(57)【要約】      （修正有）【課題】必要な拡散角度を有する光が得られる小型の光源装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置２０は、第１の偏光方向の第１の波長の光ＢＬを射出する発光素子２１１と、第１の偏光方向の第１の波長の光、および第２の偏光方向の第１の波長の光のいずれか一方を透過させるとともに他方を反射させ、第２の波長の光ＹＬを透過もしくは反射させて第２の偏光方向の第１の波長の光と同じ方向に射出させる偏光分離素子５０と、第１の波長の光を第２の波長の光に変換する波長変換素子４５と、偏光分離素子と波長変換素子との間の光路上に設けられた拡散光学系６０と、を備える。拡散光学系は、第１の波長の光が通過する際に当該第１の波長の光を拡散させる拡散部６１と、第１の波長の光の一部を拡散部に向けて反射させ、第１の波長の光の他の一部を透過させ、第２の波長の光を透過させる光分離部６２と、を備える。【選択図】図２
2019032352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光方向の第１の波長の光を射出する発光素子と、
前記第１の偏光方向の第１の波長の光、および前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の前記第１の波長の光のいずれか一方を透過させるとともに他方を反射させ、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を透過もしくは反射させて前記第２の偏光方向の前記第１の波長の光と同じ方向に射出させる偏光分離素子と、
前記第１の波長の光を前記第２の波長の光に変換する波長変換素子と、
前記偏光分離素子と前記波長変換素子との間の光路上に設けられた拡散光学系と、を備え、
前記拡散光学系は、前記第１の波長の光が通過する際に当該第１の波長の光を拡散させる拡散部と、前記第１の波長の光の一部を前記拡散部に向けて反射させ、前記第１の波長の光の他の一部を透過させ、前記第２の波長の光を透過させる光分離部と、を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光分離部は、前記第１の波長の光の一部を前記拡散部に向けて反射させ、前記第１の波長の光の他の一部を前記波長変換素子に向けて透過させ、前記第２の波長の光を透過させるダイクロイックミラーで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記拡散光学系は、前記偏光分離素子の側に位置する第１面と前記波長変換素子の側に位置する第２面とを有する板体を含む光学素子を備え、
前記拡散部は、前記板体の前記第１面に設けられ、
前記ダイクロイックミラーは、前記板体の前記第２面に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記光学素子は、位相差板で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記拡散光学系は、少なくとも一つの集光光学素子を含み、前記波長変換素子に向けて前記第１の波長の光を集光させる集光光学系を備え、
前記拡散部は、前記集光光学系によって集光された前記第１の波長の光の光路上に設けられたことを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記拡散部は、前記発光素子の中間像が形成される位置に設けられたことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記集光光学系は、前記偏光分離素子の側に設けられた第１の集光光学素子と、前記波長変換素子の側に設けられた第２の集光光学素子と、を備え、
前記拡散部は、前記第１の集光光学素子に設けられ、
前記光分離部は、前記第２の集光光学素子に設けられたことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項８】
前記集光光学系は、前記偏光分離素子の側に設けられた第１の集光光学素子と、前記波長変換素子の側に設けられた平凸レンズからなる第２の集光光学素子と、を備え、
前記拡散部は、前記第２の集光光学素子の凸面に設けられ、
前記光分離部は、前記第２の集光光学素子の平面に設けられたことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項９】
前記拡散部は、前記第１の波長の光の光軸と交差する領域に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記拡散光学系は、前記偏光分離素子の側に位置する第１面と前記波長変換素子の側に位置する第２面とを有する板体を含む回転ホイールと、前記回転ホイールを回転させる駆動源と、を備え、
前記回転ホイールにおいて、少なくとも一つの第１の領域と少なくとも一つの第２の領域とが前記回転ホイールの回転方向に並んで設けられ、
前記第１の領域には、前記第１面に前記拡散部が設けられるとともに、前記第２面に前記第１の波長の光の少なくとも一部を前記拡散部に向けて反射させるミラーが設けられ、
前記第２の領域は、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とを透過させることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの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、
を備えた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、光源装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターに用いられる光源装置として、半導体レーザー等の発光素子から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。
【０００３】
例えば下記の特許文献１に、励起光を射出する光源と、Ｓ偏光を反射させてＰ偏光を透過させる光分離素子と、光分離素子によって分離された光のうちの一方の光が照射される蛍光体と、蛍光体から発せられた蛍光を反射する第１の反射素子と、光分離素子によって分離された光のうちの他方の光の偏光状態を調整する１／４位相差板と、他方の光を拡散する拡散板と、１／４位相差板を透過した他方の光を反射させ、１／４位相差板を介して光分離素子に導く第２の反射素子と、を備えた光源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２５０４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の光源装置によれば、拡散板によって拡散された青色光と、蛍光体から発せられた黄色の蛍光光と、が合成されることにより、白色光を得ることができる。ところが、この光源装置では、蛍光体に光を導く光学系と拡散板に光を導く光学系とが別個に設けられ、これら２つの光学系が互いに直交する構成であるため、光源装置が大型化する、という課題があった。
【０００６】
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って、必要な拡散角度を有する光が得られる小型の光源装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の光源装置を備えた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】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光源装置は、第１の偏光方向の第１の波長の光を射出する発光素子と、前記第１の偏光方向の第１の波長の光、および前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の前記第１の波長の光のいずれか一方を透過させるとともに他方を反射させ、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を透過もしくは反射させて前記第２の偏光方向の前記第１の波長の光と同じ方向に射出させる偏光分離素子と、前記第１の波長の光を前記第２の波長の光に変換する波長変換素子と、前記偏光分離素子と前記波長変換素子との間の光路上に設けられた拡散光学系と、を備えている。前記拡散光学系は、前記第１の波長の光が通過する際に当該第１の波長の光を拡散させる拡散部と、前記第１の波長の光の一部を前記拡散部に向けて反射させ、前記第１の波長の光の他の一部を透過させ、前記第２の波長の光を透過させる光分離部と、を備えている。
【０００８】
本発明の一つの態様の光源装置の拡散光学系において、偏光分離素子から波長変換素子に向かう第１の波長の光は、最初に拡散部を通過する際に拡散し、拡散した光のうちの一部は、光分離部で反射して拡散部を最初とは逆向きに通過する際に再度拡散する。すなわち、第１の波長の光のうちの一部は、拡散部を２回通過する際にそれぞれ拡散する。そのため、本発明の一つの態様の光源装置では、第１の波長の光が拡散部を１回しか通過しない場合に比べ、光の拡散角度分布が大きくなる。一方、第１の波長の光の他の一部は、光分離部を透過して波長変換素子に入射し、第２の波長の光に変換される。波長変換素子から発せられた第２の波長の光は、偏光分離素子から第１の波長の光と同じ方向に射出される。このように、本発明の一つの態様の光源装置によれば、拡散部に光を導く光学系と波長変換素子に光を導く光学系とを別個に設ける必要がなく、必要な拡散角度分布を有する光を射出でき、小型の光源装置を提供することができる。
【０００９】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記光分離部は、前記第１の波長の光の一部を前記拡散部に向けて反射させ、前記第１の波長の光の他の一部を前記波長変換素子に向けて透過させ、前記第２の波長の光を透過させるダイクロイックミラーで構成されていてもよい。
【００１０】
この構成によれば、任意の部材の一面に前記ダイクロイックミラーを形成することによって光分離部を作製することができる。
【００１１】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記拡散光学系は、前記偏光分離素子の側に位置する第１面と前記波長変換素子の側に位置する第２面とを有する板体を含む光学素子を備え、前記拡散部は、前記光学素子の前記第１面に設けられ、前記ダイクロイックミラーは、前記光学素子の前記第２面に設けられていてもよい。
【００１２】
この構成によれば、一つの光学素子が拡散部と光分離部との双方を兼ね備えるため、部品点数を減らすことができ、光源装置の小型化が図れる。
【００１３】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記光学素子は、位相差板で構成されていてもよい。
【００１４】
拡散部で反射し、偏光分離素子に向けて進む第１の波長の光の一部を偏光分離素子から発光素子の側とは異なる方向に射出させるためには、第１の波長の光の一部の偏光方向を第１の偏光方向から第２の偏光方向に変換する必要があり、位相差板が必要である。上記の構成によれば、光学素子が拡散部と光分離部を兼ね備えることに加えて、位相差板も兼ねるため、部品点数をさらに減らすことができ、光源装置の更なる小型化が図れる。
【００１５】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記拡散光学系は、少なくとも一つの集光光学素子を含み、前記波長変換素子に向けて前記第１の波長の光を集光させる集光光学系を備え、前記拡散部は、前記集光光学系によって集光された前記第１の波長の光の光路上に設けられていてもよい。
【００１６】
この構成によれば、拡散部での拡散角度分布の広がりに起因する第１の波長の光の集光光学系でのけられを抑制することができる。その結果、第１の波長の光の利用効率を高めることができる。
【００１７】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記拡散部は、前記発光素子の中間像が形成される位置に設けられていてもよい。
【００１８】
この構成によれば、上述の集光光学系でのけられを抑制できるとともに、第１の波長の光の拡散効率が向上し、偏光分離素子から射出される光の照度をより均一化することができる。なお、同様の効果を奏する場合には、拡散部が設けられる位置は、中間像が形成される位置の近傍であってもよい。
【００１９】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記集光光学系は、前記偏光分離素子の側に設けられた第１の集光光学素子と、前記波長変換素子の側に設けられた第２の集光光学素子と、を備え、前記拡散部は、前記第１の集光光学素子に設けられ、前記光分離部は、前記第２の集光光学素子に設けられていてもよい。
【００２０】
この構成によれば、集光光学系が備える２つの集光光学素子のそれぞれが拡散部と光分離部とを兼用するため、部品点数の更なる低減と光源装置の更なる小型化を図ることができる。
【００２１】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記集光光学系は、前記偏光分離素子の側に設けられた第１の集光光学素子と、前記波長変換素子の側に設けられた平凸レンズからなる第２の集光光学素子と、を備え、前記拡散部は、前記第２の集光光学素子の凸面に設けられ、前記光分離部は、前記第２の集光光学素子の平面に設けられていてもよい。
【００２２】
この構成によれば、拡散部が第２の集光光学素子の凸面に設けられているため、拡散部が平面に設けられた場合に比べて、第１の波長の光の拡散部に対する入射角が小さくなる。そのため、適度な拡散角度分布を有する第１の波長の光を得ることができ、第１の波長の光の拡散角度分布を第２の波長の光の拡散角度分布に近付けることができる。
【００２３】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記拡散部は、前記第１の波長の光の光軸と交差する領域に設けられていてもよい。
【００２４】
この構成によれば、拡散部によって第１の波長の光が無駄に大きく拡散されることがなく、拡散部から射出される光の集光光学系でのけられを抑制することができる。
【００２５】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記拡散光学系は、前記偏光分離素子の側に位置する第１面と前記波長変換素子の側に位置する第２面とを有する板体を含む回転ホイールと、前記回転ホイールを回転させる駆動源と、を備え、前記回転ホイールにおいて、少なくとも一つの第１の領域と少なくとも一つの第２の領域とが前記回転ホイールの回転方向に並んで設けられ、前記第１の領域には、前記第１面に前記拡散部が設けられるとともに、前記第２面に前記第１の波長の光の少なくとも一部を前記拡散部に向けて反射させるミラーが設けられ、前記第２の領域は、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とを透過させてもよい。
【００２６】
この構成によれば、回転ホイールの第１の領域に設けられたミラーが第１の波長の光の全てを反射させたとしても、第２の領域が第２の波長の光とともに第１の波長の光を透過させるため、時間的には、第１の波長の光の一部を拡散部に向けて反射させ、第１の波長の光の他の一部を透過させ、第２の波長の光を透過させる光分離部の機能を果たすことができる。これにより、必要な拡散角度分布を有する光を射出でき、小型の光源装置を提供することができる。
【００２７】
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光源装置と、前記光源装置からの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。
【００２８】
この構成によれば、色むらやスペックルが抑制された画像を投射でき、高効率、小型のプロジェクターを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】第１実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図３】第１実施形態の光学素子の断面図である。
【図４】第１変形例の光学素子を示す断面図である。
【図５】第２変形例の光学素子を示す断面図である。
【図６】第２実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図７】第３実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図８】第４実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図９】第５実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図１０】第６実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図１１】第７実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図１２Ａ】回転ホイールの平面図である。
【図１２Ｂ】図１２ＡのＢ−Ｂ線に沿う回転ホイールの断面図である。
【図１２Ｃ】図１２ＡのＣ−Ｃ線に沿う回転ホイールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［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５を用いて説明する。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００３１】
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成図である。
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と、光変調装置４Ｇと、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。照明装置２の構成については、後述する。
【００３２】
色分離光学系３は、照明装置２から射出された白色の照明光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と、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と、第２の全反射ミラー８ｂと、第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａと、第２のリレーレンズ９ｂと、を概略備えている。
【００３３】
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、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを含むその他の光に分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを含むその他の光を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射するとともに青色光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。
【００３４】
第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、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、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。
【００３５】
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の光路長よりも長いことに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有する。
【００３６】
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。
【００３７】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれには、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および射出側各々には、偏光板（図示略）が配置されている。
【００３８】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの入射側に、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のそれぞれに入射する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢのそれぞれを平行化する。
【００３９】
合成光学系５には、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置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、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。
【００４０】
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。
【００４１】
（照明装置）
照明装置２の構成について説明する。
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２０と、インテグレーター光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１と、を備えている。
【００４２】
光源装置２０は、光源部２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０と、拡散光学系６０と、波長変換素子４５と、を備えている。拡散光学系６０は、位相差板２６と、光学素子２８と、集光光学系２７と、を備えている。
【００４３】
光源部２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０とは、光源部２１から射出される光線束Ｌの中心軸に一致する光軸ａｘ１上に配置されている。一方、波長変換素子４５と、集光光学系２７と、光学素子２８と、位相差板２６と、偏光分離素子５０と、インテグレーター光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１とは、光軸ａｘ１に直交する光軸ａｘ２上に配置されている。
【００４４】
光源部２１は、複数の半導体レーザー２１１（発光素子）を備えている。具体的には、複数の半導体レーザー２１１は、光軸ａｘ１と直交する面内においてアレイ状に配列されている。半導体レーザー２１１は、例えば４４０〜４８０ｎｍの波長域にピーク波長を有する青色光ＢＬを射出する。複数の半導体レーザー２１１の各々から射出される青色光ＢＬは、偏光分離素子５０に向けて光軸ａｘ１と平行に射出される。複数の半導体レーザー２１１から射出される複数の青色光ＢＬは、光線束Ｌを構成する。
【００４５】
全ての半導体レーザー２１１は、当該半導体レーザー２１１から射出される青色光ＢＬが偏光分離素子５０に対してＳ偏光として入射するように配置されている。以下の説明では、特に断らない限り、光の偏光方向を偏光分離素子５０に対する偏光方向として説明する。すなわち、半導体レーザー２１１は、Ｓ偏光であって、４４０〜４８０ｎｍの波長域にピーク波長を有する青色光ＢＬ（第１の偏光方向の第１の波長の光）を射出する。
【００４６】
光源部２１から射出された青色光ＢＬ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、光源部２１から射出された青色光ＢＬを平行光に変換する。コリメーター光学系２２は、例えば複数の半導体レーザー２１１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ターレンズ２２１で構成されている。
【００４７】
コリメーター光学系２２を透過することによって平行光に変換された青色光ＢＬ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、複数の青色光ＢＬからなる光線束Ｌの光束径を縮小する。アフォーカル光学系２３は、例えば凸レンズ２３ａと凹レンズ２３ｂとから構成されている。
【００４８】
本実施形態において、凸レンズ２３ａは、光入射面である凸面が非球面で構成された非球面レンズである。凸レンズ２３ａはコリメーター光学系２２からの複数の青色光ＢＬを光軸ａｘ１に近づけるように集光させる機能を有する。凸レンズ２３ａは一般的な硝材で形成されており、石英よりも熱膨張係数が大きい。
【００４９】
本実施形態において、凹レンズ２３ｂは、光入射面側および光射出面側の両面が凹面からなる両凹レンズで構成されている。凹レンズ２３ｂは、凸レンズ２３ａによって集光された複数の青色光ＢＬを光軸ａｘ１と平行な平行光に変換する機能を有する。凹レンズ２３ｂは、石英で形成されたレンズ（石英レンズ）である。したがって、凹レンズ２３ｂの熱膨張係数は一般的な硝材よりも小さい。
【００５０】
上記構成に基づいて、アフォーカル光学系２３は、複数の青色光ＢＬからなる光線束Ｌの光束径を縮小してホモジナイザー光学系２４に入射させる。
【００５１】
ホモジナイザー光学系２４は、光源装置２０の被照明領域（蛍光体層３２）における照度分布を均一にする。ホモジナイザー光学系２４は、例えば第１マルチレンズアレイ２４ａと、第２マルチレンズアレイ２４ｂと、から構成されている。第１マルチレンズアレイ２４ａの各レンズは、アフォーカル光学系２３から射出された光を複数の光線束に分割し、各光線束を第２マルチレンズアレイ２４ｂの対応する各レンズに入射させる。
【００５２】
偏光分離素子５０は、光軸ａｘ１および光軸ａｘ２のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。偏光分離素子５０は、第１の波長の青色光ＢＬに対しては偏光分離機能を有している。本実施形態では、偏光分離素子５０は、青色光ＢＬのうちのＳ偏光成分を反射させ、Ｐ偏光成分を透過させる。また、偏光分離素子５０は、第１の波長（青色光の波長帯）とは異なる第２の波長（黄色光の波長帯）の光を、偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能も有している。すなわち、本実施形態の偏光分離素子５０は、青色光のＳ偏光成分を反射させ、青色光のＰ偏光成分を透過させ、黄色の蛍光光ＹＬを透過させる。このように、偏光分離素子５０は、青色光のＰ偏光成分と黄色の蛍光光ＹＬとを偏光分離素子５０から略同じ方向に射出させる。
【００５３】
本実施形態の場合、半導体レーザー２１１から射出される青色光ＢＬは、上述したように、偏光分離素子５０に対するＳ偏光として入射する。そのため、偏光分離素子５０に入射した青色光ＢＬは、Ｓ偏光状態の青色光ＢＬｓとして、波長変換素子４５の側に向けて反射される。
【００５４】
位相差板２６は、偏光分離素子５０と波長変換素子４５との間の光路中に配置されている。位相差板２６は、青色光ＢＬｓの波長に対する１／４波長板で構成されている。位相差板２６は、Ｓ偏光の青色光ＢＬｓを例えば右回りの円偏光の青色光ＢＬｃに変換し、左回りの円偏光の青色光ＢＬｃ２をＰ偏光の青色光ＢＬｐに変換する。その後、例えば右回りの円偏光の青色光ＢＬｃは、光学素子２８に入射する。
【００５５】
図３は、第１実施形態の光学素子２８の断面図である。
図３に示すように、光学素子２８は、例えばサファイア、ダイヤモンド、石英、セラミックス等の光透過性材料からなる板体２８１で構成されている。また、これらの材料は、光学素子２８の熱拡散性を高め、信頼性を向上させる点で好ましい。以下、板体２８１の２つの面のうち、偏光分離素子５０の側に位置する面を第１面２８１ａと称し、波長変換素子４５の側に位置する面を第２面２８１ｂと称する。
【００５６】
板体２８１の第１面２８１ａに拡散部６１が設けられ、板体２８１の第２面２８１ｂには光分離部６２が設けられている。図２に示すように、光学素子２８は、青色光ＢＬｃが通過する際に当該青色光ＢＬｃを拡散させる拡散部６１を有し、内部を進行する青色光ＢＬｃの一部ＢＬｃ２を拡散部６１に向けて反射させ、青色光ＢＬｃの他の一部ＢＬｃ１を透過させ、黄色の蛍光光ＹＬを透過させる光分離部６２を有する。
【００５７】
拡散部６１は、板体２８１の第１面２８１ａに微細な凹凸構造が形成された構成を有する。凹凸構造を構成する各凹部や各凸部の大きさ、形状、ピッチ等は不規則であってもよく、この種の凹凸構造は例えば上記の光透過性材料からなる板体２８１の一面にフロスト加工を施すことによって得られる。拡散部６１は、青色光ＢＬｃ（第１の波長の光）が通過する際に当該青色光ＢＬｃを拡散させる。
【００５８】
光分離部６２は、光学素子２８の内部を進行して到達した青色光ＢＬｃの一部を拡散部６１に向けて反射させ、青色光ＢＬｃの他の一部ＢＬｃ１を透過させ、黄色の蛍光光ＹＬ（第２の波長の光）を透過させるダイクロイックミラーで構成されている。
【００５９】
ダイクロイックミラーは、例えば上記の板体２８１の第２面２８１ｂに設けられた誘電体多層膜から構成されている。光分離部６２で反射する青色光ＢＬｃ２と光分離部６２を透過する青色光ＢＬｃ１との光量の比率は、ダイクロイックミラー（誘電体多層膜）の構成を変更することで適宜変更することができる。光源装置２０から射出される照明光ＷＬのホワイトバランスを取りやすくするという意味では、上記の比率は、例えば反射光量が２０％、透過光量が８０％程度に設定されることが望ましい。
【００６０】
集光光学系２７は、波長変換素子４５の蛍光体層３２に向けて青色光ＢＬｃ１（第１の波長の光）を集光させる。集光光学系２７は、例えば第１集光レンズ２７ａ（集光光学素子）と、第２集光レンズ２７ｂ（集光光学素子）と、から構成されている。
【００６１】
波長変換素子４５は、蛍光体層３２と、反射層（図示略）と、蛍光体層３２を支持する基板３３と、ヒートシンク３４と、を備えている。蛍光体層３２には、基板３３とは反対側から青色光ＢＬｃ１が入射する。蛍光体層３２は、青色光ＢＬｃ１を吸収して励起される蛍光体を含んでいる。青色光ＢＬｃ１によって励起された蛍光体は、第１の波長とは異なる第２の波長の光として、例えば５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する黄色の蛍光光ＹＬを生成する。
【００６２】
反射層は、蛍光体層３２の青色光ＢＬｃが入射する側とは反対側の面に設けられている。反射層は、例えば光反射率の高い銀等の金属で形成することができる。もしくは、基板３３が光反射性材料で形成されている場合には、必ずしも反射層は設けられていなくてもよい。
【００６３】
蛍光体層３２は、蛍光体層３２の側面に設けられた光反射性を有する無機接着剤Ｓによって基板３３に固定されている。ヒートシンク３４は、基板３３の蛍光体層３２を支持する面とは反対側の面に設けられている。
【００６４】
蛍光体層３２で生成された蛍光光ＹＬのうち、基板３３側に向かう一部の蛍光光ＹＬは、反射層によって反射され、蛍光体層３２の上方に射出される。また、基板３３と反対側（上方）に向かう他の一部の蛍光光ＹＬは、反射層を介することなく、蛍光体層３２の外部に射出される。このようにして、蛍光体層３２から偏光分離素子５０に向けて黄色の蛍光光ＹＬが射出される。
【００６５】
インテグレーター光学系２９は、照明装置２の被照明領域である各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの液晶パネルにおける照度分布を均一化する。インテグレーター光学系２９は、第１レンズアレイ２９ａと、第２レンズアレイ２９ｂと、から構成されている。第１レンズアレイ２９ａと第２レンズアレイ２９ｂとの各々は、複数のレンズがアレイ状に配列された構成を有する。インテグレーター光学系２９を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３０に入射する。
【００６６】
偏光変換素子３０は、照明光ＷＬを所定の直線偏光に変換する。偏光変換素子３０を通過した照明光ＷＬは、重畳光学系３１に入射する。
【００６７】
重畳光学系３１は、重畳レンズから構成されている。照明光ＷＬは、重畳光学系３１を透過することにより被照明領域である各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの光入射面上で重畳され、照度分布が均一化される。
【００６８】
ここで、光源装置２０における拡散光学系６０の作用について説明する。
拡散光学系６０に入射したＳ偏光の青色光ＢＬｓは、位相差板２６を透過することによって、例えば右回りの円偏光である青色光ＢＬｃに変換される。次いで、青色光ＢＬｃは、光学素子２８の第１面２８ａに入射する際に拡散部６１によって拡散され、光学素子２８の内部を進み、光学素子２８の第２面２８ｂの光分離部６２に到達する。
【００６９】
光分離部６２に入射した青色光ＢＬｃのうち、一部の青色光ＢＬｃ２（例えば２０％の光）は、光分離部６２で反射して拡散部６１に向かって進み、拡散部６１を通過して射出される際に再度拡散する。すなわち、青色光ＢＬｃのうち、光分離部６２で反射した青色光ＢＬｃ２は、光学素子２８を往復して拡散部６１を２回通過する際、拡散部６１によって２回拡散される。また、光分離部６２で反射した青色光ＢＬｃ２は、右回りの円偏光から左回りの円偏光に変換される。左回りの円偏光に変換された青色光ＢＬｃ２は、位相差板２６を透過することにより、最初に拡散光学系６０に入射した時点とは異なる偏光方向のＰ偏光の青色光ＢＬｐに変換される。Ｐ偏光の青色光ＢＬｐは、偏光分離素子５０を透過する。
【００７０】
一方、光分離部６２に入射した青色光ＢＬｃのうち、残りの青色光ＢＬｃ１（例えば８０％の光）は、光分離部６２を透過し、集光光学系２７を介して波長変換素子４５の蛍光体層３２に入射する。蛍光体層３２に入射した青色光ＢＬｃ１は、蛍光体層３２中の蛍光体を励起し、黄色の蛍光光ＹＬに波長変換される。
【００７１】
波長変換素子４５から偏光分離素子５０に向けて射出された蛍光光ＹＬは、集光光学系２７、光学素子２８、位相差板２６を順次透過する。蛍光光ＹＬは、非偏光であるため、位相差板２６を通過した後も非偏光のままで偏光分離素子５０に入射する。蛍光光ＹＬは、黄色光の波長域に対して偏光分離機能を持たない偏光分離素子５０を透過する。このようにして、青色光ＢＬｐと黄色の蛍光光ＹＬとが偏光分離素子５０から同じ方向に射出される。これにより、白色の照明光ＷＬは、光源装置２０からインテグレーター光学系２９に向けて射出される。
【００７２】
上述したように、青色光ＢＬｃ２は拡散部６１によって２回拡散されるが、蛍光光ＹＬは光学素子２８を１回通過するため、拡散部６１によって１回拡散される。蛍光光ＹＬは、半導体レーザー２１１から射出される青色光ＢＬと異なり、蛍光体層３２から射出された時点からランバートな拡散角度分布を有している。そのため、蛍光光ＹＬを拡散部６１であまり強く拡散させると、拡散部６１の後段において光損失が発生するという問題がある。
【００７３】
ところが、本実施形態の場合、青色光ＢＬｃ２に対しては、２回の拡散で所望の拡散角度分布が得られればよいため、蛍光光ＹＬを過剰に拡散させた場合の光損失を抑制しつつ、青色光ＢＬｃ２の拡散角度分布と蛍光光ＹＬの拡散角度分布とのバランスを取ることができる。
【００７４】
このように、本実施形態によれば、拡散部６１と波長変換素子４５とを一つの光路上に配置することができ、拡散部６１に光を導く光学系と波長変換素子４５に光を導く光学系とを別個に設ける必要がない。これにより、必要な拡散角度分布を有する光を射出できる小型の光源装置２０を実現することができる。
【００７５】
また、本実施形態の光源装置２０においては、波長変換素子４５の前段に光学素子２８が配置されているため、蛍光体層３２の励起に寄与しない青色光は、光学素子２８の光分離部６２で分離され、蛍光体層３２に照射されることがない。そのため、蛍光体層３２の不要な温度上昇が抑制され、蛍光体層３２の光変換効率の低下を抑えることができる。
【００７６】
（光学素子の変形例）
なお、本実施形態で例示した光学素子２８に代えて、以下の図４もしくは図５に示す光学素子が用いられてもよい。
図４は、第１変形例の光学素子３６を示す断面図である。
図４に示すように、第１変形例の光学素子３６は、拡散部３７と、光分離部６２と、を備えている。本変形例では、拡散部３７として、光透過性を有する板体３８の第１面３８ａに複数の凹レンズ面からなるレンズアレイ構造が設けられている。各凹レンズ面は、半球面である。
【００７７】
図５は、第２変形例の光学素子４０を示す断面図である。
図５に示すように、第２変形例の光学素子４０は、拡散部４１と、光分離部６２と、を備えている。本変形例では、拡散部４１として、光透過性を有する板体４２の第１面４２ａに規則的な凹凸構造が設けられている。
【００７８】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図６を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図６は、第２実施形態の照明装置の概略構成図である。
図６において、第１実施形態で用いた図面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。
【００７９】
図６に示すように、本実施形態の照明装置６９において、光源装置７０は、光源部２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０と、拡散光学系７１と、波長変換素子４５と、を備えている。拡散光学系７１は、光学素子７２と、駆動部７３と、集光光学系２７と、を備えている。
【００８０】
本実施形態の光学素子７２は、複屈折を有する光透過性の材料からなる板体７４（位相差板）で構成されている。これにより、光学素子７２は、青色光ＢＬｓの波長に対する１／４波長板として機能する。すなわち、光学素子７２は、第１実施形態の光学素子２８と位相差板２６とを兼ねている。第１実施形態と同様、光学素子７２において、板体７４の第１面７４ａに拡散部６１が設けられ、板体７４の第２面７４ｂには光分離部６２が設けられている。
【００８１】
駆動部７３は、光学素子７２を光軸ａｘ２に対して垂直方向に駆動する。具体的には、駆動部７３は、例えば光学素子７２を振動させてもよいし、揺動させてもよい。駆動部７３は、モーター等を含む周知の駆動機構が用いられる。もしくは、駆動部７３は、光学素子を回転させてもよい。
光源装置７０のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００８２】
本実施形態の場合、光学素子７２に入射したＳ偏光の青色光ＢＬｓのうち、一部の青色光ＢＬｐ（例えば２０％の光）は、光学素子７２を往復して拡散部６１を２回通過し、拡散部６１によって２回拡散される。このとき、青色光ＢＬｓに往復で１／２波長の位相差が付与されるため、Ｓ偏光の青色光ＢＬｓはＰ偏光の青色光ＢＬｐに変換される。Ｐ偏光の青色光ＢＬｐは、偏光分離素子５０を透過する。
【００８３】
一方、光分離部６２を透過した青色光ＢＬｃ１は、蛍光体層３２中の蛍光体を励起することにより、黄色の蛍光光ＹＬに波長変換される。蛍光光ＹＬの振る舞いについては、第１実施形態と同様である。
【００８４】
本実施形態においても、必要な拡散角度分布を有する光を射出可能な小型の光源装置７０を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８５】
さらに本実施形態の場合、光学素子７２が第１実施形態の光学素子２８と位相差板２６とを兼ねているため、光源装置７０の更なる小型化が可能である。また、光源装置７０が光学素子７２を駆動する駆動部７３を備えているため、被照明領域において拡散部６１による青色光の拡散角度分布が時間的に重畳される。これにより、スペックルをより効果的に抑制することができる。また、光学素子７２を光軸ａｘ２に対して垂直方向に駆動する構成であるため、光源装置７０の光軸ａｘ２の方向の小型化にも寄与できる。
【００８６】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図７を用いて説明する。
第７実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図７は、第３実施形態の照明装置の概略構成図である。
図７において、第１実施形態で用いた図面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。
【００８７】
図７に示すように、本実施形態の照明装置７６において、光源装置７７は、光源部２１と、コリメーター光学系２２と、第１集光レンズ７８と、偏光分離素子５０と、拡散光学系７９と、波長変換素子４５と、を備えている。拡散光学系７９は、位相差板２６と、第２集光レンズ８０（集光光学系）と、光学素子８１と、を備えている。第１集光レンズ７８は、光源部２１から射出された青色光ＢＬを偏光分離素子５０に向けて集光する。
【００８８】
第２集光レンズ８０は、位相差板２６と光学素子８１との間の光路上に設けられている。第２集光レンズ８０は、波長変換素子４５に向けて青色光ＢＬを集光させる。すなわち、拡散光学系７９は、少なくとも一つの集光レンズを含み、波長変換素子４５に向けて青色光を集光させる集光光学系を備えている。
【００８９】
光学素子８１は、板体８２の第１面８２ａに設けられた拡散部８３を備えている。光学素子８１は、第２集光レンズ８０と波長変換素子４５との間の光路上に設けられている。そのため、第２集光レンズ８０によって集光された青色光ＢＬｃ１が光学素子８１に入射する。すなわち、拡散部８３は、第２集光レンズ８０によって集光された青色光ＢＬｃ１の光路上に設けられている。
【００９０】
第１実施形態では、拡散部６１は、板体２８１の第１面の全域に設けられていたのに対し、本実施形態では、拡散部８３は、板体８２の第１面８２ａのうち、集光された青色光ＢＬｃ１の照射領域の一部に設けられている。すなわち、拡散部８３は、青色光ＢＬｃ１の光軸と交差する領域、すなわち、青色光ＢＬｃ１の光軸近傍の中央領域に設けられている。当該中央領域は、青色光ＢＬｃ１の光軸と交差する。
光源装置７７のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００９１】
本実施形態においても、必要な拡散角度分布を有する光を射出可能な小型の光源装置７７を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９２】
青色光ＢＬｃ２が拡散部８３を２回通過することで十分に拡散されることは光源装置７７の利点であるが、青色光ＢＬｃ２の拡散角度分布が広くなり過ぎると、光学素子８１から射出された青色光ＢＬｃ２のうち、第２集光レンズ８０で呑み込めない青色光が生じ、第２集光レンズ８０における青色光の損失が発生する。この問題に対して、本実施形態によれば、拡散部８３が青色光ＢＬｃ２と交差する領域、すなわち、青色光ＢＬｃ２の光軸近傍の中央領域にのみ設けられているため、青色光ＢＬｃ２の拡散角度分布が広くなり過ぎることがなく、青色光ＢＬｃ２の利用効率を高めることができる。なお、拡散部８３の形成領域の大きさについては、必要とする青色光ＢＬｃ２の拡散角度分布に応じて適宜設定すればよい。なお、当該中央領域は、青色光ＢＬｃ２の光軸と交差する。
【００９３】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図８を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図８は、第４実施形態の照明装置の概略構成図である。
図８において、第１実施形態で用いた図面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。
【００９４】
図８に示すように、本実施形態の照明装置８５において、光源装置８６は、光源部２１と、コリメーター光学系２２と、第１集光レンズ７８と、偏光分離素子５０と、拡散光学系８７と、波長変換素子４５と、を備えている。拡散光学系８７は、第２集光レンズ８８（集光光学素子）と、光学素子８９と、第３集光レンズ９０（集光光学素子）と、を備えている。第２集光レンズ８８と第３集光レンズ９０とは、波長変換素子４５に向けて青色光を集光させる集光光学系９３を構成する。
【００９５】
光学素子８９は、複屈折を有する板体９１と、拡散部９２と、光分離部６２と、を備えている。光学素子８９は、青色光ＢＬｓの波長に対する１／４波長板として機能する。拡散部９２は、第３実施形態と同様、板体９１の第１面９１ａのうち、青色光ＢＬｓの照射領域の一部に設けられている。さらに本実施形態では、集光光学系９３が光源部２１の中間像を形成する構成とされており、拡散部９２は、半導体レーザー２１１の発光領域の中間像もしくは中間像近傍の位置に設けられている。
光源装置８６のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００９６】
本実施形態においても、必要な拡散角度分布を有する光を射出可能な小型の光源装置８６を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９７】
さらに本実施形態の場合、拡散部９２が半導体レーザー２１１の発光領域の中間像もしくは中間像近傍の位置に設けられているため、青色光ＢＬｓの損失を抑制できるとともに、青色光ＢＬｓの拡散効率が向上し、偏光分離素子５０から射出される照明光ＷＬの照度をより均一化することができる。
【００９８】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図９を用いて説明する。
第５実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図９は、第５実施形態の照明装置の概略構成図である。
図９において、第１実施形態で用いた図面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。
【００９９】
図９に示すように、本実施形態の照明装置９５において、光源装置９６は、光源部２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０と、拡散光学系９７と、波長変換素子４５と、を備えている。拡散光学系９７は、第１集光レンズ９８（第１の集光光学素子）と、第２集光レンズ９９（第２の集光光学素子）と、拡散部１００と、光分離部１０１と、を備えている。
【０１００】
第１集光レンズ９８と第２集光レンズ９９とは、波長変換素子４５に向けて青色光を集光させる集光光学系１０２を構成する。すなわち、集光光学系１０２は、偏光分離素子５０の側に設けられた第１集光レンズ９８と、波長変換素子４５の側に設けられた第２集光レンズ９９と、を備えている。
【０１０１】
第１集光レンズ９８および第２集光レンズ９９のそれぞれは、平面と凸面とを有する平凸レンズで構成されている。また、これらの平凸レンズは、複屈折を有する光透過性材料から構成されている。青色光ＢＬｓは、第１集光レンズ９８および第２集光レンズ９９を透過することで集光されつつ、位相差が付与されて偏光状態が変化する。このように、第１集光レンズ９８と第２集光レンズ９９とは、これら２枚の集光レンズで青色光ＢＬｓの波長に対する１／４波長板として機能する。なお、第１集光レンズ９８と第２集光レンズ９９とは、いずれか一方が複屈折を有して１／４波長板として機能し、他方が複屈折を有していなくてもよい。
【０１０２】
拡散部１００は、第１集光レンズ９８の平面９８ｂに設けられている。また、光分離部１０１は、第２集光レンズ９９の平面９９ｂに設けられている。
光源装置９６のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１０３】
本実施形態においても、必要な拡散角度分布を有する光を射出可能な小型の光源装置９６を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１０４】
さらに本実施形態の場合、集光光学系１０２を構成する第１集光レンズ９８に拡散部１００が設けられ、第２集光レンズ９９に光分離部１０１が設けられているため、光学素子や位相差板を別途設ける必要がなく、光源装置９６の部品点数の削減と小型化を図ることができる。
【０１０５】
また、拡散部１００と光分離部１０１とは、ともに平凸レンズの平面に設けられているため、凹凸構造や誘電体多層膜を形成しやすい。
【０１０６】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１０を用いて説明する。
第６実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図１０は、第６実施形態の照明装置の概略構成図である。
図１０において、第１実施形態で用いた図面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。
【０１０７】
図１０に示すように、本実施形態の照明装置１０４において、光源装置１０５は、光源部２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０と、拡散光学系１０６と、波長変換素子４５と、を備えている。拡散光学系１０６は、第１集光レンズ１０７（第１の集光光学素子）と、第２集光レンズ１０８（第２の集光光学素子）と、拡散部１０９と、光分離部１１０と、第３集光レンズ１１１と、を備えている。
【０１０８】
第１集光レンズ１０７と第２集光レンズ１０８と第３集光レンズ１１１とは、波長変換素子４５に向けて青色光ＢＬｃを集光させる集光光学系１１２を構成する。すなわち、集光光学系１１２は、偏光分離素子５０の側に設けられた第１集光レンズ１０７と、波長変換素子４５の側に設けられた第３集光レンズ１１１と、第１集光レンズ１０７と第３集光レンズ１１１との間に設けられた第２集光レンズ１０８と、を備えている。
【０１０９】
第１集光レンズ１０７、第２集光レンズ１０８および第３集光レンズ１１１のそれぞれは、平面と凸面とを有する平凸レンズで構成されている。また、これらの平凸レンズは、複屈折を有する光透過性材料から構成されている。青色光ＢＬｓは、第１集光レンズ１０７、第２集光レンズ１０８および第３集光レンズ１１１を透過することで集光されつつ、位相差が付与されて偏光状態が変化する。このように、第１集光レンズ１０７と第２集光レンズ１０８と第３集光レンズ１１１とは、これら３枚の集光レンズで青色光ＢＬｓの波長に対する１／４波長板として機能する。なお、上記３枚の集光レンズ１０７，１０８，１１１は、少なくとも１枚が複屈折を有して１／４波長板として機能し、他の集光レンズが複屈折を有していなくてもよい。
【０１１０】
拡散部１０９は、第２集光レンズ１０８の凸面１０８ａ（曲面）に設けられている。また、光分離部１１０は、第２集光レンズ１０８の平面１０８ｂに設けられている。
光源装置１０５のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１１１】
本実施形態においても、必要な拡散角度分布を有する光を射出可能な小型の光源装置１０５を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１２】
さらに本実施形態の場合、拡散部１０９が凸面１０８ａ（曲面）に設けられているため、拡散部が平面に設けられた場合に比べて、拡散部１０９に対する青色光ＢＬｓの入射角が小さくなる。その結果、集光されたことで角度の付いた青色光ＢＬｓが拡散部１０９に入射した場合であっても、拡散角度分布が極端に広がることがなく、適度な拡散角度分布が得られる。これにより、第１集光レンズ１０７における青色光ＢＬｓのけられが抑制され、青色光ＢＬｓの利用効率を高めることができる。
【０１１３】
［第７実施形態］
以下、本発明の第７実施形態について、図１１〜図１２Ｃを用いて説明する。
第７実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図１１は、第７実施形態の照明装置の概略構成図である。図１２Ａは、回転ホイールの平面図である。図１２Ｂは、図１２ＡのＢ−Ｂ線に沿う回転ホイールの断面図である。図１２Ｃは、図１２ＡのＣ−Ｃ線に沿う回転ホイールの断面図である。
図１１において、第１実施形態で用いた図面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。
【０１１４】
図１１に示すように、本実施形態の照明装置１１４において、光源装置１１５は、光源部２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０と、拡散光学系１１６と、波長変換素子４５と、を備えている。拡散光学系１１６は、位相差板２６と、回転ホイール１１７と、駆動源１１８と、集光光学系２７と、を備えている。
【０１１５】
回転ホイール１１７は、偏光分離素子５０の側に位置する第１面１１９ａと波長変換素子４５の側に位置する第２面１１９ｂとを有し、光透過性を有する板体１１９を備えている。駆動源１１８は、回転軸１２０を中心として回転ホイール１１７を回転させるモーターから構成されている。
【０１１６】
図１２Ａに示すように、回転軸１２０に平行な方向に見た回転ホイール１１７の形状は、円形である。回転ホイール１１７において、少なくとも一つの第１の領域１１７Ａと少なくとも一つの第２の領域１１７Ｂとは、回転ホイール１１７の回転方向に並んで交互に設けられている。本実施形態では、４つの第１の領域１１７Ａと４つの第２の領域１１７Ｂとが設けられているが、第１の領域１１７Ａおよび第２の領域１１７Ｂの数は、適宜変更が可能である。また、第１の領域１１７Ａの面積と第２の領域１１７Ｂの面積との比は、例えば１：４に設定されている。
【０１１７】
図１２Ｂに示すように、第１の領域１１７Ａには、板体１１９の第１面１１９ａに拡散部１２１が設けられるとともに、板体１１９の第２面１１９ｂには青色光ＢＬｃの少なくとも一部を拡散部１２１に向けて反射させるミラー１２２が設けられている。本実施形態では、ミラー１２２は、銀等の反射率の高い金属膜で構成され、青色光ＢＬｃの略１００％を拡散部１２１に向けて反射させるものとする。また、ミラー１２２が金属膜で形成された場合、蛍光光ＹＬはミラー１２２で反射され、回転ホイール１１７を透過できないが、青色光ＢＬｃが第１の領域１１７Ａに照射されている期間は蛍光光ＹＬが発生しないため、特に問題ない。
【０１１８】
ただし、ミラー１２２は、青色光ＢＬｃの少なくとも一部を拡散部１２１に向けて反射させる機能を有していればよく、上記第１〜第６実施形態の光分離部と同様、青色光ＢＬｃの一部を拡散部１２１に向けて反射させ、他の一部を透過させ、黄色の蛍光光ＹＬを透過させるダイクロイックミラーで構成されていてもよい。
【０１１９】
図１２Ｃに示すように、第２の領域１１７Ｂにおいては、板体１１９の第１面１１９ａ、第２面１１９ｂともに何も設けられておらず、平坦な第１面１１９ａおよび第２面１１９ｂが露出している。この構成により、第２の領域１１７Ｂは、青色光ＢＬｃおよび蛍光光ＹＬの略全てを透過させる。
【０１２０】
本実施形態の回転ホイール１１７を領域毎に見れば、第１の領域１１７Ａでは、青色光ＢＬｃの略１００％がミラー１２２で反射され、回転ホイール１１７を透過する青色光ＢＬｃおよび蛍光光ＹＬは略存在しない。また、第２の領域１１７Ｂでは、青色光ＢＬｃおよび蛍光光ＹＬの略全てが回転ホイール１１７を透過する。ところが、回転ホイール１１７が回転している間は、青色光ＢＬｃの照射箇所が第１の領域１１７Ａと第２の領域１１７Ｂとで高速に切り替わるため、回転ホイール１１７は、青色光ＢＬｃの一部を反射させ、青色光ＢＬｃの他の一部を透過させ、蛍光光ＹＬを透過させることができる。すなわち、回転ホイール１１７の第２面１１７ｂの全体を光分離部と見なすことができる。
光源装置１１５のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１２１】
本実施形態においても、必要な拡散角度分布を有する光を射出可能な小型の光源装置１１５を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１２２】
さらに本実施形態の場合、拡散部１２１が回転ホイール１１７に設けられているため、青色光ＢＬｃの拡散角度分布が刻々と変化し、被照明領域においてその拡散角度分布が時間的に重畳される。これにより、スペックルを効果的に抑制することができる。
【０１２３】
また、回転ホイール１１７における第１の領域１１７Ａと第２の領域１１７Ｂとの面積比を変えることにより、拡散部１２１で２回拡散させて射出させる青色光ＢＬｃと黄色の蛍光光ＹＬとの割合を調整することができる。その結果、照明光ＷＬのホワイトバランスを調整することができる。
【０１２４】
また、本実施形態では、光学特性の調整を必要とするダイクロイックミラーを使わなくても済み、簡易な金属膜のみで光分離部を構成することができるため、回転ホイール１１７の作製が容易になる。
【０１２５】
なお、本実施形態では、位相差板２６が回転ホイール１１７とは別個に設けられていたが、この構成に代えて、回転ホイール１１７を構成する板体１１９として複屈折を有する材料を用い、回転ホイール１１７が位相差板を兼ねる構成としてもよい。
【０１２６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、半導体レーザーからＳ偏光の青色光を射出させ、偏光分離素子で反射させた後、拡散光学系および波長変換素子に導く構成を例示した。この構成に代えて、半導体レーザーからＰ偏光の青色光を射出させ、偏光分離素子を透過させた後、拡散光学系および波長変換素子に導き、拡散光学系で２回拡散させた青色光と黄色の蛍光光とを偏光分離素子で反射させ、同じ方向に射出させて照明光とする構成が採用されてもよい。この場合、上記実施形態とは異なり、光源部と拡散光学系および波長変換素子とは、同一の光軸上に配置された構成となる。
【０１２７】
また、拡散部と光分離部とを備えた光学素子において、例えば青色光の反射率が異なる領域を設けておき、青色光の照射位置を変化させることにより、光分離部で反射する青色光と光分離部を透過する青色光との割合を調整できる構成としてもよい。これにより、照明光のホワイトバランスを調整することができる。
【０１２８】
第２実施形態において、光学素子を駆動するための駆動部を備えた光源装置を例示したが、他の実施形態の光源装置においても、駆動部を備えた構成を採用することができる。
【０１２９】
その他、波長変換素子および光源装置を構成する各構成要素の数、形状、材料、配置等については、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、固定型の波長変換素子の例を挙げたが、この構成に代えて、蛍光体層が環状に形成された回転ホイールを備えた回転型の波長変換素子が用いられてもよい。
【０１３０】
また、上記実施形態では、３つの光変調装置を備えるプロジェクターを例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに本発明を適用することも可能である。さらに、光変調装置としては、上述した液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイスなどを用いることもできる。
【０１３１】
その他、プロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
また、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が、これに限られない。本発明による光源装置は、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】
【０１３２】
１…プロジェクター、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、２０，７０，７７，８６，９６，１０５，１１５…光源装置、２８，３６，４０，７２，８１，８９…光学素子、３７，４１，６１，８３，９２，１００，１０９，１２１…拡散部、４５…波長変換素子、５０…偏光分離素子、６０，７１，７９，８７，９７，１０６，１１６…拡散光学系、６２，１０１，１１０…光分離部、８０，８８…第２集光レンズ（集光光学系）、９０…第２集光レンズ（集光光学素子）、９３，１０２…集光光学系、９８…第１集光レンズ（第１の集光光学素子）、９９…第２集光レンズ（第２の集光光学素子）、１１７…回転ホイール、１１７Ａ…第１の領域、１１７Ｂ…第２の領域、１１８…駆動源、１２２…ミラー、２１１…半導体レーザー（発光素子）。
【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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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