JP2021148958A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】被照明領域を効率良く照明できる、光源装置およびプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、光源部と、光源部から射出された光のうち、第１偏光成分を有する第１光を反射させ、第１偏光成分と異なる第２偏光成分を有する第２光を透過させる偏光分離素子と、第１光および第２光が入射し、第１光および第２光を被照明領域において重畳させるレンズと、偏光分離素子により反射された第１光をレンズに向けて反射させる第１反射部材と、偏光分離素子を透過した第２光をレンズに向けて反射させる第２反射部材と、偏光分離素子により反射された第１光の光路上、および偏光分離素子を透過した第２光の光路上、のいずれか一方に配置された位相差板と、を備える。【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。

従来、プロジェクターに用いられる光源装置として、蛍光体を励起して生成した蛍光と青色レーザー光とを合成した照明光の偏光方向を偏光変換素子で揃え、照明光を光変調装置に効率良く入射させることが行われている（例えば、下記特許文献１参照）。偏光変換素子は複数の偏光変換セルを有し、各偏光変換セルに入射した光のうち、一方の偏光であるＰ偏光を透過させるとともに他方の偏光であるＳ偏光を反射して位相差板を透過させることでＰ偏光に変換し、照明光の偏光方向をＰ偏光に揃えている。そのため、偏光変換セルをそのまま透過したＰ偏光と、偏光変換セルにおいて位相差板を経由してＰ偏光に偏光変換されたＳ偏光とを比較すると、Ｐ偏光およびＳ偏光の光路長に差が生じてしまう。

特開２０１２−１２３１７９号公報

上述のように上記光源装置では、偏光変換素子を透過して偏光方向を揃える過程で光路長に差が生じるので、光変調装置上に形成される照明領域の大きさに差が生じ、光変調装置を効率良く照明できなかった。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様によれば、光源部と、前記光源部から射出された光のうち、第１偏光成分を有する第１光を反射させ、前記第１偏光成分と異なる第２偏光成分を有する第２光を透過させる偏光分離素子と、前記第１光および前記第２光が入射し、前記第１光および前記第２光を被照明領域において重畳させるレンズと、前記偏光分離素子により反射された前記第１光を前記レンズに向けて反射させる第１反射部材と、前記偏光分離素子を透過した前記第２光を前記レンズに向けて反射させる第２反射部材と、前記偏光分離素子により反射された前記第１光の光路上、および前記偏光分離素子を透過した前記第２光の光路上、のいずれか一方に配置された位相差板と、を備えることを特徴とする光源装置が提供される。

本発明の第２態様によれば、本発明の第１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写する投写光学装置と、を備えることを特徴とするプロジェクターが提供される。

実施形態のプロジェクターの構成を示す図である。 第１光源装置２０の概略構成図である。 変形例に係る第１光源装置１１Ａの構成を示す図である。 実施形態のプロジェクターの構成を示す図である。 光源装置１２０の概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、光変調装置として液晶パネルを用いたプロジェクターの一例である。
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。

図１は本実施形態のプロジェクターの構成を示す図である。
図１に示す本実施形態のプロジェクター１は、スクリーン（被投写面）ＳＣＲ上にカラー画像を表示する投写型画像表示装置である。プロジェクター１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。

プロジェクター１は、第１光源装置（光源装置）２０と、第２光源装置２１と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投写光学装置６と、を備えている。

第１光源装置２０は、黄色の蛍光からなる第１照明光ＹＬ１を色分離光学系３に向けて射出する。第２光源装置２１は、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに向けて射出する。第１光源装置２０および第２光源装置２１の詳細な構成については後述する。

色分離光学系３は、黄色の第１照明光ＹＬ１を赤色光ＬＲと緑色光ＬＧに分離する。色分離光学系３は、ダイクロイックミラー７と、第１反射ミラー８ａと、第２反射ミラー８ｂと、を備えている。

ダイクロイックミラー７は、第１光源装置２０からの第１照明光ＹＬ１を赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離する。ダイクロイックミラー７は、分離された赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧを反射する。第２反射ミラー８ｂは緑色光ＬＧを光変調装置４Ｂに向けて反射する。第１反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、ダイクロイックミラー７を透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。

一方、第２光源装置２１からの青色光ＬＢは反射ミラー９で光変調装置４Ｂに向けて反射される。

ここで、第２光源装置２１の構成について説明する。
第２光源装置２１は、光源部８１と、集光レンズ８２と、拡散板８３と、ロッドレンズ８４と、リレーレンズ８５と、を有する。光源部８１は、少なくとも一つの半導体レーザーで構成され、レーザー光からなる青色光ＬＢを射出する。すなわち、青色光ＬＢは所定の直線偏光である。青色光ＬＢは光変調装置４Ｂの入射側に設けられた偏光板（図示せず）を透過する直線偏光である。

集光レンズ８２は凸レンズからなり、青色光ＬＢを略集光した状態で拡散板８３に入射させる。拡散板８３は、光源部８１からの青色光ＬＢを所定の拡散度で拡散させて、第１光源装置２０から射出される蛍光Ｙからなる第１照明光ＹＬ１に似た配光分布を有する青色光ＬＢを生成する。拡散板８３としては、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。

拡散板８３で拡散された青色光ＬＢはロッドレンズ８４に入射する。ロッドレンズ８４は第２光源装置２１の光軸ＡＸ２方向に沿って延びる角柱状であり、一端に設けられた光入射端面８４ａと、他端に設けられた光射出端面８４ｂと、を有する。拡散板８３は、ロッドレンズ８４の光入射端面８４ａに光学接着剤（図示略）を介して固定されている。拡散板８３の屈折率とロッドレンズ８４の屈折率とはできるだけ一致させることが望ましい。

青色光ＬＢはロッドレンズ８４内を全反射で伝播することで照度分布の均一性が向上した状態で光射出端面８４ｂから射出される。ロッドレンズ８４から射出された青色光ＬＢはリレーレンズ８５に入射する。リレーレンズ８５はロッドレンズ８４によって照度分布の均一性が向上した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂの画像形成領域上に結像する。青色光ＬＢはリレーレンズ８５および反射ミラー９を介して光変調装置４Ｂに入射する。

本実施形態の第２光源装置２１において、ロッドレンズ８４の光射出端面８４ｂの形状は光変調装置４Ｂの画像形成領域の形状と略相似形の矩形状である。また、ロッドレンズ８４の光射出端面８４ｂと光変調装置４Ｂの画像形成領域とが光学的に共役となるように、リレーレンズ８５が配置される。これにより、ロッドレンズ８４から射出された青色光ＬＢは光変調装置４Ｂの画像形成領域を均一な状態で照明する。

青色光ＬＢの偏光が乱れると、光変調装置４Ｂの入射側に設けられた偏光板（図示せず）に吸収されて光損失が生じてしまう。そのため、本実施形態の第２光源装置２１では、青色光ＬＢの偏光乱れが少なくなるように、拡散板８３の拡散角を小さくするとともにロッドレンズ８４の長さを短くすることが望ましい。なお、ロッドレンズ８４の光射出端面８４ｂに反射型偏光板を配置し、光変調装置４Ｂの入射側に設けられた偏光板（図示せず）を透過できる所定方向の偏光のみを取り出すようにしてもよい。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側および射出側には、偏光板（図示せず）がそれぞれ配置され、特定の方向の直線偏光のみを通過させる構成となっている。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ、フィールドレンズ１０Ｇ、フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ、フィールドレンズ１０Ｇ、およびフィールドレンズ１０Ｂは、それぞれの光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、光変調装置４Ｂに入射する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの主光線を平行化する。

合成光学系５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂから射出された画像光が入射することにより、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投写光学装置６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられる。

投写光学装置６は、複数の投写レンズから構成されている。投写光学装置６は、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投写する。これにより、スクリーンＳＣＲ上に画像が表示される。

続いて、第１光源装置２０の構成について説明する。
図２は、第１光源装置２０の概略構成図である。
図２に示すように、第１光源装置２０は、発光装置１００と、偏光分離素子１０１と、位相差板１０２と、重畳レンズ（レンズ）１０３と、第１ミラー（第１反射部材）１０４と、第２ミラー（第２反射部材）１０５と、を備える。発光装置１００は、波長変換部５０と、励起光源５１と、角度変換部５２と、ミラー５３と、リレーレンズ５４と、を有している。

波長変換部５０は四角柱状の形状を有し、互いに対向する第１端面５０ａおよび第２端面５０ｂと、第１端面５０ａおよび第２端面５０ｂに交差する４つの側面５０ｃと、を有する。波長変換部５０は、蛍光体を少なくとも含み、励起波長帯の励起光Ｅを、励起波長である第１波長帯とは異なる第２波長帯の蛍光（第２光）Ｙに変換する。波長変換部５０において、励起光Ｅは側面５０ｃから入射し、蛍光Ｙは第１端面５０ａから射出される。

なお、波長変換部５０は、必ずしも四角柱状の形状を有していなくてもよく、三角柱などの他の多角形状であってもよい。もしくは、波長変換部５０は、円柱状であってもよい。

波長変換部５０は、励起光Ｅを蛍光Ｙに波長変換するセラミック蛍光体（多結晶蛍光体）を含んでいる。蛍光Ｙの波長帯は、例えば４９０〜７５０ｎｍの黄色の波長域である。すなわち、蛍光Ｙは、赤色光成分および緑色光成分を含む黄色の蛍光である。

波長変換部５０は、多結晶蛍光体に代えて、単結晶蛍光体を含んでいてもよい。もしくは、波長変換部５０は、蛍光ガラスから構成されていてもよい。もしくは、波長変換部５０は、ガラスや樹脂からなるバインダー中に多数の蛍光体粒子が分散された材料から構成されていてもよい。このような材料からなる波長変換部５０は、励起光Ｅを第１波長帯の蛍光Ｙに変換する。

具体的には、波長変換部５０の材料は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。賦活剤としてのセリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例に挙げると、波長変換部５０の材料として、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法、ゾルゲル法等の湿式法により得られるＹ−Ａｌ−Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法、火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等を用いることができる。

励起光源５１は、青色の励起光Ｅを射出するＬＥＤを有する。励起光源５１は、波長変換部５０の側面５０ｃに対向して設けられ、側面５０ｃに向けて励起光Ｅを射出する。第１波長帯である励起波長帯は、例えば４００ｎｍ〜４８０ｎｍの紫色から青色の波長域であり、ピーク波長は例えば４４５ｎｍである。励起光源５１は、波長変換部５０の４つの側面５０ｃのうち、一部の側面５０ｃに対向して設けられていてもよいし、全ての側面５０ｃに対向して設けられていてもよい。

励起光源５１は、青色の励起光Ｅを射出するＬＥＤを有しているが、ＬＥＤの他、導光板、拡散板、レンズ等の他の光学部材を備えていてもよい。ＬＥＤの個数は、特に限定されない。

ミラー５３は、波長変換部５０の第２端面５０ｂに設けられている。ミラー５３は、波長変換部５０の内部を導光し、第２端面５０ｂに到達した蛍光Ｙを反射させる。ミラー５３は、波長変換部５０の第２端面５０ｂに形成された金属膜や誘電体多層膜から構成されている。

上記構成の第１光源装置２０において、励起光源５１から射出された励起光Ｅが波長変換部５０に入射すると、波長変換部５０に含まれる蛍光体が励起され、任意の発光点から蛍光Ｙが発せられる。蛍光Ｙは任意の発光点から全ての方向に向かって進むが、側面５０ｃに向かった蛍光Ｙは、側面５０ｃで全反射し、全反射を繰り返しつつ第１端面５０ａもしくは第２端面５０ｂに向かって進む。第１端面５０ａに向かった蛍光Ｙは角度変換部５２に入射する。一方、第２端面５０ｂに向かった蛍光Ｙは、ミラー５５で反射され、第１端面５０ａに向かって進む。

波長変換部５０に入射した励起光Ｅのうち、蛍光体の励起に使われなかった励起光Ｅの一部は波長変換部５０の周囲の部材や、第２端面５０ｂに設けられたミラー５５で反射され再利用される。

角度変換部５２は、波長変換部５０の第１端面５０ａの光射出側に設けられている。角度変換部５２は、波長変換部５０から射出された蛍光Ｙが入射する光入射部５２ａと、蛍光Ｙを射出する光射出部５２ｂと、蛍光Ｙを光射出部５２ｂに向けて反射させる側面５２ｃと、を有する。

本実施形態において、角度変換部５２は、光の進行方向に沿って断面積が大きく変化するテーパーロッドで構成されている。角度変換部５２は、中心を通る光軸Ｊに垂直な断面積が光の進行方向に沿って拡がっており、光射出部５２ｂの段面積は光入射部５２ａの段面積よりも大きい。具体的に、光射出部５２ｂにおける端面５２ｂ１の面積は、光入射部５２ａにおける端面５２ａ１の面積よりも大きい。なお、角度変換部５２の光軸Ｊは発光装置１００の光軸ＡＸ３と一致しており、第１光源装置１１の照明光軸ＡＸ１と所定角度で交差する。
なお、角度変換部５２はテーパーロッドに限定されず、光の進行方向に沿って断面積が大きく変化する複合放物面型集光器（Compound Parabolic Concentrator, ＣＰＣ）で構成されていてもよい。

上記構成の角度変換部５２に入射した蛍光Ｙは、角度変換部５２の内部を進行する間に、側面５２ｃで全反射する毎に光軸Ｊに平行な方向に向きを変える。このようにして、角度変換部５２は、光射出部５２ｂにおける蛍光Ｙの最大射出角度を光入射部５２ａにおける蛍光Ｙの最大入射角度よりも小さくする。蛍光Ｙを射出する角度変換部５２の光射出部５２ｂは、発光装置１００において光を発光する発光領域に相当する。

本実施形態において、角度変換部５２の光射出部（発光領域）５２ｂの形状は、蛍光Ｙを分離した赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧが入射する光変調装置４Ｒ，４Ｇの被照明領域である画像形成領域と相似関係を有している。

一般的に光射出領域の面積と光の立体角（最大射出角）との積で規定される光のエテンデューは保存されるため、角度変換部５２の透過前後においても蛍光Ｙのエテンデューは保存される。本実施形態の角度変換部５２は、上述のように光射出部５２ｂの端面５２ｂ１の面積を光入射部５２ａの端面５２ａ１の面積よりも大きくした構成を有する。そのため、エテンデュー保存の観点から鑑みても、本実施形態の角度変換部５２は、光射出部５２ｂにおける蛍光Ｙの最大射出角度を光入射部５２ａに入射する蛍光Ｙの最大入射角よりも小さい角度とすることが可能である。

角度変換部５２の光射出部５２ｂから射出された蛍光Ｙはリレーレンズ５４に入射する。リレーレンズ５４は蛍光Ｙの平行度を高めることで蛍光Ｙの光束の拡がりを抑える。

上記の構成を有する発光装置１００は略平行化した黄色の蛍光Ｙを偏光分離素子１０１に向けて射出する。なお、図２では発光装置１００から射出される蛍光Ｙについて主光線のみを示している。

偏光分離素子１０１は偏光ビームスプリッターで構成される。偏光分離素子１０１は非偏光である蛍光Ｙを、偏光分離素子１０１に対するＳ偏光成分（第１偏光成分）を有する第１光Ｙ１とＰ偏光成分（第２偏光成分）を有する第２光Ｙ２とに分離する偏光分離機能を有する。偏光分離素子１０１は、Ｓ偏光成分の第１光Ｙ１を反射させ、Ｐ偏光成分の第２光Ｙ２を透過させることで蛍光Ｙを２つの光に分離する。

本実施形態において、偏光分離素子１０１は発光装置１００の光軸ＡＸ３と所定角度で交差するように配置されている。具体的に、偏光分離素子１０１は、発光装置１００から射出された蛍光Ｙの入射角が、例えば５０度〜６０度の範囲となるように、発光装置１００に対して配置される。

偏光分離素子１０１により反射された第１光Ｙ１は第１ミラー１０４に入射する。第１ミラー１０４は、偏光分離素子１０１により反射された第１光Ｙ１を重畳レンズ１０３に入射させる。重畳レンズ１０３は第１光源装置１１の照明光軸ＡＸ１上に配置された凸レンズで構成される。重畳レンズ１０３の中心軸１０３Ｃは照明光軸ＡＸ１と一致している。

一方、偏光分離素子１０１を透過した第２光Ｙ２は位相差板１０２に入射する。位相差板１０２は、偏光分離素子１０１を透過した第２光Ｙ２の光路上、例えば、偏光分離素子１０１における発光装置１００と反対側の面に対向して配置されている。位相差板１０２は１／２波長板である。位相差板１０２を透過した第２光Ｙ２は、Ｓ偏光成分の光に変換される。位相差板１０２を透過した第２光Ｙ２は第１光Ｙ１と同じＳ偏光成分の光に変換される。

偏光分離素子１０１を透過するとともに位相差板１０２を経由した第２光Ｙ２は、第２ミラー１０５に入射する。第２ミラー１０５は、偏光分離素子１０１を透過した第２光Ｙ２を重畳レンズ１０３に入射させる。

重畳レンズ１０３は、発光装置１００のリレーレンズ５４とともに、角度変換部５２から射出した蛍光Ｙを光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域上に結像する。すなわち、本実施形態において、角度変換部５２の光射出部５２ｂと光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域とは光学的に共役となっている。

上記構成を有する本実施形態の第１光源装置１１は、第１光Ｙ１および第２光Ｙ２を含む黄色の第１照明光ＹＬ１を色分離光学系３に向けて射出する。第１光Ｙ１および第２光Ｙ２は上述のようにいずれもＳ偏光成分であるため、第１光Ｙ１および第２光Ｙ２を含む第１照明光ＹＬ１の偏光方向は揃っている。なお、第１照明光ＹＬ１は光変調装置４Ｒ，４Ｇおよび光変調装置４Ｒ，４Ｇの入射側に設けられた偏光板（図示せず）を透過する直線偏光である。

色分離光学系３に入射した第１照明光ＹＬ１は上述のように色分離光学系３のダイクロイックミラー７により赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離される。赤色光ＬＲは第１光Ｙ１および第２光Ｙ２の赤色成分で構成されるため、光変調装置４Ｒの画像形成領域（被照明領域）上で重畳される。また、緑色光ＬＧは第１光Ｙ１および第２光Ｙ２の緑色成分で構成されるため、光変調装置４Ｇの画像形成領域（被照明領域）上で重畳される。このように、第１光源装置１１から射出された第１照明光ＹＬ１は、赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離されて光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域を照明する。

ここで、本実施形態の第１光源装置１１において、第１光Ｙ１における偏光分離素子１０１から重畳レンズ１０３までの光路長（第１光路長）Ｌ１と、第２光Ｙ２における偏光分離素子１０１から重畳レンズ１０３までの光路長（第２光路長）Ｌ２と、は等しい。

図２に示したように、本実施形態の第１光源装置１１において、重畳レンズ１０３に入射した第１光Ｙ１および第２光Ｙ２は、重畳レンズ１０３の中心を通る中心軸１０３Ｃに対して対称となる位置に入射する。これにより、重畳レンズ１０３を透過して被照明領域で重畳される第１光Ｙ１および第２光Ｙ２に生じる光路長差を低減することができる。

したがって、本実施形態のプロジェクター１では、例えば、第１照明光ＹＬ１のうちの赤色光ＬＲに着目した場合、図２に示すように、第１光Ｙ１における偏光分離素子１０１から光変調装置４Ｒまでの光路長（第３光路長）Ｌ３と、第２光Ｙ２における偏光分離素子１０１から光変調装置４Ｒまでの光路長（第４光路長）Ｌ４と、が等しくなっている。また、緑色光ＬＧについても同様、第１光Ｙ１および第２光Ｙ２における偏光分離素子１０１から光変調装置４Ｇまでの光路長が等しくなる。

（実施形態の効果）
本実施形態の第１光源装置１１およびプロジェクター１によれば以下の効果を奏する。
本実施形態の第１光源装置１１は、発光装置１００と、発光装置１００から射出された第１照明光ＹＬ１のうち、Ｓ偏光成分を有する第１光Ｙ１を反射させ、Ｐ偏光成分を有する第２光Ｙ２を透過させる偏光分離素子１０１と、第１光Ｙ１および第２光Ｙ２が入射し、第１光Ｙ１および第２光Ｙ２を被照明領域において重畳させる重畳レンズ１０３と、偏光分離素子１０１により反射された第１光Ｙ１を重畳レンズ１０３に向けて反射させる第１ミラー１０４と、偏光分離素子１０１を透過した第２光Ｙ２を重畳レンズ１０３に向けて反射させる第２ミラー１０５と、偏光分離素子１０１を透過した第２光Ｙ２の光路上に配置された位相差板１０２と、を備える。

本実施形態の第１光源装置１１では、第１照明光ＹＬ１を偏光分離した第１光Ｙ１および第２光Ｙ２の偏光方向を揃えるとともに、偏光分離素子１０１の両側に配置された第１ミラー１０４および第２ミラー１０５によって第１光Ｙ１および第２光Ｙ２が重畳レンズ１０３に入射するようになる。これにより、偏光分離素子１０１から重畳レンズ１０３までの第１光Ｙ１および第２光Ｙ２の光路長差が小さくなるので、第１照明光ＹＬ１を構成する第１光Ｙ１および第２光Ｙ２が被照明領域上に形成する照明領域の大きさを揃えることができる。

したがって、本実施形態の第１光源装置１１によれば、第１照明光ＹＬ１により被照明領域を効率良く照明できるので、光利用効率の高い光源装置が提供される。また、本実施形態の第１光源装置１１によれば、偏光変換素子のような複雑な構造の部材を用いることなく、偏光分離素子１０１および位相差板１０２によって偏光方向を揃えた第１照明光ＹＬ１を生成することができる。

また、本実施形態の第１光源装置１１において、発光装置１００は、励起光源５１と、励起光源５１からの励起光Ｅで励起されて蛍光Ｙを発する波長変換部５０と、を有する。

この構成によれば、発光装置１００において蛍光Ｙを生成することができる。よって、第１光源装置１１は、蛍光Ｙからなる黄色の第１照明光ＹＬ１を射出することができる。

また、本実施形態の第１光源装置１１において、第１光Ｙ１における偏光分離素子１０１から重畳レンズ１０３までの第１光路長Ｌ１と、第２光Ｙ２における偏光分離素子１０１から重畳レンズ１０３までの第２光路長Ｌ２と、が等しい。

この構成によれば、偏光分離素子１０１から重畳レンズ１０３までの第１光Ｙ１および第２光Ｙ２の光路長が等しくなるので、第１光Ｙ１および第２光Ｙ２を含む第１照明光ＹＬ１によって被照明領域である光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域を効率良く照明することができる。

また、本実施形態の第１光源装置１１において、第１光Ｙ１および第２光Ｙ２は、重畳レンズ１０３において、重畳レンズ１０３の中心を通る中心軸１０３Ｃに対して対称となる位置に入射する。

この構成によれば、重畳レンズ１０３から被照明領域までの第１光Ｙ１および第２光Ｙ２の光路長が等しくなる。これにより、第１光Ｙ１および第２光Ｙ２を含む第１照明光ＹＬ１は被照明領域をより効率良く照明することができる。

本実施形態のプロジェクター１は、上記の第１光源装置１１と、第１光源装置１１からの第１照明光ＹＬ１を画像情報に応じて変調する光変調装置４Ｒ，４Ｇと、光変調装置４Ｒ，４Ｂにより変調された光を投写する投写光学装置６と、を備える。

本実施形態のプロジェクター１によれば、上記の第１光源装置１１を備えるため、光利用効率が高く、明るい画像を表示することができる。また、第１光源装置１１から射出される第１照明光ＹＬ１は直線偏光であるため、第１照明光ＹＬ１を分離した赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧは光変調装置４Ｒ，４Ｇの入射側に設けられた偏光板（図示せず）を透過する。よって、光変調装置４Ｒ，４Ｇによる第１照明光ＹＬ１の光損失が低減される。

また、本実施形態のプロジェクター１において、第１光源装置１１から射出された第１光Ｙ１および第２光Ｙ２を含む第１照明光ＹＬ１は、光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域上で重畳される。

この構成によれば、第１照明光ＹＬ１によって光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域を効率良く照明できる。

また、本実施形態のプロジェクター１において、光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域の形状は、第１光源装置１１の発光装置１００における発光領域である光射出部５２ｂの形状と相似関係を有する。

この構成によれば、蛍光Ｙの発光領域の形状と蛍光Ｙが結像する光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域の形状とが相似であるため、蛍光Ｙによって光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域を効率良く照明することができる。

また、本実施形態のプロジェクター１において、第１光Ｙ１における偏光分離素子１０１から光変調装置４Ｒ，４Ｇまでの第３光路長Ｌ３と、第２光Ｙ２における偏光分離素子１０１から光変調装置４Ｒ，４Ｇまでの第４光路長Ｌ４と、が等しい。

この構成によれば、偏光分離素子１０１から光変調装置４Ｒ，４Ｇまでの第１光Ｙ１および第２光Ｙ２の光路長が等しくなるので、第１光Ｙ１および第２光Ｙ２を含む第１照明光ＹＬ１によって光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域を効率良く照明することができる。これにより、明るい画像を表示することができる。

（変形例）
図３は変形例に係る第１光源装置１１Ａの構成を示す図である。
図３に示すように、本実施形態の第１光源装置１１Ａは、角度変換部５２の光射出部５２ｂにロッドレンズ５６を設けている。ロッドレンズ５６は角度変換部５２の光軸Ｊ方向に沿って延びる角柱状であり、一端に設けられた光入射端面５６ａと、他端に設けられた光射出端面５６ｂと、を有する。

本変形例の第１光源装置１１Ａによれば、角度変換部５２の光射出部５２ｂに設けられたロッドレンズ５６を備えるので、光射出部５２ｂから射出された蛍光Ｙはロッドレンズ５６内部を全反射されることで伝播し、光射出端面５６ｂからより均一な光強度分布を有した状態で射出される。すなわち、本変形例の第１光源装置１１Ａにおいて、ロッドレンズ５６の光射出端面５６ｂは蛍光Ｙの発光領域となる。

本変形例において、光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域の形状は、第１光源装置１１における第１照明光ＹＬ１の発光領域、すなわち蛍光Ｙの発光領域であるロッドレンズ５６の光射出端面５６ｂの形状と、相似関係を有する。これにより、蛍光Ｙの発光領域の形状と蛍光Ｙが結像する光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域の形状とが相似であるため、蛍光Ｙによって光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域を効率良く照明することができる。

本変形例の第１光源装置１１Ａによれば、ロッドレンズ５６を備えることで、より均一な強度分布を有する赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧによって光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域を効率良く照明できる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態のプロジェクターについて説明する。なお、上記実施形態と同一の構成および部材については同じ符号を付し、詳細については説明を省略する。

図４は本実施形態のプロジェクターの構成を示す図である。
図４に示すように、本実施形態のプロジェクター１Ａは、光源装置１２０と、色分離光学系２と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投写光学装置６と、を備えている。

光源装置１２０は、白色の照明光ＷＬを色分離光学系２に向けて射出する。光源装置１２０の詳細な構成については後述する。

色分離光学系２は、照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢに分離する。色分離光学系２は、第１のダイクロイックミラー１７ａ及び第２のダイクロイックミラー１７ｂと、第１の反射ミラー１８ａ、第２の反射ミラー１８ｂ及び第３の反射ミラー１８ｃと、第１のリレーレンズ１９ａ及び第２のリレーレンズ１９ｂとを備えている。

第１のダイクロイックミラー１７ａは、光源装置１２０からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光である緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢとに分離する。第１のダイクロイックミラー１７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光である緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを反射する。一方、第２のダイクロイックミラー１７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過することによって、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。

第１の反射ミラー１８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー１７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２の反射ミラー１８ｂ及び第３の反射ミラー１８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー１７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ１９ａは青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー１７ｂと第２の反射ミラー１８ｂとの間に配置されている。第２のリレーレンズ１９ｂは青色光ＬＢの光路中における第２の反射ミラー１８ｂと第３の反射ミラー１８ｃとの間に配置されている。

本実施形態の色分離光学系２において、第１のダイクロイックミラー１７ａにおいて分離された赤色光ＬＲの第１のダイクロイックミラー１７ａから光変調装置４Ｒまでの光路長と、第１のダイクロイックミラー１７ａにおいて分離された緑色光ＬＧの第１のダイクロイックミラー１７ａから光変調装置４Ｇまでの光路長と、は等しい。なお、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧの光路長よりも長いが、第１のリレーレンズ１９ａおよび第２のリレーレンズ１９ｂによって青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧの光路長よりも長いことに起因した青色光ＬＢの光損失を補償することができる。

続いて、光源装置１２０の構成について説明する。
図５は、光源装置１２０の概略構成図である。
図５に示すように、光源装置１２０は、発光装置２００と、偏光分離素子１０１と、位相差板１０２と、重畳レンズ１０３と、第１ミラー１０４と、第２ミラー１０５と、を備える。本実施形態の発光装置２００は、第１の発光部２００Ａと、第２の発光部２００Ｂと、ダイクロイックミラー２０１と、リレーレンズ２０２と、を含む。

本実施形態の発光装置２００は、第１の発光部２００Ａから射出される黄色の蛍光Ｙと、第２の発光部２００Ｂから射出される青色光ＬＢと、をダイクロイックミラー２０１で合成し、白色光Ｗを射出する。

第１の発光部２００Ａは、波長変換部５０と、励起光源５１と、角度変換部５２と、ミラー５３と、を有している。上記の構成を有する第１の発光部２００Ａは、波長変換部５０で生成した蛍光Ｙをダイクロイックミラー２０１に向けて射出するようになっている。

本実施形態において、第１の発光部２００Ａの角度変換部５２の光射出部５２ｂの形状は、光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域の形状と略相似形の矩形状である。また、角度変換部５２の光射出部５２ｂと光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域とが光学的に共役となるように、リレーレンズ２０２および重畳レンズ１０３が配置される。これにより、第１の発光部２００Ａから射出された蛍光Ｙは光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域を均一な状態で照明する。

第２の発光部２００Ｂは、光源部８１と、集光レンズ８２と、拡散板８３と、ロッドレンズ８４と、を有している。上記の構成を有する第２の発光部２００Ｂは、光源部８１から射出した青色光ＬＢを拡散板８３で拡散してダイクロイックミラー２０１に向けて射出するようになっている。第２の発光部２００Ｂの光軸ＡＸ５は、第１の発光部２００Ａの光軸ＡＸ４と直交している。

本実施形態の光源装置１２０では、青色光ＬＢについても位相差板１０２により所定の直線偏光に変換されるため、拡散板８３およびロッドレンズ８４における偏光の乱れを考慮する必要がない。そのため、本実施形態の光源装置１２０では、必要に応じて、拡散板８３における拡散角を大きくしたり、ロッドレンズ８４の長さを延ばすことができる。このように拡散角が大きい拡散板８３を用いるともに、長いロッドレンズ８４を用いることで、青色光ＬＢの光強度の均一性をより向上できる。

本実施形態において、第２の発光部２００Ｂのロッドレンズ８４の光射出端面８４ｂの形状は、光変調装置４Ｂの画像形成領域の形状と略相似形の矩形状である。また、ロッドレンズ８４の光射出端面８４ｂと光変調装置４Ｂの画像形成領域とが光学的に共役となるように、リレーレンズ２０２および重畳レンズ１０３が配置される。これにより、第２の発光部２００Ｂから射出された青色光ＬＢは光変調装置４Ｂの画像形成領域を均一な状態で照明する。

ダイクロイックミラー２０１は、第１の発光部２００Ａの光軸ＡＸ４および第２の発光部２００Ｂの光軸ＡＸ５と９０度の角度をなすように配置されている。
ダイクロイックミラー２０１は、第１の発光部２００Ａから射出された蛍光Ｙを透過させ、第２の発光部２００Ｂから射出された青色光ＬＢを反射することで白色光Ｗを合成して生成する。ダイクロイックミラー２０１から射出された白色光Ｗはリレーレンズ２０２に入射する。リレーレンズ２０２は、白色光Ｗの平行度を高めることで白色光Ｗの光束の拡がりを抑える。

上記の構成を有する発光装置２００は略平行化した白色光Ｗを偏光分離素子１０１に向けて射出する。なお、図５では発光装置２００から射出される白色光Ｗについて主光線のみを示している。

発光装置２００から射出された白色光Ｗは、偏光分離素子１０１において第１光Ｗ１、第２光Ｗ２に分離され、第１ミラー１０４および第２ミラー１０５により反射されて、第１光Ｗ１および第２光Ｗ２は重畳レンズ１０３にそれぞれ入射する。また、位相差板１０２を透過することで、第１光Ｗ１および第２光Ｗ２の偏光方向を揃えることができる。重畳レンズ１０３は、発光装置２００のリレーレンズ２０２とともに白色光Ｗを光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域上に結像する。

本実施形態の光源装置１２０において、第１光Ｗ１における偏光分離素子１０１から重畳レンズ１０３までの光路長（第１光路長）Ｌ１と、第２光Ｗ２における偏光分離素子１０１から重畳レンズ１０３までの光路長（第２光路長）Ｌ２と、は等しい。

したがって、本実施形態のプロジェクター１Ａでは、例えば、照明光ＷＬのうちの赤色光ＬＲに着目した場合、第１光Ｗ１における偏光分離素子１０１から光変調装置４Ｒまでの光路長（第３光路長）Ｌ３と、第２光Ｗ２における偏光分離素子１０１から光変調装置４Ｒまでの光路長（第４光路長）Ｌ４と、が等しくなっている。また、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢについても同様、第１光Ｙ１および第２光Ｙ２における偏光分離素子１０１から各光変調装置４Ｇ，４Ｂまでの光路長がそれぞれ等しい。

以上のように本実施形態の光源装置１２０によれば、白色の照明光ＷＬによって被照明領域である各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域を効率良く照明できる。また、本実施形態のプロジェクター１Ａによれば、上記の光源装置１２０を備えるため、より明るい画像を表示することができる。

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、位相差板１０２は偏光分離素子１０１を透過した第２光の光路上に設けられたが、位相差板１０２を配置する位置はこれに限定されない。例えば、位相差板１０２は偏光分離素子１０１により反射された第１光の光路上に設けられていてもよい。この場合、位相差板１０２を透過した第１光の偏光方向を第２光に揃えることができる。

また、上記実施形態においては、透過型のプロジェクターに本発明の光源装置を適用した場合の例について説明したが、本発明の光源装置は反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過する形態であることを意味する。「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射する形態であることを意味する。なお、光変調装置は、液晶ライトバルブに限られず、例えばデジタルマイクロミラーデバイスが用いられてもよい。

また、上記実施形態において、３つの液晶パネルを用いたプロジェクターの例を挙げたが、本発明は、１つの液晶ライトバルブのみを用いたプロジェクター、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。

また、上記実施形態では、本発明の光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限定されない。本発明の光源装置は、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。

１，１Ａ…プロジェクター、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投写光学装置、２０…第１光源装置（光源装置）、５０…波長変換部、５１…励起光源、５２ｂ…光射出部（発光領域）、１００，２００…発光装置、１０１…偏光分離素子、１０２…位相差板、１０３…重畳レンズ（レンズ）、１０３Ｃ…中心軸、１０４…第１ミラー（第１反射部材）、１０５…第２ミラー（第２反射部材）、１２０…光源装置、Ｅ…励起光、Ｌ１…第１光路長、Ｌ２…第２光路長、Ｌ３…第３光路長、Ｌ４…第４光路長、Ｗ１，Ｙ１…第１光、Ｗ２，Ｙ２…第２光、Ｙ…蛍光（第２光）。

Claims (8)

1. 発光装置と、
   前記発光装置から射出された光のうち、第１偏光成分を有する第１光を反射させ、前記第１偏光成分と異なる第２偏光成分を有する第２光を透過させる偏光分離素子と、
   前記第１光および前記第２光が入射し、前記第１光および前記第２光を被照明領域において重畳させるレンズと、
   前記偏光分離素子により反射された前記第１光を前記レンズに向けて反射させる第１反射部材と、
   前記偏光分離素子を透過した前記第２光を前記レンズに向けて反射させる第２反射部材と、
   前記偏光分離素子により反射された前記第１光の光路上、および前記偏光分離素子を透過した前記第２光の光路上、のいずれか一方に配置された位相差板と、を備える
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記発光装置は、励起光源と、前記励起光源からの光で励起されて蛍光を発する波長変換部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１光における前記偏光分離素子から前記レンズまでの第１光路長と、前記第２光における前記偏光分離素子から前記レンズまでの第２光路長と、が等しい
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第１光および前記第２光は、前記レンズにおいて、前記レンズの中心を通る中心軸に対して対称となる位置に入射する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項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写する投写光学装置と、を備える
   ことを特徴とするプロジェクター。
6. 前記光源装置から射出された前記第１光および前記第２光は、前記光変調装置の画像形成領域上で重畳される
   ことを特徴とする請求項５に記載のプロジェクター。
7. 前記光変調装置の前記画像形成領域の形状は、前記光源装置の前記発光装置における発光領域の形状と相似関係を有する
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプロジェクター。
8. 前記第１光における前記偏光分離素子から前記光変調装置までの第３光路長と、前記第２光における前記偏光分離素子から前記光変調装置までの第４光路長と、が等しい
   ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載のプロジェクター。

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