(57)【要約】【課題】歩留まりが高く、且つ所望の光学特性を得ることができる偏光分離素子、照明装置、及びプロジェクターを提供する。【解決手段】第１の面と、第１の面と対向する第２の面とを有する基材と、基材の第１の面側に設けられ、第１の方向に偏光した第１の波長域の光を主として反射し、第１の方向と直交する第２の方向に偏光した第１の波長域の光とは異なる第２の波長域の光を主として透過させる第１の光学素子と、基材の前記第２の面側に設けられ、第１の方向に偏光した第２の波長域の光を主として反射し、第２の方向に偏光した第２の波長域の光を主として透過させる第２の光学素子と、を備えた偏光分離素子に関する。【選択図】図１
2015049442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と、該第１の面と対向する第２の面とを有する基材と、
前記基材の前記第１の面側に設けられ、第１の方向に偏光した第１の波長域の光を主として反射し、該第１の方向と直交する第２の方向に偏光した前記第１の波長域の光とは異なる第２の波長域の光を主として透過させる第１の光学素子と、
前記基材の前記第２の面側に設けられ、前記第１の方向に偏光した前記第２の波長域の光を主として反射し、前記第２の方向に偏光した前記第２の波長域の光を主として透過させる第２の光学素子と、を備える
偏光分離素子。
【請求項２】
前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子は、第３の波長域の光を主として透過させる
請求項１に記載の偏光分離素子。
【請求項３】
前記基材との間に前記第１の光学素子を挟むように設けられた第１のプリズムと、
前記基材との間に前記第２の光学素子を挟むように設けられた第２のプリズムと、をさらに備える
請求項１又は２に記載の偏光分離素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の偏光分離素子と、
前記偏光分離素子の前記第１の光学素子側に設けられ、前記第１の波長域の光を射出する第１の光源と、
前記偏光分離素子の前記第１の光学素子側に設けられ、前記第２の波長域の光を射出する第２の光源と、
前記第１の光学素子によって反射された前記第１の波長域の光の光路上に設けられ、第３の波長域の光を射出する蛍光体層と、
前記偏光分離素子を透過した前記第２の波長域の光の光路上に設けられ、入射した光の偏光方向を前記第２の方向から前記第１の方向に変換し、前記第２の光学素子に入射するように射出する偏光変換装置と、を備える
照明装置。
【請求項５】
前記偏光変換装置は、前記第２の波長域の光を反射する第１の反射素子と、位相差板とを含む
請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記第１の反射素子は、前記第２の波長域の光を拡散反射させる
請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第２の波長域の光は、前記反射素子に円偏光として入射し、
前記第１の反射素子は、前記第２の波長域の光を、回転方向が反転された円偏光として射出する
請求項５に記載の照明装置。
【請求項８】
前記蛍光体層から射出された前記第３の波長域の光を前記偏光分離素子に入射するように反射する第２の反射素子をさらに備える
請求項４〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
照明光を照射する照明装置と、
前記照明光を画像情報に応じて変調することによって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、
前記照明装置として、請求項４〜８のいずれか一項に記載の照明装置を用いるプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光分離素子、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】
従来、偏光分離素子として誘電体多層膜を用いたものが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この誘電体多層膜は、要求仕様を満足するように設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３２９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、偏光分離特性を波長に対して細かく設定することが困難であるため、所望の光学特性が得られず歩留まりが低下するといった問題があった。
【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って、歩留まりが高く、且つ所望の光学特性を得ることができる偏光分離素子、照明装置、及びプロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様に従えば、第１の面と、該第１の面と対向する第２の面とを有する基材と、前記基材の前記第１の面側に設けられ、第１の方向に偏光した第１の波長域の光を主として反射し、該第１の方向と直交する第２の方向に偏光した前記第１の波長域の光とは異なる第２の波長域の光を主として透過させる前記第１の光学素子と、前記基材の前記第２の面側に設けられ、前記第１の方向に偏光した第２の波長域の光を主として反射し、前記第２の方向に偏光した前記第２の波長域の光を主として透過させる第２の光学素子と、を備える偏光分離素子が提供される。
【０００７】
第１態様に係る偏光分離素子によれば、基材の第１の面側に第１の光学素子を設け、基材の第２の面側に第２の光学素子を設けることで、偏光分離機能を分散させることが可能である。よって、第１の光学素子及び第２の光学素子は、各々の光学特性の設計条件が緩和され、設計が容易になるため、所望の光学特性が得られる素子を簡便且つ確実に製造することが可能となる。したがって、歩留まりが向上することで低コスト化を図ることができる。
【０００８】
上記第１態様において、前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子は、第３の波長域の光を主として透過させる構成としてもよい。
この構成によれば、第３の波長域の光を外部に取り出して有効に利用することができる。
【０００９】
上記第１態様において、前記基材との間に前記第１の光学素子を挟むように設けられた第１のプリズムと、前記基材との間に前記第２の光学素子を挟むように設けられた第２のプリズムと、をさらに備える構成としてもよい。
この構成によれば、第１のプリズム及び第２のプリズムにより基材が挟持されることで、プリズム型の偏光ビームスプリッターを提供することができる。
【００１０】
本発明の第２態様に従えば、上記第１態様に係る偏光分離素子と、前記偏光分離素子の前記第１の光学素子側に設けられ、前記第１の波長域の光を射出する第１の光源と、前記偏光分離素子の前記第１の光学素子側に設けられ、前記第２の波長域の光を射出する第２の光源と、前記第１の光学素子によって反射された前記第１の波長域の光の光路上に設けられ、第３の波長域の光を射出する蛍光体層と、前記偏光分離素子を透過した前記第２の波長域の光の光路上に設けられ、入射した光の偏光方向を前記第２の方向から前記第１の方向に変換し、前記第２の光学素子に入射するように射出する偏光変換装置と、を備える照明装置が提供される。
【００１１】
第２態様に係る照明装置の構成によれば、上記偏光分離素子を備えるので、第１の光源から射出した第１の波長域の光を蛍光体層に良好に導くとともに、偏光変換装置から射出した第１の方向に偏光した第２の波長域の光を良好に反射させることができる。よって、蛍光体層から射出された第３の波長域の光が例えば偏光分離素子を透過することで、第２の波長域の光と、第３の波長域の光とを基材の第２の面側に効率良く射出させることができる。したがって、低コストで所望の光学特性が得られる信頼性の高い照明装置が提供される。
【００１２】
上記第２態様において、前記偏光変換装置は、前記第２の波長域の光を反射する第１の反射素子と、位相差板とを含む構成としてもよい。
この構成によれば、例えば、λ／４板からなる位相差板を２回透過させることで第２の波長域の光の偏光方向を第２の方向から第１の方向に簡便且つ確実に変換することができる。
【００１３】
上記第２態様において、前記第１の反射素子は、前記第２の波長域の光を拡散反射させる構成としてもよい。
この構成によれば、第１の反射素子が第２の波長域の光を拡散反射するので、第２の波長域の光の拡がり方を蛍光体層から射出される第３の波長域の光の拡がり方に近づけることができる。
【００１４】
上記第２態様において、前記第２の波長域の光は、前記反射素子に円偏光として入射し、前記第１の反射素子は、前記第２の波長域の光を、回転方向が反転された円偏光として射出する構成としてもよい。
この構成によれば、第２の光学素子に入射するときの第２の波長域の光の偏光方向を、確実に第１の方向とすることができる。
【００１５】
上記第２態様において、前記蛍光体層から射出された前記第３の波長域の光を前記偏光分離素子に入射するように反射する第２の反射素子をさらに備える構成としてもよい。
この構成によれば、第２の反射素子を備えるので、第３の波長域の光を偏光分離素子側に向けて射出することができる。
【００１６】
本発明の第３態様に従えば、照明光を照射する照明装置と、前記照明光を画像情報に応じて変調することによって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、前記照明装置として、上記第１態様に係る照明装置を用いるプロジェクターが提供される。
【００１７】
第３態様に係るプロジェクターの構成によれば、上述の照明装置を備えるので、本プロジェクター自体も低コスト化で所望の光学特性が得られる信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す平面図である。
【図２】本実施形態に係る照明装置の概略構成を示す平面図である。
【図３】本実施形態に係る偏光ビームスプリッターの要部構成を示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る偏光分離膜の特性を示す図である。
【図５】本実施形態に係る反射素子の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の偏光分離素子、照明装置、及びプロジェクターの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
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。
【００２０】
本実施形態に係るプロジェクターの構成について説明する。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平面図である。
プロジェクター１は、図１に示すように、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。また、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。さらに、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。
【００２１】
プロジェクター１は、図１に示すように、照明光ＷＬを照射する照明装置２と、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢに分離する色分離光学系３と、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを画像情報に応じて変調し、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢに対応した画像光を形成する光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの画像光を合成する合成光学系５と、合成光学系５からの画像光をスクリーンＳＣＲに向かって投射する投射光学系６とを概略備えている。
【００２２】
照明装置２は、第１の光源から射出された励起光（青色光）によって励起された蛍光体から射出された蛍光光（黄色光）と、第２光源から射出された青色光とを混ぜることによって照明光（白色光）ＷＬを得るものである。そして、照明装置２は、均一な照度分布を有するように調整された照明光ＷＬを色分離光学系３に向かって照射する。照明装置２の構成については後で詳細に説明する。
【００２３】
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。
【００２４】
このうち、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とその他の色光ＬＧ，ＬＢとに分離する機能を有し、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の色光ＬＧ，ＬＢを反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、その他の色光ＬＧ，ＬＢを緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有し、分離された緑色光ＬＧを反射すると共に、青色光ＬＢを透過する。
【００２５】
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。なお、緑色光ＬＧについては、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。
【００２６】
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の光路の、第２のダイクロイックミラー７ｂの下流に配置されている。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よる青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。
【００２７】
光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ各々は、液晶パネルからなり、入射側及び射出側それぞれに図示しない偏光板を備えている。光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ各々は、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを画像情報に応じて変調することによって画像光を形成する。
【００２８】
また、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射面側には、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに入射する各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを平行化す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が配置されている。
【００２９】
合成光学系５は、クロスダイクロイックプリズムからなり、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂから入射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に向かって射出する。
【００３０】
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に向かって拡大投射する。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。
【００３１】
（照明装置）
続いて、上記プロジェクター１に用いられる照明装置２の構成について説明する。図２は、照明装置２の概略構成を示す平面図である。
【００３２】
照明装置２は、図２に示すように、アレイ光源２１と、コリメータ光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、偏光ビームスプリッター（偏光分離素子）２５と、ピックアップ光学系２７と、蛍光発光素子２８と、偏光変換装置４５と、インテグレータ光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１とを概略備えている。
【００３３】
アレイ光源２１は、複数の半導体レーザー２１ａをアレイ状に配置した第１アレイ光源（第１の光源）２１Ａと、複数の半導体レーザー２１ｂをアレイ状に配置した第２アレイ光源（第２の光源）２１Ｂと、を含む。アレイ光源２１の光軸を光軸ａｘ１とする。なお、図２では、簡略化のため、１個の半導体レーザー２１ａと１個の半導体レーザー２１ｂを描いてある。
【００３４】
また、後述する蛍光発光素子２８から色分離光学系３側に向けて射出される光の光軸を光軸ａｘ２とする。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは同一平面内にあり、且つ互いに直交している。光軸ａｘ１上においては、アレイ光源２１と、コリメータ光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、偏光ビームスプリッター２５と、偏光変換装置４５とが、この順に並んで配置されている。
一方、光軸ａｘ２上においては、蛍光発光素子２８と、ピックアップ光学系２７と、偏光ビームスプリッター２５と、インテグレータ光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１とが、この順に並んで配置されている。
【００３５】
半導体レーザー２１ａは、第１の波長域の光として、４４０〜４５０ｎｍの波長域にピーク波長（例えば、４４６ｎｍ）を有する励起光ＢＬ１を射出する。また、各半導体レーザー２１ａから射出される励起光ＢＬ１は、コヒーレントな直線偏光の光であり、偏光ビームスプリッター２５に向かって光軸ａｘ１と平行に射出される。なお、アレイ光源２１では、半導体レーザー２１ａが射出する励起光ＢＬ１の偏光方向を、偏光ビームスプリッター２５で反射される偏光成分（例えばＳ偏光成分）の偏光方向（第１の方向）と一致させている。
【００３６】
半導体レーザー２１ｂは、第２の波長域の光として、４５７〜４６７ｎｍの波長域にピーク波長（例えば、４６０ｎｍ）を有する青色光ＢＬ２を射出する。また、各半導体レーザー２１ｂから射出される青色光ＢＬ２は、コヒーレントな直線偏光の光であり、偏光ビームスプリッター２５に向かって光軸ａｘ１と平行に射出される。なお、アレイ光源２１では、半導体レーザー２１ｂが射出する青色光ＢＬ２の偏光方向を、偏光ビームスプリッター２５を透過する偏光成分（例えばＰ偏光成分）の偏光方向（第２の方向）と一致させている。
【００３７】
このようにして、アレイ光源２１から射出された励起光ＢＬ１および青色光ＢＬ２は、それぞれコリメータ光学系２２に入射する。
【００３８】
コリメータ光学系２２は、各半導体レーザー２１ａ、２１ｂに対応してアレイ状に並んで配置された複数のコリメータレンズ２２ａを有する。コリメータ光学系２２は、アレイ光源２１から射出された励起光ＢＬ１および青色光ＢＬ２を平行光に変換する。コリメータ光学系２２により平行光に変換された励起光ＢＬ１および青色光ＢＬ２は、アフォーカル光学系２３に入射する。
【００３９】
アフォーカル光学系２３は、励起光ＢＬ１および青色光ＢＬ２のサイズ（スポット径）を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えば２枚のアフォーカルレンズ２３ａ，アフォーカルレンズ２３ｂから構成されている。アフォーカル光学系２３を通過することによりサイズが調整された励起光ＢＬ１および青色光ＢＬ２は、ホモジナイザ光学系２４に入射する。
【００４０】
ホモジナイザ光学系２４は、励起光ＢＬ１および青色光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）に変換するものであり、例えば一対のマルチレンズアレイ２４ａ，マルチレンズアレイ２４ｂからなる。そして、このホモジナイザ光学系２４により光強度分布が均一な状態に変換された励起光ＢＬ１および青色光ＢＬ２は、偏光ビームスプリッター２５に入射する。
【００４１】
図３は、偏光ビームスプリッター２５の要部構成を示す図である。図３に示したように、偏光ビームスプリッター２５は、基材５１と、第１のプリズム５２と、第２のプリズム５３と、第１の偏光分離膜（第１の光学素子）Ｋ１と、第２の偏光分離膜（第２の光学素子）Ｋ２と、を有する。第１の偏光分離膜Ｋ１は、第１のプリズム５２の第２のプリズム５３と対向する面に設けられている。第２の偏光分離膜Ｋ２は、第２のプリズム５３の第１のプリズム５２と対向する面に設けられている。また、第１のプリズム５２は、接着剤として機能する基材５１によって第２のプリズム５３と接着されている。これにより、基材５１の一方面（第１の面）側に第１の偏光分離膜Ｋ１が設けられ、基材５１の他方面（第２の面）側に第２の偏光分離膜Ｋ２が設けられた構成を実現できる。
【００４２】
偏光ビームスプリッター２５は、光軸ａｘ１、ａｘ２に対して基材５１がそれぞれ４５°の角度をなすように配置されている。偏光ビームスプリッター２５は、互いに直交する光軸ａｘ１，ａｘ２の交点と基材５１の光学中心とが一致するように配置されている。
【００４３】
第１の偏光分離膜Ｋ１は、第１の方向に偏光した第１の波長域の光（励起光ＢＬ１ｓ）を主として反射し、第２の方向に偏光した第２の波長域の光（青色光ＢＬ２ｐ）を主として透過させる。また、第１の偏光分離膜Ｋ１は、後述する蛍光体層３２で生成される蛍光光を主として透過させる機能を有する。
【００４４】
ここで、第１の偏光分離膜Ｋ１が、第１の方向に偏光した第１の波長域の励起光ＢＬ１ｓを主として反射させるとは、第１の方向に偏光した第１の波長域の光の反射率が第２の方向に偏光した第１の波長域の光の反射率よりも高いことを意味する。好ましくは、励起光ＢＬ１ｓの反射率が少なくとも９０％である。
【００４５】
また、第１の偏光分離膜Ｋ１が、第２の方向に偏光した第２の波長域の光を主として透過させるとは、第２の方向に偏光した第２の波長域の光の透過率が第１の方向に偏光した第２の波長域の光の透過率よりも高いことを意味する。好ましくは、青色光ＢＬ２ｐの透過率が少なくとも９０％である。
【００４６】
第１の偏光分離膜Ｋ１が蛍光光を主として透過させるとは、蛍光光の透過率が少なくとも９０％であることを意味する。
【００４７】
図４は本実施形態に係る偏光ビームスプリッター２５における偏光分離特性を示す図であり、図４（ａ）は第１の偏光分離膜Ｋ１の偏光分離特性を示すものであり、図４（ｂ）は第２の偏光分離膜Ｋ２の偏光分離特性を示すものである。図４（ａ）、（ｂ）において横軸は光の波長を示し、縦軸は光の透過率を示す。
【００４８】
具体的に、本実施形態において、第１の偏光分離膜Ｋ１は、図４（ａ）に示すように、第１の方向に偏光した第１の波長域（４４０〜４５０ｎｍ）の光（励起光ＢＬ１ｓ）の反射率が、例えば９７％以上（すなわち、透過率が３％以下）であり、第２の方向に偏光した第２の波長域（４５７〜４６７ｎｍ）の光（青色光ＢＬ２ｐ）の透過率が、例えば９７％以上（すなわち、反射率が３％以下）である。また、第１の偏光分離膜Ｋ１は、第３の波長域の光（蛍光光ＹＬ）の平均透過率が、例えば９７％以上（すなわち、反射率が３％以下）である。それ以外の波長域については、特に限定されない。なお、図４（ａ）においては、５００ｎｍ以上の波長域において図を見易くするため、励起光ＢＬ１ｓ、青色光ＢＬ２ｐ、及び蛍光光ＹＬを示す線を重ならないようにずらして示している。
【００４９】
一方、第２の偏光分離膜Ｋ２は、第１の方向に偏光した第２の波長域の光を主として反射し、第２の方向に偏光した第２の波長域の光（青色光ＢＬ２ｐ）を主として透過させる。ここで、第１の方向に偏光した第２の波長域の光とは、後述のように偏光変換装置４５から射出されたＳ偏光の青色光ＢＬ２ｓである。また、第２の偏光分離膜Ｋ２は、後述する蛍光体層３２で生成される蛍光光を主として透過させる機能を有する。
【００５０】
ここで、第２の偏光分離膜Ｋ２が、第１の方向に偏光した第２の波長域の光を主として反射させるとは、第１の方向に偏光した第２の波長域の光の反射率が第２の方向に偏光した第２の波長域の光の反射率よりも高いことを意味する。好ましくは、青色光ＢＬ２ｓの反射率が少なくとも９０％である。
【００５１】
また、第２の偏光分離膜Ｋ２が、第２の方向に偏光した第２の波長域の光を主として透過させるとは、第２の方向に偏光した第２の波長域の光の透過率が第１の方向に偏光した第２の波長域の光の透過率よりも高いことを意味する。好ましくは、青色光ＢＬ２ｐの透過率が少なくとも９０％である。
【００５２】
第２の偏光分離膜Ｋ２が蛍光光を主として透過させるとは、蛍光光の透過率が少なくとも９０％であることを意味する。
【００５３】
具体的に、本実施形態において、第２の偏光分離膜Ｋ２は、図４（ｂ）に示すように、第１の方向に偏光した第２の波長域の光（青色光ＢＬ２ｓ）の反射率が、例えば９７％以上（すなわち、透過率が３％以下）であり、第２の方向に偏光した第２の波長域の光（青色光ＢＬ２ｐ）の透過率が、例えば９７％以上（すなわち、反射率が３％以下）である。また、第２の偏光分離膜Ｋ２は、第３の波長域の光（蛍光光ＹＬ）の平均透過率が、例えば９７％以上（すなわち、反射率が３％以下）である。それ以外の波長域については、特に限定されない。なお、図４（ｂ）においては、５００ｎｍ以上の波長域において図を見易くするため、青色光ＢＬ２ｓ、青色光ＢＬ２ｐ、及び蛍光光ＹＬを示す線を重ならないようにずらして示している。
【００５４】
このように本実施形態においては、要求される偏光分離機能を第１の偏光分離膜Ｋ１と第２の偏光分離膜Ｋ２とに分散させている。そのため、本実施形態では、第１の偏光分離膜Ｋ１及び第２の偏光分離膜Ｋ２における各々の光学特性の設計条件が緩和される。
【００５５】
第１の偏光分離膜Ｋ１で反射された励起光ＢＬ１ｓは、ピックアップ光学系２７に入射する。このピックアップ光学系２７は、励起光ＢＬ１ｓを蛍光体層３２に向かって集光させるものであり、例えばピックアップレンズ２７ａ，ピックアップレンズ２７ｂから構成されている。ピックアップ光学系２７により集光された励起光ＢＬ１ｓは、蛍光発光素子２８に入射する。
【００５６】
蛍光発光素子２８は、蛍光体層３２と、この蛍光体層３２を支持する反射基板（第２の反射素子）３３とを有している。蛍光発光素子２８では、蛍光体層３２の励起光ＢＬ１ｓが入射する側とは反対側の面を反射基板３３に接触させた状態で、蛍光体層３２が反射基板３３に固定支持されている。反射基板３３は、蛍光体層３２の支持面側が鏡面反射面から構成されている。鏡面反射面は、蛍光体層３２で生成された蛍光光ＹＬを反射する。
【００５７】
蛍光体層３２は、第１の波長域の光である励起光ＢＬ１ｓを吸収して励起される蛍光体を含み、この励起光ＢＬ１ｓにより励起された蛍光体は、第１の波長域とは異なる第３の波長域の光として、例えば５００〜６８０ｎｍ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。
【００５８】
蛍光体層３２には、耐熱性及び表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。例えば、蛍光体層３２としては、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層や、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。
【００５９】
本実施形態において、蛍光体層３２は、側面に設けられた光反射特性を有する無機接着剤Ｓによって反射基板３３に固定されている。これにより、蛍光発光素子２８は、光反射特性を有する無機接着剤Ｓによって蛍光体層３２の側面から漏れ出す光を蛍光体層３２内へと反射させることが可能である。よって、蛍光体層３２で生成された蛍光光の光取り出し効率を高めることができる。
【００６０】
蛍光体層３２で生成された蛍光光ＹＬのうち、一部の蛍光光は、反射基板３３によって反射され、蛍光体層３２の外部へと射出される。また、蛍光体層３２で生成された蛍光光ＹＬのうち、他の一部の蛍光光は、反射基板３３を介さずに蛍光体層３２の外部へと直接射出される。このようにして、蛍光体層３２からピックアップ光学系２７に向かって蛍光光ＹＬが射出される。
【００６１】
反射基板３３の蛍光体層３２を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３４が配置されている。ヒートシンク３４は、蛍光体層の熱を放熱する。これにより、蛍光発光素子２８は、蛍光体層３２の熱劣化を防ぐことができる。
【００６２】
ピックアップ光学系２７を透過した蛍光光ＹＬは、偏光ビームスプリッター２５に入射する。蛍光体層３２から射出された蛍光光（黄色光）ＹＬは、偏光方向が揃っていない状態のまま偏光ビームスプリッター２５に入射する。蛍光光ＹＬは、第１の偏光分離膜Ｋ１及び第２の偏光分離膜Ｋ２を透過して、さらにインテグレータ光学系２９に入射する。
【００６３】
一方、第１の偏光分離膜Ｋ１を透過した青色光ＢＬ２ｐは、偏光変換装置４５に入射する。この偏光変換装置４５は、位相差板２６と、ピックアップレンズ４１、４２と、反射素子４３と、を含む。位相差板２６は１／４波長板（λ／４板）から構成される。位相差板２６に入射するＰ偏光の青色光ＢＬ２ｐは、円偏光の青色光ＢＬ２ｃに変換された後、ピックアップレンズ４１、４２に入射する。ピックアップレンズ４１、４２は、青色光ＢＬ２ｃを反射素子４３に向かって集光させる。
【００６４】
続いて、反射素子４３の構成について図面を参照しながら説明する。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態に係る反射素子４３の概略構成を示す図である。
本実施形態において、反射素子４３は、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すいずれかの構成を採用するのが好ましい。
【００６５】
図５（ａ）に示される反射素子４３は、ベース部材６１と、ベース部材６１の表面に形成された凹凸部６１ａと、該凹凸部６１ａに設けられた反射膜６２と、を有する。反射膜６２は、例えば、Ａｌ膜等の反射性を有する金属膜から構成される。そのため、ベース部材６１は、光反射性の有無を問わず、種々の材料を用いることが可能とされる。
反射素子４３は、反射膜６２及び凹凸部６１ａにより円偏光の青色光ＢＬ２ｃを偏光ビームスプリッター２５側に向かって拡散反射する機能を有している。なお、反射素子４３は、青色光ＢＬ２ｃを反射する際、該青色光ＢＬ２ｃの拡がり方を蛍光体層から射出される蛍光光ＹＬの拡がり方に近づける。
【００６６】
また、反射素子４３は、青色光ＢＬ２ｃを、回転方向が反転された円偏光として射出する。これにより、第２の光学素子に入射するときの第２の波長域の光の偏光方向を、確実に第１の方向とすることができる。
【００６７】
図５（ｂ）に示される反射素子４３は、ベース部材６３と、該ベース部材６３の表面に形成された凹凸部６３ａと、を有する。ベース部材６３は、例えば、Ａｌ膜等の反射性を有する金属材料から構成される。そのため、反射素子４３は、凹凸部６３ａの表面に反射膜を設ける必要が無い。
反射素子４３は、凹凸部６３ａにより円偏光の青色光ＢＬ２ｃを偏光ビームスプリッター２５側に向かって拡散反射する機能を有している。なお、反射素子４３は、図５（ａ）の場合と同様、青色光ＢＬ２ｃの拡がり方を蛍光体層から射出される蛍光光ＹＬの拡がり方に近づける。また、反射素子４３は、青色光ＢＬ２ｃを、回転方向が反転された円偏光として反射させる。
【００６８】
図５（ｃ）に示される反射素子４３は、ベース部材６４と、該ベース部材６４の表面に形成された凹凸部６４ａと、ベース部材６４の裏面に形成された反射膜６５と、を有する。ベース部材６４は、例えば、光透過性を有する材料から構成される。
反射素子４３は、ベース部材６４を透過した青色光ＢＬ２ｃを、反射膜６５によって偏光ビームスプリッター２５側に向かって拡散反射する。なお、反射素子４３は、図５（ａ）、（ｂ）の場合と同様、青色光ＢＬ２ｃの拡がり方を蛍光体層から射出される蛍光光ＹＬの拡がり方に近づける。また、反射素子４３は、青色光ＢＬ２ｃを、回転方向が反転された円偏光として反射させる。
【００６９】
反射素子４３で反射された円偏光の青色光ＢＬ２ｃは、位相差板２６を透過することでＳ偏光の青色光ＢＬ２ｓに変換される。青色光ＢＬ２ｓは、偏光ビームスプリッター２５の第２のプリズム５３を介して第２の偏光分離膜Ｋ２に入射し、該第２の偏光分離膜Ｋ２によりインテグレータ光学系２９に向けて反射される。
【００７０】
このようにして、偏光ビームスプリッター２５によって青色光ＢＬ２ｓと黄色である蛍光光ＹＬとが混ざることによって、照明光（白色光）ＷＬが得られる。この照明光ＷＬは、インテグレータ光学系２９に入射する。
【００７１】
インテグレータ光学系２９は、輝度分布（照度分布）を均一化するものであり、一対のレンズアレイ２９ａ，レンズアレイ２９ｂからなる。これら一対のレンズアレイ２９ａ，２９ｂは、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。そして、このインテグレータ光学系２９を通過することにより輝度分布が均一化された照明光ＷＬは、偏光変換素子３０に入射する。
【００７２】
偏光変換素子３０は、照明光ＷＬの偏光方向を揃えるものであり、例えば偏光分離膜と位相差板とを組み合わせたものからなる。特に、この偏光変換素子３０は、偏光方向が揃っていない蛍光光ＹＬの偏光方向を青色光ＢＬ２ｓの偏光方向（Ｓ偏光）と一致させるため、一方の偏光成分を他方の偏光成分に変換する。そして、この偏光変換素子３０を通過することにより偏光方向が揃えられた照明光ＷＬは、重畳光学系３１に入射する。
【００７３】
重畳光学系３１は、重畳レンズ３１ａからなり、照明光ＷＬは、この重畳光学系３１を通過することにより光変調装置上で重畳される。これにより、光変調装置上での照度分布が均一化されると共に光線軸周りの照度の軸対称性が高められる。
【００７４】
以上のような構成を有する照明装置２では、偏光ビームスプリッター２５により第１の波長域の励起光ＢＬ１を反射させつつ、第２の波長域の青色光ＢＬ２を透過させることで、第１の波長域の励起光ＢＬ１を蛍光体層３２に入射させて生成した蛍光光ＹＬ（黄色）と、反射素子４３で反射した第２の波長域の青色光ＢＬ２とが混ざった照明光（白色光）ＷＬを生成することができる。
【００７５】
本実施形態において、偏光ビームスプリッター２５は、基材５１の第１の面側に設けられた第１の偏光分離膜Ｋ１と、基材５１の第２の面側に設けられた第２の偏光分離膜Ｋ２とを備えている。これにより、要求される偏光分離機能を第１の偏光分離膜Ｋ１と第２の偏光分離膜Ｋ２とに分散させることが可能である。よって、第１の偏光分離膜Ｋ１及び第２の偏光分離膜Ｋ２は、各々の光学特性の設計条件が緩和されたものとなるので、各々の設計が容易になる。その結果、所望の光学特性を備えた偏光分離素子を簡便且つ確実に製造することが可能となる。したがって、偏光ビームスプリッター２５の歩留まりが向上し、低コスト化が実現できる。
【００７６】
したがって、このような照明装置２をプロジェクター１の照明装置に適用することで、プロジェクター１自体も低コストで所望の光学特性が得られる信頼性の高いものとなる。また、プロジェクター１は、画像品質に優れた表示を行うことが可能となる。
【００７７】
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも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、偏光ビームスプリッター２５としてはプリズム形状のものに限らず、平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。この場合、光透過性を有する基板（基材）の第１の面に第１の偏光分離膜Ｋ１を設け、基板の第１の面と対向する第２の面に第２の偏光分離膜Ｋ２を設ける。
【００７８】
また、上記実施形態では、照明装置２が備える光源としては、半導体レーザー２１ａと、半導体レーザー２１ｂとを用いる場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体発光素子を用いてもよい。例えば、半導体レーザー２１ａの代わりにＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤから射出される光を偏光変換素子を用いてＳ偏光に変換することが好ましい。この構成によれば、ＬＥＤから射出される光を効率的に蛍光体層３２に照射することができる。
また、半導体レーザー２１ｂの代わりにＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤから射出される光を偏光変換素子を用いてＰ偏光に変換することが好ましい。この構成によれば、照明装置２はＬＥＤからの光を効率的に色分離光学系３に向けて射出することができる。
【００７９】
また、上記実施形態では、反射素子として反射基板３３を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、熱伝導性が比較的高い銅などの基板と蛍光体層３２との間に設けた反射膜を反射素子として用いても良い。反射膜としてはアルミニウムなどの高反射率材料を用いることができる。
【００８０】
また、上記実施形態では、反射素子４３の態様として、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、硫酸バリウムや酸化マグネシウムなどの塗料を表面に塗布することで構成した完全拡散反射面を用いても良い。
【００８１】
また、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つの光変調装置でカラー映像（画像）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。さらに、光変調装置としては、液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ：米国テキサスインツルメンツ社の登録商標）などを用いることもできる。
【符号の説明】
【００８２】
１…プロジェクター、２…照明装置、３…色分離光学系、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投射光学系、２１Ａ…第１アレイ光源（第１の光源）、２１Ｂ…第２アレイ光源（第２の光源）、２５…偏光ビームスプリッター（偏光分離素子）、２６…位相差板、２７…ピックアップ光学系、３２…蛍光体層、３３…反射基板（第２の反射素子）、４３…反射素子（第１の反射素子）、４５…偏光変換装置、５１…基材、５２…第１のプリズム、５３…第２のプリズム、ＳＣＲ…スクリーン、ＹＬ…蛍光光（第３の波長域の光）、ＢＬ１…励起光（第１の波長域の光）、ＢＬ２…青色光（第２の波長域の光）、Ｋ１…第１の偏光分離膜、Ｋ２…第２の偏光分離膜、ＢＬ１ｓ…励起光（第１の方向に偏光した第１の波長域の光）、ＢＬ２ｐ…青色光（第２の方向に偏光した第２の波長域の光）、ＢＬ２ｓ…青色光（第１の方向に偏光した第２の波長域の光）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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