JP2021103201A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】偏光方向が揃った複数の色光を射出できる光源装置を提供する。【解決手段】光源装置は、光源部２１と、光源部から入射される第１光の一部を偏光成分に依らずに第１方向に透過し、第１光の他の一部を偏光成分に依らずに第２方向に反射する第１光分離素子２２と、第１光分離素子から入射される第１光の一部を第２方向に反射する第２光分離素子２３と、第１光分離素子から入射される第１光の他の一部を拡散させて第３方向に射出する拡散素子２６１と、第２光分離素子から入射される第１光の一部を波長変換して第２光を第３方向に射出する波長変換素子２８と、を備え、第２光分離素子は、第２光について、第１偏光成分を第３方向に透過し、第２偏光成分を第４方向に反射する。【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

光源から射出された光を変調して画像情報に基づく画像光を生成し、生成された画像光を投射するプロジェクターが知られている。下記の特許文献１に、光源と、複数のダイクロイックミラーと、マイクロレンズアレイを有する液晶表示素子と、投射レンズと、を備えた投射型カラー画像表示装置が開示されている。投射型カラー画像表示装置は、光源から射出された白色光を互いに異なる色の複数の色光に分離し、分離された複数の色光のそれぞれを１つの液晶表示素子内の異なるサブ画素に入射させることによってカラー表示を行う。

上記の投射型カラー画像表示装置においては、光源から射出される白色光の入射光軸に沿って、赤色反射ダイクロイックミラー、緑色反射ダイクロイックミラー、および青色反射ダイクロイックミラーが互いに非平行な状態で配置されている。光源から射出された白色光は、上記のダイクロイックミラーを通過することにより、進行方向が互いに異なる赤色光、緑色光、および青色光に分離される。赤色光、緑色光、および青色光は、光変調素子の入射側に設けられたマイクロレンズによって空間的に分離された状態で、光変調素子の赤色サブ画素、緑色サブ画素、および青色サブ画素にそれぞれ入射される。

特開平４−６０５３８号公報

特許文献１の投射型カラー画像表示装置では、白色光源としてハロゲンランプ、キセノンランプ等のランプ光源が採用され、光変調素子として液晶表示素子が採用されている。ランプ光源から射出される光は非偏光であるが、光変調素子として液晶表示素子を用いる場合、液晶表示素子に入射される光は特定の偏光方向を有する直線偏光である必要がある。これに対し、液晶表示素子を均一に照明する手段として、白色光源から液晶表示素子までの間に、入射光を複数の部分光束に分割する一対のマルチレンズアレイと、複数の部分光束の偏光方向を揃える偏光変換素子と、を設けることが考えられる。この場合、光の入射方向に交差する方向に沿って交互に配列される複数の偏光分離層および複数の反射層と、偏光分離層を透過した光の光路、または、反射層で反射された光の光路のいずれかに設けられる位相差層と、を備える偏光変換素子がよく用いられる。

しかしながら、近年の小型化の要求に応じて、上記の投射型カラー画像表示装置を小型化する場合、偏光分離層と反射層との間のピッチが狭い偏光変換素子を製造することが難しい。このため、この種の偏光変換素子を備える光源装置の小型化、ひいては、光源装置を備えるプロジェクターの小型化が困難である。このような課題から、ピッチが狭い偏光変換素子を用いることなく、偏光方向が揃った複数の色光を射出できる光源装置の提供が求められている。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光源装置は、第１波長帯を有する第１光を射出する光源部と、前記光源部から第１方向に沿って入射される前記第１光の一部を偏光成分に依らずに前記第１方向に透過し、前記第１光の他の一部を偏光成分に依らずに前記第１方向と交差する第２方向に反射する第１光分離素子と、前記第１光分離素子に対して前記第１方向に配置され、前記第１光分離素子から前記第１方向に沿って入射される前記第１光の一部を前記第２方向に反射する第２光分離素子と、前記第１光分離素子に対して前記第２方向に配置され、前記第１光分離素子から前記第２方向に沿って入射される前記第１光の他の一部を拡散させて、前記第２方向とは反対方向である第３方向に射出する拡散素子と、前記第２光分離素子に対して前記第２方向に配置され、前記第２光分離素子から前記第２方向に沿って入射される前記第１光の一部を波長変換して、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する第２光を前記第３方向に射出する波長変換素子と、を備え、前記第２光分離素子は、前記第２光について、第１偏光成分を前記第３方向に透過し、前記第２光の第２偏光成分を前記第１方向とは反対方向である第４方向に反射する。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１光分離素子は、前記第１光の入射領域の全体が、前記第１光の一部を透過し、前記第１光の他の一部を反射し、前記第２偏光成分を反射してもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１光分離素子は、前記第１光の入射領域が、前記第１光を反射し、前記第２偏光成分を反射する第１領域と、前記第１光を透過し、前記第２偏光成分を反射する第２領域と、を有していてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記拡散素子から射出され、前記第１光分離素子を透過した前記第１光の他の一部の偏光方向を特定の方向に揃えて射出する光学素子をさらに備えていてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記第２光分離素子から前記第３方向に射出される前記第１偏光成分を前記第２偏光成分に変換する第１位相差素子をさらに備えていてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記第１光分離素子に対して前記第３方向に配置され、前記第１光分離素子から射出された光を、前記第１波長帯を有する第３光と、前記第２波長帯を有する第４光と、に分離する第１色分離素子と、前記第２光分離素子に対して前記第３方向に配置され、前記第２光分離素子から射出された光を、前記第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第５光と、前記第２波長帯および前記第３波長帯とは異なる第４波長帯を有する第６光と、に分離する第２色分離素子と、をさらに備えていてもよい。

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光源装置と、前記光源装置からの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装置と、を備える。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、前記光源装置と前記光変調装置との間に設けられる均一化装置をさらに備えていてもよく、前記均一化装置は、前記光源装置から入射される光を複数の部分光束に分割する２つのマルチレンズと、前記２つのマルチレンズから入射される前記複数の部分光束を前記光変調装置に重畳させる重畳レンズと、を有していてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記光変調装置は、複数の画素を有し、前記複数の画素のそれぞれは、第１サブ画素、第２サブ画素、第３サブ画素、および第４サブ画素を有し、前記複数の画素のそれぞれについて、前記第３光が前記第１サブ画素に入射し、前記第４光が前記第２サブ画素に入射し、前記第５光が前記第３サブ画素に入射し、前記第６光が前記第４サブ画素に入射してもよい。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の光源装置の斜視図である。 ＋Ｙ方向から見た光源装置の平面図である。 −Ｘ方向から見た光源装置の側面図である。 ＋Ｘ方向から見た光源装置の側面図である。 第１光分離素子の光透過率特性を示す図である。 マルチレンズ上の各色光の入射位置を示す模式図である。 光変調装置の拡大図である。 ＋Ｙ方向から見た比較例の光源装置の平面図である。 ＋Ｙ方向から見た第２実施形態の光源装置の平面図である。 −Ｘ方向から見た光源装置の側面図である。 ＋Ｘ方向から見た光源装置の側面図である。 ＋Ｙ方向から見た第３実施形態の光源装置の平面図である。 第１光分離素子を示す図である。 第１光分離素子の変形例を示す図である。 ＋Ｙ方向から見た第４実施形態の光源装置の平面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図９を用いて説明する。
図１は、本実施形態のプロジェクター１の概略構成図である。
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。

本実施形態に係るプロジェクター１は、光源装置２から射出された光を変調して画像情報に応じた画像を形成し、形成された画像をスクリーン等の被投射面上に拡大して投射する。換言すると、プロジェクター１は、光源装置２から射出された光を１つの液晶パネル６１を含む１つの光変調装置６により変調して画像を形成し、形成された画像を投射する。プロジェクター１は、いわゆる、単板方式のプロジェクターである。

図１に示すように、プロジェクター１は、光源装置２と、均一化装置４と、フィールドレンズ５と、光変調装置６と、投射光学装置７と、を備える。光源装置２、均一化装置４、フィールドレンズ５、光変調装置６、および投射光学装置７は、照明光軸Ａｘに沿う所定の位置に配置されている。照明光軸Ａｘは、光源装置２から射出される光Ｌの主光線の進行方向に沿う軸と定義する。

光源装置２および均一化装置４の構成については、後で詳しく説明する。
フィールドレンズ５は、均一化装置４と光変調装置６との間に配置されている。フィールドレンズ５は、均一化装置４から射出される光Ｌを平行化し、光変調装置６に導く。

投射光学装置７は、光変調装置６によって変調された光、すなわち、画像を形成する光をスクリーンなどの被投射面（図示略）上に投射する。投射光学装置７は、単数または複数の投射レンズを有する。

以下の説明においては、照明光軸Ａｘに沿って光源装置２から射出された光の進行方向に平行な軸をＺ軸とし、光の進行方向を＋Ｚ方向とする。また、Ｚ軸にそれぞれ直交し、かつ、互いに直交する２つの軸をＸ軸およびＹ軸とする。これらの軸に沿う方向のうち、プロジェクター１を設置した空間における鉛直方向上方を＋Ｙ方向とする。また、＋Ｙ方向が鉛直方向上方を向くように、＋Ｚ方向に沿って光が入射される対象物を見た場合の水平方向右方を＋Ｘ方向とする。図示を省略するが、＋Ｘ方向の反対方向を−Ｘ方向とし、＋Ｙ方向の反対方向を−Ｙ方向とし、＋Ｚ方向の反対方向を−Ｚ方向とする。
本実施形態の＋Ｘ方向は特許請求の範囲の第１方向に対応し、本実施形態の−Ｚ方向は特許請求の範囲の第２方向に対応する。また、本実施形態の＋Ｚ方向は特許請求の範囲の第３方向に対応し、本実施形態の−Ｘ方向は特許請求の範囲の第４方向に対応する。

［光源装置の構成］
図２は、本実施形態の光源装置２の斜視図である。図３は、＋Ｙ方向から見た光源装置２の平面図である。
図２および図３に示すように、光源装置２は、光変調装置６を照明する光Ｌを、照明光軸Ａｘに平行な方向、すなわち＋Ｚ方向に射出する。光源装置２が射出する光Ｌは、偏光方向が揃った直線偏光であり、空間的に分離された複数の色光を含む。本実施形態では、光源装置２が射出する光Ｌは、それぞれがＳ偏光からなる４本の光束で構成される。４本の光束は、青色光ＢＬｓ、白色光ＷＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓである。

光源装置２は、光源部２１と、第１光分離素子２２と、第２光分離素子２３と、第１集光素子２５と、拡散装置２６と、第２集光素子２７と、波長変換素子２８と、第１色分離素子２９と、波長選択性位相差素子３１と、第１位相差素子３２と、第２色分離素子３３と、を備える。

なお、本実施形態のＰ偏光成分は特許請求の範囲の第１偏光成分に相当し、Ｓ偏光成分は特許請求の範囲の第２偏光成分に相当する。また、後述するように、第１光分離素子２２および第２光分離素子２３と、第１色分離素子２９および第２色分離素子３３とでは、偏光成分または色光を分離する膜の向きが異なっている。したがって、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分という表記は、第１光分離素子２２および第２光分離素子２３に対する偏光方向で表しており、第１色分離素子２９および第２色分離素子３３に対する偏光方向では逆になる。すなわち、第１光分離素子２２および第２光分離素子２３に対するＰ偏光成分は、第１色分離素子２９および第２色分離素子３３に対するＳ偏光成分であり、第１光分離素子２２および第２光分離素子２３に対するＳ偏光成分は、第１色分離素子２９および第２色分離素子３３に対するＰ偏光成分である。ただし、説明を混乱させないため、以下では、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分を、第１光分離素子２２および第２光分離素子２３に対する偏光方向として表記する。

［光源部の構成］
光源部２１は、＋Ｘ方向に沿って第１光分離素子２２に入射される青色光ＢＬｓを射出する。光源部２１は、複数の発光素子２１１と、複数のコリメーターレンズ２１２と、を有する。発光素子２１１は、青色光ＢＬｓを射出する固体光源で構成されている。具体的には、発光素子２１１は、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓを射出する半導体レーザーで構成されている。青色光ＢＬｓは、例えば４４０〜４８０ｎｍの青色波長帯を有し、例えば４５０〜４６０ｎｍの範囲内にピーク波長を有するレーザー光である。すなわち、光源部２１は、青色波長帯を有する青色光ＢＬｓを射出する。
本実施形態の青色波長帯を有する青色光ＢＬｓは、特許請求の範囲の第１波長帯を有する第１光に対応する。

本実施形態の場合、複数の発光素子２１１は、Ｚ軸に沿って配列されている。本実施形態の光源部２１は２個の発光素子２１１を有しているが、発光素子２１１の数は限定されず、発光素子２１１の数は１個であってもよい。また、複数の発光素子２１１の配置も限定されない。また、複数の発光素子２１１のそれぞれは、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓを射出するように配置されているが、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐを射出するように配置されていてもよい。また、複数の発光素子２１１のうち、一部の発光素子２１１はＳ偏光成分の青色光ＢＬｓを射出するように配置され、他の一部の発光素子２１１はＰ偏光成分の青色光ＢＬｐを射出するように配置されていてもよい。すなわち、複数の発光素子２１１のうち、一部の発光素子２１１は、他の一部の発光素子２１１に対して射出光軸を中心として９０°回転していてもよい。また、発光素子２１１は、半導体レーザーに代えて、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の他の固体光源から構成されていてもよい。

複数のコリメーターレンズ２１２は、複数の発光素子２１１と第１光分離素子２２との間に設けられている。１つのコリメーターレンズ２１２は、１つの発光素子２１１に対応して設けられている。コリメーターレンズ２１２は、発光素子２１１から射出された光Ｌを平行化する。

［第１光分離素子の構成］
第１光分離素子２２には、光源部２１から射出されたＳ偏光成分の青色光ＢＬｓが、＋Ｘ方向に沿って入射される。本実施形態の第１光分離素子２２は、青色光ＢＬｓの入射領域の全体が、青色光ＢＬｓの一部を偏光成分に依らずに透過し、青色光ＢＬｓの他の一部を偏光成分に依らずに反射し、黄色光ＹＬを反射する特性を有するミラーで構成されている。第１光分離素子２２は、プレート型の光分離素子である。

図６は、第１光分離素子２２の光透過率特性を示す図である。図６において、横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸は透過率（％）である。
具体的な一例として、図６に示すように、第１光分離素子２２は、４５０ｎｍの波長を有する青色光ＢＬｓのうち、青色光ＢＬｓの８０％を透過し、青色光ＢＬｓの２０％を反射する。また、約５００ｎｍ以上の波長、例えば５５０ｎｍの波長を有する黄色光ＹＬの透過率は、略０％である。すなわち、第１光分離素子２２は、約５００ｎｍ以上の波長を有する黄色光ＹＬを反射する。

第１光分離素子２２は、Ｘ軸およびＺ軸に対して４５°傾斜している。言い換えると、第１光分離素子２２は、ＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。このため、第１光分離素子２２は、光源部２１から＋Ｘ方向に沿って入射される青色光ＢＬｓの一部、例えば青色光ＢＬｓの８０％を偏光成分に依らずに＋Ｘ方向に透過し、青色光ＢＬｓの他の一部、例えば青色光ＢＬｓの２０％を偏光成分に依らずに−Ｚ方向に反射する。なお、第１光分離素子２２の透過反射特性は偏光成分に依らないため、本実施形態と異なり、光源部２１からＰ偏光成分の青色光ＢＬｐが射出されたとしても、第１光分離素子２２は、青色光ＢＬｐの一部を＋Ｘ方向に透過し、青色光ＢＬｐの他の一部を−Ｚ方向に反射する。光源部２１からＰ偏光成分とＳ偏光成分とが混在した青色光が射出されたとしても、同様である。

［第２偏光分離素子の構成］
第２光分離素子２３は、第１光分離素子２２に対して＋Ｘ方向に配置されている。第２光分離素子２３には、第１光分離素子２２を透過したＳ偏光成分の青色光ＢＬｓが入射される。第２光分離素子２３は、プリズム型の偏光分離素子で構成されている。すなわち、第２光分離素子２３は、第２偏光分離層２３１と、第２偏光分離層２３１を挟んで設けられる２つの第２基材２３２と、を有する。

具体的には、２つの第２基材２３２の各々は、略直角二等辺三角柱状の形状を有する。２つの第２基材２３２は、傾斜面同士が対向するように組み合わされ、全体として略直方体状に形成されている。第２偏光分離層２３１は、２つの第２基材２３２の傾斜面の間に設けられている。第２偏光分離層２３１は、Ｘ軸およびＺ軸に対して４５°傾斜している。言い換えると、第２偏光分離層２３１は、ＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。また、第２偏光分離層２３１と第１光分離素子２２とは、平行に配置されている。

第２偏光分離層２３１は、青色光を反射するとともに、青色波長帯よりも長い波長帯を有する光、すなわち黄色光に対しては、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する波長選択性の偏光分離特性を有する。このため、第２光分離素子２３は、第１光分離素子２２から入射されるＳ偏光成分の青色光ＢＬｓを−Ｚ方向に反射する。第２偏光分離層２３１は、例えば誘電体多層膜から構成されている。また、第２基材２３２は、一般的な光学ガラスから構成されている。

［第１集光素子の構成］
第１集光素子２５は、第１光分離素子２２に対して−Ｚ方向に配置されている。すなわち、第１集光素子２５は、Ｚ軸上において第１光分離素子２２と拡散装置２６との間に配置されている。第１集光素子２５は、第１光分離素子２２から入射される青色光ＢＬｓを拡散装置２６の拡散板２６１上に集束させる。また、第１集光素子２５は、拡散装置２６から入射される、後述する青色光ＢＬｐｓを平行化する。なお、図２および図３の例では、第１集光素子２５は、第１レンズ２５１と第２レンズ２５２とから構成されているが、第１集光素子２５を構成するレンズの数は限定されない。

［拡散装置の構成］
拡散装置２６は、第１集光素子２５に対して−Ｚ方向に配置されている。すなわち、拡散装置２６は、第１光分離素子２２に対して−Ｚ方向に配置されている。拡散装置２６は、第１集光素子２５から−Ｚ方向に入射される青色光ＢＬｓを、後述する波長変換素子２８から射出される黄色光ＹＬと同等の拡散角となるように拡散させつつ＋Ｚ方向に反射する。拡散装置２６は、拡散板２６１と、回転装置２６２と、を備える。拡散板２６１は、できる限りランバート散乱に近い反射特性を持つことが好ましく、入射された青色光ＢＬｓを広角に反射する。回転装置２６２は、モーター等から構成され、拡散板２６１を＋Ｚ方向と平行な回転軸Ｒｘを中心として回転させる。
本実施形態の拡散板２６１は、特許請求の範囲の拡散素子に対応する。

拡散板２６１に入射された青色光ＢＬｓは、拡散板２６１で反射される際に偏光状態が一部乱れることにより、非偏光である青色光、すなわちＰ偏光成分とＳ偏光成分とを含む青色光ＢＬｐｓに変換される。拡散装置２６から射出された青色光ＢＬｐｓは、第１集光素子２５を＋Ｚ方向に通過し、第１光分離素子２２に入射する。第１光分離素子２２は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを含む青色光ＢＬｐｓの一部、例えば青色光ＢＬｐｓの８０％を透過し、青色光ＢＬｐｓの２０％を反射する。

［第２集光素子の構成］
第２集光素子２７は、第２光分離素子２３に対して−Ｚ方向に配置されている。すなわち、第２集光素子２７は、Ｚ軸上において第２光分離素子２３と波長変換素子２８との間に配置されている。第２集光素子２７は、第２光分離素子２３で反射された青色光ＢＬｓを波長変換素子２８上に集束させる。また、第２集光素子２７は、波長変換素子２８から射出される、後述する黄色光ＹＬを平行化し、第２光分離素子２３に向けて射出する。なお、図２および図３の例では、第２集光素子２７は、第１レンズ２７１と第２レンズ２７２とから構成されているが、第２集光素子２７を構成するレンズの数は限定されない。

［波長変換素子の構成］
波長変換素子２８は、第２集光素子２７に対して−Ｚ方向に配置されている。すなわち、波長変換素子２８は、第２光分離素子２３に対して−Ｚ方向に配置されている。波長変換素子２８は、光が入射されることによって励起され、入射された光の波長とは異なる波長を有する光を、光の入射方向とは反対方向に射出する反射型の波長変換素子である。換言すると、波長変換素子２８は、入射された光を波長変換し、波長変換された光を光の入射方向とは反対方向に射出する。

本実施形態では、波長変換素子２８は、青色光によって励起されて黄色光を射出する黄色蛍光体を含有している。具体的には、波長変換素子２８は、例えば賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）を含有するイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。波長変換素子２８は、−Ｚ方向に沿って入射される青色光ＢＬｓの青色波長帯よりも長い黄色波長帯を有する蛍光、すなわち、非偏光の黄色光ＹＬを＋Ｚ方向に射出する。黄色光ＹＬは、例えば５００〜７００ｎｍの波長帯を有する。黄色光ＹＬは、緑色光成分と赤色光成分とを含み、各色光成分においてＳ偏光成分とＰ偏光成分とが混在した光である。
本実施形態の黄色波長帯を有する蛍光、すなわち、非偏光の黄色光ＹＬは、特許請求の範囲の第２波長帯を有する第２光に対応する。

波長変換素子２８から射出された黄色光ＹＬは、第２集光素子２７を＋Ｚ方向に透過して平行化された後、第２光分離素子２３に入射する。本実施形態の波長変換素子２８は固定型の波長変換素子であるが、この構成に代えて、Ｚ軸に平行な回転軸を中心として波長変換素子２８を回転させる回転装置を備える回転型の波長変換素子が用いられてもよい。この場合、波長変換素子２８の温度上昇が抑えられ、波長変換効率を高めることができる。

上述したように、第２光分離素子２３の第２偏光分離層２３１は、黄色波長帯の光に対する偏光分離特性を有する。このため、第２偏光分離層２３１に入射された非偏光の黄色光ＹＬのうち、Ｓ偏光成分の黄色光ＹＬｓは、第２偏光分離層２３１によって−Ｘ方向に反射されて、第１光分離素子２２に入射される。また、上述したように、第１光分離素子２２は、Ｓ偏光成分の黄色光ＹＬｓを反射する特性を有する。このため、第１光分離素子２２に−Ｘ方向に沿って入射された黄色光ＹＬｓは、第１光分離素子２２によって＋Ｚ方向に反射され、第１色分離素子２９に入射される。

一方、第２偏光分離層２３１に入射された非偏光の黄色光ＹＬのうち、Ｐ偏光成分の黄色光ＹＬｐは、第２偏光分離層２３１を＋Ｚ方向に透過して第２光分離素子２３から射出され、第１位相差素子３２に入射する。

［第１色分離素子の構成］
図４は、−Ｘ方向から見た光源装置２の側面図である。すなわち、図４は、第１色分離素子２９、波長選択性位相差素子３１を−Ｘ方向から見た状態を示している。図４においては、第１集光素子２５および拡散装置２６等の図示を省略する。

図４に示すように、第１色分離素子２９は、第１光分離素子２２に対して＋Ｚ方向に配置されている。第１色分離素子２９は、青色偏光分離プリズム２９１と、反射プリズム２９２と、を有する。青色偏光分離プリズム２９１と反射プリズム２９２とは、Ｙ軸に沿って並んで配置されている。第１色分離素子２９は、第１光分離素子２２から＋Ｚ方向に射出された光を、青色光ＢＬｓと白色光ＷＬｓとに分離する。

青色偏光分離プリズム２９１には、第１光分離素子２２から射出された青色光ＢＬｐｓと黄色光ＹＬｓとが入射される。青色偏光分離プリズム２９１は、略直角二等辺三角柱状の２つの基材を組み合わせて略直方体形状に形成されたプリズム型の偏光分離素子から構成されている。２つの基材の界面には、偏光分離層２９１１が設けられている。偏光分離層２９１１は、Ｙ軸およびＺ軸に対して４５°傾斜している。換言すると、偏光分離層２９１１は、ＸＹ平面およびＸＺ平面に対して４５°傾斜している。

偏光分離層２９１１は、入射される光のうち、青色光に対しては偏光分離機能を有しており、Ｓ偏光成分の青色光を透過し、Ｐ偏光成分の青色光を反射するとともに、黄色光に対しては偏光分離機能を有しておらず、黄色光を反射する。このため、第１光分離素子２２から青色偏光分離プリズム２９１に入射した青色光ＢＬｐｓのうち、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓは、偏光分離層２９１１を＋Ｚ方向に透過して、青色偏光分離プリズム２９１の外部に射出される。
本実施形態の青色光ＢＬｓは、特許請求の範囲の第３光に対応する。

一方、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐは、偏光分離層２９１１によって−Ｙ方向に反射され、反射プリズム２９２に入射する。また、第１光分離素子２２から青色偏光分離プリズム２９１に入射した光のうち、黄色光ＹＬｓは、偏光分離層２９１１によって−Ｙ方向に反射され、反射プリズム２９２に入射する。
本実施形態の黄色光ＹＬｓは、特許請求の範囲の第４光に対応する。

反射プリズム２９２は、青色偏光分離プリズム２９１に対して−Ｙ方向に配置されている。反射プリズム２９２は、略直角二等辺三角柱状の２つの基材を組み合わせて略直方体形状に形成されたプリズム型の反射素子である。２つの基材の界面には、反射層２９２１が設けられている。反射層２９２１は、＋Ｙ方向および＋Ｚ方向に対して４５°傾斜している。換言すると、反射層２９２１は、ＸＹ平面およびＸＺ平面に対して４５°傾斜している。すなわち、反射層２９２１と偏光分離層２９１１とは、平行に配置されている。

反射層２９２１は、青色偏光分離プリズム２９１から−Ｙ方向に入射される青色光ＢＬｐおよび黄色光ＹＬｓを＋Ｚ方向に反射する。反射層２９２１によって反射された青色光ＢＬｐおよび黄色光ＹＬｓは、反射プリズム２９２から＋Ｚ方向に射出される。なお、反射プリズム２９２に代えて、反射層２９２１を有するプレート型の反射ミラーを採用してもよい。

［波長選択性位相差素子の構成］
波長選択性位相差素子３１は、反射プリズム２９２に対して＋Ｚ方向に配置されている。換言すると、波長選択性位相差素子３１は、反射プリズム２９２から射出される青色光ＢＬｐおよび黄色光ＹＬｓの光路上に配置されている。波長選択性位相差素子３１は、青色光に対して青色波長帯の１／２の位相差を付与し、青色波長帯以外の波長帯を有する光、すなわち黄色光に対しては位相差を付与しない特性を有する。波長選択性位相差素子として、具体的にはカラーセレクト（商品名、カラーリンク社製）を用いることができる。
本実施形態の波長選択性位相差素子３１は、特許請求の範囲の光学素子に対応する。

これにより、波長選択性位相差素子３１は、青色波長帯の光のみに１／２の位相差を付与し、偏光方向を９０°回転させる。すなわち、反射プリズム２９２から射出されるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐは、波長選択性位相差素子３１を透過することによって、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓに変換される。これに対して、反射プリズム２９２から射出される黄色光ＹＬｓは、偏光方向が変化することなく、波長選択性位相差素子３１を透過する。これにより、青色光ＢＬｓと黄色光ＹＬｓとを含む白色光ＷＬｓが波長選択性位相差素子３１から射出される。

このように、白色光ＷＬｓは、青色光ＢＬｓとは空間的に分離され、光源装置２における青色光ＢＬｓの射出位置とは異なる射出位置から射出され、均一化装置４に入射する。詳述すると、黄色光ＹＬｓは、光源装置２における青色光ＢＬｓの射出位置から−Ｙ方向に離れた射出位置から射出され、均一化装置４に入射する。

［第１位相差素子の構成］
図５は、＋Ｘ方向から見た光源装置２の側面図である。換言すると、図５は、＋Ｘ方向から見た第１位相差素子３２および第２色分離素子３３を示している。なお、図５においては、第２集光素子２７および波長変換素子２８の図示を省略する。

図３および図５に示すように、第１位相差素子３２は、第２光分離素子２３に対して＋Ｚ方向に配置されている。第１位相差素子３２には、第２光分離素子２３を透過した黄色光ＹＬｐが入射する。第１位相差素子３２は、黄色光ＹＬｐの黄色波長帯に対する１／２波長板で構成されている。第１位相差素子３２は、Ｐ偏光成分の黄色光ＹＬｐをＳ偏光成分の黄色光ＹＬｓに変換する。Ｓ偏光成分に変換された黄色光ＹＬｓは、第２色分離素子３３に入射する。

［第２色分離素子の構成］
図５に示すように、第２色分離素子３３は、第１位相差素子３２に対して＋Ｚ方向に配置されている。すなわち、第２色分離素子３３は、第２光分離素子２３に対して＋Ｚ方向に配置されている。第２色分離素子３３は、ダイクロイックプリズム３３１と、反射プリズム３３２と、を有する。ダイクロイックプリズム３３１と反射プリズム３３２とは、Ｙ軸に沿って並んで配置されている。第２色分離素子３３は、第２光分離素子２３から＋Ｚ方向に射出され、第１位相差素子３２によってＳ偏光成分に変換された黄色光ＹＬｓを緑色光ＧＬｓと赤色光ＲＬｓとに分離する。

ダイクロイックプリズム３３１は、プリズム型の色分離素子で構成されている。２つの基材の界面には、色分離層３３１１が設けられている。色分離層３３１１は、＋Ｙ方向および＋Ｚ方向に対して４５°傾斜している。換言すると、色分離層３３１１は、ＸＹ平面およびＸＺ平面に対して４５°傾斜している。色分離層３３１１と反射層３３２１とは、平行に配置されている。

色分離層３３１１は、入射される光のうち、緑色光成分を透過させ、赤色光成分を反射させるダイクロイックミラーで構成されている。このため、ダイクロイックプリズム３３１に入射した黄色光ＹＬｓのうち、Ｓ偏光の緑色光ＧＬｓは、色分離層３３１１を＋Ｚ方向に透過して、ダイクロイックプリズム３３１の外部に射出される。Ｓ偏光の緑色光ＧＬｓは、光源装置２から＋Ｚ方向に射出され、均一化装置４に入射される。すなわち、緑色光ＧＬｓは、青色光ＢＬｓおよび白色光ＷＬｓとは空間的に分離され、青色光ＢＬｓおよび白色光ＷＬｓとは異なる位置から射出され、均一化装置４に入射される。換言すると、緑色光ＧＬｓは、光源装置２における青色光ＢＬｓの射出位置から＋Ｘ方向に離れた射出位置から射出され、均一化装置４に入射される。

一方、ダイクロイックプリズム３３１に入射した黄色光ＹＬｓのうち、Ｓ偏光成分の赤色光ＲＬｓは、色分離層３３１１によって−Ｙ方向に反射される。なお、ダイクロイックプリズム３３１に代えて、色分離層３３１１を有するプレート型のダイクロイックミラーが用いられてもよい。

反射プリズム３３２は、反射プリズム２９２と同様の構成を有する。すなわち、反射プリズム３３２は、偏光分離層２９１１、色分離層３３１１、および反射層２９２１と平行な反射層３３２１を有する。

反射層３３２１は、色分離層３３１１で反射されて入射する赤色光ＲＬｓを＋Ｚ方向に反射する。反射層３３２１で反射された赤色光ＲＬｓは、反射プリズム３３２の外部に射出される。赤色光ＲＬｓは、光源装置２から＋Ｚ方向に射出され、均一化装置４に入射される。すなわち、赤色光ＲＬｓは、青色光ＢＬｓ、白色光ＷＬｓ、および緑色光ＧＬｓとは空間的に分離され、青色光ＢＬｓ、白色光ＷＬｓ、および緑色光ＧＬｓとは異なる位置から射出され、均一化装置４に入射される。換言すると、赤色光ＲＬｓは、光源装置２における緑色光ＧＬｓの射出位置から−Ｙ方向に離れ、白色光ＷＬｓの射出位置から＋Ｘ方向に離れた射出位置から射出され、均一化装置４に入射される。

［均一化装置の構成］
図１に示すように、均一化装置４は、光源装置２から射出された光が照射される光変調装置６の画像形成領域における照度を均一化する。均一化装置４は、第１マルチレンズ４１と、第２マルチレンズ４２と、重畳レンズ４３と、を有する。

第１マルチレンズ４１は、光源装置２から入射される光Ｌの中心軸、すなわち、照明光軸Ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列された複数のレンズ４１１を有する。第１マルチレンズ４１は、複数のレンズ４１１によって光源装置２から入射される光を複数の部分光束に分割する。

図７は、−Ｚ方向から見た第１マルチレンズ４１における各色光の入射位置を示す模式図である。
図７に示すように、光源装置２から射出された青色光ＢＬｓ、白色光ＷＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓは、第１マルチレンズ４１に入射される。光源装置２における−Ｘ方向で＋Ｙ方向の位置から射出された青色光ＢＬｓは、第１マルチレンズ４１における−Ｘ方向で＋Ｙ方向の領域Ａ１に含まれる複数のレンズ４１１に入射される。また、光源装置２における−Ｘ方向で−Ｙ方向の位置から射出された白色光ＷＬｓは、第１マルチレンズ４１における−Ｘ方向で−Ｙ方向の領域Ａ２に含まれる複数のレンズ４１１に入射される。

光源装置２における＋Ｘ方向で＋Ｙ方向の位置から射出された緑色光ＧＬｓは、第１マルチレンズ４１における＋Ｘ方向で＋Ｙ方向の領域Ａ３に含まれる複数のレンズ４１１に入射される。光源装置２における＋Ｘ方向で−Ｙ方向の位置から射出された赤色光ＲＬｓは、第１マルチレンズ４１における＋Ｘ方向で−Ｙ方向の領域Ａ４に含まれる複数のレンズ４１１に入射される。各レンズ４１１に入射された各色光は、複数の部分光束となって、第２マルチレンズ４２においてレンズ４１１に対応するレンズ４２１に入射する。
本実施形態の光源装置２から射出された光Ｌのうち、青色光ＢＬｓは特許請求の範囲の第３光に対応し、白色光ＷＬｓは特許請求の範囲の第４光に対応し、緑色光ＧＬｓは特許請求の範囲の第５光に対応し、赤色光ＲＬｓは特許請求の範囲の第６光に対応する。

図１に示すように、第２マルチレンズ４２は、照明光軸Ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されるとともに、第１マルチレンズ４１の複数のレンズ４１１に対応した複数のレンズ４２１を有する。各レンズ４２１には、当該レンズ４２１に対応するレンズ４１１から射出された複数の部分光束が入射される。各レンズ４２１は、入射された部分光束を重畳レンズ４３に入射させる。

重畳レンズ４３は、第２マルチレンズ４２から入射される複数の部分光束を光変調装置６の画像形成領域において重畳する。詳述すると、それぞれが複数の部分光束に分割された青色光ＢＬｓ、白色光ＷＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓは、第２マルチレンズ４２と重畳レンズ４３とによって、フィールドレンズ５を介して、光変調装置６の後述するマイクロレンズアレイ６２を構成する複数のマイクロレンズ６２１のそれぞれに異なる角度で入射する。

［光変調装置の構成］
図１に示すように、光変調装置６は、光源装置２から射出された光を変調する。詳述すると、光変調装置６は、光源装置２から射出されて均一化装置４およびフィールドレンズ５を介して入射される各色光を画像情報に応じてそれぞれ変調し、当該画像情報に応じた画像光を形成する。光変調装置６は、１つの液晶パネル６１と、１つのマイクロレンズアレイ６２と、を備える。

［液晶パネルの構成］
図８は、−Ｚ方向から見た光変調装置６の一部を拡大視した模式図である。換言すると、図８は、液晶パネル６１が有する画素ＰＸと、マイクロレンズアレイ６２が有するマイクロレンズ６２１と、の対応関係を示している。
図８に示すように、液晶パネル６１は、照明光軸Ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列された複数の画素ＰＸを有する。

各画素ＰＸは、互いに異なる色の色光を変調する複数のサブ画素ＳＸを有する。本実施形態では、各画素ＰＸは、４つのサブ画素ＳＸ（ＳＸ１〜ＳＸ４）を有する。具体的に、１つの画素ＰＸ内において、−Ｘ方向で＋Ｙ方向の位置に、第１サブ画素ＳＸ１が配置されている。−Ｘ方向で−Ｙ方向の位置に、第２サブ画素ＳＸ２が配置されている。＋Ｘ方向で＋Ｙ方向の位置に、第３サブ画素ＳＸ３が配置されている。＋Ｘ方向で−Ｙ方向の位置に、第４サブ画素ＳＸ４が配置されている。

［マイクロレンズアレイの構成］
図１に示すように、マイクロレンズアレイ６２は、液晶パネル６１に対して光入射側である−Ｚ方向に設けられている。マイクロレンズアレイ６２は、マイクロレンズアレイ６２に入射される色光を個々の画素ＰＸに導く。マイクロレンズアレイ６２は、複数の画素ＰＸに対応する複数のマイクロレンズ６２１を有する。

複数のマイクロレンズ６２１は、照明光軸Ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。換言すると、複数のマイクロレンズ６２１は、フィールドレンズ５から入射される光の中心軸に対する直交面内にマトリクス状に配列されている。本実施形態では、１つのマイクロレンズ６２１は、＋Ｘ方向に配列された２つのサブ画素と、＋Ｙ方向に配列された２つのサブ画素と、に対応して設けられている。すなわち、１つのマイクロレンズ６２１は、ＸＹ平面内に２行２列に配列された４つのサブ画素ＳＸ１〜ＳＸ４に対応して設けられている。

マイクロレンズ６２１には、均一化装置４によって重畳された青色光ＢＬｓ、白色光ＷＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓがそれぞれ異なる角度で入射される。マイクロレンズ６２１は、マイクロレンズ６２１に入射される色光を、当該色光に対応するサブ画素ＳＸに入射させる。具体的には、マイクロレンズ６２１は、対応する画素ＰＸのサブ画素ＳＸのうち、第１サブ画素ＳＸ１に青色光ＢＬｓを入射させ、第２サブ画素ＳＸ２に白色光ＷＬｓを入射させ、第３サブ画素ＳＸ３に緑色光ＧＬｓを入射させ、第４サブ画素ＳＸ４に赤色光ＲＬｓを入射させる。これにより、各サブ画素ＳＸ１〜ＳＸ４に、当該サブ画素ＳＸ１〜ＳＸ４に対応する色光が入射され、各サブ画素ＳＸ１〜ＳＸ４によって対応する色光がそれぞれ変調される。このように、液晶パネル６１によって変調された画像光は、投射光学装置７によって図示しない被投射面上に投射される。

［第１実施形態の効果］
特許文献１に記載された従来のプロジェクターにおいては、光源としてランプが用いられている。ランプから射出される光は偏光方向が揃っていないため、光変調装置として液晶パネルを用いるためには、偏光方向を揃えるための偏光変換手段が必要となる。プロジェクターには、マルチレンズアレイと偏光分離素子（ＰＢＳ）アレイとを備える偏光変換手段が一般的に用いられている。ところが、プロジェクターを小型化するために、ピッチが狭いマルチレンズアレイとＰＢＳアレイとが必要となるが、ピッチが狭いＰＢＳアレイの作成は非常に困難である。

この問題に対して、本実施形態においては、偏光方向が揃った４色の色光、すなわち、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓ、Ｓ偏光成分の白色光ＷＬｓ、Ｓ偏光成分の緑色光ＧＬｓ、およびＳ偏光成分の赤色光ＲＬｓが光源装置２から射出される。この構成によれば、上記のようなピッチが狭い偏光変換素子を用いることなく、空間的に分離され、偏光方向が揃った複数の色光を射出可能な光源装置２を実現することができる。これにより、光源装置２の小型化が可能となり、ひいては、プロジェクター１の小型化を図ることができる。

さらに、本実施形態のプロジェクター１においては、青色光ＢＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓに加えて、白色光ＷＬｓが光変調装置６に入射されるため、投射光学装置７から投射される画像の輝度を高めることができる。

また、本実施形態の場合、第２光分離素子２３と第２色分離素子３３との間に第１位相差素子３２が設けられているため、第２光分離素子２３から射出されるＰ偏光成分の黄色光ＹＬｐをＳ偏光成分の黄色光ＹＬｓに変換することができる。その結果、第２色分離素子３３から射出される緑色光ＧＬｓおよび赤色光ＲＬｓをＳ偏光成分の光とすることができる。また、反射プリズム２９２から射出される青色光ＢＬｐおよび黄色光ＹＬｓの光路上に波長選択性位相差素子３１が設けられているため、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐをＳ偏光成分の青色光ＢＬｓに変換でき、Ｓ偏光成分の黄色光ＹＬｓと合わせて白色光ＷＬｓとすることができる。これにより、光源装置２から射出される青色光ＢＬｓ、白色光ＷＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓの全てをＳ偏光成分の光に揃えることができる。

また、本実施形態の場合、光源装置２が青色光ＢＬｓを拡散装置２６に向けて集光する第１集光素子２５を備えているため、第１光分離素子２２から射出された青色光ＢＬｓを第１集光素子２５によって拡散装置２６に効率良く集光できるとともに、拡散装置２６から射出された青色光ＢＬｐｓを平行化することができる。これにより、青色光ＢＬｓ，ＢＬｐｓの損失を抑制することができ、青色光の利用効率を高めることができる。

また、本実施形態の場合、光源装置２が青色光ＢＬｓを波長変換素子２８に向けて集光する第２集光素子２７を備えているため、第２光分離素子２３から射出された青色光ＢＬｓを第２集光素子２７によって波長変換素子２８に効率良く集光できるとともに、波長変換素子２８から射出された黄色光ＹＬを平行化することができる。これにより、青色光ＢＬｓおよび黄色光ＹＬの損失を抑制することができ、青色光ＢＬｓおよび黄色光ＹＬの利用効率を高めることができる。

ここで、以下の比較例の光源装置を想定する。
図９は、＋Ｙ方向から見た比較例の光源装置１０２の平面図である。なお、図９において、本実施形態の光源装置２と共通の構成要素には同一の符号を付す。また、図９では、第１色分離素子２９および第２色分離素子３３等の図示を省略する。

図９に示すように、比較例の光源装置１０２において、光源部２１は、位相差素子１０３を有する。これにより、発光素子２１１から射出される青色光ＢＬｓは、位相差素子１０３を透過することによって、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓとＰ偏光成分の青色光ＢＬｐとを含む光に変換される。また、第１光分離素子１２２は、プリズム型の偏光分離素子で構成されている。したがって、第１光分離素子１２２は、第１偏光分離層１２３と、第１偏光分離層１２３を挟んで設けられる第１基材１２４と、を有する。第１偏光分離層１２３は、Ｐ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する偏光分離特性を有するため、青色光ＢＬｐを透過させて第２光分離素子２３に入射させるとともに、青色光ＢＬｓを反射させて１／４波長板１２７に入射させる。

比較例の光源装置１０２において、第１光分離素子１２２から射出され、拡散装置２６に向かって進む青色光ＢＬｓは、１／４波長板１２７によって円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換され、拡散板２６１で反射することによって逆回りの円偏光の青色光ＢＬｃ２に変換される。青色光ＢＬｃ２は、１／４波長板１２７によってＰ偏光成分の青色光ＢＬｐに変換され、第１光分離素子１２２から射出される。第１光分離素子１２２から射出され、第２光分離素子２３に向かって進む青色光ＢＬｐは、第２光分離素子２３の第２偏光分離層２３１で反射し、波長変換素子２８に向かう。波長変換素子２８から射出される黄色光ＹＬの振る舞いは、上記実施形態と同様である。

第１光分離素子１２２を構成する第１基材１２４は、例えばＢＫ７等に代表されるホウケイ酸ガラス等からなる一般的な光学ガラスで構成されている。同様に、第２光分離素子２３を構成する第２基材２３２は、ホウケイ酸ガラス等の一般的な光学ガラスで構成されている。光源装置１０２のその他の構成は、上記実施形態の光源装置２と同様である。

光源部２１からの光が照射されることにより、第１光分離素子１２２および第２光分離素子２３の内部で熱が発生する。このとき、第１光分離素子１２２を構成する第１基材１２４、および第２光分離素子２３を構成する第２基材２３２がホウケイ酸ガラス等の一般的な光学ガラスで構成されている場合、第１基材１２４および第２基材２３２の熱歪みが生じ、熱歪みに起因した複屈折が生じる結果、第１光分離素子１２２および第２光分離素子２３の内部を進行する光の偏光状態が乱れる。

具体的には、１／４波長板１２７から射出されて第１光分離素子１２２に入射した後、第１偏光分離層１２３に向かって進むＰ偏光成分の青色光ＢＬｐの一部は、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓ２に変化する。その後、青色光ＢＬｓ２は、第１偏光分離層１２３で−Ｘ方向に反射する。また、第２偏光分離層２３１で反射した後、第１偏光分離層１２３に向かって進むＳ偏光成分の黄色光ＹＬｓの一部は、Ｐ偏光成分の黄色光ＹＬｐ２に変化する。その後、黄色光ＹＬｐ２は、第１偏光分離層２２１を−Ｘ方向に透過する。

これらの青色光ＢＬｓ２および黄色光ＹＬｐ２は、第１光分離素子１２２から光源部２１に戻る光となり、光の損失が生じる。このように、比較例の光源装置１０２によれば、青色光および黄色光の損失が生じるため、光利用効率が低下するおそれがある。

この問題に対して、本実施形態の光源装置２においては、第１光分離素子２２は、偏光成分に依らずに一部の青色光を透過し、他の一部の青色光を反射し、黄色光を反射する特性を有する。換言すると、第１光分離素子２２は、偏光成分に依って光を分離する偏光分離機能を有していない。したがって、例えば第２光分離素子２３の熱歪みに起因した複屈折が生じ、光の偏光状態が変化したとしても、青色光および黄色光の損失が生じることは少なく、光利用効率の低下を抑えることができる。

また、本実施形態の場合、プロジェクター１が光源装置２と光変調装置６との間に位置する均一化装置４を備えているため、光源装置２から射出される青色光ＢＬｓ、白色光ＷＬｓ、緑色光ＧＬｓおよび、赤色光ＲＬｓによって光変調装置６を略均一に照明することができる。これにより、投射画像の色むらおよび輝度むらを抑制することができる。

また、本実施形態の場合、光変調装置６が複数の画素ＰＸに対応する複数のマイクロレンズ６２１を有するマイクロレンズアレイ６２を備えているため、光変調装置６に入射される４つの色光を、マイクロレンズ６２１によって液晶パネル６１の対応する４つのサブ画素ＳＸに入射させることができる。これにより、光源装置２から射出された各色光を各サブ画素ＳＸに効率良く入射させることができ、各色光の利用効率を高めることができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１０〜図１２を用いて説明する。
第２実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であるため、光源装置の全体の説明は省略する。
図１０は、＋Ｙ方向から見た第２実施形態の光源装置２０の平面図である。図１１は、−Ｘ方向から見た光源装置２０の側面図である。図１２は、＋Ｘ方向から見た光源装置２０の側面図である。図１１においては、第１集光素子２５および拡散装置２６等の図示を省略する。図１２においては、第２集光素子２７および波長変換素子２８の図示を省略する。
図１０〜図１２において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１０および図１１に示すように、本実施形態の光源装置２０は、光源部２１と、第１光分離素子２２と、第２光分離素子２３と、第１集光素子２５と、拡散装置２６と、第２集光素子２７と、波長変換素子２８と、第１色分離素子３５と、反射型偏光素子３６と、第２位相差素子３７と、第２色分離素子３３と、を備える。

［第１色分離素子の構成］
本実施形態の第１色分離素子３５においては、第１実施形態の青色偏光分離プリズム２９１に代えて、ダイクロイックプリズム３５１が設けられている。すなわち、第１色分離素子３５は、ダイクロイックプリズム３５１と、反射プリズム２９２と、を有する。ダイクロイックプリズム３５１は、青色光を透過させ、黄色光を反射させるダイクロイックミラー３５１１を有する。したがって、ダイクロイックプリズム３５１に入射した青色光ＢＬｐｓは、ダイクロイックミラー３５１１を＋Ｚ方向に透過し、ダイクロイックプリズム３５１から射出される。一方、ダイクロイックプリズム３５１に入射した黄色光ＹＬｓは、ダイクロイックミラー３５１１で−Ｙ方向に反射され、反射プリズム２９２に入射する。

［反射型偏光素子の構成］
反射型偏光素子３６は、ダイクロイックプリズム３５１に対して＋Ｚ方向に配置されている。すなわち、反射型偏光素子３６は、ダイクロイックプリズム３５１から射出される青色光ＢＬｐｓの光路上において、ダイクロイックプリズム３５１に対して＋Ｚ方向に配置されている。反射型偏光素子３６は、Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射させる特性を有する。そのため、ダイクロイックプリズム３５１から射出される青色光ＢＬｐｓのうち、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐは、反射型偏光素子３６を透過して光源装置２０から射出される。一方、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓは、反射型偏光素子３６で反射して−Ｚ方向に進み、ダイクロイックプリズム３５１を透過して、第１光分離素子２２に再度入射する。
本実施形態の反射型偏光素子３６は、特許請求の範囲の光学素子に対応する。

反射型偏光素子３６で反射した後に第１光分離素子２２に入射した青色光ＢＬｓの一部、例えば青色光ＢＬｓの８０％は、第１光分離素子２２を透過し、第１集光素子２５を介して拡散板２６１に入射する。拡散板２６１に入射した青色光ＢＬｓは、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを含む青色光ＢＬｐｓに再度変換される。したがって、青色光ＢＬｐｓは、上述した経路を通り、青色光ＢＬｐｓの一部であるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐが反射型偏光素子３６を透過して光源装置２０から射出される。このように、反射型偏光素子３６で一旦反射した青色光ＢＬｓであっても、拡散板２６１に戻った後、反射型偏光素子３６に再度入射した青色光の一部が射出される。

反射プリズム２９２に入射した黄色光ＹＬｓは、反射層２９２１によって＋Ｚ方向に反射され、反射プリズム２９２から射出される。第２位相差素子３７は、反射プリズム２９２に対して＋Ｚ方向に配置されている。第２位相差素子３７には、反射プリズム２９２から射出された黄色光ＹＬｓが入射する。第２位相差素子３７は、黄色光ＹＬｓの黄色波長帯に対する１／２波長板で構成されている。したがって、第２位相差素子３７は、Ｓ偏光成分の黄色光ＹＬｓをＰ偏光成分の黄色光ＹＬｐに変換する。Ｐ偏光成分に変換された黄色光ＹＬｐは、光源装置２０から射出される。

図１２に示すように、本実施形態の光源装置２０においては、第１実施形態と異なり、第２光分離素子２３と第２色分離素子３３との間に第１位相差素子が設けられていない。そのため、第２光分離素子２３から射出された黄色光ＹＬｐは、偏光方向を変えることなく、第２色分離素子３３に入射する。第２色分離素子３３に入射した黄色光ＹＬｐは、ダイクロイックプリズム３３１によって緑色光ＧＬｐと赤色光ＲＬｐとに分離される。緑色光ＧＬｐは、ダイクロイックプリズム３３１から＋Ｚ方向に射出される。赤色光ＲＬｐは、ダイクロイックプリズム３３１から反射プリズム３３２を経て＋Ｚ方向に射出される。

このようにして、本実施形態によれば、偏光方向が揃った４色の色光、すなわち、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐ、Ｐ偏光成分の黄色光ＹＬｐ、Ｐ偏光成分の緑色光ＧＬｐ、およびＰ偏光成分の赤色光ＲＬｐが光源装置２から射出される。本実施形態の場合、光源装置から射出される４本の光束のうち、第１実施形態の白色光ＷＬｓに代えて、黄色光ＹＬｐが射出される。また、第１実施形態とは異なり、Ｐ偏光成分に揃った４本の光束が光源装置２０から射出される。

［第２実施形態の効果］
本実施形態においても、ピッチが狭い偏光変換素子を用いることなく、偏光方向が揃えられた複数の色光を射出可能な光源装置２０を実現できる、光源装置２０およびプロジェクター１の小型化が図れる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。また、偏光方向によって光を分離する偏光分離特性を持たない第１光分離素子２２を用いているため、光分離素子の熱歪みに起因した損失が少なく、光利用効率の低下を抑えられる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１３〜図１５を用いて説明する。
第３実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であるため、光源装置の全体の説明は省略する。
図１３は、＋Ｙ方向から見た第３実施形態の光源装置３０の平面図である。図１４は、Ｘ軸およびＺ軸に対して４５°をなす方向から見た第１光分離素子４５を示す図である。図１５は、Ｘ軸およびＺ軸に対して４５°をなす方向から見た変形例の第１光分離素子４６を示す図である。
図１３において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

拡散板２６１に入射させる青色光と、波長変換素子２８に入射させる青色光と、を分離する手段として、第１実施形態の光源装置２は、光の入射領域が一様な光分離特性を有する第１光分離素子２２を備える。これに対して、第２実施形態の光源装置３０は、光の入射領域が、光分離特性が互いに異なる２つの領域を有する第１光分離素子４５を備える。

図１３に示すように、光源装置３０は、光源部４８と、第１光分離素子４５と、第２光分離素子２３と、第１集光素子２５と、拡散装置２６と、第２集光素子２７と、波長変換素子２８と、第１色分離素子２９と、波長選択性位相差素子３１と、第１位相差素子３２と、第２色分離素子３３と、を備える。

［光源部の構成］
光源部４８は、複数の発光素子２１１と、複数のコリメーターレンズ２１２と、を有する。本実施形態の場合、複数の発光素子２１１は、Ｘ軸に垂直なＹＺ平面内に配列されている。具体的には、複数の発光素子２１１は、Ｚ軸に沿って５個、Ｙ軸に沿って２個、すなわち、２行５列の配置を有する合計１０個の発光素子から構成されている。なお、発光素子２１１の数は、１０個に限定されず、適宜変更が可能である。また、複数の発光素子２１１の配置も限定されない。

［第１光分離素子の構成］
図１４に示すように、第１光分離素子４５において、青色光ＢＬｓの入射領域４５ａは、第１領域４５ａ１と、第２領域４５ａ２と、を有する。本実施形態の場合、第１領域４５ａ１は、入射領域４５ａの中央部に設けられている。第２領域４５ａ２は、第１領域４５ａ１を囲むように入射領域４５ａの周縁部に設けられている。第１領域４５ａ１は、青色光ＢＬｓを反射し、黄色光ＹＬｓを反射する反射層を有する。また、第２領域４５ａ２は、青色光ＢＬｓを透過し、黄色光ＹＬｓを反射する反射層を有する。これにより、青色光ＢＬｓは、第１領域４５ａ１で反射し、第２領域４５ａ２を透過する。黄色光ＹＬｓは、第１領域４５ａ１および第２領域４５ａ２の双方で反射する。すなわち、第１光分離素子４５は、青色光ＢＬｓの入射領域４５ａが、青色光ＢＬｓを反射し、黄色光ＹＬｓを反射する第１領域４５ａ１と、青色光ＢＬｓを透過し、黄色光ＹＬｓを反射する第２領域４５ａ２と、を有する。第１光分離素子４５は、透光性基材の中央部と周縁部とに、互いに異なる反射特性を有する反射層を作り分けることによって作製が可能である。

図１４の例では、第１領域４５ａ１および第２領域４５ａ２の面積および配置が適宜設定されることにより、１０個の発光素子２１１から射出された１０本の青色光ＢＬｓのうち、中央に位置する２本の青色光ＢＬｓが第１領域４５ａ１に入射し、残りの８本の青色光ＢＬｓが第２領域４５ａ２に入射する。これにより、図１３に示すように、光源部４８から射出された青色光ＢＬｓの２０％は、第１光分離素子４５の第１領域４５ａ１で−Ｚ方向に反射され、拡散装置２６に向かって進む。一方、光源部４８から射出された青色光ＢＬｓの８０％は、第１光分離素子４５の第２領域４５ａ２を＋Ｘ方向に透過し、第２光分離素子２３を経て波長変換素子２８に向かって進む。拡散装置２６に向かって進む青色光ＢＬｓ、および波長変換素子２８に向かって進む青色光ＢＬｓのその後の振る舞いは、第１実施形態と同様である。

図１３に示すように、拡散装置２６から射出された青色光ＢＬｐｓは、第１光分離素子４５の第２領域４５ａ２を＋Ｚ方向に透過し、第１色分離素子２９に入射する。また、波長変換素子２８から射出され、第２偏光分離層２３１で反射し、第２光分離素子２３から射出された黄色光ＹＬｓは、第１光分離素子４５の第１領域４５ａ１および第２領域４５ａ２で＋Ｚ方向に反射され、第１色分離素子２９に入射する。第１色分離素子２９および第２色分離素子３３における各光の振る舞いは、第１実施形態と同様である。

［第３実施形態の効果］
本実施形態においても、ピッチが狭い偏光変換素子を用いることなく、偏光方向が揃えられた複数の色光を射出可能な光源装置３０を実現できる、光源装置３０およびプロジェクター１の小型化が図れる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。また、偏光方向によって光を分離する偏光分離特性を持たない第１光分離素子４５を用いているため、光分離素子の熱歪みに起因した損失が少なく、光利用効率の低下を抑えられる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態の場合、反射特性が互いに異なる第１領域４５ａ１および第２領域４５ａ２を有する第１光分離素子４５が用いられているため、第１領域４５ａ１と第２領域４５ａ２との面積比を変えることによって、拡散板２６１に入射させる青色光と、波長変換素子２８に入射させる青色光と、の光量比を調整することができる。これにより、光源装置３０から射出される光のホワイトバランスを調整することができる。

なお、以下に示すように、第１光分離素子４５において、必ずしも第１領域４５ａ１が入射領域４５ａの中央部に設けられ、第２領域４５ａ２が入射領域４５ａの周縁部に設けられていなくてもよい。

図１５は、第１光分離素子４６の変形例を示す図である。
図１５に示すように、変形例の第１光分離素子４６において、第１領域４６ａ１は、入射領域４６ａの一端に設けられている。第２領域４６ａ２は、第１領域４６ａ１以外の領域である。１０本の青色光ＢＬｓのうち、左端に位置する２本の青色光ＢＬｓが第１領域４６ａ１に入射し、残りの８本の青色光ＢＬｓが第２領域４６ａ２に入射する。

一般に、拡散素子で反射された光は、拡散領域の中心部で輝度が高く、拡散領域の周縁部で輝度が低くなる輝度分布を有する。本変形例の第１光分離素子４６を用いた場合、拡散板２６１で反射された青色光ＢＬｐｓのうち、拡散領域の中心部で反射した相対的に輝度が高い青色光ＢＬｐｓが第２領域４６ａ２を透過する割合は、図１４に示した第１光分離素子４５に比べて高くなる。これにより、拡散板２６１で反射された青色光ＢＬｐｓを効率良く後段の光学系に導くことができ、青色光の利用効率を高めることができる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１６を用いて説明する。
第４実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であるため、光源装置の全体の説明は省略する。
図１６は、＋Ｙ方向から見た第４実施形態の光源装置４０の平面図である。
図１６において、以前の実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１６に示すように、本実施形態の光源装置４０は、光源部４８と、第１光分離素子４５と、第２光分離素子２３と、第１集光素子２５と、拡散装置２６と、第２集光素子２７と、波長変換素子２８と、第１色分離素子３５と、反射型偏光素子３６と、第２位相差素子３７と、第２色分離素子３３と、を備える。

すなわち、本実施形態の光源装置４０は、第３実施形態の光源部４８および第１光分離素子４５と、第２実施形態の第１色分離素子３５、反射型偏光素子３６および第２位相差素子３７と、を組み合わせた光源装置である。光源装置４０のその他の構成は、第１実施形態の光源装置２と同様である。

［第４実施形態の効果］
本実施形態においても、ピッチが狭い偏光変換素子を用いることなく、偏光方向が揃えられた複数の色光を射出可能な光源装置４０を実現できる、光源装置４０およびプロジェクター１の小型化が図れる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。また、偏光方向によって光を分離する偏光分離特性を持たない第１光分離素子４５を用いているため、光分離素子の熱歪みに起因した損失が少なく、光利用効率の低下を抑えられる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

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において、第１色分離素子が白色光ＷＬｓまたは黄色光ＹＬｐを射出する位置は、青色光ＢＬｓ，ＢＬｐを射出する位置に対して−Ｙ方向の位置であり、第２色分離素子が赤色光ＲＬｓ，ＲＬｐを射出する位置は、緑色光ＧＬｓ，ＧＬｐを射出する位置に対して−Ｙ方向の位置である。この配置に代えて、第１色分離素子が白色光ＷＬｓまたは黄色光ＹＬｐを射出する位置は、青色光ＢＬｓ，ＢＬｐを射出する位置に対して＋Ｙ方向の位置であってもよく、第２色分離素子が赤色光ＲＬｓ，ＲＬｐを射出する位置は、緑色光ＧＬｓ，ＧＬｐを射出する位置に対して＋Ｙ方向の位置であってもよい。

上記実施形態の光源装置は、第１集光素子２５および第２集光素子２７を備えている。しかしながら、この構成に限らず、第１集光素子２５および第２集光素子２７のうち少なくとも一方の集光素子は、設けられていなくてもよい。

上記各実施形態では、光源部２１は、＋Ｘ方向に青色光ＢＬｓを射出するが、この構成に限らず、光源部２１は、＋Ｘ方向に交差する方向に青色光ＢＬｓを射出し、例えば反射部材を用いて青色光ＢＬｓを＋Ｘ方向に反射させた後、第１光分離素子２２に入射させる構成としてもよい。

上記各実施形態では、プロジェクターは、第１マルチレンズ４１、第２マルチレンズ４２、および重畳レンズ４３を有する均一化装置４を備えている。この構成に代えて、他の構成を有する均一化装置が設けられてもよいし、均一化装置４は設けられていなくてもよい。

上記第１実施形態の光源装置２、および第２実施形態の光源装置２０は、４つの射出位置のそれぞれから色光を射出し、光変調装置６を構成する液晶パネル６１は、１つの画素ＰＸに４つのサブ画素ＳＸを有している。この構成に代えて、光源装置は、３つの色光を射出し、液晶パネルは、１つの画素に３つのサブ画素を有する構成であってもよい。この場合、例えば、上記実施形態の光源装置において、黄色光ＹＬｓの光路に全反射部材が設けられていてもよい。

上記実施形態の光源装置は、それぞれがＳ偏光成分であり、空間的に分離された青色光ＢＬｓ、白色光ＷＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓを射出する。または、それぞれがＰ偏光成分であり、空間的に分離された青色光ＢＬｐ、黄色光ＹＬｐ、緑色光ＧＬｐ、および赤色光ＲＬｐを射出する。これらの構成に代えて、光源装置が射出する各色光の偏光状態は、他の偏光状態であってもよい。また、光源装置が射出する色光は、青色光、黄色光、緑色光、および赤色光に限らず、他の色光であってもよい。

その他、光源装置、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。また、上記実施形態では、本発明による光源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。本発明の一つの形態の光源装置は、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。

１…プロジェクター、２，２０，３０，４０…光源装置、４…均一化装置、６…光変調装置、７…投射光学装置、２１，４８…光源部、２２，４５，４６…第１光分離素子、４５ａ１，４６ａ１…第１領域、４５ａ２，４６ａ２…第２領域、２３…第２光分離素子、２８…波長変換素子、２９，３５…第１色分離素子、３１…波長選択性位相差素子（光学素子）、３２…第１位相差素子、３３…第２色分離素子、３６…反射型偏向素子（光学素子）、４１…第１マルチレンズ、４２…第２マルチレンズ、４３…重畳レンズ、６２…マイクロレンズアレイ、２６１…拡散板（拡散素子）、ＢＬｓ…青色光（第１光、第３光）、ＹＬ…黄色光（第２光）、ＷＬｓ…白色光（第４光）、ＹＬｓ…黄色光（第４光）、ＧＬｓ…緑色光（第５光）、ＲＬｓ…赤色光（第６光）、ＳＸ１…第１サブ画素、ＳＸ２…第２サブ画素、ＳＸ３…第３サブ画素、ＳＸ４…第１サブ画素。

Claims (9)

1. 第１波長帯を有する第１光を射出する光源部と、
   前記光源部から第１方向に沿って入射される前記第１光の一部を偏光成分に依らずに前記第１方向に透過し、前記第１光の他の一部を偏光成分に依らずに前記第１方向と交差する第２方向に反射する第１光分離素子と、
   前記第１光分離素子に対して前記第１方向に配置され、前記第１光分離素子から前記第１方向に沿って入射される前記第１光の一部を前記第２方向に反射する第２光分離素子と、
   前記第１光分離素子に対して前記第２方向に配置され、前記第１光分離素子から前記第２方向に沿って入射される前記第１光の他の一部を拡散させて、前記第２方向とは反対方向である第３方向に射出する拡散素子と、
   前記第２光分離素子に対して前記第２方向に配置され、前記第２光分離素子から前記第２方向に沿って入射される前記第１光の一部を波長変換して、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する第２光を前記第３方向に射出する波長変換素子と、
   を備え、
   前記第２光分離素子は、前記第２光について、第１偏光成分を前記第３方向に透過し、前記第２光の第２偏光成分を前記第１方向とは反対方向である第４方向に反射する、光源装置。
2. 前記第１光分離素子は、前記第１光の入射領域の全体が、前記第１光の一部を透過し、前記第１光の他の一部を反射し、前記第２偏光成分を反射する、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１光分離素子は、前記第１光の入射領域が、前記第１光を反射し、前記第２偏光成分を反射する第１領域と、前記第１光を透過し、前記第２偏光成分を反射する第２領域と、を有する、請求項１に記載の光源装置。
4. 前記拡散素子から射出され、前記第１光分離素子を透過した前記第１光の他の一部の偏光方向を特定の方向に揃えて射出する光学素子をさらに備える、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記第２光分離素子から前記第３方向に射出される前記第１偏光成分を前記第２偏光成分に変換する第１位相差素子をさらに備える、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記第１光分離素子に対して前記第３方向に配置され、前記第１光分離素子から射出された光を、前記第１波長帯を有する第３光と、前記第２波長帯を有する第４光と、に分離する第１色分離素子と、
   前記第２光分離素子に対して前記第３方向に配置され、前記第２光分離素子から射出された光を、前記第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第５光と、前記第２波長帯および前記第３波長帯とは異なる第４波長帯を有する第６光と、に分離する第２色分離素子と、
   をさらに備える、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光源装置。
7. 請求項６に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの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装置と、
   を備える、プロジェクター。
8. 前記光源装置と前記光変調装置との間に設けられる均一化装置をさらに備え、
   前記均一化装置は、
   前記光源装置から入射される光を複数の部分光束に分割する２つのマルチレンズと、
   前記２つのマルチレンズから入射される前記複数の部分光束を前記光変調装置に重畳させる重畳レンズと、を有する、請求項７に記載のプロジェクター。
9. 前記光変調装置は、複数の画素を有し、
   前記複数の画素のそれぞれは、第１サブ画素、第２サブ画素、第３サブ画素、および第４サブ画素を有し、
   前記複数の画素のそれぞれについて、前記第３光が前記第１サブ画素に入射し、前記第４光が前記第２サブ画素に入射し、前記第５光が前記第３サブ画素に入射し、前記第６光が前記第４サブ画素に入射する、請求項８に記載のプロジェクター。

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