JP2022049464A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】偏光方向が揃えられた複数の色光を射出する光源装置を提供する。【解決手段】光源装置２は光源部２１と、第１偏光方向に偏光する第１光を透過、第２偏光方向に偏光する第１光を反射する第１偏光分離層２２１と、第１偏光方向に偏光する第１光を透過する第１光学層２２２および第２偏光分離層２３１と、第１偏光方向に偏光する第１光を反射する第２光学層２３２と、拡散素子２６と、第１光を波長変換して第２光を射出する波長変換素子２８と、第１色分離素子３７を備える。第２偏光分離層は第１偏光方向に偏光する第２光を透過、第２偏光方向に偏光する第２光を反射する。第２光学層は第１偏光方向に偏光する第２光を透過、第１光学層は第２偏光方向に偏光する第２光を反射する。第１光学層は第１光を透過、第１偏光分離層は拡散素子から入射される第１光を透過する。第１色分離素子は第２光を第３光と第４光に分離し、第４光が波長変換素子に入射する。【選択図】図３

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、偏光方向が揃えられ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１つの態様によれば、第１波長帯を有し、第１偏光方向に偏光する光と前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に偏光する光とを含む第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偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向に透過し、前記第２偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向と交差する第２方向に反射する第１偏光分離層と、前記第１偏光分離層に対して前記第１方向に配置され、前記第１偏光分離層から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向に透過する第１光学層と、前記第１光学層に対して前記第１方向に配置され、前記第１光学層から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を透過する第２偏光分離層と、前記第２偏光分離層に対して前記第１方向に配置され、前記第２偏光分離層から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を前記第２方向に反射する第２光学層と、前記第１偏光分離層から前記第２方向に沿って入射される前記第１光を拡散させ、拡散した前記第１光を前記第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光学層から前記第２方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を波長変換し、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、前記第１光学層に対して前記第３方向に配置される第１色分離素子と、を備え、前記第２偏光分離層は、前記波長変換素子から前記第３方向に沿って前記第２光が入射され、前記第１偏光方向に偏光する前記第２光を前記第３方向に透過し、前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を前記第１方向とは反対方向である第４方向に反射し、前記第２光学層は、前記第２偏光分離層から前記第３方向に沿って入射する前記第１偏光方向に偏光する前記第２光を前記第３方向に透過させ、前記第１光学層は、前記第４方向に沿って入射する前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を前記第３方向に反射し、前記第１偏光分離層は、前記拡散素子から前記第３方向に沿って射出されて入射する前記第１光を前記第３方向に透過させ、前記第１光学層は、前記第１偏光分離層から前記第３方向に沿って射出されて入射する前記第１光を前記第３方向に透過させ、前記第１色分離素子は、前記第１光学層から前記第３方向に沿って入射される前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を前記第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第３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４光と、に分離し、前記第１色分離素子で分離された前記第４光は、前記波長変換素子に入射する光源装置が提供される。
本発明の１つの態様によれば、第１波長帯を有し、第１偏光方向に偏光する光と前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に偏光する光とを含む第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偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向に透過し、前記第２偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向と交差する第２方向に反射する第１偏光分離層と、前記第１偏光分離層に対して前記第１方向に配置され、前記第１偏光分離層から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向に透過する第１光学層と、前記第１光学層に対して前記第１方向に配置され、前記第１光学層から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を透過する第２偏光分離層と、前記第２偏光分離層に対して前記第１方向に配置され、前記第２偏光分離層から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を前記第２方向に反射する第２光学層と、前記第１偏光分離層から前記第２方向に沿って入射される前記第１光を拡散させ、拡散した前記第１光を前記第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１偏光分離層から前記第２方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を波長変換し、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、前記第１光学層に対して前記第１方向とは反対方向である第４方向に配置される第１色分離素子と、を備え、前記第２偏光分離層は、前記波長変換素子から前記第３方向に沿って前記第２光が入射され、前記第１偏光方向に偏光する前記第２光を前記第３方向に透過し、前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を前記第４方向に反射し、前記第２光学層は、前記第２偏光分離層から前記第３方向に沿って入射する前記第１偏光方向に偏光する前記第２光を前記第３方向に透過させ、前記第１光学層は、前記第４方向に沿って前記第２偏光方向に偏光する前記第２光が入射され、前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を前記第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第３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４光と、に分離し、前記第１偏光分離層は、前記拡散素子から前記第３方向に沿って射出されて入射する前記第１光を前記第３方向に透過し、前記第１光学層から前記第４方向に入射する前記第４光を透過させ、前記第１光学層は、前記第１偏光分離層から前記第３方向に沿って射出されて入射する前記第１光を前記第３方向に透過させ、前記第１色分離素子は、前記光源部から射出された前記第１光を前記第１方向に透過させるとともに、前記第１偏光分離層から前記第４方向に入射する前記第４波長帯を有する前記第４光を前記第１方向に反射させ、前記第１色分離素子で反射された前記第４光は、前記波長変換素子に入射する光源装置が提供される。
本発明の１つの態様によれば、本発明の１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、を備えるプロジェクターが提供される。
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。 ライトトンネルの構成を示す斜視図である。 ライトトンネルを－Ｘ方向から＋Ｘ方向に視た側面図である。 －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。 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方向から見た第２実施形態の光源装置の要部における平面図である。 波長変換素子に入射する赤色光の偏光状態を示す模式図である。 ＋Ｙ方向から見た第３実施形態の光源装置の要部における平面図である。 ＋Ｙ方向から見た第４実施形態の光源装置の要部における平面図である。
［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、緑色光ＧＬｓ、緑色光ＧＬｓ１および赤色光ＲＬｓ４である。
光源装置２は、光源部２１と、第１光学部材２２と、第２光学部材２３と、第２位相差素子２４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３７と、第２色分離素子２９と、第４位相差素子３０と、第５位相差素子３２と、第３色分離素子３３と、ライトトンネル４０と、を有する。
なお、本実施形態のＰ偏光成分は特許請求の範囲の第１偏光方向に偏光する光に相当し、Ｓ偏光成分は特許請求の範囲の第２偏光方向に偏光する光に相当する。また、後述するように、第１光学部材２２および第２光学部材２３と、第２色分離素子２９および第３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光学部材２２および第２光学部材２３に対する偏光方向で表しており、第２色分離素子２９および第３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光学部材２２および第２光学部材２３に対するＰ偏光成分は、第２色分離素子２９および第３色分離素子３３に対するＳ偏光成分であり、第１光学部材２２および第２光学部材２３に対するＳ偏光成分は、第２色分離素子２９および第３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光学部材２２および第２光学部材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光学部材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、回転位相差装置２１３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、各発光素子２１１は、青色波長帯を有する青色光ＢＬｓを射出する。本実施形態において、青色波長帯を有する青色光ＢＬｓは特許請求の範囲の第１波長帯の光に対応する。
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、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ているが、回転位相差装置２１３によってＳ偏光とＰ偏光の光量比が任意に設定できるため、Ｐ偏光成分の青色光を射出するように配置されていてもよい。すなわち、発光素子２１１は、射出光軸を中心として９０°回転していてもよい。
複数のコリメーターレンズ２１２は、複数の発光素子２１１と回転位相差装置２１３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。
回転位相差装置２１３は、第３位相差素子２１３１と、回転装置２１３２と、を有する。第３位相差素子２１３１は、第３位相差素子２１３１に入射する光の進行方向に沿う回転軸、すなわち、Ｘ軸と平行な回転軸Ｒ２を中心として回転可能とされている。回転装置２１３２は、モーター等から構成され、第３位相差素子２１３１を回転させる。
第３位相差素子２１３１は、青色波長帯に対する１／２波長板または１／４波長板で構成されている。第３位相差素子２１３１に入射されたＳ偏光成分の青色光ＢＬｓの一部は、第３位相差素子２１３１によってＰ偏光成分の青色光ＢＬｐに変換される。このため、第３位相差素子２１３１を透過した青色光は、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓと、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐと、が所定の割合で混在した光となる。すなわち、第３位相差素子２１３１は、発光素子２１１から射出される青色光ＢＬｓが入射され、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓとＰ偏光成分の青色光ＢＬｐとを含む青色光を射出する。
回転装置２１３２によって第３位相差素子２１３１の回転角が調整されることにより、第３位相差素子２１３１を透過した光に含まれるＳ偏光成分の青色光ＢＬｓの光量とＰ偏光成分の青色光ＢＬｐの光量との割合が調整される。なお、青色光ＢＬｓの光量と青色光ＢＬｐの光量との割合を調整する必要がない場合には、第３位相差素子２１３１を回転させる回転装置２１３２は設けられていなくてもよい。その場合には、青色光ＢＬｓの光量と青色光ＢＬｐの光量との割合が予め設定された光量の割合になるように、第３位相差素子２１３１の回転角が設定された後、第３位相差素子２１３１の回転位置が固定される。
このようにして、本実施形態の光源部２１は、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓとＰ偏光成分の青色光ＢＬｐとを含む青色波長帯を有する第１光ＢＬを射出する。本実施形態において、青色波長帯を有する第１光ＢＬ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。また、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐは特許請求の範囲の第１偏光方向に偏光する光に対応し、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓは特許請求の範囲の第２偏光方向に偏光する光に対応する。
なお、本実施形態では、複数の発光素子２１１の全てがＳ偏光成分の青色光ＢＬｓを射出する構成であるが、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓを射出する発光素子２１１と、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐを射出する発光素子２１１と、が混在していてもよい。この構成によれば、回転位相差装置２１３を省略することもできる。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。
［第１光学部材の構成］
第１光学部材２２には、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓとＰ偏光成分の青色光ＢＬｐとを含む第１光ＢＬが、＋Ｘ方向に沿って入射される。第１光学部材２２は、プレート型の偏光分離素子で構成されている。第１光学部材２２は、第１透明基板２２０と、第１偏光分離層２２１と、第１光学層２２２と、を有する。第１透明基板２２０は、互いに逆方向を向く第１面２２０ａおよび第２面２２０ｂを有する。第１透明基板２２０は、一般的な光学ガラス板から構成されている。
第１透明基板２２０は、Ｘ軸およびＺ軸に対して４５°傾斜するように配置される。言い換えると、第１透明基板２２０は、ＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。
第１透明基板２２０は、第１面２２０ａを光源部２１側に向けるように配置される。第１偏光分離層２２１は第１透明基板２２０の第１面２２０ａに形成される。したがって、第１偏光分離層２２１は光源部２１に対向配置されるとともにＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。
第１偏光分離層２２１は、入射される光のうち、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。さらに、第１偏光分離層２２１は、青色波長帯の光に対して、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光分離特性を有する。このため、第１光学部材２２は、＋Ｘ方向に沿って入射される青色光のうち、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に沿って透過させ、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓを－Ｚ方向に反射する。第１偏光分離層２２１は、例えば誘電体多層膜から構成されている。
第１光学層２２２は、第１透明基板２２０の第２面２２０ｂに形成される。すなわち、第１光学層２２２は、第１偏光分離層２２１に対して＋Ｘ方向に配置されている。第１光学層２２２は、青色波長帯の光を偏光状態によらず透過させるとともに、青色波長帯よりも長い波長帯を有する光に対しては、偏光状態に係わらず、光を反射する光学特性を有する。本実施形態において、第１光学層２２２はダイクロイックミラーで構成されている。なお、第１光学層２２２として、青色波長帯および黄色波長帯の光に対してＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射させる偏光分離特性を有した誘電体多層膜を用いてもよい。
なお、本実施形態の第１光学部材２２はプレート型の偏光分離素子であるため、第１透明基板２２０の第１面２２０ａに形成する第１偏光分離層２２１の機能と、第１透明基板２２０の第２面２２０ｂに形成する第１光学層２２２の機能とを分離して設計することができる。そのため、第１偏光分離層２２１および第１光学層２２２の膜設計は比較的容易なものとなる。
第１偏光分離層２２１を透過したＰ偏光成分の青色光ＢＬｐは第１透明基板２２０を透過して第１光学層２２２に入射する。第１光学層２２２は、第１偏光分離層２２１から＋Ｘ方向に沿って入射されるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に透過する。
上記構成の第１光学部材２２によれば、光源部２１から射出された第１光ＢＬをＰ偏光成分の青色光ＢＬｐとＳ偏光成分の青色光ＢＬｓとに分離し、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に透過させることで第２光学部材２３に入射させ、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓを－Ｚ方向に反射して拡散装置２６に入射させることが可能である。
［第２光学部材の構成］
第２光学部材２３は、第１光学部材２２に対して＋Ｘ方向に配置されている。すなわち、第２光学部材２３は、第１光学層２２２に対して＋Ｘ方向に配置されている。第２光学部材２３には、第１光学部材２２を透過したＰ偏光成分の青色光ＢＬｐが入射される。第２光学部材２３は、第１光学部材２２と同様、プレート型の偏光分離素子で構成されている。第２光学部材２３は、第２透明基板２３０と、第２偏光分離層２３１と、第２光学層２３２と、を有する。
第２透明基板２３０は、互いに逆方向を向く第３面２３０ａおよび第４面２３０ｂを有する。第２透明基板２３０は、一般的な光学ガラス板から構成されている。
第２透明基板２３０は、Ｘ軸およびＺ軸に対して４５°傾斜するように配置される。言い換えると、第２透明基板２３０は、ＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。
第２透明基板２３０は、第３面２３０ａを第１光学部材２２側に向けるように配置される。すなわち、第２透明基板２３０の第３面２３０ａと第１透明基板２２０の第２面２２０ｂとは互いに対向している。第２偏光分離層２３１は第２透明基板２３０の第３面２３０ａに形成される。したがって、第２偏光分離層２３１は第１光学層２２２に対向配置されるとともにＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。
第２偏光分離層２３１は、黄色波長帯の光に対して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。また、第２偏光分離層２３１は、青色波長帯の光に対してＰ偏光成分を透過させる特性を有する。このため、第２偏光分離層２３１は、第１光学層２２２から＋Ｘ方向に沿って入射されるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に透過する。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。なお、第２偏光分離層２３１として、青色波長帯、赤色波長帯および黄色波長帯のすべての光に対して、Ｐ偏光成分を透過、Ｓ偏光成分を反射させる偏光分離特性を有した誘電体多層膜を用いてもよい。
第２光学層２３２は、第２透明基板２３０の第４面２３０ｂに形成される。すなわち、第２光学層２３２は、第２偏光分離層２３１に対して＋Ｘ方向に配置されている。第２光学層２３２は、青色波長帯の光を反射させるとともに、青色波長帯よりも長い波長帯を有する光を透過する光学特性を有する。第２光学層２３２は、第２偏光分離層２３１から＋Ｘ方向に沿って入射されるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐを－Ｚ方向に反射する。
本実施形態において、第２光学層２３２はダイクロイックミラーで構成されるため、第２光学層２３２は偏光を用いることなく、入射される光を反射または透過させることで精度良く分離可能である。
上記構成の第２光学部材２３によれば、第１光学部材２２を透過して＋Ｘ方向に入射したＰ偏光成分の青色光ＢＬｐを－Ｚ方向に反射して波長変換素子２８に入射させることが可能である。
本実施形態の第２光学部材２３はプレート型の偏光分離素子であるため、第２透明基板２３０の第３面２３０ａに形成する第２偏光分離層２３１の機能と、第２透明基板２３０の第４面２３０ｂに形成する第２光学層２３２の機能とを分離して設計することができる。そのため、第２偏光分離層２３１および第２光学層２３２の膜設計は比較的容易なものとなる。
［第２位相差素子の構成］
第２位相差素子２４は、第１光学部材２２に対して－Ｚ方向に配置されている。すなわち、第２位相差素子２４は、Ｚ軸上において第１光学部材２２と拡散装置２６との間に配置されている。第２位相差素子２４には、第１光学部材２２の第１偏光分離層２２１により－Ｚ方向に反射されたＳ偏光成分の青色光ＢＬｓが入射する。第２位相差素子２４は、入射される青色光ＢＬｓの青色波長帯に対する１／４波長板で構成されている。第１光学部材２２で反射されたＳ偏光成分の青色光ＢＬｓは、第２位相差素子２４によって例えば右回りの円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換された後、第１集光素子２５に向けて射出される。すなわち、第２位相差素子２４は、入射される青色光ＢＬｓの偏光状態を変換する。
［第１集光素子の構成］
第１集光素子２５は、第２位相差素子２４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２位相差素子２４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２位相差素子２４から入射される青色光ＢＬｃ１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ＢＬｃ２を平行化する。なお、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光学部材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ＢＬｃ１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ＢＬｃ１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Ｒ１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ＢＬｃ１は、拡散板２６１で反射されることにより、回転方向が反対方向の円偏光である青色光ＢＬｃ２に変換される。すなわち、右回りの円偏光の青色光ＢＬｃ１は、拡散板２６１によって左回りの円偏光の青色光ＢＬｃ２に変換される。拡散装置２６から射出された青色光ＢＬｃ２は、第１集光素子２５を＋Ｚ方向に通過した後、第２位相差素子２４に再び入射する。このとき、第１集光素子２５から第２位相差素子２４に入射される青色光ＢＬｃ２は、第２位相差素子２４によって、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐに変換される。変換された青色光ＢＬｐは、第１光学部材２２に入射する。すなわち、第１偏光分離層２２１は、拡散板２６１から＋Ｚ方向に沿って射出されて入射する青色光ＢＬｐを＋Ｚ方向に透過させる。第１光学層２２２は、第１偏光分離層２２１から＋Ｚ方向に沿って射出されて第１透明基板２２０を透過して入射する青色光ＢＬｐを＋Ｚ方向に透過させる。このようにして、変換された青色光ＢＬｐは、第１光学部材２２から＋Ｚ方向に射出され、第１色分離素子３７に入射する。
［第２集光素子の構成］
第２集光素子２７は、第２光学部材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光学部材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光学部材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光学部材２３に向けて射出する。なお、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光学部材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、第２光学部材２３の第２光学層２３２から－Ｚ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐ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５００～６５０ｎｍ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、＋Ｚ方向に沿って第２集光素子２７を透過して略平行化された後、第２光学部材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光学部材２３の第２偏光分離層２３１は、入射される光のうち、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過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光学部材２２の第１光学層２２２に入射される。上述したように、第１光学層２２２は、青色波長帯よりも長い波長帯を有する光に対しては、偏光状態に係わらず、光を反射する光学特性を有する。そのため、第１光学層２２２は、－Ｘ方向に沿って入射するＳ偏光成分の黄色光ＹＬｓを＋Ｚ方向に反射する。Ｓ偏光成分の黄色光ＹＬｓは、第１色分離素子３７に入射する。
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光学層２３２に入射する。上述したように、第２光学層２３２は、青色波長帯よりも長い波長帯を有する光を透過する光学特性を有する。そのため、第２光学層２３２は、第２偏光分離層２３１から＋Ｚ方向に沿って入射するＰ偏光成分の黄色光ＹＬｐを＋Ｚ方向に透過させる。
本実施形態の第２光学部材２３によれば、Ｐ偏光成分の黄色光ＹＬｐを＋Ｚ方向に射出することが可能である。
本実施形態において、Ｐ偏光成分の黄色光ＹＬｐは、特許請求の範囲の第１偏光方向に偏光する第２光に対応し、Ｓ偏光成分の黄色光ＹＬｓは、特許請求の範囲の第２偏光方向に偏光する第２光に対応する。
［ライトトンネルの構成］
図４はライトトンネル４０の構成を示す斜視図である。図５はライトトンネル４０を－Ｘ方向から＋Ｘ方向に視た側面図である。
図４に示すように、ライトトンネル４０は、第１ミラー１４１と、第２ミラー１４２と、第３ミラー１４３と、を有する。第１ミラー１４１と、第２ミラー１４２と、第３ミラー１４３とは、接着材等により互いに接合されている。また、第１透明基板２２０および第２透明基板２３０は、接着材等により第１ミラー１４１および第２ミラー１４２に接合されている。第１ミラー１４１、第２ミラー１４２および第３ミラー１４３からなるライトトンネル４０は、第１光学部材２２および第２光学部材２３と対向する側の面が全て反射面とされている。これにより、ライトトンネル４０は、後段の光学要素に向けて広がって進む光を反射させることで光の損失を抑制する機能を有する。また、ライトトンネル４０は、第１透明基板２２０および第２透明基板２３０を支持する支持部材としての機能を有する。
第１ミラー１４１は第１透明基板２２０および第２透明基板２３０に対して、＋Ｙ方向に配置されている。第１ミラー１４１は、少なくとも第１透明基板２２０および第２透明基板２３０に面する内面側が光反射面とされている。
第２ミラー１４２は、第１透明基板２２０および第２透明基板２３０に対して、－Ｙ方向に配置されている。第２ミラー１４２は、少なくとも第１透明基板２２０および第２透明基板２３０に面する内面側が光反射面とされている。第１ミラー１４１と第２ミラー１４２とは、ＸＺ平面に沿って配置され、互いに対向している。
第３ミラー１４３は、第１透明基板２２０および第２透明基板２３０に交差するように配置される。第３ミラー１４３はＹＺ面に沿うように配置され、第１ミラー１４１の＋Ｘ方向の端部１４１ａと第２ミラー１４２の＋Ｘ方向の端部１４２ａとを接続している。第３ミラー１４３と第２透明基板２３０とは、４５°の角度をなしている。第３ミラー１４３は、少なくとも第２透明基板２３０に面する内面側が光反射面とされている。
なお、本実施形態において、＋Ｙ方向は特許請求の範囲の第５方向に対応し、－Ｙ方向は特許請求の範囲の第６方向に対応する。
なお、ライトトンネル４０は、本実施形態のように必ずしも３枚の板材が互いに接合された構成を有していなくてもよく、少なくとも２枚の板材が一体に形成されていてもよい。
本実施形態において、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によって略平行化されるが、一部の成分は発散した状態で第２光学部材２３に入射する。ここで、比較例として、本実施形態の光源装置２からライトトンネル４０を取り除いた光源装置について考える。
第２光学部材２３はプレート型の偏光分離素子であるため、比較例の光源装置のようにライトトンネル４０を有しない場合、第２集光素子２７から射出された黄色光ＹＬの一部が第２光学部材２３よりも外側に拡がることで黄色光ＹＬの光利用効率が低下するおそれがある。なお、第２光学部材２３としてプレート型の偏光分離素子を用いれば、第２集光素子２７から広角で射出される光をプリズム表面で屈折させて内部に取り込み可能となるが、プレート型の偏光分離素子を用いることによる膜設計性の容易さ等のメリットが得られなくなってしまう。
これに対して、本実施形態の光源装置２ではライトトンネル４０を備えるため、図５に示すように、Ｙ方向において拡がった黄色光ＹＬを第１ミラー１４１および第２ミラー１４２で反射することで第２光学部材２３に取り込むことができる。すなわち、本実施形態の光源装置２によれば、第２光学部材２３としてプレート型の偏光分離素子を用いながらも、プリズム型の偏光分離素子で第２光学部材を構成する場合のように第２集光素子から広角で射出される光を内部に取り込むことが可能である。これにより、黄色光ＹＬの光利用効率を向上させることができる。
なお、図示は省略するが、例えば、＋Ｘ方向に拡がった黄色光ＹＬは第３ミラー１４３で反射されることで第２光学部材２３に取り込むことができる。また、第１集光素子２５から射出されてＹ方向に拡がった青色光ＢＬｐを第１ミラー１４１および第２ミラー１４２で反射することで第１光学部材２２に取り込むことができる。これにより、青色光ＢＬｐの光利用効率を向上させることができる。さらに、光源部２１からＹ方向に拡がった状態で射出された第１光ＢＬについても第１ミラー１４１および第２ミラー１４２で反射することで第１光学部材２２に効率良く取り込むことができる。これにより、第１光ＢＬの光利用効率を向上させることができる。
［第１色分離素子の構成］
第１色分離素子３７は、第１光学部材２２に対して＋Ｚ方向に配置されている。第１色分離素子３７は、緑色光を透過させ、赤色光を反射させる特性を有するダイクロイックミラーで構成されている。第１色分離素子３７は、第１光学部材２２の第１光学層２２２から＋Ｚ方向に沿って入射される黄色光ＹＬｓを緑色光ＧＬｓと赤色光ＲＬｓとに分離する。緑色光ＧＬｓは黄色光ＹＬｓの波長帯のうち緑色波長帯を有する光であり、赤色光ＲＬｓは黄色光ＹＬｓの波長帯のうち赤色波長帯を有する光である。
本実施形態の緑色波長帯を有する光、すなわち、緑色光ＧＬｓは、特許請求の範囲の第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第３光に対応する。また、本実施形態の赤色波長帯を有する光、すなわち、赤色光ＲＬｓは、特許請求の範囲の第３波長帯とは異なる第４波長帯を有する第４光に対応する。
黄色光ＹＬｓに含まれる緑色光ＧＬｓは第１色分離素子３７を透過して、＋Ｚ方向に射出される。一方、黄色光ＹＬｓに含まれる赤色光ＲＬｓは第１色分離素子３７で反射される。第１色分離素子３７によって反射された赤色光ＲＬｓは第１光学部材２２の第１光学層２２２に入射する。上述したように、第１光学層２２２は黄色光ＹＬｓを反射する特性を有するため、黄色光ＹＬｓに含まれていた赤色光ＲＬｓを反射する。第１光学層２２２で反射された赤色光ＲＬｓは、第２光学部材２３の第２偏光分離層２３１に入射する。上述したように、第２偏光分離層２３１は黄色光ＹＬｓを反射する特性を有するため、黄色光ＹＬｓに含まれていた赤色光ＲＬｓを反射する。赤色光ＲＬｓは第２集光素子２７で集光されて波長変換素子２８に入射する。すなわち、第１色分離素子３７において黄色光ＹＬｓから分離された赤色光ＲＬｓは、第１光学層２２２および第２偏光分離層２３１でそれぞれ反射されることで波長変換素子２８に入射する。
上述したように、波長変換素子２８に含有される黄色蛍光体は、外部から入射された黄色光をほとんど吸収しないことから、黄色蛍光体は、赤色光ＲＬｓもほとんど吸収しない。このため、波長変換素子２８に入射された赤色光ＲＬｓは、波長変換素子２８の内部で繰り返し反射されることによってＳ偏光およびＰ偏光が混在した非偏光の赤色光として、黄色蛍光体にて生じた黄色光ＹＬとともに、波長変換素子２８の外部に射出される。波長変換素子２８から射出された非偏光の赤色光ＲＬｍはＳ偏光成分の赤色光とＰ偏光成分の赤色光とを半分ずつ含んでいる。
第２光学部材２３に入射した非偏光の赤色光ＲＬｍは、黄色光ＹＬｐと同様、第２偏光分離層２３１において、図３に示すように、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１とＳ偏光成分の赤色光ＲＬｓ１とに分離される。すなわち、Ｓ偏光成分の赤色光ＲＬｓ１は、黄色光ＹＬｓと同様、第２偏光分離層２３１および第１光学層２２２を経由して第１色分離素子３７に入射し、第１色分離素子３７で反射されることで再び波長変換素子２８に戻る。また、第２光学層２３２は、第２偏光分離層２３１を＋Ｚ方向に透過したＰ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１を＋Ｚ方向に透過させる。すなわち、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１は、黄色光ＹＬｐと同様、第２光学部材２３から＋Ｚ方向に射出される。
本実施形態において、非偏光の赤色光ＲＬｍは、特許請求の範囲の波長変換素子から射出された第４光に対応する。また、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１は、特許請求の範囲の第１偏光方向に偏光する光に対応する。また、Ｓ偏光成分の赤色光ＲＬｓ１は、特許請求の範囲の第２偏光方向に偏光する光に対応する。
［第２色分離素子の構成］
図６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６は、第２色分離素子２９、第４位相差素子３０等を－Ｘ方向から見た状態を示している。図６においては、図面を見やすくするため、回転位相差装置２１３、第２位相差素子２４、第１集光素子２５、および拡散装置２６等の図示を省略している。
図６に示すように、第２色分離素子２９は、第１光学部材２２に対して＋Ｚ方向に配置されている。第２色分離素子２９は、ダイクロイックプリズム２９１と、反射プリズム２９２と、を有する。ダイクロイックプリズム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２色分離素子２９は、第１光学部材２２から＋Ｚ方向に射出された光を、青色光ＢＬｐと緑色光ＧＬｓとに分離する。
ダイクロイックプリズム２９１には、第１光学部材２２から射出された青色光ＢＬｐと緑色光ＧＬｓとを含む光が入射される。ダイクロイックプリズム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色分離素子から構成されている。２つの基材の界面には、色分離層２９１１が設けられている。色分離層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、色分離層２９１１は、ＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。
色分離層２９１１は、入射される光のうち、青色光を透過させ、青色波長帯よりも大きい波長帯を有する色光、すなわち、緑色光を反射するダイクロイックミラーとして機能する。このため、第１光学部材２２からダイクロイックプリズム２９１に入射した光のうち、青色光ＢＬｐは、色分離層２９１１を＋Ｚ方向に透過して、ダイクロイックプリズム２９１の外部に射出される。
一方、第１光学部材２２からダイクロイックプリズム２９１に入射した光のうち、緑色光ＧＬｓは、色分離層２９１１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２９１に代えて、色分離層２９１１を有するダイクロイックミラーを採用してもよい。また、第２色分離素子２９は、偏光分離層を有する偏光分離素子と、反射プリズム２９２とを有する構成であってもよい。ダイクロイックプリズム２９１に代えて、例えば入射された青色光ＢＬｐを＋Ｚ方向に透過させ、緑色光ＧＬｓを反射プリズム２９２に向けて－Ｙ方向に反射させる偏光分離素子を第２色分離素子２９に採用したとしても、ダイクロイックプリズム２９１を有する第２色分離素子２９と同様に、青色光ＢＬｐと緑色光ＧＬｓとを分離することができる。
反射プリズム２９２は、ダイクロイックプリズム２９１に対して－Ｙ方向に配置されている。反射プリズム２９２には、色分離層２９１１で反射された黄色光ＹＬｓが入射される。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ＹＺ平面に対して４５°傾斜している。すなわち、反射層２９２１と色分離層２９１１とは、平行に配置されている。
反射層２９２１は、ダイクロイックプリズム２９１から－Ｙ方向に入射される緑色光ＧＬｓを＋Ｚ方向に反射する。反射層２９２１によって反射された緑色光ＧＬｓ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を有する反射ミラーを採用してもよい。
［第４位相差素子の構成］
第４位相差素子３０は、ダイクロイックプリズム２９１に対する＋Ｚ方向に配置されている。換言すると、第４位相差素子３０は、ダイクロイックプリズム２９１から射出される青色光ＢＬｐの光路上に配置されている。第４位相差素子３０は、入射される青色光ＢＬｐが有する青色波長帯に対する１／２波長板で構成されている。第４位相差素子３０は、ダイクロイックプリズム２９１から入射される青色光ＢＬｐを、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓに変換する。第４位相差素子３０によってＳ偏光成分に変換された青色光ＢＬｓは、光源装置２から＋Ｚ方向に射出されて、図１に示す均一化装置４に入射する。なお、第４位相差素子３０は、ダイクロイックプリズム２９１の青色光ＢＬｐが射出される面に接して設けられていてもよい。
すなわち、緑色光ＧＬｓ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、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－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５位相差素子の構成］
図７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７は、＋Ｘ方向から見た第５位相差素子３２および第３色分離素子３３を示している。なお、図７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７に示すように、第５位相差素子３２は、第２光学部材２３に対して＋Ｚ方向に配置されている。第５位相差素子３２には、第２光学部材２３を透過した黄色光ＹＬｐが入射する。第５位相差素子３２には、第１色分離素子３７によって黄色光ＹＬｓから分離され、波長変換素子２８から射出されて第２光学部材２３を透過した赤色光ＲＬｐ１が入射する。第５位相差素子３２は、黄色光ＹＬｐの黄色波長帯および赤色光ＲＬｐ１の赤色波長帯に対する１／２波長板で構成されている。第５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ＹＬｓ１に変換し、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１をＳ偏光成分の赤色光ＲＬｓ２に変換する。Ｓ偏光成分に変換された黄色光ＹＬｓ１および赤色光ＲＬｓ２は、第３色分離素子３３に入射する。
［第３色分離素子の構成］
図７に示すように、第３色分離素子３３は、第５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３色分離素子３３は、第２光学部材２３に対して＋Ｚ方向に配置されている。第３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３色分離素子３３は、第２光学部材２３から＋Ｚ方向に射出され、第５位相差素子３２によってＳ偏光成分に変換された黄色光ＹＬｓ１を緑色光ＧＬｓ１と赤色光ＲＬｓ３とに分離する。
ダイクロイックプリズム３３１は、ダイクロイックプリズム２９１と同様、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ＹＺ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として機能する。このため、ダイクロイックプリズム３３１に入射した黄色光ＹＬｓ１のうち、Ｓ偏光の緑色光ＧＬｓ１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ＧＬｓ１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ＧＬｓ１は、青色光ＢＬｓおよび緑色光ＧＬｓとは空間的に分離され、青色光ＢＬｓ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、緑色光ＧＬｓ１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ＹＬｓ１のうち、Ｓ偏光成分の赤色光ＲＬｓ３は、色分離層３３１１で－Ｙ方向に反射される。また、第５位相差素子３２によってＳ偏光成分に変換された赤色光ＲＬｓ２は、Ｓ偏光成分の赤色光ＲＬｓ３とともに色分離層３３１１で－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、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ＲＬｓ２および赤色光ＲＬｓ３を＋Ｚ方向に反射する。反射層３３２１で反射された赤色光ＲＬｓ２および赤色光ＲＬｓ３は、反射プリズム３３２の外部に射出される。以下、赤色光ＲＬｓ２および赤色光ＲＬｓ３をまとめて単に赤色光ＲＬｓ４と称す。
赤色光ＲＬｓ４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ＲＬｓ４は、青色光ＢＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および緑色光ＧＬｓ１とは空間的に分離され、青色光ＢＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および緑色光ＧＬｓ１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ＲＬｓ４は、光源装置２における緑色光ＧＬｓ１の射出位置から－Ｙ方向に離れ、緑色光ＧＬｓ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８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８に示すように、光源装置２から射出された青色光ＢＬｓ、緑色光ＧＬｓ１、緑色光ＧＬｓ１、および赤色光ＲＬｓ４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ＧＬｓ１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ＲＬｓ４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５光に対応し、緑色光ＧＬｓは特許請求の範囲の第６光に対応し、緑色光ＧＬｓ１は特許請求の範囲の第７光に対応し、赤色光ＲＬｓ４は特許請求の範囲の第８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、緑色光ＧＬｓ、緑色光ＧＬｓ１、および赤色光ＲＬｓ４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、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９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９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９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。
図９に示すように、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、緑色光ＧＬｓ、緑色光ＧＬｓ１、および赤色光ＲＬｓ４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に緑色光ＧＬｓを入射させ、第３サブ画素ＳＸ３に緑色光ＧＬｓ１を入射させ、第４サブ画素ＳＸ４に赤色光ＲＬｓ４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、偏光方向が揃った複数の色光、すなわち、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓ、Ｓ偏光成分の緑色光ＧＬｓ、Ｓ偏光成分の緑色光ＧＬｓ１、およびＳ偏光成分の赤色光ＲＬｓ４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、偏光方向が揃えられ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、光変調装置６における４つのサブ画素ＳＸのうちの２つのサブ画素ＳＸ２，ＳＸ３に緑色光が入射されるため、画素ＰＸに入射される緑色光の光量を増やすことができる。これにより、投射画像の視感度を高めることができる。
また、本実施形態の光源装置２では、青色波長帯を有し、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐとＳ偏光成分の青色光ＢＬｓとを含む第１光ＢＬを射出する光源部２１と、光源部２１から＋Ｘ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に透過し、青色光ＢＬｓを－Ｚ方向に反射する第１偏光分離層２２１と、第１偏光分離層２２１に対して＋Ｘ方向に配置され、第１偏光分離層２２１から＋Ｘ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に透過する第１光学層２２２と、第１光学層２２２に対して＋Ｘ方向に配置され、第１光学層２２２から＋Ｘ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐを透過する第２偏光分離層２３１と、第２偏光分離層２３１に対して＋Ｘ方向に配置され、第２偏光分離層２３１から＋Ｘ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐを－Ｚ方向に反射する第２光学層２３２と、第１偏光分離層２２１から－Ｚ方向に沿って入射される青色光ＢＬｃ１を拡散させ、拡散した青色光ＢＬｃ２を－Ｚ方向とは反対方向に射出する拡散板２６１と、第２光学層２３２から－Ｚ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐを波長変換し、黄色波長帯を有する黄色光ＹＬを＋Ｚ方向に射出する波長変換素子２８と、第１光学層２２２に対して＋Ｚ方向に配置される第１色分離素子３７と、を備える。第２偏光分離層２３１は、波長変換素子２８から＋Ｚ方向に沿って黄色光ＹＬが入射され、黄色光ＹＬｐを＋Ｚ方向に透過し、黄色光ＹＬｓを－Ｘ方向に反射し、第２光学層２３２は、第２偏光分離層２３１から＋Ｚ方向に沿って入射する黄色光ＹＬｐを＋Ｚ方向に透過させ、第１光学層２２２は、－Ｘ方向に沿って入射する黄色光ＹＬｓを＋Ｚ方向に反射し、第１偏光分離層２２１は、拡散板２６１から＋Ｚ方向に沿って射出されて入射する青色光ＢＬｃ２を＋Ｚ方向に透過させ、第１光学層２２２は、第１偏光分離層２２１から＋Ｚ方向に沿って射出されて入射する青色光ＢＬｐを＋Ｚ方向に透過させ、第１色分離素子３７は、第１光学層２２２から＋Ｚ方向に沿って入射される黄色光ＹＬｓを緑色光ＧＬｓと、赤色光ＲＬｓと、に分離し、第１色分離素子３７で分離された赤色光ＲＬｓは、波長変換素子２８に入射する。
本実施形態の光源装置２によれば、第１色分離素子３７において黄色光ＹＬｓから分離した赤色光ＲＬｓを波長変換素子２８に入射させることで、黄色光ＹＬとともに非偏光の赤色光ＲＬｍを波長変換素子２８から射出させることができる。非偏光の赤色光ＲＬｍの一部であるＰ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１は、黄色光ＹＬｐと同様、第２光学部材２３から＋Ｚ方向に射出される。
本実施形態の場合、赤色光ＲＬｐ１を赤色光ＲＬｓ４の一部として取り出すことができる。すなわち、第１色分離素子３７において黄色光ＹＬから分離した赤色成分の一部を赤色光ＲＬｓ４として再利用できるので、赤色成分の光利用効率を向上させることができる。したがって、投射画像の赤色成分の色再現性を高めることができる。
また、本実施形態の光源装置２では、第１色分離素子３７によって反射された赤色光ＲＬｓは、第１光学層２２２および第２偏光分離層２３１でそれぞれ反射されることで波長変換素子２８に入射する構成としている。
この構成によれば、第１色分離素子３７において黄色光ＹＬｓから分離した赤色光ＲＬｓを波長変換素子２８に確実に入射させることができる。これにより、赤色光の光利用効率を向上させることができる。
また、本実施形態の光源装置２では、第２偏光分離層２３１は、波長変換素子２８から射出された赤色光ＲＬｍを、赤色光ＲＬｓ１とＰ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１とに分離する構成としている。第２光学層２３２は、第２偏光分離層２３１を＋Ｚ方向に透過した赤色光ＲＬｐ１を＋Ｚ方向に透過させる構成としている。
この構成によれば、赤色光ＲＬｍから分離したＰ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１を赤色光ＲＬｓ４として取り出すことができる。これにより、赤色光ＲＬｓ４の光量を増やすことで投射画像の色再現性を高めることができる。
また、本実施形態の光源装置２では、第１偏光分離層２２１と拡散板２６１との間に設けられ、第１偏光分離層２２１から－Ｚ方向に沿って青色光ＢＬｓが入射される第２位相差素子２４をさらに備える構成としている。
この構成によれば、第１光学部材２２と第１集光素子２５との間に第２位相差素子２４が設けられているため、拡散装置２６から射出された円偏光の青色光ＢＬｃ２をＰ偏光成分の青色光ＢＬｐに変換し、第１光学部材２２の第１偏光分離層２２１を透過させることができる。これにより、拡散装置２６から射出された青色光ＢＬｃ２の利用効率を高めることができる。
また、本実施形態の光源装置２では、光源部２１は、発光素子２１１と、発光素子２１１から射出される光が入射され、第１光ＢＬを射出する第３位相差素子２１３１と、を有する構成としている。
この構成によれば、光源部２１が第３位相差素子２１３１を備えているため、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐとＳ偏光成分の青色光ＢＬｓとを第１光学部材２２に確実に入射させることができる。さらに、この構成によれば、複数の発光素子２１１から射出される光の偏光方向が同じでよいため、同一の固体光源を同一の向きに配置すればよく、光源部２１の構成を簡単にすることができる。
また、本実施形態の光源装置２では、第３位相差素子２１３１は、第３位相差素子３１３１に入射する光の進行方向に沿う回転軸を中心として回転可能とされている構成としている。
この構成によれば、第３位相差素子２１３１が＋Ｘ方向に沿う回転軸Ｒ２を中心として回転可能とされているため、第３位相差素子２１３１の回転角を調整することによって、第１光学部材２２に入射される青色光ＢＬｓの光量と青色光ＢＬｐの光量との割合を調整することができる。これにより、光源装置２から射出される青色光ＢＬｓの光量と、黄色光ＹＬｓ、緑色光ＧＬｓおよび赤色光ＲＬｓの光量との割合を調整できるため、光源装置２のホワイトバランスを調整することができる。
また、本実施形態の光源装置２では、第１面２２０ａと第２面２２０ｂとを有する第１透明基板２２０をさらに備え、第１偏光分離層２２１は、第１透明基板２２０の第１面２２０ａに形成され、第１光学層２２２は、第１透明基板２２０の第２面２２０ｂに形成される構成としている。
この構成によれば、第１透明基板２２０の両面を利用することで第１偏光分離層２２１および第１光学層２２２を簡便且つ精度良く形成できる。
また、本実施形態の光源装置２では、第３面２３０ａと第４面２３０ｂとを有する第２透明基板２３０をさらに備え、第２透明基板２３０の第３面２３０ａと第１透明基板２２０の第２面２２０ｂとは互いに対向し、第２偏光分離層２３１は、第２透明基板２３０の第３面２３０ａに形成され、第２光学層２３２は、第２透明基板２３０の第４面２３０ｂに形成される構成としている。
この構成によれば、第２透明基板２３０の両面を利用することで第２偏光分離層２３１および第２光学層２３２を簡便且つ精度良く形成できる。
また、本実施形態の光源装置２では、第２光学層２３２は、青色光ＢＬｐを反射し、黄色光ＹＬを透過するダイクロイックミラーである構成としている。
この構成によれば、第２光学層２３２は偏光を用いることなく、入射される光を反射または透過させることで精度良く分離できる。
また、本実施形態の光源装置２では、第１光学層２２２は、青色光ＢＬｐを透過し、黄色光ＹＬを反射するダイクロイックミラーである構成としている。
この構成によれば、第１光学層２２２は偏光を用いることなく、入射される光を反射または透過させることで精度良く分離可能である。
また、本実施形態の光源装置２では、第１光学層２２２に対して＋Ｚ方向に配置され、第１光学層２２２から射出された光を、青色波長帯を有する青色光ＢＬｓと、緑色波長帯を有する緑色光ＧＬｓと、に分離する第２色分離素子２９と、第２光学層２３２に対して＋Ｚ方向に配置され、第２光学層２３２から射出された光を、緑色波長帯を有する緑色光ＧＬｓ１と、赤色波長帯を有する赤色光ＲＬｓ４と、に分離する第３色分離素子３３と、をさらに備える構成としている。
この構成によれば、青色光ＢＬｓ、緑色光ＧＬｓ、緑色光ＧＬｓ１および赤色光ＲＬｓ４を光源装置２から射出することができる。
また、本実施形態の場合、第２光学部材２３と第３色分離素子３３との間に第５位相差素子３２が設けられているため、第２光学部材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ＹＬｓ１に変換することができる。これにより、第３色分離素子３３から射出される緑色光ＧＬｓ１および赤色光ＲＬｓ４をＳ偏光成分の光とすることができ、光源装置２から射出される青色光ＢＬｓ、緑色光ＧＬｓ、緑色光ＧＬｓ１および赤色光ＲＬｓ４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２位相差素子２４から射出された青色光ＢＬｃ１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ＢＬｃ２を略平行化することができる。これにより、青色光ＢＬｓの損失を抑制することができ、青色光ＢＬｓ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ＢＬｐ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光学部材２３から射出された青色光ＢＬｐ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ＢＬｐおよび黄色光ＹＬの損失を抑制することができ、青色光ＢＬｐおよび黄色光ＹＬの利用効率を高めることができる。
さらに本実施形態の光源装置２では、第１透明基板２２０および第２透明基板２３０に対して、＋Ｙ方向に配置される、第１ミラー１４１と、第１ミラー１４１に対向して設けられ、第１透明基板２２０および第２透明基板２３０に対して、－Ｙ方向に配置される、第２ミラー１４２と、第１透明基板２２０および第２透明基板２３０に交差するように配置され、第１ミラー１４１の＋Ｘ方向の端部１４１ａと第２ミラー１４２の＋Ｘ方向の端部１４２ａとを接続する第３ミラー１４３と、をさらに備える構成としている。
上述のように、拡散装置２６から射出された青色光ＢＬｃ２は第１集光素子２５によって略平行化されるが、一部の成分は発散した状態で第１光学部材２２に入射する。同様に、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によって略平行化されるが、一部の成分は発散した状態で第２光学部材２３に入射する。
これに対して、本実施形態の場合、第１光学部材２２および第２光学部材２３をＹ方向において挟むライトトンネル４０を備えるため、Ｙ方向において拡がった光を第１ミラー１４１および第２ミラー１４２で反射することで第１光学部材２２または第２光学部材２３に取り込むことができる。また、＋Ｙ方向に拡がった光を第３ミラー１４３で反射することで第２光学部材２３に取り込むことができる。
これにより、プレート型の第１光学部材２２および第２光学部材２３に対して拡散装置２６および波長変換素子２８から射出される光を効率良く取り込むことができる。
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、緑色光ＧＬｓ、緑色光ＧＬｓ１および赤色光ＲＬｓ４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および図１１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り、第１位相差素子を備える構成が第１実施形態と異なる。そのため、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の要部における平面図である。
図１０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に示すように、本実施形態の光源装置２０は、第１実施形態の光源装置２において、第２偏光分離層２３１と波長変換素子２８との間の赤色光ＲＬｓ１の光路上に設けられた第１位相差素子３９を備えている。
第１色分離素子３７において黄色光ＹＬｓから分離された赤色光ＲＬｓは、第１光学層２２２および第２偏光分離層２３１でそれぞれ反射されることで第１位相差素子３９に入射する。
第１位相差素子３９は、入射される赤色光ＲＬｓの赤色波長帯に対する１／４波長板で構成されている。第１位相差素子３９は、赤色光に対して赤色波長帯の１／４の位相差を付与し、赤色波長帯以外の波長帯を有する光、すなわち青色光および緑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から構成されている。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。
これにより、第１位相差素子３９は、赤色波長帯の光のみに１／４の位相差を付与する。すなわち、赤色光ＲＬｓは、第１位相差素子３９によって例えば右回りの円偏光の赤色光ＲＬｃ１に変換された後、第２集光素子２７に向けて射出される。すなわち、第１位相差素子３９は、入射される赤色光ＲＬｓの偏光状態を変換する。
第１位相差素子３９により右回りの円偏光に変換された赤色光ＲＬｃ１は波長変換素子２８に入射する。
図１１は、第１位相差素子３９を透過して波長変換素子２８に入射する赤色光の偏光状態を示す模式図である。図１１においては、図面を見やすくするため、第２集光素子２７の図示を省略している。
上述したように、波長変換素子２８に入射された赤色光ＲＬｃ１は、波長変換素子２８の内部で繰り返し反射されることによってＳ偏光およびＰ偏光が混在した非偏光の赤色光ＲＬｍとして射出される。
一方、波長変換素子２８に入射された赤色光ＲＬｃ１のうち、波長変換素子２８の表面２８ａで反射された光、あるいは、波長変換素子２８の表層で後方散乱された光は、偏光が乱れにくい。そのため、図１１に示されるように、波長変換素子２８で表面反射あるいは後方散乱された赤色光ＲＬｃ１は、左回りの円偏光の赤色光ＲＬｃ２として波長変換素子２８から射出される。左回りの円偏光の赤色光ＲＬｃ２は、第２集光素子２７を＋Ｚ方向に通過した後、第１位相差素子３９に再び入射する。このとき、第２集光素子２７から第１位相差素子３９に入射される赤色光ＲＬｃ２は、第１位相差素子３９によって、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ３に変換される。変換された赤色光ＲＬｐ３は、第２光学部材２３に入射する。
第２光学部材２３に入射したＰ偏光成分の赤色光ＲＬｐ３は、黄色光ＹＬｐと同様、第２光学部材２３を透過して＋Ｚ方向に射出され、第５位相差素子３２によってＳ偏光成分の赤色光ＲＬｓ５に変換される。すなわち、本実施形態の光源装置２０によれば、第１位相差素子３９を備えることで、波長変換素子２８で表面反射あるいは後方散乱された赤色光ＲＬｓ５を赤色光として外部に取り出すことができる。
なお、波長変換素子２８から非偏光として射出された赤色光ＲＬｍは、第１位相差素子３９を透過した場合でも非偏光のままである。そのため、本実施形態において、非偏光の赤色光ＲＬｍにおける外部への取り出し量は第１実施形態と変わらない。
［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。
さらに、第２実施形態の光源装置２０においては、第２偏光分離層２３１と波長変換素子２８との間に設けられた第１位相差素子３９によって、波長変換素子２８から偏光が乱れずに射出された赤色光ＲＬｐ３を外部に取り出すことができる。これにより、第１実施形態の光源装置２に比べて、画素ＰＸに入射される赤色光ＲＬｓ４の光量を増やすことができるので、投射画像の赤色光における色再現性をより高めることができる。
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、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り、第１光学部材の構成、および第１光学部材に対する第１色分離素子の位置が第１実施形態と異なる。そのため、光源装置の全体の説明は省略する。
図１２は、＋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。
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１２に示すように、本実施形態の光源装置１２０は、光源部２１と、第１光学部材１２２と、第２光学部材２３と、第２位相差素子２４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１３７と、第２色分離素子２９と、第４位相差素子３０と、第５位相差素子３２と、第３色分離素子３３と、ライトトンネル４０と、を有する。
本実施形態の第１光学部材１２２は、第１透明基板２２０と、第１偏光分離層３２１と、第１光学層３２２と、を有する。第１偏光分離層３２１は第１透明基板２２０の第１面２２０ａに形成される。したがって、第１偏光分離層３２１は光源部２１に対向配置されるとともにＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。
第１偏光分離層３２１は、青色波長帯の光に対して、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光分離特性を有する。さらに、第１偏光分離層３２１は、赤色波長帯の光に対して、Ｓ偏光を透過する特性を有する。このため、第１光学部材１２２は、＋Ｘ方向に沿って入射される青色光のうち、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に沿って透過させ、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓを－Ｚ方向に反射する。第１偏光分離層３２１は、例えば誘電体多層膜から構成されている。
第１光学層３２２は、第１透明基板２２０の第２面２２０ｂに形成される。すなわち、第１光学層３２２は、第１偏光分離層３２１に対して＋Ｘ方向に配置されている。第１光学層３２２は、青色波長帯の光および赤色波長帯の光におけるＰ偏光成分を透過させ、緑色波長帯の光のうちＳ偏光成分を反射する光学特性を有する。具体的に本実施形態の第１光学層３２２は、緑色波長帯の光を反射し、それ以外の波長帯の光を透過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、第１光学層３２２は、第１偏光分離層３２１から＋Ｘ方向に沿って入射されるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に透過する。
上記構成の第１光学部材１２２によれば、光源部２１から射出された第１光ＢＬをＰ偏光成分の青色光ＢＬｐとＳ偏光成分の青色光ＢＬｓとに分離し、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に透過させることで第２光学部材２３に入射させ、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓを－Ｚ方向に反射して拡散装置２６に入射させることが可能である。
本実施形態の第１光学部材１２２はプレート型の偏光分離素子であるため、第１透明基板２２０の第１面２２０ａに形成する第１偏光分離層３２１の機能と、第１透明基板２２０の第２面２２０ｂに形成する第１光学層３２２の機能とを分離して設計することができる。そのため、第１偏光分離層３２１および第１光学層３２２の膜設計は比較的容易なものとなる。
本実施形態の第１光学部材１２２において、第１光学層３２２には、第２光学部材２３から射出された黄色光ＹＬｓが入射する。第１光学層３２２は、緑色光ＧＬｓを＋Ｚ方向に反射し、赤色光ＲＬｓを－Ｘ方向に透過させる。
赤色光ＲＬｓは第１透明基板２２０を透過して第１偏光分離層３２１に入射する。第１偏光分離層３２１は、第１光学層３２２から－Ｘ方向に入射する赤色光ＲＬｓを透過させる。なお、緑色光ＧＬｓは黄色光ＹＬｓの波長帯のうち緑色波長帯を有する光であり、赤色光ＲＬｓは黄色光ＹＬｓの波長帯のうち赤色波長帯を有する光である。
本実施形態の第１光学部材１２２は、＋Ｚ方向に緑色光ＧＬｓを射出し、－Ｘ方向に沿って赤色光ＲＬｓを射出する。
本実施形態の緑色光ＧＬｓは、特許請求の範囲の第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第３光に対応する。また、本実施形態の赤色光ＲＬｓは、特許請求の範囲の第３波長帯とは異なる第４波長帯を有する第４光に対応する。
本実施形態の第１色分離素子１３７は、第１光学部材１２２に対して－Ｘ方向に配置されている。すなわち、第１色分離素子１３７は、光源部２１と第１光学部材１２２との間に配置されている。
第１色分離素子１３７は、青色波長帯の光を透過させ、赤色波長帯の光を反射させる特性を有するダイクロイックミラーで構成されている。そのため、第１色分離素子１３７は、光源部２１から射出された青色波長帯の第１光ＢＬを＋Ｘ方向に透過させるとともに、第１光学部材１２２の第１光学層３２２から－Ｘ方向に沿って入射される赤色光ＲＬｓを＋Ｘ方向に反射する。第１色分離素子１３７により反射された赤色光ＲＬｓは、第１光学部材１２２を透過し、第２光学部材２３の第２偏光分離層２３１で反射されることで波長変換素子２８に入射する。
本実施形態の第１色分離素子１３７は、第１光学部材１２２の第１光学層３２２と協働して、黄色光ＹＬｓに含まれていた赤色光ＲＬｓを分離して波長変換素子２８に入射させることができる。
本実施形態の光源装置１２０においても、波長変換素子２８に入射された赤色光ＲＬｓは、非偏光の赤色光ＲＬｍとして黄色光ＹＬとともに波長変換素子２８の外部に射出される。
第２光学部材２３に入射した非偏光の赤色光ＲＬｍは、黄色光ＹＬｐと同様、第２偏光分離層２３１において、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１とＳ偏光成分の赤色光ＲＬｓ１とに分離される。すなわち、Ｓ偏光成分の赤色光ＲＬｓ１は、第２偏光分離層２３１および第１光学部材１２２を経由して第１色分離素子１３７に入射し、第１色分離素子１３７で反射されることで再び波長変換素子２８に戻る。また、第２光学層２３２は、第２偏光分離層２３１を＋Ｚ方向に透過したＰ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１を＋Ｚ方向に透過させて射出する。
本実施形態において、非偏光の赤色光ＲＬｍは、特許請求の範囲の波長変換素子から射出された第４光に対応する。また、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１は、特許請求の範囲の第１偏光方向に偏光する光に対応する。また、Ｓ偏光成分の赤色光ＲＬｓ１は、特許請求の範囲の第２偏光方向に偏光する光に対応する。
［第３実施形態の効果］
本実施形態の光源装置１２０では、青色波長帯を有し、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐとＳ偏光成分の青色光ＢＬｓとを含む第１光ＢＬを射出する光源部２１と、光源部２１から＋Ｘ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に透過し、青色光ＢＬｓを－Ｚ方向に反射する第１偏光分離層３２１と、第１偏光分離層３２１に対して＋Ｘ方向に配置され、第１偏光分離層３２１から＋Ｘ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に透過する第１光学層３２２と、第１光学層２２２に対して＋Ｘ方向に配置され、第１光学層３２２から＋Ｘ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐを透過する第２偏光分離層２３１と、第２偏光分離層２３１に対して＋Ｘ方向に配置され、第２偏光分離層２３１から＋Ｘ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐを－Ｚ方向に反射する第２光学層２３２と、第１偏光分離層３２１から－Ｚ方向に沿って入射される青色光ＢＬｃ１を拡散させ、拡散した青色光ＢＬｃ２を－Ｚ方向とは反対方向に射出する拡散板２６１と、第２光学層２３２から－Ｚ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐを波長変換し、黄色波長帯を有する黄色光ＹＬを＋Ｚ方向に射出する波長変換素子２８と、第１偏光分離層３２１に対して－Ｘ方向に配置される第１色分離素子１３７と、を備える。
第２偏光分離層２３１は、波長変換素子２８から＋Ｚ方向に沿って黄色光ＹＬが入射され、黄色光ＹＬｐを＋Ｚ方向に透過し、黄色光ＹＬｓを－Ｘ方向に反射し、第２光学層２３２は、第２偏光分離層２３１から＋Ｚ方向に沿って入射する黄色光ＹＬｐを＋Ｚ方向に透過させ、第１光学層３２２は、－Ｘ方向に沿って黄色光ＹＬｓが入射され、黄色光ＹＬｓを緑色光ＧＬｓと赤色光ＲＬｓとに分離し、第１偏光分離層３２１は、拡散板２６１から＋Ｚ方向に沿って射出されて入射する青色光ＢＬｃ２を＋Ｚ方向に透過し、第１光学層３２２から－Ｘ方向に入射する赤色光ＲＬｓを透過させ、第１光学層３２２は、第１偏光分離層３２１から＋Ｚ方向に沿って射出されて入射する青色光ＢＬｐを＋Ｚ方向に透過させ、第１色分離素子１３７は、光源部２１から射出された第１光ＢＬを＋Ｘ方向に透過させるとともに、第１偏光分離層３２１から－Ｘ方向に入射する赤色光ＲＬｓを＋Ｘ方向に反射させ、第１色分離素子１３７で反射された赤色光ＲＬｓは、波長変換素子２８に入射する。
本実施形態の光源装置１２０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１２０を実現できる、光源装置１２０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。
また本実施形態の光源装置１２０によれば、第１光学層３２２によって黄色光ＹＬｓから分離した赤色光ＲＬｓを第１色分離素子１３７によって波長変換素子２８側に戻すことで、黄色光ＹＬとともに非偏光の赤色光ＲＬｍを波長変換素子２８から射出させることができる。つまり、第１実施形態と同様、第１色分離素子１３７において黄色光ＹＬから分離した赤色成分の一部を赤色光ＲＬｓ４として再利用することができる。よって、赤色成分の光利用効率が向上し、投射画像の赤色成分の色再現性が高まる。
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１３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３実施形態と同様であり、第１位相差素子を備える構成が第３実施形態と異なる。そのため、光源装置の全体の説明は省略する。本実施形態と第３実施形態との関係は、第１実施形態と第２実施形態との関係と共通である。
図１３は、＋Ｙ方向から見た第４実施形態の光源装置の要部における平面図である。
図１３において、第２実施形態および第３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１３に示すように、本実施形態の光源装置２００は、第３実施形態の光源装置１２０において、第２偏光分離層２３１と波長変換素子２８との間の赤色光ＲＬｓ１の光路上に設けられた第１位相差素子３９を備えている。
第１色分離素子３７において黄色光ＹＬｓから分離された赤色光ＲＬｓは、第１光学層２２２および第２偏光分離層２３１でそれぞれ反射されることで第１位相差素子３９に入射する。
第１位相差素子３９は、入射される赤色光ＲＬｓの赤色波長帯に対する１／４波長板で構成されている。赤色光ＲＬｓは、第１位相差素子３９によって例えば右回りの円偏光の赤色光ＲＬｃ１に変換された後、第２集光素子２７に向けて射出される。すなわち、第１位相差素子３９は、入射される赤色光ＲＬｓの偏光状態を変換する。
第１位相差素子３９により右回りの円偏光に変換された赤色光ＲＬｃ１は波長変換素子２８に入射する。
波長変換素子２８に入射された赤色光ＲＬｃ１のうち、波長変換素子２８で表面反射あるいは後方散乱された赤色光ＲＬｃ１は、左回りの円偏光の赤色光ＲＬｃ２として波長変換素子２８から射出される。左回りの円偏光の赤色光ＲＬｃ２は、第２集光素子２７を＋Ｚ方向に通過した後、第１位相差素子３９に再び透過することで、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ３に変換される。変換された赤色光ＲＬｐ３は、第２光学部材２３に入射する。
第２光学部材２３に入射したＰ偏光成分の赤色光ＲＬｐ３は、黄色光ＹＬｐと同様、第２光学部材２３を透過して＋Ｚ方向に射出される。すなわち、本実施形態の光源装置２００によれば、第３実施形態の構成に第１位相差素子３９を加えることで、波長変換素子２８で表面反射あるいは後方散乱された赤色光ＲＬｃ２を外部に取り出すことができる。
なお、波長変換素子２８から非偏光として射出された赤色光ＲＬｍは、第１位相差素子３９を透過した場合でも非偏光のままである。そのため、本実施形態において、非偏光の赤色光ＲＬｍにおける外部への取り出し量は第３実施形態と変わらない。
［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２００を実現できる、光源装置２００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。
さらに、第４実施形態の光源装置２００においては、第２偏光分離層２３１と波長変換素子２８との間に設けられた第１位相差素子３９によって、波長変換素子２８から偏光が乱れずに射出された赤色光ＲＬｐ３を外部に取り出すことができる。これにより、第３実施形態の光源装置１２０に比べて、画素ＰＸに入射される赤色光ＲＬｓ４の光量を増やすことができるので、投射画像の赤色光における色再現性をより高めることができる。
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は、第１偏光分離層および第１光学層が１つの透光性基材の２つの面に設けられていた。この構成に代えて、第１偏光分離層と第１光学層とは、それぞれ異なる透光性基材に設けられていてもよい。例えば第１偏光分離層が第１透光性基材の第１面に設けられ、第１透光性基材の第１面とは異なる第２面に反射防止層が設けられ、第１光学層が第２透光性基材の第３面に設けられ、第２透光性基材の第３面とは異なる第４面に反射防止層が設けられ、第１偏光分離層および第１光学層が互いに対向して配置されていてもよい。同様に、第２偏光分離層および第２光学層は、それぞれ異なる透光性基材に設けられていてもよい。
上記実施形態の光源装置２，２０，１２０，２００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。
上記各実施形態の光源部２１は、＋Ｘ方向に青色光ＢＬｓ，ＢＬｐを射出する。しかしながら、これに限らず、光源部２１は、＋Ｘ方向に交差する方向に青色光ＢＬｓ，ＢＬｐを射出し、例えば反射部材を用いて青色光ＢＬｓ，ＢＬｐを反射させた後、＋Ｘ方向に第１光学部材２２に入射させる構成としてもよい。
上記各実施形態のプロジェクターは、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。
上記実施形態の光源装置２，２０，１２０，２００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２，２０，１２０，２００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、緑色光ＧＬｓ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２，２０，１２０，２００は、それぞれがＳ偏光であり、空間的に分離された青色光ＢＬｓ、緑色光ＧＬｓ、緑色光ＧＬｓ１および赤色光ＲＬｓ４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。例えば、光源装置は、それぞれがＰ偏光であり、空間的に分離された複数の色光を射出する構成であってもよい。
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。
本発明の一つの態様の光源装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置は、第１波長帯を有し、第１偏光方向に偏光する光と第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に偏光する光とを含む第１光を射出する光源部と、光源部から第１方向に沿って入射される第１偏光方向に偏光する第１光を第１方向に透過し、第２偏光方向に偏光する第１光を第１方向と交差する第２方向に反射する第１偏光分離層と、第１偏光分離層に対して第１方向に配置され、第１偏光分離層から第１方向に沿って入射される第１偏光方向に偏光する第１光を第１方向に透過する第１光学層と、第１光学層に対して第１方向に配置され、第１光学層から第１方向に沿って入射される第１偏光方向に偏光する第１光を透過する第２偏光分離層と、第２偏光分離層に対して第１方向に配置され、第２偏光分離層から第１方向に沿って入射される第１偏光方向に偏光する第１光を第２方向に反射する第２光学層と、第１偏光分離層から第２方向に沿って入射される第１光を拡散させ、拡散した第１光を第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、第２光学層から第２方向に沿って入射される第１偏光方向に偏光する第１光を波長変換し、第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する第２光を第３方向に射出する波長変換素子と、第１光学層に対して第３方向に配置される第１色分離素子と、を備え、第２偏光分離層は、波長変換素子から第３方向に沿って第２光が入射され、第１偏光方向に偏光する第２光を第３方向に透過し、第２偏光方向に偏光する第２光を第１方向とは反対方向である第４方向に反射し、第２光学層は、第２偏光分離層から第３方向に沿って入射する第１偏光方向に偏光する第２光を第３方向に透過させ、第１光学層は、第４方向に沿って入射する第２偏光方向に偏光する第２光を第３方向に反射し、第１偏光分離層は、拡散素子から第３方向に沿って射出されて入射する第１光を第３方向に透過させ、第１光学層は、第１偏光分離層から第３方向に沿って射出されて入射する第１光を第３方向に透過させ、第１色分離素子は、第１光学層から第３方向に沿って入射される第２偏光方向に偏光する第２光を第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第３光と、第２波長帯および第３波長帯とは異なる第４波長帯を有する第４光と、に分離し、第１色分離素子で分離された第４光は、波長変換素子に入射する。
本発明の一つの態様の光源装置において、第１色分離素子によって反射された第４光は、第１光学層および第２偏光分離層でそれぞれ反射されることで波長変換素子に入射する構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第２偏光分離層は、波長変換素子から射出された第４光を、第１偏光方向に偏光する光と第２光方向に偏光する光とに分離する構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第２光学層は、第２偏光分離層を第３方向に透過した第１偏光方向に偏光する第４光を第３方向に透過させる構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第２偏光分離層と波長変換素子との間の第４光の光路上に設けられ、第４光に対して１／４の位相差を付与する第１位相差素子をさらに備える構成としてもよい。
本発明の他の態様の光源装置は、第１波長帯を有し、第１偏光方向に偏光する光と第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に偏光する光とを含む第１光を射出する光源部と、光源部から第１方向に沿って入射される第１偏光方向に偏光する第１光を第１方向に透過し、第２偏光方向に偏光する第１光を第１方向と交差する第２方向に反射する第１偏光分離層と、第１偏光分離層に対して第１方向に配置され、第１偏光分離層から第１方向に沿って入射される第１偏光方向に偏光する第１光を第１方向に透過する第１光学層と、第１光学層に対して第１方向に配置され、第１光学層から第１方向に沿って入射される第１偏光方向に偏光する第１光を透過する第２偏光分離層と、第２偏光分離層に対して第１方向に配置され、第２偏光分離層から第１方向に沿って入射される第１偏光方向に偏光する第１光を第２方向に反射する第２光学層と、第１偏光分離層から第２方向に沿って入射される第１光を拡散させ、拡散した第１光を第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、第２光学層から第２方向に沿って入射される第１偏光方向に偏光する第１光を波長変換し、第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する第２光を第３方向に射出する波長変換素子と、第１偏光分離層に対して第１方向とは反対方向である第４方向に配置される第１色分離素子と、を備え、第２偏光分離層は、波長変換素子から第３方向に沿って第２光が入射され、第１偏光方向に偏光する第２光を第３方向に透過し、第２偏光方向に偏光する第２光を第４方向に反射し、第２光学層は、第２偏光分離層から第３方向に沿って入射する第１偏光方向に偏光する第２光を第３方向に透過させ、第１光学層は、第４方向に沿って第２偏光方向に偏光する第２光が入射され、第２偏光方向に偏光する第２光を第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第３光と、第２波長帯および第３波長帯とは異なる第４波長帯を有する第４光と、に分離し、第１偏光分離層は、拡散素子から第３方向に沿って射出されて入射する第１光を第３方向に透過し、第１光学層から第４方向に入射する第４光を透過させ、第１光学層は、第１偏光分離層から第３方向に沿って射出されて入射する第１光を第３方向に透過させ、第１色分離素子は、光源部から射出された第１光を第１方向に透過させるとともに、第１偏光分離層から第４方向に入射する第４波長帯を有する第４光を第１方向に反射させ、第１色分離素子で反射された第４光は、波長変換素子に入射する。
本発明の一つの態様の光源装置において、第１偏光分離層および第１光学層は、第４波長帯を有する第４光を透過させ、第２偏光分離層は、第１色分離素子により反射されて第１偏光分離層および第１光学層を透過した第４光を、第２方向に反射して波長変換素子に入射させる構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第２偏光分離層は、波長変換素子で反射された第４光を、第１偏光方向に偏光する光と第２偏光方向に偏光する光とに分離する構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第２光学層は、第２偏光分離層を第３方向に透過した第１偏光方向に偏光する第４光を第３方向に透過させる構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第２偏光分離層と波長変換素子との間の第４光の光路上に設けられ、第４光に対して１／４の位相差を付与する第１位相差素子をさらに備える構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第１偏光分離層と拡散素子との間に設けられ、第１偏光分離層から第２方向に沿って第２偏光方向に偏光する第１光が入射される第２位相差素子をさらに備える構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、光源部は、第１波長帯の光を射出する発光素子と、発光素子から射出される光が入射され、第１光を射出する第３位相差素子と、を有する構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第３位相差素子は、第３位相差素子に入射する光の進行方向に沿う回転軸を中心として回転可能とされている構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第１面と第１面の反対方向を向く第２面とを有する第１透明基板をさらに備え、第１偏光分離層は、第１透明基板の第１面に形成され、第１光学層は、第１透明基板の第２面に形成される構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第３面と第３面の反対方向を向く第４面とを有する第２透明基板をさらに備え、第２透明基板の第３面と第１透明基板の第２面とは互いに対向し、第２偏光分離層は、第２透明基板の第３面に形成され、第２光学層は、第２透明基板の第４面に形成される構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第１透明基板および第２透明基板に対して、第１方向、第２方向、第３方向および第４方向にそれぞれ交差する第５方向に配置される、第１ミラーと、第１ミラーに対向して設けられ、第１透明基板および第２透明基板に対して、第５方向とは反対方向である第６方向に配置される、第２ミラーと、第１透明基板および第２透明基板に交差するように配置され、第１ミラーの第１方向の端部と第２ミラーの第１方向の端部とを接続する第３ミラーと、をさらに備える構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第２光学層は、第１光を反射し、第２光を透過するダイクロイックミラーである構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第１光学層は、第１光を透過し、第２光を反射するダイクロイックミラーである構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第１光学層に対して第３方向に配置され、第１光学層から射出された光を、第１波長帯を有する第５光と、第３波長帯を有する第６光と、に分離する第２色分離素子と、第２光学層に対して第３方向に配置され、第２光学層から射出された光を、第３波長帯を有する第７光と、第４波長帯を有する第８光と、に分離する第３色分離素子と、をさらに備える構成としてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、以下の構成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は、本発明の一つの態様の光源装置と、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、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において、光源装置と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、均一化装置は、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、２つのマルチレンズから入射される複数の部分光束を光変調装置に重畳させる重畳レンズと、を有する構成としてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、光変調装置は、複数の画素を有する液晶パネルと、液晶パネルに対して光入射側に設けられ、複数の画素に対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、を有し、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、マイクロレンズは、第５光を第１サブ画素に入射させ、第６光を第２サブ画素に入射させ、第７光を第３サブ画素に入射させ、第８光を第４サブ画素に入射させる構成としてもよい。
１…プロジェクター、２，２０，１２０，２００…光源装置、４…均一化装置、６…光変調装置、７…投射光学装置、２１…光源部、２４…第２位相差素子、２８…波長変換素子、２９…第２色分離素子、３３…第３色分離素子、３７，１３７…第１色分離素子、３９…第１位相差素子、４１…第１マルチレンズ、４２…第２マルチレンズ、４３…重畳レンズ、６１…液晶パネル、６２…マイクロレンズアレイ、１４１…第１ミラー、１４１ａ，１４２ａ…端部、１４２…第２ミラー、１４３…第３ミラー、２１１…発光素子、２２０…第１透明基板、２２０ａ…第１面、２２０ｂ…第２面、２２１，３２１…第１偏光分離層、２２２，３２２…第１光学層、２３０…第２透明基板、２３０ａ…第３面、２３０ｂ…第４面、２３１…第２偏光分離層、２３２…第２光学層、２６１…拡散板（拡散素子）、２１３１…第３位相差素子、ＢＬ…第１光、ＢＬｐ…青色光（第１偏光方向に偏光する光）、ＢＬｓ…青色光（第２偏光方向に偏光する光、第５光）、ＹＬ…黄色光（第２光）、ＹＬｐ…黄色光（第１偏光方向に偏光する第２光）、ＹＬｓ…黄色光（第２偏光方向に偏光する第２光）、ＧＬｓ…緑色光（第３光、第６光）、ＧＬｓ１…緑色光（第７光）、ＲＬｓ…赤色光（第４光）、ＲＬｓ４…赤色光（第８光）、ＰＸ…画素、Ｒ１，Ｒ２…回転軸、ＳＸ１…第１サブ画素、ＳＸ２…第２サブ画素、ＳＸ３…第３サブ画素、ＳＸ４…第４サブ画素。

Claims (22)

  1. 第１波長帯を有し、第１偏光方向に偏光する光と前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に偏光する光とを含む第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偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向に透過し、前記第２偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向と交差する第２方向に反射する第１偏光分離層と、
    前記第１偏光分離層に対して前記第１方向に配置され、前記第１偏光分離層から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向に透過する第１光学層と、
    前記第１光学層に対して前記第１方向に配置され、前記第１光学層から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を透過する第２偏光分離層と、
    前記第２偏光分離層に対して前記第１方向に配置され、前記第２偏光分離層から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を前記第２方向に反射する第２光学層と、
    前記第１偏光分離層から前記第２方向に沿って入射される前記第１光を拡散させ、拡散した前記第１光を前記第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光学層から前記第２方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を波長変換し、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、
    前記第１光学層に対して前記第３方向に配置される第１色分離素子と、を備え、
    前記第２偏光分離層は、前記波長変換素子から前記第３方向に沿って前記第２光が入射され、前記第１偏光方向に偏光する前記第２光を前記第３方向に透過し、前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を前記第１方向とは反対方向である第４方向に反射し、
    前記第２光学層は、前記第２偏光分離層から前記第３方向に沿って入射する前記第１偏光方向に偏光する前記第２光を前記第３方向に透過させ、
    前記第１光学層は、前記第４方向に沿って入射する前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を前記第３方向に反射し、
    前記第１偏光分離層は、前記拡散素子から前記第３方向に沿って射出されて入射する前記第１光を前記第３方向に透過させ、
    前記第１光学層は、前記第１偏光分離層から前記第３方向に沿って射出されて入射する前記第１光を前記第３方向に透過させ、
    前記第１色分離素子は、前記第１光学層から前記第３方向に沿って入射される前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を前記第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第３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４光と、に分離し、
    前記第１色分離素子で分離された前記第４光は、前記波長変換素子に入射する
    光源装置。
  2. 前記第１色分離素子によって反射された前記第４光は、前記第１光学層および前記第２偏光分離層でそれぞれ反射されることで前記波長変換素子に入射する
    請求項１に記載の光源装置。
  3. 前記第２偏光分離層は、前記波長変換素子から射出された前記第４光を、前記第１偏光方向に偏光する光と前記第２偏光方向に偏光する光とに分離する
    請求項２に記載の光源装置。
  4. 前記第２光学層は、前記第２偏光分離層を前記第３方向に透過した前記第１偏光方向に偏光する前記第４光を前記第３方向に透過させる
    請求項３に記載の光源装置。
  5. 前記第２偏光分離層と前記波長変換素子との間の前記第４光の光路上に設けられ、前記第４光に対して１／４の位相差を付与する第１位相差素子をさらに備える
    請求項３または請求項４に記載の光源装置。
  6. 第１波長帯を有し、第１偏光方向に偏光する光と前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に偏光する光とを含む第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偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向に透過し、前記第２偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向と交差する第２方向に反射する第１偏光分離層と、
    前記第１偏光分離層に対して前記第１方向に配置され、前記第１偏光分離層から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向に透過する第１光学層と、
    前記第１光学層に対して前記第１方向に配置され、前記第１光学層から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を透過する第２偏光分離層と、
    前記第２偏光分離層に対して前記第１方向に配置され、前記第２偏光分離層から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を前記第２方向に反射する第２光学層と、
    前記第１偏光分離層から前記第２方向に沿って入射される前記第１光を拡散させ、拡散した前記第１光を前記第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光学層から前記第２方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を波長変換し、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、
    前記第１偏光分離層に対して前記第１方向とは反対方向である第４方向に配置される第１色分離素子と、を備え、
    前記第２偏光分離層は、前記波長変換素子から前記第３方向に沿って前記第２光が入射され、前記第１偏光方向に偏光する前記第２光を前記第３方向に透過し、前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を前記第４方向に反射し、
    前記第２光学層は、前記第２偏光分離層から前記第３方向に沿って入射する前記第１偏光方向に偏光する前記第２光を前記第３方向に透過させ、
    前記第１光学層は、前記第４方向に沿って前記第２偏光方向に偏光する前記第２光が入射され、前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を前記第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第３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４光と、に分離し、
    前記第１偏光分離層は、前記拡散素子から前記第３方向に沿って射出されて入射する前記第１光を前記第３方向に透過し、前記第１光学層から前記第４方向に入射する前記第４光を透過させ、
    前記第１光学層は、前記第１偏光分離層から前記第３方向に沿って射出されて入射する前記第１光を前記第３方向に透過させ、
    前記第１色分離素子は、前記光源部から射出された前記第１光を前記第１方向に透過させるとともに、前記第１偏光分離層から前記第４方向に入射する前記第４波長帯を有する前記第４光を前記第１方向に反射させ、
    前記第１色分離素子で反射された前記第４光は、前記波長変換素子に入射する
    光源装置。
  7. 前記第１偏光分離層および前記第１光学層は、前記第４波長帯を有する前記第４光を透過させ、
    前記第２偏光分離層は、前記第１色分離素子により反射されて前記第１偏光分離層および前記第１光学層を透過した前記第４光を、前記第２方向に反射して前記波長変換素子に入射させる
    請求項６に記載の光源装置。
  8. 前記第２偏光分離層は、前記波長変換素子で反射された前記第４光を、第１偏光方向に偏光する光と前記第２偏光方向に偏光する光とに分離する
    請求項７に記載の光源装置。
  9. 前記第２光学層は、前記第２偏光分離層を前記第３方向に透過した前記第１偏光方向に偏光する前記第４光を前記第３方向に透過させる
    請求項８に記載の光源装置。
  10. 前記第２偏光分離層と前記波長変換素子との間の前記第４光の光路上に設けられ、前記第４光に対して１／４の位相差を付与する第１位相差素子をさらに備える
    請求項８または請求項９に記載の光源装置。
  11. 前記第１偏光分離層と前記拡散素子との間に設けられ、前記第１偏光分離層から前記第２方向に沿って前記第２偏光方向に偏光する前記第１光が入射される第２位相差素子をさらに備える
    請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の光源装置。
  12. 前記光源部は、前記第１波長帯の光を射出する発光素子と、前記発光素子から射出される光が入射され、前記第１光を射出する第３位相差素子と、を有する
    請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の光源装置。
  13. 前記第３位相差素子は、前記第３位相差素子に入射する光の進行方向に沿う回転軸を中心として回転可能とされている
    請求項１２に記載の光源装置。
  14. 第１面と前記第１面の反対方向を向く第２面とを有する第１透明基板をさらに備え、
    前記第１偏光分離層は、前記第１透明基板の前記第１面に形成され、
    前記第１光学層は、前記第１透明基板の前記第２面に形成される
    請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光源装置。
  15. 第３面と前記第３面の反対方向を向く第４面とを有する第２透明基板をさらに備え、
    前記第２透明基板の前記第３面と前記第１透明基板の前記第２面とは互いに対向し、
    前記第２偏光分離層は、前記第２透明基板の前記第３面に形成され、
    前記第２光学層は、前記第２透明基板の前記第４面に形成される
    請求項１４に記載の光源装置。
  16. 前記第１透明基板および前記第２透明基板に対して、前記第１方向、前記第２方向、前記第３方向および前記第４方向にそれぞれ交差する第５方向に配置される、第１ミラーと、
    前記第１ミラーに対向して設けられ、前記第１透明基板および前記第２透明基板に対して、前記第５方向とは反対方向である第６方向に配置される、第２ミラーと、
    前記第１透明基板および前記第２透明基板に交差するように配置され、前記第１ミラーの前記第１方向の端部と前記第２ミラーの前記第１方向の端部とを接続する第３ミラーと、をさらに備える
    請求項１５に記載の光源装置。
  17. 前記第２光学層は、前記第１光を反射し、前記第２光を透過するダイクロイックミラーである
    請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の光源装置。
  18. 前記第１光学層は、前記第１光を透過し、前記第２光を反射するダイクロイックミラーである
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光源装置。
  19. 前記第１光学層に対して前記第３方向に配置され、前記第１光学層から射出された光を、前記第１波長帯を有する第５光と、前記第３波長帯を有する第６光と、に分離する第２色分離素子と、
    前記第２光学層に対して前記第３方向に配置され、前記第２光学層から射出された光を、前記第３波長帯を有する第７光と、前記第４波長帯を有する第８光と、に分離する第３色分離素子と、をさらに備える
    請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載の光源装置。
  20. 請求項１９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。
  21. 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２０に記載のプロジェクター。
  22. 前記光変調装置は、複数の画素を有する液晶パネルと、前記液晶パネルに対して光入射側に設けられ、前記複数の画素に対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、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、
    前記マイクロレンズは、前記第５光を前記第１サブ画素に入射させ、前記第６光を前記第２サブ画素に入射させ、前記第７光を前記第３サブ画素に入射させ、前記第８光を前記第４サブ画素に入射させる
    請求項２１に記載のプロジェクター。
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