(57)【要約】【課題】集光状態を改善できる照明装置を提供する。また、前記照明装置を備えるプロジェクターを提供する。【解決手段】第１の偏光状態の第１〜第４の光ビーム列を含む光を射出する光源装置と、コリメート光学系と、偏光変換部及び光路変更部を含む光線束圧縮光学系と、光強度均一化光学系と、集光レンズと、拡散光生成素子とを備える照明装置である。光路変更部は、第１の反射素子と第１、第２の偏光分離素子と第２の反射素子とがこの順に配列される。偏光変換部は、第１、第２の位相差素子を備える。第１の光ビーム列は第１の反射素子で第１の偏光分離素子に向けて反射され、第２の光ビーム列は第１の位相差素子を透過し、第３の光ビーム列は第２の位相差素子を透過し、第４の光ビーム列は第２の反射素子で第２の偏光分離素子に向けて反射される。第１の偏光分離素子は第１、第２の光ビーム列、第２の偏光分離素子は第４、第３の光ビーム列を合成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光状態の第１〜第４の光ビーム列を含む光線束を射出する光源装置と、
前記光線束が入射するコリメート光学系と、
前記コリメート光学系の後段に設けられた光線束圧縮光学系と、
前記光線束圧縮光学系の後段に設けられた光強度均一化光学系と、
前記光強度均一化光学系の後段に設けられた集光レンズと、
前記集光レンズの後段に設けられた拡散光生成素子と、を備え、
前記光線束圧縮光学系は、偏光変換部と光路変更部とを備え、
前記光路変更部は、第１の反射素子と第１の偏光分離素子と第２の偏光分離素子と第２の反射素子とがこの順に配列されてなり、
前記偏光変換部は、前記第１の偏光分離素子の上段に設けられた第１の位相差素子と、前記第２の偏光分離素子の上段に設けられた第２の位相差素子と、を備え、
前記第１〜第４の光ビーム列は、前記光線束圧縮光学系の上段においてこの順に配置されており、
前記第１の光ビーム列は前記第１の反射素子で前記第１の偏光分離素子に向けて反射され、
前記第２の光ビーム列は前記第１の位相差素子を透過し、
前記第３の光ビーム列は前記第２の位相差素子を透過し、
前記第４の光ビーム列は前記第２の反射素子で前記第２の偏光分離素子に向けて反射され、
前記第１の偏光分離素子は前記第１の光ビーム列を前記第２の光ビーム列と合成し、
前記第２の偏光分離素子は前記第４の光ビーム列を前記第３の光ビーム列と合成する
照明装置。
【請求項２】
前記光線束圧縮光学系の下段において、前記第１の光ビーム列及び前記第４の光ビーム列は前記光線束の中心部に配置されている
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第１の光ビーム列を構成する複数の光ビーム各々の断面は、前記複数の光ビームが配列されている方向に長軸方向を有しており、
前記第１の反射素子は、前記複数の光ビームが配列されている方向に長手方向を有している
請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光線束は、直線偏光からなる第５の光ビーム列をさらに含み、
前記光路変更部と前記集光レンズとの間の光路中に設けられた第３の位相差素子と、
前記第３の位相差素子と前記集光レンズとの間の光路中に設けられた第３の偏光分離素子と、をさらに備える
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項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して画像光を生成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
プロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及びプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクターに用いられる光源装置の光源として、高輝度且つ高出力な光が得られる半導体レーザーが注目されている。光源の高輝度化に伴い、半導体レーザーの数を増加させると光束幅が大きくなってしまい、集光レンズの口径が大きくなってしまう。
【０００３】
そこで、例えば、下記特許文献１には、複数の半導体レーザーを２次元的に配列したアレイ光源と、凸レンズと凹レンズとで構成され、該アレイ光源から射出された光線束の幅を調整するアフォーカル光学系とを備えたプロジェクター用の照明装置が開示されている。アフォーカル光学系により光束幅を縮小された縮小光線束は集光光学系により集光され、蛍光体層（拡散光生成素子）に入射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１３８１４８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、上記従来技術において、縮小光線束は集光光学系を構成するレンズのほぼ全領域に入射するため、縮小光線束の一部は収差の影響の大きいレンズ周辺部にも入射してしまう。これにより、蛍光体層上における光（縮小光線束）の集光状態の低下を招いてしまうおそれがあった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、集光状態を改善できる照明装置を提供することを目的の一つとする。また、前記照明装置を備えるプロジェクターを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様に従えば、第１の偏光状態の第１〜第４の光ビーム列を含む光線束を射出する光源装置と、前記光線束が入射するコリメート光学系と、前記コリメート光学系の後段に設けられた光線束圧縮光学系と、前記光線束圧縮光学系の後段に設けられた光強度均一化光学系と、前記光強度均一化光学系の後段に設けられた集光レンズと、前記集光レンズの後段に設けられた拡散光生成素子と、を備え、前記光線束圧縮光学系は、偏光変換部と光路変更部とを備え、前記光路変更部は、第１の反射素子と第１の偏光分離素子と第２の偏光分離素子と第２の反射素子とがこの順に配列されてなり、前記偏光変換部は、前記第１の偏光分離素子の上段に設けられた第１の位相差素子と、前記第２の偏光分離素子の上段に設けられた第２の位相差素子と、を備え、前記第１〜第４の光ビーム列は、前記光線束圧縮光学系の上段においてこの順に配置されており、前記第１の光ビーム列は前記第１の反射素子で前記第１の偏光分離素子に向けて反射され、前記第２の光ビーム列は前記第１の位相差素子を透過し、前記第３の光ビーム列は前記第２の位相差素子を透過し、前記第４の光ビーム列は前記第２の反射素子で前記第２の偏光分離素子に向けて反射され、前記第１の偏光分離素子は前記第１の光ビーム列を前記第２の光ビーム列と合成し、前記第２の偏光分離素子は前記第４の光ビーム列を前記第３の光ビーム列と合成する照明装置が提供される。
【０００８】
第１態様に係る照明装置では、第１の光ビーム列及び第４の光ビーム列の光路を光線束の内側にシフトすることで、光束幅を縮小した後の光線束の内側における光強度が相対的に強くなる。よって、周辺部に比べて収差の影響を受け難い集光レンズの内側に光線束の光を多く入射させることで、拡散光生成素子上における集光状態が改善される。よって、明るい拡散光を生成できる。
【０００９】
上記第１態様において、前記光線束圧縮光学系の下段において、前記第１の光ビーム列及び前記第４の光ビーム列は前記光線束の中心部に配置されているのが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、光線束圧縮光学系の下段において、光線束の中心部における光強度を相対的に強くすることができる。よって、収差の影響を受け難い集光レンズの中心部に光線束の光が多く入射するので、拡散光生成素子上における集光状態をより改善することができる。
【００１１】
上記第１態様において、前記第１の光ビーム列を構成する複数の光ビーム各々の断面は、前記複数の光ビームが配列されている方向に長軸方向を有しており、前記第１の反射素子は、前記複数の光ビームが配列されている方向に長手方向を有しているのが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、第１の反射素子の短手方向の幅が小さくなる。よって、装置構成の小型化を図ることができる。
【００１３】
上記第１態様において、前記光線束は、直線偏光からなる第５の光ビーム列をさらに含み、前記光路変更部と前記集光レンズとの間の光路中に設けられた第３の位相差素子と、前記第３の位相差素子と前記集光レンズとの間の光路中に設けられた第３の偏光分離素子と、をさらに備えるのが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、例えば、第３の位相差素子の光学軸の方向を適切に設定することにより、第３の位相差素子を透過後の第５の光ビーム列の光を、第３の偏光分離素子に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光に変換できる。これにより、拡散光生成素子に入射する光の比率を調整することができる。
【００１５】
本発明の第２態様に従えば、上記第１態様の照明装置と、前記照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。
【００１６】
第２態様に係るプロジェクターによれば、明るい照明光が得られるので、明るく画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】プロジェクターの光学系を示す概略図。
【図２】照明装置の概略構成を示す図。
【図３】光源装置の周辺構成を示す要部拡大図。
【図４Ａ】光束幅圧縮手段による縮小前の光線束を示す図。
【図４Ｂ】光束幅圧縮手段による縮小後の光線束を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１９】
まず、本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６とを備えている。
【００２０】
色分離光学系３は、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを概略備えている。
【００２１】
第１のダイクロイックミラー７ａは、照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過することによって、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。
【００２２】
第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。
【００２３】
第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２の全反射ミラー８ｂの光射出側に配置されている。第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。
【００２４】
光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。
【００２５】
光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。
【００２６】
また、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂは、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれを平行化する。
【００２７】
合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの画像光が入射する。合成光学系５は、各々が赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。
【００２８】
投射光学系６は、投射レンズ群からなり、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。
【００２９】
（照明装置）
続いて、本発明の一実施形態に係る照明装置２について説明する。
図２は照明装置２の概略構成を示す図である。図２に示すように、照明装置２は、光源装置７１と、コリメート光学系７２と、光束幅圧縮手段７３と、ホモジナイザー光学系２５と、位相差板２６ａと、偏光ビームスプリッター２７と、第１のピックアップ光学系２８と、蛍光体層を備えた蛍光体ホイール２９と、位相差板２６ｂと、第２のピックアップ光学系４１と、回転拡散素子４２と、均一照明光学系４０とを備えている。本実施形態において、偏光ビームスプリッター２７は、特許請求の範囲に記載の「第３の偏光分離素子」に相当する。以下の説明において、偏光ビームスプリッターをＰＢＳと略称する。
【００３０】
以下、図面を用いた説明において、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。図２、図３において、Ｘ方向は光源装置７１から射出される光線束を構成する光ビーム列の配列方向を規定し、Ｙ方向は光源装置７１からの光射出方向を規定し、Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向にそれぞれ直交する方向であって鉛直方向を規定する。
【００３１】
均一照明光学系４０は、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備える。なお、偏光変換素子３２は必須ではない。均一照明光学系４０は、照明光ＷＬの強度分布を被照明領域において均一化する。
【００３２】
インテグレーター光学系３１は、第１のマルチレンズアレイ３１ａ，第２のマルチレンズアレイ３１ｂから構成されている。偏光変換素子３２は、例えば、偏光分離膜と位相差板とから構成され、照明光ＷＬを直線偏光に変換する。重畳光学系３３は、例えば、重畳レンズから構成され、偏光変換素子３２から射出された照明光ＷＬを被照明領域に重畳させる。本実施形態では、インテグレーター光学系３１と重畳光学系３３とによって、被照明領域である光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの画素形成領域において均一化する。
【００３３】
光源装置７１と、コリメート光学系７２と、光束幅圧縮手段７３と、ホモジナイザー光学系２５と、位相差板２６ａと、ＰＢＳ２７と、位相差板２６ｂと、第２のピックアップ光学系４１とは、光軸ＡＸ０上に配置されている。ＰＢＳ２７と第１のピックアップ光学系２８は、光軸ＡＸ０と直交する光軸ＡＸ１上に配置されている。
【００３４】
光源装置７１は、複数の半導体レーザー２０を備える。半導体レーザー２０は、例えば青色の光ビームＢＬを射出する。本実施形態において、光源装置７１は、例えば、６行４列に配列された半導体レーザー２０を備えている（後述の図４参照）。なお、半導体レーザー２０の個数および配列は特に限定されない。半導体レーザー２０から射出される光ビームＢＬは直線偏光である。本実施形態において、半導体レーザー２０は、ＰＢＳ２７に対するＳ偏光成分の光を光ビームＢＬとして射出するようになっている。Ｓ偏光とは、特許請求の範囲に記載の「第１の偏光状態」に相当する。
【００３５】
図３は照明装置２の要部である光源装置７１およびその周辺の構成を示す拡大図であり、光源装置７１を＋Ｚ方向から視た平面図である。
図３において、Ｚ軸方向に並ぶ４本の光ビームＢＬを光ビーム列と称し、−Ｘ方向から＋Ｘ方向に向かって並ぶ６つの光ビーム列を順に光ビーム列ＢＲ１，ＢＲ５，ＢＲ２，ＢＲ３，ＢＲ６，ＢＲ４と称す。また、各光ビーム列ＢＲ１，ＢＲ５，ＢＲ２，ＢＲ３，ＢＲ６，ＢＲ４を構成する光ビームをそれぞれ光ビームＢＬ１，ＢＬ５，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ６，ＢＬ４と称す。
【００３６】
本実施形態において、光源装置７１は、各光ビーム列ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ３，ＢＲ４，ＢＲ５，ＢＲ６を含む光線束Ｋ１をコリメート光学系７２に向けて射出する。光ビーム列ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ３，ＢＲ４，ＢＲ５は特許請求の範囲の「第１〜第５の光ビーム列」にそれぞれ対応する。
【００３７】
図３に示すように、光源装置７１から射出された各光ビームＢＬはコリメート光学系７２を透過することで平行光線束に変換されて光束幅圧縮手段７３に入射する。コリメート光学系７２は、例えば、複数の半導体レーザー２０の配列に対応してアレイ状に配列された複数のコリメートレンズ７２ａから構成される。
【００３８】
本実施形態において、光束幅圧縮手段７３は、コリメート光学系７２の後段に設けられ、該コリメート光学系７２から射出されて＋Ｙ方向に進む光線束Ｋ１を＋Ｙ方向と交差するＸ方向に縮小して縮小光線束Ｋ１ｓとして射出する。光束幅圧縮手段７３から射出された縮小光線束Ｋ１ｓは、ホモジナイザー光学系２５に入射する。本実施形態において、光束幅圧縮手段７３は、特許請求の範囲に記載の「光線束圧縮光学系」に相当する。
【００３９】
本実施形態において、光束幅圧縮手段７３は、偏光変換部７４と光路変更部７５とを備える。光路変更部７５は、＋Ｘ方向に沿って順に配列される、第１の反射素子７５ａと、第１の偏光分離素子７５ｂと、第２の偏光分離素子７５ｃと、第２の反射素子７５ｄとを備えている。
【００４０】
本実施形態において、光束幅圧縮手段７３は、第１プリズム６１、第２プリズム６２及び第３プリズム６３を有する。
【００４１】
第１プリズム６１は、第１の端面（−Ｘ側の端面）６１ａと第２の端面（＋Ｘ側の端面）６１ｂと光入射面６１ｃと光射出面６１ｄとを有し、ＸＹ平面による断面が略平行四辺形状となっている。第１の反射素子７５ａは第１の端面６１ａに設けられている。光入射面６１ｃ及び光射出面６１ｄは、光軸ＡＸ０と垂直な面である。そのため、光源装置７１から射出された光ビームＢＬは光入射面６１ｃ及び光射出面６１ｄにより屈折されない。
【００４２】
第２プリズム６２は、第１の端面（−Ｘ側の端面）６２ａと第２の端面（＋Ｘ側の端面）６２ｂと光入射面６２ｃと光射出面６２ｄとを有し、ＸＹ平面による断面が略平行四辺形状となっている。第２の反射素子７５ｄは第２の端面６２ｂに設けられている。光入射面６２ｃ及び光射出面６２ｄは、光軸ＡＸ０と垂直な面である。そのため、光源装置７１から射出された光ビームＢＬは光入射面６２ｃ及び光射出面６２ｄにより屈折されない。
【００４３】
第３プリズム６３は、第１の端面（−Ｘ側の端面）６３ａと第２の端面（＋Ｘ側の端面）６３ｂと、光源装置７１に対向する第３の端面６３ｃとを有し、ＸＹ平面による断面が略三角形状となっている。第３の端面６３ｃは、光軸ＡＸ０と直交する面であり、光源装置７１からの光ビームＢＬが入射する。
【００４４】
第１プリズム６１と第２プリズム６２と第３プリズム６３とは、第１の端面６３ａが第１プリズム６１の第２の端面６１ｂと対向し、第２の端面６３ｂが第２プリズム６２の第１の端面６２ａと対向するように固定されている。プリズム６１，６２，６３は、例えば、接着層（不図示）で互いが接着されている。
【００４５】
本実施形態において、第１の偏光分離素子７５ｂは第１の端面６３ａ及び第２の端面６１ｂ間に設けられており、第２の偏光分離素子７５ｃは第２の端面６３ｂ及び第１の端面６２ａ間に設けられている。
【００４６】
第１の反射素子７５ａ及び第２の反射素子７５ｄは、光ビームＢＬを反射する反射部材、例えば、ミラー等から構成される。第１の反射素子７５ａは、光軸ＡＸ０に対して４５°の角度をなすように配置される。本実施形態において、第１の反射素子７５ａは、光ビーム列ＢＲ１の光路上に配置されている。
【００４７】
本実施形態において、半導体レーザー２０から射出された光ビームＢＬの断面が楕円形状となっている（図４参照）。具体的に、光ビーム列ＢＲ１を構成する複数の光ビームＢＬ１各々の断面は、複数の光ビームＢＬ１の配列方向（Ｚ方向）に長軸方向を有している。
【００４８】
本実施形態において、第１の反射素子７５ａは、複数の光ビームＢＬ１が配列されている方向（Ｚ方向）に長手方向を有している。
この構成によれば、例えば、複数の光ビームＢＬ１各々の断面が複数の光ビームＢＬ１の配列方向（Ｚ方向）に短軸方向を有する場合に比べて、第１の反射素子７５ａの短手方向の幅を小さくできる。
【００４９】
また、第２の反射素子７５ｄは、光軸ＡＸ０に対して−４５°の角度をなすように配置される。本実施形態において、第２の反射素子７５ｄは光ビーム列ＢＲ４の光路上に配置されている。
【００５０】
第１の偏光分離素子７５ｂ及び第２の偏光分離素子７５ｃは、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）から構成される。第１の偏光分離素子７５ｂは、第１の反射素子７５ａと平行、すなわち、光軸ＡＸ０に対して−４５°の角度をなすように配置される。本実施形態において、第１の偏光分離素子７５ｂは、光ビーム列ＢＲ２の光路上に配置されている。
【００５１】
また、第２の偏光分離素子７５ｃは、第２の反射素子７５ｄと平行、すなわち、光軸ＡＸ０に対して４５°の角度をなすように配置される。本実施形態において、第２の偏光分離素子７５ｃは、光ビーム列ＢＲ３の光路上に配置されている。
【００５２】
偏光変換部７４は、第１の位相差素子７４ａと、第２の位相差素子７４ｂとを有する。第１の位相差素子７４ａは、第１の偏光分離素子７５ｂの上段（−Ｙ側）に設けられた１／２波長板からなる。すなわち、第１の位相差素子７４ａは、光ビーム列ＢＲ２の光路において第１の偏光分離素子７５ｂの上段に位置する第３の端面６３ｃ上に設けられている。
【００５３】
第２の位相差素子７４ｂは、第２の偏光分離素子７５ｃの上段（−Ｙ側）に設けられた１／２波長板からなる。すなわち、第２の位相差素子７４ｂは、光ビーム列ＢＲ３の光路において第２の偏光分離素子７５ｃの上段に位置する第３の端面６３ｃ上に設けられている。
なお、第１の位相差素子７４ａ及び第２の位相差素子７４ｂは、一枚の１／２波長板から構成されていても良い。
【００５４】
このような構成に基づき、光ビームＢＬ１は、第１の反射素子７５ａにより＋Ｘ方向に反射され、第１の偏光分離素子７５ｂに入射する。光ビームＢＬ１はＳ偏光であるため、第１の偏光分離素子７５ｂにより＋Ｙ方向に反射される。
【００５５】
光ビームＢＬ２は第１の位相差素子７４ａを透過することでＰ偏光に変換され、第１の偏光分離素子７５ｂに入射する。Ｐ偏光である光ビームＢＬ２は第１の偏光分離素子７５ｂを透過して＋Ｙ方向に向かって進む。このようにして、第１の偏光分離素子７５ｂは、Ｓ偏光からなる光ビーム列ＢＲ１（光ビームＢＬ１）とＰ偏光からなる光ビーム列ＢＲ２（光ビームＢＬ２）とを合成する。図３では、図を見易くするため、第１の偏光分離素子７５ｂにおける光ビーム列ＢＲ１，ＢＲ２の入射位置をＸ方向にずらして表示している。
【００５６】
光ビームＢＬ３は第２の位相差素子７４ｂを透過することでＰ偏光に変換され、第２の偏光分離素子７５ｃに入射する。Ｐ偏光である光ビームＢＬ３は第２の偏光分離素子７５ｃを透過して＋Ｙ方向に向かって進む。
【００５７】
光ビームＢＬ４は、第２の反射素子７５ｄにより−Ｘ方向に向けて反射され、第２の偏光分離素子７５ｃに入射する。光ビームＢＬ４はＳ偏光であるため、第２の偏光分離素子７５ｃにより＋Ｙ方向に向けて反射される。このようにして、第２の偏光分離素子７５ｃは、Ｐ偏光からなる光ビーム列ＢＲ３（光ビームＢＬ３）とＳ偏光からなる光ビーム列ＢＲ４（光ビームＢＬ４）とを合成する。図３では、図を見易くするため、第２の偏光分離素子７５ｃにおける光ビーム列ＢＲ３，ＢＲ４の入射位置をＸ方向にずらして表示している。
【００５８】
光ビームＢＬ５は、第１プリズム６１のＸ方向における第１の反射素子７５ａと第１の偏光分離素子７５ｂとの間に入射する。そのため、光ビームＢＬ５は第１プリズム６１を透過して光射出面６１ｄから射出される。
【００５９】
光ビームＢＬ６は、第２プリズム６２のＸ方向における第２の偏光分離素子７５ｃと第２の反射素子７５ｄとの間に入射する。そのため、光ビームＢＬ６は第２プリズム６２を透過して光射出面６２ｄから射出される。
【００６０】
図４は光束幅圧縮手段７３による光線束Ｋ１の縮小を示す図であり、図４Ａは縮小前の光線束Ｋ１を示し、図４Ｂは縮小後の縮小光線束Ｋ１ｓを示す図である。
【００６１】
光源装置７１から射出された光ビーム列ＢＲ１は、図４Ａに示すように、光束幅圧縮手段７３により＋Ｘ方向にシフトされる。これにより、縮小後、光ビーム列ＢＲ１は、図４Ｂに示すように、光ビーム列ＢＲ５と光ビーム列ＢＲ３との間に位置する。本実施形態において、光ビーム列ＢＲ１は、Ｚ方向から平面視した際、光ビーム列ＢＲ２と重なる位置に配置されている。光ビーム列ＢＲ１は、縮小光線束Ｋ１ｓのＸ方向における中心部に配置されている。
【００６２】
また、光源装置７１から射出された光ビーム列ＢＲ４は、図４Ａに示すように、光束幅圧縮手段７３により−Ｘ方向にシフトされる。これにより、縮小後、光ビーム列ＢＲ４は、図４Ｂに示すように、光ビーム列ＢＲ２と光ビーム列ＢＲ６との間に位置する。本実施形態において、光ビーム列ＢＲ４は、Ｚ方向から平面視した際、光ビーム列ＢＲ３と重なる位置に配置されている。光ビーム列ＢＲ４は、縮小光線束Ｋ１ｓのＸ方向における中心部に配置されている。
【００６３】
以上のようにして、光束幅圧縮手段７３は、図３に示したように、光束幅Ｗ１の光線束Ｋ１を光束幅Ｗ２の縮小光線束Ｋ１ｓに変換する。縮小光線束Ｋ１ｓの進行方向は、光線束Ｋ１が光束幅圧縮手段７３に入射した際と略同じである。
【００６４】
縮小光線束Ｋ１ｓにおいて、４つの光ビーム列ＢＲ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４がＸ方向の中心部に位置している。そのため、縮小光線束Ｋ１ｓは、中心部における光強度が他の部分における光強度に比べて相対的に強くなっている。
【００６５】
光束幅圧縮手段７３により光束幅が縮小された縮小光線束Ｋ１ｓは、該光束幅圧縮手段７３の後段に設けられたホモジナイザー光学系２５に入射する。ホモジナイザー光学系２５は、光束幅圧縮手段７３から射出された縮小光線束Ｋ１ｓの強度分布を、被照明領域において均一にする。ホモジナイザー光学系２５は、例えば第１のマルチレンズアレイ２５ａ，第２のマルチレンズアレイ２５ｂから構成されている。第１のマルチレンズアレイ２５ａは、等ピッチで配列された複数のレンズ２５ａｍを有する。また、第２のマルチレンズアレイ２５ｂは、上記レンズ２５ａｍと同じピッチで配列された複数のレンズ２５ｂｍを有する。本実施形態において、ホモジナイザー光学系２５は、特許請求の範囲に記載の「光強度均一化光学系」に相当する。
【００６６】
位相差板２６ａは、例えば回転可能とされた１／２波長板である。光束幅圧縮手段７３から射出された縮小光線束Ｋ１ｓは直線偏光であるため、１／２波長板の光学軸の方向を適切に設定することにより、縮小光線束Ｋ１ｓを、ＰＢＳ２７に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光とすることができる。本実施形態において、位相差板２６ａは、特許請求の範囲に記載の「第３の位相差素子」に相当する。
【００６７】
ＰＢＳ２７は、光軸ＡＸ０および光軸ＡＸ１に対して４５°の角度をなすように配置されている。ＰＢＳ２７は、入射光のうちのＳ偏光成分を反射させ、入射光のうちのＰ偏光成分を透過させる。Ｓ偏光成分は、ＰＢＳ２７で反射して蛍光体ホイール２９に向かう。Ｐ偏光成分は、ＰＢＳ２７を透過して回転拡散素子４２に向かう。
【００６８】
本実施形態においては、図４Ｂに示したように、縮小光線束Ｋ１ｓの中心部にＳ偏光の光ビーム列ＢＲ１及び光ビーム列ＢＲ４とＰ偏光の光ビーム列ＢＲ２及び光ビーム列ＢＲ３とを集めて配置している。また、縮小光線束Ｋ１ｓの周辺部にはＳ偏光の光ビーム列ＢＲ５及び光ビーム列ＢＲ６を配置している。すなわち、縮小光線束Ｋ１ｓは、中心部がＳ偏光とＰ偏光とを同じ割合で含む光で構成され、周辺部がＳ偏光のみを含む光で構成されている。
【００６９】
そのため、位相差板２６ａを透過した縮小光線束Ｋ１ｓにおいて、周辺部におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分との比率は位相差板２６ａの光学軸の回転角に応じて変化する。しかし、中心部におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分との比率は変化しない。
【００７０】
したがって、縮小光線束Ｋ１ｓの中心部の光は、ＰＢＳ２７によりＳ偏光の光線ＢＬｓとＰ偏光の光線ＢＬｐとに同じ割合で分離される。一方、縮小光線束Ｋ１ｓの周辺部の光は、ＰＢＳ２７によりＳ偏光の光線ＢＬｓとＰ偏光の光線ＢＬｐとに所定の割合で分離される。そのため、ＰＢＳ２７によって生成されたＳ偏光の光線ＢＬｓ及びＰ偏光の光線ＢＬｐはいずれも、相対的に中心部の光強度が強くなっている。
【００７１】
ＰＢＳ２７により生成されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１のピックアップ光学系２８に入射する。第１のピックアップ光学系２８は、光線ＢＬｓを蛍光体ホイール２９上の蛍光体層４７に向けて集光させる。第１のピックアップ光学系２８は、例えば第１のピックアップレンズ２８ａ，第２のピックアップレンズ２８ｂから構成されている。本実施形態において、第１のピックアップレンズ２８ａ及び第２のピックアップレンズ２８ｂは、特許請求の範囲に記載の「集光レンズ」に相当する。
【００７２】
第１のピックアップ光学系２８から射出された光は、蛍光体ホイール２９に入射する。蛍光体ホイール２９は、反射型の回転蛍光板であり、蛍光光（拡散光）を発する蛍光体層４７と、蛍光体層４７を支持する回転板４９と、蛍光体層４７と回転板４９との間に設けられた蛍光光を反射する反射膜（図示略）と、回転板４９を駆動する駆動モーター５０と、を有する。回転板４９としては、例えば円板が用いられるが、回転板４９の形状は円板に限定されず、平板であればよい。
【００７３】
蛍光体層４７は、光線ＢＬｓを吸収して黄色の蛍光ＹＬに変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよく、２種以上の材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いてもよい。本実施形態において、蛍光体層４７は、特許請求の範囲に記載の「拡散光生成素子」に相当する。
【００７４】
ところで、一般的に、レンズの周辺部において、収差の影響が大きい。そのため、レンズの周辺部に入射した光は集光状態が低下してしまう。蛍光体層４７において蛍光を効率良く生成するためには、第１のピックアップレンズ２８ａ及び第２のピックアップレンズ２８ｂにおいて、収差の影響が大きくなる周辺部に光を入射させないことが重要となる。
【００７５】
本実施形態の照明装置２によれば、縮小光線束Ｋ１ｓから生成されたＳ偏光の光線ＢＬｓが第１のピックアップ光学系２８（第１及び第２のピックアップレンズ２８ａ，２８ｂ）に入射するようになっている。Ｓ偏光の光線ＢＬｓは、縮小光線束Ｋ１ｓと同様、中心部の光強度が相対的に強い。そのため、第１及び第２のピックアップレンズ２８ａ，２８ｂにおいて、収差の影響の小さいレンズ中心部における入射光量が多くなり、収差の影響の大きいレンズ周辺部における入射光量が少なくなる。
【００７６】
したがって、光線ＢＬｓは収差の影響を受け難くなるので、第１のピックアップ光学系２８による蛍光体層４７への集光状態を改善することができる。よって、蛍光体層４７において蛍光ＹＬを効率良く生成することができる。
【００７７】
また、Ｓ偏光の光線ＢＬｓは、位相差板２６ａの光学軸の回転角を調整することによって中心部の光強度を一定に保った状態で周辺部の光強度のみを変化させることができる。そのため、第１のピックアップ光学系２８による収差の影響を抑えつつ、蛍光ＹＬの明るさを調整することができる。
【００７８】
なお、例えば、第１及び第２のピックアップレンズ２８ａ，２８ｂにおいて縮小光線束Ｋ１ｓが入射しない部分（周辺部分）を例えば研削等により除去することで第１のピックアップ光学系２８を小型化することもできる。
【００７９】
一方、ＰＢＳ２７により生成されたＰ偏光の光線ＢＬｐは位相差板２６ｂに入射する。位相差板２６ｂは１／４波長板である。光線ＢＬｐは、位相差板２６ｂを透過することによって円偏光（例えば、右回りの円偏光）の光線ＢＬｃ１に変換される。位相差板２６ｂを透過した光線ＢＬｃ１は、第２のピックアップ光学系４１に入射する。第２のピックアップ光学系４１は、入射光を回転拡散素子４２に向けて集光させる。第２のピックアップ光学系４１は、例えば第１のピックアップレンズ４１ａ、第２のピックアップレンズ４１ｂから構成されている。本実施形態において、第１のピックアップレンズ４１ａ及び第２のピックアップレンズ４１ｂは、特許請求の範囲に記載の「集光レンズ」に相当する。
【００８０】
回転拡散素子４２は、拡散反射板５２と、拡散反射板５２を回転させるための駆動モーター５３と、を備えている。拡散反射板５２は、第２のピックアップ光学系４１から射出された円偏光の光線ＢＬｃ１をＰＢＳ２７に向けて拡散反射させる。拡散反射板５２は、拡散反射板５２に入射した光線ＢＬｃ１をランバート反射させることが好ましい。駆動モーター５０の回転軸は、光軸ＡＸ０と略平行に配置されている。これにより、拡散反射板５２は、拡散反射板５２に入射する光の光軸に交差する面内で回転可能となっている。拡散反射板５２は、回転軸の方向から見て、例えば円形に形成されているが、拡散反射板５２の形状は円板に限定されず、平板であればよい。本実施形態において、拡散反射板５２は、特許請求の範囲に記載の「拡散光生成素子」に相当する。
【００８１】
拡散反射板５２によって反射された円偏光（例えば、左回りの円偏光）の光線ＢＬｃ２（拡散光）は、第２のピックアップ光学系４１及び位相差板２６ｂを再度透過して、Ｓ偏光の光線ＢＬｐ１となる。
【００８２】
ところで、本実施形態において、縮小光線束Ｋ１ｓから分離されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、縮小光線束Ｋ１ｓと同様、中心部の光強度が相対的に強くなっている。すなわち、位相差板２６ｂを透過した円偏光の光線ＢＬｃ１も、中心部の光強度が相対的に強い。
【００８３】
そのため、光線ＢＬｃ１は、第１及び第２のピックアップレンズ４１ａ，４１ｂにおいて、収差の影響の小さいレンズ中心部への入射光量が多くなり、収差の影響の大きいレンズ周辺部への入射光量が少なくなる。
【００８４】
光線ＢＬｃ１は収差の影響を受け難くなるので、第２のピックアップ光学系４１による回転拡散素子４２への集光状態を改善できる。したがって、回転拡散素子４２において光線ＢＬｃ２（拡散光）が効率良く生成されるので、Ｓ偏光の光線ＢＬｐ１を効率良く生成することができる。
【００８５】
また、Ｐ偏光の光線ＢＬｐ（光線ＢＬｃ１）は、位相差板２６ａの光学軸の回転角を調整することによって中心部の光強度を一定に保った状態で周辺部の光強度のみを変化させることができる。そのため、第２のピックアップ光学系４１による収差の影響を抑えつつ、光線ＢＬｃ２（拡散光）の明るさを調整することができる。
【００８６】
蛍光体層４７から射出された黄色の蛍光ＹＬと、回転拡散素子４２から射出された光線ＢＬｐ１（青色光）とは、ＰＢＳ２７によって合成され、白色の照明光ＷＬとなる。照明光ＷＬは、図２に示す均一照明光学系４０に入射する。
【００８７】
本実施形態の照明装置２によれば、第１及びのピックアップ光学系２８，４１において収差の影響の小さい中心部分に光を多く入射させることで、蛍光体層４７及び拡散反射板５２への集光状態を改善することができる。よって、蛍光体層４７において明るい蛍光ＹＬを生成するとともに回転拡散素子４２において明るい光線ＢＬｃ２（拡散光）を生成することで明るい照明光ＷＬを照明することができる。よって、この照明装置２を備えたプロジェクター１によれば、明るい画像を表示することができる。
【００８８】
（変形例）
上記実施形態の光束幅圧縮手段７３は、第１及び第２の反射素子７５ａ，７５ｄと、第１及び第２の偏光分離素子７５ｂ，７５ｃと、第１及び第２の位相差素子７４ａ，７４ｂと、をプリズム（第１〜第３プリズム６１，６２，６３）で保持する構成を例に挙げたが、光束幅圧縮手段の構成はこれに限定されない。
【００８９】
例えば、プリズムを用いずに、第１及び第２の反射素子７５ａ，７５ｄと、第１及び第２の偏光分離素子７５ｂ，７５ｃと、第１及び第２の位相差素子７４ａ，７４ｂとのみを用いて光束幅圧縮手段７３Ａを構成しても良い。この場合、第１及び第２の反射素子７５ａ，７５ｄとしてはＺ方向に長手を有する短冊状のミラーを用いれば良い。第１及び第２の偏光分離素子７５ｂ，７５ｃとしてはＺ方向に長手を有する短冊状のＰＢＳを用いれば良い。なお、第１及び第２の反射素子７５ａ，７５ｄと第１及び第２の偏光分離素子７５ｂ，７５ｃとは、例えば、不図示の照明装置２の筐体に保持される。また、第１及び第２の位相差素子７４ａ，７４ｂは不図示の筐体に保持されても良いし、第１及び第２の偏光分離素子７５ｂ，７５ｃに不図示の接着剤を介して固定しても良い。
【００９０】
なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００９１】
例えば、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの液晶光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。
【００９２】
また、上記実施形態では本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１…プロジェクター、２…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、２５…ホモジナイザー光学系、２６ａ…位相差板（第３の位相差素子）、２７…ＰＢＳ（第３の偏光分離素子）、２８ａ…第１のピックアップレンズ（集光レンズ）、２８ｂ…第２のピックアップレンズ（集光レンズ）、４１ａ…第１のピックアップレンズ（集光レンズ）、４１ｂ…第２のピックアップレンズ（集光レンズ）、４７…蛍光体層（拡散光生成素子）、５２…拡散反射板（拡散光生成素子）、７１…光源装置、７３，７３Ａ…光束幅圧縮手段（光線束圧縮光学系）、７４…偏光変換部、７４ａ…第１の位相差素子、７４ｂ…第２の位相差素子、７５…光路変更部、７５ａ…第１の反射素子、７５ｂ…第１の偏光分離素子、７５ｃ…第２の偏光分離素子、７５ｄ…第２の反射素子、ＢＲ１…光ビーム列（第１の光ビーム列）、ＢＲ２…光ビーム列（第２の光ビーム列）、ＢＲ３…光ビーム列（第３の光ビーム列）、ＢＲ４…光ビーム列（第４の光ビーム列）、ＢＲ５…光ビーム列（第５の光ビーム列）、Ｋ１…光線束、Ｋ１ｓ…縮小光線束。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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