(57)【要約】【課題】小型化可能な照明装置の提供を目的とする。【解決手段】第１の偏光成分を含む第１の光を射出する光源装置と、光軸方向を一致させて配置された第１のレンズおよび第２のレンズを有し、第１の光の光束径を縮小するアフォーカル光学系と、第１の光を通過させて、第１の偏光成分および第１の偏光成分に直交する第２の偏光成分を含む第２の光とする偏光調整素子と、第２の光を第１の偏光成分の光と第２の偏光成分の光とに分離する偏光分離素子と、偏光分離素子で分離された光のうち一方が入射する拡散素子と、偏光分離素子で分離された光のうち他方が入射する蛍光発光素子と、を備える。また、偏光調整素子は、第１のレンズと第２のレンズとの間に位置する、照明装置。【選択図】図６
2019028361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光成分を含む第１の光を射出する光源装置と、
光軸方向を一致させて配置された第１のレンズおよび第２のレンズを有し、前記第１の光の光束径を縮小するアフォーカル光学系と、
前記第１の光を通過させて、前記第１の偏光成分および前記第１の偏光成分に直交する第２の偏光成分を含む第２の光とする偏光調整素子と、
前記第２の光を前記第１の偏光成分の光と前記第２の偏光成分の光とに分離する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子で分離された光のうち一方が入射する拡散素子と、
前記偏光分離素子で分離された光のうち他方が入射する蛍光発光素子と、を備え、
前記偏光調整素子が、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に位置する、
照明装置。
【請求項２】
前記光源装置が射出する光は青色光であり、
前記蛍光発光素子が波長変換して射出する光は黄色光である、
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記偏光調整素子を前記第１の光の中心軸に交差する面内で回転させて前記第２の光における前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分との比率を調整する偏光調整機構を備える、
請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記偏光分離素子と前記拡散素子との間の光路中に配置される集光光学系を備え、
前記拡散素子には、前記偏光分離素子で分離された前記第２の偏光成分の光が前記集光光学系により集光されて入射する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記偏光分離素子は、前記第１の偏光成分の光を反射し、前記第２の偏光成分の光を透過させ、
前記拡散素子には、前記偏光分離素子を透過した前記第２の偏光成分の光が入射し、
前記蛍光発光素子には、前記偏光分離素子で反射した前記第１の偏光成分の光が入射する、
請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記偏光分離素子は、前記第１の偏光成分の光を透過し、前記第２の偏光成分の光を反射し、
前記拡散素子には、前記偏光分離素子で反射した前記第２の偏光成分の光が入射し、
前記蛍光発光素子には、前記偏光分離素子を透過した前記第１の偏光成分の光が入射する、
請求項４に記載の照明装置。
【請求項７】
前記偏光調整素子が、１／２波長板である、
請求項１〜６の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記偏光調整素子が、１／４波長板である、
請求項１〜６の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出される光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形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、照明装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体レーザーを備える固体光源ユニット、ダイクロイックミラー、蛍光発光板、および偏光方向変換部を含む光源装置が開示されている。この光源装置において、固体光源ユニットから射出された直線偏光する。直線偏光する光は、光束径を縮小する一対のレンズと入射する直線偏光の偏光方向を変換する位相差板とを通過してダイクロイックミラーに入射する。ダイクロイックミラーに入射した光は、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とに偏光分離される。Ｓ偏光成分は、蛍光発光板を励起し蛍光を発光させ、Ｐ偏光成分は、偏光方向変換部により偏光に変換され、ダイクロイックミラーにより反射される。これにより、蛍光発光板からの色光と偏光方向変換部からの色光とがダイクロイックミーで合成されて射出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３７７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダイクロイックミラーに入射する光の光束径を縮小する一対のレンズは、アフォーカル光学系と呼ばれる。アフォーカル光学系の一対のレンズは、光束を十分に縮小させるために十分に離間して配置する必要がある。アフォーカル光学系の一対のレンズの間の隙間は、他の部品を配置できないデッドスペースとなり、照明装置を肥大化させる要因の一つとなっていた。
【０００５】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、小型化可能な照明装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の照明装置は、第１の偏光成分を含む第１の光を射出する光源装置と、光軸方向を一致させて配置された第１のレンズおよび第２のレンズを有し、前記第１の光の光束径を縮小するアフォーカル光学系と、前記第１の光を通過させて、前記第１の偏光成分および前記第１の偏光成分に直交する第２の偏光成分を含む第２の光とする偏光調整素子と、前記第２の光を前記第１の偏光成分の光と前記第２の偏光成分の光とに分離する偏光分離素子と、前記偏光分離素子で分離された光のうち一方が入射する拡散素子と、前記偏光分離素子で分離された光のうち他方が入射する蛍光発光素子と、を備え、前記偏光調整素子が、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に位置する。
【０００７】
上記の構成によれば、偏光調整素子がアフォーカル光学系の第１のレンズと第２のレンズとの間に配置されている。このため、偏光調整素子をアフォーカル光学系の後段に配置する従来構造と比較して、偏光調整素子を配置するスペースだけ照明装置を小型化することができる。
また、アフォーカル光学系は、平行光を入射させて光束径を縮小させた平行光を射出する。したがって、第１のレンズと第２のレンズとの間に位置する偏光調整素子には、非平行光が入射する。より具体的には、偏光調整素子に入射する第１の光の入射角は、第１の光の中心軸から離れるに従い大きくなる。偏光調整素子を透過する光は、偏光調整素子内における透過距離に依存して偏光状態が変化する。すなわち、偏光調整素子に非平行光が入射すると、入射角に応じて偏光状態が変わる。より具体的には、偏光調整素子への第１の偏光成分の光の入射角が大きくなると、第２の光における第２の偏光成分の比率が増加する。したがって、上記の構成によれば、中心軸から外側に向かうに従い第２の偏光成分の比率を増加させた第２の光が形成される。これにより、拡散素子又は蛍光発光素子に入射する光として中心軸から離れるに従い強い光を入射させることができ、結果的に良好な拡散性を得ることができる。
【０００８】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記光源装置が射出する光は青色光であり、前記蛍光発光素子が波長変換して射出する光は黄色光である、構成としてもよい。
【０００９】
上記の構成によれば、拡散素子から出射する光を青色光とし、蛍光発光素子から出射する光を黄色光とすることができる。このため、拡散素子から出射する光（青色光）と、蛍光発光素子から出射する光（黄色光）とを合成することで、白色光を形成することができる。
【００１０】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記偏光調整素子を前記第１の光の中心軸に交差する面内で回転させて前記第２の光における前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分との比率を調整する偏光調整機構を備える構成としてもよい。
【００１１】
上記の構成によれば、偏光分離素子で分離され拡散素子と蛍光発光素子とに入射する光の比率を調整できる。これにより、拡散素子および蛍光発光素子から射出される光の比率を調整し、各部の経時劣化に起因する明るさの低下を抑制する調整を行うことができる。また、光源装置から射出される光が青色光であり、蛍光発光素子が波長変換して射出する光が黄色光である場合には、偏光調整機構によって拡散素子および蛍光発光素子に入射する光の比率を調整することで、合成されて形成される白色光の色温度を調整できる。
【００１２】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記偏光分離素子と前記拡散素子との間の光路中に配置される集光光学系を備え、前記拡散素子には、前記偏光分離素子で分離された前記第２の偏光成分の光が前記集光光学系により集光されて入射する構成としてもよい。
【００１３】
上記の構成によれば、拡散素子には集光光学系によって集光された第２の偏光成分の光が入射する。拡散素子に入射する第２の偏光成分の光は、光軸から離れるに従って、入射角が大きくなる。また、偏光調整素子の作用により、第２の偏光成分の光は、光軸から離れるに従い強くなる。さらに、本発明者らの鋭意検討により、拡散素子に光を入射させる場合、入射角を大きくすることで、拡散素子の拡散特性が小さい場合であっても理想的なランバート拡散に近い拡散を実現できることが分かった。一般的に、拡散素子の拡散特性は、大きくすればするほど理想的なランバート特性を得ることができる一方で、後方散乱が多くなるなどの欠点がある。上記の構成によれば、拡散素子に入射する光のうち、入射角が大きな光の比率を増加させることで、拡散素子の拡散特性を大きくすることなく、拡散素子による拡散をランバート拡散に近づけることができる。
【００１４】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記偏光分離素子は、前記第１の偏光成分の光を反射し、前記第２の偏光成分の光を透過させ、前記拡散素子には、前記偏光分離素子を透過した前記第２の偏光成分の光が入射し、前記蛍光発光素子には、前記偏光分離素子で反射した前記第１の偏光成分の光が入射する構成としてもよい。
【００１５】
上記の構成によれば、偏光分離素子で反射した光によって蛍光発光体素子を励起させ、偏光分離素子を透過した光を拡散素子に入射させる構造を採用できる。また、上記の構成によれば、拡散素子に第２の偏光成分の光を入射させることができる。偏光調整素子の作用により、第２の偏光成分の光は、光軸から離れるに従い強くなるため、このような光を拡散素子に入射させることで、拡散素子による拡散をランバート拡散に近づけることができる。
【００１６】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記偏光分離素子は、前記第１の偏光成分の光を透過し、前記第２の偏光成分の光を反射し、前記拡散素子には、前記偏光分離素子で反射した前記第２の偏光成分の光が入射し、前記蛍光発光素子には、前記偏光分離素子を透過した前記第１の偏光成分の光が入射する構成としてもよい。
【００１７】
上記の構成によれば、偏光分離素子を透過した光によって蛍光発光体素子を励起させ、偏光分離素子で反射した光を拡散素子に入射させる構造を採用できる。また、上記の構成によれば、拡散素子に第２の偏光成分の光を入射させることができる。偏光調整素子の作用により、第２の偏光成分の光は、光軸から離れるに従い強くなるため、このような光を拡散素子に入射させることで、拡散素子による拡散をランバート拡散に近づけることができる。
【００１８】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記偏光調整素子が、１／２波長板である構成としてもよい。
【００１９】
上記の構成によれば、１／２波長板を用いることで、第２の光の第２の偏光成分の比率を０％〜１００％の間で調整できる。したがって、偏光分離素子の反射および透過によって第１の偏光成分と第２の偏光成分とを分離させる場合、偏光分離素子を透過および反射する光の比率を自由に調整できる。一般的に、偏光分離素子で分離された光のうち１０％〜３０％の光を拡散素子に入射させ、７０％〜９０％の光を蛍光発光素子に入射させることで、合成させた光を白色とする。上記の構成によれば、第１の偏光成分の比率を如何なる比率にも調整できるため、偏光分離素子に対する拡散素子および蛍光発光素子の配置を自由に設定することができる。
【００２０】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記偏光調整素子が、１／４波長板である構成としてもよい。
【００２１】
上記の構成によれば、１／４波長板を用いることで、第１の光の第２の偏光成分の比率を０％〜５０％の間で調整できる。したがって、１／４波長板を第１の光の中心軸に交差する面内で１回転させても第２の偏光成分の比率は、０％〜５０％の範囲でしか変化しない。このため、１／４波長板は、回転角度に対する偏光成分の比率の変化の感度が、１／２波長板と比較して鈍い。偏光調整素子として１／４波長板を用いることで、第２の偏光成分の比率の繊細な調整が可能となる。
【００２２】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、前記照明装置から射出される光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形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、を備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置を備えたことにより、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す平面図である。
【図２】図２は、第１実施形態の照明装置を示す概略構成図である。
【図３】図３は、第１実施形態の照明装置において第１の位相差板に入射する光の光路を模式的に示す図である。
【図４】図４は、入射角に応じた１／４波長板の偏光変換効率を表すグラフである。
【図５】図５は、第１実施形態の照明装置において拡散反射素子および拡散反射素子に入射する光の光路を模式的に示す図である。
【図６】図６は、入射角が０°の光線束を拡散素子に入射させる場合の拡散角度分布を示すグラフである。
【図７】図７は、入射角が＋５０°および−５０°の２つの光線束を拡散素子に入射させる場合の拡散角度分布を示すグラフである。
【図８】図８は、第１実施形態の第２の位相差板として使用可能な１／２波長板および１／４波長板の遅相軸の角度と偏光変換効率を表すグラフである。
【図９】図９は、第２実施形態の照明装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、半導体レーザーを用いた照明装置を備えた液晶プロジェクターの一例である。
以下の説明で用いる図面は、特徴を見やすくするために、一部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。
【００２６】
［プロジェクター］
まず、図１に示すプロジェクター１の一例について説明する。
図１は、プロジェクター１の概略構成を示す平面図である。
【００２７】
本実施形態のプロジェクター１は、スクリーン（被投射面）ＳＣＲ上にカラー映像（画像）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、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。プロジェクター１は、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー（レーザー光源）を用いている。
【００２８】
具体的に、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、を概略備えている。
【００２９】
色分離光学系３は、白色の照明光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および第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および第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂと、を概略備えている。
【００３０】
第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）とに分離する機能を有する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過するとともに、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、分離された緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過する。
【００３１】
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および第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に向けて反射する。
なお、緑色光ＬＧの光路中には、全反射ミラーを配置する必要はなく、緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂにより光変調装置４Ｇに向けて反射される。
【００３２】
第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの光射出側に配置されている。第１のリレーレンズ９ａおよび第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。
【００３３】
光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを通過させる間に、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを通過させる間に、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを通過させる間に、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。
【００３４】
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、各液晶パネルの入射側および射出側それぞれには、偏光板（図示せず）が配置されている。
【００３５】
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、それぞれの光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢを平行化する。
【００３６】
合成光学系５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、入射した画像光を合成し、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。
【００３７】
投射光学系６は、投射レンズ群から構成されている。投射光学系６は、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（画像）が表示される。
【００３８】
［照明装置］
次に、照明装置２に用いられる本発明の一つの態様を適用した照明装置の具体的な実施形態について説明する。
図２は、第１実施形態の照明装置を示す概略構成図である。
【００３９】
照明装置２は、アレイ光源（光源装置）２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１の位相差板（偏光調整素子）２８ａと、偏光調整機構２８ｃと、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０を含む光学素子２５Ａと、第１のピックアップ光学系２６と、蛍光発光素子２７と、第２の位相差板２８ｂと、第２のピックアップ光学系（集光光学系）２９と、拡散反射素子（拡散素子）３０と、均一照明光学系４０と、を備える。
【００４０】
アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１の位相差板２８ａと、ホモジナイザー光学系２４と、光学素子２５Ａと、第２の位相差板２８ｂと、第２のピックアップ光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。蛍光発光素子２７と、第１のピックアップ光学系２６と、光学素子２５Ａとは、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内において互いに直交する。
【００４１】
アレイ光源２１は、複数の半導体レーザー２１ａを備えている。複数の半導体レーザー２１ａは、光軸ａｘ１と直交する同一面２１ｃ内において、アレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー２１ａは、直線偏光の青色光からなる第１の光ビーム（第１の光）ＢＬ１を射出する。第１の光ビームＢＬ１は、第１の偏光成分を含む。なお、第１の光ビームＢＬ１は、第１の偏光成分に加えて、第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分を含んでいてもよい。
後述するように、第１の第１の光ビームＢＬ１の一部は、偏光分離素子５０により分離されて蛍光体層３４の励起光となる。また、第１の光ビームＢＬ１の他の一部は、偏光分離素子５０により分離され、拡散反射素子３０を経て画像表示用の青色光となる。
【００４２】
アレイ光源２１から射出された第１の光ビームＢＬ１は、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、アレイ光源２１から射出された第１の光ビームＢＬ１を平行光束に変換する。コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａから構成されている。コリメーターレンズ２２ａの数は、半導体レーザー２１ａと同数だけ設けられる。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の半導体レーザー２１ａのそれぞれに対応して配置されている。
【００４３】
コリメーター光学系２２を通過することにより平行光束に変換された第１の光ビームＢＬ１は、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、第１の光ビームＢＬ１の光束径を縮小する。
【００４４】
アフォーカル光学系２３は、光軸方向を一致させて配置された第１のレンズ２３ａおよび第２のレンズ２３ｂを有する。第１のレンズ２３ａは、第２のレンズ２３ｂに対してコリメーター光学系２２側（すなわち入射側）に位置する。第１のレンズ２３ａは、凸レンズである。第１のレンズ２３ａは、コリメーター光学系２２から射出された平行光を集光して第２のレンズ２３ｂに向けて射出する。第２のレンズ２３ｂは、第１のレンズ２３ａ側を凹面とし、凹面と反対側を向く面を平面とする凹レンズである。第２のレンズ２３ｂは、第１のレンズ２３ａから射出された光を平行光とする。
【００４５】
なお、第１のレンズ２３ａおよび第２のレンズ２３ｂの構成は、本実施形態に限定されない。例えば、第１のレンズ２３ａおよび第２のレンズ２３ｂは、ともに凸レンズであってもよい。この場合、第１のレンズ２３ａと第２のレンズ２３ｂとの間で光線が交差する。
【００４６】
第１の位相差板２８ａは、アフォーカル光学系２３の第１のレンズ２３ａと第２のレンズ２３ｂとの間に位置する。第１の位相差板２８ａは、第１のレンズ２３ａにより集光された第１の光ビームＢＬ１を通過させる。
【００４７】
本実施形態によれば、第１の位相差板２８ａがアフォーカル光学系２３の第１のレンズ２３ａと第２のレンズ２３ｂとの間に配置されている。このため、第１の位相差板２８ａをアフォーカル光学系の後段に配置する従来構造と比較して、第１の位相差板２８ａを配置するスペースだけ照明装置２を小型化することができる。
【００４８】
第１の位相差板２８ａは、第１の光ビームＢＬ１を通過させて第１の偏光成分および第２の偏光成分を含む第２の光ビーム（第２の光）ＢＬ２とする。第２の偏光成分は、第１の偏光成分に直交する。
【００４９】
本実施形態において、第１の位相差板２８ａは、１／４波長板である。１／４波長板である第１の位相差板２８ａは、直線偏光の第１の光ビームＢＬ１を円偏光の第２の光ビームＢＬ２に変換する。なお、本明細書において、「円偏光」とは、２つの偏光成分の強度が等しい正円の偏光のみならず、２つの偏光成分の強度が異なる楕円偏光も含む概念である。
【００５０】
図３は、第１の位相差板２８ａに入射する光の光路を模式的に示す図である。
図３に示す様に、第１の位相差板２８ａに入射する第１の光ビームＢＬ１の入射角θは、第１の光ビームＢＬ１の中心軸である光軸ａｘ１において０°であり、光軸ａｘ１から離れるに従い大きくなる。第１の位相差板２８ａ内における光の透過距離は、第１の光ビームＢＬ１の入射角θが大きくなるに従い長くなり、これに伴い第１の位相差板２８ａから射出される第２の光ビームＢＬ２の偏光状態が変化する。
【００５１】
図４は、本実施形態の第１の位相差板２８ａに相当する１／４波長板に対し、０°〜２０°の範囲の入射角θで直線偏光の光を入射させる場合の偏光変換効率を表すグラフである。図４において横軸は、入射する直線偏光の偏光方向に対する１／４波長板の遅相軸の角度を表す。図４に示す様に、遅相軸角度がいかなる範囲であっても、直線偏光の光の入射角θが大きくなるに従い偏光変換効率が高まる。
【００５２】
本実施形態においては、第１の光ビームＢＬ１の入射角θが大きくなると、第２の光ビームＢＬ２における第２の偏光成分の比率が高まる。入射角θは、光軸ａｘ１から離れるに従い大きくなるため、第２の光ビームＢＬ２の第２の偏光成分の比率は、光軸ａｘ１から外側に向かうに従い徐々に増加する。
【００５３】
図２に示す様に、偏光調整機構２８ｃは、第１の位相差板２８ａに接続されている。偏光調整機構２８ｃは、第１の位相差板２８ａを第１の光ビームＢＬ１の中心軸（本実施形態において光軸ａｘ１）に交差する面内で回転させる。すなわち、偏光調整機構２８ｃは、第１の位相差板２８ａの遅相軸角度を変化させる。これにより、偏光調整機構２８ｃは、第１の位相差板２８ａから射出される第２の光ビームＢＬ２における第１の偏光成分と第２の偏光成分の比率を調整する。
【００５４】
アフォーカル光学系２３から射出された第２の光ビームＢＬ２は、ホモジナイザー光学系２４に入射する。ホモジナイザー光学系２４は、第２の光ビームＢＬ２の光強度分布を均一な状態（いわゆるトップハット分布）に変換する。ホモジナイザー光学系２４は、光軸方向に並ぶ第１のマルチレンズアレイ２４ａおよび第２のマルチレンズアレイ２４ｂを有する。
【００５５】
アレイ光源２１、コリメーター光学系２２、アフォーカル光学系２３、第１の位相差板２８ａ、偏光調整機構２８ｃおよびホモジナイザー光学系２４は、光源ユニット２５を構成する。本実施形態の光源ユニット２５は、第１の偏光成分および第２の偏光成分を含み円偏光する第２の光ビームＢＬ２を射出する。光源ユニット２５から照射された第２の光ビームＢＬ２は、偏光分離素子５０に入射する。
【００５６】
本実施形態において、特許請求の範囲の第１の偏光成分は、偏光分離素子５０に対するＳ偏光成分であり、特許請求の範囲の第２の偏光成分は、偏光分離素子５０に対するＰ偏光成分である。以下の説明において、第１の偏光成分をＳ偏光成分と呼び、第２の偏光成分をＰ偏光成分と呼ぶ。なお、後述する変形例１では、本実施形態と同構造の照明装置２において、特許請求の範囲の第１の偏光成分が偏光分離素子５０に対するＰ偏光成分であり、特許請求の範囲の第２の偏光成分が偏光分離素子５０に対するＳ偏光成分である場合について説明する。
【００５７】
光学素子２５Ａは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ａｘ１に対して４５°の角度をなす傾斜面Ｋを有している。傾斜面Ｋは、光軸ａｘ２に対しても４５°の角度をなしている。光学素子２５Ａは、互いに直交する光軸ａｘ１，ａｘ２の交点と傾斜面Ｋの光学中心とが一致するように配置されている。なお、光学素子２５Ａとしては、ダイクロイックプリズムのようなプリズム形状のものに限らず、平行平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。
【００５８】
傾斜面Ｋには、波長選択性を有する偏光分離素子５０が設けられている。偏光分離素子５０は、第２の光ビームＢＬ２を、Ｓ偏光成分（第１の偏光成分）およびＰ偏光成分（第２の偏光成分）として分離する偏光分離機能を有している。具体的に、偏光分離素子５０は、第２の光ビームＢＬ２のＳ偏光成分を反射させ、第２の光ビームＢＬ２のＰ偏光成分を透過させる。また、偏光分離素子５０は、青色光である第２の光ビームＢＬ２とは波長帯が異なる蛍光光ＹＬを、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。
【００５９】
偏光分離素子５０は、円偏光の第２の光ビームＢＬ２を、偏光分離素子５０に対するＳ偏光成分（第１の偏光成分）の第３の光ビームＢＭＳｅ３とＰ偏光成分（第２の偏光成分）の第４の光ビームＢＭｐ４とに分離する。Ｓ偏光成分の第３の光ビームＢＭＳｅ３は、偏光分離素子５０で反射され、蛍光発光素子２７に向けて進み、励起光として用いられる。Ｐ偏光成分の第４の光ビームＢＭｐ４は、偏光分離素子５０を透過し、拡散反射素子３０に向けて進む。すなわち、拡散反射素子３０には、偏光分離素子５０で分離された光のうち一方が入射し、蛍光発光素子２７には、偏光分離素子５０で分離された光のうち他方が入射する。
【００６０】
偏光分離素子５０で反射された第３の光ビームＢＭＳｅ３は、第１のピックアップ光学系２６を介して、蛍光発光素子２７の蛍光体層３４に入射する。蛍光体層３４は、例えば波長４６０ｎｍの励起光（第３の光ビームＢＭＳｅ３）により励起される蛍光体を含む。蛍光体は、例えば５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する蛍光光（黄色光）ＹＬを生成する。
【００６１】
蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬは、偏光方向が揃っていない非偏光光である。蛍光光ＹＬは、第１のピックアップ光学系２６を通過した後、偏光分離素子５０に入射する。偏光分離素子５０は偏光状態にかかわらず蛍光光ＹＬを透過させる特性を有しているため、蛍光光ＹＬは、偏光分離素子５０を透過し、均一照明光学系４０に向かって進む。
【００６２】
一方、偏光分離素子５０を経由したＰ偏光の第４の光ビームＢＭｐ４は、第２の位相差板２８ｂに入射する。第２の位相差板２８ｂは、偏光分離素子５０と拡散反射素子３０との間の光路中に配置される。本実施形態の第２の位相差板２８ｂは、１／４波長板である。したがって、偏光分離素子５０から射出されたＰ偏光の第４の光ビームＢＭｐ４は、第２の位相差板２８ｂにより円偏光の第５の光ビームＢＭＣ５に変換される。本実施形態において、第５の光ビームＢＭＣ５は右円偏光である。その後、第５の光ビームＢＭＣ５は、第２のピックアップ光学系２９に入射する。
【００６３】
第２のピックアップ光学系２９は、第２の位相差板２８ｂとともに、偏光分離素子５０と拡散反射素子３０との間の光路中に配置される。第２のピックアップ光学系（集光光学系）２９は、第５の光ビームＢＭＣ５を拡散反射素子３０に向けて集光させる。
【００６４】
拡散反射素子（拡散素子）３０は、第２のピックアップ光学系２９から射出された第５の光ビームＢＭＣ５を偏光分離素子５０に向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０は、右円偏光の第５の光ビームＢＭＣ５を、左円偏光の第６の光ビームＢＭＣ６に変換して反射する。
【００６５】
図５は、拡散反射素子３０および拡散反射素子３０に入射する第５の光ビームＢＭＣ５を示す模式図である。
本実施形態の拡散反射素子３０は、基材４３と反射膜４４とを有する。基材４３は、例えばガラス等の透光性材料で構成されている。基材４３は、光を入射および射出する第１の面４３ａと、第１の面４３ａの反対側に位置する第２の面４３ｂと、を有する板である。反射膜４４は、基材４３の第２の面４３ｂに形成されている。反射膜４４は、例えば銀、アルミニウム等の光反射率の高い金属で形成された金属反射膜である。
【００６６】
拡散反射素子３０は、基材４３の第１の面４３ａおよび第２の面４３ｂのうち何れか一方又は両方に微細な凹凸が形成された拡散素子であっても、基材４３の内部に基材４３の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子を分散させた拡散素子であってもよい。
【００６７】
図５に示す様に、拡散反射素子３０に入射する光は、第２のピックアップ光学系２９によって集光されている。したがって、拡散反射素子３０に入射する第５の光ビームＢＭＣ５の入射角αは、第５の光ビームＢＭＣ５の中心軸である光軸ａｘ１において０°であり、光軸ａｘ１から離れるに従い徐々に大きくなる。
【００６８】
また、第５の光ビームＢＭＣ５は、第１の位相差板２８ａにおいて、変換された第２の光ビームＢＬ２の第２の偏光成分（Ｐ偏光成分）に由来している。第２の光ビームＢＬ２における第２の偏光成分の比率は、光軸ａｘ１から外側に向かうに従い徐々に増加する。このため、第５の光ビームＢＭＣ５は、光軸ａｘ１から外側に向かうに従い、光の強度が高くなる。したがって、第５の光ビームＢＭＣ５は、入射角αが大きな光の強度が、入射角αが小さな光の強度と比較して高い状態で、拡散反射素子３０に入射する。
【００６９】
拡散素子（本実施形態における拡散反射素子３０）に光を入射させる場合、入射角αを大きくすることで、拡散素子の拡散特性が小さい場合であっても理想的なランバート拡散に近い拡散を実現できる。このことについて、図６および図７を基に説明する。
【００７０】
図６は、入射角αが０°の光線束を拡散素子に入射させる場合の拡散角度分布を示すグラフである。図６の横軸は拡散角度（°）であり、図６の縦軸は強度（相対値）である。なお、入射させる光線束の角度幅は、±５°以内の狭い角度分布を有するものと仮定する（図６中の２点鎖線のグラフＡ）。
【００７１】
図６において、仮に拡散素子が理想的なランバート拡散を生じるとすると、実線のグラフＢで示すように、拡散素子から射出される光は、広い角度分布を有する拡散光に変換される。
ところが、実際の拡散素子は、理想的なランバート拡散を生じることはなく、所定のガウス分布に従った拡散を生じる。拡散素子の拡散特性が小さい場合、破線のグラフＣで示すように、ランバート拡散とは大きくかけ離れた角度分布を示す。１点鎖線のグラフＤで示すように、ランバート拡散に略一致した角度分布を得るためには、拡散素子の拡散特性を充分に大きくする必要がある。しかしながら、拡散特性が大きい拡散素子は、後方散乱が多いなどの欠点を有しており、広い角度分布を有する拡散光を得ることが困難であった。
なお、図６中の「Gauss20」、「Gauss60」等の「GaussＸ」の数値Ｘは、本発明者が行った角度分布のシミュレーション上のパラメーターである。この数値が大きい程、拡散素子の拡散特性が高いことを示している。
【００７２】
図７は、入射角αが＋５０°および−５０°の２つの光線束を拡散素子に入射させる場合の拡散角度分布を示すグラフである。図７の横軸は拡散角度（°）であり、図７の縦軸は強度（相対値）である。なお、入射させる光線束の角度幅は、±５°以内の狭い角度分布を有するものと仮定する（図７中の２点鎖線のグラフＡ’）。
【００７３】
図６のシミュレーションでは、拡散素子が「Gauss60」程度の大きな拡散特性を有する場合に、ランバート拡散に略一致した角度分布が得られた。これに対し、図７のシミュレーションでは、破線のグラフＣ’，グラフＥ’で示すように、「Gauss20」、「Gauss25」程度の小さい拡散特性を有する拡散素子を用いて、実線のグラフＢ’で示すランバート拡散に近い角度分布が得られることがわかった。拡散素子の拡散特性が小さいと後方散乱も小さくなるため、光利用効率を高めることができる。このシミュレーションでは、１点鎖線のグラフＤ’で示すように、拡散特性を「Gauss60」程度まで大きくすると、むしろランバート拡散から離れた特性を示す。この観点からも、拡散性を大きくすべきではないことがわかる。
【００７４】
本実施形態によれば、第１の位相差板２８ａにおいて、光軸ａｘ１から外側に向かうに従い第２の偏光成分の比率を高めた配光を実現する。また、拡散反射素子には、偏光分離素子５０で第２の偏光成分（Ｐ偏光成分）として分離された光が第２のピックアップ光学系２９により集光されて入射する。これにより、拡散反射素子３０に入射する光（第５の光ビームＢＭＣ５）のうち、入射角αが大きな光の割合を増加させることができる。結果として、拡散反射素子３０の拡散特性を大きくすることなく、拡散反射素子３０による拡散をランバート拡散に近づけることができる。
【００７５】
図２に示す様に、拡散反射素子３０から射出された第６の光ビームＢＭＣ６は、再び第２の位相差板２８ｂに入射することによって、Ｓ偏光の第７の光ビームＢＭＳｄ７に変換される。その後、第７の光ビームＢＭＳｄ７は偏光分離素子５０に入射する。
【００７６】
Ｓ偏光の第７の光ビームＢＭＳｄ７は、偏光分離素子５０により反射され、均一照明光学系４０に向かって進む。第７の光ビームＢＭＳｄ７は、青色光である。また、蛍光光ＹＬは、黄色光である。すなわち、青色光（第７の光ビームＢＭＳｄ７）および黄色光（蛍光光ＹＬ）は、偏光分離素子５０から互いに同一方向に向けて射出され合成されて照明光（白色光）ＷＬが得られる。
【００７７】
均一照明光学系４０は、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備える。均一照明光学系４０は、偏光分離素子５０から射出された照明光ＷＬの強度分布を被照明領域において均一化する。均一照明光学系４０から射出された照明光ＷＬは色分離光学系３（図１参照）へ入射する。
【００７８】
本実施形態によれば、第１の位相差板２８ａがアフォーカル光学系２３の第１のレンズ２３ａと第２のレンズ２３ｂとの間に配置されていることで、照明装置を小型化することができる。また、本実施形態によれば、照明装置を小型化することで、結果としてプロジェクター１の小型化を図ることができる。
【００７９】
図８は、本実施形態の第１の位相差板２８ａとして使用可能な１／２波長板および１／４波長板の遅相軸の角度と偏光変換効率を表すグラフである。図８の縦軸は、第１の位相差板２８ａに変換される第２の光ビームＢＬ２における第２の偏光成分の比率を示す。なお、「遅相軸の角度」とは、入射する直線偏光の偏光方向に対する第１の位相差板２８ａの遅相軸（光学軸）の傾斜角を意味する。
【００８０】
本実施形態では、第１の位相差板２８ａとして１／４波長板を用いることで、第１の光の第２の偏光成分の比率を０％〜５０％の間で調整する。偏光調整機構２８ｃを用いて、第１の位相差板（１／４波長板）２８ａを光軸ａｘ１に交差する面内で１回転させる場合、第２の偏光成分の比率は０％〜５０％の範囲でしか変化しない。このため、１／４波長板は、回転角度に対する偏光成分の比率の変化の感度が、１／２波長板と比較して鈍い。本実施形態によれば、第１の位相差板２８ａとして１／４波長板を用いることで、第２の偏光成分の比率の繊細な調整が可能となる。
【００８１】
なお、図８において、遅相軸の角度をγ１とすることで、１／４波長板を用いて、第１の偏光成分（Ｓ偏光成分）の比率を８０％と第２の偏光成分（Ｐ偏光成分）の比率を２０％とすることができる。
【００８２】
また、本実施形態において、第１の位相差板２８ａとして１／４波長板に代えて１／２波長板を用いてもよい。１／２波長板からなる第１の位相差板２８ａは、第２の光ビームＢＬ２の第１の偏光成分および第２の偏光成分の比率をそれぞれ０％〜１００％の間で調整できる。一般的に、偏光分離素子５０で分離された光のうち１０％〜３０％の光を拡散素子に入射させ、７０％〜９０％の光を蛍光発光素子２７に入射させることで、合成させた光を白色とする。本実施形態の偏光分離素子５０は、Ｓ偏光成分（第１の偏光成分）を反射し、Ｐ偏光成分（第２の偏光成分）を透過させることで、第２の光ビームＢＬ２を分離する。第１の位相差板２８ａとして１／２波長板を用いることで、第１の偏光成分の比率を如何なる比率にも調整できるため、偏光分離素子５０に対し反射および透過する光の比率を自由に設定できる。これにより、偏光分離素子５０に対する拡散反射素子３０および蛍光発光素子２７の配置を自由に設定することができる。
【００８３】
なお、図８において、遅相軸の角度をγ２とすることで、１／２波長板を用いて、第１の偏光成分（Ｓ偏光成分）の比率を８０％とし第２の偏光成分（Ｐ偏光成分）の比率を２０％とすることができる。
【００８４】
また、図８において、遅相軸の角度をγ３とすることで、１／２波長板を用いて、第１の偏光成分（Ｓ偏光成分）の比率を２０％とし第２の偏光成分（Ｐ偏光成分）の比率を８０％とすることができる。この場合には、アフォーカル光学系２３とホモジナイザー光学系２４との間に、さらに第３の位相差板２８ｄ（図２参照）として１／２波長板を設ける。これにより、偏光分離素子５０に入射する光のＳ偏光成分とＰ偏光成分とを反転させて、８０％の光をＳ偏光として蛍光発光素子２７に入射させる構成を採用してもよい。
【００８５】
その他に、第１の位相差板２８ａとして１／８波長板を用いてもよい。１／８波長板は、回転角度に対する偏光成分の比率の変化の感度が、１／４波長板と比較してさらに鈍い。したがって、第１の位相差板２８ａとして１／８波長板を用いる場合には、第２の偏光成分の比率のより繊細な調整が可能となる。
【００８６】
本実施形態の偏光分離素子５０は、第１の偏光成分（Ｓ偏光成分）および第２の偏光成分（Ｐ偏光成分）のうち何れか一方（Ｐ偏光成分）を透過させ、他方（Ｓ偏光成分）を反射する。拡散反射素子３０には、偏光分離素子５０を透過した光（偏光分離素子５０において分離されたＰ偏光成分に由来する第５の光ビームＢＭＣ５）が入射する。また、蛍光発光素子２７には、偏光分離素子５０で反射した光（偏光分離素子５０において分離されたＳ偏光成分に由来する第３の光ビームＢＭＳｅ３）が入射する。
本実施形態によれば、偏光分離素子５０で反射した光によって蛍光発光素子２７を励起させ、偏光分離素子５０を透過した光を拡散反射素子３０に入射させる構造の照明装置２を実現できる。
【００８７】
［第１実施形態の変形例１］
第１実施形態の変形例１として、第１の光ビームＢＬ１に含まれる第１の偏光成分が偏光分離素子５０に対するＰ偏光成分である場合について説明する。すなわち、本変形例においては、特許請求の範囲の第１の偏光成分が偏光分離素子５０に対するＰ偏光成分であり、特許請求の範囲の第２の偏光成分が偏光分離素子５０に対するＳ偏光成分である。本変形例の照明装置２の構造は、アレイ光源２１から射出される第１の光ビームＢＬ１の偏光成分（第１の偏光成分）がＰ偏光成分である点以外は、上述の実施形態の構造と概略同じである。
【００８８】
本変形例において、アレイ光源２１から照射されＰ偏光成分（第１の偏光成分）を含む第１の光ビームＢＬ１は、第１の位相差板２８ａにおいて第２の光ビームＢＬ２に変換される。第２の光ビームＢＬ２は、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分（第２の偏光成分）を含む。
【００８９】
本変形例によれば、第１の位相差板２８ａは、第１の光ビームＢＬ１を通過させることでＰ偏光成分の一部を、Ｓ偏光成分に変換して第２の光ビームＢＬ２とする。このため、第１の位相差板２８ａでは、光軸ａｘ１から離れるに従い、Ｓ偏光成分の比率が増加する。Ｓ偏光成分は、偏光分離素子５０で反射することでＰ偏光成分と分離され、さらに第１のピックアップ光学系２６で集光されて蛍光発光素子２７に入射する。
【００９０】
本変形例によれば、上述の第１実施形態と各構成の配置を同じくする照明装置を用いるため、第１実施形態と同様に、第１の位相差板２８ａを配置するスペースだけ照明装置を小型化することができる。
【００９１】
本変形例において偏光分離素子５０は、第１の偏光成分（Ｐ偏光成分）および第２の偏光成分（Ｓ偏光成分）のうち何れか一方（Ｐ偏光成分）を透過させ、他方（Ｓ偏光成分）を反射する。また、上述の実施形態と同様に本変形例では、拡散反射素子３０には、偏光分離素子５０を透過した光（偏光分離素子５０において分離されたＰ偏光成分に由来する第５の光ビームＢＭＣ５）が入射する。また、蛍光発光素子２７には、偏光分離素子５０で反射した光（偏光分離素子５０において分離されたＳ偏光成分に由来する第３の光ビームＢＭＳｅ３）が入射する。
本変形例によれば、上述の第１実施形態と同様に、偏光分離素子５０で反射した光によって蛍光発光素子２７を励起させ、偏光分離素子５０を透過した光を拡散反射素子３０に入射させる構造の照明装置２を実現できる。
【００９２】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について図９を用いて説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は第１実施形態の照明装置と同様であるが、拡散反射素子と蛍光発光素子との位置関係が第１実施形態と異なる。
図９は、第２実施形態の照明装置１０２の概略構成図である。図９において、第１実施形態における照明装置２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９３】
本実施形態の偏光分離素子１５０は、第１実施形態の偏光分離素子５０と異なり、青色光とは波長帯が異なる蛍光光を、その偏光状態にかかわらず反射させる特性を有する。このような偏光分離素子の特性の相違に伴って、本実施形態の照明装置１０２は、拡散反射素子３０と蛍光発光素子２７との位置関係が第１実施形態と入れ替わっている。
【００９４】
図９に示すように、本実施形態の照明装置１０２においては、光源ユニット２５と、偏光分離素子１５０と、第１のピックアップ光学系２６と、蛍光発光素子２７とは、光軸ａｘ１上に配置されている。
光源ユニット２５は、アレイ光源２１、コリメーター光学系２２、アフォーカル光学系２３、第１の位相差板２８ａ、偏光調整機構２８ｃおよびホモジナイザー光学系２４を有する。本実施形態においても、第１の位相差板２８ａは、アフォーカル光学系２３の第１のレンズ２３ａと第２のレンズ２３ｂの間に位置する。
【００９５】
拡散反射素子３０と、第２のピックアップ光学系２９と、第２の位相差板２８ｂと、偏光分離素子１５０と、均一照明光学系４０とは、光軸ａｘ２上に配置されている。
【００９６】
本実施形態のアレイ光源（光源装置）２１は、第１の偏光成分として偏光分離素子１５０に対するＰ偏光成分で直線偏光する第１の光ビームＢＬ１を射出する。アレイ光源２１から照射されＰ偏光成分（第１の偏光成分）を含む第１の光ビームＢＬ１は、第１の位相差板２８ａにおいて第２の光ビームＢＬ２に変換される。第２の光ビームＢＬ２は、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分（第２の偏光成分）を含む。
なお、本実施形態において、特許請求の範囲の第１の偏光成分は、偏光分離素子５０に対するＰ偏光成分であり、特許請求の範囲の第２の偏光成分は、偏光分離素子５０に対するＳ偏光成分である。
【００９７】
本実施形態の第１の位相差板２８ａは、第１の光ビームＢＬ１を通過させることでＰ偏光成分の一部を、Ｓ偏光成分に変換して第２の光ビームＢＬ２とする。このため、第１の位相差板２８ａでは、光軸ａｘ１から離れるに従い、Ｓ偏光成分の比率が増加する。
【００９８】
第２の光ビームＢＬ２に含まれるＳ偏光成分は、偏光分離素子１５０で反射され第３の光ビームＢＭＳ３として第２の位相差板２８ｂに向けて進む。また、第２の光ビームＢＬ２に含まれるＰ偏光成分は、偏光分離素子１５０を透過して第４の光ビームＢＭｐ４として蛍光発光素子２７に向けて進む。
【００９９】
偏光分離素子１５０から射出された第３の光ビームＢＭＳ３は、第２の位相差板２８ｂにより右円偏光の第５の光ビームＢＭＣ５に変換される。その後、第５の光ビームＢＭＣ５は、第２のピックアップ光学系２９を経て拡散反射素子３０に入射する。拡散反射素子３０は、入射した第５の光ビームＢＭＣ５を左円偏光の第６の光ビームＢＭＣ６に変換して偏光分離素子１５０に向けて拡散反射させる。
【０１００】
拡散反射素子３０で拡散反射された第６の光ビームＢＭＣ６は、再び第２の位相差板２８ｂに入射することによって、Ｐ偏光の第７の光ビームＢＭＰｄ７に変換される。その後、Ｐ偏光の第７の光ビームＢＭＰｄ７は、偏光分離素子１５０を透過し、均一照明光学系４０に向かって進む。
【０１０１】
偏光分離素子１５０から射出されたＰ偏光成分の第４の光ビームＢＭｐ４は、第１のピックアップ光学系２６を介して励起光として蛍光発光素子２７に入射する。これにより、蛍光発光素子２７から蛍光光（黄色光）ＹＬが射出される。蛍光光ＹＬは、第１のピックアップ光学系２６を通過した後、偏光分離素子１５０に入射する。偏光分離素子１５０は偏光状態にかかわらず蛍光光ＹＬを反射させる特性を有しているため、蛍光光ＹＬは、偏光分離素子１５０を反射し、均一照明光学系４０に向かって進む。
【０１０２】
本実施形態によれば、第１の位相差板２８ａで変換されたＳ偏光成分は、偏光分離素子１５０で反射することでＰ偏光成分と分離され、さらに第２のピックアップ光学系２９で集光されて拡散反射素子３０に入射する。したがって、本実施形態では、第１実施形態と同様に、拡散反射素子３０に入射する光（第５の光ビームＢＭＣ５）のうち、入射角αが大きな光の割合が増加する。これにより、拡散反射素子３０における拡散をランバート拡散に近づけることができる。
【０１０３】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、第１の位相差板２８ａがアフォーカル光学系２３の第１のレンズ２３ａと第２のレンズ２３ｂとの間に配置されていることで、照明装置を小型化することができる。
【０１０４】
本実施形態の偏光分離素子１５０は、第１の偏光成分（Ｐ偏光成分）および第２の偏光成分（Ｓ偏光成分）のうち何れか一方（Ｐ偏光成分）を透過させ、他方（Ｓ偏光成分）を反射する。拡散反射素子３０には、偏光分離素子１５０で反射した光（偏光分離素子１５０において分離されたＳ偏光成分に由来する第５の光ビームＢＭＣ５）が入射する。また、蛍光発光素子２７には、偏光分離素子１５０を透過した光（偏光分離素子１５０において分離されたＰ偏光成分に由来する第４の光ビームＢＭｐ４）が入射する。
本実施形態によれば、偏光分離素子１５０を透過した光によって蛍光発光素子２７を励起させ、偏光分離素子１５０で反射した光を拡散反射素子３０に入射させる構造の照明装置１０２を実現できる。
【０１０５】
［第２実施形態の変形例２］
第２実施形態の変形例２として、第１の光ビームＢＬ１に含まれる第１の偏光成分が偏光分離素子１５０に対するＳ偏光成分である場合について説明する。すなわち、本変形例において、特許請求の範囲の第１の偏光成分が偏光分離素子１５０に対するＳ偏光成分であり、特許請求の範囲の第２の偏光成分が偏光分離素子１５０に対するＰ偏光成分である。本変形例の照明装置１０２の構造は、アレイ光源２１から射出される第１の光ビームＢＬ１の偏光成分（第１の偏光成分）がＳ偏光成分である点以外は、上述の実施形態の構造と概略同じである。
【０１０６】
本変形例において、アレイ光源２１から照射されＳ偏光成分（第１の偏光成分）を含む第１の光ビームＢＬ１は、第１の位相差板２８ａにおいて第２の光ビームＢＬ２に変換される。第２の光ビームＢＬ２は、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分（第２の偏光成分）を含む。
【０１０７】
本変形例によれば、第１の位相差板２８ａは、第１の光ビームＢＬ１を通過させることでＳ偏光成分の一部を、Ｐ偏光成分に変換して第２の光ビームＢＬ２とする。このため、第１の位相差板２８ａでは、光軸ａｘ１から離れるに従い、Ｐ偏光成分の比率が増加する。Ｐ偏光成分は、偏光分離素子１５０を透過することでＳ偏光成分と分離され、さらに第１のピックアップ光学系２６で集光されて蛍光発光素子２７に入射する。
【０１０８】
本変形例では、偏光分離素子１５０は、第１の偏光成分（Ｓ偏光成分）および第２の偏光成分（Ｐ偏光成分）のうち何れか一方（Ｐ偏光成分）を透過させ、他方（Ｓ偏光成分）を反射する。また、上述の実施形態と同様に本変形例では、拡散反射素子３０には、偏光分離素子１５０で反射した光（偏光分離素子１５０において分離されたＳ偏光成分に由来する第５の光ビームＢＭＣ５）が入射する。また、蛍光発光素子２７には、偏光分離素子１５０を透過した光（偏光分離素子１５０において分離されたＰ偏光成分に由来する第４の光ビームＢＭｐ４）が入射する。
本変形例によれば、上述の第２実施形態と同様に、偏光分離素子１５０を透過した光によって蛍光発光素子２７を励起させ、偏光分離素子１５０で反射した光を拡散反射素子３０に入射させる構造の照明装置１０２を実現できる。
【０１０９】
本変形例によれば、上述の第２実施形態と各構成の配置を同じくする照明装置を用いるため、第２実施形態と同様に、第１の位相差板２８ａを配置するスペースだけ照明装置を小型化することができる。
【０１１０】
以上に、本発明の様々な実施形態およびその変形例を説明したが、各実施形態およびその変形例における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。
【０１１１】
例えば、照明装置およびプロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料などについては、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
各実施形態において、拡散反射素子３０および蛍光発光素子２７は、上述の実施形態に示す様に固定されていてもよいし、回転可能に構成されていてもよい。
各実施形態では、本発明による照明装置を、液晶ライトバルブを用いた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。光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。
各実施形態では、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】
【０１１２】
１…プロジェクター、２，１０２…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、２１…アレイ光源（光源装置）、２３…アフォーカル光学系、２３ａ…第１のレンズ、２３ｂ…第２のレンズ、２７…蛍光発光素子、２８ａ…第１の位相差板（偏光調整素子）、２８ｂ…第２の位相差板、２８ｃ…偏光調整機構、２８ｄ…第３の位相差板、２９…第２のピックアップ光学系（集光光学系）、３０…拡散反射素子（拡散素子）、５０，１５０…偏光分離素子、ａｘ１，ａｘ２…光軸、ＢＬ１…第１の光ビーム（第１の光）、ＢＬ２…第２の光ビーム（第１の光）
【図１】
2019028361.tif 000003
【図２】
2019028361.tif 000004
【図３】
2019028361.tif 000005
【図４】
2019028361.tif 000006
【図５】
2019028361.tif 000007
【図６】
2019028361.tif 000008
【図７】
2019028361.tif 000009
【図８】
2019028361.tif 000010
【図９】
2019028361.tif 000011