JP2021124605A - 光学システム - Google Patents

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Abstract

【課題】色域の低下を抑制することを可能にする光学システムを提供する。
【解決手段】光学システム１００は、第１の色光Ｂによって励起されて少なくとも１つの色光を含む蛍光光を発する蛍光体領域１１１Ｙを有し、第１の期間において第１の色光を射出すると共に、第２の期間において蛍光光を射出する蛍光発光部１１と、第１の色光および蛍光光のうち少なくとも１つによって照明される１または２つのライトバルブ３１，３２と、第１の領域６１と第２の領域６２とを含み、蛍光発光部と１または２つのライトバルブとの間の光路上に配置され、第１の領域は蛍光発光部からの第１の色光と蛍光光とを１または２つのライトバルブに到達可能となるように射出させる特性を有し、第２の領域は蛍光発光部からの蛍光光を１または２つのライトバルブに到達可能となるように射出させる特性を有する領域分割素子１４とを備える。
【選択図】図４

Description

本開示は、プロジェクタ等に好適な光学システムに関する。
フルカラー表示を行うプロジェクタでは、光源として蛍光体光源を用いる場合がある（例えば特許文献１参照）。蛍光体光源では、例えばＢ（青色）光を励起光として用い、蛍光光としてＲ（赤色）光，Ｇ（緑色）光を含む黄色光を生成する。
特開２０１９−１３３０８０号公報
例えば１または２つのライトバルブを用いる時分割方式のプロジェクタにおいて蛍光体光源を使用する場合、蛍光光に励起光が混ざり、十分な色分離ができずに色域（色再現性）が低下するおそれがある。
色域の低下を抑制することが可能な光学システムを提供することが望ましい。
本開示の一実施の形態に係る光学システムは、第１の色光によって励起されて少なくとも１つの色光を含む蛍光光を発する蛍光体領域を有し、第１の期間において第１の色光を射出すると共に、第２の期間において蛍光光を射出する蛍光発光部と、第１の色光および蛍光光のうち少なくとも１つによって照明される１または２つのライトバルブと、第１の領域と第２の領域とを含み、蛍光発光部と１または２つのライトバルブとの間の光路上に配置され、第１の領域は蛍光発光部からの第１の色光と蛍光光とを１または２つのライトバルブに到達可能となるように射出させる特性を有し、第２の領域は蛍光発光部からの蛍光光を１または２つのライトバルブに到達可能となるように射出させる特性を有する領域分割素子とを備える。
本開示の一実施の形態に係る光学システムでは、領域分割素子において、第１の領域が蛍光発光部からの第１の色光と蛍光光とを１または２つのライトバルブに到達可能となるように射出する。第２の領域では、蛍光発光部からの蛍光光を１または２つのライトバルブに到達可能となるように射出する。
比較例に係るプロジェクタの第１の構成例の要部を概略的に示す要部構成図である。 比較例に係るプロジェクタの第２の構成例の要部を概略的に示す要部構成図である。 比較例に係るプロジェクタの第３の構成例の要部を概略的に示す要部構成図である。 本開示の第１の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタの全体構成例を概略的に示す構成図である。 第１の実施の形態に係る光学システムにおける反射型蛍光体ホイールの一構成例を概略的に示す平面図である。 第１の実施の形態に係る光学システムにおける反射型蛍光体ホイールの蛍光体領域の一構成例を概略的に示す断面図である。 反射型蛍光体ホイールからの射出光の理想的な状態の一例を概略的に示す説明図である。 反射型蛍光体ホイールからの射出光の実際の状態の一例を概略的に示す説明図である。 図８の状態によって生ずる色域の低下の一例を概略的に示す説明図である。 反射型蛍光体ホイールにおける蛍光体領域と反射拡散板領域との光の拡散角の一例を概略的に示す説明図である。 第１の実施の形態に係る光学システムにおける領域分割波長選択フィルタの構成および作用の一例を概略的に示す平面図である。 第１の実施の形態に係る光学システムにおける領域分割波長選択フィルタの作用の一例を概略的に示す要部構成図である。 第１の実施の形態に係る光学システムにおける、青色光射出期間（第１の期間）における青色光の状態の一例を概略的に示す要部構成図である。 第１の実施の形態に係る光学システムにおける、蛍光体発光期間（第２の期間）における青色光および黄色光の状態の一例を概略的に示す要部構成図である。 第１の実施の形態の変形例に係る光学システムとしてのプロジェクタの一例を概略的に示す要部構成図である。 第２の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタの一例を概略的に示す要部構成図である。 第２の実施の形態に係る光学システムにおける偏光ダイクロイックプレートの構成および作用の一例を概略的に示す平面図である。 第３の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタの一例を概略的に示す要部構成図である。 ブレーズド型の回折格子における溝深さと回折効率との関係を波長ごとに示す説明図である。 ブレーズド型の回折格子の一例を概略的に示す構成図である。 ブレーズド型の回折格子の回折効率の計算に用いた計算パラメータの一例を示す説明図である。 ブレーズド型の回折格子の回折効率の計算結果の一例を示す説明図である。 第４の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタの一例を概略的に示す要部構成図である。 第４の実施の形態に係る光学システムにおける、蛍光体発光期間（第２の期間）における青色光および黄色光の状態の一例を概略的に示す要部構成図である。 第５の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタの一例を概略的に示す要部構成図である。 第５の実施の形態に係る光学システムにおける第１の領域分割波長選択性波長板の構成および作用の一例を概略的に示す平面図である。 第６の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタの一例を概略的に示す要部構成図である。 第６の実施の形態に係る光学システムにおける透過型蛍光体ホイールの一構成例を概略的に示す平面図である。 第７の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタの一例を概略的に示す要部構成図である。 第７の実施の形態に係る光学システムにおける反射型蛍光体ホイールの一構成例を概略的に示す平面図である。 第８の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタの一例を概略的に示す要部構成図である。 第８の実施の形態に係る光学システムにおける透過型蛍光体ホイールの一構成例を概略的に示す平面図である。
以下、本開示の実施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。
０．比較例（図１〜図３）
１．第１の実施の形態（２つのライトバルブと反射型蛍光体ホイールとを用いたプロジェクタ）（図４〜図１５）
１．１ 第１の実施の形態に係る光学システムの構成および作用
１．２ 効果
１．３ 変形例（領域分割素子の配置位置の変形例）
２．第２の実施の形態（偏光ダイクロイックプレートそのものを領域分割素子とした構成例）（図１６〜図１７）
３．第３の実施の形態（回折格子を用いた領域分割素子）（図１８〜図２２）
４．第４の実施の形態（１／４波長板の径を縮小した構成例）（図２３〜図２４）
５．第５の実施の形態（青色光を２つのライトバルブに入射させる構成例）（図２５〜図２６）
６．第６の実施の形態（２つのライトバルブと透過型蛍光体ホイールとを用いたプロジェクタ）（図２７〜図２８）
７．第７の実施の形態（１つのライトバルブと反射型蛍光体ホイールとを用いたプロジェクタ）（図２９〜図３０）
８．第８の実施の形態（１つのライトバルブと透過型蛍光体ホイールとを用いたプロジェクタ）
９．その他の実施の形態
＜０．比較例＞
（比較例に係る光学システムの概要と課題）
フルカラー表示を行うプロジェクタの方式として、用いるライトバルブの数に応じて、３板式、２板式、および単板式と呼ばれる方式がある。
図１は、比較例に係るプロジェクタの第１の構成例の要部を概略的に示している。
図１には、赤用ライトバルブ３００Ｒ、緑用ライトバルブ３００Ｇ、および青用ライトバルブ３００Ｂの３つのライトバルブを用いた３板式のプロジェクタの要部構成例を示す。赤用ライトバルブ３００Ｒ、緑用ライトバルブ３００Ｇ、および青用ライトバルブ３００Ｂはそれぞれ、図示しない照明光学系からの照明光によって照明される。赤用ライトバルブ３００Ｒは、偏光ダイクロイックミラー３１０およびＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）３１２を介して赤色光によって照明される。緑用ライトバルブ３００Ｇは、偏光ダイクロイックミラー３１０およびＰＢＳ３１１を介して緑色光によって照明される。青用ライトバルブ３００Ｂは、偏光ダイクロイックミラー３１０およびＰＢＳ３１２を介して青色光によって照明される。赤用ライトバルブ３００Ｒ、緑用ライトバルブ３００Ｇ、および青用ライトバルブ３００Ｂはそれぞれ、各色光を変調する。変調後の各色光は合成プリズム３１３によって合成され映像光を形成する。合成後の映像光は、図示しない投影光学系によって、スクリーン等の投影面に投影される。
図２は、比較例に係るプロジェクタの第２の構成例の要部を概略的に示している。
図２には、１つのライトバルブ３００を用いた単板式のプロジェクタの要部構成例を示す。１つのライトバルブ３００は、図示しない照明光学系からの照明光によって照明される。１つのライトバルブ３００には、ＰＢＳ３２１を介して赤色光、緑色光、および青色光が時分割で入射する。１つのライトバルブ３００は、各色光を時分割で変調する。変調後の各色光は時分割の映像光を形成する。各色の映像光は、時分割で図示しない投影光学系によって、スクリーン等の投影面に投影される。
図３は、比較例に係るプロジェクタの第３の構成例の要部を概略的に示している。
図３には、第１のライトバルブ３０１、および第２のライトバルブ３０２の２つのライトバルブを用いた２板式のプロジェクタの要部構成例を示す。第１のライトバルブ３０１、および第２のライトバルブ３０２はそれぞれ、図示しない照明光学系からの照明光によって照明される。第１のライトバルブ３０１には、ＰＢＳ３３１を介して例えば緑色光、および青色光が時分割で入射する。第２のライトバルブ３０２には、ＰＢＳ３３１を介して赤色光が入射する。または、第２のライトバルブ３０２には、ＰＢＳ３３１を介して赤色光、および青色光が時分割で入射する。第１のライトバルブ３０１、および第２のライトバルブ３０２はそれぞれ、各色光を時分割で変調する。変調後の各色光は時分割の映像光を形成する。各色の映像光は、時分割で図示しない投影光学系によって、スクリーン等の投影面に投影される。
上記した構成例のうち、３板式のプロジェクタでは、各色について独立した光路があり、混色した光束も波長ごとにダイクロフィルタまたは偏光フィルタによって十分な色分離が可能であり、色域への影響は少なくい。
一方、単板方式および２板方式では、波長の異なる複数の色光が共通の光路で１または２つのライトバルブに到達する。このため、十分な色分離ができずに色域（色再現性）が低下するおそれがある。
また、フルカラー表示を行うプロジェクタでは、光源として蛍光体光源を用いる場合がある。蛍光体光源では、例えば青色光を励起光として用い、蛍光光として赤色光，緑色光を含む黄色光を生成する。蛍光体光源の方式としては、例えば透過型の蛍光体ホイールを用いる方式と反射型の蛍光体ホイールを用いる方式とがある。
透過型の蛍光体ホイールを用いる方式では、例えば、蛍光光に混ざった青色光を、ダイクロイック特性のあるフィルタにより低減し、必要とされる赤色光および緑色光の光を照明光学系へ伝達できるため、色域が広い。一方で、透過型の蛍光体ホイールの前後に光学系が必要とされるので、光学系全体が大きくなり、プロジェクタの小型化が困難となる。
反射型の蛍光体ホイールを用いる方式では、透過型の蛍光体ホイールを用いる方式に比べて光学系を少なくでき、プロジェクタの小型化が容易となる。一方で、励起光の入射光路と蛍光光の射出光路とが部分的に共通化されるので、蛍光光に混ざった青色光を、十分に色分離できずに色域（色再現性）が低下するおそれがある。
そこで、１または２つのライトバルブを用いる場合において、色域の低下を抑制することが可能な光学システムの開発が望まれる。
以下の各実施の形態では、本開示の技術による光学システムをプロジェクタに適用した構成例を説明するが、本開示の技術は、プロジェクタに限らず、露光装置等にも適用可能である。
＜１．第１の実施の形態＞
［１．１ 第１の実施の形態に係る光学システムの構成および作用］
（光学システムの概要）
図４は、本開示の第１の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタ１００の全体構成例を概略的に示している。
第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００は、２板式、かつ反射型蛍光体ホイール１１を用いる方式となっている。第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００では、複数の色光として第１ないし第３の色光を含む場合を例に説明をする。例えば青色光が、本開示の技術における「第１の色光」の一具体例に相当し、例えば緑色光が、本開示の技術における「第２の色光」の一具体例に相当し、例えば赤色光が、本開示の技術における「第３の色光」の一具体例に相当する。
図４に示したように、第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００は、照明光学系１と、投影光学系２とを備えている。また、プロジェクタ１００は、照明光学系１と投影光学系２との間の光路上に、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２と、ＰＢＳ４１とを備えている。
照明光学系１は、青色光源１０と、反射型蛍光体ホイール１１と、集光レンズ１２と、ＱＷＰ（１／４波長板）１３と、偏光ダイクロイックプレート１４と、フライアイレンズアレイ１６と、ＰＳコンバータ（偏光変換素子）１７と、偏光子１９と、第１の波長選択性波長板（第１の偏光回転素子）５１と、縮小光学系７０とを有している。照明光学系１は、さらに、１／４波長板１３と偏光ダイクロイックプレート１４との間の光路上に領域分割波長選択フィルタ６０を備えている。
投影光学系２は、投射レンズ２１と、第２の波長選択性波長板（第２の偏光回転素子）５２と、偏光子２２とを有している。
なお、図４において、紙面に直交する方向をＰＢＳ４１にとってのＳ偏光、光軸に直交し、紙面内に平行な方向をＰＢＳ４１にとってのＰ偏光とする。以降の他の図においても同様である。また、以降の他の実施の形態においても同様である。
反射型蛍光体ホイール１１は、本開示の技術における「蛍光発光部」の一具体例に相当する。領域分割波長選択フィルタ６０は、本開示の技術における「領域分割素子」の一具体例に相当する。
照明光学系１は、互いに波長帯域の異なる複数の色光を含む照明光を生成する。照明光学系１は、複数の色光として赤色光、緑色光、および青色光の各色光を生成し、ＰＢＳ４１に向けて射出する。
第１の波長選択性波長板５１は、全領域において、赤色光、緑色光、および青色光の各色光の偏光方向を選択的に変換（偏光回転）する特性を有する。第２の波長選択性波長板５２も同様の特性を有する。例えば、緑色光、および青色光をＳ偏光、赤色光をＰ偏光に変換する特性を有する。
偏光子１９および偏光子２２は、偏光方向が揃いきらない漏れ光をカットする特性を有する。これにより、コントラストが向上する。
第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２はそれぞれ、複数の色光のうちの少なくとも１つの色光によって照明される。ＰＢＳ４１は、照明光学系１からの各色光を偏光方向に応じて、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２のいずれか一方に入射させる。ＰＢＳ４１は、例えば、青色光を第１のライトバルブ３１に入射させる。また、ＰＢＳ４１は、例えば、緑色光を第１のライトバルブ３１に入射させる。また、ＰＢＳ４１は、例えば、赤色光を第２のライトバルブ３２に入射させる。また、ＰＢＳ４１は、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２によって変調された各色光を、偏光方向に応じて投影光学系２に向けて射出する。
第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２はそれぞれ、複数の色光のうち少なくとも１つの色光を、例えば画像信号に応じて変調する。
投影光学系２には、ＰＢＳ４１を介して、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２によって変調された後の各色光が入射する。投影光学系２は、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２によって生成された画像を図示しないスクリーン等の投影面に投影する。
（各部の詳細な構成および作用）
図５は、反射型蛍光体ホイール１１の一平面構成例を概略的に示している。図６は、反射型蛍光体ホイール１１の蛍光体領域１１１Ｙの一構成例を概略的に示している。図７は、反射型蛍光体ホイール１１からの射出光の理想的な状態の一例を概略的に示している。図８は、反射型蛍光体ホイール１１からの射出光の実際の状態の一例を概略的に示している。図９は、図８の状態によって生ずる色域の低下の一例を概略的に示している。なお、図９には、ｘｙ色度図を示す。
青色光源１０は、例えば青色レーザとなっている。反射型蛍光体ホイール１１は、図５に示したように、蛍光体領域１１１Ｙと、反射拡散板領域１１２とを有している。蛍光体領域１１１Ｙに励起光として青色光を照射することで蛍光光として黄色（Ｙｅ）光が得られる。蛍光体領域１１１Ｙは、蛍光光として黄色光を反射拡散して射出する。反射拡散板領域１１２は青色光に対して偏光作用がなく反射作用がある。すなわち、反射拡散板領域１１２は、青色光の偏光方向を保持した状態で反射拡散して射出する。このため、蛍光体ホイール１１からは、理想的には、図７に示したように、黄色、青色、黄色、青色…の時間的繰り返しよりなる時間平均的な白色光が射出される。図７において、反射拡散板領域１１２によって青色光を射出する期間を青色光射出期間（第１の期間）ｔｂとし、蛍光体領域１１１Ｙによって蛍光光を射出する期間を蛍光体発光期間（第２の期間）ｔａとする。
ところで、反射型蛍光体ホイール１１の蛍光体領域１１１Ｙは、図６に示したように、反射型の基板１１４上において、樹脂１１６中に蛍光体１１５の粒子が分散された構成とされている。蛍光体領域１１１Ｙからは、蛍光光としての黄色光の他に、蛍光変換されずに残った青色光も混じった状態で射出される。このため、正確には黄色光と青色光とが時間的に完全分離した図７の状態ではなく、図８に示したように、蛍光体発光期間ｔａにおいて黄色光と青色光とが混色した状態となる。このため、最終的に第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２に入射する照明光が十分に色分離されずに色域が低下する。例えば図９に示したように、ｓＲＧＢの色空間を実現しようとした場合に、色空間が青色方向に引っ張られ、図９の破線で示したような色空間となってしまう。
第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００では、以下で説明するように、領域分割波長選択フィルタ６０の作用により、上記したような色域の低下を抑制することが可能となる。
図１０は、反射型蛍光体ホイール１１における蛍光体領域１１１Ｙと反射拡散板領域１１２との光の拡散角の一例を概略的に示している。
第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００において、反射拡散板領域１１２の光の拡散角は調整が可能である。第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００において、反射拡散板領域１１２の光の拡散角は、蛍光体領域１１１Ｙの光の拡散角に対し、略半分程度であることが望ましい。
図１１は、領域分割波長選択フィルタ６０の平面構成および作用の一例を概略的に示している。図１２は、領域分割波長選択フィルタ６０の作用の一例を概略的に示している。
領域分割波長選択フィルタ６０は、中心領域（内周部）６１と周辺領域（外周部）６２とを有している。領域分割波長選択フィルタ６０において、周辺領域６２は、中心領域６１よりも外側の領域である。領域分割波長選択フィルタ６０において、中心領域６１と周辺領域６２は、同心円状に設けられていることが望ましい。
中心領域６１は、本開示の技術における「第１の領域」の一具体例に相当し、周辺領域６２は、本開示の技術における「第２の領域」の一具体例に相当する。
領域分割波長選択フィルタ６０において、中心領域６１と周辺領域６２とで波長選択特性が互いに異なる。領域分割波長選択フィルタ６０において、中心領域６１は、反射型蛍光体ホイール１１からの青色光と蛍光光とを第１のライトバルブ３１または第２のライトバルブ３２に到達可能となるように射出させる特性を有する。周辺領域６２は、反射型蛍光体ホイール１１からの蛍光光のみを第１のライトバルブ３１または第２のライトバルブ３２に到達可能となるように射出させる特性を有する。領域分割波長選択フィルタ６０は、中心領域６１では、青色光と黄色光とを透過する特性を有する。周辺領域６２では、黄色光のみを透過する特性を有する。
ここで、蛍光体領域１１１Ｙからの射出光の光束の光束径をφＡ、拡散板領域からの射出光の光束の光束径をφＢとする（φＡ＞φＢ）。領域分割波長選択フィルタ６０を透過する青色光の光束径はφＢ、領域分割波長選択フィルタ６０を透過する黄色光の光束径はφＡとなる。領域分割波長選択フィルタ６０によって、不要な青色光は黄色光に対して中心領域６１と周辺領域６２との面積比で低減されることとなる。
図１３は、第１の実施の形態に係る光学システムにおける、青色光射出期間ｔｂにおける青色光の状態の一例を概略的に示している。
上述したように、反射型蛍光体ホイール１１における蛍光体領域１１１Ｙからの射出光の光束の光束径をφＡ、拡散板領域からの射出光の光束の光束径をφＢとする。青色光源１０からは、励起光として例えばＳ偏光の青色光が射出される。縮小光学系７０は、励起光としての青色光の光束径をφＡ／２程度に縮める。励起光としての青色光は、偏光ダイクロイックプレート１４によって反射型蛍光体ホイール１１に向けて反射される。この際、励起光としての青色光は、光束径φＡ／２の状態で、領域分割波長選択フィルタ６０の中心領域６１を透過し、反射型蛍光体ホイール１１の反射拡散板領域１１２に到達する。なお、上述の図１０に示したように、反射拡散板領域１１２による光の拡散角は蛍光体領域１１１Ｙによる光の拡散角よりも狭く調整可能のため、反射拡散板領域１１２によって反射された青色光の光束を細く抑えることが可能となる。ここで、青色光は、１／４波長板１３を往復することで、Ｐ偏光に変換される。このＰ偏光の青色光は領域分割波長選択フィルタ６０の中心領域６１を透過し、光量ロス無く偏光ダイクロイックプレート１４を透過した後、ＰＢＳ４１側に射出される。
図１４は、第１の実施の形態に係る光学システムにおける、蛍光体発光期間ｔａにおける青色光および黄色光の状態の一例を概略的に示している。
蛍光体発光期間ｔａでは、偏光ダイクロイックプレート１４によって反射され、領域分割波長選択フィルタ６０の中心領域６１を透過した励起光としての青色光が、反射型蛍光体ホイール１１の蛍光体領域１１１Ｙに到達する。蛍光体領域１１１Ｙは、蛍光光として黄色光を反射拡散して射出する。なお、射出される黄色光の偏光方向はランダムである。
上述の図１０に示したように、蛍光体領域１１１Ｙによる光の拡散角は全角で１２０度程度と広く、射出される黄色光の光束径は大きい。一方、蛍光体領域１１１Ｙでは、黄色光に混じり、蛍光体バインダーの表面反射、さらには蛍光体粒子の表面反射により蛍光変換されずに残った青色光の成分が存在する。この残存する青色光の拡散角は蛍光体領域１１１Ｙによる広い拡散角になるため、黄色光と同様に光束径は大きい。
領域分割波長選択フィルタ６０は中心領域６１も周辺領域６２も黄色光を透過する特性を有するので、ランダムな偏光の黄色光は光束径φＡの状態で領域分割波長選択フィルタ６０を素通りし、光量ロス無く偏光ダイクロイックプレート１４を透過した後、ＰＢＳ４１側に射出される。一方、黄色光に混じった不要な光束径φＡのランダムな偏光の青色光は、領域分割波長選択フィルタ６０の中心領域６１のみを透過し、偏光ダイクロイックプレート１４に到達する。偏光ダイクロイックプレート１４は、青色光についてはＰ偏光の成分のみを透過した後、ＰＢＳ４１側に射出する。なお、この成分は、黄色光に混色する成分となる。ただし、光束径φＡの青色光のうちφＡ／２よりも外側の領域の青色光は領域分割波長選択フィルタ６０の周辺領域６２の特性により、蛍光体領域１１１Ｙ側へ戻り除去される。これにより、領域分割波長選択フィルタ６０を設けなかった場合に比べて、青色光の混色を低減することができる。光束径φＢを光束径φＡの１／２とすると、領域分割波長選択フィルタ６０を設けなかった場合に比べて、青色光の混色を面積比で１／４に低減することができる。
［１．２ 効果］
以上説明したように、第１の実施の形態に係る光学システムによれば、青色光に対する射出特性が互いに異なる２つの領域を有する領域分割波長選択フィルタ６０を備えるようにしたので、色分離特性が向上し、色域の低下を抑制することが可能となる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態の効果についても同様である。
［１．３ 変形例］
図１５は、第１の実施の形態の変形例に係る光学システムとしてのプロジェクタ１００Ａの要部構成例を概略的に示している。
第１の実施の形態の変形例に係るプロジェクタ１００Ａは、第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００の照明光学系１に代えて、照明光学系１Ａを備えている。プロジェクタ１００Ａの照明光学系１Ａでは、領域分割波長選択フィルタ６０の位置が第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００の照明光学系１とは異なっている。図１５に示したように、領域分割波長選択フィルタ６０を偏光ダイクロイックプレート１４と第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２との間の光路上に配置するようにしてもよい。
その他の構成、作用および効果は、上記第１の実施の形態に係る光学システムと略同様であってもよい。
＜２．第２の実施の形態＞
次に、本開示の第２の実施の形態に係る光学システムについて説明する。なお、以下では、上記第１の実施の形態に係る光学システムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図１６は、第２の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタ１００Ｂの要部構成を概略的に示している。
第２の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｂは、第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００の照明光学系１に代えて、照明光学系１Ｂを備えている。プロジェクタ１００Ｂの照明光学系１Ｂでは、第１の実施の形態における領域分割波長選択フィルタ６０および偏光ダイクロイックプレート１４に代えて、偏光ダイクロイックプレート１４Ａを備えている。
偏光ダイクロイックプレート１４Ａは、本開示の技術における「領域分割素子」の一具体例に相当する。
図１７は、偏光ダイクロイックプレート１４Ａの構成および作用の一例を概略的に示している。
偏光ダイクロイックプレート１４Ａは、第１の実施の形態における偏光ダイクロイックプレート１４に領域分割波長選択フィルタ６０の特性を持たせた素子である。偏光ダイクロイックプレート１４Ａは、中心領域（内周部）８１と周辺領域（外周部）８２とを有している。偏光ダイクロイックプレート１４Ａにおいて、周辺領域８２は、中心領域８１よりも外側の領域である。偏光ダイクロイックプレート１４Ａにおいて、中心領域８１と周辺領域は、同心円状に設けられていることが望ましい。
中心領域８１は、本開示の技術における「第１の領域」の一具体例に相当し、周辺領域は、本開示の技術における「第２の領域」の一具体例に相当する。
偏光ダイクロイックプレート１４Ａは、中心領域８１と周辺領域８２とで波長選択特性が互いに異なる波長選択フィルタとしての特性と中心領域８１と周辺領域８２とで偏光特性が互いに異なる偏光ダイクロイックプレートとしての特性とを有する。偏光ダイクロイックプレート１４Ａは、中心領域８１では、第１の偏光成分（例えばＳ偏光）の青色光を反射型蛍光体ホイール１１に向けて反射すると共に、反射型蛍光体ホイール１１において反射された蛍光光と第２の偏光成分（例えばＰ偏光）の青色光とを透過する特性を有する。中心領域８１では、偏光方向に関わらず黄色光を透過する特性を有する。周辺領域８２では、偏光方向に関わらず、青色光を反射型蛍光体ホイール１１に向けて反射すると共に、反射型蛍光体ホイール１１において反射された蛍光体領域１１１Ｙからの蛍光光を透過する特性を有する。
その他の構成、作用および効果は、上記第１の実施の形態に係る光学システムと略同様であってもよい。
＜３．第３の実施の形態＞
次に、本開示の第３の実施の形態に係る光学システムについて説明する。なお、以下では、上記第１または第２の実施の形態に係る光学システムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図１８は、第３の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタ１００Ｃの要部構成を概略的に示している。
第３の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｃは、第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００の照明光学系１に代えて、照明光学系１Ｃを備えている。プロジェクタ１００Ｃの照明光学系１Ｃでは、第１の実施の形態における領域分割波長選択フィルタ６０に代えて、領域分割波長選択回折格子６０Ａを備えている。
領域分割波長選択回折格子６０Ａは、本開示の技術における「領域分割素子」の一具体例に相当する。
領域分割波長選択回折格子６０Ａは、中心領域（内周部）６１Ａと周辺領域（外周部）６２Ａとを有している。領域分割波長選択フィルタ６０において、周辺領域６２Ａは、中心領域６１Ａよりも外側の領域である。領域分割波長選択回折格子６０Ａにおいて、中心領域６１Ａと周辺領域６２Ａは、同心円状に設けられていることが望ましい。
中心領域６１Ａは、本開示の技術における「第１の領域」の一具体例に相当し、周辺領域６２Ａは、本開示の技術における「第２の領域」の一具体例に相当する。
領域分割波長選択回折格子６０Ａにおいて、中心領域６１Ａと周辺領域６２Ａとで波長選択特性が互いに異なる。領域分割波長選択回折格子６０Ａにおいて、中心領域６１Ａは、反射型蛍光体ホイール１１からの青色光と蛍光光とを第１のライトバルブ３１または第２のライトバルブ３２に到達可能となるように射出させる特性を有する。周辺領域６２Ａは、反射型蛍光体ホイール１１からの蛍光光のみを第１のライトバルブ３１または第２のライトバルブ３２に到達可能となるように射出させる特性を有する。領域分割波長選択回折格子６０Ａは、中心領域６１Ａでは、青色光と黄色光とを透過する特性を有する。
領域分割波長選択回折格子６０Ａでは、周辺領域６２Ａが波長選択回折格子の特性を有する。周辺領域６２Ａでは、反射型蛍光体ホイール１１からの青色光を第１のライトバルブ３１または第２のライトバルブ３２に到達しないように回折する特性を有する。また、領域分割波長選択回折格子６０Ａでは、周辺領域６２Ａが、反射型蛍光体ホイール１１からの蛍光光を第１のライトバルブ３１または第２のライトバルブ３２に到達可能となるように回折させる波長選択回折格子の特性を有する。
図１９は、ブレーズド型の回折格子における溝深さと回折効率との関係を波長ごとに示している。図２０は、ブレーズド型の回折格子の一例を概略的に示している。図２１は、ブレーズド型の回折格子の回折効率の計算に用いた計算パラメータの一例を示している。図２２は、ブレーズド型の回折格子の回折効率の計算結果の一例を示している。
図１９および図２２に示したように、ブレーズド型の回折格子において、溝深さが例えば３５００ｎｍでは、赤色光および緑色光は＋３次光成分の回折効率が最も高いのに対し、青色光は＋４次光成分の回折効率が最も高い。また、＋３次光成分と＋４次光成分とでは回折角度が異なる。このため、回折角度の違いによって、従って、赤色光および緑色光と青色光とを分離することが可能となる。すなわち、領域分割波長選択回折格子６０Ａの周辺領域６２Ａにおいて、青色光のみを緑色光と青色光とは異なる方向に回折させ、照明光の光路から外すことが可能となる。これにより、不要な青色光を低減することが可能となる。
例えば、図２０に示したように、ブレーズド型の回折格子の溝のピッチをｄ、回折角をβ、回折次数をｍとする。また、回折格子の媒質の屈折率をｎ１、回折格子の射出側の媒質の屈折率をｎ２とする。
ｄ＝０．０１ｍｍ、光の波長をλ、緑色光のｍ＝４、青色光のｍ＝３とすると、緑色光の回折角βＧ、青色光の回折角βＢは以下のようになる。
ｄｓｉｎθ＝ｍλ
β＝Ａｓｉｎ（ｍλ／ｄ）
βＢ＝１０．５ｄｅｇ
βＧ＝９．５ｄｅｇ
なお、図２１において、λＢは青色光の波長、λＧは緑色光の波長、λＲは赤色光の波長を示す。また、回折格子の媒質の青色光に対する屈折率をｎ１Ｂ、回折格子の青色光に対する射出側の媒質の屈折率をｎ２Ｂとする。回折格子の媒質の緑色光に対する屈折率をｎ１Ｇ、回折格子の緑色光に対する射出側の媒質の屈折率をｎ２Ｇとする。回折格子の媒質の赤色光に対する屈折率をｎ１Ｒ、回折格子の赤色光に対する射出側の媒質の屈折率をｎ２Ｒとする。
その他の構成、作用および効果は、上記第１の実施の形態に係る光学システムと略同様であってもよい。
＜４．第４の実施の形態＞
次に、本開示の第４の実施の形態に係る光学システムについて説明する。なお、以下では、上記第１ないし第３のいずれかの実施の形態に係る光学システムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図２３および図２４は、第４の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタ１００Ｄの要部構成例を概略的に示している。図２３では、青色光射出期間ｔｂにおける青色光の状態の一例を概略的に示している。図２４では、蛍光体発光期間ｔａにおける青色光および黄色光の状態の一例を概略的に示している。
第４の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｄは、第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００の照明光学系１に代えて、照明光学系１Ｄを備えている。プロジェクタ１００Ｄの照明光学系１Ｄでは、第１の実施の形態における領域分割波長選択フィルタ６０を構成から省き、１／４波長板１３に代えて１／４波長板１３Ａを備えている。
１／４波長板１３Ａは、中心領域（内周部）１３Ａ１のみ、第１の実施の形態における１／４波長板１３と同様の特性を有している。周辺領域（外周部）１３Ａ２は透明基板であってもよいし、周辺領域１３Ａ２自体を構成から省いてもよい。
１／４波長板１３Ａの中心領域１３Ａ１の径は、反射型蛍光体ホイール１１０の反射拡散板領域からの光束の光束径φＢと略同じである。
照明光学系１Ｄにおいて、偏光ダイクロイックプレート１４によって反射型蛍光体ホイール１１に向けて反射される。この際、青色光射出期間ｔｂでは図２３に示したように、励起光としての青色光は、光束径φＡ／２の状態で、１／４波長板１３Ａの中心領域１３Ａ１を透過し、反射型蛍光体ホイール１１の反射拡散板領域１１２に到達する。ここで、青色光は、１／４波長板１３Ａを往復することで、Ｐ偏光に変換される。このＰ偏光の青色光は、光量ロス無く偏光ダイクロイックプレート１４を透過した後、ＰＢＳ４１側に射出される。
蛍光体発光期間ｔａでは、偏光ダイクロイックプレート１４によって反射され、１／４波長板１３Ａの中心領域１３Ａ１を透過した励起光としての青色光が、反射型蛍光体ホイール１１の蛍光体領域１１１Ｙに到達する。蛍光体領域１１１Ｙは、蛍光光として黄色光を反射拡散して射出する。なお、射出される黄色光の偏光方向はランダムである。
黄色光は光束径φＡの状態で１／４波長板１３Ａを素通りし、光量ロス無く偏光ダイクロイックプレート１４を透過した後、ＰＢＳ４１側に射出される。一方、黄色光に混じった不要な光束径φＡのランダムな偏光の青色光は、偏光ダイクロイックプレート１４に到達する。偏光ダイクロイックプレート１４は、青色光についてはＰ偏光の成分のみを透過した後、ＰＢＳ４１側に射出する。一方、Ｓ偏光の青色光は、再び蛍光体領域１１１Ｙ側へ戻る。これにより、青色光の混色を低減することができる。
その他の構成、作用および効果は、上記第１の実施の形態に係る光学システムと略同様であってもよい。
＜５．第５の実施の形態＞
次に、本開示の第５の実施の形態に係る光学システムについて説明する。なお、以下では、上記第１ないし第４のいずれかの実施の形態に係る光学システムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図２５は、第５の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタ１００Ｅの要部構成例を概略的に示している。
第５の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｅは、第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００の構成に対し、偏光方向の違いによって青色光をＰＢＳ４１で２分岐し、第１のライトバルブ３１と第２のライトバルブ３２との双方に入射させる構成とされている。
第５の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｅは、第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００の照明光学系１に代えて、照明光学系１Ｅを備えている。プロジェクタ１００Ｅの照明光学系１Ｅでは、第１の実施の形態における第１の波長選択性波長板５１に代えて、第１の領域分割波長選択性波長板５１Ａを備えている。
第１の領域分割波長選択性波長板５１Ａは、本開示の技術における「第１の偏光回転素子」の一具体例に相当する。
また、第５の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｅは、第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００の投影光学系２に代えて、投影光学系２Ｅを備えている。プロジェクタ１００Ｅの投影光学系２Ｅでは、第１の実施の形態における第２の波長選択性波長板５２に代えて、第２の領域分割波長選択性波長板５２Ａを備えている。
第２の領域分割波長選択性波長板５２Ａは、本開示の技術における「第２の偏光回転素子」の一具体例に相当する。
図２６は、第５の実施の形態に係る光学システムにおける第１の領域分割波長選択性波長板５１Ａの構成および作用の一例を概略的に示している。
第１の領域分割波長選択性波長板５１Ａは、照明光学系１Ｅの瞳位置Ｐ１に配置されている。第１の領域分割波長選択性波長板５１Ａは、それぞれが互いに異なる偏光作用を持つ第１の分割領域および第２の分割領域を含む。第１の分割領域および第２の分割領域は、例えば図２６に示すＡ領域およびＢ領域である。Ａ領域では、赤色光を偏光変換することなくそのまま透過させる。これにより、Ａ領域では、例えば、赤色光をＰ偏光のまま透過させる。また、Ａ領域では、緑色光、および青色光の偏光方向を９０ｄｅｇ偏光回転させる。これにより、Ａ領域では、例えば、緑色光、および青色光をＳ偏光に変換する。Ｂ領域では、赤色光および青色光を偏光変換することなくそのまま透過させる。これにより、Ｂ領域では、例えば、赤色光および青色光をＰ偏光のまま透過させる。また、Ｂ領域では、緑色光の偏光方向を９０ｄｅｇ偏光回転させる。これにより、Ｂ領域では、例えば、緑色光をＳ偏光に変換する。
このように、第１の領域分割波長選択性波長板５１ＡではＡ領域およびＢ領域が、青色光に対して互いに異なる偏光特性を有する。第１の領域分割波長選択性波長板５１Ａからは、青色光についてはＳ偏光とＰ偏光の双方の偏光成分が射出される。これにより、偏光方向の違いによって青色光をＰＢＳ４１で２分岐し、第１のライトバルブ３１と第２のライトバルブ３２との双方に入射させることが可能となる。
第２の領域分割波長選択性波長板５２Ａは、投影光学系２Ｅの瞳位置Ｐ２に配置されている。第２の領域分割波長選択性波長板５２Ａは、それぞれが互いに異なる偏光作用を持つ第３の分割領域および第４の分割領域を含む。第３の分割領域は、第１の領域分割波長選択性波長板５１Ａにおける第１の分割領域に対応する偏光特性を有する。第４の分割領域は、第１の領域分割波長選択性波長板５１Ａにおける第２の分割領域に対応する偏光特性を有する。
照明光学系１Ｅの瞳位置Ｐ１と投影光学系２Ｅの瞳位置Ｐ２は互いに共役となっている。第１の領域分割波長選択性波長板５１Ａにおける第１の分割領域と第３の分割領域は互いに共役となっている。また、第２の分割領域と第４の分割領域は互いに共役となっている。
なお、第１の領域分割波長選択性波長板５１Ａは、照明光学系１Ｅの瞳位置Ｐ１近傍の位置に配置されていてもよい。ただし、第１の領域分割波長選択性波長板５１Ａは、照明光学系１Ｅ内のＰＳコンバータ１７とリレーレンズ１８との間の光路上に配置されていることが好ましい。また、第２の領域分割波長選択性波長板５２Ａは、投影光学系２Ｅの瞳位置Ｐ２近傍の位置に配置されていてもよい。ただし、第２の領域分割波長選択性波長板５２Ａは、投影光学系２Ｅ内の絞り位置の前後にある２つのレンズ間の光路上に配置されていることが好ましい。
その他の構成、作用および効果は、上記第１の実施の形態に係る光学システムと略同様であってもよい。
＜６．第６の実施の形態＞
次に、本開示の第６の実施の形態に係る光学システムについて説明する。なお、以下では、上記第１ないし第５のいずれかの実施の形態に係る光学システムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図２７は、第６の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタ１００Ｆの要部構成を概略的に示している。
第６の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｆは、２板式、かつ透過型蛍光体ホイール１１Ｔを用いる方式となっている。
第６の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｆは、第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００の照明光学系１に代えて、照明光学系１Ｆを備えている。プロジェクタ１００Ｆの照明光学系１Ｆでは、第１の実施の形態における反射型蛍光体ホイール１１、縮小光学系７０、および偏光ダイクロイックプレート１４に代えて、透過型蛍光体ホイール１１Ｔおよび集光光学系７１を備えている。また、１／４波長板１３が構成から省かれている。
図２８は、第６の実施の形態に係る光学システムにおける透過型蛍光体ホイール１１Ｔの平面構成例を概略的に示している。
透過型蛍光体ホイール１１Ｔは、図２８に示したように、蛍光体領域１１１Ｙと、透過拡散板領域１１３とを有している。蛍光体領域１１１Ｙに励起光として青色光を照射することで蛍光光として黄色光が得られる。蛍光体領域１１１Ｙは、蛍光光として黄色光を透過拡散して射出する。透過拡散板領域１１３は、青色光を偏光方向を保持した状態で透過拡散して射出する。
なお、蛍光体領域１１１Ｙの射出側に青色カットフィルタ１１７が設けられていてもよい。これにより、黄色光に混色した青色光をより低減することが可能となる。
その他の構成、作用および効果は、上記第１の実施の形態に係る光学システムと略同様であってもよい。
＜７．第７の実施の形態＞
次に、本開示の第７の実施の形態に係る光学システムについて説明する。なお、以下では、上記第１ないし第６のいずれかの実施の形態に係る光学システムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図２９は、第７の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタ１００Ｇの要部構成を概略的に示している。
第７の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｇは、単板式、かつ反射型蛍光体ホイール１１０を用いる方式となっている。
第７の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｇは、第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００の照明光学系１に代えて、照明光学系１Ｇを備えている。プロジェクタ１００Ｇの照明光学系１Ｇでは、第１の実施の形態における反射型蛍光体ホイール１１に代えて、反射型蛍光体ホイール１１０を備えている。また、第１の波長選択性波長板５１が構成から省かれている。
また、第７の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｇは、第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００の投影光学系２に代えて、投影光学系２Ｇを備えている。プロジェクタ１００Ｇの投影光学系２Ｇでは、第１の実施の形態における第２の波長選択性波長板５２が構成から省かれている。
また、第７の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｇは、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２に代えて、１つのライトバルブ３０を備えている。１つのライトバルブ３０には、ＰＢＳ４１を介して赤色光、緑色光、および青色光が時分割で入射する。１つのライトバルブ３０は、各色光を時分割で変調する。変調後の各色光は時分割の映像光を形成する。各色の映像光は、投影光学系２Ｇによって、スクリーン等の投影面に投影される。
図３０は、反射型蛍光体ホイール１１０の平面構成例を概略的に示している。
反射型蛍光体ホイール１１０は、蛍光体領域１１１Ｙと、反射拡散板領域１１２とを有している。蛍光体領域１１１Ｙには、赤色透過ダイクロイックフィルタ１１８Ｒと緑色透過ダイクロイックフィルタ１１８Ｇとが設けられている。励起光として青色光を照射することで蛍光光として黄色光が得られ、赤色透過ダイクロイックフィルタ１１８Ｒが設けられた領域からは赤色光が射出される。また、緑色透過ダイクロイックフィルタ１１８Ｇが設けられた領域からは緑色光が射出される。
その他の構成、作用および効果は、上記第１の実施の形態に係る光学システムと略同様であってもよい。
＜８．第８の実施の形態＞
次に、本開示の第８の実施の形態に係る光学システムについて説明する。なお、以下では、上記第１ないし第７のいずれかの実施の形態に係る光学システムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図３１は、第８の実施の形態に係る光学システムとしてのプロジェクタ１００Ｈの要部構成例を概略的に示している。
第８の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｈは、単板式、かつ透過型蛍光体ホイール１１０Ｔを用いる方式となっている。
第８の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｈは、第６の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｆ（図２７）の照明光学系１Ｆに代えて、照明光学系１Ｈを備えている。プロジェクタ１００Ｈの照明光学系１Ｈでは、第６の実施の形態における反射型蛍光体ホイール１１に代えて、透過型蛍光体ホイール１１０Ｔを備えている。また、第１の波長選択性波長板５１が構成から省かれている。
また、第８の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｈは、第６の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｆの投影光学系２に代えて、投影光学系２Ｈを備えている。プロジェクタ１００Ｈの投影光学系２Ｈでは、第６の実施の形態における第２の波長選択性波長板５２が構成から省かれている。
また、第８の実施の形態に係るプロジェクタ１００Ｈは、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２に代えて、１つのライトバルブ３０を備えている。１つのライトバルブ３０には、ＰＢＳ４１を介して赤色光、緑色光、および青色光が時分割で入射する。１つのライトバルブ３０は、各色光を時分割で変調する。変調後の各色光は時分割の映像光を形成する。各色の映像光は、投影光学系２Ｈによって、スクリーン等の投影面に投影される。
図３２は、第８の実施の形態に係る光学システムにおける透過型蛍光体ホイール１１０Ｔの平面構成例を概略的に示している。
透過型蛍光体ホイール１１０Ｔは、蛍光体領域１１１Ｙと、透過拡散板領域１１３とを有している。蛍光体領域１１１Ｙには、赤色透過ダイクロイックフィルタ１１８Ｒと緑色透過ダイクロイックフィルタ１１８Ｇとが設けられている。励起光として青色光を照射することで蛍光光として黄色光が得られ、赤色透過ダイクロイックフィルタ１１８Ｒが設けられた領域からは赤色光が射出される。また、緑色透過ダイクロイックフィルタ１１８Ｇが設けられた領域からは緑色光が射出される。
なお、蛍光体領域１１１Ｙの射出側に青色カットフィルタ１１７が設けられていてもよい。これにより、黄色光に混色した青色光をより低減することが可能となる。
その他の構成、作用および効果は、上記第１または第６の実施の形態に係る光学システムと略同様であってもよい。
＜９．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば、本技術は以下のような構成を取ることもできる。
以下の構成の本技術によれば、第１の色光に対する射出特性が互いに異なる第１の領域と第２の領域とを有する領域分割素子を備えるようにしたので、色分離特性が向上し、色域の低下を抑制することが可能となる。
（１）
第１の色光によって励起されて少なくとも１つの色光を含む蛍光光を発する蛍光体領域を有し、第１の期間において前記第１の色光を射出すると共に、第２の期間において前記蛍光光を射出する蛍光発光部と、
前記第１の色光および前記蛍光光のうち少なくとも１つによって照明される１または２つのライトバルブと、
第１の領域と第２の領域とを含み、前記蛍光発光部と前記１または２つのライトバルブとの間の光路上に配置され、前記第１の領域は前記蛍光発光部からの前記第１の色光と前記蛍光光とを前記１または２つのライトバルブに到達可能となるように射出させる特性を有し、前記第２の領域は前記蛍光発光部からの前記蛍光光を前記１または２つのライトバルブに到達可能となるように射出させる特性を有する領域分割素子と
を備える
光学システム。
（２）
前記領域分割素子において、前記第２の領域は、前記第１の領域よりも外側の領域である
上記（１）に記載の光学システム。
（３）
前記領域分割素子において、前記第１の領域と前記第２の領域とが同心円状に設けられている
上記（２）に記載の光学システム。
（４）
前記領域分割素子は、前記第１の領域と前記第２の領域とで波長選択特性が互いに異なる波長選択フィルタである
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の光学システム。
（５）
前記蛍光発光部と前記１または２つのライトバルブとの間の光路上に配置され、前記第１の色光を前記蛍光発光部に向けて反射し、前記蛍光発光部において反射された前記第１の色光および前記蛍光光を透過する偏光ダイクロイックプレート、をさらに備え、
前記波長選択フィルタは、前記蛍光発光部と前記偏光ダイクロイックプレートとの間の光路上に配置されている
上記（４）に記載の光学システム。
（６）
前記蛍光発光部と前記１または２つのライトバルブとの間の光路上に配置され、前記第１の色光を前記蛍光発光部に向けて反射し、前記蛍光発光部において反射された前記第１の色光および前記蛍光光を透過する偏光ダイクロイックプレート、をさらに備え、
前記波長選択フィルタは、前記偏光ダイクロイックプレートと前記１または２つのライトバルブとの間の光路上に配置されている
上記（４）に記載の光学システム。
（７）
前記領域分割素子は、
前記第１の領域と前記第２の領域とで波長選択特性が互いに異なる波長選択フィルタとしての特性と前記第１の領域と前記第２の領域とで偏光特性が互いに異なる偏光ダイクロイックプレートとしての特性とを有し、
前記第１の領域では、第１の偏光成分の前記第１の色光を前記蛍光発光部に向けて反射すると共に、前記蛍光発光部において反射された前記蛍光発光部からの前記蛍光光と第２の偏光成分の前記第１の色光とを透過する特性を有し、
前記第２の領域では、偏光成分に関わらず、前記第１の色光を前記蛍光発光部に向けて反射すると共に、前記蛍光発光部において反射された前記蛍光発光部からの前記蛍光光を透過する特性を有する
上記（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の光学システム。
（８）
前記領域分割素子は、前記第２の領域が、前記蛍光発光部からの前記第１の色光を前記１または２つのライトバルブに到達しないように回折し、前記蛍光発光部からの前記蛍光光を前記１または２つのライトバルブに到達可能となるように回折させる波長選択回折格子の特性を有する
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の光学システム。
（９）
前記蛍光発光部は、前記第１の期間において前記第１の色光を偏光方向を保持した状態で反射して射出する反射拡散板領域をさらに有し、前記蛍光体領域は前記第２の期間において前記蛍光光を反射して射出する
上記（１）ないし（８）のいずれか１つに記載の光学システム。
（１０）
前記蛍光発光部は、前記第１の期間において前記第１の色光を偏光方向を保持した状態で透過して射出する透過拡散板領域をさらに有し、前記蛍光体領域は前記第２の期間において前記蛍光光を透過して射出する
上記（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の光学システム。
（１１）
前記蛍光光は、第２の色光と第３の色光とを含み、
前記２つのライトバルブは、第１のライトバルブと第２のライトバルブとで構成され、
前記第１のライトバルブは、時分割で前記第１の色光と前記第２の色光とによって照明され、
前記第２のライトバルブは、前記第３の色光によって照明されるか、または時分割で前記第１の色光と前記第３の色光とによって照明される
上記（１）ないし（１０）のいずれか１つに記載の光学システム。
（１２）
前記蛍光発光部からの前記第１の色光および前記蛍光光に基づいて前記２つのライトバルブに対する照明光を生成する照明光学系と、
前記照明光学系の瞳位置に配置され、第１の分割領域および第２の分割領域を含み、前記第１の分割領域および前記第２の分割領域が前記第１の色光に対して互いに異なる偏光特性を有する第１の偏光回転素子と、
前記複数のライトバルブによって変調された後の前記複数の色光が入射する投影光学系と、
前記照明光学系の瞳位置に共役な前記投影光学系の瞳位置に配置され、前記第１の分割領域に対応する偏光特性を有する第３の分割領域と第２の分割領域に対応する偏光特性を有する第４の分割領域とを含む第２の偏光回転素子と
をさらに備える
上記（１１）に記載の光学システム。
（１３）
前記蛍光光は、第２の色光と第３の色光とを含み、
前記１つのライトバルブは、時分割で前記第１ないし第３の色光によって照明される
上記（１）ないし（１０）のいずれか１つに記載の光学システム。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ…照明光学系、２，２Ｅ，２Ｇ，２Ｈ…投影光学系、１０…青色光源（励起光源）、１１…反射型蛍光体ホイール（蛍光発光部、Ｙｅ）、１１Ｔ…透過型蛍光体ホイール（蛍光発光部、Ｙｅ）、１２…集光レンズ、１３…１／４波長板（ＱＷＰ）、１３Ａ…１／４波長板（ＱＷＰ）、１３Ａ１…中心領域（内周部）、１３Ａ２…周辺領域（外周部）、１４…偏光ダイクロイックプレート、１４Ａ…偏光ダイクロイックプレート、１６…フライアイレンズアレイ、１７…ＰＳコンバータ（偏光変換素子）、１８…リレーレンズ、１９…偏光子、２１…投射レンズ、２２…偏光子、３０…ライトバルブ、３１…第１のライトバルブ、３２…第２のライトバルブ、４１…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）、５１…第１の波長選択性波長板、５１Ａ…第１の領域分割波長選択性波長板（第１の偏光回転素子）、５２…第２の波長選択性波長板、５２Ａ…第２の領域分割波長選択性波長板（第２の偏光回転素子）、６０…領域分割波長選択フィルタ（領域分割素子）、６０Ａ…領域分割波長選択回折格子（領域分割素子）、６１，６１Ａ…中心領域（第１の領域、内周部）、６２，６２Ａ…周辺領域（第２の領域、外周部）、７０…縮小光学系、７１…集光光学系、８１…中心領域（第１の領域、内周部）、８２…周辺領域（第２の領域、外周部）、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ…プロジェクタ、１１０…反射型蛍光体ホイール（蛍光発光部、ＲＧＢ）、１１０Ｔ…透過型蛍光体ホイール（蛍光発光部、ＲＧＢ）、１１１Ｙ…蛍光体領域（黄色発光蛍光体領域）、１１２…反射拡散板領域、１１３…透過拡散板領域、１１４…基板、１１５…蛍光体、１１６…樹脂、１１７…青色カットフィルタ、１１８Ｒ…赤色透過ダイクロイックフィルタ、１１８Ｇ…緑色透過ダイクロイックフィルタ、３００…ライトバルブ、３００Ｒ…赤用ライトバルブ、３００Ｇ…緑用ライトバルブ、３００Ｂ…青用ライトバルブ、３０１…第１のライトバルブ、３０２…第２のライトバルブ、３１０…偏光ダイクロイックミラー、３１１…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）、３１２…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）、３１３…合成プリズム、３２１…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）、３３１…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）、φＡ…蛍光体領域からの光束の光束径、φＢ…拡散板領域からの光束の光束径、ｔａ…蛍光体発光期間（第２の期間）、ｔｂ…青色光射出期間（第１の期間）、Ｐ１…照明光学系の瞳位置、Ｐ２…投影光学系の瞳位置。

Claims (13)

  1. 第１の色光によって励起されて少なくとも１つの色光を含む蛍光光を発する蛍光体領域を有し、第１の期間において前記第１の色光を射出すると共に、第２の期間において前記蛍光光を射出する蛍光発光部と、
    前記第１の色光および前記蛍光光のうち少なくとも１つによって照明される１または２つのライトバルブと、
    第１の領域と第２の領域とを含み、前記蛍光発光部と前記１または２つのライトバルブとの間の光路上に配置され、前記第１の領域は前記蛍光発光部からの前記第１の色光と前記蛍光光とを前記１または２つのライトバルブに到達可能となるように射出させる特性を有し、前記第２の領域は前記蛍光発光部からの前記蛍光光を前記１または２つのライトバルブに到達可能となるように射出させる特性を有する領域分割素子と
    を備える
    光学システム。
  2. 前記領域分割素子において、前記第２の領域は、前記第１の領域よりも外側の領域である
    請求項１に記載の光学システム。
  3. 前記領域分割素子において、前記第１の領域と前記第２の領域とが同心円状に設けられている
    請求項２に記載の光学システム。
  4. 前記領域分割素子は、前記第１の領域と前記第２の領域とで波長選択特性が互いに異なる波長選択フィルタである
    請求項１に記載の光学システム。
  5. 前記蛍光発光部と前記１または２つのライトバルブとの間の光路上に配置され、前記第１の色光を前記蛍光発光部に向けて反射し、前記蛍光発光部において反射された前記第１の色光および前記蛍光光を透過する偏光ダイクロイックプレート、をさらに備え、
    前記波長選択フィルタは、前記蛍光発光部と前記偏光ダイクロイックプレートとの間の光路上に配置されている
    請求項４に記載の光学システム。
  6. 前記蛍光発光部と前記１または２つのライトバルブとの間の光路上に配置され、前記第１の色光を前記蛍光発光部に向けて反射し、前記蛍光発光部において反射された前記第１の色光および前記蛍光光を透過する偏光ダイクロイックプレート、をさらに備え、
    前記波長選択フィルタは、前記偏光ダイクロイックプレートと前記１または２つのライトバルブとの間の光路上に配置されている
    請求項４に記載の光学システム。
  7. 前記領域分割素子は、
    前記第１の領域と前記第２の領域とで波長選択特性が互いに異なる波長選択フィルタとしての特性と前記第１の領域と前記第２の領域とで偏光特性が互いに異なる偏光ダイクロイックプレートとしての特性とを有し、
    前記第１の領域では、第１の偏光成分の前記第１の色光を前記蛍光発光部に向けて反射すると共に、前記蛍光発光部において反射された前記蛍光発光部からの前記蛍光光と第２の偏光成分の前記第１の色光とを透過する特性を有し、
    前記第２の領域では、偏光成分に関わらず、前記第１の色光を前記蛍光発光部に向けて反射すると共に、前記蛍光発光部において反射された前記蛍光発光部からの前記蛍光光を透過する特性を有する
    請求項１に記載の光学システム。
  8. 前記領域分割素子は、前記第２の領域が、前記蛍光発光部からの前記第１の色光を前記１または２つのライトバルブに到達しないように回折し、前記蛍光発光部からの前記蛍光光を前記１または２つのライトバルブに到達可能となるように回折させる波長選択回折格子の特性を有する
    請求項１に記載の光学システム。
  9. 前記蛍光発光部は、前記第１の期間において前記第１の色光を偏光方向を保持した状態で反射して射出する反射拡散板領域をさらに有し、前記蛍光体領域は前記第２の期間において前記蛍光光を反射して射出する
    請求項１に記載の光学システム。
  10. 前記蛍光発光部は、前記第１の期間において前記第１の色光を偏光方向を保持した状態で透過して射出する透過拡散板領域をさらに有し、前記蛍光体領域は前記第２の期間において前記蛍光光を透過して射出する
    請求項１に記載の光学システム。
  11. 前記蛍光光は、第２の色光と第３の色光とを含み、
    前記２つのライトバルブは、第１のライトバルブと第２のライトバルブとで構成され、
    前記第１のライトバルブは、時分割で前記第１の色光と前記第２の色光とによって照明され、
    前記第２のライトバルブは、前記第３の色光によって照明されるか、または時分割で前記第１の色光と前記第３の色光とによって照明される
    請求項１に記載の光学システム。
  12. 前記蛍光発光部からの前記第１の色光および前記蛍光光に基づいて前記２つのライトバルブに対する照明光を生成する照明光学系と、
    前記照明光学系の瞳位置に配置され、第１の分割領域および第２の分割領域を含み、前記第１の分割領域および前記第２の分割領域が前記第１の色光に対して互いに異なる偏光特性を有する第１の偏光回転素子と、
    前記複数のライトバルブによって変調された後の前記複数の色光が入射する投影光学系と、
    前記照明光学系の瞳位置に共役な前記投影光学系の瞳位置に配置され、前記第１の分割領域に対応する偏光特性を有する第３の分割領域と第２の分割領域に対応する偏光特性を有する第４の分割領域とを含む第２の偏光回転素子と
    をさらに備える
    請求項１１に記載の光学システム。
  13. 前記蛍光光は、第２の色光と第３の色光とを含み、
    前記１つのライトバルブは、時分割で前記第１ないし第３の色光によって照明される
    請求項１に記載の光学システム。
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