(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の直線偏光を射出する第１の固体光源と、
第２の直線偏光を射出する第２の固体光源と、
前記第１の固体光源から射出された第１の直線偏光および前記第２の固体光源から射出された第２の直線偏光を拡散する拡散素子と、
前記拡散素子から射出された拡散光を第１の偏光方向に偏光した第１の偏光光と第２の偏光方向に偏光した第２の偏光光とに分離し、該第１の偏光光の偏光方向を該第２の偏光方向に変換して射出する偏光変換素子と、を備え、
前記第１の固体光源および前記第２の固体光源は、単一の光源アレイに配置されているプロジェクター。
【請求項２】
前記偏光変換素子は偏光分離膜を備え、
前記拡散光のうち前記第１の固体光源から射出された成分は、前記偏光分離膜に対する入射面と０°の角をなす方向に偏光した光を主としてなり、
前記拡散光のうち前記第２の固体光源から射出された成分は、前記偏光分離膜に対する入射面と９０°の角をなす方向に偏光した光を主としてなる請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記偏光変換素子は偏光分離膜を備え、
前記拡散光のうち前記第１の固体光源から射出された成分は、前記偏光分離膜に対する入射面と４５°の角をなす方向に偏光した光を主としてなり、
前記拡散光のうち前記第２の固体光源から射出された成分は、前記偏光分離膜に対する入射面と４５°の角をなす方向に偏光した光を主としてなる請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記第１の固体光源の配置数と前記第２の固体光源の配置数とが概ね等しい請求項１ないし３のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項５】
第１の直線偏光を射出する第１の固体光源と、
第２の直線偏光を射出する第２の固体光源と、
前記第１の固体光源から射出された第１の直線偏光および前記第２の固体光源から射出された第２の直線偏光を拡散する拡散素子と、
前記拡散素子から射出された拡散光を第１の偏光方向に偏光した第１の偏光光と第２の偏光方向に偏光した第２の偏光光とに分離し、該第１の偏光光の偏光方向を該第２の偏光方向に変換して射出する偏光変換素子と、を備え、
前記偏光変換素子は偏光分離膜を備え、
前記拡散光のうち前記第１の固体光源から射出された成分は、前記偏光分離膜に対する入射面と４５°の角をなす方向に偏光した光を主としてなり、
前記拡散光のうち前記第２の固体光源から射出された成分は、前記偏光分離膜に対する入射面と４５°の角をなす方向に偏光した光を主としてなるプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクターの高性能化に関して、広色域かつ高効率な光源としてレーザー光源を用いたプロジェクターが注目されている。
【０００３】
このようなプロジェクターとしては、例えば、レーザー光を射出するレーザー光源と、レーザー光源から射出されたレーザー光を拡散する光拡散部と、光拡散部から射出された拡散光を特定の振動方向を有する偏光に変換する偏光変換素子と、を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１９３８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
偏光変換素子は、光拡散部から入射した光をＰ偏光とＳ偏光とに分離し、分離した一方の偏光方向を他方の偏光方向に揃えて射出する。レーザー光源から射出されたレーザー光は略均一な直線偏光であるが、光拡散部で拡散される際に偏光解消され偏光変換素子に入射する。つまり、レーザー光源から射出された直線偏光は、完全な直線偏光ではない状態となって偏光変換素子に入射する。しかし、光拡散部で偏光解消が十分に行われないと、光拡散部から射出された拡散光をＰ偏光とＳ偏光に分離した際に、これらの偏光の明るさが異なるため、偏光変換素子から射出される光に強度ムラが発生する。このような光を照明光として利用すると、スクリーンに照射される光に照度ムラが発生し、表示品質を低下させる惧れがある。
【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、照度ムラの発生を抑制することができ表示品質に優れた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】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明にかかるひとつのプロジェクターは、第１の直線偏光を射出する第１の固体光源と、第２の直線偏光を射出する第２の固体光源と、前記第１の固体光源から射出された第１の直線偏光および前記第２の固体光源から射出された第２の直線偏光を拡散する拡散素子と、前記拡散素子から射出された拡散光を第１の偏光方向に偏光した第１の偏光光と第２の偏光方向に偏光した第２の偏光光とに分離し、該第１の偏光光の偏光方向を該第２の偏光方向に変換して射出する偏光変換素子と、を備え、前記第１の固体光源および前記第２の固体光源は、単一の光源アレイに配置されていることを特徴とする。
上記の課題を解決するため、本発明にかかるひとつのプロジェクターは、第１の直線偏光を射出する第１の固体光源と、第２の直線偏光を射出する第２の固体光源と、前記第１の固体光源から射出された第１の直線偏光および前記第２の固体光源から射出された第２の直線偏光を拡散する拡散素子と、前記拡散素子から射出された拡散光を第１の偏光方向に偏光した第１の偏光光と第２の偏光方向に偏光した第２の偏光光とに分離し、該第１の偏光光の偏光方向を該第２の偏光方向に変換して射出する偏光変換素子と、を備え、前記偏光変換素子は偏光分離膜を備え、前記拡散光のうち前記第１の固体光源から射出された成分は、前記偏光分離膜に対する入射面と４５°の角をなす方向に偏光した光を主としてなり、前記拡散光のうち前記第２の固体光源から射出された成分は、前記偏光分離膜に対する入射面と４５°の角をなす方向に偏光した光を主としてなることを特徴とする。
上記の課題を解決するため、本発明のプロジェクターは、第１の直線偏光を射出する第１の固体光源と、第２の直線偏光を射出する第２の固体光源と、前記第１の固体光源から射出された第１の直線偏光および前記第２の固体光源から射出された第２の直線偏光を拡散する拡散素子と、前記拡散素子から射出された拡散光を第１の偏光方向に偏光した第１の偏光光と第２の偏光方向に偏光した第２の偏光光とに分離し、該第１の偏光光の偏光方向を該第２の偏光方向に変換して射出する偏光変換素子と、を備えることを特徴とする。
上記の課題を解決するため、本発明のプロジェクターは、直線偏光を射出する固体光源と、前記固体光源から射出された前記直線偏光を円偏光または楕円偏光に変換する複屈折素子と、前記複屈折素子から射出された光を拡散する拡散素子と、前記拡散素子から射出された拡散光を第１の偏光方向に偏光した第１の偏光光と第２の偏光方向に偏光した第２の偏光光とに分離し、該第１の偏光光の偏光方向を該第２の偏光方向に変換して射出する偏光変換素子と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、固体光源から射出された直線偏光を円偏光または楕円偏光に変換した後拡散素子で拡散しているため、拡散素子から射出される拡散光はＰ偏光とＳ偏光を概ね等しい割合で含む光となる。そのため、偏光変換素子から射出される光の強度ムラが低減され、照度ムラの少ない表示品質に優れたプロジェクターが提供される。
【０００９】
前記プロジェクターにおいて、前記固体光源と前記複屈折素子との間の光路上に、前記固体光源から射出された直線偏光を平行化して前記複屈折素子に入射させる光学手段が設けられていることが望ましい。
【００１０】
複屈折素子は一般に入射角依存性を有するため、複屈折素子に対して斜めに直線偏光が入射すると、当該直線偏光が所望の偏光状態に変換されない場合がある。
これに対し、本発明のプロジェクターでは、固体光源と複屈折素子との間の光路上に、固体光源から射出された直線偏光を平行化して複屈折素子に入射させる光学手段が設けられているため、複屈折素子に対して概ね垂直に直線偏光が入射する。よって、当該直線偏光を所望の偏光状態に変換することができ、照度ムラの発生を確実に抑制することができる。
【００１１】
本発明のプロジェクターは、直線偏光を射出する固体光源と、前記固体光源から射出された前記直線偏光を拡散する拡散素子と、前記拡散素子から射出された拡散光を円偏光または楕円偏光に変換する複屈折素子と、前記複屈折素子から射出された光を第１の偏光方向に偏光した第１の偏光光と第２の偏光方向に偏光した第２の偏光光とに分離し、該第１の偏光光の偏光方向を該第２の偏光方向に変換して射出する偏光変換素子と、を備えていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、拡散素子から射出された拡散光を円偏光または楕円偏光に変換してから偏光変換素子に入射させているため、偏光変換素子に入射する光はＰ偏光とＳ偏光を概ね等しい割合で含む光となる。そのため、偏光変換素子から射出される光の強度ムラが低減され、照度ムラの少ない表示品質に優れたプロジェクターが提供される。
【００１３】
前記プロジェクターにおいて、前記拡散素子と前記複屈折素子との間の光路上に、前記拡散素子から射出された拡散光を平行化して前記複屈折素子に入射させる光学手段が設けられていることが望ましい。
【００１４】
複屈折素子は一般に入射角依存性を有するため、複屈折素子に対して斜めに直線偏光が入射すると、当該直線偏光が所望の偏光状態に変換されない場合がある。
これに対し、本発明のプロジェクターでは、拡散素子と複屈折素子との間の光路上に、拡散素子から射出された拡散光を平行化して複屈折素子に入射させる光学手段が設けられているため、複屈折素子に対して概ね垂直に拡散光が入射する。よって、拡散光を所望の偏光状態に変換することができ、照度ムラの発生を確実に抑制することができる。
【００１５】
前記プロジェクターにおいて、前記複屈折素子は、光学軸の方向が前記複屈折素子に入射した前記直線偏光の偏光方向に対して−４５°以上＋４５°以下の角度に設定されたλ／２板であることが望ましい。
あるいは、前記プロジェクターにおいて、前記複屈折素子は、光学軸の方向が前記複屈折素子に入射した前記直線偏光の偏光方向に対して−４５°以上＋４５°以下の角度に設定されたλ／４板であることが望ましい。
【００１６】
これらの構成によれば、複屈折素子に入射した直線偏光を容易に円偏光または楕円偏光に変換することができる。
【００１７】
前記プロジェクターにおいて、前記複屈折素子に入射する光の入射位置を移動させる移動手段が設けられていることが望ましい。
【００１８】
この構成によれば、複屈折素子に照射される光の熱を光の入射位置の移動方向に沿った広い領域に放散させることができる。そのため、複屈折素子の熱劣化を抑え、複屈折素子の寿命を長寿命化することができる。
【００１９】
本発明のプロジェクターは、第１の直線偏光を射出する第１の固体光源と、第２の直線偏光を射出する第２の固体光源と、前記第１の固体光源から射出された第１の直線偏光および前記第２の固体光源から射出された第２の直線偏光を拡散する拡散素子と、前記拡散素子から射出された拡散光を第１の偏光方向に偏光した第１の偏光光と第２の偏光方向に偏光した第２の偏光光とに分離し、該第１の偏光光の偏光方向を該第２の偏光方向に変換して射出する偏光変換素子と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、偏光変換素子に入射する光が、Ｐ偏光またはＳ偏光のいずれか一方に偏ることが抑制される。そのため、偏光変換素子から射出される光の強度ムラが低減され、照度ムラの少ない表示品質に優れたプロジェクターが提供される。
【００２１】
本発明のプロジェクターは、前記偏光変換素子は偏光分離膜を備え、前記拡散光のうち前記第１の固体光源から射出された成分は、前記偏光分離膜に対する入射面と０°の角をなす方向に偏光した光を主としてなり、前記拡散光のうち前記第２の固体光源から射出された成分は、前記偏光分離膜に対する入射面と９０°の角をなす方向に偏光した光を主としてなることが望ましい。
【００２２】
本発明のプロジェクターは、前記偏光変換素子は偏光分離膜を備え、前記拡散光のうち前記第１の固体光源から射出された成分は、前記偏光分離膜に対する入射面と４５°の角をなす方向に偏光した光を主としてなり、前記拡散光のうち前記第２の固体光源から射出された成分は、前記偏光分離膜に対する入射面と４５°の角をなす方向に偏光した光を主としてなることが望ましい。
【００２３】
前記プロジェクターにおいて、前記第１の固体光源の配置数と前記第２の固体光源の配置数とが概ね等しいことが望ましい。
【００２４】
この構成によれば、偏光変換素子に入射する光はＰ偏光とＳ偏光を概ね等しい割合で含む光となる。そのため、偏光変換素子から射出される光の強度ムラが低減され、照度ムラの少ない表示品質に優れたプロジェクターが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す模式図である。
【図２】同、プロジェクターの光学系を示す概略図である。
【図３】同、第１固体光源の構成と第１基台上での設置状態を示す図である。
【図４】同、複屈折素子の作用を説明するための図である。
【図５】比較例及び実施例それぞれのプロジェクターにおいて偏光変換素子から射出された光の照明像を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図である。
【図１０】同、２種類の固体光源の第１基台上での設置状態を示す図である。
【図１１】同、２種類の固体光源の第１基台上での設置状態の第１変形例を示す図である。
【図１２】同、２種類の固体光源の第１基台上での設置状態の第２変形例を示す図である。
【図１３】比較例のプロジェクターの作用を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００２７】
（第１実施形態）
本発明のプロジェクターの一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態においては、プロジェクター１０００として光変調素子で生成された画像情報を含む色光を投写光学系を介してスクリーン（被投写面）上に投写する投写型のプロジェクターを例に挙げて説明する。
【００２８】
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクター１０００の光学系を示す模式図である。図２は、プロジェクター１０００の光学系を示す概略図である。図２においては、便宜上、第２光源アレイ１０、ダイクロイックミラー２２などの部材の図示を省略している。
【００２９】
図１に示すように、プロジェクター１０００は、照明装置１００と、色分離導光光学系２００と、光変調装置としての液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投写光学系６００と、を備えている。
【００３０】
照明装置１００は、第１光源アレイ５０、第１コリメーターレンズアレイ５３、λ／２板６０、第１集光レンズ５４、回転拡散板７０、第１ピックアップ光学系８０、第２光源アレイ１０、第２コリメーターレンズアレイ１３、第２集光レンズ２０、第１平行化レンズ２１、ダイクロイックミラー２２、第２ピックアップ光学系４０、回転蛍光板３０、フライアイインテグレーター９０、偏光変換素子９３および第２平行化レンズ９４を備えている。
【００３１】
第１光源アレイ５０は、第１基台５１と、第１基台５１上に並べて配置された複数の第１固体光源５２とを備えている。第１固体光源５２は、ダイクロイックミラー２２によって反射可能な青色光を射出する光源である。本実施形態の場合、第１固体光源５２は、青色（発光強度のピーク：４６５ｎｍ付近）のレーザー光を射出する半導体レーザーである。なお、第１固体光源５２は、ダイクロイックミラー２２で反射される波長の光であれば、４６５ｎｍ以外のピーク波長を有する光を射出するものであっても構わない。
【００３２】
図３は、第１固体光源５２の構成と第１基台５１上での設置状態を示す図である。
図３（ａ）、図３（ｂ）は、第１固体光源５２の概略構成を示す模式図である。図３（ｃ）は、第１基台５１上に設置された複数の第１固体光源５２の設置状態を示す平面図である。なお、図３（ａ）では、簡略化のために、第１基台５１に設置されている複数の第１固体光源５２のうち１個の第１固体光源５２を図示している。
【００３３】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第１固体光源５２は、射出される光Ｌの光軸方向から見て長手方向Ｗ１と短手方向Ｗ２とを有する細長い矩形の半導体レーザーである。第１固体光源５２は、長手方向Ｗ１と平行な偏光方向を有する光（直線偏光）Ｌを射出する。光Ｌは、長手方向Ｗ１の幅を維持したまま、短手方向Ｗ２に広がる。そのため、光Ｌの光軸と直交する平面内で見た光Ｌの断面形状ＢＳは、Ｗ２を長手方向とする矩形形状若しくは楕円形状となる。本実施形態の場合、第１固体光源５２の長手方向Ｗ１の幅は１８μｍであり、第１固体光源５２の短手方向Ｗ２の幅は２μｍであるが、第１固体光源５２の形状はこれに限定されない。
【００３４】
図３（ｃ）に示すように、第１基台５１の面５１ａ上には、１６個の第１固体光源５２が４行４列のマトリクス状に配置されている。なお、本実施形態の第１光源アレイ５０においては、１６個の第１固体光源５２が配置されているが、配置数は１６個に限定されない。第１基台５１の中心Ｃ１は、図１に示した第１ピックアップ光学系８０の光軸と一致する。
【００３５】
第１固体光源５２は、青色の直線偏光をλ／２板６０の光入射面に入射させる。
【００３６】
１６個の第１固体光源５２は、その長手方向が、平面視矩形形状を有する第１基台５１の一辺（図３中に示す左右の辺）と平行になるように整然と配置されている。そのため、複数の第１固体光源５２から射出される複数の光は、互いに偏光方向Ｖ１が揃った光となる。
【００３７】
第１コリメーターレンズアレイ５３は、各第１固体光源５２と１対１に対応した複数の第１マイクロレンズ５３０を備えている。各第１マイクロレンズ５３０は、対応する第１固体光源５２から射出される青色光の光軸上に設置され、当該青色光を平行化する。第１コリメーターレンズアレイ５３から射出された青色光は、λ／２板６０に入射する。
【００３８】
λ／２板６０は、複屈折を利用して光の偏光状態を変更する複屈折素子である。λ／２板６０は、偏光方向が光学軸（遅相軸または進相軸）に対して４５°の角度をなす直線偏光を、偏光方向が光学軸に対して−４５°の角度をなす直線偏光に変換するものである。
本実施形態においては、λ／２板６０の光学軸と第１固体光源５２から射出される光の偏光方向とのなす角度が２２．５°程度に設定されている。そのため、第１固体光源５２から射出された直線偏光はλ／２板６０によって円偏光または楕円偏光に変換される。なお、λ／２板６０の光学軸と第１固体光源５２から射出される光の偏光方向とのなす角度θは、２２．５°に限らず、−４５°以上＋４５°以下に設定されていればよい。
【００３９】
λ／２板６０から射出される光は、後で説明する偏光分離膜９３１に対するＳ偏光と偏光分離膜９３１に対するＰ偏光とを概ね等しい割合で含む光であり、後述の偏光変換素子９３でこれらの偏光を分離して別々の領域に導いたときに、各領域から射出される光の強度に大きなバラツキは発生しない。ここで、「概ね等しい」とは、Ｓ偏光の割合とＰ偏光の割合との差が±５％の範囲であることをいう。また、偏光分離膜９３１に対するＳ偏光の偏光方向と偏光分離膜９３１に対するＰ偏光の偏光方向のうち一方は、本発明における第１の偏光方向に相当し、他方は本発明における第２の偏光方向に相当する。
【００４０】
λ／２板６０は、例えば樹脂材料等の有機材料を含んで形成されている。λ／２板６０は、例えばプラスチックフィルム等の薄い板状の部材である。ただし、λ／２板６０が水晶等の無機材料を含んで形成されていてもよい。
【００４１】
λ／２板６０は、第１コリメーターレンズアレイ５３の光射出面に配置されている。第１コリメーターレンズアレイ５３は、第１固体光源５２から射出された直線偏光を平行化してλ／２板６０に入射させる光学手段として機能する。λ／２板６０を第１コリメーターレンズアレイ５３の光射出面に配置した場合、第１固体光源５２から射出された直線偏光はλ／２板６０に対して概ね垂直に入射するため、当該直線偏光を所望の偏光状態に確実に変換することができる。また、第１固体光源５２から射出された光が集光せずに広がった状態でλ／２板６０に入射するので、λ／２板６０が第１固体光源５２から射出された光の熱によって熱劣化することが抑制される。なお、λ／２板６０は、第１コリメーターレンズアレイ５３の光射出面に限らず、第１光源アレイ５０と回転拡散板７０との間の光路上であれば、いずれの位置に配置されていてもよい。しかし、第１コリメーターレンズアレイ５３と第１集光レンズ５４との間の光路上にλ／２板６０を配置すれば、前述した効果が得られるため好ましい。
【００４２】
図１に戻り、λ／２板６０から射出された円偏光または楕円偏光は、凸レンズからなる第１集光レンズ５４で集光される。第１コリメーターレンズアレイ５３と第１集光レンズ５４によって、第１光源アレイ５０から射出された複数の青色光を集光する第１集光光学系５５が形成されている。
【００４３】
回転拡散板７０は、入射した青色光を拡散して入射側とは反対側の面から射出する透過型の回転拡散板である。回転拡散板７０は、モーター（回転駆動機構）７３により回転駆動される拡散素子としての基板７１を備えている。基板７１としては、公知の拡散板、例えば、磨りガラスや、ホログラフィックディフューザー、透明基板の表面にブラスト処理を施したもの、透明基板の内部にビーズのような散乱材を分散させ、散乱材によって光を散乱させるものなどを用いることができる。本実施形態では基板７１として円板を用いているが、基板７１の形状は円板に限られない。回転拡散板７０では、基板７１を回転駆動することによって、青色光が照射された部分（被照射部分）が円を描くように、青色光が照射される領域（光照射領域）Ｓ１に対して相対的に移動する。
【００４４】
回転拡散板７０から射出された光は、第１ピックアップ光学系８０で平行化され、ダイクロイックミラー２２に入射する。ダイクロイックミラー２２は、その表面が、第１光源アレイ５０の発光面に対して約４５°の角度をなすように、第１光源アレイ５０の発光面と対峙して配置されている。ダイクロイックミラー２２は、第１ピックアップ光学系８０から入射する青色光を９０°折り曲げてフライアイインテグレーター９０側に反射する。
【００４５】
なお、第１ピックアップ光学系８０は、回転拡散板７０から射出される青色光の広がりに応じて、使用するレンズの屈折率や形状が決められる。また、レンズの数も２つに限らず、１つ又は３つ以上の複数個とすることもできる。
【００４６】
回転拡散板７０に入射した光は、回転拡散板７０で拡散されることで、放射状に広がる光となる。当該光は第１ピックアップ光学系の第1レンズ８１の光入射面に入射する。第１レンズ８１は、回転拡散板７０から射出された光を屈折させて、第２レンズ８２に入射させる。第１レンズ８１を透過し第２レンズ８２に入射した光は、ダイクロイックミラー２２で反射され、色分離導光光学系２００に入射して光変調装置４００Ｂの照明光として利用される。
【００４７】
第２光源アレイ１０は、第２基台１１と、第２基台１１上に並べて配置された複数の第２固体光源１２とを備えている。第２固体光源１２は、回転蛍光板３０に備えられた蛍光体層３２を励起させる励起光を射出する光源である。本実施形態の場合、第２固体光源１２は、励起光として青色（発光強度のピーク：４４６ｎｍ付近）のレーザー光を射出する半導体レーザーである。励起光として、発光強度のピークが４４０ｎｍ〜４５０ｎｍの青色光を射出する半導体レーザーからなる固体光源を用いることにより、蛍光体層において、青色光から蛍光を発する効率を向上させることが可能となる。なお、第２固体光源１２は、蛍光体層３２を励起させることができる波長の光であれば、４４６ｎｍ以外のピーク波長を有する光を射出するものであっても構わない。
【００４８】
第２基台１１上には、１２個の第２固体光源１２が４行４列でマトリクス状に配置されている。第２基台１１の中心は、第２ピックアップ光学系４０の光軸と一致する。第２固体光源１２の構成は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示した第１固体光源５２の構成と同じである。すなわち、第２固体光源１２は、射出される光の光軸方向から見て長手方向と短手方向とを有する細長い矩形の半導体レーザーである。第２固体光源１２は、その長手方向と平行な偏光方向を有する光（直線偏光）を射出する。
【００４９】
第２コリメーターレンズアレイ１３は、各第２固体光源１２と１対１に対応した複数の第２マイクロレンズ１３０を備えている。各第２マイクロレンズ１３０は、対応する第２固体光源１２から射出される励起光の光軸上に設置され、当該励起光を平行化する。第２コリメーターレンズアレイ１３から射出された励起光は、凸レンズからなる第２集光レンズ２０で集光される。
【００５０】
第２集光レンズ２０とダイクロイックミラー２２との間の励起光の光路上には、両凹レンズからなる第１平行化レンズ２１が配置されている。第１平行化レンズ２１は、第２集光レンズ２０と、第２集光レンズ２０における焦点位置との間に配置され、第２集光レンズ２０から入射する励起光を平行化してダイクロイックミラー２２に射出する。
【００５１】
ダイクロイックミラー２２は、その表面が、第２光源アレイ１０の発光面及び蛍光体層３２の表面に対して約４５°の角度をなすように、これら各面と対峙して配置されている。ダイクロイックミラー２２は、第１平行化レンズ２１から入射する励起光（青色光成分）を９０°折り曲げて第２ピックアップ光学系４０側に反射するとともに、第２ピックアップ光学系４０から入射する蛍光（赤色光成分及び緑色光成分）を透過させる。
【００５２】
第２ピックアップ光学系４０は、ダイクロイックミラー２２と回転蛍光板３０との間の励起光および蛍光の光路上に配置されている。第２ピックアップ光学系４０は、回転蛍光板３０からの蛍光の広がりを抑える第１レンズ４１と、第１レンズ４１から入射される蛍光を平行化する第２レンズ４２とを含んで構成されている。第１レンズ４１は、例えば、回転蛍光板３０側が平面状、これと反対側が凸の曲面状をなす平凸レンズからなり、第２レンズ４２は、例えば凸レンズからなる。
【００５３】
第２ピックアップ光学系４０は、回転蛍光板３０からの蛍光を略平行化した状態でダイクロイックミラー２２に入射させる。また、第２ピックアップ光学系４０の第１レンズ４１及び第２レンズ４２は、ダイクロイックミラー２２から入射する励起光を集光する機能を兼ねており、励起光を集光させた状態で回転蛍光板３０に入射させる。すなわち、第２コリメーターレンズアレイ１３と第２集光レンズ２０と第１平行化レンズ２１とダイクロイックミラー２２と第２ピックアップ光学系４０によって、第２光源アレイ１０から射出された複数の励起光を集光する第２集光光学系１５が形成されている。
【００５４】
なお、第２ピックアップ光学系４０は、回転蛍光板３０から射出される蛍光の広がりに応じて、使用するレンズの屈折率や形状が決められ、レンズの数も２つに限らず、１つ又は３つ以上の複数個とすることもできる。
【００５５】
回転蛍光板３０は、励起光の入射方向と同じ方向に蛍光を射出させる反射型の回転蛍光板である。回転蛍光板３０は、モーター（回転駆動機構）３３により回転駆動される基板３１と、基板３１の表面に形成された蛍光体層３２とを備えている。基板３１は、蛍光体層３２が発する蛍光を反射する材料よりなる。基板３１は、Ａｌ等の熱伝導率の高い金属材料等からなることが好ましく、これにより基板３１を放熱板として機能させることができる。蛍光体層３２は、励起光が入射する領域に対応して、基板３１の回転方向に沿ってリング状に形成されている。本実施形態では基板３１として円板を用いているが、基板３１の形状は円板に限られない。
【００５６】
蛍光体層３２は、第２固体光源１２から射出される励起光を吸収し、蛍光を発する粒子状の蛍光物質（蛍光体粒子）を有する。蛍光体層３２は、波長が約４５０ｎｍの励起光（青色光）を吸収し、概ね４９０〜７５０ｎｍ（発光強度のピーク：５７０ｎｍ）の蛍光に変換する機能を有する。蛍光には、緑色光（波長５３０ｎｍ付近）及び赤色光（波長６３０ｎｍ付近）が含まれる。
【００５７】
蛍光体粒子としては、通常知られた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。例えば、平均粒径が１０μｍの（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅで示される組成のＹＡＧ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種であっても良く、２種以上の形成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ることとしても良い。
【００５８】
回転蛍光板３０には、第１レンズ４１及び第２レンズ４２によって集光された励起光（青色光）が、蛍光体層３２の表面から入射する。回転蛍光板３０は、励起光が入射する側と同じ側に向けて、蛍光体層３２が発した赤色光及び緑色光（蛍光）を射出する。回転蛍光板３０では、基板３１を回転駆動することによって、蛍光体層３２の励起光が照射された部分（被照射部分）が円を描くように、励起光が照射される領域（光照射領域）Ｓ２に対して相対的に移動する。
【００５９】
回転蛍光板３０から射出された光は、第２ピックアップ光学系４０で平行化され、ダイクロイックミラー２２に入射する。ダイクロイックミラー２２は、第２ピックアップ光学系４０から入射する光のうち、励起光（青色光）を反射して除去し、緑色光及び赤色光を透過させる。ダイクロイックミラー２２には、第２ピックアップ光学系４０からの光が入射する入射面と反対側の表面に、第１光源アレイ５０から射出された青色光が入射し、第２ピックアップ光学系４０から射出された光の光軸と平行な方向に反射される。これにより、第２ピックアップ光学系４０から射出された緑色光および赤色光と、第１ピックアップ光学系８０から射出された青色光とが合成されて白色光となる。
【００６０】
ダイクロイックミラー２２で合成された緑色光、赤色光及び青色光は、第１フライアイレンズアレイ９１及び第２フライアイレンズアレイ９２からなるフライアイインテグレーター９０に入射し、光量分布が均一化される。フライアイインテグレーター９０から射出された緑色光、赤色光及び青色光は、偏光変換素子９３によって偏光方向が一方向に揃えられた直線偏光に変換される。偏光変換素子９３から射出された緑色光、赤色光及び青色光は、第２平行化レンズ９４により平行化され、照明装置１００から射出される。
【００６１】
色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０、反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０及びリレーレンズ２６０を備えている。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂに導光する機能を有する。
【００６２】
色分離導光光学系２００と液晶光変調装置４００Ｒとの間には集光レンズ３００Ｒが設けられている。色分離導光光学系２００と液晶光変調装置４００Ｇとの間には集光レンズ３００Ｇが設けられている。色分離導光光学系２００と液晶光変調装置４００Ｂとの間には集光レンズ３００Ｂが設けられている。
【００６３】
ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を透過させる誘電体多層膜からなる波長選択透過膜が形成されたミラーである。具体的には、ダイクロイックミラー２１０は、青色光成分を透過させ、赤色光成分及び緑色光成分を反射する。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、赤色光成分を透過させる。
【００６４】
反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０は、入射した光を反射するミラーである。具体的には、反射ミラー２３０は、ダイクロイックミラー２１０を透過した青色光成分を反射する。反射ミラー２４０、反射ミラー２５０は、ダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光成分を反射する。
【００６５】
ダイクロイックミラー２１０を透過した青色光は、反射ミラー２３０で反射され、集光レンズ３００Ｂを通過して、青色光用の光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。
【００６６】
ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射され、集光レンズ３００Ｇを通過して、緑色光用の光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。
【００６７】
ダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光は、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２６０、射出側の反射ミラー２５０、集光レンズ３００Ｒを経て赤色光用の光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。
【００６８】
光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂは、通常知られたものを用いることができ、例えば、液晶素子４１０と液晶素子４１０を挟持する偏光素子４２０、４３０とを有した、透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成される。偏光素子４２０、４３０は、例えば透過軸が互いに直交する構成（クロスニコル配置）となっている。
【００６９】
光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、照明装置１００の照明対象となる。光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ及び光変調装置４００Ｂによって、入射された各色光の光変調が行われる。
【００７０】
例えば、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂは、一対の透明基板に液晶を密閉封入した透過型の光変調装置であり、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像情報に応じて、入射側偏光素子４２０から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
【００７１】
クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光素子４３０から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。クロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合せた平面視略正方形状をなしている。直角プリズムを貼り合せた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向が揃えられることにより、３つの色光が合成される。
【００７２】
クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。
【００７３】
図４は、本実施形態のλ／２板６０の作用を説明するための図である。図４（ａ）は、本実施形態のプロジェクター１０００が備える偏光変換素子９３を示す模式図である。図４（ｂ）は、本実施形態の偏光変換素子９３から射出された光の照明像である。
【００７４】
図４（ａ）に示すように、偏光変換素子９３は、光入射面Ｓ１と、光射出面Ｓ２と、偏光分離膜９３１と、反射膜９３２と、位相差膜９３３と、を備えている。偏光変換素子９３は、フライアイインテグレーター９０から入射する光Ｌを、偏光分離膜９３１に対するＰ偏光ＬＰと偏光分離膜９３１に対するＳ偏光ＬＳに分離し、Ｐ偏光ＬＰの偏光方向をＳ偏光ＬＳの偏光方向に揃えて射出するものである。以降、偏光分離膜９３１に対するＰ偏光ＬＰのことをＰ偏光ＬＰと呼び、偏光分離膜９３１に対するＳ偏光ＬＳのことをＳ偏光ＬＳと呼ぶ。
【００７５】
光入射面Ｓ１は、フライアイインテグレーター９０からの光Ｌが入射する面である。
【００７６】
光射出面Ｓ２は、Ｓ偏光を射出させる面である。光射出面Ｓ２は、互いに隣り合う第１の領域Ｓ２Ａと第２の領域Ｓ２Ｂとを有する。第１の領域Ｓ２Ａは、フライアイインテグレーター９０からの光Ｌの入射方向から見て光入射面Ｓ１と重なる領域である。第２の領域Ｓ２Ｂは、フライアイインテグレーター９０からの光Ｌの入射方向から見て光入射面Ｓ１と重ならない領域である。
【００７７】
偏光分離膜９３１は、第１の領域Ｓ２Ａと斜めに対峙するように配置されている。偏光分離膜９３１は、第１の領域Ｓ２Ａに対して約４５°の角度をなすように斜めに対峙している。偏光分離膜９３１は、Ｐ偏光ＬＰを第１の領域Ｓ２Ａに向けて透過させるとともにＳ偏光ＬＳを反射する。
【００７８】
反射膜９３２は、偏光分離膜９３１で反射されたＳ偏光ＬＳを第２の領域Ｓ２Ｂに向けて反射する。
【００７９】
位相差膜９３３は、第１の領域Ｓ２Ａに設けられている。位相差膜９３３は、例えばλ／２板からなる。位相差膜９３３は、偏光分離膜９３１を透過したＰ偏光ＬＰを、その偏光方向を９０°回転させてＳ偏光ＬＳに変換する。
【００８０】
このように構成された偏光変換素子９３では、フライアイインテグレーター９０からの光Ｌが、光入射面Ｓ１から入射する。ここで、フライアイインテグレーター９０からの光Ｌには、Ｓ偏光ＬＳとＰ偏光ＬＰの双方が含まれており、Ｓ偏光ＬＳとＰ偏光ＬＰとの割合が概ね等しくなっている。
【００８１】
フライアイインテグレーター９０からの光Ｌは、光入射面Ｓ１を通過して偏光分離膜９３１に入射する。
【００８２】
偏光分離膜９３１に入射した光のうち、Ｓ偏光ＬＳは、偏光分離膜９３１で反射されて反射膜９３２に入射する。そして、反射膜９３２に入射したＳ偏光ＬＳは、反射膜９３２で第２の領域Ｓ２Ｂに向けて反射される。このように、光入射面Ｓ１から入射したＳ偏光ＬＳは、Ｓ偏光ＬＳとして光射出面Ｓ２の第２の領域Ｓ２Ｂから射出される。
【００８３】
一方、偏光分離膜９３１に入射した光のうち、Ｐ偏光ＬＰは、偏光分離膜９３１を透過する。偏光分離膜９３１を透過したＰ偏光ＬＰは、位相差膜９３３に入射してＳ偏光ＬＳに変換され、Ｓ偏光ＬＳとして光射出面Ｓ２の第１の領域Ｓ２Ａから射出される。したがって、偏光変換素子９３の光入射面Ｓ１から偏光分離膜９３１に入射した光は、Ｓ偏光ＬＳとして光射出面Ｓ２の第１の領域Ｓ２Ａと第２の領域Ｓ２Ｂとから射出される。
【００８４】
なお、本実施形態の偏光変換素子９３においては、位相差膜９３３が第１の領域Ｓ２Ａに設けられており、位相差膜９３３がＰ偏光ＬＰをＳ偏光ＬＳに変換する構成であるが、これに限らない。例えば、位相差膜が第１の領域Ｓ２Ａではなく第２の領域Ｓ２Ｂに設けられており、位相差膜がＳ偏光をＰ偏光に変換する構成であってもよい。
【００８５】
図１３は、比較例のプロジェクターの作用を説明するための図である。図１３（ａ）は、比較例のプロジェクターが備える偏光変換素子９３Ｘを示す模式図である。図１３（ｂ）は、比較例の偏光変換素子９３Ｘから射出された光の照明像である。
【００８６】
図１３（ａ）に示すように、比較例の偏光変換素子９３Ｘの構成は、本実施形態の偏光変換素子９３の構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。図１３（ａ）において、符号Ｓ１Ｘは光入射面、符号Ｓ２Ｘは光射出面、符号Ｓ２ＸＡは第１の領域、符号Ｓ２ＸＢは第２の領域、符号９３１Ｘは偏光分離膜、符号９３２Ｘは反射膜、符号９３３Ｘは位相差膜である。
【００８７】
比較例のプロジェクターは、λ／２板６０を備えていない点が、図１に示した本実施形態のプロジェクター１０００と異なっている。比較例のプロジェクターでは、第１固体光源から射出された直線偏光が円偏光または楕円偏光に変換されずに回転拡散板に入射し、回転拡散板によって十分に偏光解消されないまま偏光変換素子９３Ｘに向けて射出される。そのため、偏光変換素子９３Ｘに入射する光の偏光状態は、第１固体光源から射出された直線偏光の偏光状態を強く反映したものとなる。
【００８８】
例えば、第１固体光源から射出された直線偏光が偏光変換素子９３Ｘに対してＳ偏光として入射するものとすると、回転拡散板では、第１固体光源から射出された直線偏光（Ｓ偏光）がある程度偏光解消されることによって、当該直線偏光と直交する偏光成分（Ｐ偏光ＬＰＸ）が生成されるが、Ｐ偏光ＬＰＸの割合は偏光解消されずに偏光変換素子に入射した偏光成分（Ｓ偏光ＬＳＸ）と比較して非常に小さい。そのため、光入射面Ｓ１Ｘに入射する光ＬＸには、Ｓ偏光ＬＳＸとＰ偏光ＬＰＸの双方が含まれているが、それらの偏光成分ＬＰＸ，ＬＳＸの明るさには大きなばらつきがある。
【００８９】
光ＬＸは、光入射面Ｓ１Ｘを通過して偏光分離膜９３１Ｘに入射する。
【００９０】
偏光分離膜９３１Ｘに入射した光のうち、Ｓ偏光ＬＳＸは、偏光分離膜９３１Ｘで反射されて反射膜９３２Ｘに入射する。そして、反射膜９３２Ｘに入射したＳ偏光ＬＳＸは、反射膜９３２Ｘで第２の領域Ｓ２ＸＢに向けて反射される。このように、光入射面Ｓ１Ｘから入射したＳ偏光ＬＳＸは、Ｓ偏光ＬＳＸとして光射出面Ｓ２Ｘの第２の領域Ｓ２ＸＢから射出される。
【００９１】
一方、偏光分離膜９３１Ｘに入射した光のうち、Ｐ偏光ＬＰＸは、偏光分離膜９３１Ｘを透過する。偏光分離膜９３１Ｘを透過したＰ偏光ＬＰＸは、位相差膜９３３Ｘに入射してＳ偏光ＬＳＸに変換され、Ｓ偏光ＬＳＸとして光射出面Ｓ２Ｘの第１の領域Ｓ２ＸＡから射出される。したがって、偏光変換素子９３Ｘの光入射面Ｓ１Ｘから偏光分離膜９３１Ｘに入射した光は、Ｓ偏光ＬＳＸとして光射出面Ｓ２Ｘの第１の領域Ｓ２ＸＡと第２の領域Ｓ２ＸＢとから射出される。
【００９２】
このように、光入射面Ｓ１Ｘに入射する光ＬＸがＰ偏光ＬＰＸよりもＳ偏光ＬＳＸに偏っている場合、第１の領域Ｓ２ＸＡから射出されるＳ偏光ＬＳＸの強度よりも第２の領域Ｓ２ＸＢから射出されるＳ偏光ＬＳＸの強度の方が大きくなる。このため、偏光変換素子９３Ｘから射出された光を照明光として用いた場合、第１の領域Ｓ２ＸＡから射出される光の強度と第２の領域Ｓ２ＸＢから射出される光の強度との差に起因して、スクリーン上にライン状の照度ムラが生じてしまう。
【００９３】
図１３（ｂ）において、符号ＡＲＸ１は、スクリーンに対して偏光変換素子９３Ｘの第１の領域Ｓ２ＸＡから射出された光が照射される領域である。また、符号ＡＲＸ２はスクリーンに対して偏光変換素子９３Ｘの第２の領域Ｓ２ＸＢから射出された光が照射される領域である。
【００９４】
図１３（ｂ）に示すように、比較例においてスクリーンに照射された光の照射像を見ると、領域ＡＲＸ１においては暗く、領域ＡＲＸ２においては明るい像となる。これは、第１の領域Ｓ２ＸＡから射出されるＳ偏光ＬＳＸの強度よりも第２の領域Ｓ２ＸＢから射出されるＳ偏光ＬＳＸの強度の方が大きいことに起因するものと考えられる。
【００９５】
これに対し、本実施形態のプロジェクター１０００では、第１固体光源から射出された直線偏光をλ／２板によって円偏光または楕円偏光に変換してから回転拡散板で拡散しているため、回転拡散板から射出される拡散光にはＰ偏光成分とＳ偏光成分とが概ね等しい割合で含まれることになる。このため、偏光変換素子９３の第１の領域Ｓ２Ａから射出される光の強度と第２の領域Ｓ２Ｂから射出される光の強度とが概ね等しくなる。
【００９６】
図４（ｂ）において、符号ＡＲ１は、スクリーンに対して偏光変換素子９３の第１の領域Ｓ２Ａから射出された光が照射される領域である。また、符号ＡＲ２はスクリーンに対して偏光変換素子９３の第２の領域Ｓ２Ｂから射出された光が照射される領域である。
【００９７】
図４（ｂ）に示すように、本実施形態の偏光変換素子９３から射出されてスクリーンに照射された光の照射像を見ると、領域ＡＲ１及び領域ＡＲ２の双方の領域においては明るい像となる。このように、複屈折素子としてのλ／２板６０が設けられていることにより、ムラの少ない良好な照明像が得られることを確認することができる。
【００９８】
以上のように、本実施形態のプロジェクター１０００によれば、第１光源アレイ５０から射出された直線偏光がλ／２板６０により円偏光または楕円偏光に変換され、回転拡散板７０に入射する光はＰ偏光とＳ偏光の割合が概ね等しくなる。さらに、当該偏光の割合が概ね等しくされた光が回転拡散板７０により拡散され、偏光変換素子９３に入射する光は、偏光状態がランダムになる。このため、偏光変換素子９３のいずれの射出領域Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂからも互いに強度が概ね等しい光が射出される。よって、照度ムラの発生を抑制することができ表示品質に優れたプロジェクター１０００を提供することができる。
【００９９】
複屈折素子であるλ／２板６０は一般に入射角依存性を有するため、λ／２板６０に対して斜めに直線偏光が入射すると、当該直線偏光が所望の偏光状態に変換されない場合がある。
これに対し、本発明のプロジェクター１０００では、第１光源アレイ５０とλ／２板６０との間の光路上に、第１コリメーターレンズアレイ５３が設けられているため、λ／２板６０に対して概ね垂直に直線偏光が入射する。よって、当該直線偏光を所望の偏光状態に変換することができ、照度ムラの発生を確実に抑制することができる。
【０１００】
また、この構成によれば、λ／２板６０の光学軸の方向を直線偏光の偏光方向に対して適切な方向に調整することで、照度ムラの発生を容易に抑制することができる。
【０１０１】
また、本実施形態のプロジェクター１０００によれば、基板７１をモーター７３によって回転させるため、基板７１の回転に伴って、第１集光光学系５５で集光された複数の青色光が基板７１に入射する位置が時間的に変動する。半導体レーザーのように干渉性の高い光を射出する固体光源を用いて表示を行うと、スクリーンＳＣＲなどの散乱体で光の干渉が生じ、明点と暗点が縞模様あるいは斑模様に分布する、いわゆるスペックルと呼ばれる現象が発生する場合があるが、基板７１を回転させると、スペックルのパターンが時間的に変動するため、それらが時間的に重畳され平均化されることで、スペックルが認識されにくくなる。
よって、表示品質の高い画像表示が可能となる。
【０１０２】
なお、本実施形態のプロジェクター１０００では、複屈折素子としてλ／２板６０を用い、直線偏光の光の偏光方向とλ／２板６０の光学軸とのなす角度が−４５°以上＋４５°以下の角度に設定したが、これに限らない。例えば、複屈折素子としてλ／４板を用いることもできる。
【０１０３】
複屈折素子としてλ／４板を用いる場合、λ／４板の光学軸は第１固体光源５２から射出される光の偏光方向に対して−４５°以上＋４５°以下の角度をなすように設定されていれば、第１固体光源５２から射出されたＳ偏光からなる励起光は、円偏光または楕円偏光に変換される。
【０１０４】
このような構成においても、λ／４板の光学軸の方向を直線偏光の偏光方向に対して適切な方向に調整することで、照度ムラの発生を容易に抑制することができる。
【０１０５】
図５は、比較例及び実施例それぞれのプロジェクターにおいて偏光変換素子から射出された光の照明像を示す図である。
図５（ａ）は、比較例のプロジェクター（第１光源アレイと回転拡散板との間の光路上にλ／２板が設けられていないことにより、偏光変換素子の光入射面に入射するＳ偏光成分とＰ偏光成分の割合が大きく異なっている構成）の照明像を示す図である。
図５（ｂ）は、本実施形態のプロジェクター１０００において複屈折素子としてλ／４板を用い、λ／４板の光学軸の方向を直線偏光の偏光方向に対して４５°をなす方向に配置した構成の照明像を示す図である。
図５（ｃ）は、本実施形態のプロジェクター１０００において複屈折素子としてλ／２板６０を用い、λ／２板の光学軸の方向を直線偏光の偏光方向に対して概ね２２．５°をなす方向に配置するとともに、その光学軸の方向をスクリーン上の照度ムラが最も少なくなるように微調整した構成の照明像を示す図である。
【０１０６】
図５（ａ）に示すように、比較例のプロジェクターの照明像は、照度ムラが生じている。これに対し、図５（ａ）及び図５（ｃ）に示すように、実施例のプロジェクターの照明像は、いずれも照度ムラの発生が抑制されている。
【０１０７】
なお、本実施形態のプロジェクター１０００では、第１固体光源５２から射出された光を拡散させる拡散部材として回転拡散板７０を用いたが、拡散部材はこれに限らない。例えば、第１固体光源５２から射出された光をその入射方向に対して交差する方向に振動可能な拡散板を用いてもよい。
【０１０８】
また、本実施形態のプロジェクター１０００では、蛍光体層３２が形成された基板として回転板３１を用いたが、これに限らない。例えば、蛍光体層が形成された基板として励起光が入射する方向に対して交差する方向に振動可能な基板を用いてもよい。
【０１０９】
また、本実施形態のプロジェクター１０００では、励起光として青色光を射出する固体光源１２と、青色光から赤色光及び緑色光を含む蛍光を発する蛍光体層３２を用いたが、これに限らない。例えば、励起光として紫色光又は紫外光を射出する各固体光源と、紫色光又は紫外光から赤色光、緑色光及び青色光を含む色光を発する蛍光体層とを用いてもよい。
【０１１０】
また、本実施形態のプロジェクター１０００では、光変調装置として液晶光変調装置を用いたが、これに限定らない。光変調装置としては、画像情報に応じて入射光を変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置等を用いてもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。
【０１１１】
また、本実施形態のプロジェクター１０００では、液晶光変調装置として３つの液晶光変調装置を用いたが、これに限らない。１つ、２つ又は４つ以上の液晶光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。
【０１１２】
また、本実施形態のプロジェクター１０００では、透過型のプロジェクターを用いたが、これに限らない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を透過するタイプであることを意味している。「反射型」とは、反射型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターに本発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を奏することができる。
【０１１３】
（第２実施形態）
図６は、図２に対応した、本発明の第２実施形態に係るプロジェクター１００１の光学系を示す概略図である。
【０１１４】
図６に示すように、本実施形態に係るプロジェクター１００１は、複屈折素子としてのλ／２板６１が回転拡散板７０と偏光変換素子９３との間の光路上に配置されている点で上述の第１実施形態に係るプロジェクター１０００と異なっている。λ／２板６１の光学軸の方向は、第１固体光源５２から射出され回転拡散板７０により偏光解消されずにλ／２板６１に入射した直線偏光の偏光方向に対して−４５°以上＋４５°以下の角度（例えば２２．５°）をなす方向に設定されている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図２と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図６においては、便宜上、第２光源アレイ１０、ダイクロイックミラー２２などの部材の図示を省略している。
【０１１５】
第１実施形態のλ／２板６０は、第１光源アレイ５０と回転拡散板７０との間の光路上に配置されていた。この構成では、第１光源アレイ５０から射出された直線偏光がλ／２板６０により円偏光または楕円偏光に変換され、その後、回転拡散板７０により拡散されるため、偏光変換素子９３に入射する光は偏光状態がランダムになる。
【０１１６】
これに対し、本実施形態のλ／２板６１は、図６に示すように、回転拡散板７０と偏光変換素子９３との間の光路上に配置されている。この構成では、第１光源アレイ５０から射出された直線偏光が回転拡散板７０により拡散され、偏光解消されて、当該直線偏光と直交する偏光成分を含む拡散光となる。ただし、第１光源アレイ５０から射出された直線偏光は回転拡散板７０において完全には偏光解消されず、拡散光の偏光状態は、第１光源アレイ５０から射出された直線偏光の偏光状態を強く反映したものとなっている。例えば、回転拡散板７０から射出された拡散光にはＳ偏光として入射する偏光成分が７０％、Ｐ偏光として入射する偏光成分が３０％含まれている。この拡散光は、λ／２板６１により円偏光または楕円偏光に変換される。例えば、拡散光のうちＳ偏光はλ／２板６１により右回りの円偏光または楕円偏光に変換される。一方、拡散光のうちＰ偏光はλ／２板６１により左回りの円偏光または楕円偏光に変換される。これにより、偏光変換素子９３に入射する光はＰ偏光とＳ偏光とを概ね等しい割合で含む光となる。
【０１１７】
本実施形態のλ／２板６１は、第１ピックアップ光学系８０とフライアイインテグレーター９０との間の光路上に配置されている。第１ピックアップ光学系８０は、回転拡散板７０から射出された拡散光を平行化してλ／２板６１に入射させる光学手段として機能する。λ／２板６１を第１ピックアップ光学系８０とフライアイインテグレーター９０との間の光路上に配置した場合、回転拡散板７０から射出された拡散光はλ／２板６１に対して概ね垂直に入射するため、当該拡散光を所望の偏光状態に確実に変換することができる。また、回転拡散板７０で拡散された光が集光せずに広がった状態でλ／２板６１に入射するので、λ／２板６１が回転拡散板７０から射出された光の熱によって熱劣化することが抑制される。なお、λ／２板６１は、第１ピックアップ光学系８０とフライアイインテグレーター９０との間の光路上に限らず、第１ピックアップ光学系８０と偏光変換素子９３との間の光路上であれば、いずれの位置に配置されていてもよいが、第１ピックアップ光学系８０とフライアイインテグレーター９０との間の光路上に配置されていれば、前述した効果が得られるため好ましい。
【０１１８】
本実施形態に係るプロジェクター１００１によれば、第１光源アレイ５０から射出された直線偏光が回転拡散板７０により拡散され、この拡散光がλ／２板６１により円偏光または楕円偏光に変換され偏光変換素子９３に入射する。そのため、偏光変換素子９３に入射する光はＰ偏光とＳ偏光とを概ね等しい割合で含む光となる。このため、偏光変換素子９３の射出領域Ｓ２Ａと射出領域Ｓ２Ｂのいずれの領域からも互いに強度が概ね等しい光が射出される。よって、照度ムラの発生を抑制することができ表示品質に優れたプロジェクター１００１を提供することができる。
【０１１９】
複屈折素子であるλ／２板６１は一般に入射角依存性を有するため、λ／２板６１に対して斜めに直線偏光（偏光解消されずに回転拡散板７０を通過した直線偏光と、偏光解消によって生じた当該直線偏光と直交する直線偏光成分）が入射すると、当該直線偏光が所望の偏光状態に変換されない場合がある。
これに対し、本発明のプロジェクター１００１では、回転拡散板７０とλ／２板６１との間の光路上に、第１ピックアップ光学系８０が設けられているため、λ／２板６１に対して概ね垂直に直線偏光が入射する。よって、当該直線偏光を所望の偏光状態に変換することができ、照度ムラの発生を確実に抑制することができる。
【０１２０】
（第３実施形態）
図７は、図６に対応した、本発明の第３実施形態に係るプロジェクター１００２の光学系を示す概略図である。
【０１２１】
図７に示すように、本実施形態に係るプロジェクター１００２は、複屈折素子としてのλ／２板６２がフライアイインテグレーター９０と偏光変換素子９３との間の光路上に配置されている点で上述の第２実施形態に係るプロジェクター１００１と異なっている。λ／２板６２の光学軸の方向は、第１固体光源５２から射出され回転拡散板７０により偏光解消されずにλ／２板６２に入射した直線偏光の偏光方向に対して−４５°以上＋４５°以下の角度（例えば−２２．５°）をなす方向に設定されている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図６と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
なお、図７においては、便宜上、第２光源アレイ１０、ダイクロイックミラー２２などの部材の図示を省略している。
【０１２２】
本実施形態に係るプロジェクター１００２においても、複屈折素子としてのλ／２板６２に対して平行化した直線偏光が入射する。よって、当該直線偏光を円偏光または楕円偏光に変換することができ、照度ムラの発生を確実に抑制することができる。
【０１２３】
（第４実施形態）
図８は、図２に対応した、本発明の第４実施形態に係るプロジェクター１００３の光学系を示す概略図である。
【０１２４】
図８に示すように、本実施形態に係るプロジェクター１００３は、複屈折素子としてのλ／２板６３が回転拡散板７０の光入射面に配置されている点で上述の第１実施形態に係るプロジェクター１０００と異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図２と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図８においては、便宜上、第２光源アレイ１０、ダイクロイックミラー２２などの部材の図示を省略している。
【０１２５】
第１固体光源５２から射出されλ／２板６３に入射した直線偏光の偏光方向とλ／２板６３の光学軸の方向とのなす角は、回転拡散板７０の回転に伴って−９０°から９０°の間で変化する。そのため、時間積分すれば、偏光変換素子９３に入射する光はＰ偏光とＳ偏光とを概ね等しい割合で含む光となる。このため、偏光変換素子９３のいずれのいずれの射出領域Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂからも互いに強度が概ね等しい光が射出される。よって、照度ムラの発生を抑制することができ表示品質に優れたプロジェクター１００１を提供することができる。
【０１２６】
なお、λ／２板６３は、回転拡散板７０の光入射面に限らず、回転拡散板７０の光射出面に配置されていてもよい。図８では、λ／２板６３は基板７１の全面に設けられているが、λ／２板６３は必ずしも基板７１の全面に設けられている必要はなく、少なくとも第１光源アレイ５０からの光が入射する位置（第１集光レンズ５４により光が集光する位置）に設けられていればよい。
【０１２７】
本実施形態に係るプロジェクター１００３によれば、λ／２板６３に照射される光の熱が回転拡散板７０の回転によって回転拡散板７０の周方向に放散されるため、λ／２板６３に蓄熱することが抑制される。よって、λ／２板６３の熱劣化を抑え長寿命化を図ることができる。
【０１２８】
（第５実施形態）
図９は、図２に対応した、本発明の第５実施形態に係るプロジェクター２０００の光学系を示す概略図である。
【０１２９】
図９に示すように、本実施形態に係るプロジェクター２０００は、複屈折素子としてのλ／２板が設けられていない点、第１光源アレイ１５０に２種類の固体光源１５２，１５３が配置されている点で上述の第１実施形態に係るプロジェクター１０００と異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図２と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図８においては、便宜上、第２光源アレイ１０、ダイクロイックミラー２２などの部材の図示を省略している。
【０１３０】
図１０は、第１基台１５１上に設置された２種類の固体光源１５２，１５３の設置状態を示す平面図である。第１光源アレイ１５０は、第１の直線偏光を射出する第１の固体光源１５２と第２の直線偏光を射出する第２の固体光源１５３と、を備えている。第１の固体光源１５２と第２の固体光源１５３は、互いに長手方向が直交するように第１基台１５１の面１５１ａ内において相対的に回転された状態で設置されている。第１の固体光源１５２から射出された第１の直線偏光および第２の固体光源１５３から射出された第２の直線偏光は、回転拡散板７０によって偏光解消されずに回転拡散板７０を透過する。回転拡散板７０から射出された拡散光のうち第１の固体光源１５２から射出された成分は、偏光分離膜９３１に対する入射面と０°の角をなす方向に偏光した光（Ｐ偏光）を主としてなり、回転拡散板７０から射出された拡散光のうち第２の固体光源１５３から射出された成分は、偏光分離膜９３１に対する入射面と９０°の角をなす方向に偏光した光（Ｓ偏光）を主としてなるように、第１の固体光源１５２の長手方向と第２の固体光源１５３の長手方向とが設定されている。
【０１３１】
図１０に示すように、第１基台１５１の面１５１ａ上には、８個の第１の固体光源１５２が４行２列に並んで配置されている。また、８個の第２の固体光源１５３が４行２列に並んで配置されている。第１の固体光源１５２の配置数と第２の固体光源１５３の配置数とは等しくなっている。第１の固体光源１５２及び第２の固体光源１５３の２種類の固体光源は４行４列のマトリクス状に配置されている。なお、本実施形態の第１光源アレイ１５０においては、１６個の固体光源が配置されているが、配置数は１６個に限定されない。第１基台１５１の中心Ｃ２は、図９に示した第１ピックアップ光学系８０の光軸と一致する。
【０１３２】
８個の第１の固体光源１５２は、その長手方向が、平面視矩形形状を有する第１基台１５１の一辺（図１０中の左右の辺）と平行になるように整然と配置されている。そのため、複数の第１の固体光源１５２から射出される複数の光は、互いに偏光方向が揃った光となる。
【０１３３】
一方、８個の第２の固体光源１５３は、その長手方向が、平面視矩形形状を有する第１基台１５１の一辺（図１０中の左右の辺）と直交するように整然と配置されている。そのため、複数の第２の固体光源１５３から射出される複数の光は、互いに偏光方向が揃った光となる。
【０１３４】
仮に、偏光分離膜９３１に対してＰ偏光またはＳ偏光を入射させる１種類の固体光源を備えた構成であると、回転拡散板７０から射出された拡散光は、Ｐ偏光またはＳ偏光のいずれか一方の偏光方向に偏る。そのため、偏光変換素子の一部の領域からは相対的に大きい強度の光が射出され残りの一部の領域からは相対的に小さい強度の光が射出される。これに起因して、照度ムラが発生するという問題が生じる。
【０１３５】
これに対し、本発明のプロジェクター２０００では、偏光分離膜９３１に対してＰ偏光を入射させる第１の固体光源１５２および偏光分離膜９３１に対してＳ偏光を入射させる第２の固体光源１５３の２種類の固体光源を備えているため、回転拡散板７０から射出された拡散光は、Ｐ偏光またはＳ偏光のいずれか一方の偏光方向に偏ることが抑制される。
そのため、偏光変換素子９３の一部の領域からは相対的に大きい強度の光が射出され残りの一部の領域からは相対的に小さい強度の光が射出されることが抑制される。よって、照度ムラの発生を抑制することができ表示品質に優れたプロジェクター２０００を提供することができる。
【０１３６】
また、この構成によれば、第１の固体光源１５２の配置数と第２の固体光源１５３の配置数とが等しいため、回転拡散板７０から射出された拡散光は、Ｐ偏光とＳ偏光の割合が等しくなる。このため、偏光変換素子９３のいずれの射出領域からも互いに強度が等しい光が射出される。よって、照度ムラの発生を確実に抑制することができる。
【０１３７】
なお、本実施形態のプロジェクター２０００では、第１の固体光源１５２の配置数と第２の固体光源１５３の配置数とが等しい例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、第１の固体光源１５２の配置数と第２の固体光源１５３の配置数とが概ね等しくてもよい。ここで、「概ね等しい」とは、第１の固体光源の配置数と第２の固体光源の配置数の差が±５％の範囲であることをいう。
【０１３８】
また、本実施形態のプロジェクター２０００では、第１基台１５１の面１５１ａ上に、８個の第１の固体光源１５２が４行２列に並んで配置されており、８個の第２の固体光源１５３が４行２列に並んで配置されている例を挙げて説明したが、これに限らない。第１の固体光源１５２の配置構成と第２の固体光源１５３の配置構成とは、それぞれ種々の配置構成を採用することができる。
（第１変形例）
【０１３９】
図１１は、第１基台１５１上に設置された２種類の固体光源１５２，１５３の設置状態の第１変形例を示す平面図である。
【０１４０】
図１１に示すように、本変形例の第１光源アレイ１５０Ａにおいて、第１基台１５１の面１５１ａ上には、８個の第１の固体光源１５２が２行４列に配置されている。また、８個の第２の固体光源１５３が２行４列に配置されている。本変形例においては、４個の第１の固体光源１５２と４個の第２の固体光源１５３とが交互に並んで配置されている。第１の固体光源１５２の配置数と第２の固体光源１５３の配置数とは等しくなっている。第１の固体光源１５２及び第２の固体光源１５３の２種類の固体光源は４行４列のマトリクス状に配置されている。なお、本変形例の第１光源アレイ１５０Ａにおいては、１６個の固体光源が配置されているが、配置数は１６個に限定されない。
【０１４１】
本変形例においても、第１の固体光源１５２の配置数と第２の固体光源１５３の配置数とが概ね等しいため、回転拡散板７０から射出された拡散光は、Ｐ偏光とＳ偏光の割合が概ね等しくなる。このため、偏光変換素子９３のいずれの射出領域からも互いに強度が概ね等しい光が射出される。よって、照度ムラの発生を確実に抑制することができる。
（第２変形例）
【０１４２】
図１２は、第１基台１５１上に設置された２種類の固体光源１５２，１５３の設置状態の第２変形例を示す平面図である。
【０１４３】
本変形例の第１光源アレイ１５０Ｂにおいて、図１１に示した第１変形例との違いは、第１の固体光源１５２の長手方向と第２の固体光源１５３の長手方向にある。本変形例では、第１の固体光源１５２の長手方向は第２の固体光源１５３の長手方向と一致している。しかし、回転拡散板７０から射出された拡散光のうち第１の固体光源１５２から射出された成分は、偏光分離膜９３１に対する入射面と４５°の角をなす方向に偏光した光を主としてなり、回転拡散板７０から射出された拡散光のうち第２の固体光源１５３から射出された成分は、偏光分離膜９３１に対する入射面と４５°の角をなす方向に偏光した光を主としてなるように、第１の固体光源１５２の長手方向および第２の固体光源１５３の長手方向を設定する。
【０１４４】
本変形例においても、回転拡散板７０から射出された拡散光は、Ｐ偏光とＳ偏光の割合が概ね等しくなる。このため、偏光変換素子９３のいずれの射出領域からも互いに強度が概ね等しい光が射出される。よって、照度ムラの発生を確実に抑制することができる。
【０１４５】
本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも、適用することができる。
【０１４６】
上記各実施形態においては、本発明の光源装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、これに限らない。例えば、本発明の光源装置を他の光学機器（例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ、照明機器等）に適用することも可能である。
【符号の説明】
【０１４７】
５２…第１固体光源（固体光源）、５３…第１コリメーターレンズアレイ（光学手段）、６０，６１，６２，６３…λ／２（複屈折素子）、７０…回転拡散板（拡散素子）、８０…第１ピックアップ光学系（光学手段）、９３…偏光変換素子、１５２…第１の固体光源、１５３…第２の固体光源、１０００，１００１，１００２，１００３，２０００…プロジェクター、ＬＰ…Ｐ偏光、ＬＳ…Ｓ偏光
【図１】
0006332485.tif 000002
【図２】
0006332485.tif 000003
【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】
0006332485.tif 000008
【図８】
0006332485.tif 000009
【図９】
0006332485.tif 000010
【図１０】
0006332485.tif 000011
【図１１】
0006332485.tif 000012
【図１２】
0006332485.tif 000013
【図１３】
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