(57)【要約】【課題】位相差板の厚みの精度に対する許容範囲を広げることが可能な位相差制御装置を提供する。【解決手段】本発明の位相差制御装置８０は、第１の面と第１の面に対して傾いた光学軸とを有する位相差板８１と、第１の面の面法線および光学軸と交差する回転軸の周りに位相差板８１を回転させる位相差板回転機構８２と、を備える。【選択図】図２
2017116602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と前記第１の面に対して傾いた光学軸とを有する位相差板と、
前記第１の面の面法線および前記光学軸と交差する回転軸の周りに前記位相差板を回転させる位相差板回転機構と、を備えた位相差制御装置。
【請求項２】
前記回転軸は、前記光学軸の前記第１の面への正射影と前記光学軸とを含む面と直交している請求項１に記載の位相差制御装置。
【請求項３】
前記位相差板回転機構は、前記第１の面に対する前記光学軸の傾き方向が互いに逆の２つの配置が可能なように構成されている請求項１または請求項２に記載の位相差制御装置。
【請求項４】
光線束を射出する発光素子と、
前記光線束が入射する請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の位相差制御装置と、
前記位相差制御装置を透過した前記光線束を、第１の偏光状態の第１の光線束と第２の偏光状態の第２の光線束とに分離する偏光分離素子と、
前記第１の光線束が照射されることで蛍光を発する波長変換素子と、を備えた照明装置。
【請求項５】
請求項４に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された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、位相差制御装置、照明装置、およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクター用の照明装置として、回転蛍光板を用いた照明装置が提案されている。回転蛍光板は、蛍光体層が設けられた基板を回転させつつ、基板上の蛍光体層に励起光を照射して蛍光を発生させ、蛍光を含む照明光を生成するものである。
【０００３】
下記の特許文献１には、半導体レーザーを含む固体光源ユニットと、ダイクロイックミラーと、蛍光発光板と、第１位相差板と、反射板と、第２位相差板と、を備えた光源装置が開示されている。この光源装置において、半導体レーザーから射出された青色光は、ダイクロイックミラーにより第１偏光成分と第２偏光成分とに分離される。第１偏光成分の光は蛍光発光板に照射され、緑色および赤色の蛍光を発光する。第２偏光成分の偏光は、第１位相差板により円偏光に変換され、さらに反射板で反射して第１位相差板に再度入射する。第２位相差板は、固体光源ユニットとダイクロイックミラーとの間に配置され、ダイクロイックミラーに入射する光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との比率を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３７７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザー光を励起光として蛍光体を発光させる光源装置において、レーザー光の偏光状態を制御する位相差板は、高い出力のレーザー光に耐えられる必要がある。そのため、この種の位相差板は、例えば水晶などの無機材料で構成されることがある。しかしながら、水晶などの無機材料で位相差板を構成する場合、位相差板の厚みによって偏光状態の変化が決まるため、蛍光体に入射させる光の量を適切に制御するためには位相差板の厚みの精度を高くする必要があった。
【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、位相差板の厚みの精度に対する許容範囲を広げることが可能な位相差制御装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の位相差制御装置を備えた照明装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の照明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位相差制御装置は、第１の面と前記第１の面に対して傾いた光学軸とを有する位相差板と、前記第１の面の面法線および前記光学軸と交差する回転軸の周りに前記位相差板を回転させる位相差板回転機構と、を備える。
【０００８】
本発明の一つの態様の位相差制御装置においては、第１の面に対して傾いた光学軸を有する位相差板を、位相差板回転機構により第１の面の面法線および光学軸と交差する回転軸の周りに回転させることによって、位相差を広範囲に調整することができる。これにより、位相差板の厚みの精度に対する許容範囲を広げることができる。
【０００９】
本発明の一つの態様の位相差制御装置において、前記回転軸は、前記光学軸の前記第１の面への正射影と前記光学軸とを含む面と直交していてもよい。
この構成によれば、位相差板の回転角度に対する位相差の変化を大きくすることができ、位相差をより広範囲に調整することができる。
【００１０】
本発明の一つの態様の位相差制御装置において、前記位相差板回転機構は、前記第１の面に対する前記光学軸の傾き方向が互いに逆の２つの配置が可能なように構成されていてもよい。
この構成によれば、位相差板の回転可能な角度範囲が例えば５°であったとしても、実質的には±５°の角度範囲で位相差の調整が可能となる。これにより、位相差制御装置の省スペース化を図ることができる。
【００１１】
本発明の一つの態様の照明装置は、光線束を射出する発光素子と、前記光線束が入射する本発明の一つの態様の位相差制御装置と、前記位相差制御装置を透過した前記光線束を、第１の偏光状態の第１の光線束と第２の偏光状態の第２の光線束とに分離する偏光分離素子と、前記第１の光線束が照射されることで蛍光を発する波長変換素子と、を備える。
【００１２】
本発明の一つの態様の照明装置は、本発明の一つの態様の位相差制御装置を備えているため、安価な位相差板を用いることができ、コストの低減を図ることができる。
【００１３】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備える。
【００１４】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置を備えているため、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態の第１の位相差板の平面図である。
【図４】図３のＡ’−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】光学軸の傾き方向が第１の方向を向いた状態の位相差板を含む位相差制御装置の平面図である。
【図６】光学軸の傾き方向が第１の方向とは逆の第２の方向を向いた状態の位相差板を含む位相差制御装置の平面図である。
【図７】光学軸が第１の面に平行な比較例の位相差板の厚みと蛍光体への入射光量との関係を示すグラフである。
【図８】光学軸が第１の面に対して傾いている本実施形態の位相差板の厚みと蛍光体への入射光量との関係を示すグラフである。
【図９】光学軸が第１の面に対して傾いている本実施形態の位相差板の回転角度と蛍光体への入射光量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図９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。
【００１７】
本実施形態のプロジェクターは、３つの透過型液晶ライトバルブを用いたプロジェクターの一例である。
図１は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。図２は、本実施形態の照明装置を示す概略構成図である。
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上にカラー画像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、照明装置７０と、均一照明光学系４０と、色分離光学系３と、赤色光用の光変調装置４Ｒ、緑色光用の光変調装置４Ｇおよび青色光用の光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６０と、を概略備えている。
【００１８】
照明装置７０は、白色の照明光ＷＬを均一照明光学系４０に向けて射出する。照明装置７０は、後述する本発明の光源装置を備えている。
【００１９】
均一照明光学系４０は、ホモジナイザー光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備える。
ホモジナイザー光学系３１は、第１のマルチレンズアレイ３１ａと、第２のマルチレンズアレイ３１ｂと、から構成されている。
【００２０】
均一照明光学系４０は、照明装置７０から射出された照明光ＷＬの強度分布を被照明領域である光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂにおいて均一化する。均一照明光学系４０から射出された照明光ＷＬは、色分離光学系３に入射する。
【００２１】
色分離光学系３は、照明装置７０から射出された照明光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の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、第３の反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａと、第２のリレーレンズ９ｂと、を備える。
【００２２】
第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置７０から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む光と、に分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過し、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射する。
第２のダイクロイックミラー７ｂは、第１のダイクロイックミラー７ａで反射した光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。
【００２３】
第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されている。第１の反射ミラー８ａは、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。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、青色光ＬＢの光路中に配置されている。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、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で反射し、光変調装置４Ｇに向けて進む。
【００２４】
第１のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、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と第２のリレーレンズ９ｂとは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する。
【００２５】
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。
【００２６】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。液晶パネルの入射側および射出側には、図示しない偏光板がそれぞれ配置されている。偏光板は、特定の偏光方向を有する直線偏光光を透過させる。
【００２７】
光変調装置４Ｒの入射側に、フィールドレンズ１０Ｒが配置されている。光変調装置４Ｇの入射側に、フィールドレンズ１０Ｇが配置されている。光変調装置４Ｂの入射側に、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は、光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行化する。フィールドレンズ１０Ｇは、光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行化する。フィールドレンズ１０Ｂは、光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化する。
【００２８】
合成光学系５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢのそれぞれ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６０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る。
【００２９】
投射光学系６０は、複数の投射レンズを含む投射レンズ群から構成されている。投射光学系６０は、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー画像が表示される。
【００３０】
以下、照明装置７０について説明する。
図２に示すように、照明装置７０は、光源装置７１と、コリメーター光学系７２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２５と、位相差制御装置８０と、偏光ビームスプリッター２７と、第１のピックアップ光学系２８と、蛍光体層を備えた蛍光体ホイール２９と、第２の位相差板３６と、第２のピックアップ光学系４１と、回転拡散素子４２と、を備える。以下、偏光ビームスプリッターをＰＢＳと略記する。
本実施形態のＰＢＳ２７は、特許請求の範囲の偏光分離素子に対応する。
【００３１】
光源装置７１と、コリメーター光学系７２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２５と、第１の位相差板８１と、ＰＢＳ２７と、第２の位相差板３６と、第２のピックアップ光学系４１とは、光軸ＡＸ０上に配置されている。第１のピックアップ光学系２８は、光軸ＡＸ０と直交する光軸ＡＸ１上に配置されている。
【００３２】
光源装置７１は、例えばアレイ状に配列された複数の半導体レーザー７３を備える。ただし、半導体レーザー７３の個数および配列は特に限定されない。半導体レーザー７３は、例えば青色の光線ＢＬを射出する。光源装置７１は、複数の半導体レーザー７３から射出された複数の光線ＢＬからなる光線束Ｋ１を射出する。
本実施形態の半導体レーザー７３は、特許請求の範囲の発光素子に対応する。
【００３３】
コリメーター光学系７２は、複数の半導体レーザー７３の各々に対応して設けられた複数のコリメーターレンズ７４を備える。コリメーターレンズ７４は、半導体レーザー７３から射出された光線ＢＬを平行光束に変換する。
【００３４】
アフォーカル光学系２３は、凸レンズ２３ａと、凹レンズ２３ｂと、から構成されている。アフォーカル光学系２３は、コリメーター光学系７２から射出された光線束Ｋ１を縮小する。
【００３５】
ホモジナイザー光学系２５は、第１のマルチレンズアレイ２５ａと、第２のマルチレンズアレイ２５ｂと、を備える。第１のマルチレンズアレイ２５ａは、等ピッチで配列された複数のレンズ２５ａｍを有する。第２のマルチレンズアレイ２５ｂは、上記レンズ２５ａｍと同じピッチで配列された複数のレンズ２５ｂｍを有する。ホモジナイザー光学系２５は、アフォーカル光学系２３から射出された光線束Ｋ１ｓの強度分布を、被照明領域において均一にする。
【００３６】
位相差制御装置８０は、第１の位相差板８１と、第１の位相差板８１を回転させるための位相差板回転機構８２と、を概略備えている。第１の位相差板８１は、例えば水晶、サファイア、方解石などの無機材料から構成されている。位相差板回転機構８２によって第１の位相差板８１を回転させることにより、第１の位相差板８１を透過した光を、ＰＢＳ２７に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光とすることができる。位相差制御装置８０の詳細な構成は後述する。
【００３７】
ＰＢＳ２７は、光軸ＡＸ０および光軸ＡＸ１に対して４５°の角度をなすように配置されている。ＰＢＳ２７は、Ｓ偏光成分の光を反射させ、Ｐ偏光成分の光を透過させる。Ｓ偏光成分の光は、ＰＢＳ２７で反射して蛍光体ホイール２９に向かって進む。Ｐ偏光成分の光は、ＰＢＳ２７を透過して回転拡散素子４２に向かって進む。
【００３８】
ＰＢＳ２７から射出されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１のピックアップ光学系２８に入射する。第１のピックアップ光学系２８は、光線ＢＬｓを蛍光体ホイール２９上の蛍光体層４７に向けて集光させる。第１のピックアップ光学系２８は、例えば第１のピックアップレンズ２８ａと、第２のピックアップレンズ２８ｂと、から構成されている。
【００３９】
第１のピックアップ光学系２８から射出された光は、蛍光体ホイール２９に入射する。蛍光体ホイール２９は、反射型の回転蛍光板であり、蛍光を発する蛍光体層４７と、蛍光体層４７を支持する回転板４９と、蛍光体層４７と回転板４９との間に設けられた蛍光光を反射する反射膜（図示略）と、回転板４９を駆動する駆動モーター５０と、を有する。回転板４９としては、例えば円板が用いられるが、回転板４９の形状は円板に限定されず、平板であればよい。
本実施形態の蛍光体層４７は、特許請求の範囲の波長変換素子に対応する。
【００４０】
蛍光体層４７は、青色の励起光を吸収して黄色の蛍光に変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子としては、例えば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。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよく、２種以上の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てもよい。
【００４１】
ＰＢＳ２７から射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、第２の位相差板３６に入射する。第２の位相差板３６は、例えば１／４波長板である。Ｐ偏光の光線ＢＬｐは、第２の位相差板３６を透過することによって円偏光の光線に変換される。第２の位相差板３６を透過した光線ＢＬｐは、第２のピックアップ光学系４１に入射する。第２のピックアップ光学系４１は、入射光を回転拡散素子４２に向けて集光させる。第２のピックアップ光学系４１は、例えば第１のピックアップレンズ４１ａと、第２のピックアップレンズ４１ｂと、から構成されている。
【００４２】
回転拡散素子４２は、拡散反射板５２と、拡散反射板５２を回転させるための駆動モーター５３と、を備える。拡散反射板５２は、第２のピックアップ光学系４１から射出された円偏光の光線ＢＬｐをＰＢＳ２７に向けて拡散反射させる。拡散反射板５２は、光線ＢＬｐをランバート反射させることが好ましい。駆動モーター５０の回転軸は、光軸ＡＸ０と略平行に配置されている。これにより、拡散反射板５２は、拡散反射板５２に入射する光の光軸に交差する面内で回転可能となっている。拡散反射板５２は、回転軸の方向から見て、例えば円形に形成されているが、拡散反射板５２の形状は円板に限定されず、平板であればよい。
【００４３】
拡散反射板５２によって反射され、第２のピックアップ光学系４１を再び透過した円偏光の光線ＢＬｐは、再び第２の位相差板３６を透過し、Ｓ偏光の光線ＢＬｓ２に変換される。
蛍光体層４７から射出された黄色の蛍光光と、回転拡散素子４２からの光線ＢＬｓ２（青色光）とは、ＰＢＳ２７により合成され、白色の照明光ＷＬとなる。照明光ＷＬは、図１に示す均一照明光学系４０に入射する。
【００４４】
図３は、本実施形態の第１の位相差板８１の平面図である。図４は、図３のＡ’−Ａ線に沿う断面図である。図５および図６は、図３および図４に示す第１の位相差板８１を含む位相差制御装置８０の平面図である。
図５および図６に示すように、位相差制御装置８０は、第１の位相差板８１と、回転軸８３と、回転軸８３を中心として第１の位相差板８１を回転させる位相差板回転機構８２と、使用者が第１の位相差板８１の回転操作を行うための調整用つまみ８４と、を備える。本実施形態の場合、第１の位相差板８１は、矩形環状のフレーム８５に収容されている。ただし、第１の位相差板８１は、必ずしもフレーム８５に収容されていなくてもよい。
【００４５】
図３および図４に示すように、第１の位相差板８１は、第１の面８１ａ（図４における上面）と、第２の面８１ｂ（図４における下面）と、第１の面８１ａに対して傾いた光学軸Ｄ１と、を有する。第１の位相差板８１は、第１の面８１ａと第２の面８１ｂとが互いに平行な平板である。第１の面８１ａの法線方向から見た第１の位相差板８１の平面形状は、長辺と短辺とを有する矩形状である。
【００４６】
図３における矢印Ｄ２は、光学軸Ｄ１の第１の面８１ａへの正射影を示す。図３に示すように、本実施形態の場合、第１の面８１ａの法線方向から見て、光学軸Ｄ１の第１の面への正射影Ｄ２と第１の位相差板８１の短辺に平行な直線Ｌとのなす角度φは、例えば３４°である。以下、正射影Ｄ２と直線Ｌとのなす角度φを、光学軸Ｄ１の方位角φと定義する。光線ＢＬの偏光方向は第１の位相差板８１の短辺と平行である。そのため、正射影Ｄ２と光線ＢＬの偏光方向とのなす角度も３４°となる。
【００４７】
図４に示すように、光学軸Ｄ１と第１の面８１ａとのなす角度θは、例えば４５°である。以下、光学軸Ｄ１と第１の面８１ａとのなす角度θを、光学軸Ｄ１の傾斜角と定義する。
本実施形態における光学軸Ｄ１の方位角φおよび傾斜角θの数値は、ＰＢＳ２７に入射した光線ＢＬのうち、８０％の成分を蛍光体ホイール２９側に導くことを目標とした数値であり、適宜変更が可能である。
【００４８】
位相差板回転機構８２は、第１の面８１ａの面法線および光学軸Ｄ１と交差する回転軸８３の周りに第１の位相差板８１を回転させる。回転軸８３は、正射影Ｄ２と光学軸Ｄ１とを含む面（図４においてハッチングを施した断面）と直交している。第１の面８１ａが光軸ＡＸ０（図２参照）と直交する位置を第１の位相差板８１の基準位置（図４の実線で示す位置）と定義したとき、第１の位相差板８１が基準位置にあるときの回転角度ωを０°と定義する。
【００４９】
位相差板回転機構８２は、第１の位相差板８１をフレーム８５ごと所定の回転角度の範囲内で回転させるものであればよい。位相差板回転機構８２の具体的な構成は特に限定されず、回転角度も特に限定されない。
【００５０】
図５および図６に示すように、位相差板回転機構８２は、第１の位相差板８１を第１の面８１ａに対する光学軸Ｄ１の傾き方向が互いに逆の２つの配置が可能なように構成されている。すなわち、位相差板回転機構８２は、第１の位相差板８１を所定の回転角度の範囲内で回転させることが可能であり、かつ、フレーム８５に対して第１の位相差板８１を裏返しに反転させて取り付けることが可能である。図５と図６とは、第１の位相差板８１を互いに裏返しに反転させた状態を示している。
【００５１】
以下、位相差制御装置８０の作用および効果について説明する。
例えば、半導体レーザー７３から射出された光線ＢＬは、ＰＢＳ２７に対するＰ偏光であるとする。光線ＢＬを、第１の位相差板８１を備えた位相差制御装置８０によって８０％のＳ偏光成分と２０％のＰ偏光成分とが混在した光に変換し、８０％のＳ偏光成分をＰＢＳ２７で反射させ、蛍光体層４７に導く場合を考える。
【００５２】
比較例として、第１の面と平行な光学軸を有する位相差板と、第１の面に垂直な回転軸を中心に位相差板を回転させる回転機構と、を備えた位相差制御装置を想定する。
比較例の位相差制御装置において、位相差板の厚みと蛍光体に入射する光の量との関係を図７に示す。図７において、グラフの横軸は位相差板の厚み［ｍｍ］である。グラフの縦軸は蛍光体へ入射する光線ＢＬｓの光量ＬＡ［任意単位］である。光量ＬＡは、ＰＢＳへの入射光量に対する蛍光体への入射光量の割合［％］に対応する。この場合、位相差板の光学軸は、第１の面と平行、かつ、位相差板に入射する光の偏光方向に対して４５°の角度をなしている。
【００５３】
図７に示すように、位相差板の厚みを増加させることにより、光量ＬＡが増加する傾向を示す。したがって、位相差板の厚みを調整することにより、光量ＬＡを制御することができる。この例では、蛍光体への入射光量の割合が８０％に対応する光量ＬＡ８０は、位相差板の厚みが０．３０８ｍｍのときに得られているとする。
【００５４】
位相差板の厚みが０．３０８と０．３２２ｍｍとの間の範囲では、光量ＬＡが光量ＬＡ８０を超えている。この範囲では、回転機構を用いて位相差板を回転させ、位相差板の光学軸と入射光の偏光方向とのなす角度を４５°からずらすことによって、光量ＬＡを光量ＬＡ８０まで低下させることができる。したがって、光量ＬＡを光量ＬＡ８０にするためには、位相差板の厚みを０．３０８〜０．３２２ｍｍ、すなわち０．３１５±０．００７ｍｍとする必要がある。このように、比較例の位相差制御装置では、位相差板の厚みの精度を高くする必要があるため、位相差板の製造コストが高くなるという問題がある。
【００５５】
本実施形態の位相差制御装置８０は、第１の面８１ａに対して４５°傾いた光学軸Ｄ１を有する第１の位相差板８１を備える。本実施形態の位相差制御装置８０において、第１の位相差板８１の厚みと光量ＬＡとの関係を図８に示す。図８において、グラフの横軸は第１の位相差板８１の厚み［ｍｍ］である。グラフの縦軸は蛍光体へ入射する光線ＢＬｓの光量ＬＡ［任意単位］である。なお、図３に示したように、第１の位相差板８１の光学軸Ｄ１の方位角φは３４°であり、正射影Ｄ２と光線ＢＬの偏光方向とのなす角度は３４°である。
【００５６】
蛍光体への入射光量の割合の絶対値は図７の比較例とは異なるものの、図８に示すように、第１の位相差板８１の厚みを増加させることにより、光量ＬＡが増加する傾向を示す。第１の位相差板８１の厚みを０．５３〜０．５４ｍｍ程度にすることによって、光量ＬＡを概ね光量ＬＡ８０とすることができる。さらに本実施形態の場合、第１の位相差板８１が回転軸８３を中心として回転可能に構成されているため、第１の位相差板８１の厚みが、光量ＬＡが光量ＬＡ８０に満たないような場合であっても、第１の位相差板８１の回転角度ωを変えることにより、光量ＬＡを概ね光量ＬＡ８０に調整することができる。
【００５７】
第１の位相差板８１の回転角度ωと光量ＬＡとの関係を図９に示す。図９において、グラフの横軸は第１の位相差板８１の回転角度［°］である。グラフの縦軸は蛍光体へ入射する光線ＢＬｓの光量ＬＡ［任意単位］である。図９では、第１の位相差板８１の厚みを０．４８７ｍｍとした。
【００５８】
図９に示すように、第１の位相差板８１の回転角度を０°から増加させることにより、光量ＬＡは増加する傾向を示す。第１の位相差板８１の回転角度を５°程度に調整することによって、光量ＬＡを概ね光量ＬＡ８０とすることができる。このように、蛍光体への入射光量の割合が８０％に満たないような第１の位相差板８１の厚みの場合であっても、第１の位相差板８１の回転角度を調整することによって、蛍光体への入射光量の割合を８０％に調整することができる。また、蛍光体への入射光量の割合が８０％よりも大きくなるような第１の位相差板８１の厚みの場合であっても、上記と同様に蛍光体への入射光量の割合を８０％に調整することができる。したがって、第１の位相差板８１の厚さは、光学特性上は不問である。すなわち、従来のように、第１の位相差板８１の厚さに対する高い精度は要求されない。
【００５９】
図９において、蛍光体への入射光量の割合が６０％に対応する光量ＬＡを光量ＬＡ６０で示した。例えば光量ＬＡを光量ＬＡ６０に調整する場合は、第１の位相差板８１の回転角度が３°程度でよく、光量ＬＡを光量ＬＡ８０に調整する場合よりも第１の位相差板８１の回転角度が小さくて済む。しかしながら、図９に示した曲線において、光量ＬＡが光量ＬＡ６０の点は、光量ＬＡが光量ＬＡ８０の点よりも曲線の傾斜が大きく、第１の位相差板８１の回転角度に対する感度が高い。そのため、光量ＬＡを光量ＬＡ６０に調整する場合には、第１の位相差板８１の回転角度調整に高い精度が要求される。さらにこの場合、第１の位相差板８１に入射する光線ＢＬの入射角に対する感度も高いため、第１の位相差板８１に対して垂直に近い角度以外の方向から入射する光は、意図する偏光状態に調整できないおそれがある。
【００６０】
そこで、光量ＬＡが意図する値になるときに第１の位相差板８１の位相差がλ／２＋ｎλ（λ：光の波長、ｎ：自然数）となるように、光学軸Ｄ１の方位角φを設定することが望ましい。すなわち、図８のグラフの曲線の頂点が意図する光量ＬＡの値となるように、光学軸Ｄ１の方位角φを設定することが望ましい。これにより、図９のグラフの曲線の頂点が意図する光量ＬＡの値となる。図９のグラフの曲線の頂点近傍では傾斜が小さいため、第１の位相差板８１の回転角度調整に要求される精度を低くすることができる。さらにこの場合、第１の位相差板８１に入射する光の入射角に対する感度も低くなるため、第１の位相差板８１に対して垂直に近い角度以外の方向から入射する光に対しても、意図する偏光状態に調整しやすくなる。
【００６１】
図９に示した例では、所望の光量ＬＡを得るのに必要な第１の位相差板８１の回転角度は５°であった。この例に限れば、第１の位相差板８１は少なくとも５°回転できる構成であれば、所望の光量ＬＡを得ることができる。ところが、所望の光量ＬＡが図９に示した例とは異なる場合、第１の位相差板８１の厚みバラツキが大きい場合等では、第１の位相差板８１を５°回転させただけでは、所望の光量ＬＡが得られないことが考えられる。この問題に対し、本実施形態では、光学軸Ｄ１の傾き方向が互いに逆の２つの配置が可能なように位相差制御装置８０が構成されているため、第１の位相差板８１が５°しか回転しなくても、実質的には±５°の範囲での入射光量の調整が可能である。したがって、第１の位相差板８１を回転させるための大きなスペースを必要とすることなく、光量ＬＡの調整範囲を広げることができる。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態の位相差制御装置８０によれば、第１の位相差板８１の厚みの精度に対する許容範囲を広げることができる。特に第１の位相差板８１の回転軸８３が、光学軸Ｄ１の第１の面８１ａへの正射影Ｄ２と光学軸Ｄ１とを含む面と直交しているため、第１の位相差板８１の回転角度に対する位相差の変化を大きくでき、第１の位相差板８１の回転角度をそれ程大きくすることなく、蛍光体への入射光量をより広範囲に調整することができる。
【００６３】
本実施形態の照明装置７０は上記の位相差制御装置８０を備えているため、第１の位相差板８１として安価な位相差板を用いることができるため、低コストの照明装置を実現することができる。また、照明光の色バランスの調整範囲が広い照明装置を実現することができる。本実施形態のプロジェクター１は上記の照明装置７０を備えているため、色再現性に優れ、低コストのプロジェクターを実現することができる。
【００６４】
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、第１の位相差板はフレームに対して裏返しに反転させて取り付けることが可能な構成となっていたが、この構成に代えて、第１の位相差板が第１の面８１ａの面法線と平行な回転軸を中心として１８０°回転できる構成となっていてもよい。また、第１の位相差板は位相差制御装置の使用時に回転可能となっている必要はなく、例えば製品出荷前に位相差の調整を行う際に回転可能となっている構成でもよく、例えば製品出荷後は第１の位相差板が固定されて回転できない状態となっていてもよい。
【００６５】
また、回転軸８３と第１の位相差板８１との位置関係は特に限定されない。図５および図６に示した例では、第１の面８１ａの面法線と平行な方向から見た平面視において、回転軸８３は第１の位相差板８１の略中心を通過している。しかし、回転軸８３は、平面視において例えば第１の位相差板８１の角を通過してもよいし、第１の位相差板８１と重ならなくてもよい。
【００６６】
上記実施形態では、反射型の蛍光体ホイールを備えた照明装置の例を挙げたが、透過型の蛍光体ホイールを備えた照明装置であってもよい。
その他、位相差制御装置、照明装置、およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。上記実施形態では、本発明による照明装置を、液晶ライトバルブを用いたプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。
【００６７】
上記実施形態では、本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。
【００６８】
上記実施形態では、波長変換素子として蛍光体を用いた波長変換素子の例を挙げたが、これに限られない。波長変換素子として、例えばＧａＮ、ＧａＡｓ等の化合物半導体を用いた波長変換素子であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１…プロジェクター、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、２７…偏光ビームスプリッター（偏光分離素子）、４７…蛍光体層（波長変換素子）、６０…投射光学系、７０…照明装置、７３…半導体レーザー（発光素子）、８０…位相差制御装置、８１…第１の位相差板（位相差板）、８２…位相差板回転機構。
【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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