拡散部４８３及び波長変換部４８４にて生じた熱を放熱する放熱部材としても機能する。このため、基板４８２は、熱伝導率が高く、耐熱性に優れる材料によって形成されることが好ましい。このような材料としては、例えばアルミニウム等の金属が挙げられる。
【００４３】
光拡散部４８３は、本発明の第１入射部に相当し、上記入射面４８２１の中心側（内周側）に円形状に形成されている。この光拡散部４８３は、第１集光素子４６から入射される第１励起光（励起光ＢＬｃ）を拡散反射させて、所定の角度分布を有する拡散光（散乱光）を出射する。このような光拡散部４８３における外周側の一部は、上記第２照明光軸Ａｘ２上に位置しており、当該一部に、上記第１励起光が入射される。この第１励起光の入射位置は、波長変換素子４８１が回転装置４８７によって回転されると変更され、これにより、常に同じ位置に当該第１励起光が入射されることが抑制される。
なお、光拡散部４８３としては、入射される第１励起光をランバート反射させる拡散反射層を採用できる。この種の光拡散部４８３を採用することにより、波長変換部４８４にて等方発光した蛍光ＹＬと同等の角度分布を有する第１励起光が得られる。なお、光拡散部４８３の構造としては、光透過性材料の表面に凹凸を形成したものや、光透過性材料の屈折率と異なる屈折率を有する粒子を当該光透過性材料中に分散させたもの、等を採用できる。
【００４４】
波長変換部４８４は、本発明の第２入射部に相当し、上記入射面４８２１において光拡散部４８３より外周側に円環状に形成されている。この波長変換部４８４と上記光拡散部４８３とは、基板４８２の中央に位置する回転軸Ｒｘ（上記回転装置４８７による回転の回転軸）を中心とする同心円状に、所定間隔を隔てて配置されている。しかしながら、これに限らず、これら波長変換部４８４及び光拡散部４８３は、接触していてもよい。しかしながら、放熱性を確保する観点から、波長変換部４８４と光拡散部４８３とは離れていることが好ましい。
【００４５】
このような波長変換部４８４は、入射面４８２１上に積層された波長変換層４８５及び反射層４８６を有する。
波長変換層４８５は、入射される光の波長を変換する蛍光体を含んでおり、上記第２励起光を吸収して、当該第２励起光から波長が変換された変換光としての黄色の蛍光ＹＬを拡散出射する。この蛍光体の材料は、出射される蛍光の波長に応じて設定されるが、当該材料は、１種でも、２種以上でもよい。
反射層４８６は、波長変換層４８５と入射面４８２１との間に位置しており、当該波長変換層４８５にて生成された蛍光のうち、反射層４８６側に進行する蛍光ＹＬを波長変換層４８５側に反射させる。
このような円環状の波長変換部４８４の一部は、上記第３照明光軸Ａｘ３上に位置しており、当該一部に、上記第２励起光が入射される。この第２励起光の入射位置は、波長変換素子４８１が回転装置４８７によって回転されると変更され、これにより、常に同じ位置に第２励起光が入射されて、波長変換層４８５に熱飽和が生じることが抑制される。
そして、波長変換部４８４によって生じた蛍光ＹＬは、上記のように、第２集光素子４７に入射され、光分離素子４２を通過して、第３照明光軸Ａｘ３上に位置する均一化装置５（第１レンズアレイ５１）に入射される。
【００４６】
［集光レンズの機能］
上記したように、光分離素子４２から第２集光素子４７を介して波長変換装置４８（波長変換部４８４）に至る第２励起光の光路は、光分離素子４２から集光レンズ４３、反射部材４４及び第１集光素子４６を介して波長変換装置４８（光拡散部４８３）に至る第１励起光の光路より光路長が短い。換言すると、光分離素子４２と光拡散部４８３との間の第１励起光の光路は、光分離素子４２と波長変換部４８４との間の第２励起光の光路より光路長が長い。このため、アレイ光源４１１１を構成する固体光源ＳＳの実装精度がばらつくと、当該アレイ光源４１１１から出射され、ひいては、光出射部４１から出射される励起光が広がりやすくなる。このような場合、第１集光素子４６及び第２集光素子４７に、第１励起光及び第２励起光を適切に入射させづらくなる。この場合、光拡散部４８３及び波長変換部４８４に入射される光量が少なくなり、各固体光源ＳＳから出射されて画像形成に用いられる光の利用効率が低下する。特に、第１励起光の光路は、第２励起光の光路より光路長が長いため、当該第１励起光の光束径が大きくなって、上記問題が生じやすくなる。
これに対し、第１励起光の光路上で、第１集光素子４６より光分離素子４２側に、上記集光レンズ４３が配置されている。換言すると、当該集光レンズ４３は、第１励起光の光路上で、光分離素子４２と反射部材４４との間に配置されている。これにより、第１励起光の広がりを抑制でき、当該第１励起光の光束径の拡大を抑制できるので、第１集光素子４６を介して光拡散部４８３に第１励起光を入射させやすくすることができ、上記問題が生じることを抑制できる。
【００４７】
ここで、上記光源装置４と同様の構成を有するものの集光レンズ４３がない光源装置について検討する。
このような光源装置において、第１集光素子４６において光分離素子４２にて分離された第１励起光が入射されるレンズ４６１の有効径を、想定される第１励起光の光束径（広がった場合の光束径）より大きくすれば、上記集光レンズ４３が無い場合でも、レンズ４６１を含む第１集光素子４６が、分離された第１励起光の略全てを集光して光拡散部４８３に入射させることは可能である。しかしながら、この場合、第１集光素子４６、ひいては、光源装置が大型となる。この他、レンズの有効径を大きくしながら焦点距離を維持することは、設計上困難であることから、有効径が大きなレンズ４６１が採用されると、第１集光素子４６の焦点距離が長くなりやすくなる。このため、第１励起光の光路も長くなりやすくなり、この点においても光源装置が大型となる。
これに対し、上記集光レンズ４３によって第１励起光の光束径が広がることを抑制できるので、第１集光素子４６を大きくする必要がない。従って、比較的小さい第１集光素子４６を採用でき、光源装置４の小型化を図ることができる。
【００４８】
［集光レンズ、第１集光素子及び第２集光素子の特性］
ここで、光源装置４から均一化装置５に入射される青色光としての第１励起光（励起光ＢＬｆ）の光束径と、黄色光である蛍光ＹＬの光束径とが揃っていないと、これら第１励起光及び蛍光ＹＬによって形成される照明光ＷＬに照度むらが生じる他、当該照明光ＷＬを用いて形成される画像光に色むらが発生する。
これに対し、集光レンズ４３及び第１集光素子４６と、第２集光素子４７とは、光分離素子４２を介して均一化装置５に向けてそれぞれ出射される第１励起光及び蛍光ＹＬのそれぞれの光束径を揃える特性を有する。具体的に、集光レンズ４３、第１集光素子４６及び第２集光素子４７は、上記光拡散部４８３にて拡散反射された第１励起光によって第１レンズアレイ５１上に形成される光源像の大きさと、上記波長変換部４８４にて生じた蛍光ＹＬによって第１レンズアレイ５１上に形成される光源像の大きさとが揃うように設計されている。換言すると、集光レンズ４３及び第１集光素子４６の合成焦点距離と、第２集光素子４７の合成焦点距離とが一致し、それぞれの合成焦点位置が第１レンズアレイ５１上に位置するように設計されている。これにより、光源装置４から均一化装置５に入射される第１励起光及び蛍光ＹＬのそれぞれの光束径を揃えることができ、上記問題の発生を抑制できる。
このような集光レンズ４３、第１集光素子４６及び第２集光素子４７の特性は、光拡散部４８３及び波長変換部４８４が同一の基板４８２上に位置しない場合や、入射面４８２１からの光拡散部４８３の第１励起光の入射位置と、入射面４８２１からの波長変換部４８４の第２励起光の入射位置とが異なる場合でも同様である。
【００４９】
一方、第１励起光及び蛍光ＹＬが、均一化装置５が配置される第３照明光軸Ａｘ３に対して略平行な平行光でないと、第１レンズアレイ５１以降の光学部品に、これら第１励起光及び蛍光ＹＬが適切に入射されなくなり、上記光出射部４１（光源部４１１）から出射されて画像形成に用いられる光の利用効率が低下する。
これに対し、集光レンズ４３は、光分離素子４２から入射される第１励起光（励起光ＢＬｐ）に対して略平行に、第１集光素子４６から入射されて光分離素子４２に出射される第１励起光（励起光ＢＬｆ）を出射する。すなわち、集光レンズ４３は、第１励起光（励起光ＢＬｆ）を第１励起光（励起光ＢＬｐ）と略平行に出射する。また、第２集光素子４７も同様に、光分離素子４２から入射される第２励起光（励起光ＢＬｓ）に対して略平行に、波長変換部４８４から入射されて光分離素子４２に出射される蛍光ＹＬを出射する。これにより、それぞれ第３照明光軸Ａｘ３に対して略平行な第１励起光及び蛍光ＹＬを第１レンズアレイ５１に入射させることができ、上記問題の発生を抑制できる。
【００５０】
以上説明した本実施形態に係るプロジェクター１によれば、以下の効果がある。
光分離素子４２と光拡散部４８３との間の第１励起光の光路は、光分離素子４２と波長変換部４８４との間の第２励起光の光路より光路長が長い。そして、当該第１励起光の光路には、第１集光素子４６より光分離素子４２側の位置に、集光レンズ４３が配置されている。換言すると、集光レンズ４３は、第１励起光の光路において、光分離素子４２と反射部材４４との間に配置されている。これによれば、上記のように、外側に広がりやすい第１励起光を、集光レンズ４３によって集光して第１集光素子４６、ひいては、光拡散部４８３に入射させやすくすることができる。従って、アレイ光源４１１１における固体光源ＳＳに実装精度のばらつき等が生じた場合でも、第１集光素子４６及び第２集光素子４７の他、上記集光レンズ４３によって、第１励起光及び第２励起光を光拡散部４８３及び波長変換部４８４に適切に入射させることができる。よって、固体光源ＳＳから出射されて画像形成に用いられる光の利用効率を向上させることができる。
また、上記のように、集光レンズ４３によって第１励起光の光束径が広がることを抑制できるので、比較的小さい第１集光素子４６を採用でき、光源装置４の小型化を図ることができる。
【００５１】
第１励起光の光路において、反射部材４４と光拡散部４８３との間には、上記第１集光素子４６が配置され、第２励起光の光路において、光分離素子４２と波長変換部４８４との間には、上記第２集光素子４７が配置されている。これによれば、各集光素子４６，４７によって、第１励起光及び第２励起光を光拡散部４８３及び波長変換部４８４に入射させやすくすることができる。従って、第１励起光及び第２励起光の利用効率を一層向上させることができる。
【００５２】
光拡散部４８３は、入射された第１励起光を拡散反射させ、波長変換部４８４は、入射された第２励起光を波長変換させた蛍光を当該第２励起光の入射側に反射させる。そして、光拡散部４８３にて反射されて、第１集光素子４６及び集光レンズ４３を介して出射される第１励起光（励起光ＢＬｆ）は、光分離素子４２にて分離されて集光レンズ４３に入射される第１励起光（励起光ＢＬｐ）と略平行である。これによれば、光分離素子４２にて、第１励起光（励起光ＢＬｆ）の光束径と、蛍光ＹＬの光束径とを揃えやすくすることができる。従って、出射される光によって照度むらが生じることを抑制でき、ひいては、投射画像に色むらが生じることを抑制できる。
【００５３】
第１励起光の光路には、光分離素子４２と光拡散部４８３との間に位相差素子４５が設けられている。また、光出射部４１から出射される励起光のうち、第１励起光は、ｐ偏光の励起光ＢＬｐであり、第２励起光は、ｓ偏光の励起光ＢＬｓである。そして、光分離素子４２は、入射されるｐ偏光を透過させ、入射されるｓ偏光を反射させ、変換光としての蛍光ＹＬを偏光状態にかかわらずに透過させる特性を有する。
これによれば、光分離素子４２にて、入射される励起光から第１励起光及び第２励起光を確実に分離できる他、光拡散部４８３を介して光分離素子４２に入射される第１励起光（拡散された第１励起光）と、波長変換部４８４を介して光分離素子４２に入射される蛍光ＹＬとを確実に合成して出射できる。
この他、光拡散部４８３によって、第１励起光を拡散させることができるので、光分離素子４２に入射される蛍光ＹＬの光束径と、第１励起光の光束径とを揃えやすくすることができる。従って、青色光である第１励起光と、黄色の蛍光ＹＬ（緑色光及び赤色光を含む光）とを含み、かつ、照度むら及び色むらの少ない白色光を光源装置４が出射できる。そして、これにより、照度むら及び色むらの少ない投射画像を投射できる。
また、ｓ偏光を透過させ、ｐ偏光を反射させる光分離素子では、このような機能を実現する層数が多くなり、光の損失が多くなる。これに対し、ｐ偏光を透過させ、ｓ偏光を反射させる光分離素子４２を採用することにより、当該光分離素子４２における層数を少なくすることができ、光の損失の発生を抑制できる。
【００５４】
集光レンズ４３及び第１集光素子４６と、第２集光素子４７とは、光分離素子４２にて反射される第１励起光の光束径と、当該光分離素子４２を透過する蛍光ＹＬの光束径とを略一致させる特性を有する。これによれば、光源装置４が、照度むら及び色むらの少ない白色光を確実に出射でき、ひいては、照度むら及び色むらの少ない投射画像を確実に投射できる。
【００５５】
第１入射部としての光拡散部４８３と、第２入射部としての波長変換部４８４とは、同一の基板４８２上に位置する。これによれば、光拡散部４８３と波長変換部４８４とをそれぞれ別部材によって構成する場合に比べて、部品点数を削減できる。また、基板４８２を回転装置４８７によって回転させることにより、これら光拡散部４８３及び波長変換部４８４を冷却できるので、当該光拡散部４８３及び波長変換部４８４のそれぞれを個別に回転させる回転装置を設ける必要がない。これにより、部品点数の削減を確実に図ることができる他、光源装置４の大型化を抑制できる。
このように、同一の基板４８２上に光拡散部４８３及び波長変換部４８４が位置する場合には、光出射部４１から光拡散部４８３に入射される第１励起光の光路と、当該光出射部４１から波長変換部４８４に入射される第２励起光の光路とで光路長が異なりやすくなる。これに対し、第２励起光の光路より光路長が長い第１励起光の光路に上記集光レンズ４３が設けられることにより、光拡散部４８３に第１励起光を入射させやすくすることができる。従って、上記光の利用効率を向上させることができる。
【００５６】
光出射部４１は、複数の固体光源ＳＳ、コリメーター光学素子４１１２、アフォーカル光学素子４１２及びホモジナイザー光学素子４１３を備える。これによれば、ホモジナイザー光学素子４１３によって照度が均一化された第１励起光及び第２励起光を、光拡散部４８３及び波長変換部４８４に入射させることができる。
ここで、アフォーカル光学素子４１２の光軸に対して平行な励起光が、コリメーター光学素子４１１２から入射される場合には、当該アフォーカル光学素子４１２によって当該励起光の光束径を縮径できる。従って、光源装置４の小型化を図ることができる。
しかしながら、複数の固体光源ＳＳに実装精度のばらつき等が生じると、コリメーター光学素子４１１２からアフォーカル光学素子４１２に入射される励起光が、当該アフォーカル光学素子４１２の光軸（第１照明光軸Ａｘ１と一致）に対して平行な光でなくなる可能性がある。この場合、アフォーカル光学素子４１２による光束径の縮径が十分でなくなる他、当該アフォーカル光学素子４１２から出射される励起光の中心軸が、第１照明光軸Ａｘ１に対して傾斜しやすくなる。このような各固体光源ＳＳの実装精度のばらつきの影響は、アフォーカル光学素子４１２での縮径の倍率が高いほど大きくなる。このため、第２励起光の光路より光路長が長い第１励起光の光路においては、第１励起光を第１集光素子４６に入射させづらくなるという問題が顕著となる。
これに対し、上記第１励起光の光路に設けられた集光レンズ４３によって、ホモジナイザー光学素子４１３及び光分離素子４２を介してアフォーカル光学素子４１２から入射される第１励起光を集光できるので、上記実装精度のばらつき等が生じた場合でも、第１励起光を第１集光素子４６に入射させやすくすることができる。従って、各固体光源ＳＳから出射された光の利用効率を向上させることができる他、コリメーター光学素子４１１２及びアフォーカル光学素子４１２が無い場合に比べて光源装置４を小型化できる。
【００５７】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記プロジェクター１と同様の構成を備える。ここで、当該プロジェクター１は、反射型の波長変換装置４８を有する光源装置４を備えていた。これに対し、本実施形態に係るプロジェクターは、透過型の波長変換装置を有する光源装置を備える。この点で、本実施形態に係るプロジェクターと、上記プロジェクター１とは相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５８】
図４は、本実施形態に係るプロジェクターが備える光源装置４Ａを示す模式図である。
本実施形態に係るプロジェクターは、光源装置４に代えて光源装置４Ａを有する他は、上記プロジェクター１と同様の構成及び機能を有する。
光源装置４Ａは、上記光源装置４と同様に、均一化装置５に向けて白色の照明光を出射する。この光源装置４Ａは、図４に示すように、光出射部４１、光分離素子４２Ａ、集光レンズ４３、反射部材４４、第１集光素子４６、第２集光素子４７、波長変換装置４８Ａ、第３集光素子４９１、反射部材４９２、第４集光素子４９３及び光合成素子４９４を備える。
【００５９】
これらのうち、光出射部４１、光分離素子４２Ａ、第２集光素子４７、第４集光素子４９３及び光合成素子４９４は、直線状に延びる第１照明光軸Ｂｘ１上に配置されている。また、集光レンズ４３は、第１照明光軸Ｂｘ１に直交する第２照明光軸Ｂｘ２上に配置され、反射部材４４は、第２照明光軸Ｂｘ２と、当該第２照明光軸Ｂｘ２に直交し、かつ、第１照明光軸Ｂｘ１に平行な第３照明光軸Ｂｘ３との交差部分に配置される。更に、第１集光素子４６及び第３集光素子４９１は、当該第３照明光軸Ｂｘ３上に配置され、反射部材４９２は、第３照明光軸Ｂｘ３と、当該第３照明光軸Ｂｘ３に直交し、かつ、第２照明光軸Ｂｘ２に平行な第４照明光軸Ｂｘ４との交差部分に配置される。
【００６０】
光分離素子４２Ａは、上記光分離素子４２と同様に、光出射部４１から入射される青色光である励起光から第１励起光及び第２励起光を分離する。この光分離素子４２Ａは、偏光分離素子によって構成され、本実施形態では、ｓ偏光の第１励起光を反射させて集光レンズ４３に入射させ、ｐ偏光の第２励起光を透過させて第２集光素子４７に入射させる。
このように分離された第１励起光は、集光レンズ４３、反射部材４４及び第１集光素子４６を介して、波長変換装置４８Ａの光拡散部４８３Ａに入射される。一方、第２励起光は、第２集光素子４７を介して、波長変換装置４８Ａの波長変換部４８４Ａに入射される。すなわち、本実施形態においても、光分離素子４２Ａと光拡散部４８３Ａとの間の第１励起光の光路は、光分離素子４２Ａと波長変換部４８４Ａとの間の第２励起光の光路より光路長が長い。
【００６１】
波長変換装置４８Ａは、上記波長変換装置４８と同様に機能するが、透過型の波長変換装置であり、波長変換素子４８１Ａと、当該波長変換素子４８１Ａを回転させる回転装置４８７と、を有する。これらのうち、波長変換素子４８１Ａは、基板４８２Ａ、光拡散部４８３Ａ及び波長変換部４８４Ａを有する。
基板４８２Ａは、上記基板４８２と同様に、光拡散部４８３Ａ及び波長変換部４８４Ａを支持する円形状の基板である。この基板４８２Ａは、第１励起光及び第２励起光が透過可能な材料（例えばガラス）により形成されている。なお、光源装置４Ａにおいては、波長変換装置４８Ａに入射される第１励起光及び第２励起光は、基板４８２Ａにおいて、光拡散部４８３Ａ及び波長変換部４８４Ａの配置側とは反対側の面に入射される。
【００６２】
光拡散部４８３Ａは、本発明の第１入射部に相当し、上記光拡散部４８３と同様に、基板４８２Ａの中心側（内周側）の位置に円形状に形成されている。この光拡散部４８３Ａの一部は、上記第３照明光軸Ｂｘ３上に位置する。そして、光拡散部４８３Ａは、第１集光素子４６及び基板４８２Ａを介して入射される第１励起光を透過させる過程にて拡散させる機能を有する。このような光拡散部４８３Ａによって拡散された第１励起光は、第３集光素子４９１に入射される。
【００６３】
波長変換部４８４Ａは、上記波長変換部４８４と同様に、光拡散部４８３の外側に円環状に形成されており、当該波長変換部４８４Ａの一部は、上記第１照明光軸Ｂｘ１上に位置する。この波長変換部４８４Ａは、波長変換層４８５と、当該波長変換層４８５を挟んで基板４８２Ａとは反対側に位置する反射層４８６Ａと、を有する。
これらのうち、反射層４８６Ａは、波長変換層４８５にて生成された変換光としての蛍光を透過させ、当該波長変換層４８５にて蛍光に変換されなかった第２励起光を反射させる反射層である。すなわち、反射層４８６Ａは、黄色光領域の波長の光を透過させ、青色光領域の波長の光を反射させる。これにより、波長変換部４８４Ａから、ほぼ蛍光のみが第１照明光軸Ｂｘ１に沿って出射され、当該蛍光は、第４集光素子４９３に入射される。
【００６４】
第３集光素子４９１は、上記光拡散部４８３Ａから拡散出射された第１励起光を集光し、第３照明光軸Ｂｘ３に沿う平行光として反射部材４９２に出射する。この第３集光素子４９１は、２つのレンズ４９１１，４９１２を有するピックアップレンズ群として構成されている。しかしながら、これに限らず、第３集光素子４９１は、１つ、或いは、３つ以上のレンズを有する構成であってもよい。
反射部材４９２は、第３集光素子４９１を通過した第１励起光を反射させ、第４照明光軸Ｂｘ４と第１照明光軸Ｂｘ１との交差部分に位置する光合成素子４９４に入射させる。この反射部材４９２は、平板状のミラーとして構成されている。
【００６５】
第４集光素子４９３は、上記波長変換部４８４Ａから出射された蛍光を集光し、第１照明光軸Ｂｘ１に沿う平行光として光合成素子４９４に向けて出射する。この第４集光素子４９３は、２つのレンズ４９３１，４９３２を有するピックアップレンズ群として構成されているが、上記第３集光素子４９１と同様に、１つ、或いは、３つ以上のレンズを有する構成であってもよい。
光合成素子４９４は、ダイクロイックミラーによって構成され、反射部材４９２から入射される第１励起光を第１照明光軸Ｂｘ１に沿うように反射させるとともに、第４集光素子４９３から入射される蛍光を、第１照明光軸Ｂｘ１に沿って透過させる。これにより、当該第１励起光と蛍光とが合成された白色の照明光が、第１照明光軸Ｂｘ１上に位置する均一化装置５に入射される。
このような光源装置４Ａを備えたプロジェクターによっても、上記プロジェクター１と同様の効果を奏することができる。
【００６６】
［実施形態の変形］
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれるものである。
上記各実施形態では、光分離素子４２，４２Ａと光拡散部４８３，４８３Ａとの間の第１励起光の光路の光路長は、当該光分離素子４２，４２Ａと波長変換部４８４，４８４Ａとの間の第２励起光の光路の光路長より長いとした。しかしながら、これに限らず、光分離素子と波長変換部との間の第２励起光の光路の光路長が、光分離素子と光拡散部との間の第１励起光の光路の光路長より長くてもよい。この場合、波長変換部及び第２励起光が本発明の第１入射部及び第１光に相当し、光拡散部及び第１励起光が本発明の第２入射部及び第２光に相当する。
更に、第１入射部及び第２入射部は、入射された光を拡散する光拡散部、及び、入射された光を波長変換する波長変換部に限らず、他の特性を有する部位であってもよい。加えて、これら第１入射部及び第２入射部に入射される光は、ピーク波長が４６０ｎｍの青色光である励起光に限らず、他の波長の青色光であってもよく、更に、第１入射部及び第２入射部の機能及び特性によっては、他の光であってもよい。
【００６７】
上記各実施形態では、光源装置４，４Ａは、第１励起光を集光して光拡散部４８３，４８３Ａに入射させる第１集光素子４６と、第２励起光を集光して波長変換部４８４，４８４Ａに入射させる第２集光素子４７と、を有するとした。しかしながら、これに限らず、これら第１集光素子４６及び第２集光素子４７のうち、少なくともいずれかはなくてもよい。また、光源装置４，４Ａは、光分離素子４２，４２Ａによって分離された第１励起光を、光拡散部４８３，４８３Ａに導く反射部材４４を有するとした。しかしながら、これに限らず、第１入射部及び第２入射部が、それぞれ分離されて、同一基板上に無い場合等、反射部材４４が無い光源装置としてもよい。このように、第１入射部及び第２入射部は同一基板上に無くてもよく、上記の例では、光拡散部４８３，４８３Ａ及び波長変換部４８４，４８４Ａは、同一基板上に無く、それぞれ独立して設けられていてもよい。
【００６８】
上記各実施形態では、波長変換装置４８，４８Ａは、光拡散部４８３，４８３Ａ及び波長変換部４８４，４８４Ａが位置する基板４８２，４８２Ａを有する波長変換素子４８１，４８１Ａを、回転装置４８７によって回転させる構成であった。しかしながら、これに限らず、波長変換装置は、回転装置がなく、波長変換素子が回転されない構成としてもよい。
【００６９】
上記第１実施形態では、集光レンズ４３から光分離素子４２に入射される第１励起光（励起光ＢＬｆ）は、当該光分離素子４２から集光レンズ４３に入射された第１励起光（励起光ＢＬｐ）と略平行であるとした。しかしながら、これに限らず、これら励起光ＢＬｆ，ＢＬｐは、互いに略平行でなくてもよい。
【００７０】
上記各実施形態では、光分離素子４２，４２Ａは、ｐ偏光を透過させ、ｓ偏光を反射させる構成であった。しかしながら、これに限らず、当該光分離素子４２，４２Ａに代えて、ｓ偏光を透過させ、ｐ偏光を反射させる光分離素子を採用してもよい。
【００７１】
上記各実施形態では、光出射部４１は、光源部４１１、アフォーカル光学素子４１２、ホモジナイザー光学素子４１３及び位相差素子４１４を有する構成とした。また、光源部４１１は、複数の固体光源ＳＳが実装されたアレイ光源４１１１と、各固体光源ＳＳに応じて設けられたコリメーターレンズＣＬを有するコリメーター光学素子４１１２と、を有するとした。しかしながら、これに限らず、光出射部４１の構成は、適宜変更可能である。例えば、複数の固体光源ＳＳのうち、一部の固体光源ＳＳはｐ偏光を出射し、他の固体光源ＳＳはｓ偏光を出射する構成とすれば、位相差素子４１４は無くてもよい。また、当該複数の固体光源ＳＳは、ｓ偏光の励起光を出射するとしたが、ｐ偏光の励起光を出射する構成としてもよい。更に、ホモジナイザー光学素子４１３に代えて、ロッドインテグレーター等の他の均一化装置を採用してもよい。また、アレイ光源４１１１から出射される励起光の光束径が十分に小さい場合等においては、アフォーカル光学素子４１２は無くてもよく、当該アレイ光源４１１１の各固体光源ＳＳから出射される光が平行光であれば、コリメーター光学素子４１１２は無くてもよい。
【００７２】
上記各実施形態では、光出射部４１は、ＬＤである固体光源ＳＳを有するとした。しかしながら、これに限らず、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の他の固体光源を採用してもよい。更に、光出射部４１が有する固体光源は、複数でなくてもよく、当該固体光源の数は適宜変更可能である。
上記第１実施形態では、波長変換素子４８１は、光拡散部４８３と波長変換部４８４とがそれぞれ独立して基板４８２上に設けられていた。しかしながら、これに限らず、波長変換素子は、基板４８２の入射面４８２１に反射層が形成され、当該反射層の一部に、拡散層及び波長変換層が形成されていてもよい。例えば、波長変換素子４８１の場合では、拡散層が形成された部位が、反射層と併せて光拡散部（第１入射部及び第２入射部の一方）となり、波長変換層が形成された部位が、反射層と併せて波長変換部（第１入射部及び第２入射部の他方）となる。
【００７３】
上記各実施形態では、波長変換素子４８１，４８１Ａにおいて、光拡散部４８３，４８３Ａは、基板４８２，４８２Ａにおける内周側に位置し、波長変換部４８４，４８４Ａは、当該基板４８２，４８２Ａにおける外周側に位置するとした。しかしながら、これに限らず、基板の内周側に波長変換部が位置し、当該基板の外周側に光拡散部が位置していてもよい。一般に、波長変換部の製造コストは光拡散部の製造コストよりも高いので、上記構成によれば、波長変換部の使用量を減らすことができ、波長変換素子、ひいては、光源装置の製造コストを削減できる。
【００７４】
上記各実施形態では、プロジェクターは、３つの光変調装置７２（７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂ）を備えるとした。しかしながら、これに限らず、例えば２つ以下、或いは、４つ以上の光変調装置を備えたプロジェクターにも、本発明を適用可能である。
上記各実施形態では、画像投射装置３は、図１に示した構成及び形状を有するとした。しかしながら、これに限らず、例えば平面視略Ｌ字状やＵ字状等、他の構成及び形状を有する画像投射装置を備えるプロジェクターに、本発明を適用してもよい。
【００７５】
上記各実施形態では、光変調装置７２として、光入射面と光出射面とが異なる液晶パネルを用いていた。しかしながら、これに限らず、光変調装置は、光入射面と光出射面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いた構成としてもよい。また、入射光束を変調して画像情報に応じた画像を形成可能な光変調装置であれば、マイクロミラーを用いたデバイス、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を利用したものなど、液晶以外の光変調装置を採用してもよい。
【００７６】
上記実施形態では、本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示した。しかしながら、これに限らず、照明器具や自動車のヘッドライト等に、本発明の光源装置を適用してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１…プロジェクター、４，４Ａ…光源装置、４１…光出射部、４１１１…アレイ光源、４１１２…コリメーター光学素子、４１２…アフォーカル光学素子、４１２１，４１２２…レンズ、４１３…ホモジナイザー光学素子、４１３１…第１マルチレンズ、４１３２…第２マルチレンズ、４１４…位相差素子、４２，４２Ａ…光分離素子、４３…集光レンズ、４４…反射部材、４５…位相差素子、４６…第１集光素子、４６１，４６２…レンズ、
４７…第２集光素子、４７１，４７２…レンズ、４８，４８Ａ…波長変換装置、４８１，４８１Ａ…波長変換素子、４８２，４８２Ａ…基板、４８２１…入射面、４８３，４８３Ａ…光拡散部（第１入射部）、４８４，４８４Ａ…波長変換部（第２入射部）、４８５…波長変換層、４８６…反射層、４８７…回転装置、７２（７２Ｂ，７２Ｇ，７２Ｒ）…光変調装置、８…投射光学装置、Ａｘ１…第１照明光軸、Ａｘ２…第２照明光軸、Ａｘ３…第３照明光軸、ＢＬｐ，ＢＬｃ，ＢＬｆ…励起光（第１励起光、第１光）、ＢＬｓ…励起光（第２励起光、第２光）、ＣＬ…コリメーターレンズ、ＳＳ…固体光源、ＹＬ…蛍光（変換光）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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