JP2012073496A - 照明装置、投影型表示装置、直視型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光利用効率が改善された小型の照明装置ならびにそれを備えた投影型表示装置および直視型表示装置を提供する。
【解決手段】インテグレータ４０の前段に偏光分離素子３０が設けられ、インテグレータ４０の後段に位相差板アレイ５０が設けられている。これにより、光源１０Ａからの光が、偏光分離素子３０によって、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離され、分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方が位相差板アレイ５０によって他方の偏光成分に変換される。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体発光素子を用いた照明装置、ならびにそれを備えた投影型表示装置および直視型表示装置に関する。

近年、オフィスだけでなく、家庭でも、スクリーンに映像を投影するプロジェクタが広く利用されている。プロジェクタは、光源からの光をライトバルブで変調することにより画像光を生成し、スクリーンに投射して表示を行うものである。最近では、手のひらサイズの超小型プロジェクタや、超小型プロジェクタ内蔵の携帯電話機などが普及し始めている。

特開２００８−１３４３２４号公報

ところで、プロジェクタに用いられる光源としては、高輝度の放電ランプが主流である。しかし、放電ランプでは、サイズが比較的大きく、消費電力も大きいことから、放電ランプに代わる光源として、近年では、発光ダイオード（ＬＥＤ）や、レーザダイオード（ＬＤ）、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）などの固体発光素子が注目されている。これらの固体発光素子は、サイズや消費電力だけでなく、高信頼性という点でも、放電ランプよりも有利である。

プロジェクタの光源として上述の固体発光素子を用いる場合には、プロジェクタに含まれる他の主要部品も小型化して、プロジェクタ自体をさらに小型化することが考えられる。しかし、プロジェクタに含まれる他の主要部品を小型化すると、光の利用効率が低下し易い。そのため、例えば、上述の固体発光素子の数を増やすなどして光源の光量を増やしたとしても、光の利用効率低下によって所望の輝度が得られないという問題が生じる場合がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、光利用効率が改善された小型の照明装置を提供することにある。また、第２の目的は、そのような小型の照明装置を用いた投影型表示装置および直視型表示装置を提供することにある。

本発明の照明装置は、固体発光素子を含む１または複数の光源と、光源側から入射した光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換する１または複数の指向角変換素子とを備えている。この照明装置は、さらに、指向角変換素子側から入射した光を、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離する偏光分離素子と、偏光分離素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータと、位相差の互いに異なる第１領域および第２領域を有する位相差板アレイとを備えている。ここで、第１領域は、偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第１領域への入射光を、偏光方向を維持したまま透過するようになっている。一方、第２領域は、偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のうち第１領域に入射する偏光成分とは異なる偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第２領域への入射光を、第１領域に入射する光の偏光と等しい偏光の光に変換するようになっている。

本発明の投射型表示装置は、照明光学系と、入力された映像信号に基づいて照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系とを備えたものである。この投射型表示装置に搭載された照明光学系は、上記の照明装置と同一の構成要素を有している。

本発明の直視型表示装置は、照明光学系と、入力された映像信号に基づいて照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系と、投影光学系から投射された画像光を映し出す透過型スクリーンとを備えたものである。この直視型表示装置に搭載された照明光学系は、上記の照明装置と同一の構成要素を有している。

本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置では、光源からの光が、偏光分離素子によって、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離され、分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方が位相差板アレイによって他方の偏光成分に変換される。これにより、位相差板アレイから射出される光が、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光光となる。

本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、位相差板アレイの第１領域および第２領域がともに、偏光分離素子における分離方向と直交する方向に延在する帯状の形状となっており、かつ偏光分離素子における分離方向と平行な方向に交互に配置されていることが好ましい。位相差板アレイがこのような構成となっている場合には、Ｓ偏光の進行方向とＰ偏光の進行方向とが、偏光分離素子の法線との関係で互いに反対方向を向いていてもよいし、Ｓ偏光およびＰ偏光のいずれか一方の進行方向が、偏光分離素子の法線と平行な方向を向いていてもよい。

Ｓ偏光の進行方向とＰ偏光の進行方向とが、偏光分離素子の法線との関係で互いに反対方向を向くようにするためには、例えば、光源および指向角変換素子を、指向角変換素子側からの光が偏光分離素子に斜めに入射するように配置することが好ましい。一方、Ｓ偏光およびＰ偏光のいずれか一方の進行方向が、偏光分離素子の法線と平行な方向を向くようにするためには、例えば、光源および指向角変換素子を、指向角変換素子側からの光が偏光分離素子に垂直に入射するように配置することが好ましい。

指向角変換素子側からの光を偏光分離素子に斜めに入射させるときの入射角は、以下の式で求められる大きさとなっていることが好ましい。なお、以下の式は、インテグレータが、互いに対向する一対のフライアイレンズからなることを前提としている。
φ＝ｔａｎ^-1（ｈ_AWP／（２×ｆ_FEL））
φ：指向角変換素子側からの光が偏光分離素子に入射する角度
ｈ_AWP：第１領域および第２領域の配列方向のサイズ
ｆ_FEL：フライアイレンズの焦点距離

本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置によれば、インテグレータの前段に設けた偏光分離素子と、インテグレータの後段に設けた位相差板アレイとによって、光源からの光を、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光光に揃えるようにしたので、光の利用効率を高めることができる。また、このような照明装置を投射型表示装置や直視型表示装置の光源として用いることにより、小型かつ高輝度の投射型表示装置や直視型表示装置を提供することができる。

また、本発明の照明装置、投射型表示装置および直視型表示装置において、Ｓ偏光およびＰ偏光のいずれか一方の進行方向が、偏光分離素子の法線と平行な方向を向くようにした場合には、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分を位相差板アレイの第１領域および第２領域に効率良く選択的に入射させることができ、高輝度を実現することができる。また、Ｓ偏光およびＰ偏光のいずれか一方の進行方向が、偏光分離素子の法線との関係で互いに反対方向を向くようにした場合には、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分を位相差板アレイの第１領域および第２領域にさらに効率良く選択的に入射させることができ、高輝度を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成を表す図である。 図１の光源の上面構成および断面構成の一例を示す図である。 図１の光源の上面構成および断面構成の他の例を示す図である。 図１の光源の上面構成および断面構成のその他の例を示す図である。 図１の光源の発光スポットの一例を示す図である。 図１の偏光分離素子の断面構成の一例を示す図である。 図１のフライアイレンズの概略構成を表す図である。 図１の位相差板アレイの上面構成の一例を示す図である。 図１のプロジェクタ内の光路の一例を示す図である。 図１の照明範囲のサイズについて説明するための模式図である。 図１のプロジェクタにおいて、後段のフライアイレンズおよび位相差板アレイに現れる光源像の一例を表す模式図である。 図１のプロジェクタの一変形例の概略構成を表す図である。 図１２のプロジェクタ内の光路の一例を示す図である。 図１３の光路の一部を拡大して示す図である。 図１２のプロジェクタにおいて、後段のフライアイレンズおよび位相差板アレイに現れる光源像の一例を表す模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成を表す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成を表す図である。 レーザ光の偏光軸の一例を示す図である。 図１７の微小振動素子の断面構成の一例を表す図である。 図１、図１２、図１６、図１７の偏光分離素子の断面構成の他の例を示す図である。 （Ａ）図１の光源の一変形例の断面構成の一例を示す図である。（Ｂ）図２１（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。 （Ａ）図２１（Ａ）の光源の断面構成の他の例を示す図である。（Ｂ）図２２（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。 （Ａ）図２１（Ａ）の光源の断面構成のその他の例を示す図である。（Ｂ）図２３（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。 （Ａ）図２１の光源をＸＹ平面で９０度回転させたときの断面構成の一例を示す図である。（Ｂ）図２４（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。 （Ａ）図２２の光源をＸＹ平面で９０度回転させたときの断面構成の一例を示す図である。（Ｂ）図２５（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。 （Ａ）図２３の光源をＸＹ平面で９０度回転させたときの断面構成の一例を示す図である。（Ｂ）図２６（Ａ）の光源に含まれる固体発光素子を光射出面側から見たときの図である。 上記実施の形態の照明光学系を用いたリアプロジェクション表示装置の概略構成を表す図である。

以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（図１〜図１１）
偏光分離素子に垂直に光を入射する例
２．第１の実施の形態の変形例（図１２〜図１５）
偏光分離素子に斜めに光を入射する例
３．第２の実施の形態（図１６）
光路合成素子からの漏れ光を利用して光源の光量を計測する例
４．第３の実施の形態（図１７〜図１９）
偏光分離素子からの漏れ光を利用して光源の光量を計測する例
５．変形例（図２０〜図２７）

＜１．第１の実施の形態＞
[構成]
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタ１の概略構成を表すものである。なお、プロジェクタ１が本発明の「投射型表示装置」の一具体例に相当する。図１（Ａ）はプロジェクタ１を上から（ｙ軸方向から）見たときの構成例を表し、図１（Ｂ）はプロジェクタ１を横から（ｘ軸方向から）見たときの構成例を表す。図２（Ａ），（Ｂ）は、図１のプロジェクタ１内の光路の一例を表すものである。図２（Ａ）は、プロジェクタ１を上から（ｙ軸方向から）見たときの光路の一例を表し、図２（Ｂ）はプロジェクタ１を横から（ｘ軸方向から）見たときの光路の一例を表す。

典型的には、ｙ軸は垂直方向を向き、ｘ軸は水平方向を向いているが、その逆に、ｙ軸が水平方向を向き、ｘ軸が垂直方向を向いていてもよい。なお、以下では、便宜的に、ｙ軸は垂直方向を向き、ｘ軸は水平方向を向いているものとして説明するものとする。また、以下において、「横方向」とはｘ軸方向を指しており、「縦方向」とはｙ軸方向を指しているものとする。

プロジェクタ１は、例えば、照明光学系１Ａと、入力された映像信号に基づいて照明光学系１Ａからの光を変調することにより画像光を生成する空間変調素子７０と、空間変調素子７０で生成された画像光を反射型のスクリーン２に投射する投影光学系８０とを備えたものである。なお、照明光学系１Ａが本発明の「照明装置」の一具体例に相当する。

照明光学系１Ａは、空間変調素子７０の照明範囲７０Ａ（被照射面）を照射する光束を供給するものである。なお、必要に応じて、照明光学系１Ａの光が通過する領域上に、何らかの光学素子が設けられていてもよい。例えば、照明光学系１Ａの光が通過する領域上に、照明光学系１Ａからの光のうち可視光以外の光を減光するフィルタなどが設けられていてもよい。

照明光学系１Ａは、例えば、図１（Ａ），（Ｂ）に示したように、光源１０Ａと、カップリングレンズ（指向角変換素子）２０Ａと、偏光分離素子３０と、インテグレータ４０と、位相差板アレイ５０と、コンデンサレンズ６０とを有している。インテグレータ４０は、照明範囲７０Ａにおける光の照度分布を均一化するものであり、例えば、一対のフライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂからなる。光源１０Ａの光軸上には、カップリングレンズ２０Ａと、偏光分離素子３０と、インテグレータ４０と、位相差板アレイ５０と、コンデンサレンズ６０とが光源１０Ａ側からこの順に配列されている。

なお、図１（Ａ），（Ｂ）では、プロジェクタ１の各構成要素がｚ軸と平行な線分上に配列されている場合が例示されているが、プロジェクタ１の各構成要素の一部がｚ軸と非平行な線分上に配列されていてもよい。例えば、図示しないが、照明光学系１Ａ全体を図１（Ａ），（Ｂ）の状態から９０°回転させて照明光学系１Ａの光軸がｚ軸と直交する方向を向くように照明光学系１Ａがレイアウトされていてもよい。ただし、このようにした場合には、照明光学系１Ａから出力された光を空間変調素子７０に導く光学素子（例えばミラー）を設けることが必要である。また、例えば、光源１０Ａおよびカップリングレンズ２０Ａを図１（Ａ），（Ｂ）の状態から９０°回転させて、これらの光軸をｚ軸と直交する方向を向くように光源１０Ａおよびカップリングレンズ２０Ａがレイアウトされていてもよい。ただし、このようにした場合にも、光路合成素子３０から出力された光をインテグレータ４０に導く光学素子（例えばミラー）を設けることが必要である。

光源１０Ａは、それぞれ、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）〜図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、固体発光素子１１と、固体発光素子１１を支持するとともに覆うパッケージ１２とを有している。固体発光素子１１は、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、単一のチップ１１Ａからなっていてもよいし、例えば、図３（Ａ），（Ｂ）、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、複数のチップ１１Ａからなっていてもよい。固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、そのチップ１１Ａは、無偏光の光を射出するものである。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、それらのチップ１１Ａのうち少なくとも１つは、無偏光の光を射出するものである。なお、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合に、全てのチップ１１Ａが無偏光の光を射出するものであってもよいし、一部のチップ１１Ａ(１または複数のチップ１１Ａ)が、偏光光を射出するものであってもよい。また、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、それらのチップ１１Ａは、例えば、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、横方向に一列に配置されていたり、例えば、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、横方向および縦方向に格子状に配置されていたりする。

固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（Ｗ_V×Ｗ_H）は、例えば、図２（Ａ）に示したように、単一のチップ１１Ａのサイズ（Ｗ_V1×Ｗ_H1）に等しい。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としてのサイズは、例えば、図３（Ａ），図４（Ａ）に示したように、全てのチップ１１Ａをひとまとまりとしたときのサイズに等しい。複数のチップ１１Ａが横方向に一列に配置されている場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（Ｗ_V×Ｗ_H）は、図３（Ａ）の例では、Ｗ_V1×２Ｗ_H1となる。また、複数のチップ１１Ａが、横方向および縦方向に格子状に配置されている場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（Ｗ_V×Ｗ_H）は、図４（Ａ）の例では、２Ｗ_V1×２Ｗ_H1となる。

チップ１１Ａは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ発光素子（ＯＬＥＤ）、またはレーザダイオード（ＬＤ）からなる。ＬＥＤおよびＯＬＥＤは無偏光の光を射出するものであり、一方のＬＤは偏光光を射出するものである。固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合に、固体発光素子１１に含まれる各チップ１１Ａは、例えば、互いに同一の波長帯の光を発するようになっていてもよいし、互いに異なる波長帯の光を発するようになっていてもよい。

例えば、固体発光素子１１が１つのチップ１１Ａからなる場合に、そのチップ１１Ａは、例えば、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長の光（青色光）を発するものであってもよいし、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長の光（緑色光）を発するものであってもよいし、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長の光（赤色光）を発するものであってもよい。また、例えば、固体発光素子１１が３つのチップ１１Ａからなる場合に、１つ目のチップ１１Ａは、例えば、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長の光（青色光）を発するものであり、２つ目のチップ１１Ａは、例えば、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長の光（緑色光）を発するものであり、３つ目のチップ１１Ａは、例えば、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長の光（赤色光）を発するものである。

チップ１１Ａは、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）〜図５（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、チップ１１Ａサイズ（Ｗ_V×Ｗ_H）よりも小さなサイズ（Ｐ_V1×Ｐ_H1）の発光スポット１１Ｂを有している。発光スポット１１Ｂは、チップ１１Ａに電流を注入してチップ１１Ａを駆動したときにチップ１１Ａから光が発せられる領域（光射出領域）に相当する。チップ１１ＡがＬＥＤまたはＯＬＥＤからなる場合には、発光スポット１１Ｂは非点状（面状）となっているが、チップ１１ＡがＬＤからなる場合には、発光スポット１１ＢはＬＥＤまたはＯＬＥＤの発光スポット１１Ｂよりも小さな点状となっている。

固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、発光スポット１１Ｂの数は、例えば、図５（Ａ）に示したように１つである。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、発光スポット１１Ｂの数は、例えば、図５（Ｂ），（Ｃ）に示したようにチップ１１Ａの数と等しい。ここで、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としての光射出領域のサイズ（Ｐ_V×Ｐ_H）は、発光スポット１１Ｂのサイズ（Ｐ_V1×Ｐ_H1）に等しい。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としての光射出領域のサイズ（Ｐ_V×Ｐ_H）は、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いのサイズに等しい。複数のチップ１１Ａが横方向に一列に配置されている場合には、光射出領域のサイズ（Ｐ_V×Ｐ_H）は、図５（Ｂ）の例では、Ｐ_V1×２Ｐ_H1よりも大きく、Ｗ_V×Ｗ_Hよりも小さい。また、複数のチップ１１Ａが、横方向および縦方向に格子状に配置されている場合には、光射出領域のサイズ（Ｐ_V×Ｐ_H）は、図５（Ｃ）の例では、２Ｐ_V1×２Ｐ_H1よりも大きく、Ｗ_V×Ｗ_Hよりも小さい。

カップリングレンズ２０Ａは、例えば、光源１０Ａから発せられた光を略平行光化するものであり、光源１０Ａから発せられた光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換するものである。カップリングレンズ２０Ａは、光源１０Ａから発せられた光のうち指向角内の光が入射する位置に配置されている。カップリングレンズ２０Ａは、単一のレンズによって構成されていてもよいし、複数のレンズによって構成されていてもよい。

偏光分離素子３０は、入射する光の偏光に対して異方性を有する光学素子であり、カップリングレンズ２０Ａ側から入射する光を、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離（例えば回折）するようになっている。偏光の分離方向は、横方向となっていることが好ましいが、縦方向となっていてもよい。偏光分離素子３０は、例えば、図６（Ａ），（Ｂ）に示したように、一方の表面に、ブレーズ状またはステップ状の複数の帯状の凸部が並列配置された凹凸形状を有する偏光回折素子であることが好ましい。なお、偏光分離素子３０は、図示しないが、バイナリ型の偏光回折素子であってもよい。

偏光分離素子３０は、例えば、カップリングレンズ２０Ａ側から入射した光に含まれるＳ偏光成分の光を、入射角と射出角とが互いに等しく（またはほぼ等しく）なるように透過させるようになっている。さらに、偏光分離素子３０は、例えば、カップリングレンズ２０Ａ側から入射した光に含まれるＰ偏光成分の光を、入射角と射出角とが互いに異なるように回折透過させるようになっている。なお、偏光分離素子３０は、上記の例とは逆に、例えば、カップリングレンズ２０Ａ側から入射した光に含まれるＰ偏光成分の光を、入射角と射出角とが互いに等しく（またはほぼ等しく）なるように透過させるようになっていてもよい。この場合に、偏光分離素子３０は、さらに、例えば、カップリングレンズ２０Ａ側から入射した光に含まれるＳ偏光成分の光を、入射角と射出角とが互いに異なるように回折透過させるようになっていてもよい。偏光分離素子３０から射出されたＳ偏光の進行方向、または偏光分離素子３０から射出されたＰ偏光の進行方向が、偏光分離素子３０の法線（光軸）と平行な方向を向いている。

ここで、図６（Ａ），（Ｂ）に示したような偏光回折素子を設計する際の基準となる波長（通常は、入射光の主波長）をλとし、回折格子のピッチをＰ_Aとしたときに、λとＰ_Aの比が以下の式（１）を満たすことが好ましい。λとＰ_Aの比が以下の式（１）を満たす場合には、図６（Ａ），（Ｂ）に示したような偏光回折素子に斜め方向から光を入射させたときに、偏光分離素子３０から射出されたＳ偏光の進行方向と、偏光分離素子３０から射出されたＰ偏光の進行方向とが、偏光分離素子３０の法線（光軸）との関係で互いに反対方向を向き、偏光分離素子３０の法線（光軸）との関係で互いに線対称となる方向を向く。
λ／Ｐ_A＝ｓｉｎ（２×ｔａｎ^-1（ｈ_AWP／２×ｆ_FEL））…（１）
ｈ_AWP：第１領域５０Ａおよび第２領域５０Ｂの配列方向のサイズ
ｆ_FEL：フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離

フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂは、それぞれ、所定の配列状態（ここでは、縦×横＝４×３のマトリクス状）に配置された複数のレンズ（セル）によって構成されたものである。フライアイレンズ４０Ｂに含まれる複数のセル４２は、フライアイレンズ４０Ａのセル４１ごとに１つずつ対向して配置されている。フライアイレンズ４０Ｂは、フライアイレンズ４０Ａの焦点位置の手前に配置されており、位相差板アレイ５０が、フライアイレンズ４０Ａの焦点位置（または略焦点位置）に配置されている。従って、インテグレータ４０は、フライアイレンズ４０Ａで分割形成された光束が位相差板アレイ５０内に焦点を結び、ここに２次光源面（光源像）を形成するようになっている。この２次光源面は投影光学系８０の入射瞳と共役な面の位置に位置している。ただし、この２次光源面は、必ずしも厳密に投影光学系８０の入射瞳と共役な面の位置に位置している必要はなく、設計上の許容範囲内に位置していればよい。

一般に光源１０Ａから射出された光束は、その進行方向に垂直な面において不均一な強度分布をもっている。そのため、これら光束をそのまま照明範囲７０Ａ（被照射面）に導くと、照明範囲７０Ａでの照度分布が不均一になるが、上記のように光源１０Ａから射出された光束をインテグレータ４０によって複数の光束に分割してそれぞれを照明範囲７０Ａに重畳的に導くようにすれば、照明範囲７０Ａ上の照度分布を均一にすることができる。

位相差板アレイ５０は、例えば、図８に示したように、位相差の互いに異なる第１領域５０Ａおよび第２領域５０Ｂを有している。第１領域５０Ａは、偏光分離素子３０で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光成分が入射する位置に配置されており、第１領域５０Ａへの入射光を、偏光方向を維持したまま透過するようになっている。一方、第２領域５０Ｂは、偏光分離素子３０で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のうち第１領域５０Ａに入射する偏光成分とは異なる偏光成分が入射する位置に配置されており、第２領域５０Ｂへの入射光を、第１領域５０Ａに入射する光の偏光と等しい偏光の光に変換するようになっている。第１領域５０Ａおよび第２領域５０Ｂは、ともに、偏光分離素子３０における分離（回折）方向と直交する方向に延在する帯状の形状となっており、かつ偏光分離素子３０における分離（回折）方向と平行な方向に交互に配置されている。ここで、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合には、第１領域５０Ａおよび第２領域５０Ｂはともに、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの長手方向と垂直な方向に延在している。

互いに隣り合う第１領域５０Ａおよび第２領域５０Ｂの合計の幅Λ_arrayは、例えば、フライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２の幅と等しくなっている。第１領域５０Ａおよび第２領域５０Ｂが縦方向に配列されている場合には、幅Λ_arrayは、例えば、セル４２の縦方向の幅（ｈ_FEL2V）と等しくなっている。第１領域５０Ａおよび第２領域５０Ｂが横方向に配列されている場合には、幅Λ_arrayは、例えば、セル４２の横方向の幅（ｈ_FEL2H）と等しくなっている。第１領域５０Ａの幅と、第２領域５０Ｂの幅とは、例えば、互いに等しくなっている。

コンデンサレンズ６０は、インテグレータ４０により形成された多光源からの光束を集光して照明範囲７０Ａを重畳的に照明するものである。空間変調素子７０は、画像信号に基づいて、照明光学系１Ａからの光束を２次元的に変調し、これにより画像光を生成するものである。ここで、光源１０Ａが互いに異なる複数の波長帯の光を発するようになっている場合には、空間変調素子７０は、光源１０Ａの各波長成分に対応した色画像信号に基づいて、照明光学系１Ａからの光束を２次元的に変調し、これにより画像光を生成するようになっている。

空間変調素子７０は、例えば、透過型の素子であり、例えば、透過型の液晶パネルによって構成されている。なお、図示しないが、空間変調素子７０が反射型の素子、例えば、反射型の液晶パネルもしくはデジタルマイクロミラーデバイスによって構成されていてもよい。ただし、その場合には、空間変調素子７０で反射された光が投影光学系８０に入射するようになっていることが必要である。

次に、本実施の形態のプロジェクタ１の特徴部分について説明する。

（特徴部分その１）
本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって形成される光束がフライアイレンズ４０Ｂを通過する領域（＝領域Ｂ１＋領域Ｂ２）のサイズがフライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２のサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離と、フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂの焦点距離とが設定されている。ここで、領域Ｂ１は、図９（Ａ）に示した光束がセル４２を通過する領域に対応しており、領域Ｂ２は、図９（Ｂ）に示した光束がセル４２を通過する領域に対応している。また、領域（＝領域Ｂ１＋領域Ｂ２）のサイズとは、図１１（Ａ）に示したように、領域Ｂ１，Ｂ２をひとまとまりとして見たときのサイズ、つまり、１つのセル４１から射出された光束がセル４２を通過する領域のサイズを指している。

さらに、本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって位相差板アレイ５０に形成される各光源像Ｓ₁、各光源像Ｓ₂のサイズが第１領域５０Ａ、第２領域５０Ｂの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離と、フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂの焦点距離とが設定されている。ここで、光源像Ｓ₁は、図９（Ａ）に示した光束によって形成される光源像に対応しており、光源像Ｓ₂は、図９（Ｂ）に示した光束によって形成される光源像に対応している。

上の各条件を式で表すと、以下の式（２），（３）ようになる。また、上の各条件を模式的に表すと、図１１（Ａ），（Ｂ）のようになる。図１１（Ａ）には、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合が例示されている。なお、図１１（Ａ）については後に詳述する。
ｈ₁＜ｈ_FEL2…（２）
ｈ₂＝Ｐ×（ｆ_FEL／ｆ_CL）≦ｈ_AWP1（またはｈ_AWP2）…（３）
ｈ₁：１つのセル４１から射出された光束がセル４２を通過する領域のサイズ
ｈ_FEL2：フライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２のサイズ
ｈ₂：光源像Ｓ₁（または光源像Ｓ₂）のサイズ
Ｐ：固体発光素子１１の光射出領域のサイズ
ｆ_CL：カップリングレンズ２０Ａの焦点距離
ｈ_AWP1：第１領域５０Ａの配列方向のサイズ
ｈ_AWP2：第２領域５０Ｂの配列方向のサイズ

なお、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂのサイズに等しい。固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いのサイズに等しい。また、カップリングレンズ２０Ａが、それぞれ、複数のレンズによって構成されている場合には、ｆ_CLは、各レンズの合成焦点距離とする。

上記の式（３）とおおよそ等価な式として、以下の式（４）を挙げることができる。式（４）は、固体発光素子１１の光射出領域のサイズが固体発光素子１１のサイズと概ね等しい場合に特に有益である。
ｈ₂＝Ｗ×（ｆ_FEL／ｆ_CL）≦ｈ_AWP1（またはｈ_AWP2）…（４）
Ｗ：固体発光素子１１のサイズ

なお、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｗは、そのチップ１１Ａのサイズに等しい。また、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｗは、全てのチップ１１Ａを単一のチップとしてみたときの、そのチップのサイズに等しい。

ところで、本実施の形態において、例えば、図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合には、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離と、フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂの焦点距離とが以下の式（５），（６）を満たしていることが好ましい。以下の式（５），（６）を模式的に表すと、図１１（Ｂ）のようになる。
ｈ_H2＝Ｐ_H×（ｆ_FELH／ｆ_CLH）≦ｈ_AWP1…（５）
ｈ_H3＝Ｐ_H×（ｆ_FELH／ｆ_CLH）≦ｈ_AWP2…（６）
ｈ_H2：光源像Ｓ₁の、第１の方向のサイズ
ｈ_H3：光源像Ｓ₂の、第１の方向のサイズ
Ｐ_H：固体発光素子１１の光射出領域の、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｆ_FELH：フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの第１の方向の焦点距離
ｆ_CLH：カップリングレンズ２０Ａの、第１の方向またはそれに対応する方向の焦点距離

ここで、「第１の方向またはそれに対応する方向」は、光源１０Ａ、カップリングレンズ２０Ａが位相差板アレイ５０の光軸上に配置されている場合には第１の方向を指している。また、「第１の方向またはそれに対応する方向」は、光源１０Ａ、カップリングレンズ２０Ａが位相差板アレイ５０の光軸から外れた光路上に配置されている場合には、光源１０Ａから位相差板アレイ５０までの光路上に配置された光学素子のレイアウトの関係から第１の方向に対応する方向を指している。

なお、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ_Hは、そのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂの第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。また、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、Ｐ_Hは、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズに等しい。

また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セル４１，４２が１以外の縦横比を有している場合には、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１の縦横比と、照明範囲７０Ａの縦横比とが以下の式（７）を満たしていることが好ましい。ここで、照明範囲７０Ａの縦横比Ｈ／Ｖは、空間変調素子７０の解像度と相関を有しており、例えば、空間変調素子７０の解像度がＶＧＡ（６４０×４８０）である場合には６４０／４８０となっており、例えば、空間変調素子７０の解像度がＷＶＧＡ（８００×４８０）である場合には８００／４８０となっている。
ｈ_FEL1H／ｈ_FEL1V＝Ｈ／Ｖ…（７）
ｈ_FEL1H：フライアイレンズ４０Ａの１セルの第１の方向のサイズ
ｈ_FEL1V：フライアイレンズ４０Ａの１セルの第１の方向と直交する第２の方向のサイズ
Ｈ：照明範囲７０Ａの第１の方向のサイズ
Ｖ：照明範囲７０Ａの第１の方向と直交する第２の方向のサイズ

（特徴部分その２）
また、本実施の形態では、カップリングレンズ２０Ａに入射する光のビームサイズが２０Ａのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離および開口率が設定されている。これを式で表すと、以下のようになる。
φ_CL＝２×ｆ_CL×ＮＡ≦ｈ_CL…（８）
φ_CL：カップリングレンズ２０Ａに入射する光のビームサイズ
ＮＡ：カップリングレンズ２０Ａの開口率
ｈ_CL：カップリングレンズ２０Ａのサイズ

ところで、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ａが１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合には、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離および開口率が以下の２つの式（９），（１０）を満たしていることが好ましい。
φ_CLH＝２×ｆ_CLH×ＮＡ_H≦ｈ_CLH…（９）
φ_CLV＝２×ｆ_CLV×ＮＡ_V≦ｈ_CLV…（１０）
φ_CLH：カップリングレンズ２０Ａに入射する光の、第１の方向（例えば横方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
φ_CLV：カップリングレンズ２０Ａに入射する光の、第２の方向（例えば縦方向）またはそれに対応する方向のビームサイズ
ｆ_CLV：カップリングレンズ２０Ａの、第２の方向またはそれに対応する方向の焦点距離
ＮＡ_H：カップリングレンズ２０Ａの、第１の方向またはそれに対応する方向の開口率
ＮＡ_V：カップリングレンズ２０Ａの、第２の方向またはそれに対応する方向の開口率
ｈ_CLH：カップリングレンズ２０Ａの、第１の方向またはそれに対応する方向のサイズ
ｈ_CLV：カップリングレンズ２０Ａの、第２の方向またはそれに対応する方向のサイズ

[作用・効果]
次に、本実施の形態のプロジェクタ１の作用・効果について説明する。本実施の形態では、インテグレータ４０の前段に偏光分離素子３０が設けられ、インテグレータ４０の後段に位相差板アレイ５０が設けられている。これにより、無偏光の光が、偏光分離素子３０によって、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離され、分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方が位相差板アレイ５０によって他方の偏光成分に変換される。その結果、無偏光の光が、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光光に揃うので、簡易な構成で、光の利用効率を高めることができる。従って、ＬＥＤやＯＬＥＤなどの無偏光の光を射出するチップ１１Ａを光源に用いつつ、小型かつ高輝度のプロジェクタ１を実現することができる。

また、本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって形成される光束がフライアイレンズ４０Ｂを通過する領域（＝領域Ｂ１＋領域Ｂ２）のサイズがフライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２のサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離ｆ_CLと、フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂの焦点距離ｆ_FELとが設定されている。

ここで、フライアイレンズ４０Ｂがフライアイレンズ４０Ａの焦点位置よりも手前に配置されているので、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって形成される光束がフライアイレンズ４０Ｂを通過する領域（＝領域Ｂ１＋領域Ｂ２）のサイズは、ある程度の大きさを持っている（図１１（Ａ）参照）。しかし、本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって形成される光束が複数のセル４２にまたがって通過することがないので、フライアイレンズ４０Ｂに入射した光が効率良く、照明範囲にまで到達する。従って、照明光学系１Ａにおける光利用効率を改善することができる。

さらに、本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって位相差板アレイ５０に形成される各光源像Ｓ₁、各光源像Ｓ₂のサイズが第１領域５０Ａ、第２領域５０Ｂの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離ｆ_CLと、フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂの焦点距離ｆ_FELとが設定されている。

ここで、固体発光素子１１が、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発するものである場合、例えば、１もしくは複数の発光ダイオード、１もしくは複数の有機ＥＬ発光素子、または複数のレーザダイオードによって構成されて場合には、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって形成される各光源像Ｓ₁，Ｓ₂が点状ではなく、ある程度の大きさを持っている（図１１（Ｂ）参照）。しかし、本実施の形態では、１つの光源像Ｓ₁または１つの光源像Ｓ₂が位相差板アレイ５０において複数のセルにまたがって形成されることがないので、位相差板アレイ５０に入射した光を効率良く、Ｓ偏光およびＰ偏光のいずれか一方の偏光に揃えることができる。これにより、例えば、空間変調素子７０が偏光板などを備えている場合に、その偏光板への入射光の偏光軸をその偏光板の透過軸に平行にすることができるので、その偏光板での光のロスを低減することができる。その結果、簡易な構成で、光の利用効率を高めることができる。従って、ＬＥＤやＯＬＥＤなどの無偏光の光を射出する固体発光素子を光源に用いつつ、小型かつ高輝度の照明装置を実現することができる。

また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離ｆ_CLH，ｆ_CLVと、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆ_FELH，ｆ_FELVとを設定するようにした場合には、照明光学系１Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ａが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離ｆ_CLH，ｆ_CLVおよび開口率ＮＡ_H，ＮＡ_Vを設定するようにした場合には、照明光学系１Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。

＜２．第１の実施の形態の変形例＞
上記実施の形態では、照明光学系１Ａの光源１０Ａおよびカップリングレンズ２０Ａの光軸が偏光分離素子３０の光軸と平行となっていたが、偏光分離素子３０の光軸と交差する方向に傾けられていてもよい。このとき、光源１０Ａおよびカップリングレンズ２０Ａの光軸は、例えば、図１２（Ａ），（Ｂ）に示したように、横方向、すなわち、偏光板アレイ５０の配列方向に傾いていることが好ましい。以下では、光源１０Ａおよびカップリングレンズ２０Ａの光軸が横方向に傾いているものとして説明する。

図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、光源１０Ａおよびカップリングレンズ２０Ａの光軸が、横方向、すなわち、偏光板アレイ５０の配列方向に傾いている場合の光路の一例を表したものである。図１３（Ａ）は、偏光分離素子３０に入射した光のうちＳ偏光成分またはＰ偏光成分の光路だけを模式的に表したものであり、図１３（Ｂ）は、偏光分離素子３０に入射した光のうち図１３（Ａ）に示した偏光成分とは異なる偏光成分の光路だけを模式的に表したものである。図１３（Ｃ）は、偏光成分によらず光路が共通となっている様子を模式的に表したものである。図１４は、図１３（Ａ）の光路と図１３（Ｂ）の光路とを一緒に表したものである。

偏光分離素子３０は、位相差板アレイ５０内の配列方向と平行な方向（例えば横方向）に光軸が傾いた光が当該偏光分離素子３０に入射するように配置されている。そのため、例えば、図１３（Ａ），（Ｂ）、図１４に示したように、偏光分離素子３０に入射した光のうち一方の偏光成分の光が、入射光の光軸と平行な方向に射出され、偏光分離素子３０に入射した光のうち他方の偏光成分の光が、入射光の光軸と交差する方向に射出される。このとき、例えば、図１４に示したように、入射光の光軸と平行な方向に射出された光の光軸ＡＸ１と、入射光の光軸と交差する方向に射出された光の光軸ＡＸ２との二等分線ＡＸ３が、偏光分離素子３０の法線ＡＸ４と平行（またはほぼ平行）となっていることが好ましい。

入射光の光軸と平行な方向に射出された光は、インテグレータ４０で複数の微小光束となり、例えば、図１３（Ａ），図１４に示したように、位相差板アレイ５０の第１領域５０Ａに入射するようになっている。また、入射光の光軸と交差する方向に射出された光は、例えば、図１３（Ｂ），図１４に示したように、インテグレータ４０で複数の微小光束となり、例えば、位相差板アレイ５０の第２領域５０Ｂに入射するようになっている。なお、図示しないが、入射光の光軸と平行な方向に射出された光が、位相差板アレイ５０の第２領域５０Ｂに入射するとともに、入射光の光軸と交差する方向に射出された光が、位相差板アレイ５０の第１領域５０Ａに入射するようになっていてもよい。いずれにしても、位相差板アレイ５０からは、Ｐ偏光およびＳ偏光のいずれか一方の偏光光が主として射出されるようになっている。

ここで、光の利用効率を勘案すると、入射光の光軸と平行な方向に射出された光の光軸ＡＸ１が、第１領域５０Ａの中央部分、または第２領域５０Ｂの中央部分を通過することが好ましい。具体的には、第１領域５０Ａの境界が二等分線ＡＸ３（またはセル４２の光軸）上に配置されるように第１領域５０Ａを配置した上で、以下の式（１１）を満たすように、φ₁、ｈ_AWP1、およびｆ_FELHを設定するか、または、以下の式（１２）を満たすように、φ₁、ｈ_AWP2、およびｆ_FELHを設定することが好ましい。
φ₁＝ｔａｎ^-1（ｈ_AWP1／（２×ｆ_FELH））…（１１）
φ₁＝ｔａｎ^-1（ｈ_AWP2／（２×ｆ_FELH））…（１２）
φ₁：カップリングレンズ２０Ａ側からの光が偏光分離素子３０に入射する角度

また、入射光の光軸と交差する方向に射出された光の光軸ＡＸ２が、第１領域５０Ａおよび第２領域５０Ｂのうち光軸ＡＸ１の非通過の方の領域の中央部分を通過することが好ましい。具体的には、第２領域５０Ｂの境界が二等分線ＡＸ３（またはセル４２の光軸）上に配置されるように第２領域５０Ｂを配置した上で、以下の式（１３）を満たすように、φ₂、ｈ_AWP1、およびｆ_FELHを設定するか、または、以下の式（１４）を満たすように、φ₂、ｈ_AWP2、およびｆ_FELHを設定することが好ましい。
φ₂＝ｔａｎ^-1（ｈ_AWP1／（２×ｆ_FELH））…（１３）
φ₂＝ｔａｎ^-1（ｈ_AWP2／（２×ｆ_FELH））…（１４）
φ₂：入射光の光軸と交差する方向に射出された光の射出角

さらに、光の利用効率を勘案すると、上記の式（１１），（１４）を同時に満たすか、または、上記の式（１２），（１３）を同時に満たすことが好ましい。ここで、上記の式（１１），（１４）を同時に満たすか、または、上記の式（１２），（１３）を同時に満たす場合に、さらに、以下の式（１５）〜（１７）を満たしてもよい。なお、偏光分離素子３０に上述の偏光回折素子を用いた場合には、式（１７）を満たすためには、λとＰ_Aの比が上述の式（１）を満たすことが必要である。
ｈ_AWP1＝ｈ_AWP2…（１５）
ｈ_AWP1＋ｈ_AWP2＝ｈ_FEL2H…（１６）
φ₁＝φ₂…（１７）

入射光の光軸と平行な方向に射出された光は、例えば、フライアイレンズ４０Ａで微小光束に分割され、分割された各光束が位相差板アレイ５０の第１領域５０Ａで焦点を結び、ここに２次光源面（光源像Ｓ₁）を形成する（図１５（Ｂ）参照）。同様に、入射光の光軸と交差する方向に射出された光は、フライアイレンズ４０Ａで微小光束に分割され、分割された各光束が位相差板アレイ５０の第２領域５０Ｂで焦点を結び、ここに２次光源面（光源像Ｓ₂）を形成する（図１５（Ｂ）参照）。

[作用・効果]
次に、本変形例に係るプロジェクタ１の作用・効果について説明する。本変形例では、上記第１の実施の形態と同様、無偏光の光がＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光光に揃うので、簡易な構成で、光の利用効率を高めることができる。従って、ＬＥＤやＯＬＥＤなどの無偏光の光を射出するチップ１１Ａを光源に用いつつ、小型かつ高輝度のプロジェクタ１を実現することができる。

また、本変形例では、上記第１の実施の形態と同様、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって形成される光束がフライアイレンズ４０Ｂを通過する領域（＝領域Ｂ１＋領域Ｂ２）のサイズがフライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２のサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離ｆ_CLと、フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂの焦点距離ｆ_FELとが設定されている。従って、上記第１の実施の形態と同様、照明光学系１Ａにおける光利用効率を改善することができる。

さらに、本変形例では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって位相差板アレイ５０に形成される各光源像Ｓ₁、各光源像Ｓ₂のサイズが第１領域５０Ａ、第２領域５０Ｂの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離ｆ_CLと、フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂの焦点距離ｆ_FELとが設定されている。従って、簡易な構成で、光の利用効率を高めることができるので、ＬＥＤやＯＬＥＤなどの無偏光の光を射出する固体発光素子を光源に用いつつ、小型かつ高輝度の照明装置を実現することができる。

また、本変形例において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離ｆ_CLH，ｆ_CLVと、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆ_FELH，ｆ_FELVとを設定するようにした場合には、照明光学系１Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ａが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離ｆ_CLH，ｆ_CLVおよび開口率ＮＡ_H，ＮＡ_Vを設定するようにした場合には、照明光学系１Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。

また、本変形例にでは、カップリングレンズ２０Ａからの光を偏光分離素子３０に斜めに入射させるようにした。これにより、空間変調素子７０の光入射側などに偏光板が用いられている場合に、光源１０Ａから射出された光を、上記の偏光板の透過軸と平行な偏光成分を主として含む偏光光に変換することができる。その結果、空間変調素子７０の光入射側などに設けられた偏光板で生じる光のロスを小さくすることができるので、プロジェクタ１全体の光利用効率を大幅に改善することができる。

＜３．第２の実施の形態＞
[構成]
図１６（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクタ３の概略構成を表すものである。なお、プロジェクタ３が本発明の「投射型表示装置」の一具体例に相当する。図１６（Ａ）はプロジェクタ３を上から（ｙ軸方向から）見たときの構成例を表し、図１６（Ｂ）はプロジェクタ３を横から（ｘ軸方向から）見たときの構成例を表す。

プロジェクタ３は、照明光学系３Ａを備えている点で、照明光学系１Ａを備えたプロジェクタ１の構成と相違する。そこで、以下では、上記第１の実施の形態の変形例に係るプロジェクタ１との相違点について主に説明し、上記第１の実施の形態の変形例に係るプロジェクタ１との共通点についての説明を適宜省略するものとする。

照明光学系３Ａでは、光源１０Ａの代わりに光源１０Ｂ，１０Ｃが設けられており、さらに、光路合成素子９０とフロントモニタ１００とが設けられている。光源１０Ｂおよび光路合成素子９０は、カップリングレンズ２０Ａの光軸上に配置されており、光源１０Ｃは、光源１０Ｃの光軸が光路合成素子９０においてカップリングレンズ２０Ａの光軸と直交する位置に配置されている。フロントモニタ１００は、光源１０Ｃの光軸上に配置されており、光路合成素子９０との関係では、光源１０Ｃとは反対側に配置されている。

光源１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ、例えば、図示しないが、固体発光素子１１と、固体発光素子１１を支持するとともに覆うパッケージ１２とを有している。固体発光素子１１は、例えば、単一のチップ１１Ａからなっていてもよいし、複数のチップ１１Ａからなっていてもよい。光源１０Ｂ，１０Ｃの双方が、無偏光の光を射出するものであってもよいし、光源１０Ｂ，１０Ｃのいずれか一方が、偏光光を射出するものであってもよい。

チップ１１Ａは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ発光素子（ＯＬＥＤ）、またはレーザダイオード（ＬＤ）からなる。光源１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれに含まれるチップ１１Ａが全て、ＬＥＤによって構成されていてもよいし、ＯＬＥＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ｂおよび光源１０Ｃのうちいずれか一方の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＥＤによって構成され、他方の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＯＬＥＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ｂおよび光源１０Ｃのうちいずれか一方の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＥＤによって構成され、他方の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ｂおよび光源１０Ｃのうちいずれか一方の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＯＬＥＤによって構成され、他方の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＤによって構成されていてもよい。

各光源１０Ｂ，１０Ｃに含まれるチップ１１Ａは、例えば、光源１０Ｂ，１０Ｃごとに互いに異なる波長帯の光を発するようになっている。例えば、光源１０Ｂに１つのチップ１１Ａが設けられている場合には、そのチップ１１Ａは、例えば、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長の光（緑色光）を発するものである。また、例えば、光源１０Ｃに２つのチップ１１Ａが設けられている場合には、１つ目のチップ１１Ａは、例えば、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長の光（青色光）を発するものであり、２つ目のチップ１１Ａは、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長の光（赤色光）を発するものである。

なお、光源１０Ｂに含まれるチップ１１Ａの数が２つ以上であってもよい。また、光源１０Ｃに含まれるチップ１１Ａの数が１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、固体発光素子１１に含まれるチップ１１の数は、光源１０Ｂ，１０Ｃごとに異なっていてもよいし、全ての光源１０Ｂ，１０Ｃで互いに等しくなっていてもよい。また、光源１０Ｂから発せられる光の波長帯が、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長帯（青色）であってもよいし、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長帯（赤色）であってもよい。また、光源１０Ｃから発せられる光の波長帯が、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長帯（緑色）であってもよい。

光路合成素子９０は、１つのダイクロイックミラーからなる。このダイクロイックミラーは、波長選択性を持つ１枚のミラー（以下、便宜的にミラーＡと称する。）を含むものである。なお、ミラーＡは、例えば、多層の干渉膜を蒸着して構成されたものである。ミラーＡは、ミラーＡの裏面側から入射した光（光源１０Ｂ側から入射した光）をミラーＡの表面側に透過させるとともに、ミラーＡの表面側から入射した光（光源１０Ｃ側から入射した光）をミラーＡで反射するようになっている。光路合成素子９０は、光源１０Ｂ，１０Ｃから発せられた個々の光束を単一の光束に合成するようになっている。カップリングレンズ２０Ａは、光路合成素子９０から射出された光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換するようになっている。

フロントモニタ１００は、光路合成素子９０から漏れ出てきた光を検出するものである。フロントモニタ１００で検出した光量のデータを利用することにより、光源１０Ｂおよび光源１０Ｃの少なくとも一方から発せられる光の輝度を所望の値に制御することが可能となる。

[作用・効果]
次に、本実施の形態のプロジェクタ３の作用・効果について説明する。本実施の形態では、上記第１の実施の形態の変形例と同様、無偏光の光がＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光光に揃うので、簡易な構成で、光の利用効率を高めることができる。従って、ＬＥＤやＯＬＥＤなどの無偏光の光を射出するチップ１１Ａを光源に用いつつ、小型かつ高輝度のプロジェクタ３を実現することができる。

また、本実施の形態では、上記第１の実施の形態の変形例と同様、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって形成される光束がフライアイレンズ４０Ｂを通過する領域（＝領域Ｂ１＋領域Ｂ２）のサイズがフライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２のサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離ｆ_CLと、フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂの焦点距離ｆ_FELとが設定されている。従って、上記第１の実施の形態の変形例と同様、照明光学系３Ａにおける光利用効率を改善することができる。

さらに、本実施の形態では、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１によって位相差板アレイ５０に形成される各光源像Ｓ₁、各光源像Ｓ₂のサイズが第１領域５０Ａ、第２領域５０Ｂの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離ｆ_CLと、フライアイレンズ４０Ａ、４０Ｂの焦点距離ｆ_FELとが設定されている。従って、簡易な構成で、光の利用効率を高めることができるので、ＬＥＤやＯＬＥＤなどの無偏光の光を射出する固体発光素子を光源に用いつつ、小型かつ高輝度の照明装置を実現することができる。

また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離ｆ_CLH，ｆ_CLVと、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆ_FELH，ｆ_FELVとを設定するようにした場合には、照明光学系３Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ａが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ａの焦点距離ｆ_CLH，ｆ_CLVおよび開口率ＮＡ_H，ＮＡ_Vを設定するようにした場合には、照明光学系３Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。

また、本実施の形態にでは、カップリングレンズ２０Ａからの光を偏光分離素子３０に斜めに入射させるようにした。これにより、空間変調素子７０の光入射側などに偏光板が用いられている場合に、光源１０Ｂ，１０Ｃから射出された光を、上記の偏光板の透過軸と平行な偏光成分を主として含む偏光光に変換することができる。その結果、空間変調素子７０の光入射側などに設けられた偏光板で生じる光のロスを小さくすることができるので、プロジェクタ３全体の光利用効率を大幅に改善することができる。

＜４．第３の実施の形態＞
[構成]
図１７は、本発明の第３の実施の形態に係るプロジェクタ４の概略構成を表すものである。なお、プロジェクタ４が本発明の「投射型表示装置」の一具体例に相当する。図１７はプロジェクタ４を上から（ｙ軸方向から）見たときの構成例を表す。

プロジェクタ４は、照明装置４Ａを備えている点で、照明光学系３Ａを備えたプロジェクタ３の構成と相違する。そこで、以下では、プロジェクタ３との相違点について主に説明、プロジェクタ３との共通点についての説明を適宜省略するものとする。

照明装置４Ａでは、照明光学系３Ａの光源１０Ｃおよびカップリングレンズ２０Ａが省略され、その代わりに、光源１０Ｄ、カップリングレンズ２０Ｂ，２０Ｃ、光路合成素子１１０および微小振動素子１２０が設けられている。光源１０Ｂ，１０Ｄは、偏光分離素子３０の光軸から外れた位置に配置されている。照明光学系４Ａは、光源１０Ｂから発せられた光がカップリングレンズ２０Ｂおよび光路合成素子１１０を介して偏光分離素子３０に入射するように構成されている。さらに、照明光学系４Ａは、光源１０Ｄから発せられた光がカップリングレンズ２０Ｃおよび光路合成素子１１０を介して偏光分離素子３０に入射するように構成されている。フロントモニタ１００は、偏光分離素子３０の近傍に配置されており、偏光分離素子３０から漏れ出た光の光路上に配置されている。

光源１０Ｂ，１０Ｄは、それぞれ、例えば、図示しないが、光を発する固体発光素子１１と、固体発光素子１１を支持するとともに覆うパッケージ１２とを有している。固体発光素子１１は、例えば、単一のチップ１１Ａからなっていてもよいし、複数のチップ１１Ａからなっていてもよい。

チップ１１Ａは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ発光素子（ＯＬＥＤ）、またはレーザダイオード（ＬＤ）からなる。光源１０Ｄ内の１または複数のチップ１１Ａは、レーザダイオード（ＬＤ）からなる。一方、光源１０Ｂ内の１または複数のチップ１１Ａは、本実施の形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）、または有機ＥＬ発光素子（ＯＬＥＤ）からなる。

光源１０Ｂに含まれるチップ１１Ａの数は１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。また、光源１０Ｄに含まれるチップ１１Ａの数は１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。また、固体発光素子１１に含まれるチップ１１の数は、光源１０Ｂ，１０Ｄごとに異なっていてもよいし、全ての光源１０Ｂ，１０Ｄで互いに等しくなっていてもよい。

各光源１０Ｂ，１０Ｄに含まれるチップ１１Ａは、例えば、光源１０Ｂ，１０Ｄごとに互いに異なる波長帯の光を発するようになっている。

例えば、光源１０Ｂから１つの波長帯の光が発せられるようになっている場合には、その波長帯は、例えば、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長帯（緑色帯）となっている。このとき、例えば、光源１０Ｄから２つの波長帯の光が発せられるようになっている場合には、１つ目の波長帯は、例えば、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長帯（青色帯）となっており、２つ目の波長帯は、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長帯（赤色帯）となっている。

また、例えば、光源１０Ｂから２つの波長帯の光が発せられるようになっている場合には、１つ目の波長帯は、例えば、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長帯（緑色帯）となっており、２つ目の波長帯は、例えば、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長帯（青色帯）となっている。このとき、例えば、光源１０Ｄから１つの波長帯の光が発せられるようになっている場合には、その波長帯は、例えば、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長帯（赤色帯）となっている。

また、例えば、光源１０Ｂから２つの波長帯の光が発せられるようになっている場合には、１つ目の波長帯は、例えば、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長帯（緑色帯）となっており、２つ目の波長帯は、例えば、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長帯（赤色帯）となっている。このとき、例えば、光源１０Ｄから１つの波長帯の光が発せられるようになっている場合には、その波長帯は、例えば、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長帯（青色帯）となっている。

ところで、図１８（Ａ），（Ｂ）に示したように、赤色帯の波長の光を発するレーザダイオード１０Ｒと、緑色帯または青色帯の波長の光を発するレーザダイオード１０ＧＢとでは、発振モードが互いに異なっている。すなわち、レーザダイオード１０ＧＢがＴＥモード発振であり、その射出偏光が活性層に対して平行な方向であるのに対して、レーザダイオード１０ＲがＴＭモード発振であり、その射出偏光が活性層に対して垂直な方向である。これに対して遠視野像では、レーザダイオード１０ＧＢ，１０Ｒともに、その長軸方向が活性層に対して垂直な方向になる。カップリングレンズ２０Ｃなどの光学系での光の利用効率や、フロントモニタ１００などへの入射光量などを考慮すると、遠視野像が揃っている方が好ましい。

従って、例えば、光源１０Ｄから、青色帯および赤色帯の光が発せられるようになっている場合には、光源１０Ｄ内に、波長選択性を有する位相差板１０Ｅが設けられていることが好ましい。この位相差板１０Ｅは、赤色帯の光に対してλ／２またはほぼλ／２の位相差を与えるようになっており、青色帯の光に対して位相差を与えないようになっている。これにより、光源１０Ｄから発せられた赤色帯の光の偏光方向は、位相差板１０Ｅで９０°回転し、光源１０Ｄから発せられた青色帯の光の偏光方向と同一またはほぼ同一の方向となる。その結果、光源１０Ｄから発せられた青色帯および赤色帯の光は、遠視野像および偏光方向の双方において同一またはほぼ同一となる。

なお、位相差板１０Ｅは、光源１０Ｄとは別体で設けられていてもよい。その場合には、位相差板１０Ｅは、例えば、光源１０Ｄと微小振動素子１２０との間に設けられている。

次に、光路合成素子１１０および微小振動素子１２０について説明する。

光路合成素子１１０は、波長選択性を持ったミラーである。光路合成素子１１０は、例えば、図１７に示したように、ミラーの裏面側から入射した光（光源１０Ｄ側から入射した光）をミラーの表面側に透過させるとともに、ミラーの表面側から入射した光（光源１０Ｂ側から入射した光）をミラーで反射するようになっている。

微小振動素子１２０は、例えば、図１９に示したように、光射出側に傾斜面Ａ₁〜Ａ_nを有するプリズムアレイを含んで構成されている。プリズムアレイは、光源１０Ｄから発せられた光を傾斜面Ａ₁〜Ａ_nごとに微小な光束Ｌ₁〜Ｌ_nに分割するものである。微小振動素子１２０は、図示しないが、プリズムアレイを面内方向に振動させる振動機構を含んでいる。微小振動素子１２０は、傾斜面Ａ₁〜Ａ_nごとに分割された微小な光束Ｌ₁〜Ｌ_nを、照明領域７０Ａにおいて、振動機構による微小振動に応じて走査するようになっている。これにより、照明領域７０Ａにおける照明状態が時間的に変化するので、スペックルノイズを低減することができる。なお、微小振動素子１２０による光束の走査の微小振動の方向は、位相差板アレイ５０の配列方向と直交する方向（つまり、第１領域５０Ａ，第２領域５０Ｂの延在方向）またはその方向と対応する方向であることが好ましい。このようにした場合には、光源１０Ｄから発せられ、フライアイレンズ４０Ｂの１つのセル４２から射出された光が、位相差板アレイ５０の複数セルにまたがる虞がないので、微小振動に起因する光利用効率の低下をなくすることができる。

[作用・効果]
次に、本実施の形態のプロジェクタ４の作用・効果について説明する。本実施の形態では、上記第３の実施の形態と同様、無偏光の光がＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光光に揃うので、簡易な構成で、光の利用効率を高めることができる。従って、ＬＥＤやＯＬＥＤなどの無偏光の光を射出するチップ１１Ａを光源に用いつつ、小型かつ高輝度のプロジェクタ４を実現することができる。

また、本実施の形態では、上記第３の実施の形態と同様、フライアイレンズ４０Ａの各セルによってフライアイレンズ４０Ｂに形成される各光源像Ｓのサイズがフライアイレンズ４０の１セルのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ｂの焦点距離ｆ_CLBと、カップリングレンズ２０Ｃの焦点距離ｆ_CLCと、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆ_FELとが設定されている。従って、上記第３の実施の形態と同様、照明装置４Ａにおける光利用効率を改善することができる。

また、本実施の形態において、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの各セルが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｂの焦点距離ｆ_CLBH，ｆ_CLBVと、カップリングレンズ２０Ｃの焦点距離ｆ_CLCH，ｆ_CLCVと、フライアイレンズ４０Ａ，４０Ｂの焦点距離ｆ_FELH，ｆ_FELVとを設定するようにした場合には、照明装置４Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。また、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ｂ，２０Ｃが１以外の縦横比を有している場合に、その縦横比を考慮して、カップリングレンズ２０Ｂの焦点距離ｆ_CLBH，ｆ_CLBVおよび開口率ＮＡ_BH，ＮＡ_BVと、カップリングレンズ２０Ｃの焦点距離ｆ_CLCH，ｆ_CLCVおよび開口率ＮＡ_CH，ＮＡ_CVを設定するようにした場合には、照明装置４Ａにおける光利用効率をさらに改善することができる。

また、本実施の形態において、光源１０Ｄとして青色帯および赤色帯の光を発するＬＤを用いるようにした場合には、光源１０Ｄとして青色帯および赤色帯の光を発するＬＥＤまたはＯＬＥＤを用いた場合と比べて、低い消費電力で高い輝度を得ることができる。これにより、緑色帯の光と比べて相対的に視感度の低い青色帯および赤色帯の光の輝度を低い消費電力で高めることができる。

＜６．変形例＞
以上、複数の実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

（変形例１）
例えば、上記実施の形態等では、偏光分離素子３０が偏光回折素子となっている場合が例示されていたが、例えば、図２０（Ａ）に示したように、偏光分離素子３０が光学異方性（複屈折性）を有するプリズムの積層体によって構成されていてもよい。図２０（Ａ）に記載の偏光分離素子３０は、光入射側に設けられた三角柱状のプリズム３１（屈折率ｎ₁）と、光射出側に設けられた三角柱状のプリズム３２（屈折率ｎ₂）とを重ね合わせて構成されている。図２０（Ａ）に記載の偏光分離素子３０では、図２０（Ｂ）に示したように、入射側のプリズム３１のプリズム３２側の界面において、入射光がｐ偏光成分とｓ偏光成分に分離される。そして、プリズム３１で分離されたｐ偏光はプリズム３２内を透過し、プリズム３２の光射出側の界面において、プリズム３１への入射角θの符号と同一の符号であって、プリズム３１への入射角θと同一の角度θに屈折して外部に射出される。一方、プリズム３１で分離されたｓ偏光はプリズム３２内を透過し、プリズム３１への入射角θの符号と反対の符号であって、かつプリズム３１への入射角θと同一の角度θに屈折して外部に射出される。したがって、このような構成の偏光分離素子３０を用いることによっても、光利用効率を改善することができる。この例では、ｐ偏光に対してはｎ₁＝ｎ₂であり、ｓ偏光に対してはｎ₁≠ｎ₂であり、上記条件を満たすように、ｎ₁、ｎ₂、αが決まっている。また、ｓ偏光に対してはｎ₁＝ｎ₂であり、ｐ偏光に対してはｎ₁≠ｎ₂であり、上記条件を満たすように、ｎ₁、ｎ₂、αが決まっていてもよい。

（変形例２）
また、上記の第２および第３の実施の形態では、２つの光源が設けられていたが、３つ以上の光源が設けられていてもよい。この場合に、全ての光源が、無偏光の光を射出するものであってもよいし、一部の光源（１または複数の光源）が、偏光光を射出するものであってもよい。また、３つ以上の光源が設けられている場合に、各光源からの光を合成するために、例えば、単一のダイクロイックミラーが用いられてもよいし、複数のダイクロイックミラーが用いられてもよい。ここで、複数のダイクロイックミラーが用いられる場合には、光源ごとに１つずつカップリングレンズを設け、複数のダイクロイックミラーを用いて、各カップリングレンズを透過した光を合成することが好ましい。

（変形例３）
また、上記実施の形態等では、照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａの光源が、無偏光の光を射出する素子を含んでいたが、偏光光を射出するレーザダイオードだけで構成されていてもよい。この場合であっても、光源からの光が、偏光分離素子３０によって、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離され、分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方が位相差板アレイ５０によって他方の偏光成分に変換される。その結果、光源からの光が、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光光に揃うので、簡易な構成で、光の利用効率を高めることができる。従って、小型かつ高輝度のプロジェクタ１を実現することができる。

（変形例４）
また、上記実施の形態では、図２（Ａ），（Ｂ）〜図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、チップ１１Ａが上面発光型の素子となっている場合が例示されていたが、端面発光型の素子であってもよい。その場合には、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、それぞれ、例えば、図２１（Ａ），（Ｂ）〜図２６（Ａ），（Ｂ）に示したように、ステム１３とキャップ１４とによって囲まれた内部空間に、１または複数の端面発光型のチップ１１Ａからなる固体発光素子１１が収容されたキャンタイプの形態となっている。

ステム１３は、キャップ１４とともに光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのパッケージを構成するものであり、例えば、サブマウント１５を支持する支持基板１３Ａと、支持基板１３Ａの裏面に配置された外枠基板１３Ｂと、複数の接続端子１３Ｃとを有している。サブマウント１５は導電性および放熱性を有する材料からなる。支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂは、それぞれ、導電性および放熱性を有する基材に、１または複数の絶縁性のスルーホールと、１または複数の導電性のスルーホールとが形成されたものである。支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂは、例えば、円板形状となっており、双方の中心軸（図示せず）が互いに重なり合うように積層されている。外枠基板１３Ｂの直径は、支持基板１３Ａの直径よりも大きくなっている。外枠基板１３Ｂの外縁は、外枠基板１３Ｂの中心軸を法線とする面内において外枠基板１３Ｂの中心軸から放射方向に張り出した環状のフランジとなっている。フランジは、製造過程においてキャップ１４を支持基板１３Ａに嵌合させるときの基準位置を規定する役割を有している。複数の接続端子１３Ｃは、少なくとも支持基板１３Ａを貫通している。複数の接続端子１３Ｃのうち少なくとも１つの端子を除いた端子（以下、便宜的に「端子α」とする。）は、個々のチップ１１Ａの電極（図示せず）に１つずつ電気的に接続されている。端子αは、例えば、外枠基板１３Ｂ側に長く突出しており、かつ支持基板１３Ａ側に短く突出している。また、複数の接続端子１３Ｃのうち上記の端子α以外の端子（以下、便宜的に「端子β」とする。）は、全てのチップ１１Ａの他の電極（図示せず）に電気的に接続されている。端子βは、例えば、外枠基板１３Ｂ側に長く突出しており、端子βの支持基板１３Ａ側の端縁は、例えば、支持基板１３Ａ内に埋め込まれている。各接続端子１３Ｃのうち外枠基板１３Ｂ側に長く突出している部分が、例えば基板などに嵌め込まれる部分に相当する。一方、複数の接続端子１３Ｃのうち支持基板１３Ａ側に短く突出している部分が、ワイヤ１６を介して個々のチップ１１Ａと１つずつ電気的に接続される部分に相当する。複数の接続端子１３Ｃのうち支持基板１３Ａ内に埋め込まれている部分が、例えば、支持基板１３Ａおよびサブマウント１５を介して全てのチップ１１Ａと電気的に接続される部分に相当する。端子αは、支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂに設けられた絶縁性のスルーホールによって支持されており、そのスルーホールによって支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂから絶縁分離されている。さらに、個々の端子αは、上記の絶縁部材によって互いに絶縁分離されている。一方、端子βは、支持基板１３Ａおよび外枠基板１３Ｂに設けられた導電性のスルーホールによって支持されており、そのスルーホールと電気的に接続されている。

キャップ１４は、固体発光素子１１を封止するものである。キャップ１４は、例えば、上端および下端に開口が設けられた筒部１４Ａを有している。筒部１４Ａの下端が、例えば、支持基板１３Ａの側面に接しており、筒部１４Ａの内部空間に、固体発光素子１１が位置している。キャップ１４は、筒部１４Ａの上端側の開口を塞ぐようにして配置された光透過窓１４Ｂを有している。光透過窓１４Ｂは、固体発光素子１１の光射出面と対向する位置に配置されており、固体発光素子１１から出力された光を透過する機能を有している。

本変形例において、固体発光素子１１は、単一もしくは複数の点状、または単一もしくは複数の非点状の発光スポットからなる光射出領域から光を発するようになっている。固体発光素子１１は、例えば、所定の波長帯の光を発する単一のチップ１１Ａからなっていてもよいし、同一の波長帯の光を発する複数のチップ１１Ａからなっていてもよいし、互いに異なる波長帯の光を発する複数のチップ１１Ａからなっていてもよい。固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、それらのチップ１１Ａは、例えば、図２１（Ａ），（Ｂ）、図２２（Ａ），（Ｂ）に示したように、横方向に一列に配置されていたり、例えば、図２４（Ａ），（Ｂ）、図２５（Ａ），（Ｂ）に示したように、縦方向に一列に配置されていたりする。固体発光素子１１に含まれるチップ１１の数は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄごとに異なっていてもよいし、全ての光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄで互いに等しくなっていてもよい。

固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（Ｗ_V×Ｗ_H）は、例えば、図２３（Ｂ）、図２６（Ｂ）に示したように、単一のチップ１１Ａのサイズ（Ｗ_V1×Ｗ_H1）に等しい。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としてのサイズは、例えば、図２１（Ｂ），図２２（Ｂ），図２４（Ｂ），図２５（Ｂ）に示したように、全てのチップ１１Ａをひとまとまりとしたときのサイズに等しい。複数のチップ１１Ａが横方向に一列に配置されている場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（Ｗ_V×Ｗ_H）は、図２１（Ｂ）の例では、Ｗ_V1×３Ｗ_H1より大きく、図２２（Ｂ）の例では、Ｗ_V1×２Ｗ_H1より大きい。また、複数のチップ１１Ａが縦方向に一列に配置されている場合には、固体発光素子１１としてのサイズ（Ｗ_V×Ｗ_H）は、図２４（Ｂ）の例では、３Ｗ_V1×Ｗ_H1より大きく、図２５（Ｂ）の例では、２Ｗ_V1×Ｗ_H1より大きい。

チップ１１Ａは、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）からなる。光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれに含まれるチップ１１Ａが全て、ＬＤによって構成されていてもよい。また、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのうち少なくとも１つの光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＤによって構成され、それ以外の光源に含まれるチップ１１Ａが、ＬＥＤまたはＯＬＥＤによって構成されていてもよい。

チップ１１Ａは、例えば、図２１（Ａ），（Ｂ）〜図２６（Ａ），（Ｂ）に示したように、チップ１１Ａサイズ（Ｗ_V×Ｗ_H）よりも小さなサイズ（Ｐ_V1×Ｐ_H1）の発光スポット１１Ｂを有している。発光スポット１１Ｂは、チップ１１Ａに電流を注入してチップ１１Ａを駆動したときにチップ１１Ａから光が発せられる領域（光射出領域）に相当する。チップ１１ＡがＬＤからなる場合には、発光スポット１１ＢはＬＥＤまたはＯＬＥＤの発光スポットよりも小さな点状となっている。

固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、発光スポット１１Ｂの数は、例えば、図２３（Ｂ）、図２６（Ｂ）に示したように１つである。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、発光スポット１１Ｂの数は、例えば、図２１（Ｂ），図２２（Ｂ），図２４（Ｂ）、図２５（Ｂ）に示したようにチップ１１Ａの数と等しい。ここで、固体発光素子１１が単一のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としての光射出領域のサイズ（Ｐ_V×Ｐ_H）は、発光スポット１１Ｂのサイズ（Ｐ_V1×Ｐ_H1）に等しい。一方、固体発光素子１１が複数のチップ１１Ａからなる場合には、固体発光素子１１としての光射出領域のサイズ（Ｐ_V×Ｐ_H）は、最小面積で全てのチップ１１Ａの発光スポット１１Ｂを囲ったときのその囲いのサイズに等しい。複数のチップ１１Ａが横方向に一列に配置されている場合には、光射出領域のサイズ（Ｐ_V×Ｐ_H）は、図２１（Ｂ）の例では、Ｐ_V1×３Ｐ_H1よりも大きく、Ｗ_V×Ｗ_Hよりも小さい。同様に、図２２（Ｂ）の例では、光射出領域のサイズ（Ｐ_V×Ｐ_H）は、Ｐ_V1×２Ｐ_H1よりも大きく、Ｗ_V×Ｗ_Hよりも小さい。また、複数のチップ１１Ａが縦方向に一列に配置されている場合には、光射出領域のサイズ（Ｐ_V×Ｐ_H）は、図２４（Ｂ）の例では、３Ｐ_V1×Ｐ_H1よりも大きく、Ｗ_V×Ｗ_Hよりも小さい。同様に、図２５（Ｂ）の例では、光射出領域のサイズ（Ｐ_V×Ｐ_H）は、２Ｐ_V1×Ｐ_H1よりも大きく、Ｗ_V×Ｗ_Hよりも小さい。

（変形例５）
また、上記実施の形態では、本発明を、投射型表示装置に適用した場合について説明されていたが、他の表示装置に適用することももちろん可能である。例えば、図２７に示したように、本発明を、リアプロジェクション表示装置５に適用することが可能である。リアプロジェクション表示装置５は、図２７に示したように、照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａを含むプロジェクタ１，３，４と、プロジェクタ１，３，４（投影光学系８０）から投射された画像光を映し出す透過型スクリーン６とを備えている。このように、リアプロジェクション表示装置５の照明光学系として、照明光学系１Ａ，３Ａ，４Ａを用いることにより、光利用効率を改善することができる。

１，３，４…プロジェクタ、１Ａ，３Ａ，４Ａ…照明光学系、２…スクリーン、５…リアプロジェクション表示装置、６…透過型スクリーン、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、１０Ｄ…光源、１１…固体発光素子、１１Ａ…チップ、１１Ｂ…発光スポット、１２…パッケージ、１３…ステム、１３Ａ…支持基板、１３Ｂ…外枠基板、１３Ｃ…接続端子、１４…キャップ、１４Ａ…筒部、１４Ｂ…光透過部、１５…サブマウント、１６…ワイヤ、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…カップリングレンズ、３０…偏光分離素子、４０…インテグレータ、４０Ａ，４０Ｂ…フライアイレンズ、４１，４２…セル、５０…位相差板アレイ、５０Ａ…第１領域、５０Ｂ…第２領域、６０…コンデンサレンズ、７０…空間変調素子、７０Ａ…照明範囲、８０…投影光学系。

Claims (16)

1. 固体発光素子を含む１または複数の光源と、
   前記光源側から入射した光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換する１または複数の指向角変換素子と、
   前記指向角変換素子側から入射した光を、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離する偏光分離素子と、
   前記偏光分離素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータと、
   位相差の互いに異なる第１領域および第２領域を有する位相差板アレイと
   を備え、
   前記第１領域は、前記偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第１領域への入射光を、偏光方向を維持したまま透過し、
   前記第２領域は、前記偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のうち前記第１領域に入射する偏光成分とは異なる偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第２領域への入射光を、前記第１領域に入射する光の偏光と等しい偏光の光に変換する
   照明装置。
2. 前記第１領域および前記第２領域はともに、前記偏光分離素子における分離方向と直交する方向に延在する帯状の形状となっており、かつ前記偏光分離素子における分離方向と平行な方向に交互に配置されている
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記偏光分離素子から射出されたＳ偏光の進行方向と、前記偏光分離素子から射出されたＰ偏光の進行方向とは、前記偏光分離素子の法線との関係で互いに反対方向を向いている
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記偏光分離素子から射出されたＳ偏光の進行方向と、前記偏光分離素子から射出されたＰ偏光の進行方向とは、前記偏光分離素子の法線との関係で互いに線対称となる方向を向いている
   請求項３に記載の照明装置。
5. 前記光源および前記指向角変換素子は、前記指向角変換素子側からの光が前記偏光分離素子に斜めに入射するように配置されている
   請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記インテグレータは、互いに対向する一対のフライアイレンズからなり、
   前記光源および前記指向角変換素子は、前記指向角変換素子側からの光が前記偏光分離素子に以下の関係式を満たす角度で入射するように配置されている
   請求項５に記載の照明装置。
   φ＝ｔａｎ^-1（ｈ_AWP／（２×ｆ_FEL））
   φ：前記指向角変換素子側からの光が前記偏光分離素子に入射する角度
   ｈ_AWP：前記第１領域および前記第２領域の配列方向のサイズ
   ｆ_FEL：前記フライアイレンズの焦点距離
7. 前記偏光分離素子から射出されたＳ偏光、および前記偏光分離素子から射出されたＰ偏光のいずれか一方の進行方向が、前記偏光分離素子の法線と平行な方向を向いている
   請求項２に記載の照明装置。
8. 前記光源および前記指向角変換素子は、前記指向角変換素子側からの光が前記偏光分離素子に垂直に入射するように配置されている
   請求項１、請求項２または請求項７に記載の照明装置。
9. 前記インテグレータは、互いに対向する一対のフライアイレンズからなり、
   前記位相差板アレイは、前記一対のフライアイレンズのうち前段のフライアイレンズの略焦点位置に配置されている
   請求項１、請求項２、請求項３または請求項７に記載の照明装置。
10. 前記固体発光素子は、所定の波長帯の光を発する単一のチップ、または同一の波長帯もしくは互いに異なる波長帯の光を発する複数のチップからなる
    請求項１、請求項２、請求項３または請求項７に記載の照明装置。
11. 当該照明装置は、複数の光源と、複数の指向角変換素子とを備え、
    各光源は、前記固体発光素子を内蔵したパッケージとなっており、
    各指向角変換素子は、前記パッケージごとに１つずつ配置され、
    当該照明装置は、各指向角変換素子を透過した光を合成する光路合成素子をさらに備えた
    請求項１０に記載の照明装置。
12. 当該照明装置は、複数の光源と、１つの指向角変換素子とを備え、
    各光源は、前記固体発光素子を内蔵したパッケージとなっており、
    当該照明装置は、各固体発光素子から射出された光を合成する光路合成素子をさらに備え、
    前記指向角変換素子は、前記光路合成素子から射出された光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換する
    請求項１０に記載の照明装置。
13. 当該照明装置は、１つの光源と、１つの指向角変換素子とを備え、
    前記光源は、前記固体発光素子を内蔵したパッケージとなっている
    請求項１０に記載の照明装置。
14. 前記チップは、発光ダイオード、有機ＥＬ発光素子、またはレーザダイオードである
    請求項１０に記載の照明装置。
15. 照明光学系と、
    入力された映像信号に基づいて前記照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、
    前記空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系と、
    を備え、
    前記照明光学系は、
    固体発光素子を含む１または複数の光源と、
    前記光源側から入射した光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換する１または複数の指向角変換素子と、
    前記指向角変換素子側から入射した光を、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離する偏光分離素子と、
    前記偏光分離素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータと、
    位相差の互いに異なる第１領域および第２領域を有する位相差板アレイと
    を備え、
    前記第１領域は、前記偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第１領域への入射光を、偏光方向を維持したまま透過し、
    前記第２領域は、前記偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のうち前記第１領域に入射する偏光成分とは異なる偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第２領域への入射光を、前記第１領域に入射する光の偏光と等しい偏光の光に変換する
    投射型表示装置。
16. 照明光学系と、
    入力された映像信号に基づいて前記照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、
    前記空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系と、
    前記投影光学系から投射された画像光を映し出す透過型スクリーンと
    を備え、
    前記照明光学系は、
    固体発光素子を含む１または複数の光源と、
    前記光源側から入射した光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、またはそれに近づくように変換する１または複数の指向角変換素子と、
    前記指向角変換素子側から入射した光を、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離する偏光分離素子と、
    前記偏光分離素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータと、
    位相差の互いに異なる第１領域および第２領域を有する位相差板アレイと
    を備え、
    前記第１領域は、前記偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第１領域への入射光を、偏光方向を維持したまま透過し、
    前記第２領域は、前記偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のうち前記第１領域に入射する偏光成分とは異なる偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第２領域への入射光を、前記第１領域に入射する光の偏光と等しい偏光の光に変換する
    直視型表示装置。

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