JP7322691B2 - 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。

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、本発明の一つの態様の光源装置は、第１波長帯を有する第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光のうちの第１偏光成分を前記第１方向に透過し、前記第１光のうちの第２偏光成分を前記第１方向と交差する第２方向に反射する第１偏光分離素子と、前記第１偏光分離素子に対して前記第１方向に配置され、前記第１偏光分離素子から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光成分を前記第２方向に反射し、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する第２光のうちの第３偏光成分を前記第２方向とは反対方向である第３方向に透過し、前記第２光のうちの第４偏光成分を前記第１方向とは反対方向である第４方向に反射する第２偏光分離素子と、前記第１偏光分離素子に対して前記第２方向に配置され、前記第１偏光分離素子から前記第２方向に沿って入射される前記第２偏光成分を拡散させて前記第３方向に射出する拡散素子と、前記第２偏光分離素子に対して前記第２方向に配置され、前記第２偏光分離素子から前記第２方向に沿って入射される前記第１偏光成分を波長変換して前記第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偏光分離素子と前記第２偏光分離素子との間の前記第１光の光路上に設けられ、前記第１光の前記第１偏光成分を前記第２偏光成分に変換する第１位相差素子と、を備える。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１位相差素子は、前記第１光に対して前記第１波長帯の１／２の位相差を付与し、前記第２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てもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記第１偏光分離素子と前記拡散素子との間に設けられ、前記第１偏光分離素子から前記第２偏光成分が入射される第２位相差素子をさらに備えていてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記第２偏光分離素子から前記第３方向に射出される前記第３偏光成分を前記第４偏光成分に変換する第３位相差素子をさらに備えていてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記光源部は、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偏光成分と前記第２偏光成分とを含む前記第１光を射出する第４位相差素子と、を有していてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第４位相差素子は、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てもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記第１偏光分離素子に対して前記第３方向に配置され、前記第１偏光分離素子から射出された光を、前記第１波長帯を有する第３光と、前記第２波長帯を有する第４光と、に分離する第１色分離素子と、前記第２偏光分離素子に対して前記第３方向に配置され、前記第２偏光分離素子から射出された光を、前記第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第５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６光と、に分離する第２色分離素子と、をさらに備えていてもよい。

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、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。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、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ていてもよく、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、を有していてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、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３光を前記第１サブ画素に入射させ、前記第４光を前記第２サブ画素に入射させ、前記第５光を前記第３サブ画素に入射させ、前記第６光を前記第４サブ画素に入射させてもよい。

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。 －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。 －Ｘ方向から見た第２実施形態の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。

［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７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２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、黄色光ＹＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓである。

光源装置２は、光源部２１と、第１偏光分離素子２２と、第１位相差素子３７と、第２偏光分離素子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２９と、第５位相差素子３０と、反射素子３１と、第３位相差素子３２と、第２色分離素子３３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偏光成分に相当し、Ｓ偏光成分は特許請求の範囲の第２偏光成分に相当する。また、後述するように、第１偏光分離素子２２および第２偏光分離素子２３と、第１色分離素子２９および第２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偏光分離素子２２および第２偏光分離素子２３に対する偏光方向で表しており、第１色分離素子２９および第２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偏光分離素子２２および第２偏光分離素子２３に対するＰ偏光成分は、第１色分離素子２９および第２色分離素子３３に対するＳ偏光成分であり、第１偏光分離素子２２および第２偏光分離素子２３に対するＳ偏光成分は、第１色分離素子２９および第２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偏光分離素子２２および第２偏光分離素子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偏光分離素子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、光源部２１は、青色波長帯を有する青色光ＢＬｓを射出する。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。
本実施形態の青色波長帯を有する青色光ＢＬｓは、特許請求の範囲の第１波長帯を有する第１光に対応する。

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４位相差素子２１３１と、回転装置２１３２と、を有する。第４位相差素子２１３１は、第４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４位相差素子２１３１を回転させる。

第４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４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４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４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４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４位相差素子２１３１の回転角が調整されることにより、第４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４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、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とを含む光を射出する。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偏光分離素子の構成］
第１偏光分離素子２２には、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓとＰ偏光成分の青色光ＢＬｐとを含む光が、＋Ｘ方向に沿って入射される。第１偏光分離素子２２は、プリズム型の偏光分離素子で構成されている。第１偏光分離素子２２は、第１偏光分離層２２１と、第１偏光分離層２２１を挟んで設けられる２つの第１基材２２２と、を有する。具体的には、２つの第１基材２２２の各々は、略直角二等辺三角柱状の形状を有する。２つの第１基材２２２は、傾斜面同士が対向するように組み合わされ、全体として略直方体状に形成されている。第１偏光分離層２２１は、２つの第１基材２２２の傾斜面の間に設けられている。したがって、第１偏光分離層２２１は、Ｘ軸およびＺ軸に対して４５°傾斜している。言い換えると、第１偏光分離層２２１は、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は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するとともに、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、光を反射する波長選択性の偏光分離特性を有する。このため、第１偏光分離素子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基材２２２は、一般的な光学ガラスから構成されている。

［第１位相差素子の構成］
第１位相差素子３７は、第１偏光分離素子２２と第２偏光分離素子２３との間の青色光ＢＬｐの光路上に設けられている。第１位相差素子３７には、第１偏光分離素子２２を透過した青色光ＢＬｐが入射する。第１位相差素子３７は、青色光に対して青色波長帯の１／２の位相差を付与し、青色波長帯以外の波長帯を有する光、すなわち黄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３７は、青色波長帯の光のみに１／２の位相差を付与し、偏光方向を９０°回転させる。すなわち、第１偏光分離素子２２から射出されるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐは、第１位相差素子３７を透過することによって、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓに変換される。変換された青色光ＢＬｓは、第２偏光分離素子２３に入射する。

［第２偏光分離素子の構成］
第２偏光分離素子２３は、第１偏光分離素子２２に対して＋Ｘ方向に配置されている。第２偏光分離素子２３には、第１偏光分離素子２２を透過したＰ偏光成分の青色光ＢＬｐが入射される。第２偏光分離素子２３は、第１偏光分離素子２２と同様、プリズム型の偏光分離素子で構成されている。第２偏光分離素子２３は、第２偏光分離層２３１と、第２偏光分離層２３１を挟んで設けられる２つの第２基材２３２と、を有する。

具体的には、２つの第２基材２３２の各々は、略直角二等辺三角柱状の形状を有する。２つの第２基材２３２は、傾斜面同士が対向するように組み合わされ、全体として略直方体状に形成されている。第２偏光分離層２３１は、２つの第２基材２３２の傾斜面の間に設けられている。第２偏光分離層２３１は、Ｘ軸およびＺ軸に対して４５°傾斜している。言い換えると、第２偏光分離層２３１は、ＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。また、第２偏光分離層２３１と第１偏光分離層２２１とは、平行に配置されている。

第２偏光分離層２３１は、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偏光分離素子２３は、第１偏光分離素子２２から入射されるＳ偏光成分の青色光ＢＬｓを－Ｚ方向に反射する。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。第２基材２３２は、一般的な光学ガラスから構成されている。

本実施形態の場合、第１偏光分離素子２２と第２偏光分離素子２３とは、別個の部材として構成されている。そのため、図示を省略するが、第１偏光分離素子２２と第２偏光分離素子２３とは、互いに対向する面の間に設けられた接合材を介して接合されている。なお、第１偏光分離素子２２と第２偏光分離素子２３とは、一体化されていてもよい。すなわち、第２偏光分離素子２３に隣り合う第１基材２２２と第１偏光分離素子２２に隣り合う第２基材２３２とは、同一の材料からなる共通の部材であってもよい。

［第２位相差素子の構成］
第２位相差素子２４は、第１偏光分離素子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偏光分離素子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は、入射される青色光ＢＬｓおよび青色光ＢＬｐ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偏光分離素子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偏光分離素子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Ｒｘ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偏光分離素子２２を＋Ｚ方向に透過して、第１色分離素子２９に入射する。

［第２集光素子の構成］
第２集光素子２７は、第２偏光分離素子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偏光分離素子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偏光分離素子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偏光分離素子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偏光分離素子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、－Ｚ方向に沿って入射される青色光ＢＬｓ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５００～７００ｎｍ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を透過して平行化された後、第２偏光分離素子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偏光分離素子２３の第２偏光分離層２３１は、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方向に反射された後、第１位相差素子３７を透過して第１偏光分離素子２２に入射される。上述したように、第１位相差素子３７は、黄色光に対しては位相差を付与しないため、黄色光ＹＬｓは、第１位相差素子３７を透過しても偏光状態が変化することがない。このため、Ｓ偏光成分の黄色光ＹＬｓは、第１偏光分離層２２１に－Ｘ方向に沿って入射され、第１偏光分離層２２１で＋Ｚ方向に反射され、第１色分離素子２９に入射される。

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偏光分離素子２３から射出され、第３位相差素子３２に入射する。
本実施形態のＰ偏光成分の黄色光ＹＬｐは、特許請求の範囲の第３偏光成分に対応し、Ｓ偏光成分の黄色光ＹＬｓは、特許請求の範囲の第４偏光成分に対応する。

［第１色分離素子の構成］
図４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４は、第１色分離素子２９、第５位相差素子３０および反射素子３１等を－Ｘ方向から見た状態を示している。図４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４に示すように、第１色分離素子２９は、第１偏光分離素子２２に対して＋Ｚ方向に配置されている。第１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１色分離素子２９は、第１偏光分離素子２２から＋Ｚ方向に射出された光を、青色光ＢＬｐと黄色光ＹＬｓとに分離する。

ダイクロイックプリズム２９１には、第１偏光分離素子２２から射出された青色光ＢＬｐと黄色光ＹＬｓ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、黄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偏光分離素子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偏光分離素子２２からダイクロイックプリズム２９１に入射した光のうち、黄色光ＹＬｓ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１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、黄色光ＹＬｓ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１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１色分離素子２９と同様に、青色光ＢＬｐと黄色光ＹＬｓ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方向に入射される黄色光ＹＬｓを＋Ｚ方向に反射する。反射層２９２１によって反射された黄色光ＹＬｓ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５位相差素子の構成］
第５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５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５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５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５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５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。

［反射素子の構成］
反射素子３１は、反射プリズム２９２に対して＋Ｚ方向に配置されている。換言すると、反射素子３１は、反射プリズム２９２から射出される黄色光ＹＬｓの光路上に配置されている。反射素子３１は、入射される光のうち、一部の光を透過させ、他の光を反射するハーフミラーから構成されている。ただし、ハーフミラーの透過率および反射率は、光源装置２から射出される光Ｌのホワイトバランスに応じて任意に設定されていればよく、例えば透過率が８０％となり、反射率が２０％となるように設定されている。

このため、反射素子３１に入射した黄色光ＹＬｓのうち、一部の黄色光ＹＬｓは、反射素子３１を透過して、光源装置２から＋Ｚ方向に射出され、均一化装置４に入射する。すなわち、黄色光ＹＬｓ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、黄色光ＹＬｓ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。

一方、反射素子３１に入射した黄色光ＹＬｓのうち、他の一部の黄色光ＹＬｓは、反射素子３１によって反射され、反射プリズム２９２に再び入射する。反射プリズム２９２に入射した他の一部の黄色光ＹＬｓは、反射層２９２１で＋Ｙ方向に反射され、ダイクロイックプリズム２９１、第１偏光分離素子２２、第１位相差素子３７、第２偏光分離素子２３、および第２集光素子２７を経て、波長変換素子２８に入射する。

波長変換素子２８に含有される黄色蛍光体は、外部から入射した黄色光をほとんど吸収しない。このため、波長変換素子２８に入射された黄色光ＹＬｓは、波長変換素子２８の内部で吸収されることなく、繰り返し反射、もしくは散乱されることによって非偏光の黄色光ＹＬとなる。非偏光の黄色光ＹＬは、黄色蛍光体において新たに生じた黄色光ＹＬとともに波長変換素子２８の外部に再度射出される。波長変換素子２８から射出された黄色光ＹＬは、上述したように、第２集光素子２７を介して第２偏光分離素子２３に入射する。上述したように、反射素子３１を透過する黄色光ＹＬｓの光量と、反射素子３１で反射される黄色光ＹＬｓの光量と、の割合は予め設定することができる。また、反射素子３１は、反射プリズム２９２の黄色光ＹＬｓが射出される面に接して設けられていてもよい。

［第３位相差素子の構成］
図５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５は、＋Ｘ方向から見た第３位相差素子３２および第２色分離素子３３を示している。なお、図５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５に示すように、第３位相差素子３２は、第２偏光分離素子２３に対して＋Ｚ方向に配置されている。第３位相差素子３２には、第２偏光分離素子２３を透過した黄色光ＹＬｐが入射する。第３位相差素子３２は、黄色光ＹＬｐの黄色波長帯に対する１／２波長板で構成されている。第３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ＹＬｓに変換する。Ｓ偏光成分に変換された黄色光ＹＬｓは、第２色分離素子３３に入射する。

［第２色分離素子の構成］
図５に示すように、第２色分離素子３３は、第３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２色分離素子３３は、第２偏光分離素子２３に対して＋Ｚ方向に配置されている。第２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２色分離素子３３は、第２偏光分離素子２３から＋Ｚ方向に射出され、第３位相差素子３２によってＳ偏光成分に変換された黄色光ＹＬｓを緑色光ＧＬｓと赤色光ＲＬｓ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ＹＬｓのうち、Ｓ偏光の緑色光ＧＬｓ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ＧＬｓ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ＧＬｓは、青色光ＢＬｓおよび黄色光ＹＬｓとは空間的に分離され、青色光ＢＬｓおよび黄色光ＹＬｓ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ＧＬｓ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ＹＬｓのうち、Ｓ偏光成分の赤色光ＲＬｓは、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２９１１、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ＲＬｓを＋Ｚ方向に反射する。反射層３３２１で反射された赤色光ＲＬｓは、反射プリズム３３２の外部に射出される。赤色光ＲＬｓ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ＲＬｓは、青色光ＢＬｓ、黄色光ＹＬｓ、および緑色光ＧＬｓとは空間的に分離され、青色光ＢＬｓ、黄色光ＹＬｓ、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、赤色光ＲＬｓは、光源装置２における緑色光ＧＬｓの射出位置から－Ｙ方向に離れ、黄色光ＹＬｓ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６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６に示すように、光源装置２から射出された青色光ＢＬｓ、黄色光ＹＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓ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黄色光ＹＬｓ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ＲＬｓ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３光に対応し、黄色光ＹＬｓは特許請求の範囲の第４光に対応し、緑色光ＧＬｓは特許請求の範囲の第５光に対応し、赤色光ＲＬｓは特許請求の範囲の第６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、黄色光ＹＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓ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７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７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７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７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、黄色光ＹＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓ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に黄色光ＹＬｓを入射させ、第３サブ画素ＳＸ３に緑色光ＧＬｓを入射させ、第４サブ画素ＳＸ４に赤色光ＲＬｓ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４色の色光、すなわち、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓ、Ｓ偏光成分の黄色光ＹＬｓ、Ｓ偏光成分の緑色光ＧＬｓ、およびＳ偏光成分の赤色光ＲＬｓ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、青色光ＢＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓに加えて、黄色光ＹＬｓが光変調装置６に入射されるため、投射光学装置７から投射される画像の輝度を高めることができる。

また、本実施形態の場合、光源部２１が第４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偏光分離素子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、本実施形態の場合、第４位相差素子２１３１が＋Ｘ方向に沿う回転軸を中心として回転可能とされているため、第４位相差素子２１３１の回転角を調整することによって、第１偏光分離素子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、本実施形態の場合、第１偏光分離素子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偏光分離素子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、本実施形態の場合、第２偏光分離素子２３と第２色分離素子３３との間に第３位相差素子３２が設けられているため、第２偏光分離素子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ＹＬｓに変換することができる。これにより、第２色分離素子３３から射出される緑色光ＧＬｓおよび赤色光ＲＬｓ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、黄色光ＹＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓ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、第１色分離素子２９の黄色光ＹＬｓの光射出側に、黄色光ＹＬｓの一部を反射させる反射素子３１が設けられているため、光源装置２から射出される黄色光ＹＬｓの光量と、緑色光ＧＬｓおよび赤色光ＲＬｓ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のホワイトバランスを調整することができる。また、他の色光の光量に対する黄色光ＹＬｓの光量の割合を高めることによって、投射画像の輝度を高めることができる。また、他の色光の光量に対する緑色光ＧＬｓおよび赤色光ＲＬｓの光量の割合を高めることによって、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ＢＬｓ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ＢＬｓを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偏光分離素子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。

ここで、本実施形態の光源装置２から第１位相差素子３７を取り除いた光源装置を想定する。以下、この光源装置を比較例の光源装置と称する。
比較例の光源装置において、光源部２１から射出された青色光のうち、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐは、第１偏光分離素子２２の第１偏光分離層２２１を透過した後、第１偏光分離素子２２から射出され、第２偏光分離素子２３の第２偏光分離層２３１に入射する。ここで、青色光ＢＬｐは、第２偏光分離層２３１によって波長変換素子２８に導かれ、波長変換素子２８の励起光として機能する。そのため、第２偏光分離層２３１は、青色光ＢＬｐを－Ｚ方向に反射させる必要がある。

しかしながら、偏光分離層は、Ｓ偏光成分を反射させ、Ｐ偏光成分を透過させる特性を有することが一般的である。したがって、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐを反射させる第２偏光分離層２３１を作製することは難しい。具体的には、上記の特性を実現するためには、第２偏光分離層２３１を構成する誘電体多層膜の層数を極めて多くする必要があり、誘電体多層膜の成膜が困難である。また、層数が非常に多い誘電体多層膜は、光の吸収が多いため、光の損失が発生する、という問題もある。さらに本実施形態の場合、第２偏光分離層２３１は、黄色光に対しては、Ｓ偏光成分を反射させ、Ｐ偏光成分を透過させる偏光分離特性を有する必要があるため、黄色光に対する偏光分離特性を維持しつつ、青色光に対してはＰ偏光成分を反射させる第２偏光分離層２３１を作製することはさらに難しい。

この問題に対して、本実施形態の光源装置２においては、第１偏光分離素子２２と第２偏光分離素子２３との間に第１位相差素子３７が設けられているため、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐは第１偏光分離素子２２の第１偏光分離層２２１を透過した後、第１位相差素子３７によってＳ偏光成分の青色光ＢＬｓに変換され、変換された青色光ＢＬｓが第２偏光分離層２３１に入射する。したがって、第２偏光分離層２３１は、Ｓ偏光成分を反射させ、Ｐ偏光成分を透過させる特性を有していればよく、第２偏光分離層２３１を構成する誘電体多層膜の成膜が容易である。具体的には、誘電体多層膜の層数を少なくすることができ、製造コストの低減および歩留まりの向上を図ることができる。また、偏光分離特性に優れた第２偏光分離層２３１を作製することができる。このように、本実施形態の光源装置２によれば、第２偏光分離層２３１に関する上記の問題を解消することができる。

なお、本実施形態で第１位相差素子３７に用いた波長選択性位相差素子は、一般的な位相差素子に比べて高価である。しかしながら、本実施形態の光源装置２およびプロジェクター１が小型であるため、第１位相差素子３７も小型となり、製造コストの高騰を最小限に抑えることができる。

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、黄色光ＹＬｓ、緑色光ＧＬｓおよび、赤色光ＲＬｓ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８および図９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、反射素子の構成が第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８は、－Ｘ方向から見た第２実施形態の光源装置の側面図である。図９は、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。なお、図８においては、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の図示を省略する。
図８および図９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８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における反射素子３１に代えて、第３色分離素子３５を備えている。すなわち、第３色分離素子３５は、第１色分離素子２９によって分離された黄色光ＹＬｓの光路上において、反射プリズム２９２に対して＋Ｚ方向に配置されている。第３色分離素子３５は、緑色光ＧＬｓを透過させ、赤色光ＲＬｓ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２９の反射プリズム２９２から第３色分離素子３５に入射される黄色光ＹＬｓに含まれる緑色光ＧＬｓ２は、第３色分離素子３５を透過して、光源装置２０の外部に射出される。すなわち、光源装置２０は、第１実施形態の光源装置２における黄色光ＹＬｓが射出された位置から、黄色光ＹＬｓに代えて緑色光ＧＬｓ２を射出する。
したがって、本実施形態では、黄色光ＹＬｓが射出された位置から射出される緑色光ＧＬｓ２が、特許請求の範囲の第４光に対応する。

一方、第３色分離素子３５に入射される黄色光ＹＬｓに含まれる赤色光ＲＬｓは、第３色分離素子３５で反射され、反射プリズム２９２に＋Ｚ方向から入射する。赤色光ＲＬｓは、第１実施形態の光源装置２において反射素子３１で反射された黄色光ＹＬｓと同様に、第１色分離素子２９、第１偏光分離素子２２、第２偏光分離素子２３、および第２集光素子２７を介して、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非偏光の赤色光となり、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から射出された赤色光のうち、Ｓ偏光成分の赤色光ＲＬｓは、第３色分離素子３５で反射されて波長変換素子２８に再び戻るが、Ｐ偏光成分の赤色光は、第２偏光分離素子２３を＋Ｚ方向に透過し、光源装置２０の外部に射出される。なお、第３色分離素子３５として、ダイクロイックプリズムが用いられてもよい。

図９に示すように、光源装置２０は、青色光ＢＬｓと、緑色光ＧＬｓ２と、緑色光ＧＬｓと、赤色光ＲＬｓと、を射出する。緑色光ＧＬｓ２は、光源装置２０における－Ｘ方向で－Ｙ方向の位置から射出され、第１マルチレンズ４１における－Ｘ方向で－Ｙ方向の領域Ａ２に配置された複数のレンズ４１１に入射する。図示を省略するが、緑色光ＧＬｓ２は、第１実施形態の黄色光ＹＬｓと同様、第１マルチレンズ４１、第２マルチレンズ４２、重畳レンズ４３、およびフィールドレンズ５を介して各マイクロレンズ６２１に入射する。各マイクロレンズ６２１に入射された緑色光ＧＬｓは、当該マイクロレンズ６２１に対応する画素ＰＸの第２サブ画素ＳＸ２に入射する。

［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１実施形態の光源装置２０における黄色光ＹＬｓに代えて緑色光ＧＬｓが射出されるため、画素ＰＸに入射される緑色光ＧＬｓ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。

なお、第３色分離素子３５として、本実施形態とは逆に、緑色光ＧＬｓを反射し、赤色光ＲＬｓを透過させる特性を有するダイクロイックミラーが用いられてもよい。波長変換素子２８が含有する黄色蛍光体によっては、波長変換素子２８から射出される黄色光ＹＬに含まれる赤色光が不足する場合がある。この場合、上記の特性を有するダイクロイックミラーを用いることによって、４つのサブ画素ＳＸ１～ＳＸ４のうち、第２サブ画素ＳＸ２と第４サブ画素ＳＸ４とに赤色光を入射させることができる。これにより、投射画像の色再現性を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、第１色分離素子２９が黄色光ＹＬｓを射出する位置は、青色光ＢＬｓを射出する位置に対して－Ｙ方向の位置であり、第２色分離素子３３が赤色光ＲＬｓを射出する位置は、緑色光ＧＬｓを射出する位置に対して－Ｙ方向の位置である。この配置に代えて、第１色分離素子２９が黄色光ＹＬｓを射出する位置は、青色光ＢＬｓを射出する位置に対して＋Ｙ方向の位置であってもよく、第２色分離素子３３が赤色光ＲＬｓを射出する位置は、緑色光ＧＬｓを射出する位置に対して＋Ｙ方向の位置であってもよい。

上記各実施形態では、Ｐ偏光成分は第１偏光成分に相当し、Ｓ偏光成分は第２偏光成分に相当するとした。具体的に、第１偏光分離素子２２は、第１偏光成分であるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐを透過させ、第２偏光成分であるＳ偏光成分の青色光ＢＬｓを反射する構成とした。また、第２偏光分離素子２３は、第１偏光成分であるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐを反射するとともに、第１偏光成分であるＰ偏光成分の黄色光ＹＬｐを透過させ、第２偏光成分であるＳ偏光成分の黄色光ＹＬｓを反射する構成とした。しかしながら、これに限らず、Ｓ偏光成分が第１偏光成分であってもよく、Ｐ偏光成分が第２偏光成分であってもよい。この場合、例えば第１偏光分離素子２２は、第２偏光成分であるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐを反射し、第１偏光成分であるＳ偏光成分の青色光ＢＬｓを透過させるとともに、第２偏光成分であるＳ偏光成分の黄色光ＹＬｓを反射する構成であってもよい。また、第２偏光分離素子２３は、第１偏光成分であるＳ偏光成分の青色光ＢＬｓを反射し、第１偏光成分であるＳ偏光成分の黄色光ＹＬｓを反射するとともに、第２偏光成分であるＰ偏光成分の黄色光ＹＬｐを透過させる構成としてもよい。すなわち、第２偏光分離素子２３は、第１偏光成分であるＳ偏光成分の光を反射し、第２偏光成分であるＰ偏光成分の光を透過させる偏光分離素子であってもよい。

第１実施形態の光源装置２、および第２実施形態の光源装置２０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。

上記各実施形態では、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偏光分離素子２２に入射させる構成としてもよい。

上記各実施形態では、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。

上記第１実施形態の光源装置２、および第２実施形態の光源装置２０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、黄色光ＹＬｓの光路に全反射部材が設けられていてもよい。

第１実施形態の光源装置２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、黄色光ＹＬｓ、緑色光ＧＬｓ、および赤色光ＲＬｓを射出する。また、第２実施形態の光源装置２０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、および赤色光ＲＬｓ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。また、光源装置が射出する色光は、青色光、黄色光、緑色光、および赤色光に限らず、他の色光であってもよい。例えば、光源装置は、青色光および黄色光に代えて、白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。

１…プロジェクター、２，２０…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、２２…第１偏光分離素子、２３…第２偏光分離素子、２４…第２位相差素子、２８…波長変換素子、２９…第１色分離素子、３２…第３位相差素子、３３…第２色分離素子、３７…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、６２…マイクロレンズアレイ、２１１…発光素子、２２１…第１偏光分離層、２２２…第１基材、２３１…第２偏光分離層、２３２…第２基材、２６１…拡散板（拡散素子）、２１３１…第４位相差素子、ＢＬｓ…青色光（第１光、第３光）、ＧＬｓ…緑色光（第５光）、ＧＬｓ２…緑色光（第４光）、ＲＬｓ…赤色光（第６光）、ＹＬ…黄色光（第２光）、ＹＬｓ…黄色光（第４光）、ＳＸ１…第１サブ画素、ＳＸ２…第２サブ画素、ＳＸ３…第３サブ画素、ＳＸ４…第１サブ画素。

Claims (10)

1. 第１波長帯を有する第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光のうちの第１偏光成分を前記第１方向に透過し、前記第１光のうちの第２偏光成分を前記第１方向と交差する第２方向に反射する第１偏光分離素子と、
   前記第１偏光分離素子を透過した前記第１光の光路上に設けられ、前記第１光の前記第１偏光成分を前記第２偏光成分に変換する第１位相差素子と、
   前記第１位相差素子に対して前記第１方向に配置され、前記第１位相差素子から前記第１方向に沿って入射される前記第２偏光成分を前記第２方向に反射し、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する第２光のうちの第３偏光成分を前記第２方向とは反対方向である第３方向に透過し、前記第２光のうちの第４偏光成分を前記第１方向とは反対方向である第４方向に反射する第２偏光分離素子と、
   前記第１偏光分離素子に対して前記第２方向に配置され、前記第１偏光分離素子から前記第２方向に沿って入射される前記第２偏光成分を拡散させて前記第３方向に射出する拡散素子と、
   前記第２偏光分離素子に対して前記第２方向に配置され、前記第２偏光分離素子から前記第２方向に沿って入射される前記第２偏光成分を波長変換して前記第２光を前記第３方向に射出する波長変換素子と、
   を備える、光源装置。
2. 前記第１位相差素子は、前記第１光に対して前記第１波長帯の１／２の位相差を付与し、前記第２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、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１偏光分離素子と前記拡散素子との間に設けられ、前記第１偏光分離素子から前記第２偏光成分が入射される第２位相差素子をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第２偏光分離素子から前記第３方向に射出される前記第３偏光成分を前記第４偏光成分に変換する第３位相差素子をさらに備える、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記光源部は、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偏光成分と前記第２偏光成分とを含む前記第１光を射出する第４位相差素子と、を有する、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記第４位相差素子は、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５に記載の光源装置。
7. 前記第１偏光分離素子は、前記第２偏光分離素子から反射されて入射する前記第２光の前記第４偏光成分を前記第３方向に反射するとともに、前記拡散素子により拡散された前記第１光を前記第３方向に透過させ、
   前記第１偏光分離素子に対して前記第３方向に配置され、前記第１偏光分離素子から射出された前記第２光の前記第４偏光成分および前記第１光の拡散光を、前記第１波長帯を有する第３光と、前記第２波長帯を有する第４光と、に分離する第１色分離素子と、
   前記第２偏光分離素子に対して前記第３方向に配置され、前記第２偏光分離素子から射出された光を、前記第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第５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６光と、に分離する第２色分離素子と、
   をさらに備える、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光源装置。
8. 請求項７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。
9. 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８に記載のプロジェクター。
10. 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３光を前記第１サブ画素に入射させ、前記第４光を前記第２サブ画素に入射させ、前記第５光を前記第３サブ画素に入射させ、前記第６光を前記第４サブ画素に入射させる、請求項９に記載のプロジェクター。

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