JP6582708B2 - 光源装置、照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、照明装置およびプロジェクターに関するものである。

従来、レーザー光からなる各色光を拡散板によってそれぞれ拡散させることで照度ムラを防止するようにしたプロジェクターが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１２−１８５３６９号公報

しかしながら、上記従来技術では十分な拡散性を得ることが出来ず、依然として照度ムラが生じるおそれがあった。そのため、照度ムラの発生を抑制することができる新たな技術の提供が望まれていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、照度の均一性が高い、光源装置、照明装置およびプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明の第１態様に従えば、光線束を射出する光源と、前記光線束を第１の光線束と第２の光線束とを含む複数の光線束に分離する光分離光学系と、前記第１の光線束が入射する第１の拡散素子と、前記第２の光線束が入射し、前記第１の拡散素子とは拡散特性が異なる第２の拡散素子と、前記第１の拡散素子と前記第２の拡散素子とを支持する基板と、前記基板を回転させる駆動装置と、前記第１の拡散素子によって拡散された前記第１の光線束と、前記第２の拡散素子によって拡散された前記第２の光線束と、を合成する光合成光学系と、を備える光源装置が提供される。

第１態様に係る光源装置によれば、第１の拡散素子によって拡散された第１の光線束と、第２の拡散素子によって拡散された第２の光線束との拡散性を互いに異ならせることができる。よって、拡散性が互いに異なる第１の光線束および第２の光線束を合成することで、均一性が高い照度分布が得られる。なお、拡散性としては、拡散角や拡散方向を例示できる。

上記第１態様において、前記光分離光学系は、ハーフミラーから構成されることが好ましい。
この構成によれば、簡便且つ確実に光線束を第１の光線束および第２の光線束に分離することができる。

上記第１態様において、前記光分離光学系は、偏光特性に基づいて前記光線束を分離することが好ましい。
この構成によれば、簡便且つ確実に光線束を第１の光線束および第２の光線束に分離することができる。

上記第１態様において、前記光合成光学系は、偏光特性に基づいて前記第１の光線束および前記第２の光線束を合成することが好ましい。
この構成によれば、高い効率で第１の光線束および第２の光線束を合成することができる。

上記第１態様において、前記光分離光学系は、偏光特性に基づいて前記光線束を分離し、前記光合成光学系は、偏光特性に基づいて前記第１の光線束および前記第２の光線束を合成し、前記光分離光学系は前記光合成光学系を兼ねていることが好ましい。
この構成によれば、光源装置を構成する部品点数が少なくなって装置を小型化できる。

上記第１態様において、前記光分離光学系と前記第１の拡散素子との間に設けられた第１の位相差板と、前記光分離光学系と前記第２の拡散素子との間に設けられた第２の位相差板と、をさらに備えることが好ましい。ここで、前記第１の位相差板は、１／４波長板からなり、前記第２の位相差板は、１／４波長板からなることが望ましい。
このようにすれば、分離合成素子は、第１の光線束および第２の光線束を高い効率で合成できる。

上記第１態様において、前記第１の拡散素子上の前記第１の光線束の入射位置、及び、前記第２の拡散素子上の前記第２の光線束の入射位置の少なくともいずれかを時間的に変化させる駆動装置をさらに備えることが好ましい。
また、前記第１の拡散素子と前記第２の拡散素子とを支持する基板をさらに備え、前記駆動装置は、前記基板を回転させるのが望ましい。
このようにすれば、第１の光線束および第２の光線束における拡散性を時間的に変化させることができる。よって、第１の光線束および第２の光線束を合成して得られた光は、その照度分布が時間的に重畳されることでより均一性が高められたものとなる。

上記第１態様において、前記第１の拡散素子は、波長変換材料を有し、前記光合成光学系は、色分離機能を有する偏光分離素子で構成されることが好ましい。
この構成によれば、第１の光線束の一部を波長変換材料により異なる色の光に変換することができる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様に係る光源装置と、前記光源装置から射出された光が入射する均一照明光学系と、を備える照明装置が提供される。

第２態様に係る照明装置は、照度ムラが低減された光源装置を備えるので、ムラが低減された照明光を射出することができる。

本発明の第３態様に従えば、上記第２態様に係る照明装置と、前記照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。

第３態様に係るプロジェクターは上記第２態様に係る照明装置を備えるので、色ムラが低減された画像を投射することができる。

第１実施形態のプロジェクターの光学系を示す概略図。 光源装置の概略構成を示す図。 第１の拡散素子および第２の拡散素子の拡散構造の一部を拡大した図。 拡散光の断面形状を示した図。 第２照明装置の概略構成を示す図。 第２実施形態の第１光源装置の概略構成を示す図。 第３実施形態の第１光源装置の概略構成を示す図。 第４実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図。

以下、本発明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、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。本実施形態のプロジェクターは、スクリーン（被投射面）上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した３つの液晶光変調装置を備えている。プロジェクターは、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを備えている。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図である。
プロジェクター１は、図１に示すように、第１照明装置２と、第２照明装置９と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６と、を備えている。

本実施形態において、第１照明装置２は照明光として青色光ＬＢを色分離光学系３に向けて射出する。また、第２照明装置９は照明光として赤色光及び緑色光を含む蛍光Ｙを色分離光学系３に向けて射出する。

色分離光学系３は、ダイクロイックミラー７と、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃと、を備えている。

ダイクロイックミラー７は、第２照明装置９からの黄色光からなる蛍光Ｙを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離する機能を有する。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１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、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。第２の全反射ミラー８ｂは緑色光ＬＧの光路中に配置され、緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに向けて反射する。また、第３の全反射ミラー８ｃは青色光ＬＢの光路中に配置され、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに向けて反射する。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを通過させる間に、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色に対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを通過させる間に、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色に対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを通過させる間に、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色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，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、一対の偏光板（図示せず）が配置されており、特定の方向の直線偏光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，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。

合成光学系５は、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの各色に対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系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ている。

投射光学系６は、投射レンズ群から構成されている。投射光学系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に向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。

次に、第１照明装置２の構成について説明する。図２は第１照明装置２の概略構成を示す図である。
図２に示すように、第１照明装置２は、第１光源装置５１と第１均一照明光学系５２とを備える。
第１光源装置５１は、第１光源部５０、第１の偏光分離素子５３、第１の位相差板５４ａ、第１の集光レンズ５５、第１の拡散素子５６、第３のピックアップレンズ５７、第４の全反射ミラー５８、第２の位相差板５４ｂ、第５の全反射ミラー５９、第３の位相差板５４ｃ、第２の集光レンズ６０、第２の拡散素子６１、第４のピックアップレンズ６２、第４の位相差板５４ｄおよび光合成素子６３を有する。

第１光源部５０は、複数の第１の半導体レーザー５０ａと、複数の第２の半導体レーザー５０ｂと、を備えている。複数の第１の半導体レーザー５０ａおよび複数の第２の半導体レーザー５０ｂは、照明光軸１０１ａｘと直交する同一面内において、アレイ状に並んで配置されている。

第１の半導体レーザー５０ａから射出された青色光ＢＬｓは第１の偏光分離素子５３にＳ偏光として入射する。を射出する。第２の半導体レーザー５０ｂから射出された青色光ＢＬｐは第１の偏光分離素子５３にＰ偏光として入射する。本実施形態において、第１光源部５０は、青色光ＢＬｐおよび青色光ＢＬｓを含む光線束Ｂ１を第１の偏光分離素子５３に向けて射出する。

第１光源部５０と第１の偏光分離素子５３との間には、第１光源部５０から射出された複数の光線各々を平行化するためのコリメータレンズアレイが設けられている。図２においては、簡略化のため、コリメータレンズアレイを１個のレンズとして図示してある。

第１の偏光分離素子５３は、光線束Ｂ１をＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光分離機能を有している。具体的に、第１の偏光分離素子５３は、光線束Ｂ１のうちＳ偏光成分である青色光ＢＬｓを反射させ、光線束Ｂ１のうちＰ偏光成分である青色光ＢＬｓを透過させる。第１の偏光分離素子５３は、特許請求の範囲の「光分離光学系」に相当する。また、第１の偏光分離素子５３によって分離された青色光ＢＬｐは特許請求の範囲の「第１の光線束」に相当し、第１の偏光分離素子５３によって分離された青色光ＢＬｓは特許請求の範囲の「第２の光線束」に相当する。

第１の偏光分離素子５３を透過したＰ偏光の青色光ＢＬｐは、第１の位相差板５４ａに入射する。第１の位相差板５４ａは１／４波長板（λ／４板）から構成されている。したがって、青色光ＢＬｐは第１の位相差板５４ａを透過することによって、円偏光の青色光ＢＬｃに変換された後、第１の集光レンズ５５に入射する。

第１の集光レンズ５５は、青色光ＢＬｃを第１の拡散素子５６に向けて集光させるものである。第１の拡散素子５６は青色光ＢＬｃを拡散させつつ透過させる。

第１の拡散素子５６は、拡散板５６Ａと、拡散板５６Ａを回転させるためのモーター等の駆動装置５６Ｍと、を備えている。拡散板５６Ａは青色光ＢＬｃを所定角度で拡散させる。

本実施形態において、拡散板５６Ａは、該拡散板５６Ａに入射する青色光ＢＬｃの中心軸に交差する面内で回転可能に構成されている。拡散板５６Ａは、回転軸の方向から見て例えば円形に形成されている。

第１の拡散素子５６から射出された青色光ＢＬｃは、第３のピックアップレンズ５７によって平行光に変換され、第４の全反射ミラー５８で全反射されることで第２の位相差板５４ｂに入射する。第２の位相差板５４ｂは１／４波長板（λ／４板）から構成されている。したがって、青色光ＢＬｃは第２の位相差板５４ｂを透過することによって、Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ’に変換される。青色光ＢＬｓ’は、光合成素子６３に入射する。

一方、第１の偏光分離素子５３で反射されたＳ偏光の青色光ＢＬｓは、第５の全反射ミラー５９で全反射されて第３の位相差板５４ｃに入射する。第３の位相差板５４ｃは１／４波長板（λ／４板）から構成されている。したがって、青色光ＢＬｓは第３の位相差板５４ｃを透過することによって、円偏光の青色光ＢＬｃ’に変換された後、第２の集光レンズ６０に入射する。

第２の集光レンズ６０は、青色光ＢＬｃ’を第２の拡散素子６１に向けて集光させるものである。第２の拡散素子６１は青色光ＢＬｃ’を拡散させつつ透過させる。

第２の拡散素子６１は、拡散板６１Ａと、拡散板６１Ａを回転させるためのモーター等の駆動装置６１Ｍと、を備えている。拡散板６１Ａは青色光ＢＬｃ’を所定角度で拡散させる。

本実施形態において、拡散板６１Ａは、該拡散板６１Ａに入射する青色光ＢＬｃ’の中心軸に交差する面内で回転可能に構成されている。拡散板６１Ａは、回転軸の方向から見て例えば円形に形成されている。

第２の拡散素子６１から射出された青色光ＢＬｃ’は、第４のピックアップレンズ６２によって平行光に変換され、第４の位相差板５４ｄに入射する。第４の位相差板５４ｄは１／４波長板（λ／４板）から構成されている。したがって、青色光ＢＬｃ’は第４の位相差板５４ｄを透過することによって、Ｐ偏光の青色光ＢＬｐ’に変換される。青色光ＢＬｐ’は光合成素子６３に入射する。

光合成素子６３は、第１の偏光分離素子５３と同一の構成からなる。光合成素子６３はＳ偏光である青色光ＢＬｓ’を反射させ、Ｐ偏光である青色光ＢＬｐ’を透過させることで、これらを合成して青色光ＬＢを生成する。光合成素子６３は、特許請求の範囲の「光合成光学系」に相当する。

ところで、本実施形態において、第２の拡散素子６１は、第１の拡散素子５６とは拡散特性が異なっている。ここで、拡散特性とは、拡散板６１Ａによる拡散角や拡散方向を意味する。

図３は第１の拡散素子５６および第２の拡散素子６１の拡散構造の一部を拡大した図である。図３（ａ）は第１の拡散素子５６の拡散板５６Ａの拡散構造を示した図であり、図３（ｂ）は第２の拡散素子６１の拡散板６１Ａの拡散構造を示した図である。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、拡散板５６Ａの表面および拡散板６１Ａの表面各々には、複数の曲面を含む凹凸からなる拡散構造が形成されている。個々の凹部は略球面状に形成されている。本実施形態において、拡散板５６Ａの拡散構造および拡散板６１Ａの拡散構造は、凹凸構造の配列方向が互いに４５度の角度をなしている。一般的に、拡散板は、凹凸構造の向きによって拡散特性が変化する。そのため、本実施形態において、拡散板５６Ａおよび拡散板６１Ａは、互いの拡散特性が異なったものとなっている。

図４は第１の拡散素子５６から射出された拡散光の断面形状および第２の拡散素子６１から射出された拡散光の断面形状を示した図であり、図４（ａ）は拡散板５６Ａから射出された拡散光（青色光ＢＬｃ）の断面形状（光軸方向から見た断面形状）を示し、図４（ｂ）は拡散板６１Ａから射出された拡散光（青色光ＢＬｃ’）の断面形状（光軸方向から見た断面形状）を示したものである。また、図４（ｃ）は青色光ＢＬｃ（図２に示した青色光ＢＬｓ’に相当）および青色光ＢＬｃ’（図２に示した青色光ＢＬｐ’に相当）を合成した青色光ＬＢの断面形状を示したものである。

図４(ａ)，（ｂ）に示すように、拡散板５６Ａから射出された青色光ＢＬｃと拡散板６１Ａから射出された青色光ＢＬｃ’とは断面形状がそれぞれ異なっており、互いの拡散性が異なったものとなっている。なお、拡散性とは、拡散角や拡散方向を意味する。
そのため、図４（ｃ）に示すように、これら青色光ＢＬｃおよび青色光ＢＬｃ’が合成された青色光ＬＢの照度ムラは低減されている。

また、本実施形態では、拡散板５６Ａおよび拡散板６１Ａが駆動装置５６Ｍおよび駆動装置６１Ｍによりそれぞれ回転するため、図４（ａ）、（ｂ）に示した青色光ＢＬｃおよび青色光ＢＬｃ’の断面形状はそれぞれ時間的に変化する。したがって、図４（ｃ）に示した青色光ＬＢの照度分布は時間的に変化するため、照度ムラがより低減される。

青色光ＬＢは第１均一照明光学系５２に入射する。第１均一照明光学系５２は、第１レンズアレイ７０、第２レンズアレイ７１、偏光変換素子７２及び重畳レンズ７３を含む。第１均一照明光学系５２は、青色光ＬＢの照度分布を被照明領域において、例えばトップハット型分布と呼ばれる均一な強度分布となるように変換する。なお、偏光変換素子７２は必須ではない。

第１レンズアレイ７０は、光合成素子６３からの青色光ＬＢを複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ７０ａを有する。複数の第１小レンズ７０ａは、照明光軸１０１ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ７１は、第１レンズアレイ７０の複数の第１小レンズ７０ａに対応する複数の第２小レンズ７１ａを有する。第２レンズアレイ７１は、重畳レンズ７３とともに、第１レンズアレイ７０の各第１小レンズ７０ａの像を各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第２小レンズ７１ａは照明光軸１０１ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。

偏光変換素子７２は、偏光分離層と反射層と位相差板とを有している。偏光変換素子７２は、第１レンズアレイ７０により分割された各部分光束を所定の偏光方向の直線偏光に変換する。

重畳レンズ７３は、偏光変換素子７２からの各部分光束を集光して各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の近傍に重畳させる。

本実施形態の第１光源装置５１によれば、照度の均一性が高められた青色光ＬＢを射出することができる。また、本実施形態の第１照明装置２は、第１光源装置５１に第１均一照明光学系５２を組み合わせることで、被照明領域の照度分布を高めることができる。

次に、第２照明装置９の構成について説明する。図５は第２照明装置９の概略構成を示す図である。
図５に示すように、第２照明装置９は、第２光源装置１１と第２均一照明光学系１２とを備える。
第２光源装置１１は、第２光源部１０、コリメート光学系１３、ダイクロイックミラー１４、ピックアップレンズ１５および回転蛍光板１６を有する。

第２光源部１０は、光軸が照明光軸１０２ａｘと直交するように配置されている。第２光源部１０は、励起光としてレーザー光からなる青色光Ｂを射出するレーザー光源からなる。青色光の発光強度のピークは約４４５ｎｍである。第２光源部１０は、１つのレーザー光源からなるものであってもよいし、多数のレーザー光源からなるものであってもよい。また、４４５ｎｍ以外の波長（例えば、４６０ｎｍ）の青色光を射出する光源部を用いることもできる。

コリメート光学系１３は、第１レンズ１３ａ及び第２レンズ１３ｂを備える。コリメート光学系１３は、第２光源部１０からの青色光を略平行化する。第１レンズ１３ａ及び第２レンズ１３ｂはそれぞれ、凸レンズからなる。

ダイクロイックミラー１４は、コリメート光学系１３からピックアップレンズ１５までの光路中に、第２光源部１０の光軸及び照明光軸１０２ａｘのそれぞれに対して４５°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー１４は青色光を透過させ、赤色光及び緑色光を反射する光学特性を有する。

ピックアップレンズ１５は、正のパワーを持つレンズであって、ダイクロイックミラー１４からの青色光Ｂを略集光した状態で回転蛍光板１６の蛍光体層４６に入射させる機能と、蛍光体層４６から射出された蛍光Ｙを略平行化する機能とを有する。

回転蛍光板１６は、モーター１７により回転可能な基板４０上に、蛍光体層４６が基板４０の周方向に沿って設けられてなる。

蛍光体層４６は、青色光Ｂを赤色光Ｒ及び緑色光Ｇを含む蛍光Ｙに変換して射出する。
蛍光体層４６は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅを含有する層からなる。

青色光Ｂは、蛍光体層４６側から回転蛍光板１６に入射する。蛍光体層４６と基板４０との間には可視光を反射する反射膜４５が設けられている。そのため、青色光Ｂが入射する側に向けて蛍光Ｙが射出される。なお、必ずしも青色光Ｂを透過する材料からなる基板４０を用いる必要はなく、金属のように不透明な材料からなる基板４０を用いてもよい。

蛍光体層４６から射出された蛍光Ｙは、ピックアップレンズ１５を介してダイクロイックミラー１４に入射する。蛍光Ｙはダイクロイックミラー８０を透過して第２均一照明光学系１２に入射する。

第２均一照明光学系１２は、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を含む。第２均一照明光学系１２は、蛍光Ｙの強度分布を被照明領域において均一化する。なお、第２均一照明光学系１２を構成する各構成要素（第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０）は、第１均一照明光学系５２の各構成要素（第１レンズアレイ７０、第２レンズアレイ７１、偏光変換素子７２及び重畳レンズ７３）と同一の構成であることから説明を省略する。

以上のように本実施形態のプロジェクター１によれば、上記第１照明装置２により照度の均一性が高められた青色光ＬＢを用いて画像光を形成するので、ムラが低減された画像を投射することができる。

なお、本実施形態においては、青色光ＢＬｐの光路上に第１の位相差板５４ａおよび第２の位相差板５４ｂを配置したが、これに限らない。第１の位相差板５４ａおよび第２の位相差板５４ｂを一枚の１／２波長板に置き換えてもよい。また、青色光ＢＬｓの光路上に第３の位相差板５４ｃおよび第４の位相差板５４ｄを配置したが、これに限らない。第３の位相差板５４ｃおよび第４の位相差板５４ｄを一枚の１／２波長板に置き換えてもよい。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係るプロジェクターについて説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは第１照明装置の構成である。以下では第１照明装置の構成について説明する。なお、上記実施形態と同一の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細については省略する。

本実施形態の第１照明装置は、第１光源装置と第１均一照明光学系とを備えており、第１光源装置の構成が第１実施形態の第１光源装置５１と異なっている。そのため、以下では第１光源装置の構成についてのみ説明する。

図６は本実施形態の第１光源装置１５１の概略構成を示す図である。図６に示すように、第１光源装置１５１は、第１光源部５０、コリメーター光学系１５２、偏光分離合成素子１５３、第１の位相差板１５４ａ、第１の集光レンズ１５５、第１の拡散素子１５６、第２の位相差板１５４ｂ、第２の集光レンズ１５７および第２の拡散素子１６１を有する。

本実施形態において、第１光源部５０は、青色光ＢＬｐおよび青色光ＢＬｓを含む光線束Ｂ１をコリメーター光学系１５２に向けて射出する。コリメーター光学系１５２は、光線束Ｂ１を平行光に変換し、偏光分離合成素子１５３に入射させる。

偏光分離合成素子１５３は、光線束Ｂ１をＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光分離機能を有している。具体的に、偏光分離合成素子１５３は、光線束Ｂ１のうちＳ偏光である青色光ＢＬｓを反射させ、光線束Ｂ１のうちＰ偏光である青色光ＢＬｐを透過させる。また、偏光分離合成素子１５３は、後述するＳ偏光の青色光ＢＬｓ’を反射し、Ｐ偏光の青色光ＢＬｐ’を透過させることで、これらを合成して青色光ＢＬを生成する。すなわち、本実施形態の偏光分離合成素子１５３は、光分離光学系および光合成光学系として機能する。偏光分離合成素子１５３をたとえば特許請求の範囲に記載の「光分離光学系」と対応付けた場合、偏光分離合成素子１５３は光合成光学系を兼ねている。

偏光分離合成素子１５３を透過したＰ偏光の青色光ＢＬｐは、第１の位相差板１５４ａに入射する。第１の位相差板１５４ａは１／４波長板（λ／４板）から構成されている。したがって、青色光ＢＬｐは第１の位相差板１５４ａを透過することによって、円偏光の青色光ＢＬｃに変換された後、第１の集光レンズ１５５に入射する。

第１の集光レンズ１５５は、青色光ＢＬｃを第１の拡散素子１５６に向けて集光させる。第１の拡散素子１５６は青色光ＢＬｃを拡散反射する。
第１の拡散素子１５６は、拡散板１５６Ａと、拡散板１５６Ａを回転させるためのモーター等の駆動装置１５６Ｍと、を備えている。拡散板１５６Ａは青色光ＢＬｃを所定角度で拡散させる。

第１の拡散素子１５６から射出された拡散反射光（青色光ＢＬｃ）は、第１の集光レンズ１５５によって平行光に変換され、第１の位相差板１５４ａに入射する。青色光ＢＬｃは第１の位相差板１５４ａを透過することによって、Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ’に変換される。青色光ＢＬｓ’は偏光分離合成素子１５３に入射する。

一方、偏光分離合成素子１５３で反射されたＳ偏光の青色光ＢＬｓは、第２の位相差板１５４ｂに入射する。第２の位相差板１５４ｂは１／４波長板（λ／４板）から構成される。そのため、青色光ＢＬｓは第２の位相差板１５４ｂを透過することによって円偏光の青色光ＢＬｃ’に変換された後、第２の集光レンズ１５７に入射する。

第２の集光レンズ１５７は、青色光ＢＬｃ’を第２の拡散素子１６１に向けて集光させる。第２の拡散素子１６１は青色光ＢＬｃ’を拡散反射する。第２の拡散素子１６１は、拡散板１６１Ａと、拡散板１６１Ａを回転させるためのモーター等の駆動装置１６１Ｍと、を備えている。拡散板１６１Ａは青色光ＢＬｃ’を所定角度で拡散させる。

第２の拡散素子１６１から射出された拡散反射光（青色光ＢＬｃ’）は、第２の集光レンズ１５７によって平行光に変換され、第２の位相差板１５４ｂに入射する。青色光ＢＬｃ’は第２の位相差板１５４ｂを透過することによって、Ｐ偏光の青色光ＢＬｐ’に変換される。青色光ＢＬｐ’は偏光分離合成素子１５３に入射する。

偏光分離合成素子１５３は、第１の拡散素子１５６からの青色光ＢＬｓ’を反射させ、第２の拡散素子１６１からの青色光ＢＬｐ’を透過させることで、これらを合成して青色光ＢＬを生成する。

本実施形態において、拡散板１５６Ａおよび拡散板１６１Ａは、第１実施形態と同様に、互いの拡散特性が異なっている。そのため、拡散板１５６Ａから射出された青色光ＢＬｃと拡散板１６１Ａから射出された青色光ＢＬｃ’とは互いの拡散性が異なったものとなっている。
したがって、本実施形態の第１光源装置１５１によれば、青色光ＢＬｃおよび青色光ＢＬｃ’を合成することで、照度ムラが低減された青色光ＢＬを得ることができる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態に係るプロジェクターについて説明する。本実施形態と上記実施形態との違いは第１照明装置の構成である。以下では第１照明装置の構成について説明する。なお、上記実施形態と同一の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細については省略する。

本実施形態の第１照明装置は、第１光源装置と第１均一照明光学系とを備えており、第１光源装置の構成が第１実施形態の第１光源装置５１と異なっている。そのため、以下では第１光源装置の構成についてのみ説明する。

図７は本実施形態の第１光源装置２５１の概略構成を示す図である。図７（ａ）は第１光源装置２５１の側面図であり、図７（ｂ）は第１光源装置２５１の要部構成である回転拡散板を示す平面図である。

図７（ａ）に示すように、第１光源装置２５１は、第１光源部５０、コリメーター光学系２５０、偏光分離合成素子２５２、第１の位相差板２５４ａ、全反射ミラー２５３、第１の集光レンズ２５４、回転拡散板２５５、第２の位相差板２５４ｂおよび第２の集光レンズ２５７を有する。

本実施形態において、第１光源部５０は、青色光ＢＬｐおよび青色光ＢＬｓを含む光線束Ｂ１をコリメーター光学系２５０に向けて射出する。コリメーター光学系２５０は、光線束Ｂ１を平行光に変換し、偏光分離合成素子に入射させる。

偏光分離合成素子２５２は、光線束Ｂ１をＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光分離機能を有している。具体的に、偏光分離合成素子２５２は、光線束Ｂ１のうちＳ偏光である青色光ＢＬｓを反射させ、光線束Ｂ１のうちＰ偏光である青色光ＢＬｐを透過させる。また、偏光分離合成素子２５２は、後述するＳ偏光の青色光ＢＬｓ’を反射し、Ｐ偏光の青色光ＢＬｐ’を透過させることで、これらを合成して青色光ＬＢを生成する。

偏光分離合成素子２５２を透過したＰ偏光の青色光ＢＬｐは、第１の位相差板２５４ａに入射する。第１の位相差板２５４ａは１／４波長板（λ／４板）から構成されている。したがって、青色光ＢＬｐは第１の位相差板２５４ａを透過することによって、円偏光の青色光ＢＬｃに変換され、全反射ミラー２５３で反射された後、第１の集光レンズ２５４により回転拡散板２５５上に集光される。

一方、偏光分離合成素子２５２で反射されたＳ偏光の青色光ＢＬｓは、第２の位相差板２５４ｂに入射する。第２の位相差板２５４ｂは１／４波長板（λ／４板）から構成される。そのため、青色光ＢＬｓは第２の位相差板２５４ｂを透過することによって円偏光の青色光ＢＬｃ’に変換され、第２の集光レンズ２５７により回転拡散板２５５上に集光される。

本実施形態において、回転拡散板２５５は、基板２５５Ａと、該基板２５５Ａを回転させる駆動装置２５５Ｍと、該基板２５５Ａ上に形成された、第１の拡散素子２５６および第２の拡散素子２６１と、を備える。第１の拡散素子２５６および第２の拡散素子２６１は、拡散構造が互いに異なっている（図３参照）。

図７（ｂ）に示すように、本実施形態において、第１の拡散素子２５６および第２の拡散素子２６１は、円板状の基板２５５Ａ上にリング状に配置されている。第１の拡散素子２５６は、第２の拡散素子２６１の内側に配置されている。

青色光ＢＬｃは、第１の集光レンズ２５４により第１の拡散素子２５６上に集光される。第１の拡散素子２５６は青色光ＢＬｃを所定角度で拡散した状態とするように反射させる。
第１の拡散素子２５６から射出された拡散反射光（青色光ＢＬｃ）は、第１の集光レンズ２５４によって平行光に変換され、全反射ミラー２５３で全反射されることで第１の位相差板２５４ａに入射する。青色光ＢＬｃは第１の位相差板２５４ａを透過することによって、Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ’に変換され、偏光分離合成素子２５２に入射する。

また、青色光ＢＬｃ’は、第２の集光レンズ２５７により第２の拡散素子２６１上に集光される。第２の拡散素子２６１は青色光ＢＬｃ’を所定角度で拡散した状態とするように反射させる。
第２の拡散素子２６１から射出された拡散反射光（青色光ＢＬｃ’）は、第２の集光レンズ２５７によって平行光に変換され、第２の位相差板２５４ｂに入射する。青色光ＢＬｃ’は第２の位相差板２５４ｂを透過することによって、Ｐ偏光の青色光ＢＬｐ’に変換され、偏光分離合成素子２５２に入射する。

偏光分離合成素子２５２は、第１の拡散素子２５６からの青色光ＢＬｓ’を反射させ、第２の拡散素子２６１からの青色光ＢＬｐ’を透過させることで、これらを合成して青色光ＢＬを生成する。

本実施形態において、第１の拡散素子２５６および第２の拡散素子２６１は、上記実施形態と同様に、互いの拡散特性が異なっている。そのため、第１の拡散素子２５６から射出された青色光ＢＬｃと第２の拡散素子２６１から射出された青色光ＢＬｃ’とは互いの拡散性が異なっている。したがって、本実施形態の第１光源装置２５１においても、青色光ＢＬｃおよび青色光ＢＬｃ’を合成することで、照度ムラが低減された青色光ＢＬを得ることができる。

また、本実施形態では、駆動装置２５５Ｍによる基板２５５Ａの回転に伴って、第１の拡散素子２５６および第２の拡散素子２６１が回転するため、青色光ＢＬｃおよび青色光ＢＬｃ’の断面形状（図４参照）が時間的に変化する。したがって、青色光ＬＢの照度ムラがより低減される。

また、本実施形態では、１つの基板２５５Ａ上に第１の拡散素子２５６および第２の拡散素子２６１を形成しているため、該基板２５５Ａを回転させることで青色光ＢＬｃおよび青色光ＢＬｃ’の入射位置をそれぞれ変化させることができる。よって、図６に示したように、第１の拡散素子１５６および第２の拡散素子１６１をそれぞれ回転させる構成に比べて、構成が簡略化され、装置の小型化を図ることができる。

（第４実施形態）
続いて、第４実施形態に係る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及び部材については同じ符号を付し、その詳細については省略する。
図８は本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。
図８に示すように、本実施形態のプロジェクター１０１は、照明装置１０２と、色分離光学系１０３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６と、を備えている。

本実施形態の色分離光学系１０３は、第１のダイクロイックミラー１０７ａ及び第２のダイクロイックミラー１０７ｂと、第１の全反射ミラー１０８ａ、第２の全反射ミラー１０８ｂ及び第３の全反射ミラー１０８ｃと、第１のリレーレンズ１０９ａ及び第２のリレーレンズ１０９ｂとを備えている。

第１のダイクロイックミラー１０７ａは、照明装置１０２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する機能を有する。第１のダイクロイックミラー１０７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光（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１０７ｂは、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有する。第２のダイクロイックミラー１０７ｂは、分離された緑色光ＬＧを反射すると共に、青色光ＬＢを透過する。

第１の全反射ミラー１０８ａ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１０７ａ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の全反射ミラー１０８ｂ及び第３の全反射ミラー１０８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー１０７ｂを透過した青色光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１０７ｂ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１０９ａ及び第２のリレーレンズ１０９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２の全反射ミラー１０８ｂの光射出側に配置されている。第１のリレーレンズ１０９ａ及び第２のリレーレンズ１０９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。

本実施形態の照明装置１０２は、光源装置１１０と第１均一照明光学系１１１とを備えている。第１均一照明光学系１１１は図２に示した第１均一照明光学系５２と同一の構成からなる。

光源装置１１０は、光源部１７０、コリメーター光学系１７１、偏光分離合成素子１７２、第１の位相差板１７４ａ、第１の集光レンズ１７３、第１の拡散素子１７６、第２の位相差板１７４ｂ、第２の集光レンズ１７７および第２の拡散素子１８１を有する。

本実施形態において、光源部１７０は、青色光ＢＬｐおよび青色光ＢＬｓを含む光線束Ｂ１をコリメーター光学系１７１に向けて射出する。コリメーター光学系１７１は、光線束Ｂ１を平行光に変換し、偏光分離合成素子１７２に入射させる。

偏光分離合成素子１７２は、光線束Ｂ１をＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光分離機能を有する。偏光分離合成素子１７２は、光線束Ｂ１のうちＳ偏光である青色光ＢＬｓを反射させ、光線束Ｂ１のうちＰ偏光である青色光ＢＬｐを透過させる。また、偏光分離合成素子１７２は、後述するＳ偏光の青色光ＢＬｓ’を反射し、Ｐ偏光の青色光ＢＬｐ’を透過させることで、これらを合成して青色光ＬＢを生成する。
偏光分離合成素子１７２は、後述する黄色の蛍光Ｙをその偏光状態によらず透過させる色分離機能を有する。
さらに、本実施形態の偏光分離合成素子１７２は、後述する黄色の蛍光Ｙを透過させることで青色光ＬＢと合成することで白色の照明光ＷＬを生成する。

偏光分離合成素子１７２で反射されたＳ偏光の青色光ＢＬｓは、第１の位相差板１７４ａに入射する。第１の位相差板１７４ａは１／４波長板（λ／４板）から構成される。青色光ＢＬｓは第１の位相差板１７４ａを透過することで円偏光の青色光ＢＬｃ’に変換された後、第１の集光レンズ１７３に入射する。

第１の集光レンズ１７３は、青色光ＢＬｃ’を第１の拡散素子１７６に向けて集光する。
本実施形態において、第１の拡散素子１７６は、円板１７６Ａと、該円板１７６Ａ上に形成されたリング状の蛍光体層１７６Ｂと、該蛍光体層１７６Ｂ上に積層されたリング状の光拡散層１７６Ｃとを有する。円板１７６Ａは金属板から構成されている。円板１７６Ａと蛍光体層１７６Ｂとの間には反射膜１７６Ｄが形成されており、この反射膜により蛍光（後述）を第１の集光レンズ１７３に向けて射出可能となっている。

蛍光体層１７６Ｂは、青色光ＢＬｃ’を赤色光Ｒ及び緑色光Ｇを含む蛍光Ｙに変換して射出する。蛍光体層１７６Ｂは、例えば、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅを含有する層からなる。蛍光体層１７６Ｂは、特許請求の範囲の「波長変換材料」に相当する。

光拡散層１７６Ｃは青色光ＢＬｃ’の一部を拡散して反射する。光拡散層１７６Ｃから射出された拡散反射光（青色光ＢＬｃ’）は、第１の集光レンズ１７３によって平行光に変換され、第１の位相差板１７４ａに入射する。青色光ＢＬｃ’は第１の位相差板１７４ａを透過することによって、Ｐ偏光の青色光ＢＬｐ’に変換される。青色光ＢＬｐ’は偏光分離合成素子１７２に入射する。

本実施形態において、第１の拡散素子１７６に入射した青色光ＢＬｃ’の残りは、光拡散層１７６Ｃを透過して蛍光体層１７６Ｂに入射する。蛍光体層１７６Ｂは青色光ＢＬｃ’を蛍光Ｙに変換する。蛍光Ｙは光拡散層１７６Ｃを透過した後、第１の集光レンズ１７３によって平行光に変換され、第１の位相差板１７４ａを透過して偏光分離合成素子１７２に入射する。

一方、偏光分離合成素子１７２を透過したＰ偏光の青色光ＢＬｐは、第２の位相差板１７４ｂに入射する。第２の位相差板１７４ｂは１／４波長板（λ／４板）から構成されている。したがって、青色光ＢＬｐは第２の位相差板１７４ｂを透過することによって、円偏光の青色光ＢＬｃに変換された後、第２の集光レンズ１７７に入射する。

第２の集光レンズ１７７は、青色光ＢＬｃを第２の拡散素子１８１に向けて集光させる。第２の拡散素子１８１は青色光ＢＬｃを拡散反射する。第２の拡散素子１８１は、拡散板１８１Ａと、拡散板１８１Ａを回転させるためのモーター等の駆動装置１８１Ｍと、を備えている。拡散板１８１Ａは、表面に形成された凹凸構造により青色光ＢＬｃを所定角度で拡散した状態となるように反射させる。

本実施形態において、拡散板１８１Ａの拡散特性は、第１の拡散素子１７６の光拡散層１７６Ｃの拡散特性と異なっている。そのため、拡散板１８１Ａから射出された青色光ＢＬｃと第１の拡散素子１７６（光拡散層１７６Ｃ）から射出された青色光ＢＬｃ’とは、拡散性が互いに異なったものとなっている。

第２の拡散素子１８１から射出された拡散反射光（青色光ＢＬｃ）は、第２の集光レンズ１７７によって平行光に変換され、第２の位相差板１７４ｂに入射する。これにより、青色光ＢＬｃは第２の位相差板１７４ｂを透過することによって、Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ’に変換される。青色光ＢＬｓ’は偏光分離合成素子１７２に入射する。

偏光分離合成素子１７２は、第１の拡散素子１７６からの青色光ＢＬｐ’を透過させ、第２の拡散素子１８１からの青色光ＢＬｓ’を反射させることで、これらを合成して青色光ＬＢを生成する。また、偏光分離合成素子１７２は、第１の拡散素子１７６からの蛍光Ｙを透過させることで、青色光ＬＢおよび蛍光Ｙを合成して白色の照明光ＷＬを生成する。

本実施形態のプロジェクター１０１によれば、照明光ＷＬを構成する青色光ＬＢの照度ムラが低減されているので、ムラが低減された画像を投射することができる。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも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。

上記第１実施形態では、偏光特性に基づいて光を分離する第１の偏光分離素子５３を用いる場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。第１の偏光分離素子５３に代えてハーフミラーを用いることで第１光源部５０からの光を分離するようにしても良い。この構成によれば、光を簡便に分離することができる。また、この場合は、光合成素子６３もハーフミラーに置き換えてもよい。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。

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。本発明による光源装置は、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。

Ｂ１…光線束、ＢＬｐ…青色光（第１の光線束）、ＢＬｓ…青色光（第２の光線束）、１，１０１…プロジェクター、２…第１照明装置、５０…第１光源部（光源）、５１…第１光源装置、５３…第１の偏光分離素子（光分離光学系）、５４ａ…第１の位相差板、５４ｂ…第２の位相差板、５４ｃ…第３の位相差板、５４ｄ…第４の位相差板、５６，１５６，２５６…第１の拡散素子、５６Ａ，１５６Ａ…拡散板、５６Ｍ，１５６Ｍ…駆動装置、６１，１６１，２６１…第２の拡散素子、６１Ａ，１６１Ａ…拡散板、６１Ｍ，１６１Ｍ…駆動装置、６３…光合成素子、１５３，１７２，２５２…偏光分離合成素子（分離合成素子）、１０２…照明装置、１５４ａ，１７４ａ，２５４ａ…第１の位相差板、１５４ｂ，１７４ｂ，２５４ｂ…第２の位相差板。

Claims (11)

1. 光線束を射出する光源と、
   前記光線束を第１の光線束と第２の光線束とを含む複数の光線束に分離する光分離光学系と、
   前記第１の光線束が入射する第１の拡散素子と、
   前記第２の光線束が入射し、前記第１の拡散素子とは拡散特性が異なる第２の拡散素子と、
   前記第１の拡散素子と前記第２の拡散素子とを支持する基板と、
   前記基板を回転させる駆動装置と、
   前記第１の拡散素子によって拡散された前記第１の光線束と、前記第２の拡散素子によって拡散された前記第２の光線束と、を合成する光合成光学系と、を備える光源装置。
2. 前記光分離光学系は、ハーフミラーから構成される
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光分離光学系は、偏光特性に基づいて前記光線束を分離する
   請求項１に記載の光源装置。
4. 前記光合成光学系は、偏光特性に基づいて前記第１の光線束および前記第２の光線束を合成する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記光分離光学系は、偏光特性に基づいて前記光線束を分離し、
   前記光合成光学系は、偏光特性に基づいて前記第１の光線束および前記第２の光線束を合成し、
   前記光分離光学系は前記光合成光学系を兼ねている
   請求項１に記載の光源装置。
6. 前記光分離光学系と前記第１の拡散素子との間に設けられた第１の位相差板と、前記光分離光学系と前記第２の拡散素子との間に設けられた第２の位相差板と、をさらに備える
   請求項５に記載の光源装置。
7. 前記第１の位相差板は、１／４波長板からなり、
   前記第２の位相差板は、１／４波長板からなる
   請求項６に記載の光源装置。
8. 前記駆動装置は、前記第１の拡散素子上の前記第１の光線束の入射位置、及び、前記第２の拡散素子上の前記第２の光線束の入射位置を時間的に変化させる
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記第１の拡散素子は、波長変換材料を有し、
   前記光合成光学系は、色分離機能を有する偏光分離素子で構成される
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置と、
    前記光源装置から射出された光が入射する均一照明光学系と、を備える
    照明装置。
11. 請求項１０に記載の照明装置と、
    前記照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
    前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
    プロジェクター。

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