JP7247776B2 - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

下記の特許文献１には、固体光源ユニットから射出した光線を偏光分離合成手段によって２つに分離して蛍光生成用光路及び拡散光生成用光路にそれぞれ導き、蛍光体によって生成される蛍光と拡散板によって生成される拡散光とを偏光分離合成手段で合成して照明光を生成するプロジェクター用の光源装置が開示されている。この光源装置において、拡散光生成用光路には、偏光分離合成手段を透過した後に拡散板で反射された光線を偏光分離合成手段で反射させるための１／４波長板が必要となる。

特開２０１２－１３７７４４号公報

１／４波長板が水晶で構成される場合には、水晶は非常に高価であるため、上記光源装置が高コスト化してしまうという問題があった。

上記の課題を解決するために、本発明の第１態様の光源装置は、第１の波長を有する第１の偏光方向の第１の光を射出する発光装置と、前記第１の光を反射する第１の領域と、前記第１の領域とは異なる第２の領域とを有する第１の光学素子と、前記第１の光学素子の前記第１の領域で反射される前記第１の光が入射され、前記第１の光を前記第１の波長を有する円偏光の第２の光に変換する第２の光学素子と、前記第２の光学素子から射出された前記第２の光が入射される拡散素子と、を備え、前記拡散素子で反射されて前記第２の光学素子に入射した前記第２の光は、前記第２の光学素子によって、前記第１の波長を有する第２の偏光方向の第３の光に変換され、前記第２の光学素子から射出されて前記第１の光学素子の前記第１の領域に入射される前記第３の光は、前記第１の光学素子の前記第１の領域において透過され、前記拡散素子で反射されて前記第１の光学素子の前記第２の領域に入射される前記第２の光は、前記第１の光学素子の前記第２の領域において透過され、前記拡散素子から射出されて前記第１の光学素子の前記第１の領域および前記第２の領域に入射される第２の波長を有する第４の光は、前記第１の光学素子の前記第１の領域および前記第２の領域において透過されることを特徴とする。

上記第１態様の光源装置において、前記第１の光学素子において、前記第１の領域は前記第１の光学素子の中央に設けられ、前記第２の領域は前記第１の領域の周囲に設けられてもよい。

上記第１態様の光源装置において、前記第２の光学素子は、前記第１の光学素子の一方側に、前記第１の領域と対向するように配置されてもよい。

上記第１態様の光源装置において、前記第２の光学素子は水晶で形成されてもよい。

上記第１態様の光源装置において、前記第１の光学素子の前記第１の領域から射出される前記第３の光が入射される第３の光学素子を備え、前記第３の光学素子は、前記第３の光を前記第１の波長を有する円偏光の第５の光に変換してもよい。

上記第１態様の光源装置において、前記第３の光学素子は、前記第１の光学素子の他方側に、前記第１の領域と対向するように配置されてもよい。

上記第１態様の光源装置において、前記第３の光学素子は水晶で形成されてもよい。

上記第１態様の光源装置において、前記拡散素子の光入射側に、前記第２の光の一部を拡散反射させる拡散反射部が設けられてもよい。

上記第１態様の光源装置において、前記拡散反射部は、前記第２の光の一部を反射し、前記第２の光の一部の残りを透過させる光学膜を有してもよい。

上記第１態様の光源装置において、前記発光装置と前記第１の光学素子との間に設けられ、前記発光装置から射出された前記第１の光の光束幅を圧縮する光束幅圧縮手段を備えてもよい。

本発明の第２態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置から射出される光を画像情報に応じて変調して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装置と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の光源装置は、第１の波長を有する第１の偏光方向の第１の光を射出する発光装置と、前記第１の光を反射する第１の領域と、前記第１の領域とは異なる第２の領域とを有する第１の光学素子と、前記第１の光学素子の前記第１の領域で反射される前記第１の光が入射され、前記第１の光を前記第１の波長を有する円偏光の第２の光に変換する第２の光学素子と、前記第２の光学素子から射出された前記第２の光が入射される拡散素子と、を備え、前記拡散素子で反射されて前記第２の光学素子に入射した前記第２の光は、前記第２の光学素子によって、前記第１の波長を有する第２の偏光方向の第３の光に変換され、前記第２の光学素子から射出されて前記第１の光学素子の前記第１の領域に入射される前記第３の光は、前記第１の光学素子の前記第１の領域において透過され、前記拡散素子で反射されて前記第１の光学素子の前記第２の領域に入射される前記第２の光は、前記第１の光学素子の前記第２の領域において透過され、前記拡散素子から射出されて前記第１の光学素子の前記第１の領域および前記第２の領域に入射される第２の波長を有する第４の光は、前記第１の光学素子の前記第１の領域および前記第２の領域において透過され、前記第１の光学素子の前記第１の領域から射出される前記第３の光が入射される第３の光学素子を備え、前記第３の光学素子は、前記第３の光を前記第１の波長を有する円偏光の第５の光に変換することを特徴とする。

一実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 光源装置の概略構成を示す図である。 青色アレイ光源の斜視図である。 青色アレイ光源を光軸に沿う方向に見た平面図である。 光合成素子の平面構成を示す図である。 光合成素子の斜視構成を示す図である。 拡散反射部の構成を示す断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、半導体レーザーを用いた光源装置を備えた液晶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、構成要素により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１の概略構成図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、光源装置２と、色分離導光光学系２００と、赤色光用光変調装置４００Ｒと、緑色光用光変調装置４００Ｇと、青色光用光変調装置４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投射光学装置６００と、を備えている。本実施形態の赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂは、特許請求の範囲の光変調装置に対応する。

本実施形態において、光源装置２は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢを含む白色の照明光ＷＬを射出する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０と、ダイクロイックミラー２２０と、反射ミラー２３０と、反射ミラー２４０と、反射ミラー２５０と、リレーレンズ２６０と、リレーレンズ２７０と、を備えている。色分離導光光学系２００は、光源装置２からの照明光ＷＬを、赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離し、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢをそれぞれ対応する赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂに導く。

色分離導光光学系２００と赤色光用光変調装置４００Ｒとの間には、フィールドレンズ３００Ｒが配置されている。色分離導光光学系２００と緑色光用光変調装置４００Ｇとの間には、フィールドレンズ３００Ｇが配置されている。色分離導光光学系２００と青色光用光変調装置４００Ｂとの間には、フィールドレンズ３００Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光ＬＲを透過させ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射する。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光ＬＧを反射して、青色光ＬＢを透過させる。反射ミラー２３０は、赤色光ＬＲを反射する。反射ミラー２４０および反射ミラー２５０は、青色光ＬＢを反射する。

赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂのそれぞれは、入射された色光を画像情報に応じて変調して画像を形成する液晶パネルから構成されている。

なお、図示を省略したが、フィールドレンズ３００Ｒと赤色光用光変調装置４００Ｒとの間には、入射側偏光板が配置されている。フィールドレンズ３００Ｇと緑色光用光変調装置４００Ｇとの間には、入射側偏光板が配置されている。フィールドレンズ３００Ｂと青色光用光変調装置４００Ｂとの間には、入射側偏光板が配置されている。赤色光用光変調装置４００Ｒとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、射出側偏光板が配置されている。緑色光用光変調装置４００Ｇとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、射出側偏光板が配置されている。青色光用光変調装置４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、射出側偏光板が配置されている。

クロスダイクロイックプリズム５００は、赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、青色光用光変調装置４００Ｂから射出された各画像光を合成してカラー画像を形成する。クロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面に、誘電体多層膜が設けられている。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投射光学装置６００によってスクリーンＳＣＲ上に拡大投射される。

（光源装置）
続いて、光源装置２について説明する。図２は光源装置２の概略構成を示す図である。
図２に示すように、光源装置２は、青色アレイ光源（発光装置）２０と、アフォーカル光学系（光束幅圧縮手段）２２と、ホモジナイザー光学系２３と、光合成素子（第１の光学素子）２５と、集光光学系２６と、拡散素子２７と、第１の位相差板（第２の光学素子）２８ａと、第２の位相差板（第３の光学素子）２８ｂと、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

青色アレイ光源２０と、アフォーカル光学系２２と、ホモジナイザー光学系２３と、光合成素子２５とは、青色アレイ光源２０の光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。

また、拡散素子２７と、集光光学系２６と、第１の位相差板２８ａと、光合成素子２５と、第２の位相差板２８ｂと、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とは、照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と照明光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。

青色アレイ光源２０について説明する。
図３は青色アレイ光源２０の斜視図である。図４は青色アレイ光源２０を光軸ａｘ１に沿う方向に見た平面図である。
図３および図４に示すように、青色アレイ光源２０は、複数の発光素子２１を備えている。本実施形態では、青色アレイ光源２０は、７個の発光素子２１を備えている。７個の発光素子２１は、青色光ＬＢの光軸ａｘ上に位置する１個の第１発光素子２１ａと、この第１発光素子２１ａの周辺を取り囲むように設けられた６個の第２発光素子２１ｂと、を含んでいる。このように、周辺の６個の第２発光素子２１ｂは、青色光ＬＢの光軸ａｘ１の周りに実質的に回転対称に設けられている。７個の発光素子２１は、支持部材１０７によって支持されている。

各発光素子２１は、ＣＡＮパッケージタイプの半導体レーザーから構成されている。発光素子２１は、台座１０２と缶体１０３とからなるパッケージ１０４と、パッケージ１０４に収容された半導体レーザー素子１０５と、コリメートレンズ１０６と、を備えている。半導体レーザー素子１０５は、例えばピーク波長が４４０ｎｍ～４７０ｎｍの青色光線（第１の波長を有する第１の光）Ｂ１を射出する。パッケージ１０４の光射出口には、コリメートレンズ１０６が設けられている。コリメートレンズ１０６は、半導体レーザー素子１０５から射出された青色光線Ｂ１を略平行化する。

このように、発光素子２１は、平行化された青色光線Ｂ１を射出する。青色アレイ光源２０は、７本の青色光線Ｂ１からなる青色光Ｂを射出する。複数の青色光線Ｂ１各々の主光線は互いに平行である。各半導体レーザー素子１０５から射出された青色光線Ｂ１は直線偏光である。つまり、青色アレイ光源２０から射出される青色光Ｂは直線偏光である。

青色アレイ光源２０から射出された青色光Ｂは、アフォーカル光学系２２に入射する。アフォーカル光学系２２は、青色光Ｂの光束幅を圧縮する光学系であり、例えば２枚のアフォーカルレンズ２２ａ，アフォーカルレンズ２２ｂで構成されている。そして、このアフォーカル光学系２２を通過することにより光束幅が調整された青色光Ｂは、ホモジナイザー光学系２３に入射する。

ホモジナイザー光学系２３は、マルチレンズ２３ａ、２３ｂを有する。ホモジナイザー光学系２３は、集光光学系２６とともに被照明領域である拡散素子２７の照度分布を均一化する。ホモジナイザー光学系２３を透過した青色光Ｂは光合成素子２５の一部に入射する。

図５は光合成素子２５の平面構成を示す図である。図５は、光合成素子２５の表面における法線方向から平面視した場合の平面図である。図６は光合成素子２５の斜視構成を示す図である。図６は、図２中における光軸ａｘ１又は照明光軸ａｘ２に沿う方向に平面視した光合成素子２５の構成を示す図である。

図５に示すように、光合成素子２５は、透明基板１０と偏光ビームスプリッター１１とで構成されている。偏光ビームスプリッター１１は透明基板１０上の一部に設けられている。本実施形態の光合成素子２５は、第１の領域２５Ａと、第１の領域２５Ａと異なる第２の領域２５Ｂとを含む。

第１の領域２５Ａは、透明基板１０上における偏光ビームスプリッター１１の形成領域で構成される。第２の領域２５Ｂは、透明基板１０上における偏光ビームスプリッター１１の非形成領域で構成される。

透明基板１０は、例えば、ガラスやプラスチック等の透光性部材で構成され、入射する光の波長帯によらず光を透過可能である。偏光ビームスプリッター１１は、入射する光を、偏光ビームスプリッター１１に対するＳ偏光とＰ偏光とに分離する偏光分離機能を有する。また、偏光ビームスプリッター１１は、拡散素子２７から射出され、青色光Ｂとは波長帯が異なる蛍光（第２の波長を有する第４の光）ＹＬを、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有する。

本実施形態において、青色アレイ光源２０から射出される青色光Ｂは偏光ビームスプリッター１１に対するＳ偏光（第１の偏光方向）に相当する。そのため、偏光ビームスプリッター１１は青色アレイ光源２０から射出された青色光Ｂを反射可能である。

上記構成に基づき、光合成素子２５の第１の領域２５Ａは、青色アレイ光源２０から射出された青色光Ｂを反射する。本実施形態において、青色光Ｂは第１の波長を有する第１の偏光方向の第１の光に相当する。

図２に示すように、青色アレイ光源２０から射出された青色光Ｂは、アフォーカル光学系２２を経由することで光束幅が圧縮された状態で、光合成素子２５の第１の領域２５Ａに入射する。

具体的に光合成素子２５において、第１の領域２５Ａは光合成素子２５の中央に設けられている。また、第２の領域２５Ｂは第１の領域２５Ａの周囲に設けられている。

図５に示すように光合成素子２５の平面形状は矩形であり、第１の領域２５Ａの平面形状は楕円である。光軸ａｘ１および照明光軸ａｘ２は光合成素子２５の中心を通る。すなわち、第１の領域２５Ａは光軸ａｘ１および照明光軸ａｘ２上に設けられている。光軸ａｘ１および照明光軸ａｘ２の交点Ｐは第１の領域２５Ａの中心に位置する。

図２に示すように光合成素子２５は、光軸ａｘ１及び照明光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置されている。光合成素子２５は、光軸ａｘ１又は照明光軸ａｘ２に沿う方向に沿って平面視した場合に、図６に示すように第１の領域２５Ａの平面形状は円形である。本実施形態において、第１の領域２５Ａは光合成素子２５の中央に設けられるので、光軸ａｘ１又は照明光軸ａｘ２に対する第１の領域２５Ａの位置合わせが容易となる。

本実施形態において、青色光Ｂの主光線は第１の領域２５Ａの中心を通るように構成される。アフォーカル光学系２２を経由した青色光Ｂは略円形状の断面を有する光線束に整形されているため、円形の平面形状を有する第１の領域２５Ａに良好に入射する。

第１の位相差板２８ａは、光合成素子２５の一方側（拡散素子２７側）に、第１の領域２５Ａと対向するように配置される。本実施形態において、第１の位相差板２８ａ及び第１の領域２５Ａが対向配置されるとは、照明光軸ａｘ２上において第１の位相差板２８ａが第１の領域２５Ａの表面に対して４５°の角度をなすように配置された状態を含む。照明光軸ａｘ２に沿う方向から平面視した場合、第１の位相差板２８ａは第１の領域２５Ａと略重なるように設けられている。

本実施形態において、第１の位相差板２８ａは、光合成素子２５と拡散素子２７との間に設けられ、光合成素子２５の第１の領域２５Ａに対向して配置されるので、第１の領域２５Ａで反射された青色光Ｂが第１の位相差板２８ａに効率良く入射する。

第１の位相差板２８ａは、光合成素子２５と拡散素子２７との間の光路中に配置された１／４波長板から構成される。この１／４波長板は水晶で構成された位相差板である。

本実施形態の光源装置２では、青色アレイ光源２０から射出された青色光Ｂをアフォーカル光学系２２で圧縮した後、第１の領域２５Ａで反射することで第１の位相差板２８ａに入射させる。青色光Ｂを圧縮することで第１の領域２５Ａに入射させることができる。また、青色光Ｂを圧縮することで第１の領域２５Ａの面積を小さくできる。よって、第１の領域２５Ａで反射させた光を入射させる第１の位相差板２８ａの大きさを小さくできる。

第１の位相差板２８ａは、青色光Ｂを、例えば右回り円偏光の青色光Ｂｃに変換する。本実施形態において、青色光Ｂｃは、第１の波長を有する円偏光の第２の光に相当する。

青色光Ｂｃは集光光学系２６に入射する。集光光学系２６は、例えばレンズ２６ａ，２６ｂから構成される。ホモジナイザー光学系２３及び集光光学系２６を経由した青色光Ｂｃは、拡散素子２７の被照明領域に対して照度分布が均一化された状態で入射する。

拡散素子２７は、集光光学系２６から射出された青色光Ｂｃの一部を拡散反射させるとともに蛍光ＹＬを射出する。拡散素子２７は、蛍光体３４と、蛍光体３４を支持する基板３５と、蛍光体３４を基板３５に固定する固定部材３６と、を有している。

本実施形態において、蛍光体３４は、該蛍光体３４の側面と基板３５との間に設けられた固定部材３６により、基板３５に固定される。蛍光体３４は、青色光Ｂｃの入射する側と反対側の面において、基板３５に接触する。

基板３５における蛍光体３４の支持面と反対の面にヒートシンク３８が配置されている。拡散素子２７では、このヒートシンク３８を介して放熱できるため、蛍光体３４の熱劣化を防ぐことができる。

蛍光体３４は、青色光Ｂｃを吸収して励起されることで、例えば波長帯が５００～７００ｎｍの蛍光（黄色蛍光）ＹＬを射出する。例えば、蛍光体３４としては、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層や、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。

蛍光体３４は内部での屈折率差が小さいため、青色光Ｂｃの後方散乱は望めない。本実施形態の拡散素子２７は、光入射側に、青色光Ｂｃを拡散反射させる拡散反射部３４ａを有している。

図７は拡散反射部の構成を示す断面図である。
図７に示すように、拡散反射部３４ａは青色光Ｂｃの一部を拡散反射する機能を有する。
拡散反射部３４ａは、蛍光体３４における青色光Ｂｃの入射面に例えばテクスチャ加工、ディンプル加工を施して形成した凸構造、凹構造又は凹凸構造により構成される。本実施形態において、拡散反射部３４ａは蛍光体３４の表面に直接形成する場合を例に挙げたが、拡散反射部は蛍光体３４の表面に別途貼り付けた透光性部材に形成してもよい。

拡散反射部３４ａは光入射側の表面に光学膜１２を有している。光学膜１２は、集光光学系２６から入射した青色光Ｂｃの一部を反射し、青色光Ｂｃの一部の残りを透過させる。また、光学膜１２は蛍光ＹＬを透過させる。光学膜１２は例えば誘電体多層膜で構成される。光学膜１２は拡散反射部３４ａを構成する凹凸に倣って形成される。拡散反射部３４ａの表面に設けられた光学膜１２を有することで、青色光Ｂｃの反射率を制御可能である。本実施形態の拡散反射部３４ａは、例えば、拡散素子２７による青色光Ｂｃの反射率が１０％から３０％程度となる光学膜１２を有している。

以下、拡散素子２７によって拡散反射された光を青色拡散光Ｂｃ１と称する。
拡散素子２７に入射した青色光Ｂｃの一部は拡散反射部３４ａの表面で拡散された状態で反射される。拡散反射部３４ａは、例えば、右回り円偏光の青色光Ｂｃを左回り円偏光の青色拡散光Ｂｃ１として反射する。

一方、拡散素子２７に入射した青色光Ｂｃの一部の残りは拡散反射部３４ａを透過して蛍光体３４内に入射する。蛍光体３４は青色光Ｂｃにより励起されることで蛍光ＹＬを生成する。蛍光ＹＬは拡散反射部３４ａを透過して外部に射出される。なお、蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、基板３５に向かって進む成分は、蛍光体３４と基板３５との間に設けられた反射層３７で反射されることで外部に射出される。

拡散反射部３４ａで拡散反射された青色拡散光Ｂｃ１は集光光学系２６に入射する。集光光学系２６は拡散反射された青色拡散光Ｂｃ１を平行化するピックアップレンズとしての機能を有する。

青色拡散光Ｂｃ１は集光光学系２６により平行光に変換された後、再び第１の位相差板２８ａに入射する。よって、第１の位相差板２８ａは平行光として入射する青色拡散光Ｂｃ１に対して位相差板として効率的に機能するので、青色拡散光Ｂｃ１に対して所定の位相差を付与できる。

青色拡散光Ｂｃ１は青色光Ｂｃを拡散反射した光であることから、青色拡散光Ｂｃ１の光束幅は青色光Ｂｃの光束幅よりも大きい。そのため、青色拡散光Ｂｃ１のうち青色光Ｂｃの光路上を通過する光のみが第１の位相差板２８ａに入射し、青色光Ｂｃの光路よりも外側の光路上を通過する光は第１の位相差板２８ａに入射しない。

第１の位相差板２８ａに入射した左回り円偏光の青色拡散光Ｂｃ１は、第１の位相差板２８ａによってＰ偏光（第２の偏光方向）の青色光Ｂｐに変換される。本実施形態において、青色光Ｂｐは、第１の波長を有する第２の偏光方向の第３の光に相当する。

第１の位相差板２８ａから射出された青色光Ｂｐは、光合成素子２５の第１の領域２５Ａに再び入射する。青色光ＢｐはＰ偏光に変換されているため、光合成素子２５の第１の領域２５Ａを透過する。光合成素子２５の第１の領域２５Ａを透過した青色光Ｂｐは第２の位相差板２８ｂに入射する。

第２の位相差板２８ｂは、光合成素子２５の第１の領域２５Ａに対向して配置される。本実施形態において、第２の位相差板２８ｂ及び第１の領域２５Ａが対向して配置されるとは、照明光軸ａｘ２上において第２の位相差板２８ｂが第１の領域２５Ａの表面に対して４５°の角度をなすように配置される状態を含む。照明光軸ａｘ２に沿う方向に平面視した場合、第２の位相差板２８ｂは第１の領域２５Ａおよび第１の位相差板２８ａと略重なるように設けられている。すなわち、第２の位相差板２８ｂは、光合成素子２５とインテグレータ光学系３１との間に設けられ、光合成素子２５の第１の領域２５Ａに対向して配置される。

本実施形態において、第２の位相差板２８ｂは、光合成素子２５の第１の領域２５Ａに対向して配置されるので、第１の領域２５Ａを透過した青色光Ｂｐが第２の位相差板２８ｂに効率良く入射する。第２の位相差板２８ｂは、第１の位相差板２８ａを経由した光の光路上に配置されるため、第２の位相差板２８ｂの大きさは第１の位相差板２８ａの大きさと同じである。

第１の領域２５Ａを透過した青色光Ｂｐは集光光学系２６によって平行光に変換されているため、青色光Ｂｐは第２の位相差板２８ｂに対しても平行光として入射する。よって、第２の位相差板２８ｂは平行光として入射する青色光Ｂｐに対して位相差板として効率的に機能するので、青色光Ｂｐに対して所定の位相差を付与できる。

第２の位相差板２８ｂは、光合成素子２５とインテグレータ光学系３１との間の光路中の一部に配置された１／４波長板から構成される。この１／４波長板は水晶で構成された位相差板である。

第２の位相差板２８ｂは、青色光Ｂｐを、例えば左回り円偏光の青色光Ｂｃ２に変換する。本実施形態において、青色光Ｂｃ２は、第１の波長を有する円偏光の第５の光に相当する。青色光Ｂｃ２はインテグレータ光学系３１に入射する。

一方、拡散素子２７から射出されて第１の位相差板２８ａを通過しない青色光Ｂｃは光合成素子２５の第２の領域２５Ｂに入射する。青色光Ｂｃは第２の領域２５Ｂ（透明基板１０）を透過してインテグレータ光学系３１に入射する。

本実施形態の光源装置２によれば、拡散素子２７で拡散反射された青色拡散光Ｂｃ１の一部の偏光状態を制御して光合成素子２５の第１の領域２５Ａを透過させることができる。光源装置２は、青色拡散光Ｂｃ１の一部の光路上に第１の位相差板２８ａを備えるため、第１の位相差板２８ａの小型化できる。

また、本実施形態の光源装置２では、アフォーカル光学系２２によって圧縮した青色光Ｂを光合成素子２５に入射させるので、第１の領域２５Ａの面積を小さくできる。よって、第１の領域２５Ａで反射させた青色光Ｂが入射する第１の位相差板２８ａをより小型化できる。上述のように第２の位相差板２８ｂは小型化された第１の位相差板２８ａと同じ大きさを有するため、第２の位相差板２８ｂ自体も小型化される。

一般的に水晶で構成される位相差板は非常に高価であるため、第１の位相差板２８ａ及び第２の位相差板２８ｂを小型化すれば光源装置２のコストを低減できる。本実施形態の光源装置２は、第１の位相差板２８ａ及び第２の位相差板２８ｂを小型化することでコスト低減が図られる。

本実施形態において、拡散素子２７に入射する青色光Ｂｃの主光線は集光光学系２６の中心軸（光軸）に一致している。
ここで、比較例として、拡散素子２７に入射する青色光Ｂｃの主光線が集光光学系２６の中心軸（光軸）に一致していない場合を考える。この場合、青色光Ｂｃの主光線が集光光学系２６の周辺部分に入射するので、青色拡散光Ｂｃ１は等方的に拡散されない。よって、拡散素子２７で拡散反射された青色拡散光Ｂｃ１の主光線が集光光学系２６の中心軸（光軸）を通過しないので、青色拡散光Ｂｃ１の光束形状は歪んだ状態となる。このように歪んだ光束形状の青色拡散光Ｂｃ１はインテグレータ光学系３１の全体に入射しないため、インテグレータ光学系３１を効率良く機能させることができなくなってしまう。

これに対し、本実施形態の光源装置２では、青色光Ｂｃの主光線が集光光学系２６の中心軸（光軸）に入射するので、青色拡散光Ｂｃ１は全方向に亘って等方的に拡散される。よって、拡散素子２７で拡散反射された青色拡散光Ｂｃ１の主光線が集光光学系２６の中心軸（光軸）を通過するので、青色拡散光Ｂｃ１は略円形状の断面を有した光束となる。したがって、本実施形態の光源装置２によれば、青色拡散光Ｂｃ１がインテグレータ光学系３１の全体に効率良く入射するので、インテグレータ光学系３１を有効に機能させることができる。

本実施形態の光源装置２において、集光光学系２６には、青色アレイ光源２０から射出された高エネルギーを有するレーザー光（青色光Ｂ）が入射する。そのため、集光光学系２６は温度上昇によって光弾性効果（複屈折）が生じ易い。集光光学系２６において複屈折が生じると、集光光学系２６を透過する光の偏光状態に乱れが生じてしまう。

本実施形態の光源装置２において、第１の位相差板２８ａを２回通過することでＰ偏光に変換された青色光Ｂｐが光合成素子２５の第１の領域２５Ａを透過する。

ここで、拡散素子２７で拡散反射された青色拡散光Ｂｃ１における全光束幅の１／３の光が第１の位相差板２８ａに入射すると仮定する。この場合、青色拡散光Ｂｃ１のうち第１の位相差板２８ａに入射する光束面積と第１の位相差板２８ａに入射しない光束面積との比は１：８となる。すなわち、拡散素子２７で拡散反射された青色拡散光Ｂｃ１の殆ど（８／９）は光合成素子２５において偏光分離に利用されない。

本実施形態の光源装置２の構成によれば、仮に上述した集光光学系２６における偏光状態の乱れが生じた場合でも、光合成素子２５における偏光分離に及ぶ影響を小さくできる。そのため、本実施形態の光源装置２では、集光光学系２６における光弾性効果（複屈折）の影響を低減するために集光光学系２６を熱膨張係数の小さい石英レンズで構成する必要はない。よって、集光光学系２６を高価な石英レンズで構成することによるコスト上昇を抑制することができる。

また、蛍光体３４から射出された蛍光ＹＬは、集光光学系２６及び第１の位相差板２８ａを通過する。

蛍光体３４から射出された蛍光ＹＬは偏光方向が揃っていない非偏光の光である。蛍光ＹＬは、集光光学系２６で平行化されて、光合成素子２５に入射する。蛍光ＹＬは偏光方向が揃っていない光束であるため、第１の位相差板２８ａを通過した後も、偏光方向が揃っていない非偏光の光として光合成素子２５に入射する。光合成素子２５に入射した蛍光ＹＬは第１の領域２５Ａ及び第２の領域２５Ｂを透過してインテグレータ光学系３１に向けて射出される。

以上のようにして、青色光Ｂｃ２、青色拡散光Ｂｃ１及び蛍光ＹＬがインテグレータ光学系３１に入射する。青色光Ｂｃ２、青色拡散光Ｂｃ１及び蛍光ＹＬは合成されることで白色の照明光ＷＬを生成する。なお、照明光ＷＬは、色分離導光光学系２００において、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢに分離される。青色光Ｂｃ、青色拡散光Ｂｃ１は青色光ＬＢとして分離され、蛍光ＹＬは赤色光ＬＲ及び緑色光ＬＧとして分離される。

図２を参照して説明する。
インテグレータ光学系３１は、第１マルチレンズ３１ａと第２マルチレンズ３１ｂとを有する。第１マルチレンズ３１ａは照明光ＷＬを複数の部分光線束に分割するための複数の第１小レンズ３１ａｍを有する。

第１マルチレンズ３１ａのレンズ面（第１小レンズ３１ａｍの表面）と光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの各々の画像形成領域とは互いに共役となっている。そのため、第１小レンズ３１ａｍ各々の形状は、光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域の形状と略相似形（矩形状）となっている。これにより、第１マルチレンズ３１ａから射出された部分光束各々が光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域にそれぞれ効率良く入射する。

第２マルチレンズ３１ｂは、第１マルチレンズ３１ａの複数の第１小レンズ３１ａｍに対応する複数の第２小レンズ３１ｂｍを有する。第２マルチレンズ３１ｂは、重畳レンズ３３とともに、第１マルチレンズ３１ａの各第１小レンズ３１ａｍの像を各光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの各々の画像形成領域の近傍に結像させる。

インテグレータ光学系３１を透過した照明光ＷＬは偏光変換素子３２に入射する。
偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板（１／２位相差板）とをアレイ状に並べて構成される。偏光変換素子３２は、照明光ＷＬの偏光方向を所定方向に揃える光学素子である。より具体的に偏光変換素子３２は、照明光ＷＬを光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの光入射側に配置された偏光板（不図示）の透過軸の方向に対応させる。

これにより、偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬを分離して得られる赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの偏光方向は、各光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの入射側偏光板の透過軸方向に対応する。よって、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢは入射側偏光板でそれぞれ遮光されることなく、光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域にそれぞれ良好に入射する。

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３に入射する。重畳レンズ３３はインテグレータ光学系３１と協同して、被照明領域における照度分布を均一化する。

ここで、偏光変換素子３２に入射する光が一方の偏光成分（Ｓ偏光又はＰ偏光）のみで構成される場合、双方の偏光成分（Ｓ偏光及びＰ偏光）を含む光で構成される場合に比べて、偏光変換素子３２を透過後の光強度分布の均一性が低下してしまう。

従来、偏光変換素子に入射する光が一方の偏光成分のみで構成されている場合、偏光変換素子３２の前段に１／４波長板を設けることで偏光変換素子３２に入射する光を円偏光に変換することが行われていた。しかしながら、この場合、偏光変換素子３２の前段に１／４波長板を別途設ける分だけコストが高くなってしまう。

本実施形態の光源装置２では、円偏光である青色光Ｂｃ及び青色拡散光Ｂｃ１と非偏光である蛍光ＹＬとを含む照明光ＷＬが偏光変換素子３２に入射する。円偏光である青色光Ｂｃ及び青色拡散光Ｂｃ１はＳ偏光成分及びＰ偏光成分を概ね同程度の割合で含む。また、非偏光である蛍光ＹＬも、円偏光と同様、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分を概ね同程度の割合で含む。

本実施形態の光源装置２は、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分の双方を概ね等しい割合で含む照明光ＷＬを偏光変換素子３２に入射させるので、偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬの光強度分布の均一性を向上できる。このように光強度分布の均一性が高い照明光ＷＬを色分離した赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢは、各光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域を均一に照明するので、優れた画像を表示できる。

以上説明したように本実施形態の光源装置２によれば、拡散素子２７で拡散反射された青色拡散光Ｂｃ１の光路の一部に第１の位相差板２８ａを設けるため、第１の位相差板２８ａを小型化できる。よって、光源装置２は、水晶位相差板で構成された第１の位相差板２８ａを小型化することでコストを低減できる。

また、本実施形態の光源装置２によれば、第１の位相差板２８ａから射出されて光合成素子２５の第１の領域２５Ａを透過した青色光Ｂｐの光路上に第２の位相差板２８ｂを備えるので、水晶位相差板で構成された第２の位相差板２８ｂを小型化することでコストを低減できる。

本実施形態のプロジェクター１によれば、第１の位相差板２８ａ及び第２の位相差板２８ｂを小型化してコスト低減を図った光源装置２を備えるので、該プロジェクター１も低コスト化を実現できる。また、本実施形態のプロジェクター１によれば、光源装置２によって照明光ＷＬのホワイトバランスを調整することで所望の色味の画像を表示できる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態において、拡散素子２７として固体配置した蛍光体３４に励起光を照射する構造を例に挙げたが、回転可能な円板上にリング状の蛍光体を配置した回転ホイール方式の構造を採用してもよい。

また、上記実施形態では、青色アレイ光源２０から射出された青色光Ｂの光束幅を圧縮する光束幅圧縮手段としてアフォーカル光学系２２を用いる場合を例に挙げたが、光束幅圧縮手段はこれに限られない。例えば、青色アレイ光源２０を構成する複数の発光素子２１から射出された青色光線Ｂ１をミラーで折り返すことで各青色光線Ｂ１間の隙間を狭めて青色光Ｂの光束幅を圧縮してもよい。

また、上記実施形態では、青色アレイ光源２０から射出した青色光Ｂをアフォーカル光学系２２で縮小して光合成素子２５の第１の領域２５Ａに入射させる構成を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、１つの発光素子から射出した１本の青色光線を光合成素子２５の第１の領域２５Ａに入射させる構成を採用してもよい。この場合、青色光線の光束幅を圧縮するアフォーカル光学系２２は省略することができる。

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。

１…プロジェクター、２…光源装置、１２…光学膜、２０…青色アレイ光源（発光装置）、２２…アフォーカル光学系（光束幅圧縮手段）、２５…光合成素子（第１の光学素子）、２５Ａ…第１の領域、２５Ｂ…第２の領域、２７…拡散素子、２８ａ…第１の位相差板（第２の光学素子）、２８ｂ…第２の位相差板（第３の光学素子）、３４ａ…拡散反射部、３７…反射層、４００Ｒ…光変調装置、６００…投射光学装置。

Claims (10)

1. 第１の波長を有する第１の偏光方向の第１の光を射出する発光装置と、
   前記第１の光を反射する第１の領域と、前記第１の領域とは異なる第２の領域とを有する第１の光学素子と、
   前記第１の光学素子の前記第１の領域で反射される前記第１の光が入射され、前記第１の光を前記第１の波長を有する円偏光の第２の光に変換する第２の光学素子と、
   前記第２の光学素子から射出された前記第２の光が入射される拡散素子と、を備え、
   前記拡散素子で反射されて前記第２の光学素子に入射した前記第２の光は、前記第２の光学素子によって、前記第１の波長を有する第２の偏光方向の第３の光に変換され、
   前記第２の光学素子から射出されて前記第１の光学素子の前記第１の領域に入射される前記第３の光は、前記第１の光学素子の前記第１の領域において透過され、
   前記拡散素子で反射されて前記第１の光学素子の前記第２の領域に入射される前記第２の光は、前記第１の光学素子の前記第２の領域において透過され、
   前記拡散素子から射出されて前記第１の光学素子の前記第１の領域および前記第２の領域に入射される第２の波長を有する第４の光は、前記第１の光学素子の前記第１の領域および前記第２の領域において透過され、
   前記第１の光学素子の前記第１の領域から射出される前記第３の光が入射される第３の光学素子を備え、
   前記第３の光学素子は、前記第３の光を前記第１の波長を有する円偏光の第５の光に変換する
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記第１の光学素子において、前記第１の領域は前記第１の光学素子の中央に設けられ、前記第２の領域は前記第１の領域の周囲に設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２の光学素子は、前記第１の光学素子の一方側に、前記第１の領域と対向するように配置される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記第２の光学素子は水晶で形成されている
   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. 前記第３の光学素子は、前記第１の光学素子の他方側に、前記第１の領域と対向するように配置される
   ことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記第３の光学素子は水晶で形成されている
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の光源装置。
7. 前記拡散素子の光入射側に、前記第２の光の一部を拡散反射させる拡散反射部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記拡散反射部は、前記第２の光の一部を反射し、前記第２の光の一部の残りを透過させる光学膜を有している
   ことを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 前記発光装置と前記第１の光学素子との間に設けられ、前記発光装置から射出された前記第１の光の光束幅を圧縮する光束幅圧縮手段を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 請求項１から請求項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る光を画像情報に応じて変調して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装置と、を備える
    ことを特徴とするプロジェクター。

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