(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調素子を照明する照明光学系と、
第１の固体光源と、前記第１の固体光源からの光の少なくとも一部を前記第１の固体光源からの光とは波長が異なる第１の変換光に変換する第１の波長変換素子と、前記第１の固体光源からの光を前記第１の波長変換素子に導く第１の導光光学系とを備える第１の光源ユニットと、
第２の固体光源と、前記第２の固体光源からの光の少なくとも一部を前記第２の固体光源からの光とは波長が異なるとともに前記第１の変換光とは分光分布が異なる第２の変換光に変換する第２の波長変換素子と、前記第２の固体光源からの光を前記第２の波長変換素子に導く第２の導光光学系とを備える第２の光源ユニットと、
前記第１の光源ユニットからの光を前記照明光学系に導く第１の導光面と、前記第１の導光面とは異なる導光面であって前記第２の光源ユニットからの光を前記照明光学系に導く第２の導光面と、を有する光路合成系と、を備え、
前記照明光学系の光軸方向視において、前記第１の導光面は前記第２の導光面と重ならないとともに前記第２の導光面とは異なる位置に設けられており、
前記光路合成系は、前記第１の光源ユニットからの光を用いて前記第１の導光面上に第１の光源像を形成する第１の集光光学系と、前記第２の光源ユニットからの光を用いて前記第２の導光面上に第２の光源像を形成する第２の集光光学系と、を備え、
前記照明光学系の光軸方向視において、前記第１の光源像と前記第２の光源像との間の距離をｄ１とし、前記第１の光源像の幅のうち前記第１の光源像と前記第２の光源像が並んでいる方向の幅をｄ２とするとき、
０．７≦ｄ１／ｄ２≦１．３
を満足する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記第１の導光光学系および前記第２の導光光学系は、前記第１の固体光源からの光および前記第２の固体光源からの光を分割するための複数の第１のレンズ面を備える第１のレンズ面アレイと、前記第１のレンズ面からの光を受光するための複数の第２のレンズ面を備える第２のレンズ面アレイと、前記第２のレンズ面アレイからの光を前記波長変換素子に導く重畳光学系と、を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記照明装置は、前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットを含む複数の光源ユニットを備え、
前記照明光学系は、前記光路合成系からの光の偏光方向を変換する偏光変換素子を備え、
前記偏光変換素子の入射面のうち前記光路合成系からの光の偏光方向が所定の偏光方向へ変換される領域を有効領域とし、前記複数の光源ユニットの個数をＮとし、前記有効領域を前記有効領域の第１の辺あるいは前記第１の辺と直交する第２の辺の方向の少なくとも一方に沿ってＮ個に分割した領域の短辺方向の寸法をＸとし、長辺方向の寸法をＹとし、前記第１のレンズ面の短辺方向の寸法をｘとし、長辺方向の寸法をｙとするとき、
【数１】
0006711705.tif 000003
を満足する、
ことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１の導光面は、前記第１の光源ユニットからの光を反射する第１の反射面であって、
前記第２の導光面は、前記第２の光源ユニットからの光を反射するとともに、前記照明光学系の光軸と前記第１の反射面の法線とに平行な面において前記照明光学系の光軸と直交する方向の位置が前記第１の反射面とは異なる第２の反射面である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光路合成系は、前記第１の反射面と前記第２の反射面を備えるプリズムを備える、ことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記第１の導光面は、前記第１の光源ユニットからの光を反射する第１の反射面であって、
前記第２の導光面は、前記第２の光源ユニットからの光を反射するとともに前記第１の反射面とは異なる第２の反射面であって、
前記光路合成系は、
前記第１の反射面を有する第１の反射ミラーと、
前記第２の反射面を備えるとともに、前記照明光学系の光軸と前記第１の反射面の法線とに平行な面の法線方向の位置が前記第１の反射ミラーとは異なる第２の反射ミラーと、を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第１の導光面は、前記第１の光源ユニットからの光を反射する第１の反射面であって、
前記第２の導光面は、前記第２の光源ユニットからの光を透過させるとともに、前記照明光学系の光軸と前記第１の反射面の法線とに平行な面において前記照明光学系の光軸と直交する方向の位置が前記第１の反射面とは異なる第１の透過面である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第１の波長変換素子は、前記固体光源からの光の少なくとも一部を緑色帯域の光に変換する緑色用蛍光体であって、
前記第２の波長変換素子は、前記固体光源からの光の少なくとも一部を赤色帯域の光に変換する赤色用蛍光体である、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記第１の波長変換素子は、第１の基板と、前記第１の基板上に第１の方向に連続して形成された第１の波長変換層とを備え、
前記第２の波長変換素子は、第２の基板と、前記第２の基板上に第２の方向に連続して形成された第２の波長変換層とを備え、
前記第１の波長変換層からの光の分光分布と、前記第２の波長変換層からの光の分光分布とは互いに異なる、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記第１の基板は円形であり、前記第１の方向は前記第１の基板の周方向であって、
前記第２の基板は円形であり、前記第２の方向は前記第２の方向の周方向である、
ことを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記光変調素子としての第１の光変調素子、第２の光変調素子、第３の光変調素子と、前記照明装置からの光を前記第１の光変調素子、前記第２の光変調素子、前記第３の光変調素子に導くとともに、前記第１の光変調素子、前記第２の光変調素子、前記第３の光変調素子からの光を合成する色分離合成系と、を備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１２】
前記色分離合成系からの光を被投射面に導く投射光学系をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１１に記載の投射型表示装置。
【請求項１３】
前記色分離合成系は、前記所定の偏光方向の光を、前記所定の偏光方向の光と偏光方向が異なる光よりも多く透過させる偏光板を有している、
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置およびこれを用いた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザーダイオード（以後、ＬＤと記す）から発する光を励起光として蛍光体に照射し、波長変換された蛍光光を光源光として用いる所謂固体光源プロジェクターが開発されている。このようなプロジェクターとして特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載のプロジェクターは、励起光源としての青色ＬＤと、径の異なる３つの円周上にそれぞれ青色拡散層、緑色蛍光体層、赤色蛍光体層を設けた発光素子と、発光素子からの光を合成するダイクロイックミラーを備えている。このような構成によって赤色、緑色、青色の光を照明光学系に導くことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３７６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、蛍光体から射出する蛍光光は広帯域の分光分布をもつので、緑色用と赤色用のそれぞれの蛍光体からの分光分布は互いに重なりあう波長帯域が存在する。このため、２つの異なる蛍光体からの光をダイクロイックミラーで合成する特許文献１に記載の構成では、前述の２つの異なる蛍光体の分光分布の間で重なり合う波長帯域で損失が生じてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、互いに異なる特性の複数の波長変換素子からの光を合成する際の光の損失を従来よりも小さくすることが可能な照明装置およびこれを用いた投射型表示装置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】
【０００７】
上記課題の解決のために、本発明における照明装置は、
光変調素子を照明する照明光学系と、
第１の固体光源と、前記第１の固体光源からの光の少なくとも一部を前記第１の固体光源からの光とは波長が異なる第１の変換光に変換する第１の波長変換素子と、前記第１の固体光源からの光を前記第１の波長変換素子に導く第１の導光光学系とを備える第１の光源ユニットと、
第２の固体光源と、前記第２の固体光源からの光の少なくとも一部を前記第２の固体光源からの光とは波長が異なるとともに前記第１の変換光とは分光分布が異なる第２の変換光に変換する第２の波長変換素子と、前記第２の固体光源からの光を前記第２の波長変換素子に導く第２の導光光学系とを備える第２の光源ユニットと、
前記第１の光源ユニットからの光を前記照明光学系に導く第１の導光面と、前記第１の導光面とは異なる導光面であって前記第２の光源ユニットからの光を前記照明光学系に導く第２の導光面と、を有する光路合成系と、を備え、
前記照明光学系の光軸方向視において、前記第１の導光面は前記第２の導光面と重ならないとともに前記第２の導光面とは異なる位置に設けられており、
前記光路合成系は、前記第１の光源ユニットからの光を用いて前記第１の導光面上に第１の光源像を形成する第１の集光光学系と、前記第２の光源ユニットからの光を用いて前記第２の導光面上に第２の光源像を形成する第２の集光光学系と、を備え、
前記照明光学系の光軸方向視において、前記第１の光源像と前記第２の光源像との間の距離をｄ１とし、前記第１の光源像の幅のうち前記第１の光源像と前記第２の光源像が並んでいる方向の幅をｄ２とするとき、
０．７≦ｄ１／ｄ２≦１．３
を満足する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、互いに異なる特性の複数の波長変換素子からの光を合成する際の光の損失を従来よりも小さくすることが可能な照明装置およびこれを用いた投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態としての照明装置の構成説明図
【図２】２つの蛍光体から発生する蛍光光の分光分布を示す図
【図３】２つの異なる分光分布をもつ光を合成した場合に生じる課題を示す図
【図４】第２フライアイレンズと偏光変換素子によって形成される有効領域を示す図
【図５】本発明の第２の実施形態としての照明装置の構成説明図
【図６】本発明の第３の実施形態としての照明装置の構成説明図
【図７】本発明の第３の実施形態における有効領域及び光源像の形状の関係を示す図
【図８】励起光路に挿入されたレンズアレイの効果を表わす図
【図９】光を空間的に合成する光学素子の変形例の構成説明図
【図１０】各実施形態で示す照明装置を搭載した投射型表示装置の構成説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、本発明は後述の実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。
【００１１】
〔第１の実施形態〕
以下、図１から図４を用いて本発明の第１の実施形態としての照明装置について説明する。
【００１２】
（照明装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態としての照明装置の構成を示す構成図である。図１においては、後述のコリメータレンズ２（２ａ、２ｂ）の光軸と平行な方向をＺ軸方向としている。そして、後述の集光レンズユニット７（８ａ、８ｂ）の光軸とＺ軸に平行な断面がＸＺ断面となるようなＺ軸方向と直交する方向をＸ軸方向としている。なお、コリメータレンズ２の光軸と集光レンズユニット７の光軸は直交していなくてもよい。そして、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向としている。図１は、図面内に図示されている座標軸にあるようにＸＺ断面の図になっている。
【００１３】
本実施形態における光源ユニットＡ（Ａａ、Ａｂ）は、青色ＬＤである光源１（１ａ、１ｂ）、コリメータレンズ２、ひとつひとつが互いに異なる曲率半径及び頂点座標を有する複数の放物面ミラーを備える放物面ミラーアレイ３（３ａ、３ｂ）を備えている。光源ユニットＡはさらに、平面ミラー４（４ａ、４ｂ）、凹レンズ５（５ａ、５ｂ）、ダイクロイックミラー６（６ａ、６ｂ）、集光レンズユニット７、波長変換素子としての蛍光体８（８ａ、８ｂ）を備えている。蛍光体８が反射した蛍光光を集光レンズユニット７が取込んで平行光化して射出する構成になっている。そして、ここでは光源１と蛍光体８との間に設けられている各光学素子の一部あるいは全てを導光光学系と称する。
【００１４】
本実施形態としての照明装置は、図１に示すように光源ユニットＡとして第１の光源ユニットＡａと、第２の光源ユニットＡｂの計２つの光源ユニットを備えている。各光源ユニットから射出された光は、凸レンズ９、合成プリズム１０、平行化レンズ１１を備える光路合成系Ｂへ入射して合成されたのち照明光学系Ｃに入射する。
【００１５】
照明光学系Ｃは第１フライアイレンズ１２、第２フライアイレンズ１３、偏光変換素子１４、コンデンサレンズ１５を備え、光路合成系Ｂからの光を用いて光変調素子１６を照明する。光変調素子１６で変調された光は投射光学系（図中不記載）に入射し、被投射面に映像を投射する。なお、ここでいう投射光学系は照明装置や後述の色分離合成系を保持する筺体に対して着脱可能であっても、固定されていてもよい。
【００１６】
以下、光源１から光変調素子１６へ至るまでの光路について説明する。
【００１７】
（光源１〜蛍光体８までの光路）
光源１から射出された光は発散光であるが、光源１の直後に配置されたコリメータレンズ２によって平行光となる。本実施形態においてコリメータレンズ２の個数は光源１と同じであるが、光源１とコリメータレンズ２の数は必ずしも等しくなくてもよい。コリメータレンズ２から射出された光はＺ方向に進行したのち放物面ミラーアレイ３によって反射される。
【００１８】
放物面ミラーアレイ３によって反射された複数の光は集光しながら平面ミラー４へ入射する。言い換えると、放物面ミラーアレイ３からの複数の光は互いの距離を縮めながら平面ミラー４へ向かう。平面ミラー４によって反射された光は凹レンズ５に入射する。凹レンズ５は、その焦点位置を放物面ミラーアレイ３の焦点と共有しているため、平面ミラー４から凹レンズ５へ入射した光は平行光となって凹レンズ５からダイクロイックミラー６へ向かう。
【００１９】
ダイクロイックミラー６は、後述するように蛍光体８からの光のうちの青色光の損失を少なくするために、凹レンズ５からの光を反射するのに必要な最小限の大きさになっている。より詳細には、図１に示すＸＺ断面において、ダイクロイックミラー６のＺ軸方向の幅は集光レンズユニット７のＺ軸方向の最大幅よりも小さい。さらに、ダイクロイックミラー６のＸ軸方向の幅は、凹レンズ５のうち平面ミラー４からの光が入射する領域のＸ軸方向の幅よりも大きくなっていてもよい。
【００２０】
ここでいうダイクロイックミラー６の各方向の幅はダイクロイックミラー６のうち後述の誘電体多層膜がコーティングされている領域の各方向の幅と置き換えても良い。また、凹レンズ５のうち平面ミラー４からの光が入射する領域のＸ軸方向の幅は凹レンズ５の外径の９０％あるいは８０％の幅と置き換えてもよい。
【００２１】
ダイクロイックミラー６の表面には光源１からの光は反射するが、蛍光体８からの蛍光光は透過する特性の誘電体多層膜がコーティングされている。このため、凹レンズ５からの平行光はダイクロイックミラー６で反射されて集光レンズユニット７によって蛍光体８上に集光される。
【００２２】
（蛍光体８〜光路合成系Ｂまでの光路）
蛍光体８に入射した光の少なくとも一部は、緑から赤色成分までを含む広帯域の分光分布を有する蛍光光に変換されて反射される。そしての残りは蛍光光に変換されずに光源１からの光と同じスペクトルのまま青色光として反射される。つまり、蛍光体８からの光は赤色光、緑色光、青色光を含む白色光である。
【００２３】
蛍光体８から射出された白色光は集光レンズユニット７によって平行光化されて光路合成系Ｂへ向かう。このとき、蛍光体８からの白色光はダイクロイックミラー６を経由するが、前述のとおりダイクロイックミラー６は光源１からの光を反射して蛍光光を透過させる特性を有する。このため、蛍光体８からの白色光のうちダイクロイックミラー６を通過する光に含まれる青色光は反射されて光変調素子１６へ導かれず、損失となってしまう。このような青色光の損失を少なくするために、前述のようにダイクロイックミラー６は凹レンズ５からの光を反射するのに必要な最小限の大きさになっている。
【００２４】
本実施形態では、前述のように放物面ミラーアレイ３を用いることで大型化を抑制しつつ、複数の光源１からの光を細く圧縮しているため、ダイクロイックミラー６の面積を蛍光体８からの白色光の断面積に対して小さくすることができる。その結果、前述のように青色光の損失を少なくしつつ、小型および軽量な照明装置を実現することができる。
【００２５】
（ダイクロイックミラーによる合成の際に生じる光の損失）
次に、前述の特許文献１におけるダイクロイックミラーによる合成の際に生じる光の損失と、その損失を少なくするために本発明の各実施形態が採用している構成について説明する。
【００２６】
第１の光源ユニットＡａが備える蛍光体８ａと、第２の光源ユニットＡｂが備える蛍光体８ｂは互いに特性が異なる。具体的には、図２に示すように蛍光体８ａは相対的に緑色成分の発光量が多い蛍光体（緑色用蛍光体）であり、蛍光体８ｂは相対的に赤色成分の発光量が多い蛍光体（赤色用蛍光体）である。言い換えると、蛍光体８ａからの蛍光光（第１の変換光）の主波長（第１の主波長）と蛍光体８ｂからの蛍光光（第２の変換光）の主波長（第２の主波長）とは互いに異なる。さらに言い換えると、図２に示すように第１の変換光と第２の変換光は互いに分光分布が異なる。
【００２７】
ここでいう主波長あるいはピーク波長とは図２に示すように蛍光体８ａ及び８ｂからの蛍光光のうち最も強度が高い波長のことであり、本実施形態においては蛍光体８ａからの光の主波長は５２５ｎｍ、蛍光体８ｂからの光の主波長は６００ｎｍである。なお、図２に示す相対強度とは主波長の強度を１としたときの各波長の強度を示すものである。
【００２８】
また、本発明の各実施形態における赤色成分及び緑色成分の光、あるいは赤色帯域及び緑色帯域の光を次のように定義する。すなわち、赤色成分の光あるいは赤色帯域の光を主波長が５９０〜６６０ｎｍの間にある光とし、緑色成分の光あるいは緑色帯域の光を主波長が５００〜５４０ｎｍの間にある光とする。同様に、青色成分の光あるいは青色帯域の光を主波長が４４０〜４８０ｎｍの光とし、黄色成分の光を主波長が５４０〜５８０ｎｍの光とする。
【００２９】
図２に示すように、蛍光体８ａからの光及び蛍光体８ｂからの光は互いに重なりあう波長領域の光を有している。前述の特許文献１に示すようにダイクロイックミラーを用いてこのような２つの異なる分光分布をもつ光を合成した場合に生じる課題について、図３を用いて説明する。
【００３０】
図３（ａ）のように一般的なダイクロイックミラーは所定のカットオフ波長よりも長波長側の光を透過し、短波長側の光を反射するように設計されている。より具体的には、図３（ａ）に示すダイクロイックミラーは、蛍光体８ａからの光を反射して蛍光体８ｂからの光を透過させる。この構成のダイクロイックミラーを用いて一部の波長帯域に重なりがある２つの異なる分光分布の蛍光光を合成する場合、図３（ｂ）のようにそれぞれの分光分布に対してカットオフ波長の前後の光（斜線部Ａ、Ｂ）が損失になってしまう。ここでいうカットオフ波長とは図３（ｂ）に示すように透過率あるいは反射率が５０％になる波長のことをいう。
【００３１】
つまり、理想的にいえば全て反射されてほしい蛍光体８ａからの光の一部がダイクロイックミラーを透過して光変調素子１６へ導かれず、損失が生じる。同様に理想的にいえば全て透過してほしい蛍光体８ｂからの光の一部がダイクロイックミラーで反射されて光変調素子１６へ導かれず、損失が生じる。このようなダイクロイックミラーを用いた合成に対して、本発明の各実施形態として示す照明装置において、ダイクロイックミラーを用いずに前述の光路合成系Ｂを用いて２つの光源ユニットからの光を空間的に合成している。このため、前述のダイクロイックミラーによる合成の際に生じる光の損失を従来よりも少なくすることができる。以下、光路合成系Ｂによる２つの光源ユニットからの光の合成について説明する。
【００３２】
（光路合成系Ｂによる合成）
蛍光体８からの光は集光レンズユニット７によって集光および平行光化され、光路合成系Ｂに入射する。光路合成系Ｂでは凸レンズ９ａ（第１の集光光学系）が光源ユニットＡａからの光を用いて第１の導光面としての第１の反射面１０ａ上（第１の導光面上）に第１の集光スポット（第１の光源像）を形成する。そして、凸レンズ９ｂ（第２の集光光学系）が光源ユニットＡｂからの光を用いて第２の導光面としての第２の反射面１０ｂ上（第２の導光面上）に第２の集光スポット（第２の光源像）を形成する。
【００３３】
より具体的には、合成プリズム１０の照明光学系Ｃ側の頂点が第１の集光スポットと第２の集光スポットの中間に位置するように合成プリズム１０が配置されている。言い換えれば、第１の集光スポットおよび第２の集光スポットは、その境界が合成プリズム１０の照明光学系Ｃ側の頂点上に来るように互いに近接して配置されるように光路合成系Ｂが構成されている。なお、本実施形態において各光源ユニットからの光を空間的に合成する素子とは合成プリズム１０を指す。
【００３４】
合成プリズム１０の頂点近傍は集光レンズユニット７と凸レンズ９について蛍光体８上の蛍光光の発光スポットと光学的に共役の位置に配置されている。従って、前述の第１の反射面１０ａ上に形成される第１の集光スポットは蛍光体８ａ上の蛍光光の発光スポットと相似形状である。同様に第２の反射面１０ｂ上に形成される第２の集光スポットは蛍光体８ｂ上の蛍光光の発光スポットと相似形状である。また、前述のように２つの集光スポットは合成プリズム１０の頂点近傍において互いに近接して配置されているので、２つの集光スポットを実質的に１つの新たな光源として考えることができる。
【００３５】
（光路合成系Ｂ〜照明光学系Ｃまでの光路）
合成プリズム１０の第１の反射面１０ａおよび第２の反射面１０ｂが約９０°の角度を成しており、各光源ユニットからの光は第１の反射面１０ａおよび第２の反射面１０ｂによって平行光化レンズ１１へ向かい平行光化され、照明光学系Ｃへ向かう。このとき、本発明の各実施形態においては、各光源ユニットからの光をダイクロイックミラーで合成するのではなく、空間内に合成しているので光の損失を少なくすることができる。
【００３６】
ここでいう各光源ユニットからの光を空間的に合成するとは、照明光学系の光軸方向視において、第１の導光面は第２の導光面と重ならないとともに第２の導光面とは異なる位置に設けられていることをいう。より具体的には、本実施形態においては、照明光学系Ｃの光軸と第１の反射面１０ａの法線とに平行な面において照明光学系Ｃの光軸と直交する方向の位置が第１の反射面１０ａとは異なる位置に第２の反射面１０ｂが設けられていることをいう。
【００３７】
なお、照明光学系の光軸方向視とは、より詳細には照明光学系Ｃが備えるコンデンサレンズ１５の光軸方向視のことをいう。あるいは、光路合成系Ｂが備える平行光化レンズ１１の光軸方向視に置き換えてもよい。図１において照明光学系の光軸方向視とは、Ｚ軸方向視と同義であるが、仮に第１フライアイレンズ１２と第３フライアイレンズ１３との間にミラーがあり、コンデンサレンズ１５の光軸がＹ軸方向と平行になったとする。このような場合は、ミラーによる折り返しを展開してミラーがあったとしても照明光学系の光軸方向視は図１に示すようにＺ軸方向視と同義であるとする。
【００３８】
（照明光学系Ｃ〜光変調素子１６までの光路）
照明光学系Ｃに入射した光は第１フライアイレンズ１２に入射して複数の部分光束に分割された後、第２フライアイレンズ１３と後述の偏光変換素子１４との間に、合成プリズム１０の頂点近傍に形成された実質的な光源の像を形成する。ここで、第２フライアイレンズ１３は平行光化レンズ１１と第１フライアイレンズ１２について合成プリズム１０の頂点近傍と光学的な共役の位置に配置されている。このため、第２フライアイレンズ１３と偏光変換素子１４との間に形成される光源像は合成プリズム１０の頂点近傍に形成される照明光学系Ｃにとっての実質的な光源と相似形状である。
【００３９】
第１フライアイレンズ１２によって分割された複数の部分光束は第２フライアイレンズ１３およびコンデンサレンズ１５によって光変調素子１６上に重畳され、その結果光変調素子１６が照明される。なお、本発明の各実施形態における光変調素子１６は１６：９のアスペクト比をもつ液晶パネルであり、各画素へ入射する光の偏光状態を制御することで画像を形成する。
【００４０】
（偏光変換素子１４の構成）
ここで各光源ユニットからの蛍光光は非偏光光なので、本実施形態では光の利用効率を高めるために偏光変換素子１４を第２フライアイレンズ１３の直後に配置している。
【００４１】
図４（ａ）（ｂ）に示すように偏光変換素子１４は第２フライアイレンズ１３を構成するレンズセルの約半分の幅を有する細長の偏光ビームスプリッタを複数並べ、偏光ビームスプリッタの射出面に一つおきに半波長板を配した構造をしている。偏光変換素子１４に入射した光は偏光分離膜でＰ偏光とＳ偏光に分離され、Ｓ偏光は隣接する偏光分離膜でＰ偏光と同じ方向に反射され、Ｐ偏光の射出側に配された半波長板でＳ偏光と同じ偏光状態に変換することで、所定の偏光状態に光が揃えられる。なお、Ｓ偏光の射出側に半波長板を配置してＰ偏光に揃えられる場合もある。
【００４２】
（有効領域での光の損失の低減）
ここで、照明光学系の照明効率を高めるためには、図４（ａ）（ｂ）に示すように第２フライアイレンズ１３を構成するレンズセル及び偏光変換素子１４が形成する有効領域内を通過する光量を高める必要がある。ここでいう有効領域とは、図４（ｂ）に点線で示す偏光変換素子１４上で入射光が所望の偏光方向の光に変換される領域と第２フライアイレンズ１３の各レンズセルがＸＹ面上で重なる領域である。
【００４３】
具体的には、本実施形態では第２フライアイレンズ１３の各レンズセルの横および縦の長さをＡ、Ｂとするとき、第２フライアイレンズ１３の各レンズセルは光変調素子と同じ１６：９のアスペクト比を有しているため、Ａ：Ｂ＝１６：９となる。このとき、偏光変換素子１４と第２フライアイレンズ１３の各レンズセルが形成する有効領域のアスペクト比はＡ／２：Ｂとなり、本実施形態では８：９の矩形形状になる。
【００４４】
光源像を形成する光のうち偏光変換素子１４の所望の偏光ビームスプリッタに入射した光は所望の偏光方向に揃えられる。しかしながら、所望の偏光ビームスプリッタに隣接する偏光ビームスプリッタに入射した光は、所望の偏光方向と直交する偏光方向に揃えられてしまうので、液晶パネルに対して不要光となって投射画像が暗くなってしまう。
【００４５】
一方、第１フライアイレンズ１２のレンズセルからの光のうち第２フライアイレンズ１３の対応するレンズセルを通過する光は光変調素子１６上に到達する。しかしながら、対応するレンズセルに隣接するレンズセルを通過する光は光変調素子１６の所定領域の外を照明してしまうため、投射画像が暗くなってしまう。
【００４６】
つまり、前述の有効領域近傍に形成される光源像のうち、有効領域内を通過する成分のみが最終的に光変調素子１６に到達できる。従って、有効領域に対する光源像の大きさが照明効率に対して重要となる。具体的には、有効領域近傍に形成される光源像を小さくすることが照明効率にとっては好ましい。
【００４７】
そこで本実施形態においては、前述のように各光源ユニットからの光の集光スポットを合成プリズム１０の頂点を中心としてなるべく互いに接近して配置されるようにすることで、有効領域外に入射する光の量を少なくしている。
【００４８】
このような構成によって、本実施形態で示す照明装置は、前述のように各光源ユニットからの光を合成する際の光の損失の量を従来よりも少なくしつつ、有効領域での光の損失の量も少なくすることができる。
【００４９】
（合成プリズム１０の変形例）
本実施形態では図９（ａ）のように２つの蛍光体から射出した互いに異なる分光分布の光を、合成プリズム１０の第１の反射面１０ａと第２の反射面１０ｂを用いることで空間的に合成していた。しかしながら、合成プリズム１０の構成はこのような構成に限定されるものではなく、例えば図９（ｂ）に示すように反射面１０´ｂと透過面１０´ａをもつ合成プリズム１０´を用いて２つの蛍光体からの光を合成してもよい。つまり、照明装置が第１の光源ユニットＡａと第２の光源ユニットＡｂを備えている場合には、光路合成系Ｂが第１の導光面と第２の導光面を備えていればよく、第１の導光面および第２の導光面の特性は必ずしも同じでなくてもよい。また、第１の光源ユニットＡａと第２の光源ユニットＡｂは平行光化レンズ１１の光軸を対称軸として左右対称な位置に設けられていなくてもよい。
【００５０】
（より好ましい形態）
前述のように、合成プリズム１０の頂点近傍には２つの集光スポットが互いに近接して配置されているが、以下の条件を満たすように照明装置が構成されていることが好ましい。
【００５１】
照明光学系Ｃの光軸方向視において、第１の反射面１０ａ上の集光スポット（第１の光源像）のうち少なくとも最大強度の８０％までの領域が第１の反射面１０ａ上に位置していることが好ましい。さらに、第２の反射面１０ｂ上の集光スポット（第２の光源像）のうち少なくとも最大強度の８０％までの領域は第２の反射面１０ｂ上に位置していることが好ましい。つまり、各光源ユニットからの光のうち第１の反射面１０ａおよび第２の反射面１０ｂに入射しない光が少ないことが好ましい。
【００５２】
さらに好ましくは、第１の光源像と第２の光源像との間の距離をｄ１とし、第１の光源像の幅のうち第１の光源像と第２の光源像が並んでいる方向の幅をｄ２とする。このとき、
０．７≦ｄ１／ｄ２≦１．３        （１）
を満足するとよい。この条件式（１）は後述の図８（ｃ）に示すように、第１の光源像と第２の光源像がほぼ隣接して配置されていることを意味している。条件式（１）を満たすと合成プリズム１０で合成された光源像を小さくして後段の光学素子でけられる光束を減らすことで光の利用効率の低下を抑制することができるため好ましい。もちろんｄ１／ｄ２の値は０．８以上１．２以下あるいは０．９以上１．１以下であれば、なお好ましい。
【００５３】
なお、ここでいう光源像の幅とは光源像の強度分布における半値全幅のことをいう。また、第１の光源像と第２の光源像との間の距離とは、両光源像の強度分布における最大強度となる位置間の距離あるいは第１の光源像の重心と第２の光源像の重心間の距離のことをいう。なお、第１の光源像の強度分布における半値全幅の中心と、第２の光源像の強度分布における半値全幅の中心との間の距離を、第１の光源像と第２の光源像との間の距離としてもよい。
【００５４】
〔第２の実施形態〕
図５は、本発明の第２の実施形態としての照明装置の構成を示す図である。前述の第１の実施形態との違いは、２つの蛍光体８ａおよび８ｂから発生する互いに異なる分光分布をもつ光を空間的に合成する光学素子として合成プリズム１０ではなく、より製造が容易な反射ミラー１７を用いている点である。これ以外については第１の実施形態と変わらないので全体の光学系の説明は省略する。
【００５５】
前述の第１の実施形態においては、図１に示すＹ軸方向の位置が同じである第１の反射面１０ａおよび第２の反射面１０ｂを両面のなす角度が約９０度になるような合成プリズム１０を用いた。このような合成プリズム１０と同様に、第１の導光面としての第１の反射ミラー１７ａと、第２の導光面としての第２の反射ミラー１７ｂをＹ軸方向の位置が同じで両ミラーのなす角度が約９０度になるように配置したとする。この場合、両ミラーは所定のガラス平板の厚みを持っているので、両ミラーの接点ではガラス平板の厚み分のギャップが生じてしまう。その結果、両ミラーに形成される集光スポットを互いに近接して配置することが困難になってしまうので、前述の有効領域での光の損失を充分に低減できないおそれがある。
【００５６】
そこで、本実施形態では、図５に示すように第１の反射ミラー１７ａと第２の反射ミラー１７ｂをＹ軸方向の位置が異なるように配置し、かつＹ軸方向視で両ミラーが互いに交差して約９０度をなすように両ミラーを配置した。つまり、前述の第１の実施形態においては、第１の光源ユニットＡａおよび第２の光源ユニットＡｂからの光に基づく集光スポットが合成プリズム１０においてＸ軸方向に並べられた。これに対して本実施形態においては両光源ユニットからの光に基づく集光スポットが反射ミラー１７においてＹ軸方向に並べられている。言い換えれば、第２の反射ミラー１７ｂは、照明光学系Ｃの光軸と第１の反射ミラー１７ａの法線とに平行な面の法線方向の位置が第１の反射ミラー１７ａとは異なっている。
【００５７】
このような構成であっても、前述の第１の実施形態と同様にダイクロイックミラーを用いずに２つの蛍光体８ａおよび８ｂからの光を合成でき、互いに異なる特性の複数の波長変換素子からの光を合成する際の光の損失を従来よりも小さくすることができる。なお、このような反射ミラー１７の構成に合わせて、第１の光源ユニットＡａおよび第２の光源ユニットＡｂのＹ軸方向の位置を適宜調整してもよい。
【００５８】
〔第３の実施形態〕
図６は、本発明の第３の実施形態としての照明装置の構成を示す図である。前述の第１の実施形態との違いは、凹レンズ５とダイクロイックミラー６との間に複数のレンズセルがマトリクス状に配置されたレンズアレイ１８（１８ａ、１８ｂ）が配置されていることである。これ以外については第１の実施形態と変わらないので全体の光学系の説明は省略する。
【００５９】
（凹レンズ５〜レンズアレイ１８〜蛍光体８までの光路）
レンズアレイ１８は入射側に第１レンズ面アレイ１８１（１８１ａ、１８１ｂ）を有しており、出射側に第２レンズ面アレイ１８２（１８２ａ、１８２ｂ）を有している。このため、凹レンズ５を射出してレンズアレイ１８に入射した平行光は第１レンズ面アレイ１８１で複数の部分光に分割された後、第２レンズ面アレイ１８２に入射する。そして、第２レンズ面アレイ１８２を射出した光は、ダイクロイックミラー６により反射されて集光レンズユニット７に向かう。
【００６０】
ダイクロイックミラー６から蛍光体８までの光路は前述の各実施形態と同様であるが、前述の各実施形態においては蛍光体８上に光源１の発光面と相似形状の集光スポットが形成されていた。これに対して本実施形態においては、集光レンズユニット７によって第１レンズ面アレイ１８１からの複数の部分光が蛍光体８上に重畳されて集光スポットが形成される。つまり、集光レンズユニット７は重畳光学系ともいえる。
【００６１】
蛍光体８は第２レンズ面アレイ１８２と集光レンズユニット７について第１レンズ面アレイ１８１の各レンズセルと略共役の位置に配置されている。このため、凹レンズ５によって平行光化された光は第１レンズ面アレイ１８１に入射した時点では、ムラのある光分布であるが、上記の経路により分割および重畳される。その結果、蛍光体８上には第１レンズ面アレイ１８１のレンズセル形状と相似形の均一な光密度分布の集光スポットが形成される。
【００６２】
すなわち、第１レンズ面アレイ１８１の個々のレンズセルを物体とし、これらが重畳された像を蛍光体８上に形成する。従って、蛍光体８上において光源１から光が１点へ集中して輝度飽和現象によって蛍光体の光変換効率が低下することを抑制することができる。
【００６３】
（蛍光体８〜光路合成系Ｂ〜照明光学系Ｃまでの光路）
蛍光体８から光路合成系Ｂを介して照明光学系Ｃに至るまでの光路は前述の各実施形態と同様であり、第１の実施形態と同様に合成プリズム１０を用いて２つの光源ユニットからの光を、ダイクロイックミラーを用いずに合成している。
【００６４】
（第１レンズ面アレイ１８１と有効領域との関係）
照明光学系Ｃに入射した光に基づいて第２フライアイレンズ１３と偏光変換素子１４との間の有効領域近傍に光源像が形成され、これら光源像からの光がコンデンサレンズ１５を介して光変調素子上に重畳されるのは前述の各実施形態と同様である。しかしながら、有効領域近傍に形成される光源像は前述の各実施形態とは異なるため、図７（ａ）（ｂ）を用いて説明する。
【００６５】
図７（ａ）は第１レンズ面アレイ１８１を正面からみた図である。第１レンズ面アレイ１８１の各レンズセルは、横および縦の長さをｘ、ｙとすると、ｘ：ｙ＝４：９のアスペクト比をもつ長方形形状である。これは、アスペクト比が８：９の有効領域をＹ軸方向で二等分した分割領域と同じアスペクト比である。前述のように、蛍光体８上には第１レンズ面アレイ１８１の各レンズセルと相似形状の集光スポットが形成されるため、蛍光体８上の集光スポットはアスペクト比が４：９の長方形形状となる。
【００６６】
さらに、合成プリズム１０の第１の反射面１０ａおよび第２の反射面１０ｂ上には蛍光体８上の蛍光光の発光スポットと相似形状の集光スポットが形成されるため、両反射面上の集光スポットはアスペクト比が４：９の長方形形状となる。そして、図７（ｂ）に示すように合成プリズム１０の頂点近傍に形成される２つの集光スポットは互いに近接して配置されている。このため、２つの集光スポットを合わせると、全体として２ｘ：ｙ＝８：９のアスペクト比をもつ集光スポットが合成プリズム１０の頂点近傍に形成される。
【００６７】
また、前述のように有効領域近傍には合成プリズム１０の頂点近傍に形成される集光スポットと相似形状の光源像が形成される。従って、図７（ｃ）のように照明光学系の有効領域とそこで形成される合成プリズム１０の頂点近傍に形成された実質的な光源の像の形状が相似形状となっており、有効領域での光の損失を低減しつつ、照明光学系の照明効率を高めることができる。
【００６８】
（レンズアレイ１８による効果）
図８に本実施形態でレンズアレイ１８を追加した効果を示す。上段及び中段は合成プリズム１０上での光（光源像）の振る舞いを示す。下段は照明光学系の有効領域と合成プリズムの頂点近傍に形成された実質的な光源の像との関係を示す。
【００６９】
前述の各実施形態においては光源１からの光を、レンズアレイ１８を用いずに蛍光体に照射しているため、光源１からレーザー光の出力を上げていくと光密度が高くなり、前述の輝度飽和現象によって蛍光体８の光変換効率が低下する。このような光変換効率の低下を低減するために、例えば凹レンズ５とダイクロイックミラー６との間に拡散素子を設けることが考えられる。
【００７０】
拡散素子を用いて光源１からレーザー光による集光スポットをぼかして形成した場合は、光密度の空間分布は図８（ａ）（ｂ）のように円形形状且つ光密度はガウシアンのような不均一な分布となる。この場合、合成プリズム１０の頂点近傍で２つの光源ユニットからの光を合成する際、集光スポットの空間的な広がりが大きい。このため、図８（ａ）のように集光スポットを近接配置しようとすると一部の光が合成プリズムの反射面で反射できなくなるため損失が生じる。
【００７１】
一方で、図８（ｂ）のように２つの集光スポットを離して配置して合成プリズム１０上での損失を少なくすると、照明光学系の有効領域における光源の像が離れて有効領域から外れる光が増えるため光の損失が大きくなる。また、本発明の各実施形態では有効領域はアスペクト比が８：９の略正方形形状であり、光源の形状が円形形状であると合成時の光源像が全体としてＸ方向に長くなる。その結果、Ｙ方向では光源像が有効領域内に収まったとしても、Ｘ方向では有効領域から外れる光が増えるため光の損失が大きくなる。
【００７２】
そこで、前述のようにレンズアレイ１８を用いて蛍光体８上の集光スポットを形成すると、第１レンズア面アレイ１８１の各レンズセルの形状を調整することで、合成プリズム１０の頂点近傍の集光スポットの形状を任意の形状に成型できる。さらに集光スポットの光密度を均一な分布として前述の輝度飽和現象による影響を低減することができる。
【００７３】
その結果、図８（ｃ）の中段に示すように、２つの集光スポットを互いに近接配置しても合成プリズム１０での光の損失を図８（ａ）に示す場合よりも低減することができる。さらに、図８（ｃ）の下段に示すように有効領域に有効領域と相似形状の光源像を容易に形成することができる。
【００７４】
（拡散素子を用いた場合とレンズアレイ１８を用いた場合との比較）
なお、発明者らの検討によれば、図８（ａ）（ｂ）のように拡散素子と２つの光源ユニットを用いた場合には光源ユニットが１つの場合と比較して明るさが約１．３倍程度明るくなった。一方、図８（ｃ）のようにレンズアレイ１８と２つの光源ユニットを用いた場合には光源ユニットが１つの場合と比較して明るさが約１．８倍程度明るくなった。
【００７５】
（より好ましい形態）
前述のように、合成プリズム１０の頂点近傍には合わせて有効領域と相似形状になる２つの集光スポットが形成されるが、以下の条件を満たすように照明装置が構成されていることが好ましい。
【００７６】
前述の有効領域を、光路合成系Ｂからの光を用いて照明光学系Ｃが形成する複数の光源像が形成される領域のうち所定の領域とする。あるいは、偏光変換素子１４の入射面のうち光路合成系Ｂからの光の偏光方向が所定の偏光方向へ変換される領域を有効領域とする。より詳細には上記の所定の偏光方向へ変換される領域のうち第２フライアイレンズ１３が備える複数のレンズセルと対応している一つ一つの領域を有効領域とする。
【００７７】
そして、複数の光源ユニットの個数をＮとし、有効領域を有効領域の第１の辺あるいは第１の辺と直交する第２の辺の方向の少なくとも一方に沿ってＮ個に分割した領域短辺方向の寸法をＸとし、長辺方向の寸法をＹとする。さらに、第１レンズ面アレイ１８１が各レンズセル（第１のレンズ面）の短辺方向の寸法をｘとし、長辺方向の寸法をｙとする。このとき、照明装置が、
【００７８】
【数１】
0006711705.tif 000002
【００７９】
を満足することが好ましい。この条件式（２）は有効領域を光源ユニットの数で分割した領域の形状と、光源像の形状とが略相似であることを意味している。この条件を満たせば、１つの光源ユニットを用いた場合に対して２つの光源ユニットを用いた際の明るさを１．４倍程度にすることができる。もちろん、条件式（２）の下限値及び上限値が０．８以上１．２以下、０．９以上１．１以下であればより好ましい。
【００８０】
〔第４の実施形態〕
本発明の第４の実施形態として、前述の各実施形態の照明装置を搭載可能な投射型表示装置の構成について、図１０を用いて説明する。
【００８１】
（投射型表示装置Ｐの構成）
図１０に示すように投射型表示装装置Ｐは、前述の各実施形態で説明したように、第１の光源ユニットＡａ、第２の光源ユニットＡｂ、光路合成系Ｂ、照明光学系Ｃを備える照明装置と、色分離合成系Ｄと、投射光学系Ｅを備えている。照明装置の構成は前述の通りなので、以下では色分離合成系Ｄおよび投射光学系Ｅの構成について説明する。
【００８２】
（色分離合成系の構成）
前述の照明光学系Ｃが備えるコンデンサレンズ１５からの光束は、図１０に示す色分離合成系Ｄに入射する。色分離合成系Ｄは、偏光板１６０、ダイクロイックミラー１７０、波長選択性位相差板１８０、赤色用λ／４板１９０ｒ、緑色用λ／４板１９０ｇ、青色用λ／４板１９０ｂを備えている。さらに、第１の偏光ビームスプリッタ２１０ａ、第２の偏光ビームスプリッタ２１０ｂ、合成プリズム２２０を備えている。なお、赤色用λ／４板１９０ｒ、緑色用λ／４板１９０ｇ、青色用λ／４板１９０ｂをまとめてλ／４板１９０とする。
【００８３】
このような構成の色分離合成系Ｄは、照明光学系Ｃからの光束を前述の光変調素子１６、互いに異なる色光である第１の色光、第２の色光、第３の色光用の光変調素子に導く。具体的には、赤色用液晶パネル１６ｒ（第１の光変調素子）、緑色用液晶パネル１６ｇ（第２の光変調素子）、青色用液晶パネル１６ｂ（第３の光変調素子）に導く。さらに、光変調素子１６からの光束を受光して後述の投射光学系Ｅに導く。
【００８４】
偏光板１６０は偏光変換素子１４によって整えられた所定の偏光方向の光のみを透過する偏光板である。ダイクロイックミラー１７０は、偏光板１６０からの光のうち青色光および赤色光を第２の偏光ビームスプリッタ２１０ｂの方向に導き、緑色光を第１の偏光ビームスプリッタ２１０ａの方向へ導くように構成されている。
【００８５】
第１の偏光ビームスプリッタ２１０ａおよび第２の偏光ビームスプリッタ２１０ｂは偏光方向に応じてダイクロイックミラー１７０からの光を光変調素子１６に導くとともに、光変調素子１６からの光を合成プリズム２２０へ導くように構成されている。また、λ／４板１９は、光変調素子１６での反射による往復においてλ／２の位相差を与えることで、検光効果を高める作用を有する。
【００８６】
合成プリズム２２０は、第２の偏光ビームスプリッタ２１０ａからの青色光および赤色光と、第２の偏光ビームスプリッタ２１０ｂからの緑色光を合成して投射光学系Ｅへ導く。
【００８７】
（投射光学系の構成）
投射光学系Ｅは、投射レンズ２３０を備えており、色分離合成系Ｄからの光を被投射面Ｓに導く。なお、投射レンズ２３０は図１０に示す投射型表示装置Ｐに対して着脱可能であってもよく、投射光学系Ｅは投射レンズ２３０をその光軸と直交する方向に移動させるシフト機構をさらに備えていても良い。このような構成によって、投射型表示装置Ｐは被投射面Ｓに画像を表示することが可能となる。
【００８８】
〔他の実施形態〕
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００８９】
前述の各実施形態においては光源ユニットを２つ用いた構成を例示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、光源ユニットが３つ以上ある、つまり３つ以上の蛍光体からの光を合成する構成などであってもよい。
【００９０】
また、蛍光体８ａ（第１の波長変換素子）は、第１の基板と、第１の基板上に第１の方向に連続して形成された第１の波長変換層とを備える構成であってもよい。さらに、蛍光体８ｂ（第２の波長変換素子）は、第２の基板と、第２の基板上に第２の方向に連続して形成された第２の波長変換層とを備える構成であってもよい。
【００９１】
より具体的には、第１の基板は円形であり、第１の方向は前記第１の基板の周方向であって、第２の基板は円形であり、第２の方向は前記第２の方向の周方向である。蛍光体８をこのような構成にして回転可能にすることで蛍光体８が備える蛍光層（波長変換層）が劣化することを抑制することができる。
【００９２】
さらに、蛍光体８ａおよび８ｂが備える第１の基板および第２の基板は前述の各実施例のように光を反射するように構成されていてもよいが、光を透過させるように構成されていてもよい。
【００９３】
また、前述の各実施形態においては照明光学系Ｃが第１フライアイレンズ１２および第２フライアイレンズ１３を備える構成であった。しかしながら、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、例えば、第１フライアイレンズ１２および第２フライアイレンズ１３の代わりにロッドインテグレータを用いた構成などであってもよい。
【００９４】
また、前述の各実施形態においては第１フライアイレンズ１２と第２フライアイレンズ１３が備える各レンズセルの形状が同じであったが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、第１フライアイレンズ１２と第２フライアイレンズ１３の各レンズセルの形状が互いに異なっていてもよく、このような場合の有効領域のアスペクト比は圧縮率α及びβを用いて求めることができる。具体的には、照明光学系Ｃの光軸と平行で第１の断面に直交する断面を第２の断面とする。さらに、第１の断面における第１フライアイレンズ１２の幅をＤ１ｘとし、第２フライアイレンズ１３の幅をＤ２ｘとし、第２の断面における第１フライアイレンズ１２の幅をＤ１ｙとし、第２フライアイレンズ１３の幅をＤ２ｙとする。
【００９５】
このとき、第１の断面における圧縮率αおよび第２の断面における圧縮率βを、α＝Ｄ２ｘ／Ｄ１ｘ、β＝Ｄ２ｙ／Ｄ１ｙとなる。そして、光変調素子１６の第１の断面における幅をＸ´とし、第２の断面における幅をＹ´とするとき、有効領域のアスペクト比は、（αＸ´／２）／βＹ´、あるいは、αＸ´／（βＹ´／２）となる。
【００９６】
本発明の各実施形態ではＤ１ｘ＝Ｄ２ｘ、Ｄ１ｙ＝Ｄ２ｙで、Ｘ´：Ｙ´＝１６：９となっており、第１フライアイレンズ１２が備える複数のレンズセルは光変調素子１６と相似形になっているので、Ｄ２ｘ（Ａ）：Ｄ２ｙ（Ｂ）＝１６：９となる。そして、有効領域のアスペクト比はＡ／２：Ｂとなり、有効領域はアスペクト比が８：９の矩形形状になる。
【００９７】
また、前述の各実施形態においては青色ＬＤを励起光源として用いたが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、固体光源としてＬＤ以外にもＬＥＤを用いた構成などであってもよい。
【００９８】
また、前述の各実施形態においては光変調素子として反射型の液晶パネルを３枚用いた構成を例示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、光変調素子として透過型の液晶パネルを３枚用いた構成や、角度調整が可能なマイクロミラーアレイを３枚用いた構成などであってもよい。なお、光変調素子としてマイクロミラーアレイを用いる場合には、照明装置は偏光変換素子１４を備えなくてもよい。この場合、第２フライアイレンズ１３が備える各レンズセルが設けられている領域の一つ一つを有効領域と定義する。
【００９９】
また、前述の各実施形態においては照明光学系Ｃが備えるインテグレータ光学系として、第１フライアイレンズ１２および第２フライアイレンズ１３を用いた構成を例示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。インテグレータ光学系として、ロッドインテグレータや、４枚のシリンドリカルレンズアレイを用いた構成などであってもよい。ロッドインテグレータを用いた構成においてはロッドインテグレータの入射面が設けられている領域を有効領域と定義する。
【符号の説明】
【０１００】
Ａａ、ｂ  光源ユニット（複数の光源ユニット）
Ｂ  光路合成系
Ｃ  照明光学系
１ａ、ｂ  青色ＬＤ（固体光源）
２ａ、ｂ  コリメータレンズ（導光光学系）
３ａ、ｂ  放物ミラーアレイ（導光光学系）
４ａ、ｂ  反射ミラー（導光光学系）
５ａ、ｂ  凹レンズ（導光光学系）
６ａ、ｂ  ダイクロイックミラー（導光光学系）
７ａ、ｂ  集光レンズ（導光光学系）
８ａ、ｂ  蛍光体（第１、第２の波長変換素子）
１０ａ、ｂ  反射面（第１、第２の導光面）
１６  光変調素子
【図１】
0006711705.tif 000004
【図２】
0006711705.tif 000005
【図３】
0006711705.tif 000006
【図４】
0006711705.tif 000007
【図５】
0006711705.tif 000008
【図６】
0006711705.tif 000009
【図７】
0006711705.tif 000010
【図８】
0006711705.tif 000011
【図９】
0006711705.tif 000012
【図１０】
0006711705.tif 000013