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JP2014110109A - Lighting optical system, projection device, deflection element, non-depolarization diffusion element and wavelength selective divergence state conversion element - Google Patents

Lighting optical system, projection device, deflection element, non-depolarization diffusion element and wavelength selective divergence state conversion element Download PDF

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JP2014110109A
JP2014110109A JP2012262955A JP2012262955A JP2014110109A JP 2014110109 A JP2014110109 A JP 2014110109A JP 2012262955 A JP2012262955 A JP 2012262955A JP 2012262955 A JP2012262955 A JP 2012262955A JP 2014110109 A JP2014110109 A JP 2014110109A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lighting optical system which can be miniaturized without causing a loss of an optical system.SOLUTION: A lighting optical system includes a fluorescent element, a mirror element and a reflection type element. A part of light from a light source is reflected by the reflection type element, reflected light is utilized as light of first color and, at the same time, fluorescent emitted from the fluorescence element is utilized as light of a color different from the first color. Therefore, light from the light source is made incident to one side surface of the mirror element, and the fluorescence from the fluorescence element and reflection light from the reflection type element is made incident to the other side surface. When the reflection light from the reflection type element is made incident at least to the mirror element, the polarization direction of the reflection light from the reflection type element is different from the polarization direction of light from the light source, or an area on which the reflection light from the reflection type element is made incident to the mirror element is different from an area on which the light from the light source is emitted from the mirror element.

Description

本発明は、光源からの光の一部をそのまま第1の色の光として利用するともに、該光源からの光の他の一部で蛍光体を励起して第1の色とは異なる色の光を発生させる照明光学系、それを利用して画像の投影を行う投影装置並びにそれらに用いられる偏向素子、偏光非解消拡散素子および波長選択発散状態変換素子に関する。   In the present invention, a part of the light from the light source is used as it is as the first color light, and the phosphor is excited by the other part of the light from the light source and has a color different from the first color. The present invention relates to an illumination optical system that generates light, a projection apparatus that projects an image using the illumination optical system, and a deflection element, a non-polarization diffusing element, and a wavelength-selective divergence state conversion element used therefor.

青色レーザ光を空間的または時間的に分離し、一部の青色レーザ光を青色の光として利用するとともに、一部の青色レーザ光で蛍光体を励起し、蛍光体による発光を利用して緑および赤の色の光を発生させ、投影装置として用いる技術が知られている。   The blue laser light is separated spatially or temporally, part of the blue laser light is used as blue light, the phosphor is excited with part of the blue laser light, and the green light is emitted using the light emitted by the phosphor. In addition, a technique for generating light of red color and using it as a projection device is known.

例えば、特許文献1には、照明光学系において、一部が拡散領域であり一部が蛍光発光領域である蛍光ホイールを回転駆動することによって、複数の青色レーザ発光器からの青色レーザ光のうちある時間帯を青色光源として用い、ある時間帯を蛍光体への励起光として用いる技術が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses that, in an illumination optical system, by rotating and driving a fluorescent wheel that is partly a diffusion region and partly a fluorescence emission region, A technique using a certain time period as a blue light source and using a certain time period as excitation light to a phosphor is disclosed.

また、特許文献2、3、4には、青色光の光路と他の色の光の光路の共通化に関する技術が記載されている。例えば、特許文献2には、投影側光学系の瞳の一部をカットするための絞りが形成された部材の絞り部分に反射面を形成することで、蛍光体への励起光の光路を形成する例が示されている。また、特許文献3には、ダイクロイックミラーの一部に青色の反射領域を設けることで蛍光体への励起光の光路を形成する例が示されている。また、特許文献4には、空気層を介した2枚のプリズムを利用することで蛍光体への励起光の光路を形成する例が示されている。   Patent Documents 2, 3, and 4 describe techniques relating to common use of the optical path of blue light and the optical path of light of other colors. For example, in Patent Document 2, an optical path of excitation light to a phosphor is formed by forming a reflection surface on a diaphragm portion of a member on which a diaphragm for cutting a part of a pupil of a projection-side optical system is formed. An example is shown. Patent Document 3 shows an example in which an optical path of excitation light to a phosphor is formed by providing a blue reflection region in a part of a dichroic mirror. Patent Document 4 shows an example in which an optical path of excitation light to a phosphor is formed by using two prisms via an air layer.

特開2012−68465号公報JP 2012-68465 A 特開2011−59540号公報JP 2011-59540 A 特開2011−128522号公報JP 2011-128522 A 特開2012−73489号公報JP 2012-73489 A

図38〜図40は、特許文献1に記載の光学系のうち照明系の一部を模式的に示す模式図である。なお、図38には、光学系の構成とともに、該光学系における、複数の青色レーザ光源からの青色光束901が蛍光ホイール907に照射するまでの光路が模式的に示されている。図38に示すように、特許文献1に記載の光学系では、青色光束901の光束幅をレンズ902およびレンズ903によって縮小させ、ダイクロイックミラー904を透過後、集光用のレンズ905、レンズ906によって蛍光ホイール907に集光させている。蛍光ホイール907は領域によって拡散板領域と蛍光体領域に分かれており、これを回転駆動することによって青色光束を拡散させる時間帯と蛍光体からの蛍光発光を得る時間帯が周期的に発生するようにしている。   38 to 40 are schematic views schematically showing a part of the illumination system in the optical system described in Patent Document 1. FIG. FIG. 38 schematically shows the configuration of the optical system and the optical path in the optical system until the blue light beam 901 from a plurality of blue laser light sources irradiates the fluorescent wheel 907. As shown in FIG. 38, in the optical system described in Patent Document 1, the light beam width of the blue light beam 901 is reduced by the lens 902 and the lens 903, transmitted through the dichroic mirror 904, and then collected by the condensing lens 905 and lens 906. The light is condensed on the fluorescent wheel 907. The fluorescent wheel 907 is divided into a diffusion plate region and a phosphor region depending on the region. By rotating this, a time zone for diffusing the blue light beam and a time zone for obtaining the fluorescence emission from the phosphor are generated periodically. I have to.

図39に、特許文献1に記載の光学系における、複数の青色レーザ光源からの青色光束901が蛍光ホイール907の拡散板領域に照射された後の青色光束901aの光路を模式的に示す(太い実線の矢印参照)。蛍光ホイール907の拡散板領域は透光性を有する透明基板上に形成されており、図39に示すように、拡散板領域に入射した青色光束901は拡散板領域を透過し、拡散された青色光束901aとなって出射される。拡散板領域を透過した後の青色光束901aは、レンズ912によって発散角度が変換された後、ミラー913、レンズ914、ミラー915、レンズ916を経由して、ダイクロイックミラー909に入射する。ダイクロイックミラー909は、青色レーザ光の波長帯に対して透過する特性を有しており、青色光束901aはダイクロイックミラー909を透過して、レンズ910を透過後、インテグレータロッド911に結合される。   FIG. 39 schematically shows an optical path of the blue light beam 901a after the blue light beam 901 from the plurality of blue laser light sources is applied to the diffusion plate region of the fluorescent wheel 907 in the optical system described in Patent Document 1 (thick). (See solid arrow). The diffusion plate region of the fluorescent wheel 907 is formed on a transparent substrate having translucency, and as shown in FIG. 39, the blue light beam 901 incident on the diffusion plate region is transmitted through the diffusion plate region and diffused blue. The light beam 901a is emitted. The blue light beam 901 a after passing through the diffuser region is converted into a divergence angle by a lens 912 and then enters a dichroic mirror 909 via a mirror 913, a lens 914, a mirror 915, and a lens 916. The dichroic mirror 909 has a characteristic of transmitting with respect to the wavelength band of the blue laser light, and the blue light beam 901a passes through the dichroic mirror 909, passes through the lens 910, and is coupled to the integrator rod 911.

また、図40に、特許文献1に記載の光学系における、複数の青色レーザ光源からの青色光束901が蛍光ホイール907の蛍光体領域に照射された後の蛍光光束901bの光路を模式的に示す(破線の矢印参照)。蛍光ホイール907の蛍光体領域は反射板上に形成されており、図40に示すように、蛍光体領域に入射した青色光束901は蛍光を発生させ、蛍光光束901bとなって入射側から出射される。その後、レンズ906、レンズ905によって発散角度が変換された後、ダイクロイックミラー904に入射する。ダイクロイックミラー904は、蛍光発光の波長帯に対して反射する特性を有しており、蛍光発光901bはダイクロイックミラー904で反射されて、レンズ908を透過後、ダイクロイックミラー909に入射する。ダイクロイックミラー909は、蛍光発光の波長帯に対して反射する特性を有しており、蛍光発光901bはダイクロイックミラー909で反射されて、レンズ910を透過後、インテグレータロッド911に結合される。   FIG. 40 schematically shows the optical path of the fluorescent light beam 901b after the blue light beam 901 from the plurality of blue laser light sources is applied to the phosphor region of the fluorescent wheel 907 in the optical system described in Patent Document 1. (See dashed arrow). The phosphor region of the fluorescent wheel 907 is formed on the reflector, and as shown in FIG. 40, the blue light beam 901 incident on the phosphor region generates fluorescence, which is emitted from the incident side as a fluorescent light beam 901b. The Thereafter, the divergence angle is converted by the lens 906 and the lens 905 and then enters the dichroic mirror 904. The dichroic mirror 904 has a characteristic of reflecting with respect to the wavelength band of the fluorescence emission, and the fluorescence emission 901b is reflected by the dichroic mirror 904, passes through the lens 908, and enters the dichroic mirror 909. The dichroic mirror 909 has a characteristic of reflecting with respect to the wavelength band of the fluorescence emission, and the fluorescence emission 901b is reflected by the dichroic mirror 909, passes through the lens 910, and is coupled to the integrator rod 911.

このように、特許文献1に記載の光学系では蛍光ホイール907に入射後の光束の光路が、青色光束901aと蛍光光束901bとで分離されており、光学系が大型化していた。これは、特許文献1に記載の光学系の構成では、蛍光ホイール907において青色光束901の波長帯域を変換することなく反射させると、ダイクロイックミラー904がその戻り青色光束を透過してしまい、レンズ903へと出射されてしまうためである。   Thus, in the optical system described in Patent Document 1, the optical path of the light beam after entering the fluorescent wheel 907 is separated by the blue light beam 901a and the fluorescent light beam 901b, and the optical system is enlarged. In the configuration of the optical system described in Patent Document 1, when the fluorescent wheel 907 reflects the wavelength band of the blue light beam 901 without converting it, the dichroic mirror 904 transmits the returned blue light beam, and the lens 903. This is because the light is emitted.

これに対して、特許文献2に記載の光学系では瞳の一部をカットするための絞りが形成された部材の絞り部分に反射面を形成することで蛍光体への励起光の光路を形成し、それにより励起光の照射面と同一の面から赤色、緑色、青色波長帯域の光を取り出せるようにしている。しかし、このような方法では多くの光束を含む励起光を反射させようとすると反射面の面積を大きくする必要があり、光学系のロスが生じる。すなわち、一部の光が有効利用されないことによって光学系からの光の出力値が減少してしまう問題があった。   On the other hand, in the optical system described in Patent Document 2, an optical path of excitation light to the phosphor is formed by forming a reflecting surface on the diaphragm portion of a member on which a diaphragm for cutting a part of the pupil is formed. Thus, light in the red, green, and blue wavelength bands can be extracted from the same surface as the excitation light irradiation surface. However, in such a method, if the excitation light including many light beams is reflected, it is necessary to increase the area of the reflecting surface, resulting in loss of the optical system. That is, there is a problem in that the output value of light from the optical system is reduced when some light is not effectively used.

また、特許文献3に記載の光学系では、青色光源から射出される青色光束と、蛍光ホイールからの戻り蛍光光束および戻り青色光束とが、1つの共通のダイクロイックミラーを経由できるようにするために、当該ダイクロイックミラーの中央の一部分に指向性の高い青色レーザ光を反射させるための反射領域を設ける例が示されているが、これも特許文献2と同様の問題が生じる。   In addition, in the optical system described in Patent Document 3, the blue light beam emitted from the blue light source, the return fluorescent light beam and the return blue light beam from the fluorescent wheel can pass through one common dichroic mirror. An example in which a reflection region for reflecting blue laser light with high directivity is provided in a part of the center of the dichroic mirror is shown, but this also causes the same problem as in Patent Document 2.

また、特許文献4に記載の光学系では空気層を介した2枚のプリズムを利用することで蛍光体への励起光の光路を形成しているが、青波長の光を散乱させた場合、励起光の光路に一部の光が入るためこれも光学系のロスとなる。   Moreover, in the optical system described in Patent Document 4, the optical path of the excitation light to the phosphor is formed by using two prisms through the air layer, but when the blue wavelength light is scattered, Since part of the light enters the optical path of the excitation light, this is also a loss of the optical system.

そこで、本発明は、蛍光体から発せられる蛍光光と、該蛍光体を発光させるための励起光となるレーザ光の一部とを利用して2色以上の光を得る照明光学系およびそれを利用して画像の投影を行う投影装置において、光学系のロスを生じさせることなく、小型化することを目的とする。   Therefore, the present invention provides an illumination optical system that obtains light of two or more colors by using fluorescent light emitted from a phosphor and a part of laser light that is excitation light for emitting the phosphor, and An object of the present invention is to reduce the size of a projection apparatus that uses an image to project without causing loss of an optical system.

本発明による照明光学系は、光源からの光の一部をそのまま第1の色の光として利用するともに、該光源からの光の他の一部で蛍光体を励起して第1の色とは異なる色の光を発生させる照明光学系であって、光源からの光を励起光として利用して蛍光を発生させて入射面から出射させる蛍光素子と、光源からの光を透過または反射して蛍光素子へと導くとともに、少なくとも蛍光素子から出射された蛍光を透過または反射して光源からの光が入射してきた方向とは異なる方向へと導くミラー素子と、光源からの光の一部を反射させて入射面から出射させる反射型素子とを備え、反射型素子によって反射された光を第1の色の光として利用し、ミラー素子の一方の面には光源からの光が入射され、他方の面には蛍光素子からの蛍光と反射型素子からの反射光とが入射され、反射型素子からの反射光は、少なくともミラー素子に入射する時点で光源からの光と偏光方向が異なっている、または、ミラー素子へ入射される領域が、光源からの光がミラー素子から出射される領域と異なっていることを特徴とする。   The illumination optical system according to the present invention uses a part of the light from the light source as it is as the first color light, and also excites the phosphor with the other part of the light from the light source to obtain the first color. Is an illumination optical system that generates light of different colors, using the light from the light source as excitation light to generate fluorescence and emit it from the incident surface, and transmitting or reflecting the light from the light source Reflects part of the light from the light source and the mirror element that guides the light to the fluorescent element and transmits or reflects at least the fluorescence emitted from the fluorescent element in a direction different from the direction in which the light from the light source enters. A reflection element that emits light from the incident surface, the light reflected by the reflection element is used as the first color light, the light from the light source is incident on one surface of the mirror element, and the other Fluorescent light from the fluorescent element and reflective element on the surface The reflected light from the reflective element has a polarization direction different from that of the light from the light source at least at the point of incidence on the mirror element, or the area incident on the mirror element is the light source. Is different from a region where light from the mirror element is emitted.

また、反射型素子は、入射光を反射する際に、出射光の光路が入射光の光路の少なくとも一部と異なる方向に出射されるように入射光を偏向させて出射する偏向素子であり、ミラー素子は、光源からの光の入射位置および反射型素子からの反射光の入射位置に応じて、光源からの光の波長帯である第1波長帯の光を反射させる領域と、第1波長帯の光を透過させる領域とに分かれていてもよい。   The reflective element is a deflecting element that deflects the incident light so as to be emitted in a direction different from at least a part of the optical path of the incident light when reflecting the incident light, The mirror element includes a region that reflects light in a first wavelength band that is a wavelength band of light from the light source, and a first wavelength according to an incident position of light from the light source and an incident position of reflected light from the reflective element. You may divide | segment into the area | region which permeate | transmits the light of a belt | band | zone.

また、偏向素子は、表面に少なくとも1つの凸部または凹部が設けられることによって傾斜を有する反射面が形成されており、凸部または凹部の平均的な傾斜角度を|αavg|、当該偏向素子への入射光の入射角をβとすると、凸部または凹部は|αavg|>|β|を満たすものであってもよい。 Further, the deflecting element is provided with a reflecting surface having an inclination by providing at least one convex part or concave part on the surface, and an average inclination angle of the convex part or concave part is | α avg | If the incident angle of the incident light to β is β, the convex portion or the concave portion may satisfy | α avg |> | β |.

また、偏向素子は、反射型回折素子であって、回折格子として作用する凹凸部を有しており、凹凸部は4周期以上の周期構造を有しており、ピッチをP、入射する光の波長をλとすると、P≦λ/sin(2|β|)を満たすものであってもよい。   The deflecting element is a reflection type diffractive element, and has a concavo-convex portion that acts as a diffraction grating. The concavo-convex portion has a periodic structure of four periods or more, and the pitch is P, and the incident light If the wavelength is λ, it may satisfy P ≦ λ / sin (2 | β |).

また、本発明の照明光学系は、偏向素子に25°以下の角度範囲に入射角度を有する入射光が入射され、偏向素子からの出射光は、入射光の最大入射角度以上であって75°以下の角度範囲に出射されるものであってもよい。   In the illumination optical system of the present invention, incident light having an incident angle in an angle range of 25 ° or less is incident on the deflecting element, and light emitted from the deflecting element is equal to or greater than the maximum incident angle of the incident light and is 75 °. It may be emitted in the following angle range.

また、偏向素子からの出射光は、入射光を囲む輪帯状の領域に出射されるものであってもよい。   Further, the light emitted from the deflection element may be emitted to a ring-shaped region surrounding the incident light.

また、本発明の照明光学系は、ミラー素子と反射型素子との間に1/4波長板が設けられ、ミラー素子には、光源からの光が直線偏光で入射され、反射型素子は、入射光束を反射する際に0.7πから1.3πの位相差を与えるとともに、拡散させて出射する偏光非解消拡散素子であり、ミラー素子は、波長選択性のある偏光ダイクロイックミラーであり、光源からの光の波長帯である第1波長帯の光に対しては偏光に応じて反射または透過させるとともに、蛍光素子からの蛍光の波長帯である第2波長帯の光に対しては偏光を問わずに反射または透過させるものであってもよい。   In the illumination optical system of the present invention, a quarter-wave plate is provided between the mirror element and the reflective element. Light from the light source is incident on the mirror element as linearly polarized light. A non-polarization diffusing element that gives a phase difference of 0.7π to 1.3π when reflecting an incident light beam and diffuses and emits the light. The mirror element is a polarization dichroic mirror having wavelength selectivity, and a light source The light in the first wavelength band, which is the wavelength band of light from, is reflected or transmitted according to the polarization, and the light is polarized in the second wavelength band, which is the wavelength band of the fluorescence from the fluorescent element. Regardless, it may be reflected or transmitted.

また、偏光非解消拡散素子は、出射光の偏光比率が0.8以上であるとともに、平行光が入射した場合に、出射光の中心輝度の半値となる角度γの値が1°以上、60°以下となる素子であってもよい。   The non-polarization diffusing element has a polarization ratio of the outgoing light of 0.8 or more, and when parallel light is incident, the value of the angle γ that is a half value of the central luminance of the outgoing light is 1 ° or more, 60 An element having a temperature of less than or equal to ° may be used.

また、偏光非解消拡散素子は、表面に2以上の凸部または凹部が設けられることによって傾斜を有する反射面が形成されており、凸部または凹部がレンズ形状であってもよい。   The non-polarization diffusing element may have a reflecting surface having an inclination by providing two or more convex portions or concave portions on the surface, and the convex portions or concave portions may have a lens shape.

また、本発明の照明光学系は、光路中に、少なくとも一つの色の光として利用される光に対してその発散状態を変化させる発散状態変換素子が設けられていてもよい。   The illumination optical system of the present invention may be provided with a divergence state conversion element that changes the divergence state of light used as light of at least one color in the optical path.

また、本発明の照明光学系において、発散状態変換素子には、第1の色または第1の色とは異なる色の光として利用される光であって、波長λおよびλの少なくとも2つの波長帯の光が入射され、波長λの光の発散角度は、波長λの光の発散角度よりも小さく、発散状態変換素子は、波長λの光の発散角度と波長λの光の発散角度の違いが小さくなるように、波長λの光の発散状態を変化させるものであってもよい。 Further, in the illumination optical system of the present invention, the divergence conversion element, the first color or the first color to a light used as a light of different colors, at least 2 wavelengths lambda 1 and lambda 2 The light of one wavelength band is incident, the divergence angle of the light of wavelength λ 1 is smaller than the divergence angle of the light of wavelength λ 2 , and the divergence state conversion element has the divergence angle of the light of wavelength λ 1 and the wavelength λ 2 The divergence state of the light having the wavelength λ 1 may be changed so that the difference in the divergence angle of the light becomes small.

また、発散状態変換素子は、第1の色の光の発散状態を大きくし、第1の色とは異なる色の光の発散状態を変化させないまたは第1の色の光に対して生じさせた変化よりも小さい変化を生じさせるものであってもよい。   Further, the divergence state conversion element increases the divergence state of the light of the first color and does not change the divergence state of the light of a color different from the first color or causes the light of the first color to occur. It may cause a change smaller than the change.

また、本発明の照明光学系は、光源からの光の波長帯が、青色波長帯であってもよい。   In the illumination optical system of the present invention, the wavelength band of light from the light source may be a blue wavelength band.

また、本発明の投影装置は、光源と、上述のいずれかの照明光学系と、照明光学系から出射される光を変調する変調素子と、変調素子によって変調された光を外部に投影させる投影光学系とを備えたことを特徴とする。   In addition, the projection device of the present invention includes a light source, any one of the illumination optical systems described above, a modulation element that modulates light emitted from the illumination optical system, and a projection that projects the light modulated by the modulation element to the outside. And an optical system.

また、本発明による偏向素子は、入射光を反射する際に、出射光の光路が入射光の光路の少なくとも一部と異なる方向に出射されるように入射光を偏向させて出射させ、25°以下の角度範囲に入射角度を有する入射光が入射された場合に、当該素子からの出射光が、入射光束の最大入射角度以上であって75°以下の角度範囲に出射されることを特徴とする。   Further, the deflecting element according to the present invention deflects the incident light so that the light path of the emitted light is emitted in a direction different from at least a part of the optical path of the incident light when reflecting the incident light. When incident light having an incident angle in the following angle range is incident, the emitted light from the element is emitted in an angle range not less than the maximum incident angle of the incident light beam and not more than 75 °. To do.

また、本発明による偏光非解消拡散素子は、反射型の素子であって、入射光に対して0.7πから1.3πの位相差を与えるとともに、拡散させて出射させ、出射光の偏光比率が0.8以上であるとともに、平行光が入射した場合に、出射光の中心輝度の半値となる角度γの値が1°以上、60°以下となる素子であることを特徴とする。   The non-polarization diffusing element according to the present invention is a reflection type element that gives a phase difference of 0.7π to 1.3π with respect to incident light and diffuses and emits it, and the polarization ratio of the emitted light. Is an element in which the value of the angle γ, which is a half value of the central luminance of the emitted light, becomes 1 ° or more and 60 ° or less when parallel light is incident.

また、本発明による波長選択発散状態変換素子は、光の発散角度が異なる波長λおよびλの2つの波長帯の光を含む少なくとも2つの波長帯の光が同一の面に入射された場合に、少なくとも波長λの光の発散角度と波長λの光の発散角度の違いが小さくなるように、波長λの光に比べて発散角度が小さい前記波長λの光に対してその発散状態を変化させることを特徴とする。 In the wavelength selective divergence state conversion element according to the present invention, when light of at least two wavelength bands including light of two wavelength bands of wavelengths λ 1 and λ 2 having different light divergence angles is incident on the same surface in its at least for as the difference in wavelength lambda 1 of the divergence angle of the divergence angle and wavelength lambda 2 of light of the light becomes smaller, the wavelength lambda the wavelength lambda 1 of the light divergence angle is smaller than the second light It is characterized by changing the divergence state.

本発明によれば、光源からの光の一部をそのまま第1の色の光として利用するともに、該光源からの光の他の一部で蛍光体を励起して第1の色とは異なる色の光を発生させる照明光学系において、光学系のロスを生じさせることなく、小型化できる。   According to the present invention, a part of the light from the light source is used as it is as the first color light, and the phosphor is excited by the other part of the light from the light source to be different from the first color. An illumination optical system that generates colored light can be miniaturized without causing loss of the optical system.

第1の実施形態にかかる照明光学系の一例を模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows typically an example of the illumination optical system concerning 1st Embodiment. 照明光学系100において、緑色および赤色波長帯の光となる光束である蛍光光束101bの光路を模式的に示す説明図である。In the illumination optical system 100, it is explanatory drawing which shows typically the optical path of the fluorescent light beam 101b which is a light beam used as the light of the green and red wavelength band. 蛍光ホイール106の例を示す正面図である。3 is a front view showing an example of a fluorescent wheel 106. FIG. 偏向素子11の例を示す構成図である。2 is a configuration diagram illustrating an example of a deflection element 11. FIG. 偏向素子11上での青色光束の光路の例を示す説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating an example of an optical path of a blue light beam on the deflection element 11. FIG. 偏向素子11の他の例を示す要部断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part showing another example of the deflection element 11. 偏向素子11の他の例を示す要部断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part showing another example of the deflection element 11. 領域分割ダイクロイックミラー102の例および当該素子上での青色光束の光路を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of the area | region division dichroic mirror 102, and the optical path of the blue light beam on the said element. 照明光学系100の他の例を模式的に示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing another example of the illumination optical system 100. 照明光学系100の他の例を模式的に示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing another example of the illumination optical system 100. 照明光学系100の他の例およびそれに用いられる回転ホイール116の例を模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows typically the example of the other example of the illumination optical system 100, and the example of the rotating wheel 116 used for it. 照明光学系100の他の例を模式的に示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing another example of the illumination optical system 100. 波長選択発散状態変換素子118の例を示す模式断面図である。3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a wavelength selective divergence state conversion element 118. FIG. 波長選択発散状態変換素子118に用いる第1の媒質32と第2の媒質33の組み合わせの例を示す説明図である。6 is an explanatory diagram showing an example of a combination of a first medium 32 and a second medium 33 used for the wavelength selective divergence state conversion element 118. FIG. 波長選択発散状態変換素子118の他の例を示す模式断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing another example of the wavelength selective divergence state conversion element 118. FIG. 発散状態の補正例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of correction | amendment of a divergence state. 作用別の、半値となる角度γの例を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the example of the angle (gamma) used as a half value according to an effect | action. 第2の実施形態にかかる照明光学系の一例を模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows typically an example of the illumination optical system concerning 2nd Embodiment. 蛍光ホイール206の例を示す正面図である。3 is a front view showing an example of a fluorescent wheel 206. FIG. 偏光非解消拡散素子41の例を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of a polarization non-resolving diffusion element 41. 偏光非解消拡散素子41上での青色光束の光路の例を示す説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating an example of an optical path of a blue light beam on the non-polarization diffusing element 41. FIG. 偏光非解消拡散素子41の他の例を示す要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part showing another example of the polarization non-depolarizing diffusion element 41. 偏光非解消拡散素子41の他の例を示す要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part showing another example of the polarization non-depolarizing diffusion element 41. 偏光非解消拡散素子41の他の例を示す要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part showing another example of the polarization non-depolarizing diffusion element 41. 偏光非解消拡散素子41と一般的な拡散素子80の違いを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the difference of the polarization | polarized-light non-resolving diffusion element 41 and the general diffusion element 80. FIG. 照明光学系200の他の例を模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows the other example of the illumination optical system 200 typically. 照明光学系200の他の例を模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows the other example of the illumination optical system 200 typically. 照明光学系200の他の例およびそれに用いられる回転ホイール216の例を模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows typically the other example of the illumination optical system 200, and the example of the rotating wheel 216 used for it. 照明光学系200の他の例を模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows the other example of the illumination optical system 200 typically. 第3の実施形態にかかる投影装置の例を模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows typically the example of the projection apparatus concerning 3rd Embodiment. 第1の実施例の偏向素子11に用いられる多層膜の透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability of the multilayer film used for the deflection | deviation element 11 of a 1st Example. 第2の実施例の領域分割ダイクロイックミラー102のダイクロイック層23に用いられる多層膜の45°での透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability at 45 degrees of the multilayer film used for the dichroic layer 23 of the area | region division dichroic mirror 102 of 2nd Example. 第3の実施例の波長選択発散状態変換素子118において凹凸を構成する一方の媒質として用いられる多層膜の透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability of the multilayer film used as one medium which comprises an unevenness | corrugation in the wavelength selection divergence state conversion element 118 of a 3rd Example. 第3の実施例の波長選択発散状態変換素子118において凹凸を構成する2つの媒質の実効的な屈折率およびそれによる回折効率を示すグラフである。It is a graph which shows the effective refractive index of two media which comprise an unevenness | corrugation in the wavelength selection divergence state conversion element 118 of a 3rd Example, and diffraction efficiency by it. 第4の実施例の波長選択性偏光ダイクロイックミラー202のダイクロイック層に用いられる多層膜の入射角度45°での透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability in the incident angle of 45 degrees of the multilayer film used for the dichroic layer of the wavelength-selective polarization dichroic mirror 202 of a 4th Example. 第5の実施例の波長選択発散状態変換素子218において凹凸を構成する2つの媒質の実効的な屈折率を示すグラフである。It is a graph which shows the effective refractive index of two media which comprise an unevenness | corrugation in the wavelength selection divergence state conversion element 218 of a 5th Example. 第5の実施例の反射膜に用いられる多層膜の入射角度20°での透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability in the incident angle of 20 degrees of the multilayer film used for the reflective film of a 5th Example. 特許文献1に記載の光学系のうち照明系の一部を模式的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows typically a part of illumination system among the optical systems described in Patent Document 1. 図38に示した照明系における青色光束901aの光路を模式的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows typically the optical path of the blue light beam 901a in the illumination system shown in FIG. 図38に示した照明系における蛍光光束901bの光路を模式的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows typically the optical path of the fluorescent light beam 901b in the illumination system shown in FIG.

実施形態1.
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる照明光学系の一例を模式的に示す構成図である。図1に示す照明光学系100は、レーザ光源等から射出される青色光束101をその入射領域に応じて透過するか反射する領域分割ダイクロイックミラー102と、蛍光ホイール106と、青色光束101を蛍光ホイール106へと集光させるためのレンズ群105と、入射光束の分布を均質化するインテグレータ111と、蛍光ホイール106からの反射光である青色光束101aおよび蛍光光束101bをインテグレータ111へと導くための光学素子群110とを備えている。
Embodiment 1. FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an example of an illumination optical system according to the first embodiment of the present invention. An illumination optical system 100 shown in FIG. 1 includes a region-dividing dichroic mirror 102 that transmits or reflects a blue light beam 101 emitted from a laser light source or the like according to an incident region thereof, a fluorescent wheel 106, and a blue light beam 101 that is converted into a fluorescent wheel. A lens group 105 for condensing the light beam 106, an integrator 111 for homogenizing the distribution of the incident light beam, and an optical device for guiding the blue light beam 101 a and the fluorescent light beam 101 b that are reflected light from the fluorescent wheel 106 to the integrator 111. And an element group 110.

なお、図1に示す例では、レンズ群105として、青色光束101の光束幅を縮小させて蛍光ホイール106に集光させるためのレンズ103およびレンズ104が設けられているが、この限りではない。また、光学素子群110として、発散角度を変換するためのレンズ107、レンズ107から出射される光束をインテグレータ111の方へ偏向させるミラー108およびミラー108で反射された光束をインテグレータ111に集光させるレンズ109が設けられているが、この限りではない。他の例においても同様である。   In the example shown in FIG. 1, the lens group 105 is provided with the lens 103 and the lens 104 for reducing the light beam width of the blue light beam 101 and condensing it on the fluorescent wheel 106, but this is not restrictive. Further, as the optical element group 110, the lens 107 for converting the divergence angle, the mirror 108 for deflecting the light beam emitted from the lens 107 toward the integrator 111, and the light beam reflected by the mirror 108 are condensed on the integrator 111. Although the lens 109 is provided, this is not restrictive. The same applies to other examples.

また、図1には、照明光学系の構成例とともに、青色光束101が蛍光ホイール106に照射された後の青色光束101aの光路も併せて示されている(太い実線矢印参照)。なお、青色光束101aは、当該照明光学系100において青色の光として利用される光束である。また、図2には、図1に示す照明光学系100において青色光束101が蛍光ホイール106に照射されることによって生じる蛍光光束101bの光路が示されている(破線矢印参照)。なお、蛍光光束101bは、当該照明光学系100において青色以外の色の光(本例では、緑および/または赤色)として利用される光束である。なお、以下の例では、青色波長帯を450nm、緑色波長帯を525nm、赤色波長帯を620nmとして説明するが、各色の光の波長帯は上記の例に限らず、用いるレーザ光源の性能や当該照明光学系に求められる各色の色合い等によって適宜変更可能である。   FIG. 1 also shows a configuration example of the illumination optical system, and also shows an optical path of the blue light beam 101a after the blue light beam 101 is applied to the fluorescent wheel 106 (see thick solid arrows). Note that the blue light beam 101 a is a light beam used as blue light in the illumination optical system 100. FIG. 2 shows an optical path of the fluorescent light beam 101b generated by irradiating the fluorescent wheel 106 with the blue light beam 101 in the illumination optical system 100 shown in FIG. 1 (see broken line arrows). The fluorescent light beam 101b is a light beam used as light of a color other than blue (green and / or red in this example) in the illumination optical system 100. In the following examples, the blue wavelength band is 450 nm, the green wavelength band is 525 nm, and the red wavelength band is 620 nm. However, the wavelength band of each color light is not limited to the above example, and the performance of the laser light source used It can be appropriately changed depending on the hue of each color required for the illumination optical system.

図3は、蛍光ホイール106の例を示す正面図である。図3に示すように、蛍光ホイール106は、偏向素子11が形成される領域と、緑蛍光体が形成される領域である緑蛍光体領域12と、赤蛍光体が形成される領域である赤蛍光体領域13とに分かれており、回転駆動されている。蛍光ホイール106は、この回転駆動によって、入射光が偏向素子11に入射する時間帯と、緑蛍光体に入射する時間帯と、赤蛍光体に入射する時間帯とが周期的に発生する仕組みとなっている。   FIG. 3 is a front view showing an example of the fluorescent wheel 106. As shown in FIG. 3, the fluorescent wheel 106 includes a region where the deflection element 11 is formed, a green phosphor region 12 where the green phosphor is formed, and a red region where the red phosphor is formed. It is divided into a phosphor region 13 and is driven to rotate. The fluorescent wheel 106 has a mechanism in which a time zone in which incident light is incident on the deflecting element 11, a time zone in which the incident light is incident on the green phosphor, and a time zone in which the light is incident on the red phosphor are periodically generated by this rotational driving. It has become.

偏向素子11は、入射光束を反射させて入射面から出射させる反射型の素子であって、反射する際に出射光の光路が入射光の光路と少なくともミラー入射時において重ならない方向、より具体的には出射光の光路が入射光の光路の少なくとも一部と異なる方向へと偏向させて出射する素子である。このような偏向素子11によって、当該偏向素子11に入射した青色光束101は、入射した際の光路とは異なる光路を通る光束となってその入射面から反射される(図1参照)。   The deflecting element 11 is a reflective element that reflects an incident light beam and emits the light from an incident surface. More specifically, the deflecting element 11 has a direction in which the light path of the emitted light does not overlap the optical path of the incident light at least when entering the mirror. Is an element that emits an optical path deflected in a direction different from at least a part of the optical path of incident light. By such a deflecting element 11, the blue light beam 101 incident on the deflecting element 11 is reflected from the incident surface as a light beam passing through an optical path different from the optical path at the time of incidence (see FIG. 1).

また、緑蛍光体領域12および赤蛍光体領域13では、蛍光体が反射板上に形成されており、当該領域に入射した青色光束101は、緑色または赤色の波長域の蛍光を発光させた後、蛍光光束101bとなってその入射面から出射される(図2参照)。   In the green phosphor region 12 and the red phosphor region 13, the phosphor is formed on the reflector, and the blue light beam 101 incident on the region emits fluorescence in the green or red wavelength region. The fluorescent light beam 101b is emitted from the incident surface (see FIG. 2).

図4は、偏向素子11の例を示す構成図である。図4(a)は偏向素子11の要部正面図であり、図4(b)は、図4(a)に示した偏向素子11のAB断面図である。図4に示すように、偏向素子11は、例えば、基材15の表面に円錐状の凸部14が隙間無く配された構成であってもよい。なお、図4には、基材15上に円錐状の凸部14を設ける例が示されているが、偏向素子11は、少なくとも光が入射する領域の表面を、所定の角度範囲の傾斜を有する形状にするものであればその具体的な構成は問わない。例えば、表面に設けられるものは凸部であっても凹部であってもよい。また、基材と凸部または凹部が同一部材であっても異部材であってもよい。以下、偏向素子11において、表面に傾斜をつけている部位を総称して「傾斜構造14」という場合がある。   FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example of the deflection element 11. 4A is a front view of a main part of the deflection element 11, and FIG. 4B is an AB cross-sectional view of the deflection element 11 shown in FIG. 4A. As shown in FIG. 4, the deflecting element 11 may have a configuration in which, for example, conical convex portions 14 are arranged on the surface of the base material 15 without a gap. FIG. 4 shows an example in which the conical convex portion 14 is provided on the base material 15. However, the deflection element 11 has at least the surface of the region where the light is incident to be inclined within a predetermined angle range. The specific configuration is not limited as long as it has a shape. For example, what is provided on the surface may be a convex portion or a concave portion. Further, the substrate and the convex portion or the concave portion may be the same member or different members. Hereinafter, in the deflecting element 11, portions having a surface inclined may be collectively referred to as “an inclined structure 14”.

図5に、偏向素子11に青色光束101が入射した場合の出射光束である青色光束101aの光路の一例を示す。図5に示す例において、偏向素子11の表面に設けられた傾斜構造14はいずれも、当該傾斜構造14がないとした場合の基材15の表面に対して角度α傾斜した形状をしている。すなわち、図5に示す偏向素子11は、反射面の形状が角度αで傾斜する傾斜面からなる凹凸形状に形成されている。そのような偏向素子11に青色光束101−1、101−2が入射した場合、傾斜構造14の入射面の位置によって青色光束101a−1、101a−2のように偏向されて反射される。   FIG. 5 shows an example of an optical path of the blue light beam 101a which is an outgoing light beam when the blue light beam 101 is incident on the deflection element 11. In the example shown in FIG. 5, all of the inclined structures 14 provided on the surface of the deflection element 11 have a shape inclined at an angle α with respect to the surface of the base material 15 when the inclined structure 14 is not provided. . In other words, the deflecting element 11 shown in FIG. 5 is formed in a concavo-convex shape made up of an inclined surface whose reflecting surface is inclined at an angle α. When the blue light beams 101-1 and 101-2 are incident on such a deflecting element 11, the light beams are deflected and reflected as the blue light beams 101 a-1 and 101 a-2 depending on the position of the incident surface of the inclined structure 14.

例えば、入射面側を上方として基材15の上向きの法線方向から反時計回りを正の方向とし、青色光束101−1および101−2が入射角度±|β|で入射する場合を考える。ここで、入射角度とは光束の主光線の強度に対して1/eとなる強度をさす。角度βで入射した青色光束101−1は、素子表面に設けられた傾斜構造14によって2α−βの方向に偏向された反射光となって出射する。入射青色光束101−1のうち最大の入射角度が|β|である場合、出射青色光束101a−1のうち最小の出射角度は2|α|−|β|となるので、|α|>|β|であれば、出射青色光束101a−1は入射青色光束101−1の光路と異なる方向へと偏向される。また、青色光束101−2の場合も同様に、入射青色光束101−2のうち最大の入射角度が|β|である場合、出射青色光束101a−2のうち最小の出射角度β’は2|α|−|β|となるので、|α|>|β|であれば、出射青色光束101a−2は入射青色光束101−2の光路と異なる方向へと偏向される。 For example, let us consider a case where the incident light side is upward, the counterclockwise direction from the upward normal direction of the base material 15 is a positive direction, and the blue light beams 101-1 and 101-2 are incident at an incident angle ± | β |. Here, the incident angle refers to an intensity that is 1 / e 2 with respect to the intensity of the principal ray of the light beam. The blue light beam 101-1 incident at an angle β is emitted as reflected light deflected in the direction of 2α-β by the inclined structure 14 provided on the element surface. When the maximum incident angle of the incident blue luminous flux 101-1 is | β |, the minimum outgoing angle of the outgoing blue luminous flux 101a-1 is 2 | α |-| β |. Therefore, | α |> | If β |, the outgoing blue light beam 101a-1 is deflected in a direction different from the optical path of the incident blue light beam 101-1. Similarly, in the case of the blue light beam 101-2, when the maximum incident angle of the incident blue light beam 101-2 is | β |, the minimum output angle β ′ of the emitted blue light beam 101a-2 is 2 | Since α | − | β |, if | α |> | β |, the outgoing blue light beam 101a-2 is deflected in a direction different from the optical path of the incident blue light beam 101-2.

傾斜角αが45°を超えると光束が横方向に反射されてしまい一部の光が反射光として利用できなくなるため、傾斜角αは45°>|α|を満たすようにするとよい。   If the tilt angle α exceeds 45 °, the light beam is reflected in the lateral direction and a part of the light cannot be used as reflected light. Therefore, the tilt angle α should satisfy 45 °> | α |.

ところで、上記条件(ここでは、少なくとも|α|>|β|の条件)を満たす場合には、入射角度が大きい場合には出射される光束の出射角度もまた大きくなる。出射角度が大きい場合にはレンズ群105で光を取り込めず光量のロスになるため、入射角度βの角度範囲は25°以下が好ましく、20°以下であるとより好ましく、15°以下であるとさらに好ましい。同様に最大の出射角度の角度範囲は10°以上かつ75°以下が好ましく、上限が60°より小さいと好ましく、45°よりも小さいとさらに好ましい。また、反射される際に、傾斜構造14の面の反射率は80%以上が好ましく、90%以上であるとより好ましい。   By the way, when the above condition (here, at least the condition of | α |> | β |) is satisfied, when the incident angle is large, the emission angle of the emitted light beam also becomes large. When the emission angle is large, the lens group 105 cannot capture light, resulting in loss of light quantity. Therefore, the angle range of the incident angle β is preferably 25 ° or less, more preferably 20 ° or less, and 15 ° or less. Further preferred. Similarly, the angle range of the maximum emission angle is preferably 10 ° to 75 °, and the upper limit is preferably smaller than 60 °, and more preferably smaller than 45 °. Further, when reflected, the reflectance of the surface of the inclined structure 14 is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more.

傾斜構造14の面の反射率を上げるため、例えば、傾斜構造14の上に反射膜を積層させてもよい。青色光束が入射する際に高い反射率を示す材料として、銀や銀の合金、アルミニウム、多層膜などを使用できる。銀などの金属反射膜を用いる場合は、入射角度にかかわらず高い反射率を得ることができる。また、多層膜を用いる場合には、金属酸化物などの吸収のない材料を使用でき、材料の吸収がないため材料の吸収による発熱が問題になる場合には多層膜を用いるのが好ましい。   In order to increase the reflectance of the surface of the inclined structure 14, for example, a reflective film may be laminated on the inclined structure 14. Silver, a silver alloy, aluminum, a multilayer film, or the like can be used as a material that exhibits high reflectance when a blue light beam is incident. When a metal reflective film such as silver is used, a high reflectance can be obtained regardless of the incident angle. In the case of using a multilayer film, a non-absorbing material such as a metal oxide can be used. When there is no material absorption, heat generation due to absorption of the material causes a problem.

なお、偏向素子11の傾斜構造14は、上記機能すなわち出射光の光路が入射光の光路と異なる方向へと入射光束を偏向させて反射する機能を有していれば円錐形状に限らず、角錐形状やブレーズ形状であってもよい。例えば、図6(a)から(e)に示すような形状であってもよい。また、平面図でみた場合に斜面とは異なる方向に延びる長手方向を有する凹凸形状であってもよい。   The inclined structure 14 of the deflecting element 11 is not limited to a conical shape as long as it has the above function, that is, a function of deflecting and reflecting an incident light beam in a direction in which an optical path of outgoing light is different from an optical path of incident light. It may be a shape or a blaze shape. For example, the shapes shown in FIGS. 6A to 6E may be used. Moreover, the uneven | corrugated shape which has a longitudinal direction extended in the direction different from a slope may be sufficient when it sees with a top view.

図6は、偏向素子11の他の例を示す要部断面図である。図6(a)には傾斜構造14の大きさが面内で異なっている例が示されている。また、図6(b)には面内に傾斜角の異なる傾斜構造14を有する例が示されている。図6(b)に示すように、傾斜構造14の傾斜角が面内で異なっている場合、平均的な傾斜角αavgが入射角βに対して|αavg|>|β|を満たすようにすればよく、最小の傾斜角αminが|αmin|>|β|を満たすようにすればより好ましい。このような例は、素子の不規則性により入射光の空間的コヒーレンシーを低減できる効果があり、光束の光量分布を均一化させる効果や、レーザ光源からの光束を用いる場合にスペックル低減などの効果を得られる。 FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part showing another example of the deflection element 11. FIG. 6A shows an example in which the size of the inclined structure 14 is different in the plane. FIG. 6B shows an example in which the inclined structures 14 having different inclination angles are provided in the plane. As shown in FIG. 6B, when the inclination angles of the inclined structures 14 are different in the plane, the average inclination angle α avg satisfies | α avg |> | β | with respect to the incident angle β. It is more preferable that the minimum inclination angle α min satisfies | α min |> | β |. Such an example has the effect of reducing the spatial coherency of the incident light due to the irregularity of the element, such as the effect of making the light quantity distribution of the light beam uniform, and the reduction of speckle when using the light beam from the laser light source. The effect can be obtained.

また、図6(c)にはアキシコンレンズのように1つの傾斜構造14によって表面の凹凸形状が形成される例が示されている。図6(c)に示すように、1つの傾斜構造14によって表面の凹凸形状が形成される偏向素子11は、当該偏向素子11が蛍光ホイール106上ではなく固定されて使用される場合に適している(例えば、後述する図9や図10(b)の構成)。単一の反射面を用いることで散乱などが生じにくく、効率よく青色光束101aを発生させることができる。ただし、単一の反射面であるため青色光束101が傾斜構造14に照射される位置の幅が奥行き方向に大きくなるため、焦点深度の小さいレンズ群105などを用いる場合には、反射された青色光束101aをレンズ群105によって効率的に取り込むことができない場合がある。このような場合は、傾斜構造14の奥行き方向の高さが小さくなる他の例を用いるのが好ましい。1つの傾斜構造14の好ましい高さはレンズ群105の焦点深度に依存するが、多様なレンズ設計に対応できるために0.5mm以下が好ましく、0.1mm以下であるとより好ましく、0.05mm以下であるとさらに好ましい。   Further, FIG. 6C shows an example in which the uneven shape of the surface is formed by one inclined structure 14 like an axicon lens. As shown in FIG. 6C, the deflection element 11 having a surface unevenness formed by one inclined structure 14 is suitable for the case where the deflection element 11 is used not on the fluorescent wheel 106 but fixed. (For example, the configuration of FIG. 9 and FIG. 10B described later). By using a single reflecting surface, scattering or the like hardly occurs, and the blue light beam 101a can be generated efficiently. However, since it is a single reflecting surface, the width of the position where the blue light beam 101 is applied to the inclined structure 14 increases in the depth direction. Therefore, when the lens group 105 having a small focal depth is used, the reflected blue color is reflected. In some cases, the lens group 105 cannot efficiently capture the light beam 101a. In such a case, it is preferable to use another example in which the height of the inclined structure 14 in the depth direction is reduced. The preferred height of one inclined structure 14 depends on the depth of focus of the lens group 105, but is preferably 0.5 mm or less, more preferably 0.1 mm or less, in order to accommodate various lens designs, and 0.05 mm. More preferably, it is as follows.

図6(d)にはブレーズ形状の傾斜構造14を有する例が示されている。傾斜構造14をブレーズ形状にすると、例えば、図6(c)に示す傾斜構造14の奥行き方向の高さを小さくできる。   FIG. 6D shows an example having a blazed inclined structure 14. When the inclined structure 14 is formed in a blaze shape, for example, the height in the depth direction of the inclined structure 14 shown in FIG. 6C can be reduced.

図6(e)には赤および緑蛍光体を含む傾斜構造14の上に、青色光束の一部を反射させ、緑および赤色の光束を透過させる半透過反射膜16を形成した例が示されている。このような偏向素子11を、蛍光ホイール106による時間分割を行わずに、青、緑、赤の各色に対して空間光変調素子を用いるような光学系に使用できる(例えば、後述する図10(a)の構成)。図6(e)に示すようにすることで、半透過反射膜16で反射される青色光束101aと、半透過反射膜16を透過して蛍光体を励起して得られる蛍光光束101bとを同時に得ることができ、これらを合わせることで青、緑、赤の各光束を得ることができる。ここで、半透過反射膜16としては、例えば、赤色および緑色波長帯域の光を透過しつつ、青色波長帯域で約30%の反射率となるように設計された多層膜を用いてもよい。なお、図示省略しているが、本例の偏向素子11は、蛍光体を含む部材の下方に発生した蛍光を反射する反射膜が形成されているものとする。   FIG. 6 (e) shows an example in which a transflective film 16 that reflects part of a blue light beam and transmits green and red light beams is formed on an inclined structure 14 including red and green phosphors. ing. Such a deflection element 11 can be used in an optical system that uses a spatial light modulation element for each color of blue, green, and red without performing time division by the fluorescent wheel 106 (for example, FIG. Configuration of a)). 6E, the blue light beam 101a reflected by the semi-transmissive reflective film 16 and the fluorescent light beam 101b obtained by exciting the phosphor through the semi-transmissive reflective film 16 are simultaneously obtained. By combining these, blue, green, and red light fluxes can be obtained. Here, as the transflective film 16, for example, a multilayer film designed to transmit light in the red and green wavelength bands and to have a reflectance of about 30% in the blue wavelength band may be used. Although not shown, it is assumed that the deflecting element 11 of this example is formed with a reflective film that reflects fluorescence generated below a member including a phosphor.

また、偏向素子11は、表面に傾斜をもたせる構造のもの以外にも、図7に示すような回折作用を利用するものであってもよい。図7(a)および(b)は、回折作用を利用した偏向素子11の例を示す要部断面図である。図7(a)および(b)に示す偏向素子11は、基材15上に回折光を発生させる凹凸構造17が形成された構造となっている。なお、図7(a)にはバイナリー型の回折格子として作用する凹凸構造17を形成した例が示されている。この場合、基材15上に、断面矩形の凸部14または凹部14を形成すればよい。また、図7(b)には凹凸構造17として、多段の疑似ブレーズを用いた場合の例が示されている。この場合、基材15上に、断面が階段状の凸部14または凹部14を形成すればよい。また、回折格子の場合、回折格子のピッチが波長の2倍よりも小さくなるような場合に大きな偏光依存性が生じ得るが、このような回折格子の長手方向と入射光の偏光方向が同一の方向となるように回折格子を配置することで高い回折効率を得ることができる。   Further, the deflecting element 11 may utilize a diffractive action as shown in FIG. 7 in addition to a structure having an inclined surface. FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views of the main part showing an example of the deflecting element 11 utilizing the diffraction action. The deflecting element 11 shown in FIGS. 7A and 7B has a structure in which an uneven structure 17 that generates diffracted light is formed on a base material 15. FIG. 7A shows an example in which a concavo-convex structure 17 that functions as a binary diffraction grating is formed. In this case, the convex portion 14 or the concave portion 14 having a rectangular cross section may be formed on the base material 15. FIG. 7B shows an example in which a multistage pseudo blaze is used as the uneven structure 17. In this case, the convex part 14 or the concave part 14 having a stepped cross section may be formed on the base material 15. In the case of a diffraction grating, a large polarization dependency may occur when the pitch of the diffraction grating is smaller than twice the wavelength, but the longitudinal direction of such a diffraction grating and the polarization direction of incident light are the same. A high diffraction efficiency can be obtained by arranging the diffraction gratings in the direction.

このように、偏向素子11として回折素子を用いる場合、出射光の分布は回折素子の基本的な構造のフーリエ変換によって与えられる。また、回折素子の基本的な構造のピッチをP、回折素子に入射する光束の波長をλ、入射角度をθin、出射される光束の角度をθout、とし、回折光の次数をmとした場合、sinθout=sinθin+mλ/Pが成立する。したがって、回折素子の基本的な構造を設計し、基本的な構造のピッチを調整することによって出射光の分布を調整できる。 Thus, when a diffractive element is used as the deflecting element 11, the distribution of the emitted light is given by the Fourier transform of the basic structure of the diffractive element. Further, the pitch of the basic structure of the diffraction element is P, the wavelength of the light beam incident on the diffraction element is λ, the incident angle is θ in , the angle of the emitted light beam is θ out , and the order of the diffracted light is m. In this case, sin θ out = sin θ in + mλ / P is established. Therefore, the distribution of the emitted light can be adjusted by designing the basic structure of the diffraction element and adjusting the pitch of the basic structure.

つまり、|θout|>|β|となるようにピッチPと回折光の次数mを調整すればよい。特にθin=0°の入射光束を±1次回折光として回折させる場合には、θout≧2|β|とすることで出射光束をθout±βの方向に回折でき、入射光束と出射の重なりを低減できる。この場合、回折素子のピッチとしてP≦λ/sin(2|β|)を満たせばよい。 That is, the pitch P and the order m of the diffracted light may be adjusted so that | θ out |> | β |. In particular, when diffracting an incident light beam with θ in = 0 ° as ± first-order diffracted light, θ out ≧ 2 | β | can diffract the emitted light beam in the direction of θ out ± β. Overlap can be reduced. In this case, it is only necessary to satisfy P ≦ λ / sin (2 | β |) as the pitch of the diffraction elements.

また、凹凸構造17が回折格子のように面内に長手方向を有する形状である場合、蛍光ホイール106の中心に曲率の中心を持つような円弧状に長手方向を有している形状であってもよいし、所定の方向に長手方向を有する凹凸構造17が形成される領域を複数組み合わせて、面内に2以上の異なる長手方向を有する凹凸構造17が形成されるようにしてもよい。凹凸構造17は凸部または凹部を2周期以上有しているとよく、4周期以上であると回折光の出射方向が離散的になるので、入射光との分離がより可能になるので好ましい。   Further, when the concavo-convex structure 17 has a shape having a longitudinal direction in a plane like a diffraction grating, the shape having a longitudinal direction in an arc shape having a center of curvature at the center of the fluorescent wheel 106, Alternatively, a plurality of regions where the concavo-convex structure 17 having a longitudinal direction in a predetermined direction is combined to form the concavo-convex structure 17 having two or more different longitudinal directions in the plane. The concavo-convex structure 17 preferably has two or more periods of protrusions or recesses, and if it is four or more periods, the emission direction of diffracted light becomes discrete, which is more preferable because it can be separated from incident light.

なお、偏向素子11は、出射光を、入射光束を囲む輪帯状の領域に出射するものに限らない。例えば、入射面の位置に関わらず、図5に示す正負の方向において+の方向のみまたは−の方向のみへと偏向させて出射するようなものであってもよい。   Note that the deflection element 11 is not limited to the one that emits the emitted light to an annular region surrounding the incident light flux. For example, regardless of the position of the incident surface, the light may be emitted while being deflected only in the positive direction or only in the negative direction in the positive and negative directions shown in FIG.

偏向素子11はプレス成型や切削加工によって加工できる。このような方法によって精度の高い凹凸形状を得ることができる。また、フォトリソグラフィとエッチングを組み合わせた加工方法であってもよい。フォトリソグラフィおよびエッチングは回折素子のように矩形の凹凸形状を有する場合に用いるのが好適である。また、基材15や凸部14の部材としてガラスや金属などの無機材料や樹脂などの有機材料を使用できる。ガラスを用いる場合は石英や耐熱ガラスを用いると熱膨張が小さいためレーザ照射による温度上昇に対して破壊が起こりにくい。また、樹脂材料を用いる場合は、型と対向する基材中に樹脂を充填し硬化するインプリントや射出成型などの方法を使用できる。樹脂としてエポキシやシリコーン樹脂などの耐熱性のある樹脂を用いるのが好ましい。   The deflection element 11 can be processed by press molding or cutting. A highly accurate uneven shape can be obtained by such a method. Further, a processing method combining photolithography and etching may be used. Photolithography and etching are preferably used in the case of a rectangular uneven shape like a diffraction element. Moreover, an organic material such as an inorganic material such as glass or metal or a resin can be used as a member of the base material 15 or the convex portion 14. When glass is used, if quartz or heat-resistant glass is used, the thermal expansion is small, so that destruction does not easily occur due to a temperature rise caused by laser irradiation. Moreover, when using resin material, methods, such as an imprint and injection molding which fill and harden resin in the base material which opposes a type | mold, can be used. It is preferable to use a heat resistant resin such as epoxy or silicone resin as the resin.

また、図8(a)は領域分割ダイクロイックミラー102の例を模式的に示す断面図である。また、図8(b)には、領域分割ダイクロイックミラー102に入射する各種光束の光路が模式的にされている。領域分割ダイクロイックミラー102は、青色波長帯の光を透過しつつ緑色および赤色波長帯の光を反射させる領域と、青色、緑色および赤色波長帯の光を反射させる領域とが、各々所定の領域に分けて設けられていればよい。図8に示す領域分割ダイクロイックミラー102は、基材21と、その一方の面に設けられる反射防止膜22と、その他方の面上に設けられるダイクロイック層23と、ダイクロイック層23と同じ面上の一部領域に設けられる反射層24とを備えた構成となっている。   FIG. 8A is a cross-sectional view schematically showing an example of the area division dichroic mirror 102. FIG. 8B schematically shows the optical paths of various light beams incident on the area-dividing dichroic mirror 102. The region-dividing dichroic mirror 102 includes a region that transmits light in the blue wavelength band and reflects light in the green and red wavelength bands and a region that reflects light in the blue, green, and red wavelength bands in predetermined regions. What is necessary is just to be provided separately. The area division dichroic mirror 102 shown in FIG. 8 is on the same surface as the base material 21, the antireflection film 22 provided on one surface thereof, the dichroic layer 23 provided on the other surface, and the dichroic layer 23. The reflection layer 24 is provided in a partial region.

ここで、反射防止膜22は、青色波長帯域の光(より具体的には、青色光束101)を透過させる光学膜である。また、ダイクロイック層23は、青色波長帯域の光(より具体的には、青色光束101)を透過させ、緑色および赤色波長帯域の光(より具体的には、蛍光光束101b)を反射させる光学膜である。また、反射層24は、青色、緑色および赤色の波長帯域の光(より具体的には、青色光束101aおよび蛍光光束101b)を反射させる光学膜である。ここで、ダイクロイック層23は、少なくとも青色光束101が入射する領域に設けられる。また、反射層24は、少なくとも青色光束101aが入射する領域に設けられていればよい。なお、青色光束101および101aのいずれも入射しない領域であって蛍光光束101bが入射する領域にはダイクロイック層23と反射層24のいずれかが設けられていればよい。   Here, the antireflection film 22 is an optical film that transmits light in the blue wavelength band (more specifically, the blue light beam 101). The dichroic layer 23 is an optical film that transmits light in the blue wavelength band (more specifically, the blue light beam 101) and reflects light in the green and red wavelength bands (more specifically, the fluorescent light beam 101b). It is. The reflective layer 24 is an optical film that reflects light in the blue, green, and red wavelength bands (more specifically, the blue light beam 101a and the fluorescent light beam 101b). Here, the dichroic layer 23 is provided at least in a region where the blue light beam 101 is incident. Moreover, the reflective layer 24 should just be provided in the area | region in which the blue light beam 101a injects at least. Note that either the dichroic layer 23 or the reflective layer 24 may be provided in a region where neither the blue light beam 101 nor the light beam 101a is incident and the region where the fluorescent light beam 101b is incident.

領域分割ダイクロイックミラー102は、例えば、図38に示した従来の光学系に用いられるダイクロイックミラー904のダイクロイック層の一部領域上に反射層24を加えることでも実現できる。   For example, the region division dichroic mirror 102 can be realized by adding the reflection layer 24 on a partial region of the dichroic layer of the dichroic mirror 904 used in the conventional optical system shown in FIG.

反射層24としては、光学多層膜や金属膜を使用できる。なお、領域分割ダイクロイックミラー102は、図8(a)に示すようなダイクロイック層23の上に反射層24を積層させる構成に限らず、基材21の上に領域を分けて、ダイクロイック層23と反射層24とをそれぞれパターニングなどによって設ける構成であってもよい。   As the reflective layer 24, an optical multilayer film or a metal film can be used. In addition, the area division | segmentation dichroic mirror 102 is not restricted to the structure which laminates | stacks the reflection layer 24 on the dichroic layer 23 as shown to Fig.8 (a), A area | region is divided | segmented on the base material 21, and the dichroic layer 23 and The reflective layer 24 may be provided by patterning or the like.

また、インテグレータ111としては、例えば、インテグレータロッドやフライアイレンズなどを使用できる。   Further, as the integrator 111, for example, an integrator rod or a fly-eye lens can be used.

次に、本実施形態の光束の光路について説明する。図1に示す照明光学系100において、青色光束101は、領域分割ダイクロックミラー102のダイクロイック層を透過後、レンズ群105によって蛍光ホイール106に集光される。このとき、青色光束101が偏向素子11に照射される場合には、該青色光束101は偏向素子11の入射面で反射されることによって入射した際の光路とは異なる光路を通る青色光束101aとなって出射する。   Next, the optical path of the light beam of this embodiment will be described. In the illumination optical system 100 shown in FIG. 1, the blue light beam 101 is focused on the fluorescent wheel 106 by the lens group 105 after passing through the dichroic layer of the area-divided dichroic mirror 102. At this time, when the blue light beam 101 is applied to the deflecting element 11, the blue light beam 101 is reflected by the incident surface of the deflecting element 11, and the blue light beam 101 a passes through an optical path different from the incident optical path. Then exit.

その後、青色光束101aは再びレンズ群105に入射し、レンズ群105によって発散角度が変換された後、領域分割ダイクロイックミラー102の反射層に入射する。そして、領域分割ダイクロイックミラー102の反射層によって反射された後、光学素子群110によってインテグレータ111へと導光される。   Thereafter, the blue light beam 101 a again enters the lens group 105, and after the divergence angle is converted by the lens group 105, the blue light beam 101 a enters the reflection layer of the region-divided dichroic mirror 102. Then, after being reflected by the reflection layer of the region-dividing dichroic mirror 102, the light is guided to the integrator 111 by the optical element group 110.

一方、図2に示すように、青色光束101が領域分割ダイクロイックミラー102およびレンズ群105を透過後、蛍光ホイール106の緑蛍光体領域12または赤蛍光体領域13に照射される場合には、青色光束101が蛍光体を励起して緑色または赤色の波長域の蛍光が発生する。発生した蛍光は蛍光ホイール106に設けられた反射材によって反射されることによって蛍光発光101bとなって出射する。   On the other hand, as shown in FIG. 2, when the blue light beam 101 is transmitted through the region-dividing dichroic mirror 102 and the lens group 105 and then irradiated to the green phosphor region 12 or the red phosphor region 13 of the phosphor wheel 106, The luminous flux 101 excites the phosphor to generate green or red wavelength band fluorescence. The generated fluorescence is reflected by a reflecting material provided on the fluorescent wheel 106 and is emitted as fluorescent light emission 101b.

その後、蛍光発光101bはレンズ群105に入射し、レンズ群105によって発散角度を変換された後、領域分割ダイクロイックミラー102のダイクロイック層または反射層に入射する。そして、領域分割ダイクロイックミラー102のダイクロイック層または反射層によって反射された後、光学素子群110によってインテグレータ111へと導光される。   Thereafter, the fluorescent light emission 101b is incident on the lens group 105, and after the divergence angle is converted by the lens group 105, the fluorescent light emission 101b is incident on the dichroic layer or the reflective layer of the region-divided dichroic mirror 102. Then, after being reflected by the dichroic layer or the reflective layer of the region-divided dichroic mirror 102, the light is guided to the integrator 111 by the optical element group 110.

インテグレータ111へと導光された光束101aおよび101bは図示しない空間光変調素子に照射され、空間光変調素子によって形成された画像を図示しない投影レンズによって投影面に投影する。空間光変調素子としてはLCOS(Liquid crystal on silicon )やDMD(digital micromirror device)などを使用できる。   The light beams 101a and 101b guided to the integrator 111 are irradiated to a spatial light modulation element (not shown), and an image formed by the spatial light modulation element is projected onto a projection surface by a projection lens (not shown). As the spatial light modulator, LCOS (Liquid crystal on silicon), DMD (digital micromirror device) or the like can be used.

なお、図1には、蛍光ホイール106上に偏向素子11を設ける例が示されているが、偏向素子11は必ずしも蛍光ホイール106上でなくてもよい。例えば、図9に示すような配置であってもよい。図9は、照明光学系100における偏向素子11の他の配置例を示す構成図である。なお、図9は、青色光束101が領域分割ダイクロイックミラー102に入射した後、青色光束101aとして再び領域分割ダイクロイックミラー102に入射するまでの光路に係る部分のみを示している。図9に示す照明光学系100では、蛍光ホイール106は、その一部に蛍光体を含む領域を有しているが、偏向素子11を有しておらず、代わりに青色光束101を透過する領域を有する構成とする。その上で、そのような蛍光ホイール106の後方に偏向素子11を備える。   Although FIG. 1 shows an example in which the deflection element 11 is provided on the fluorescent wheel 106, the deflection element 11 does not necessarily have to be on the fluorescent wheel 106. For example, an arrangement as shown in FIG. 9 may be used. FIG. 9 is a configuration diagram showing another arrangement example of the deflecting element 11 in the illumination optical system 100. FIG. 9 shows only the part related to the optical path from when the blue light beam 101 is incident on the region-dividing dichroic mirror 102 to when it is incident on the region-dividing dichroic mirror 102 again as the blue light beam 101a. In the illumination optical system 100 shown in FIG. 9, the fluorescent wheel 106 has a region including a fluorescent substance in a part thereof, but does not have the deflection element 11 and instead transmits a blue light beam 101. It is set as the structure which has. In addition, a deflection element 11 is provided behind such a fluorescent wheel 106.

本例の場合、蛍光ホイール106上の青色光束101を透過する領域に照射された青色光束101は、蛍光ホイール106を透過して、その後方に設けられた偏向素子11に照射される。偏向素子11に照射された青色光束101は、偏向素子11によって偏向された結果、入射した際の光路とは異なる光路を通る青色光束101aとなってその入射面から出射される。   In the case of this example, the blue light beam 101 applied to the region transmitting the blue light beam 101 on the fluorescent wheel 106 is transmitted through the fluorescent wheel 106 and applied to the deflection element 11 provided behind the fluorescent light wheel 106. The blue light beam 101 applied to the deflecting element 11 is deflected by the deflecting element 11 and, as a result, is emitted from the incident surface as a blue light beam 101a passing through an optical path different from the optical path at the time of incidence.

また、図1には、領域分割ダイクロイックミラー102が青色光束101を透過することで蛍光ホイール106のある方向へと導くとともに、戻り青色光である青色光束101aと蛍光光束101bとを反射することで青色光束101が入射してきた方向とは異なる方向へと導く例が示されているが、領域分割ダイクロイックミラー102と蛍光ホイール106の位置関係はこの限りではない。例えば、領域分割ダイクロイックミラー102が青色光束101を反射することで蛍光ホイール106のある方向へと導くとともに、戻り青色光である青色光束101aと蛍光光束101bとを透過することで青色光束101が入射してきた方向とは異なる方向へと導くように構成することも可能である。   Further, in FIG. 1, the region-dividing dichroic mirror 102 transmits the blue light beam 101 to guide the fluorescent wheel 106 in a certain direction, and reflects the blue light beam 101a and the fluorescent light beam 101b as return blue light. Although an example of guiding in a direction different from the direction in which the blue light beam 101 has entered is shown, the positional relationship between the region-dividing dichroic mirror 102 and the fluorescent wheel 106 is not limited to this. For example, the region-dividing dichroic mirror 102 reflects the blue light beam 101 to guide the fluorescent wheel 106 in a certain direction, and transmits the blue light beam 101a and the fluorescent light beam 101b, which are return blue light, so that the blue light beam 101 is incident. It is also possible to configure to lead in a direction different from the direction that has been performed.

そのような場合には、領域分割ダイクロイックミラー102を、青色波長帯の光を反射して緑、赤色波長帯の光を透過するダイクロイック層が形成される領域と、青色、緑色および赤色波長帯の光を透過する透過層が形成される領域とに分ければよい。なお、ダイクロイック層は青色光束101が入射する領域に設けられていればよい。透過層は青色光束101が入射せずに青色光束101bが入射する領域に設けられていればよい。例えば、偏向素子11が、出射光を中心付近の光束がない状態すなわち輪帯状にして出射するものであれば、領域分割ダイクロイックミラー102は、透光性のあるガラス等の基材上に透過層としての反射防止膜を形成した上で、中央の青色光束が入射する領域部分にだけダイクロイック層が設けられている構成であってもよい。   In such a case, the region-dividing dichroic mirror 102 is configured to form a region in which a dichroic layer that reflects light in the blue wavelength band and transmits light in the green and red wavelength bands is formed, and in the blue, green, and red wavelength bands. What is necessary is just to divide into the area | region in which the permeation | transmission layer which permeate | transmits light is formed. Note that the dichroic layer may be provided in a region where the blue light beam 101 is incident. The transmissive layer may be provided in a region where the blue light beam 101b is incident without the blue light beam 101 being incident. For example, if the deflecting element 11 emits the emitted light in a state where there is no light flux near the center, that is, in the form of an annular zone, the region-dividing dichroic mirror 102 has a transmissive layer on a base material such as translucent glass. In addition, a dichroic layer may be provided only in the region where the central blue light beam is incident.

また、青、緑、赤の各色に対して空間光変調素子を用いるような場合には、蛍光ホイール106を回転駆動させなくともよい。この場合、図10(a)や図10(b)に示すような配置を用いてもよい。   Further, when a spatial light modulator is used for each of blue, green, and red colors, the fluorescent wheel 106 need not be driven to rotate. In this case, an arrangement as shown in FIG. 10A or FIG. 10B may be used.

図10は、照明光学系100の他の例を模式的に示す構成図である。なお、図10(a)には、青色光束101が領域分割ダイクロイックミラー102に入射した後、青色光束101aとして再び領域分割ダイクロイックミラー102に入射するまでの光路に係る部分のみが示されている。図10(a)に示す照明光学系100は、蛍光ホイール106に代わって、青色偏向反射機能付き蛍光素子113を備えている。青色偏向反射機能付き蛍光素子113は、青色光束101が入射した際に、入射光の一部を青色光のまま偏向させつつ反射させるとともに、入射光の一部を蛍光体の励起に用いて蛍光発光を出射する。なお、本発明の青色偏向反射機能付き蛍光素子113は、青色光束の一部を反射させる際に、出射光が入射光とは異なる光路を通るように偏向させて出射させる。このような青色偏向反射機能付き蛍光素子113は、例えば、図6(e)に示す偏向素子11を利用できる。   FIG. 10 is a configuration diagram schematically showing another example of the illumination optical system 100. FIG. 10A shows only a portion related to the optical path from when the blue light beam 101 is incident on the region-dividing dichroic mirror 102 to when the blue light beam 101a is incident on the region-dividing dichroic mirror 102 again. The illumination optical system 100 shown in FIG. 10A includes a fluorescent element 113 with a blue deflection reflection function instead of the fluorescent wheel 106. When the blue light beam 101 is incident, the fluorescent element 113 with a blue deflection reflection function reflects part of the incident light while deflecting it as blue light, and uses part of the incident light for excitation of the phosphor. Emits emitted light. Note that the fluorescent element 113 with the blue deflection reflection function of the present invention emits the emitted light by deflecting it so that it passes through an optical path different from the incident light when reflecting a part of the blue light beam. As such a fluorescent element 113 with a blue deflection reflection function, for example, the deflection element 11 shown in FIG.

また、図10(b)に示す例は、青色光束101を領域分割ビームスプリッタ115によって分岐して別光路で青色光束101aと蛍光光束101bを発生させた後、合波する例である。なお、図10(b)には、青色光束101が領域分割ダイクロイックミラー102に入射した後、青色光束101aおよび蛍光光束101bとなって再び領域分割ダイクロイックミラー102に入射するまでの光路に係る部分のみが示されている。   Further, the example shown in FIG. 10B is an example in which the blue light beam 101 is branched by the area division beam splitter 115 and the blue light beam 101a and the fluorescent light beam 101b are generated in different optical paths and then combined. In FIG. 10B, only the portion related to the optical path from when the blue light beam 101 enters the area-divided dichroic mirror 102 to the blue light beam 101a and the fluorescent light beam 101b again enters the area-divided dichroic mirror 102. It is shown.

図10(b)に示す照明光学系100では、青色光束101は、領域分割ダイクロイックミラー102のダイクロイック層を透過後、領域分割ビームスプリッタ115のビームスプリッタ層によってレンズ群105aへと向かう光束と、レンズ群105bへと向かう光束とに分けられる。レンズ群105aへと向かう青色光束101は、レンズ群105aによって偏向素子11に照射される。一方、レンズ群105bへと向かった青色光束101は、レンズ群105bによって蛍光素子114に照射される。   In the illumination optical system 100 shown in FIG. 10B, the blue light beam 101 passes through the dichroic layer of the region-dividing dichroic mirror 102 and then travels toward the lens group 105 a by the beam splitter layer of the region-dividing beam splitter 115. It is divided into luminous fluxes traveling toward the group 105b. The blue light beam 101 traveling toward the lens group 105a is applied to the deflection element 11 by the lens group 105a. On the other hand, the blue light beam 101 directed toward the lens group 105b is irradiated to the fluorescent element 114 by the lens group 105b.

偏向素子11に照射された青色光束101は、入射したときと異なる方向へと偏向された青色光束101aとなってその入射面から出射され、領域分割ビームスプリッタ115に入射する。また、蛍光素子114に入射した青色光束101は、蛍光素子114が備える蛍光体によって蛍光発光を生じさせる。生じた蛍光発光は、蛍光光束101bとなってその入射面から出射され、領域分割ビームスプリッタ115に入射する。   The blue light beam 101 irradiated on the deflecting element 11 becomes a blue light beam 101a deflected in a direction different from the direction of the incident light, is emitted from the incident surface, and is incident on the region dividing beam splitter 115. In addition, the blue light beam 101 incident on the fluorescent element 114 causes fluorescent emission by the phosphor included in the fluorescent element 114. The generated fluorescent light is emitted from the incident surface as a fluorescent light beam 101b and enters the region split beam splitter 115.

本例の領域分割ビームスプリッタ115は、図示省略しているが、青色波長帯の光の一部を透過しつつその一部を反射する領域と、青色波長帯の光を全て反射する領域とが、各々所定の領域に分けて設けられていればよい。なお、いずれの領域においても緑色および赤色波長帯の光は透過するものとする。領域分割ビームスプリッタ115は、例えば、基材と、その一方の面に設けられる緑色および赤色波長帯の光を透過させる反射防止膜と、その他方の面上の一部領域に設けられる青色波長帯の光の一部を透過し、また青色波長帯の光の一部を反射するとともに緑色および赤色波長帯の光を透過させるビームスプリッタ層と、ビームスプリッタ層と同じ面上の一部領域に設けられる青色波長帯の光を全て反射させるとともに緑色および赤色波長帯の光を透過させる青色反射層とを備えた構成であってもよい。ここで、ビームスプリッタ層は、少なくとも青色光束101が入射する領域に設けられる。また、青色反射層は、少なくとも青色光束101aが入射する領域に設けられる。なお、青色光束101および101aのいずれも入射しない領域であって蛍光光束101bが入射する領域にはビームスプリッタ層と青色反射層のいずれかが設けられていればよい。   Although the region-dividing beam splitter 115 of this example is omitted in the drawing, there are a region that transmits a part of the light in the blue wavelength band and reflects a part thereof, and a region that reflects all the light in the blue wavelength band. These may be provided separately in predetermined areas. In any region, light in the green and red wavelength bands is transmitted. The region dividing beam splitter 115 includes, for example, a base material, an antireflection film that transmits light in the green and red wavelength bands provided on one surface thereof, and a blue wavelength band provided in a partial region on the other surface. A beam splitter layer that transmits part of the light in the blue wavelength band, reflects part of the light in the blue wavelength band and transmits light in the green and red wavelength bands, and is provided in a partial region on the same plane as the beam splitter layer And a blue reflection layer that reflects all the light in the blue wavelength band and transmits the light in the green and red wavelength bands. Here, the beam splitter layer is provided at least in a region where the blue light beam 101 is incident. The blue reflective layer is provided at least in a region where the blue light beam 101a is incident. It should be noted that either the beam splitter layer or the blue reflecting layer may be provided in the region where neither the blue light beam 101 or 101a is incident but the region where the fluorescent light beam 101b is incident.

このような構成によっても、少なくともその一部が励起光となる青色光束101と、青色の光として利用される青色光束101aと、青以外の色の光として利用される蛍光光束101bとを、共通の素子(例えば、102)を経由するように構成できるため、光学系の小型化が図れる。   Even with such a configuration, the blue light beam 101, at least a part of which is excitation light, the blue light beam 101a used as blue light, and the fluorescent light beam 101b used as light of a color other than blue are shared. Therefore, the optical system can be reduced in size.

また、以上の各例では、緑蛍光体、赤蛍光体の2種類の蛍光体を用いる例を示したが、用いる蛍光体の種類はこれに限らず、例えば、緑蛍光体の1種類の蛍光体のみを用い、赤色の光は別途LEDなどの光源から出射させ、領域分割ダイクロイックミラー102などにより合波させる構成であってもよい。   Further, in each of the above examples, an example in which two types of phosphors, that is, a green phosphor and a red phosphor, are used. However, the type of the phosphor to be used is not limited to this. For example, one type of fluorescence of the green phosphor is used. Only the body may be used, and red light may be separately emitted from a light source such as an LED, and combined by the area division dichroic mirror 102 or the like.

ところで、偏向素子11によって青色光束101を偏向させた結果得られる青色光束101aと緑色および赤色の波長域の蛍光光束101bとが異なる発散状態を有していることがある。このような場合、光路中や、レンズ群105、領域分割ダイクロイックミラー102、光学素子群110などの一部に、発散状態の違いを補正する素子を設けてもよい。例えば、青色光束101aが透過する領域に発散状態変換素子117や波長選択発散状態変換素子118を設けてもよい。そのようにすれば、緑色および赤色の波長域の傾向に対して影響を少なくできる。なお、発散状態変換素子117や波長選択発散状態変換素子118としては回折や散乱、レンズ効果のあるものを使用できる。   By the way, the blue light beam 101a obtained as a result of deflecting the blue light beam 101 by the deflecting element 11 and the fluorescent light beam 101b in the green and red wavelength regions may have different divergence states. In such a case, an element that corrects the difference in the divergence state may be provided in a part of the optical path or in a part of the lens group 105, the region division dichroic mirror 102, the optical element group 110, or the like. For example, the divergence state conversion element 117 and the wavelength selective divergence state conversion element 118 may be provided in a region where the blue light beam 101a is transmitted. By doing so, the influence on the tendency of the green and red wavelength regions can be reduced. As the divergence state conversion element 117 and the wavelength selective divergence state conversion element 118, elements having diffraction, scattering, and lens effects can be used.

図11は、照明光学系100の他の例およびそれに用いられる回転ホイール116の例を模式的に示す構成図である。なお、図11(a)は、青色光束101aの光路中に発散状態変換素子117を設けた照明光学系100の例を示す構成図である。図11(a)に示す例では、インテグレータ111の前方に、新たに回転ホイール116が加わっている。また、図11(b)は回転ホイール116の正面図である。図11(b)に示すように、本例の回転ホイール116は、その一部領域上に発散状態変換素子117が設けられており、蛍光ホイール106と回転ホイール116とで回転の同期をとることで、偏向素子11に青色光束101が照射されている時間帯に、発散状態変換素子117に青色光束101aが照射されるようにしている。このようにすることで、緑色や赤色の蛍光光束101bに対して光の発散状態が変化しないようにし、青色光束101aに対してのみ光の発散状態が変化するようにする。   FIG. 11 is a configuration diagram schematically showing another example of the illumination optical system 100 and an example of the rotating wheel 116 used therein. FIG. 11A is a configuration diagram illustrating an example of the illumination optical system 100 in which the divergence state conversion element 117 is provided in the optical path of the blue light beam 101a. In the example shown in FIG. 11A, a rotating wheel 116 is newly added in front of the integrator 111. FIG. 11B is a front view of the rotating wheel 116. As shown in FIG. 11 (b), the rotating wheel 116 of this example is provided with a divergence state conversion element 117 on a partial area thereof, and the rotation is synchronized between the fluorescent wheel 106 and the rotating wheel 116. Thus, the divergence state conversion element 117 is irradiated with the blue light beam 101a during the time zone in which the deflection element 11 is irradiated with the blue light beam 101. In this way, the light divergence state does not change with respect to the green or red fluorescent light beam 101b, and the light divergence state changes only with respect to the blue light beam 101a.

また、図12は波長選択性のある波長選択発散状態変換素子118を設けた照明光学系100の例を示す構成図である。図12に示す例では、インテグレータ111の前方に、回転ホイール116ではなく、波長選択発散状態変換素子118が加わっている。   FIG. 12 is a configuration diagram showing an example of an illumination optical system 100 provided with a wavelength selective divergence state conversion element 118 having wavelength selectivity. In the example shown in FIG. 12, a wavelength selective divergence state conversion element 118 is added in front of the integrator 111 instead of the rotating wheel 116.

波長選択発散状態変換素子118は、例えば、青色の波長帯の光に対して大きな散乱効果やレンズ効果を示すが、緑色や赤色の波長帯の光に対しては青波長に対して作用したよりも小さな作用を示すものであればよい。   The wavelength selective divergence state conversion element 118 exhibits, for example, a large scattering effect and lens effect for light in the blue wavelength band, but acts on the blue wavelength for light in the green and red wavelength bands. As long as they exhibit a small effect.

図13は、波長選択発散状態変換素子118の例を示す模式断面図である。図13に示す例は、回折を利用して青色の波長帯の光の発散状態を変化させる例である。図13に示す波長選択発散状態変換素子118は、基材31上に、回折格子として作用する第1の媒質32と第2の媒質33とからなる凹凸が形成されており、この凹凸の屈折率差に依存して回折を発生させる構成となっている。図13に示す波長選択発散状態変換素子118は、青波長帯の波長λの光束が入射した場合には、その光束の一部を回折することで拡散させ発散状態を変化させる。なお、緑波長帯の波長λの光束が入射した場合には、その光束の一部を回折することで拡散されるが、大部分の光束は直進透過する成分として出射させることで発散状態をあまり変化させない。また、赤波長帯の波長λの光束が入射した場合には、大部分の光束は直進透過する成分として出射させることで発散状態を変化させない。 FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an example of the wavelength selective divergence state conversion element 118. The example shown in FIG. 13 is an example in which the divergence state of light in the blue wavelength band is changed using diffraction. In the wavelength selective divergence state conversion element 118 shown in FIG. 13, irregularities made of a first medium 32 and a second medium 33 acting as a diffraction grating are formed on a base material 31, and the refractive index of the irregularities. It is configured to generate diffraction depending on the difference. The wavelength selective divergence state conversion element 118 shown in FIG. 13 changes the divergence state by diffracting a part of the light beam by diffracting it when the light beam of the wavelength λ 1 in the blue wavelength band is incident. When a light beam having a wavelength λ 2 in the green wavelength band is incident, it is diffused by diffracting a part of the light beam, but most of the light beam is emitted as a component that passes straight through, and the divergence state is obtained. Do not change much. Further, when the light flux of wavelength lambda 3 of the red wavelength band is incident, the light flux of the majority does not change the divergence state be emitted as a component straightly transmitted.

発散状態の変化の大小は、光束を入射させた時に十分遠方で直進透過する成分と、拡散する成分の光量の比によって表わすことができる。波長λにおける拡散する成分の光量と、直進透過する成分と拡散する成分の光量の和、に対する比をq(λ)とした場合、波長選択発散状態変換素子118は、q(λ)>q(λ)とq(λ)>q(λ)を満たせばよい。 The magnitude of the change in the divergence state can be represented by the ratio of the amount of light of the component that travels straight ahead sufficiently when the light beam is incident and the component that diffuses. When the ratio of the light amount of the diffusing component at the wavelength λ and the sum of the light amount of the component that passes straight through and the component that diffuses is q (λ), the wavelength selective divergence state conversion element 118 has q (λ 1 )> q It is only necessary to satisfy (λ 2 ) and q (λ 1 )> q (λ 3 ).

そこで、波長λにおける第1の媒質32の屈折率をn(λ)、第2の媒質33の屈折率をn(λ)とした場合に、2つの屈折率の差である|Δn(λ)|=|n(λ)−n(λ)|は|Δn(λ)|>|Δn(λ)|と|Δn(λ)|>|Δn(λ)|を満たすようにする。 Therefore, when the refractive index of the first medium 32 at the wavelength λ is n 1 (λ) and the refractive index of the second medium 33 is n 2 (λ), it is the difference between the two refractive indexes | Δn ( λ) | = | n 1 (λ) −n 2 (λ) | is | Δn (λ 1 ) |> | Δn (λ 2 ) | and | Δn (λ 1 ) |> | Δn (λ 3 ) | Try to meet.

なお、|Δn(λ)|と|Δn(λ)|は0.05以下が好ましく、0.03以下であると屈折率差によって生じる回折や散乱の影響を小さくできるので好ましい。また、|Δn(λ)|は|Δn(λ)|>|Δn(λ)|と|Δn(λ)|>|Δn(λ)|を満たす条件下で0.03以上が好ましく、0.05以上であるとより好ましい。|Δn(λ)|が小さいと凹凸構造を大きくしないと回折や散乱の効果を示さないので、このようにすることで凹凸の形状を小さくできる。 Note that | Δn (λ 2 ) | and | Δn (λ 3 ) | are preferably 0.05 or less, and preferably 0.03 or less because the influence of diffraction and scattering caused by the difference in refractive index can be reduced. Further, | Δn (λ 1 ) | is 0.03 or more under the condition that | Δn (λ 1 ) |> | Δn (λ 2 ) | and | Δn (λ 1 ) |> | Δn (λ 3 ) | Is preferable, and it is more preferable in it being 0.05 or more. If | Δn (λ 1 ) | is small, the effect of diffraction or scattering will not be exhibited unless the concavo-convex structure is made large. Thus, the shape of the concavo-convex can be reduced.

図14は、波長選択発散状態変換素子118に用いる第1の媒質32と第2の媒質33の組み合わせの例を示す説明図である。上述のような屈折率差を生じさせる材料の組み合わせとして、図14(a)に示すように高いアッベ数の材料と低いアッベ数の材料の組み合わせや、図14(b)に示すように屈折率の異常分散を示す材料と屈折率の異常分散を示さない材料の組み合わせを使用できる。   FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of a combination of the first medium 32 and the second medium 33 used for the wavelength selective divergence state conversion element 118. As a combination of materials that cause a difference in refractive index as described above, a combination of a material having a high Abbe number and a material having a low Abbe number as shown in FIG. 14A, or a refractive index as shown in FIG. 14B. A combination of a material that exhibits anomalous dispersion and a material that does not exhibit anomalous refractive index dispersion can be used.

また、第1の媒質32または第2の媒質33として有機物や有機物と無機物のハイブリット材料を使用できるが光学系内の光の強度が大きい場合には無機物を使用することで信頼性の高い波長選択発散状態変換素子118を得られる。   Further, as the first medium 32 or the second medium 33, an organic substance or a hybrid material of an organic substance and an inorganic substance can be used. However, when the intensity of light in the optical system is high, the wavelength selection with high reliability can be achieved by using the inorganic substance. The divergent state conversion element 118 can be obtained.

この場合、第1の媒質32として、酸化チタン、酸化ニオブ、硫化亜鉛、酸化亜鉛、酸化ビスマス、チタン酸バリウム及びチタン酸ストロンチウムのうちから選ばれる1また2以上のものと、酸化シリコン及び酸化アルミニウムのいずれかまたは双方を含む材料もしくはこれらを含まず、酸化チタン、酸化ニオブ、硫化亜鉛、酸化亜鉛、酸化ビスマス、チタン酸バリウム及びチタン酸ストロンチウムがポーラスとなっている材料を用いることでアッベ数の低い材料を得られる。また、第2の媒質33としては、五酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸窒化シリコン、窒化シリコン、ダイアモンド及びダイアモンドライクカーボンのうちから選ばれる1また2以上のものを含む材料を用いることでアッベ数の高い材料を得られる。なお、第1の媒質32と第2の媒質33の組み合わせは逆であってもよい。   In this case, as the first medium 32, one or more selected from titanium oxide, niobium oxide, zinc sulfide, zinc oxide, bismuth oxide, barium titanate and strontium titanate, silicon oxide and aluminum oxide By using a material containing either or both of these materials, or a material that does not contain these materials and is porous of titanium oxide, niobium oxide, zinc sulfide, zinc oxide, bismuth oxide, barium titanate, and strontium titanate, the Abbe number can be increased. Low material can be obtained. As the second medium 33, a material containing one or more selected from tantalum pentoxide, yttrium oxide, zirconium oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, diamond, and diamond-like carbon is used. A material with a high Abbe number can be obtained. The combination of the first medium 32 and the second medium 33 may be reversed.

また、屈折率の異常分散として、顔料や色素などの吸収に起因する異常分散や、多層膜の反射帯の近傍に生じる位相遅延による異常分散を利用してもよい。すなわち、屈折率の異常分散を示す材料として、青色波長帯近傍で急峻な曲線を描くように、入射波長域外にあえて異常分散を生じさせる吸収帯や反射帯を設けた材料を用いてもよい。   Further, as anomalous dispersion of the refractive index, anomalous dispersion caused by absorption of pigments or dyes, or anomalous dispersion caused by a phase delay generated in the vicinity of the reflection band of the multilayer film may be used. That is, as a material showing anomalous dispersion of the refractive index, a material provided with an absorption band or a reflection band that causes anomalous dispersion outside the incident wavelength band so as to draw a steep curve near the blue wavelength band may be used.

また、波長選択発散状態変換素子118は、回折を利用して青色波長の光を拡散させるものに限らず、例えば、散乱やレンズ効果を利用して青色波長の光を拡散させるものであってもよい。図15は波長選択発散状態変換素子118の他の例を示す模式断面図である。図15(a)に示す例では、基材31上に、第1の媒質32と第2の媒質33とによる不均一な凹凸が形成されており、この凹凸によって散乱を発生させ、青波長帯の光が拡散される。また、図15(b)に示す例では、第1の媒質32と第2の媒質33とがレンズ形状の凹凸を形成しており、レンズ効果を生じることで青波長帯の光が拡散される。図14に示すような回折によって光束を拡散させる場合、拡散光が離散的になりうるため、図15(a)や図15(b)のような素子を用いる場合より均一的な拡散が得られる。   Further, the wavelength selective divergence state conversion element 118 is not limited to the element that diffuses the blue wavelength light using diffraction, but may be the element that diffuses the blue wavelength light using scattering or a lens effect, for example. Good. FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing another example of the wavelength selective divergence state conversion element 118. In the example shown in FIG. 15A, uneven unevenness is formed on the base material 31 by the first medium 32 and the second medium 33, and the unevenness causes the scattering to generate the blue wavelength band. Light is diffused. In the example shown in FIG. 15B, the first medium 32 and the second medium 33 form lens-shaped irregularities, and light in the blue wavelength band is diffused by producing a lens effect. . When the light beam is diffused by diffraction as shown in FIG. 14, the diffused light can be discrete, so that more uniform diffusion can be obtained than when the elements as shown in FIGS. 15A and 15B are used. .

また、図15(c)に示す例は、凹凸形状をブレーズ形状にしてアキシコンレンズと同じ機能を持たせた例である。偏向素子11によって青色光束101aが中心付近の光束がない状態で導波される場合であっても、図15(c)のような素子を用いることで再び中心付近に光束を集めることができる。   In addition, the example shown in FIG. 15C is an example in which the concavo-convex shape is made a blaze shape and has the same function as an axicon lens. Even when the blue light beam 101a is guided by the deflecting element 11 in a state where there is no light beam near the center, the light beam can be collected again near the center by using an element as shown in FIG.

また、波長選択発散状態変換素子118は、図15(d)のように素子の空気界面に反射防止膜34や反射防止膜36を備えていてもよい。また、第1の媒質32や第2の媒質33の屈折率と基材31との屈折率差が0.1以上など大きい場合には素子内部で反射が生じることで光量のロスが生じるため、このような場合素子内部に反射防止膜35を設けてもよい。   The wavelength selective divergence state conversion element 118 may include an antireflection film 34 and an antireflection film 36 at the air interface of the element as shown in FIG. Further, when the refractive index difference between the first medium 32 or the second medium 33 and the refractive index of the base material 31 is large, such as 0.1 or more, a loss of light amount occurs due to reflection inside the element. In such a case, an antireflection film 35 may be provided inside the element.

このような波長選択発散状態変換素子118に、偏向素子11からの出射光である青色光束101aが照射されるようにすることで、緑色や赤色の蛍光光束101bに対して光の発散状態が変化しないようにしつつ、青色光束101aのみで光の発散状態が変化するようにする。   By irradiating the wavelength selective divergence state conversion element 118 with the blue light beam 101a that is the light emitted from the deflecting element 11, the light divergence state changes with respect to the green or red fluorescent light beam 101b. The light divergence state is changed only by the blue light beam 101a.

なお、上記の各例では、波長選択発散状態変換素子118についてその構成や形状等を説明したが、発散状態変換素子117の場合は、波長選択発散状態変換素子118の構成における第1の媒質32と第2の媒質33とを、少なくとも青波長帯の波長λにおいて所定値以上の屈折率差を有する組み合わせとすればよい。例えば、|Δn(λ)|が0.03以上が好ましく、0.05以上であるとより好ましい。|Δn(λ)|が小さいと凹凸構造を大きくしないと回折や散乱の効果を示さないので、このようにすることで凹凸の形状を小さくできる。なお、第2の媒質33は空気でもよい。 In each of the above examples, the configuration, shape, and the like of the wavelength selective divergence state conversion element 118 have been described. However, in the case of the divergence state conversion element 117, the first medium 32 in the configuration of the wavelength selection divergence state conversion element 118 is described. And the second medium 33 may be a combination having a refractive index difference of a predetermined value or more at least at the wavelength λ 1 in the blue wavelength band. For example, | Δn (λ 1 ) | is preferably 0.03 or more, and more preferably 0.05 or more. If | Δn (λ 1 ) | is small, the effect of diffraction or scattering will not be exhibited unless the concavo-convex structure is made large. Thus, the shape of the concavo-convex can be reduced. Note that the second medium 33 may be air.

青色光束101がレーザを光源とするような場合、偏向後の青色光束101aも一般的に指向性の高い光束となるため、その発散状態は小さいものになっている。また、蛍光やLEDを光源とするような光束は一般的に指向性が低く発散状態が大きいものになっている。このような発散状態の角度分布は光束がインテグレータ111を透過した後も保存されるため、このような発散状態の異なる光束が空間光変調素子に照射された場合、照度むらや色むらの原因になることがある。発散状態変換素子117または波長選択発散状態変換素子118はこのような光束の発散状態を補正する。   When the blue light beam 101 uses a laser as a light source, the deflected blue light beam 101a is generally a light beam with high directivity, and therefore its diverging state is small. In addition, a light beam using fluorescent light or LED as a light source is generally low in directivity and large in a divergent state. Since the angle distribution in such a divergent state is preserved even after the light beam passes through the integrator 111, when the light beam having such a divergent state is irradiated to the spatial light modulator, it causes uneven illumination and uneven color. May be. The divergence state conversion element 117 or the wavelength selective divergence state conversion element 118 corrects such a divergence state of the light beam.

図16は、波長選択発散状態変換素子118による発散状態の補正例を示す説明図である。なお、図16(a)には波長選択発散状態変換素子118を透過する前の青色、緑色、赤色の各光束の輝度の角度分布が示されている。また、図16(b)には波長選択発散状態変換素子118を透過した後の青色、緑色、赤色の各光束の輝度の角度分布が示されている。なお、発散状態変換素子117を用いる場合には、図16(b)に示す緑色、赤色の各光束の輝度の角度分布を図16(a)に示す緑色、赤色の各光束の輝度の角度分布に置き換えて見ればよい。   FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of correction of the divergence state by the wavelength selective divergence state conversion element 118. FIG. 16A shows the angular distribution of the luminance of each of the blue, green, and red light fluxes before passing through the wavelength selective divergence state conversion element 118. FIG. 16B shows the angular distribution of the luminance of each of the blue, green, and red light beams after passing through the wavelength selective divergence state conversion element 118. When the diverging state conversion element 117 is used, the angular distribution of the luminance of each of the green and red luminous fluxes shown in FIG. 16B is the angular distribution of the luminance of each of the green and red luminous fluxes shown in FIG. You can replace it with.

図16(a)に示すように、発散状態変換素子117または波長選択発散状態変換素子118を透過する前、青色は光束の指向性が高く、光束は狭い角度範囲に分布しているものとする。ここで、発散状態変換素子117または波長選択発散状態変換素子118を透過する前の青色、緑色、赤色の各図において中心輝度の半値となる角度をそれぞれφ、φ、φとする。また、発散状態変換素子117または波長選択発散状態変換素子118を透過後の青色、緑色、赤色の各図において中心輝度の半値となる角度をそれぞれφ’、φ’、φ’とする。なお、発散状態変換素子117を用いる場合には、φ’≒φG、φ’≒φである。 As shown in FIG. 16A, before passing through the divergence state conversion element 117 or the wavelength selective divergence state conversion element 118, it is assumed that the blue light beam has high directivity and the light beam is distributed in a narrow angle range. . Here, φ B , φ G , and φ R are angles at which the center luminance is half value in the blue, green, and red diagrams before passing through the divergence state conversion element 117 or the wavelength selective divergence state conversion element 118, respectively. In addition, in each of the blue, green, and red diagrams after passing through the divergence state conversion element 117 or the wavelength selection divergence state conversion element 118, the angles at which the center luminance is half value are φ ′ B , φ ′ G , and φ ′ R , respectively. . When the diverging state conversion element 117 is used, φ ′ G ≈φ G and φ ′ R ≈φ R.

図16に示すように、発散状態変換素子117または波長選択発散状態変換素子118によって青色光束のみが拡散された結果、透過後の青色と他の色とでの角度の半値の差すなわち|φ’−φ’|と|φ’−φ’|とが透過前のそれら、すなわち|φ−φ|と|φ−φ|よりも小さくなっていればよい。 As shown in FIG. 16, as a result of only the blue light beam being diffused by the divergence state conversion element 117 or the wavelength selective divergence state conversion element 118, the difference in half value of the angle between blue after transmission and other colors, that is, | φ ' It is only necessary that B −φ ′ G | and | φ ′ B −φ ′ R | are smaller than those before transmission, that is, | φ B −φ G | and | φ B −φ R |.

このような発散状態の調整をする方法として、発散状態変換素子117または波長選択発散状態変換素子118に平行光の青色光束を入射した場合に出射光の中心輝度の半値となる角度γを調整する方法をとることができる。   As a method for adjusting the divergence state, an angle γ which is a half value of the center luminance of the emitted light when a blue light beam of parallel light is incident on the divergence state conversion element 117 or the wavelength selective divergence state conversion element 118 is adjusted. Can take the way.

青色光束101aの輝度の角度分布をg(θ)とし、平行光が発散状態変換素子117または波長選択発散状態変換素子118に入射した場合の輝度の角度分布をh(θ)とした場合、発散状態変換素子117または波長選択発散状態変換素子118を出射する青色光束の輝度の角度分布g(θ)はg(θ)=(g*h)(θ)となる。なお、ここで「*」は畳込み積分を表している。 When the angular distribution of luminance of the blue light beam 101a is g i (θ) and the angular distribution of luminance when parallel light is incident on the divergence state conversion element 117 or the wavelength selective divergence state conversion element 118 is h (θ), The angular distribution g o (θ) of the luminance of the blue light beam emitted from the divergence state conversion element 117 or the wavelength selective divergence state conversion element 118 is g o (θ) = (g i * h) (θ). Here, “*” represents a convolution integral.

例えば、δ=ln(2)として、青色光束101aの入射光束の輝度の角度分布をg(θ)=Aexp{−δ(θ/φ}とし、h(θ)=Bexp{−δ(θ/γ)}とする場合、出射光の輝度の角度分布はg(θ)∝exp[−δ{θ/(φ +γ)}]となる。なお、ここでA,Bは定数とする。したがって出射光の角度分布の半値はφ’=(φ +γ0.5となる。このようなh(θ)は散乱板などの場合に成り立つ。 For example, assuming that δ = ln (2), the angle distribution of the luminance of the incident light beam of the blue light beam 101a is g o (θ) = Aexp {−δ (θ / φ B ) 2 }, and h 1 (θ) = Bexp { If the -δ (θ / γ) 2} , the angular distribution of the luminance of the emitted light becomes g o (θ) αexp [-δ {θ 2 / (φ B 2 + γ 2)}]. Here, A and B are constants. Therefore, the half value of the angular distribution of the emitted light is φ ′ B = (φ B 2 + γ 2 ) 0.5 . Such h (θ) holds in the case of a scattering plate or the like.

レンズアレイのように平行光を入射してトップハットに近似できるような分布を生じる場合、h(θ,γ)=C(0≦θ≦γ),0(θ>γ)とでき、同様にφ’を求めることができる。このようにして求めたφ’が0.5×Min(|φ|,|φ|)≦φ’≦1.5×Max(|φ|,|φ|)となるようにするのが好ましく、0.75×Min(|φ|,|φ|)≦φ’≦1.25×Max(|φ|,|φ|)となるようにするのがさらに好ましく、Min(|φ|,|φ|)≦φ’≦Max(|φ|,|φ|)とするとより好ましい。 When a parallel light is incident and a distribution that can be approximated to a top hat is generated as in a lens array, h 2 (θ, γ) = C (0 ≦ θ ≦ γ), 0 (θ> γ) can be obtained. Φ ′ B can be obtained. Φ ′ B obtained in this way is 0.5 × Min (| φ G |, | φ R |) ≦ φ ′ B ≦ 1.5 × Max (| φ G |, | φ R |) is preferably to, 0.75 × Min (| φ G |, | φ R |) ≦ φ 'B ≦ 1.25 × Max (| φ G |, | φ R |) and so as to have more preferably, Min (| φ G |, | φ R |) ≦ φ 'B ≦ Max (| φ G |, | φ R |) when a more preferred.

また、図17は、発散状態の変換に使用する作用別の角度γの例を説明するための説明図である。例えば、図17(a)に示すように回折を用いて発散状態の変換を行う場合には、出射光となる回折光は離散的になりうるが、回折光の輝度のピークを角度に対してプロットした図において強度分布の包絡線を求めることで半値となる角度γを求めることができる。回折素子としては、回折格子やDOE(Diffractive Optical Element)、フレネルレンズを使用できる。   FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining an example of the angle γ for each action used for conversion of the divergent state. For example, as shown in FIG. 17 (a), when the divergent state is converted using diffraction, the diffracted light as the emitted light can be discrete, but the luminance peak of the diffracted light with respect to the angle By obtaining the envelope of the intensity distribution in the plotted diagram, the half-angle angle γ can be obtained. As the diffraction element, a diffraction grating, DOE (Differential Optical Element), or Fresnel lens can be used.

また、例えば、図17(b)に示すように散乱を用いて発散状態の変換を行う場合には、第1の媒質32と第2の媒質33の界面の粗度を調整することによって角度γを所望の値にできる。一般的に界面の粗度が粗い場合に角度γは大きくなる。   Further, for example, when the divergence state is converted using scattering as shown in FIG. 17B, the angle γ is adjusted by adjusting the roughness of the interface between the first medium 32 and the second medium 33. Can be set to a desired value. In general, the angle γ increases when the roughness of the interface is rough.

また、例えば、図17(c)に示すようにレンズによる拡散を用いて発散状態の変換を行う場合には、レンズの曲率Rを調整することで角度γを所望の値にできる。レンズの焦点距離fはf=R/Δn(λ)によって求めることができ、個別のレンズ上の中心からのレンズ境界までの距離dから角度γはtanγ=d/fによって近似できる。また、このような近似によらず光線追跡などの手法を用いて角度γを決定してもよい。   Further, for example, when the divergent state is converted using diffusion by a lens as shown in FIG. 17C, the angle γ can be set to a desired value by adjusting the curvature R of the lens. The focal length f of the lens can be obtained by f = R / Δn (λ), and the angle γ can be approximated by tan γ = d / f from the distance d from the center on the individual lens to the lens boundary. Further, the angle γ may be determined using a method such as ray tracing without using such approximation.

なお、図16(a)には青色光束101aが0°において輝度のピークを有する場合が示されているが、光学系によってはある角度とその角度にマイナスを乗算した角度の2つでピークを有するような場合がありうる。このような場合にも、光束が発散状態変換素子117または波長選択発散状態変換素子118を透過した後の輝度分布をガウシアンなどの近似曲線で近似した場合に、角度φ’が前述の関係を満たすように角度γを決定すればよい。 FIG. 16 (a) shows a case where the blue light beam 101a has a luminance peak at 0 °, but depending on the optical system, there are two peaks: an angle and an angle obtained by multiplying the angle by minus. There may be such cases. Even in such a case, when the luminance distribution after the light beam is transmitted through the divergence state conversion element 117 or the wavelength selective divergence state conversion element 118 is approximated by an approximate curve such as Gaussian, the angle φ ′ B satisfies the above relationship. What is necessary is just to determine angle (gamma) so that it may satisfy | fill.

また、上記の説明では、発散状態変換素子117または波長選択発散状態変換素子118を青の波長領域の光束に対して作用させる場合を示したが、例えば、青の波長領域の光束に対して作用せず、緑や赤の波長域の光束に対して回折や散乱の効果を与えることで、発散状態の違いを補正してもよい。例えば、回転ホイール116の一部領域上に緑や赤の波長域の光束に対して回折や散乱の効果を与える発散状態変換素子117を設け、青色光束101が緑蛍光体領域42および赤蛍光体領域43に照射されている時間帯に、発散状態変換素子117に蛍光光束101bが照射されるように蛍光ホイール106と同期をとってもよい。また、例えば、光路中に青の波長領域の光束に対して作用せず、緑や赤の波長域の光束に対して回折や散乱の効果を与える波長選択発散状態変換素子118を設けてもよい。このような場合には、波長選択発散状態変換素子118は、|Δn(λ)|が小さく、|Δn(λ)|と|Δn(λ)|が大きいような材料の組み合わせを用いてもよい。このような場合においても、発散状態変換素子117または波長選択発散状態変換素子118は、回折や散乱の効果を与えたい波長帯の波長λに対して|Δn(λ)|を0.03以上にすることが好ましく、0.05以上にするとより好ましい。 In the above description, the case where the divergence state conversion element 117 or the wavelength selective divergence state conversion element 118 acts on the light flux in the blue wavelength region has been described. Instead, the difference in the divergence state may be corrected by giving a diffraction or scattering effect to the light flux in the green or red wavelength region. For example, a divergence state conversion element 117 that provides diffraction and scattering effects to a light flux in the green and red wavelength regions is provided on a partial region of the rotating wheel 116 so that the blue light flux 101 is in the green phosphor region 42 and the red phosphor. You may synchronize with the fluorescence wheel 106 so that the fluorescent light beam 101b may be irradiated to the divergence state conversion element 117 in the time zone when the region 43 is irradiated. Further, for example, a wavelength selective divergence state conversion element 118 that does not act on a light beam in a blue wavelength region and that has a diffraction or scattering effect on a light beam in a green or red wavelength region may be provided in the optical path. . In such a case, the wavelength selective divergence state conversion element 118 uses a combination of materials in which | Δn (λ 1 ) | is small and | Δn (λ 2 ) | and | Δn (λ 3 ) | are large. May be. Even in such a case, the divergence state conversion element 117 or the wavelength selective divergence state conversion element 118 sets | Δn (λ) | to 0.03 or more with respect to the wavelength λ of the wavelength band where the diffraction or scattering effect is desired. Preferably, it is more preferably 0.05 or more.

また、図11および図12の例は、光の最終的な発散状態に対して補正をすればよいという点で設計上簡便であるので、発散状態変換素子117または波長選択発散状態変換素子118をインテグレータ111の直前に配置する例であるが、これらの配置はこの位置に限られない。少なくとも青色光束101aの光路中に配置されていればよい。また、波長選択発散状態変換素子118を用いる場合には、単独の素子としてではなく、レンズ群105や領域分割ダイクロイックミラー102、光学素子群110などの一部として設けられていてもよい。   In addition, the examples of FIGS. 11 and 12 are simple in design in that the final divergence state of light only needs to be corrected. Therefore, the divergence state conversion element 117 or the wavelength selective divergence state conversion element 118 is provided. Although it is an example arrange | positioned just before the integrator 111, these arrangement | positionings are not restricted to this position. It suffices to be disposed at least in the optical path of the blue light beam 101a. Further, when the wavelength selective divergence state conversion element 118 is used, it may be provided as a part of the lens group 105, the region division dichroic mirror 102, the optical element group 110, or the like, not as a single element.

以上のように、本実施形態では、少なくとも偏向素子11と領域分割ダイクロイックミラー102とを組み合わせて用いることで、1つのミラー素子で励起光としても利用される青色光束101を透過させつつ、その反射光であり青色の光として利用する青色光束101aと緑および赤色の光として利用する蛍光光束101bとをともに反射できるので、青色、赤色、緑色の各色の光の光路を共通化でき、したがって光学系を小型化できる。例えば、図38に示す光学系と比較すると、光学素子912〜916を省略できる。また、その一部が励起光となる青色光束101の光路を形成するために、その反射光であり青色の光として利用される青色光束101aの光路上に青色光束101を反射するための反射面や反射領域等を設ける必要もないため、多くの光束を含む励起光を使用する場合であってもそれに伴い青色光束101aの一部が失われて光学系のロスが生じるといったこともない。   As described above, in this embodiment, by using at least the deflection element 11 and the region-dividing dichroic mirror 102 in combination, the blue light beam 101 that is also used as excitation light is transmitted by one mirror element, and the reflection is performed. Since both the blue light beam 101a used as light and blue light and the fluorescent light beam 101b used as green and red light can be reflected, the optical paths of the blue, red and green light can be made common, and therefore the optical system Can be miniaturized. For example, the optical elements 912 to 916 can be omitted as compared with the optical system shown in FIG. Further, in order to form an optical path of the blue light beam 101, a part of which becomes excitation light, a reflection surface for reflecting the blue light beam 101 on the optical path of the blue light beam 101a that is reflected light and used as blue light. Since there is no need to provide a reflection region or the like, even when excitation light including many light beams is used, a part of the blue light beam 101a is lost and no loss of the optical system occurs.

また、光路中に発散状態変換素子217または波長選択発散状態変換素子218を設ければ、光路の共通化により各色間で光の発散状態の違いが生じる場合であっても、それによる照度むらや色むらの発生を防いだ上で、光学系の小型化を実現できる。   Further, if the divergence state conversion element 217 or the wavelength selective divergence state conversion element 218 is provided in the optical path, even if the difference in the light divergence state occurs between the colors due to the common optical path, uneven illuminance due to the difference It is possible to reduce the size of the optical system while preventing color unevenness.

実施形態2.
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図18は、本発明の第2の実施形態にかかる照明光学系の一例を模式的に示す構成図である。図18に示す照明光学系200は、青色光束201のp偏光を透過し、s偏光を反射させるとともに蛍光光束201bを反射させる波長選択性偏光ダイクロイックミラー202と、1/4波長板212と、蛍光ホイール206と、蛍光ホイール206へと集光するためのレンズ群205と、入射光束の分布を均質化するインテグレータ211と、蛍光ホイール206からの反射光である青色光束201aおよび蛍光光束201bをインテグレータ211へと導くための光学素子群210とを備えている。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 18 is a configuration diagram schematically illustrating an example of an illumination optical system according to the second embodiment of the present invention. The illumination optical system 200 shown in FIG. 18 transmits the p-polarized light of the blue light beam 201, reflects the s-polarized light and reflects the fluorescent light beam 201b, a quarter-wave plate 212, a fluorescent light Wheel 206, lens group 205 for condensing light to fluorescent wheel 206, integrator 211 for homogenizing the distribution of incident light flux, and blue light beam 201 a and fluorescent light beam 201 b that are reflected light from fluorescent wheel 206 are integrated into integrator 211. And an optical element group 210 for guiding the light.

なお、本実施形態では照明光学系200の青色光束201をp偏光としているが、s偏光としてもよい。この場合は、波長選択性偏光ダイクロイックミラー202に入射する青色光束201aはp偏光となる。また、波長選択性偏光ダイクロイックミラー202は特性上、s偏光の反射の効率が良いため、照明光学系200の青色光束201をs偏光とする場合は、青色光束201を波長選択性偏光ダイクロイックミラー202に反射させる照明光学系の構成とするのが望ましい。   In the present embodiment, the blue light beam 201 of the illumination optical system 200 is p-polarized light, but may be s-polarized light. In this case, the blue light beam 201a incident on the wavelength selective polarization dichroic mirror 202 is p-polarized light. In addition, the wavelength-selective polarization dichroic mirror 202 is efficient in reflecting s-polarized light due to its characteristics. Therefore, when the blue light beam 201 of the illumination optical system 200 is s-polarized light, the blue light beam 201 is converted into the wavelength-selective polarization dichroic mirror 202. It is desirable that the illumination optical system be configured to reflect light.

また、図18に示す例では、レンズ群205として、青色光束201の光束幅を縮小させて蛍光ホイール206に集光させるためのレンズ203およびレンズ204が設けられているが、この限りではない。また、光学素子群210として、発散角度を変換するためのレンズ207、レンズ207から出射される光束をインテグレータ211の方へ偏向させるミラー208およびミラー208で反射された光束をインテグレータ211に集光させるレンズ209が設けられているが、この限りではない。他の例においても同様である。   In the example shown in FIG. 18, the lens group 205 includes the lens 203 and the lens 204 for reducing the light beam width of the blue light beam 201 and condensing it on the fluorescent wheel 206, but this is not restrictive. Further, as the optical element group 210, the lens 207 for converting the divergence angle, the mirror 208 for deflecting the light beam emitted from the lens 207 toward the integrator 211, and the light beam reflected by the mirror 208 are condensed on the integrator 211. Although the lens 209 is provided, this is not restrictive. The same applies to other examples.

また、図18では、照明光学系の構成例とともに、青色光束201が蛍光ホイール206に照射された後の青色光束201aの光路も併せて模式的に示している(太い実線矢印参照)。なお、青色光束201aは、当該照明光学系200において青色の光として利用される光束である。なお、図18では、青色光束201が蛍光ホイール206に照射されることによって生じる蛍光光束201bの光路については図示省略しているが、蛍光光束201bは青色光束201aと同じ経路をたどる。なお、青色光束201aとは異なり、蛍光光束201bの偏光状態は問わない。すなわち、偏光が保存されていても、無偏光であっても、ランダム偏光であってもよい。なお、蛍光光束201bは、当該照明光学系200において青色以外の色(本例では、緑および/または赤色)の光として利用される光束である。   FIG. 18 also schematically shows a configuration example of the illumination optical system and also shows an optical path of the blue light beam 201a after the blue light beam 201 is applied to the fluorescent wheel 206 (see thick solid arrows). Note that the blue light beam 201 a is a light beam used as blue light in the illumination optical system 200. In FIG. 18, the optical path of the fluorescent light beam 201b generated when the blue light beam 201 is applied to the fluorescent wheel 206 is not shown, but the fluorescent light beam 201b follows the same path as the blue light beam 201a. Unlike the blue light beam 201a, the polarization state of the fluorescent light beam 201b does not matter. That is, the polarized light may be stored, non-polarized light, or random polarized light. Note that the fluorescent light beam 201b is a light beam used as light of a color other than blue (green and / or red in this example) in the illumination optical system 200.

図19は、蛍光ホイール206の例を示す正面図である。図19に示すように、蛍光ホイール206は、偏光非解消拡散素子41が形成される領域と、緑蛍光体領域42と、赤蛍光体領域43とに分かれており、回転駆動されている。この回転駆動によって、入射光が偏光非解消拡散素子41に入射する時間帯と、緑蛍光体領域42に入射する時間帯と、赤蛍光体領域43に入射する時間帯とが周期的に発生する仕組みとなっている。   FIG. 19 is a front view showing an example of the fluorescent wheel 206. As shown in FIG. 19, the fluorescent wheel 206 is divided into a region where the non-polarization diffusing element 41 is formed, a green phosphor region 42, and a red phosphor region 43, and is driven to rotate. By this rotational driving, a time zone in which incident light enters the non-polarization diffusing element 41, a time zone in which the incident light enters the green phosphor region 42, and a time zone in which the light enters the red phosphor region 43 are periodically generated. It is a mechanism.

偏光非解消拡散素子41は、入射光束の偏光を解消させずに入射光束をその入射面から拡散させて出射する素子である。より具体的には、反射型の拡散素子であって、入射光束に対して略πの位相差を与えつつ、拡散させて出射する素子であればよい。   The non-polarization diffusing element 41 is an element that diffuses and emits an incident light beam from its incident surface without depolarizing the incident light beam. More specifically, it may be a reflection-type diffusing element that is diffused and emitted while giving a phase difference of approximately π to the incident light beam.

なお、緑蛍光体領域42および赤蛍光体領域43において蛍光体は反射板上に形成されており、これら蛍光体が形成されている領域に入射した青色光束201は蛍光を発光させる。発生した蛍光は蛍光光束201bとなって入射面から出射される。   In the green phosphor region 42 and the red phosphor region 43, the phosphor is formed on the reflection plate, and the blue light beam 201 incident on the region where the phosphor is formed emits fluorescence. The generated fluorescence is emitted from the incident surface as a fluorescent light beam 201b.

図20は、偏光非解消拡散素子41の例を示す構成図である。図20(a)は偏光非解消拡散素子41の要部正面図であり、図20(b)は、図20(a)に示した偏光非解消拡散素子41のAB断面図である。なお、図20には、基材45の表面に円錐状の凸部44が隙間無く配された偏光非解消拡散素子41の例が示されている。なお、図20には、基材45上に円錐状の凸部44を設ける例が示されているが、偏光非解消拡散素子41は、少なくとも光が入射する領域の表面を、所定の角度範囲の傾斜を有する形状にするものであればその具体的な構成は問わない。例えば、表面に設けられるものは凸部であっても凹部であってもよい。また、基材と凸部または凹部が同一部材であっても異部材であってもよい。以下、偏光非解消拡散素子41において、表面に傾斜をつけている部位を総称して「傾斜構造44」という場合がある。   FIG. 20 is a configuration diagram showing an example of the non-polarization diffusing element 41. FIG. 20A is a front view of a main part of the non-polarization diffusing element 41, and FIG. 20B is an AB cross-sectional view of the non-polarization diffusing element 41 shown in FIG. FIG. 20 shows an example of the non-polarization diffusing element 41 in which the conical convex portions 44 are arranged on the surface of the base material 45 without a gap. FIG. 20 shows an example in which the conical convex portion 44 is provided on the base material 45. However, the non-polarization diffusing element 41 has at least the surface of the region where light is incident within a predetermined angular range. The specific configuration is not particularly limited as long as it has a shape having an inclination. For example, what is provided on the surface may be a convex portion or a concave portion. Further, the substrate and the convex portion or the concave portion may be the same member or different members. Hereinafter, in the non-polarized light diffusing element 41, the portion having the inclined surface may be collectively referred to as “an inclined structure 44”.

図21に、偏光非解消拡散素子41に青色光束201が入射した場合の出射青色光束201aの光路の一例を示す。なお、図21に示す例において、偏光非解消拡散素子41の表面に設けられた傾斜構造44はいずれも基材45の表面に対して角度α傾斜した形状をしている。すなわち、図21に示す偏光非解消拡散素子41は、反射面の形状が角度αで傾斜する傾斜面からなる凹凸形状に形成されている。そのような偏光非解消拡散素子41に青色光束201−1、201−2が入射した場合、傾斜構造44の入射面の位置によって青色光束201a−1、201a−2のように偏向されて反射される。   FIG. 21 shows an example of the optical path of the outgoing blue light beam 201a when the blue light beam 201 is incident on the non-polarization diffusing element 41. In the example shown in FIG. 21, all the inclined structures 44 provided on the surface of the non-polarization diffusing element 41 have a shape inclined at an angle α with respect to the surface of the substrate 45. That is, the non-polarization diffusing element 41 shown in FIG. 21 is formed in a concavo-convex shape composed of an inclined surface whose reflecting surface is inclined at an angle α. When the blue light beams 201-1 and 201-2 enter the non-polarization diffusing element 41, the light beams are deflected and reflected as the blue light beams 201 a-1 and 201 a-2 depending on the position of the incident surface of the inclined structure 44. The

例えば、入射面側を上方として基材45の上向きの法線方向から反時計回りを正の方向とし、青色光束201−1および201−2が入射角度±|β|で入射する場合を考える。ここで、入射角度とは光束の主光線の強度に対して1/eとなる強度をさす。角度βで入射した青色光束201−1は、素子表面に設けられた傾斜構造44によって2α−βの方向に偏向された反射光となって出射する。傾斜構造44が有する傾斜面の傾斜角が45°を超えると光束は横方向に反射されてしまい一部の光が反射光として利用できなくなるため、傾斜角αは45°>|α|を満たすようにするとよい。特に、青色光束201aのうち最大の出射角度は2|α|+|β|となるので90°>2|α|+|β|となるようにするとより好ましい。 For example, let us consider a case where the incident surface side is the upper side, the counterclockwise direction from the upward normal direction of the base material 45 is a positive direction, and the blue light beams 201-1 and 201-2 are incident at an incident angle ± | β |. Here, the incident angle refers to an intensity that is 1 / e 2 with respect to the intensity of the principal ray of the light beam. The blue light beam 201-1 incident at an angle β is emitted as reflected light deflected in the direction of 2α-β by the inclined structure 44 provided on the element surface. If the inclination angle of the inclined surface of the inclined structure 44 exceeds 45 °, the light beam is reflected in the lateral direction and a part of the light cannot be used as reflected light, so the inclination angle α satisfies 45 °> | α |. It is good to do so. In particular, since the maximum emission angle of the blue light beam 201a is 2 | α | + | β |, it is more preferable that 90 °> 2 | α | + | β |.

なお、本実施形態においても傾斜構造44の面の反射率は80%以上が好ましく、90%以上であるとより好ましい。   In this embodiment, the reflectance of the surface of the inclined structure 44 is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more.

また、偏光非解消拡散素子41に設ける傾斜構造44は、上記機能すなわち入射光束に対して略πの位相差を与えつつ、拡散させて反射させる機能を有していれば円錐形状に限らず、角錐形状やブレーズ形状であってもよい。例えば、図22(a)から(e)に示すような形状であってもよい。また、平面図でみた場合に斜面とは異なる方向に延びる長手方向を有する凹凸形状であってもよい。   In addition, the inclined structure 44 provided in the non-polarization diffusing element 41 is not limited to the conical shape as long as it has the above function, that is, the function of diffusing and reflecting while giving a phase difference of approximately π to the incident light beam. It may be a pyramid shape or a blazed shape. For example, the shapes shown in FIGS. 22A to 22E may be used. Moreover, the uneven | corrugated shape which has a longitudinal direction extended in the direction different from a slope may be sufficient when it sees with a top view.

図22は、偏光非解消拡散素子41の他の例を示す要部断面図である。図22(a)は傾斜構造44の大きさが面内で異なっている例を示している。また、図22(b)は面内に傾斜角の異なる傾斜構造44を有する例を示している。図22(b)のように、傾斜構造44の傾斜角が面内で異なっている場合、平均的な傾斜角αavgが45°>|αavg|を満たすようにすればよく、90°>2|αmin|+|β|を満たすようにすればより好ましい。このような例では、素子の不規則性により入射光の空間的コヒーレンシーを低減できる効果があり、光束の光量分布を均一化させる効果や、レーザ光源からの光束を用いる場合にスペックル低減などの効果を得ることができる。 FIG. 22 is a cross-sectional view of a main part showing another example of the non-polarization diffusing element 41. FIG. 22A shows an example in which the size of the inclined structure 44 is different in the plane. FIG. 22B shows an example in which the inclined structures 44 having different inclination angles are provided in the plane. As shown in FIG. 22B, when the inclination angles of the inclined structures 44 are different in the plane, the average inclination angle α avg may satisfy 45 °> | α avg |, and 90 °> It is more preferable to satisfy 2 | α min | + | β |. In such an example, there is an effect that the spatial coherency of the incident light can be reduced due to the irregularity of the element, such as an effect of making the light quantity distribution of the light flux uniform, and a speckle reduction when using the light flux from the laser light source. An effect can be obtained.

また、図22(c)にはアキシコンレンズのように1つの傾斜構造44によって表面の凹凸形状が形成されている偏光非解消拡散素子41の例が示されている。図22(c)に示すように、1つの傾斜構造44のみが形成された偏光非解消拡散素子41は、当該偏光非解消拡散素子41が蛍光ホイール206上ではなく固定されて使用される場合に適している(例えば、後述する図26や図27(b)の構成)。単一の反射面を用いることで散乱などが生じにくく、効率よく青色光束201aを発生させることができる。ただし、単一の反射面であるため青色光束201が傾斜構造44に照射される位置の幅が奥行き方向に大きくなるため、焦点深度の小さいレンズ群205などを用いる場合には、第1の実施形態の偏向素子11と同様、傾斜構造44の奥行き方向の高さが小さくなる他の例を用いるのが好ましい。1つの傾斜構造44の好ましい高さはレンズ群205の焦点深度に依存するが、多様なレンズ設計に対応できるために0.5mm以下が好ましく、0.1mm以下であるとより好ましく、0.05mm以下であるとさらに好ましい。   FIG. 22C shows an example of the non-polarization diffusing element 41 having a surface unevenness formed by one inclined structure 44 like an axicon lens. As shown in FIG. 22C, the non-polarization diffusing element 41 in which only one inclined structure 44 is formed is used when the non-polarization diffusing element 41 is used not on the fluorescent wheel 206 but fixed. It is suitable (for example, the configuration of FIG. 26 and FIG. 27B described later). By using a single reflecting surface, scattering or the like hardly occurs, and the blue light beam 201a can be generated efficiently. However, since the width of the position where the blue light beam 201 is applied to the inclined structure 44 increases in the depth direction because it is a single reflecting surface, the first implementation is performed when the lens group 205 with a small focal depth is used. Similar to the deflecting element 11 of the embodiment, it is preferable to use another example in which the height in the depth direction of the inclined structure 44 is reduced. The preferred height of one inclined structure 44 depends on the depth of focus of the lens group 205, but is preferably 0.5 mm or less, more preferably 0.1 mm or less in order to be able to cope with various lens designs, and 0.05 mm. More preferably, it is as follows.

図22(d)にはブレーズ形状の傾斜構造44を有する例が示されている。傾斜構造44をブレーズ形状にすると、例えば、図22(c)に示す傾斜構造44の奥行き方向の高さを小さくできる。   FIG. 22D shows an example having a blazed inclined structure 44. When the inclined structure 44 is blazed, for example, the height in the depth direction of the inclined structure 44 shown in FIG. 22C can be reduced.

図22(e)は蛍光体を含む傾斜構造44の上に、青色光束の一部を反射させ、緑色や赤色の光束を透過させる半透過反射膜46を形成した例を示している。このような偏光非解消拡散素子41は、蛍光ホイール206による時間分割を行わずに、青、緑、赤の各色に対して空間光変調素子を用いるような光学系に使用できる(例えば、後述する図27(a)の構成)。図22(e)に示すようにすることで、半透過反射膜46で偏向反射される青色光束201aと、半透過反射膜46を透過して蛍光体を励起して得られる蛍光光束201bの両方を得ることができ、これらを合わせることで青、緑、赤の各光束を得ることができる。ここで、半透過反射膜46としては、例えば、第1の実施形態の図6(e)において示した半透過反射膜16と同じものを使用できる。なお、図示省略しているが、本例の偏光非解消拡散素子41は、蛍光体を含む部材の下方に発生した蛍光を反射する反射膜が形成されているものとする。   FIG. 22E shows an example in which a semi-transmissive reflection film 46 that reflects part of a blue light beam and transmits green or red light beam is formed on an inclined structure 44 including a phosphor. Such a non-polarization diffusing element 41 can be used in an optical system that uses a spatial light modulation element for each color of blue, green, and red without performing time division by the fluorescent wheel 206 (for example, described later). Configuration of FIG. 22E, both the blue light beam 201a deflected and reflected by the transflective film 46 and the fluorescent light beam 201b obtained by exciting the phosphor through the transflective film 46 are obtained. By combining these, it is possible to obtain blue, green, and red luminous fluxes. Here, as the semi-transmissive reflective film 46, for example, the same film as the semi-transmissive reflective film 16 shown in FIG. 6E of the first embodiment can be used. Although not shown in the figure, the non-polarization diffusing element 41 of this example is formed with a reflective film that reflects fluorescence generated below a member including a phosphor.

また、図23は偏光非解消拡散素子41の他の例を示す要部断面図である。偏光非解消拡散素子41は、表面に傾斜をもたせた構造のもの以外にも、図23に示すような回折作用を利用するものであってもよい。図23(a)および(b)に示す偏光非解消拡散素子41は、基材45上に回折光を発生させる凹凸構造47が形成された構造となっている。なお、図23(a)にはバイナリー型の回折格子として作用する凹凸構造47を形成した例が示されている。この場合、基材45上に、断面矩形の凸部44または凹部を形成すればよい。また、図23(b)には凹凸構造47として多段の疑似ブレーズを用いた場合の例が示されている。   FIG. 23 is a cross-sectional view of the main part showing another example of the non-polarization diffusing element 41. The non-polarization diffusing element 41 may use a diffractive action as shown in FIG. 23 in addition to a structure having an inclined surface. 23A and 23B has a structure in which a concavo-convex structure 47 that generates diffracted light is formed on a base material 45. FIG. 23A shows an example in which a concavo-convex structure 47 that functions as a binary diffraction grating is formed. In this case, a convex portion 44 or a concave portion having a rectangular cross section may be formed on the substrate 45. FIG. 23B shows an example in which a multistage pseudo blaze is used as the concavo-convex structure 47.

このように、偏光非解消拡散素子41として回折素子を用いる場合、出射光の分布は回折素子の基本的な構造のフーリエ変換によって与えられる。また、回折素子の基本的な構造のピッチをP、回折素子に入射する光束の波長をλ、入射角度をθin、出射される光束の角度をθout、とし、回折光の次数をmとした場合、sinθout=sinθin+mλ/Pが成立する。したがって、回折素子の基本的な構造を設計し、基本的な構造のピッチを調整することによって出射光すなわち青色光束201aの分布を調整できる。本例の場合は、45°>|θout|となるようにピッチPと回折光の次数mを調整すればよい。 Thus, when a diffractive element is used as the non-polarization diffusing element 41, the distribution of the emitted light is given by the Fourier transform of the basic structure of the diffractive element. Further, the pitch of the basic structure of the diffraction element is P, the wavelength of the light beam incident on the diffraction element is λ, the incident angle is θ in , the angle of the emitted light beam is θ out , and the order of the diffracted light is m. In this case, sin θ out = sin θ in + mλ / P is established. Therefore, the distribution of the outgoing light, that is, the blue light beam 201a can be adjusted by designing the basic structure of the diffraction element and adjusting the pitch of the basic structure. In the case of this example, the pitch P and the order m of the diffracted light may be adjusted so that 45 °> | θ out |.

また、偏光非解消拡散素子41は単調な傾斜面を有する構造以外にも図24(a)および図24(b)に示すようなレンズ形状や曲面形状を有する構造であってもよい。図24(a)には基材45上に凸レンズ形状の凸部44が形成された例が示されており、図24(b)には基材45上に凹レンズ形状の凹部44が形成された例が示されている。このように表面を曲面形状としてもよい。そのような場合も、曲面の傾斜角αが45°>|α|を満たすようにすればよく、90°>2|α|+|β|を満たすようにすればより好ましい。   Further, the non-polarization diffusing element 41 may have a lens shape or a curved surface shape as shown in FIGS. 24A and 24B in addition to the structure having a monotonous inclined surface. FIG. 24A shows an example in which a convex lens-shaped convex portion 44 is formed on the base material 45, and FIG. 24B shows a concave lens-shaped concave portion 44 formed on the base material 45. An example is shown. In this way, the surface may be curved. In such a case as well, the inclination angle α of the curved surface may satisfy 45 °> | α |, and more preferably 90 °> 2 | α | + | β |.

また、図25は本発明の偏光非解消拡散素子41と一般的な拡散素子80の違いを説明するための説明図である。なお、図25(a)は偏光非解消拡散素子41にある角度で光束が入射したときの反射の様子を示す説明図であり、図25(b)は一般的な拡散素子80にある角度で光束が入射したときの反射の様子を示す説明図である。   FIG. 25 is an explanatory diagram for explaining the difference between the non-polarization diffusing element 41 of the present invention and a general diffusing element 80. FIG. 25A is an explanatory diagram showing a state of reflection when a light beam is incident on the non-polarization diffusing element 41 at an angle, and FIG. 25B is an angle on a general diffusing element 80. It is explanatory drawing which shows the mode of reflection when a light beam injects.

本発明の偏光非解消拡散素子41では、図25(a)に示すように、入射する光束201は凸部44にて1回反射され、このとき反射によって生じる位相差によって直交する円偏光となって出射される。これに対して、一般的な拡散素子80では、図25(b)に示すように、入射する光束801は凸部81によって2回反射される場合があり、2回反射された場合、出射光束801aはもとの偏光のまま出射される。   In the non-polarization diffusing element 41 of the present invention, as shown in FIG. 25 (a), the incident light beam 201 is reflected once by the convex portion 44, and becomes a circularly polarized light orthogonal to the phase difference caused by the reflection at this time. Are emitted. On the other hand, in the general diffusing element 80, as shown in FIG. 25B, the incident light beam 801 may be reflected twice by the convex portion 81, and when reflected twice, the emitted light beam 801a is emitted as the original polarized light.

このような場合、2つの直交偏光が出射されることによって反射光束の偏光状態は乱れた状態となり、その後1/4波長板を透過させた場合には、出射光束801aの一部はs偏光となって偏光ダイクロックミラー302を反射せずに透過し、光量のロスとなってしまう。これに対して、本発明の偏光非解消拡散素子41は、表面で1回の反射によって反射光が出射されるよう構成された素子と言い換えることができ、1回の反射によって反射光が出射される光束の割合が80%以上であると好ましく、90%以上であるとより好ましい。   In such a case, the polarization state of the reflected light beam is disturbed by the emission of two orthogonally polarized light beams, and when the light is transmitted through the quarter-wave plate, a part of the emitted light beam 801a is s-polarized light. Thus, the light passes through the polarization dichroic mirror 302 without being reflected, resulting in a loss of light quantity. In contrast, the non-polarization diffusing element 41 of the present invention can be rephrased as an element configured to emit reflected light by one reflection on the surface, and the reflected light is emitted by one reflection. The ratio of the luminous flux is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more.

これは、反射光束のある偏光状態の光量に対する当該偏光状態とその直交偏光状態の光量の和の比を偏光比率と定義した場合に、偏光比率が80%以上であると好ましく、90%以上であるとより好ましいと言い換えることができる。偏光比率を測定する際に、発散状態の光束の場合には各出射角度に対して垂直な方向で偏光状態を測定するか、レンズ群205によって光束の発散状態が小さいように変換された状態で2つの直交偏光の強度比を測定できる。ここでのある偏光状態とそれと直交する偏光状態とは、p偏光やs偏光の直線偏光の組み合わせであったり、左円偏光、右円偏光の組み合わせであってもよい。また、ある楕円偏光に対してそれと直交する楕円偏光の組み合わせであってもよい。   This is because the polarization ratio is preferably 80% or more and 90% or more when the ratio of the sum of the polarization state and the light amount in the orthogonal polarization state to the light amount in the polarization state of the reflected light flux is defined as the polarization ratio. In other words, it is more preferable. When measuring the polarization ratio, in the case of a divergent light beam, the polarization state is measured in a direction perpendicular to each emission angle, or is converted by the lens group 205 so that the divergent state of the light beam is small. The intensity ratio of two orthogonal polarizations can be measured. The polarization state here and the polarization state orthogonal thereto may be a combination of p-polarization and s-polarization linear polarization, or a combination of left circular polarization and right circular polarization. Moreover, the combination of the elliptically polarized light orthogonal to it with respect to a certain elliptically polarized light may be sufficient.

また、偏光非解消拡散素子41によって光が反射される際に生じる光の位相差は、πであることが好ましいが、略πであればよいものとする。本発明において、反射に伴う光の位相差に関して「略π」といった場合には、具体的には0.7π〜1.3πの範囲をいう。位相差がπからずれた場合には偏光比率の低下がありうるが、反射の際に生じる位相差が0.7πから1.3πであれば1/4波長板を透過後のs偏光の偏光比率が80%以上となる。なお、反射の際に生じる位相差が0.8πから1.2πであれば1/4波長板を透過後のs偏光の偏光比率が90%以上となるのでより好ましい。このような偏光比率の計算はジョーンズベクトルを用いて行うことができる。また、このような位相差のずれは、反射面に対して光が斜めに入射するような場合にも発生しうるので、反射の際に生じる位相差が上記の範囲となるように偏光非解消拡散素子41の形状を調整するのが好ましい。   Further, the phase difference of the light generated when the light is reflected by the non-polarization diffusing element 41 is preferably π, but it may be approximately π. In the present invention, when “substantially π” is related to the phase difference of light accompanying reflection, it specifically refers to a range of 0.7π to 1.3π. If the phase difference deviates from π, the polarization ratio may decrease, but if the phase difference that occurs during reflection is 0.7π to 1.3π, the polarization of the s-polarized light after passing through the quarter-wave plate The ratio is 80% or more. It is more preferable that the phase difference generated during reflection is 0.8π to 1.2π because the polarization ratio of the s-polarized light after passing through the quarter-wave plate is 90% or more. Such calculation of the polarization ratio can be performed using the Jones vector. In addition, such a phase difference deviation can occur even when light is incident obliquely on the reflecting surface. Therefore, the polarization is not canceled so that the phase difference generated during reflection falls within the above range. It is preferable to adjust the shape of the diffusing element 41.

また、本発明の偏光非解消拡散素子41では拡散を行うので、光源のスペックル低減効果や投影面上の輝度ムラの解消効果、緑色や赤色の傾向との輝度の角度分布の低減効果が得られる。   Further, since the non-polarization diffusing element 41 of the present invention performs diffusion, the effect of reducing the speckle of the light source, the effect of eliminating the uneven brightness on the projection surface, and the effect of reducing the angular distribution of the brightness with the tendency of green and red are obtained. It is done.

偏光非解消拡散素子41による散乱効果は入射角度と出射角度の関係は、第1の実施形態で示した発散状態変換素子117または波長選択発散状態変換素子118の場合と同様にg(θ)=(g*h)(θ)の関係から決めることができる。偏光非解消拡散素子41による拡散が大きい方が前述のスペックル低減効果などが得られやすいが、拡散が大きい場合にはレンズ群305によって光が取り込めず光量のロスとなる。したがって、偏光非解消拡散素子41に平行光を入射した場合に出射光の中心輝度の半値となる角度γの値が1°以上、60°以下が好ましく、1°以上、45°以下であるとより好ましく、1°以上、30°以下であるとさらに好ましい。 Scattering effect by the polarization non-eliminated diffusing element 41 is a relationship incidence angle and exit angle, as in the case of the first divergence shown in embodiment transducer 117 or wavelength selective divergence conversion element 118 g o (θ) = (G i * h) (θ). When the diffusion by the non-polarization diffusing element 41 is large, the above-described speckle reduction effect is easily obtained. However, when the diffusion is large, the lens group 305 cannot capture light, resulting in a loss of light quantity. Accordingly, when parallel light is incident on the non-polarization diffusing element 41, the value of the angle γ, which is a half value of the center luminance of the emitted light, is preferably 1 ° or more and 60 ° or less, and preferably 1 ° or more and 45 ° or less. More preferably, it is 1 ° or more and 30 ° or less.

波長選択性偏光ダイクロイックミラー202は、青色光束201と同じ青色波長帯の光についてはそのp偏光を透過し、s偏光を反射させるとともに、蛍光光束201bと同じ緑色および赤色波長帯の光についてはその偏光状態に関わらず反射するものであればよい。波長選択性偏光ダイクロイックミラー202は、例えば、基材の上に、上記特性を有するダイクロイック層を設けた構成であってもよい。そのようなダイクロイック層は、例えば、多層膜によって実現できる。   The wavelength-selective polarization dichroic mirror 202 transmits p-polarized light for light in the same blue wavelength band as the blue light beam 201, reflects s-polarized light, and for light in the same green and red wavelength bands as the fluorescent light beam 201b. Any material that reflects regardless of the polarization state may be used. The wavelength-selective polarizing dichroic mirror 202 may have a configuration in which, for example, a dichroic layer having the above characteristics is provided on a base material. Such a dichroic layer can be realized by, for example, a multilayer film.

次に、本実施形態の光束の光路について説明する。図18に示すように、本実施形態の照明光学系200において、青色レーザ光源等から出射された青色光束201は、波長選択性ダイクロックミラー202にp偏光で入射する。波長選択性偏光ダイクロックミラー202に入射した青色光束201は当該波長選択性偏光ダイクロックミラー202を透過後、1/4波長板212に入射する。1/4波長板212に入射した青色光束201はs偏光から右回り円偏光に変換されて出射される。   Next, the optical path of the light beam of this embodiment will be described. As shown in FIG. 18, in the illumination optical system 200 of the present embodiment, a blue light beam 201 emitted from a blue laser light source or the like enters a wavelength selective dichroic mirror 202 with p-polarized light. The blue light beam 201 incident on the wavelength selective polarization dichroic mirror 202 passes through the wavelength selective polarization dichroic mirror 202 and then enters the quarter wavelength plate 212. The blue light beam 201 incident on the quarter-wave plate 212 is converted from s-polarized light to clockwise circularly-polarized light and emitted.

右回り円偏光に変換された青色光束201は、レンズ群205によって蛍光ホイール206に集光される。このとき、青色光束201が偏光非解消拡散素子41に照射される場合には、該青色光束201は偏光非解消拡散素子41によって反射および拡散され、反射の際に生じる略πの位相差によって左回り偏光に変換されて青色光束201aとなってその入射面から出射される。   The blue light beam 201 converted to the clockwise circularly polarized light is condensed on the fluorescent wheel 206 by the lens group 205. At this time, when the blue light beam 201 is irradiated to the non-polarization diffusing element 41, the blue light beam 201 is reflected and diffused by the non-polarization diffusing element 41, and left by the phase difference of approximately π generated at the time of reflection. It is converted into circularly polarized light and becomes a blue light beam 201a which is emitted from the incident surface.

左回り偏光に変換されて反射および拡散された青色光束201aは、レンズ群205によって発散角度を変換され、再び1/4波長板212に入射する。1/4波長板212に入射した青色光束201aは左回り円偏光からs偏光に変換されて出射される。   The blue light beam 201 a that has been converted into counterclockwise polarized light and reflected and diffused is converted in divergence angle by the lens group 205 and is incident on the quarter-wave plate 212 again. The blue light beam 201a incident on the quarter-wave plate 212 is converted from counterclockwise circularly polarized light to s-polarized light and emitted.

s偏光に変換された青色光束201aは、波長選択性偏光ダイクロイックミラー202によって反射された後に、光学素子群210によってインテグレータ211へと導光される。   The blue light beam 201 a converted into s-polarized light is reflected by the wavelength selective polarization dichroic mirror 202 and then guided to the integrator 211 by the optical element group 210.

一方、青色光束201が波長選択性偏光ダイクロイックミラー202およびレンズ群205を透過後、蛍光ホイール206の緑蛍光体領域42または赤蛍光体領域43に照射される場合には、緑色および赤色の波長域の蛍光を発生させる。発生した蛍光発光は蛍光ホイール206に設けられた反射材によって蛍光光束201bとなって入射面から出射される。そして、レンズ群205によって発散角度を変換され、波長選択性偏光ダイクロイックミラー202によって反射された後に、光学素子群210によってインテグレータ211へと導光される。   On the other hand, when the blue light beam 201 passes through the wavelength-selective polarization dichroic mirror 202 and the lens group 205 and then irradiates the green phosphor region 42 or the red phosphor region 43 of the fluorescent wheel 206, the green and red wavelength regions Of fluorescence. The generated fluorescent light emission is emitted from the incident surface as a fluorescent light beam 201b by a reflector provided on the fluorescent wheel 206. The divergence angle is converted by the lens group 205, reflected by the wavelength-selective polarization dichroic mirror 202, and then guided to the integrator 211 by the optical element group 210.

インテグレータ211へと導光された光束は図示しない空間光変調素子に照射され、空間光変調素子によって形成された画像を図示しない投影レンズによって投影面に投影する。空間光変調素子としてはLCOS(Liquid crystal on silicon )やDMD(digital micromirror device)などを使用できる。   The light beam guided to the integrator 211 is irradiated to a spatial light modulation element (not shown), and an image formed by the spatial light modulation element is projected onto a projection plane by a projection lens (not shown). As the spatial light modulator, LCOS (Liquid crystal on silicon), DMD (digital micromirror device) or the like can be used.

なお、図18では、蛍光ホイール206上に偏光非解消拡散素子41を設ける例を示したが、偏光非解消拡散素子41は必ずしも蛍光ホイール206上でなくてもよい。   FIG. 18 shows an example in which the non-polarization diffusing element 41 is provided on the fluorescent wheel 206, but the non-polarization diffusing element 41 does not necessarily have to be on the fluorescent wheel 206.

例えば、図26に示すような配置であってもよい。図26は、照明光学系200における偏光非解消拡散素子41の他の配置例を示す構成図である。なお、図26は、青色光束201が波長選択性偏光ダイクロイックミラー202に入射した後、青色光束201aとして再び波長選択性偏光ダイクロイックミラー202に入射するまでの光路に係る部分のみを示している。図26に示す照明光学系200では、蛍光ホイール206は回転駆動されており、その一部に蛍光体を含む領域を有している。しかし、ホイール上には偏光非解消拡散素子41を有しておらず、偏光非解消拡散素子41の代わりに青色光束201を透過する領域を有している。   For example, an arrangement as shown in FIG. 26 may be used. FIG. 26 is a configuration diagram showing another arrangement example of the non-polarization diffusing element 41 in the illumination optical system 200. FIG. 26 shows only the part related to the optical path from when the blue light beam 201 is incident on the wavelength selective polarization dichroic mirror 202 to when it is incident on the wavelength selective polarization dichroic mirror 202 again as the blue light beam 201a. In the illumination optical system 200 shown in FIG. 26, the fluorescent wheel 206 is driven to rotate, and has a region including a fluorescent substance in a part thereof. However, the non-polarization diffusing element 41 is not provided on the wheel, and the blue light beam 201 is transmitted instead of the non-polarization diffusing element 41.

本例の場合、蛍光ホイール206上の青色光束201を透過する領域に照射された青色光束201は、蛍光ホイール206を透過し、その後方に設けられた偏光非解消拡散素子41に照射される。偏光非解消拡散素子41に照射された青色光束201は、偏光非解消拡散素子41によって反射および拡散された結果、左回り偏光に変換された青色光束201bとなってその入射面から出射される。   In the case of this example, the blue light beam 201 applied to the region transmitting the blue light beam 201 on the fluorescent wheel 206 is transmitted through the fluorescent wheel 206 and applied to the non-polarization diffusing element 41 provided behind it. The blue light beam 201 applied to the non-polarization diffusing element 41 is reflected and diffused by the non-polarization diffusing element 41, and as a result, the blue light beam 201b converted into counterclockwise polarized light is emitted from the incident surface.

また、青、緑、赤の各色に対して空間光変調素子を用いるような場合には、蛍光ホイール206を回転駆動させなくともよい。この場合、図27(a)や図27(b)に示すような配置を用いてもよい。   Further, when a spatial light modulator is used for each of blue, green, and red colors, the fluorescent wheel 206 need not be driven to rotate. In this case, an arrangement as shown in FIG. 27A or FIG. 27B may be used.

図27は、照明光学系200の他の例を模式的に示す構成図である。なお、図27(a)には、青色光束201が波長選択性偏光ダイクロイックミラー202に入射した後、青色光束201aとして再び波長選択性偏光ダイクロイックミラー202に入射するまでの光路に係る部分のみが示されている。また、図27(a)では、蛍光光束201bの光路については図示省略しているが、本例でも青色光束201aと同じ経路となる。ただし、蛍光光束201bの偏光状態は特に限定されない。   FIG. 27 is a configuration diagram schematically illustrating another example of the illumination optical system 200. FIG. 27 (a) shows only the portion related to the optical path from when the blue light beam 201 is incident on the wavelength selective polarization dichroic mirror 202 to when it is incident on the wavelength selective polarization dichroic mirror 202 again as the blue light beam 201a. Has been. In FIG. 27A, the optical path of the fluorescent light beam 201b is not shown, but the same path as that of the blue light beam 201a is used in this example. However, the polarization state of the fluorescent light beam 201b is not particularly limited.

図27(a)に示す照明光学系200は、蛍光ホイール206に代わって青色拡散反射機能付き蛍光素子213を備えている。青色拡散反射機能付き蛍光素子213は、青色光束201が入射した際に、入射光の一部を青色光のまま反射させ、入射光の一部を蛍光発光させる。さらに、青色光束の一部を反射させて出射する際に、略πの位相差を与えた上で、その入射面から拡散させて出射する。このような青色拡散反射機能付き蛍光素子213は、例えば、図22(e)に示す偏光非解消拡散素子41を利用できる。   An illumination optical system 200 shown in FIG. 27A includes a fluorescent element 213 with a blue diffuse reflection function in place of the fluorescent wheel 206. When the blue light beam 201 is incident, the fluorescent element 213 with a blue diffuse reflection function reflects part of the incident light as blue light and causes part of the incident light to emit fluorescence. Further, when a part of the blue light beam is reflected and emitted, a phase difference of approximately π is given, and then diffused and emitted from the incident surface. As such a fluorescent element 213 with a blue diffuse reflection function, for example, a non-polarization diffusing element 41 shown in FIG.

また、図27(b)の例は、青色光束201を偏光選択ビームスプリッタ215によって分岐して別光路で青色光束201aと蛍光光束201bとを発生させた後、合波する例である。なお、図27(b)には、青色光束201が波長選択性偏光ダイクロイックミラー202に入射した後、青色光束201aまたは蛍光光束201bとなって再び波長選択性偏光ダイクロイックミラー202に入射するまでの光路に係る部分のみが示されている。   The example of FIG. 27B is an example in which the blue light beam 201 is branched by the polarization selection beam splitter 215, and the blue light beam 201a and the fluorescent light beam 201b are generated in different optical paths and then combined. In FIG. 27B, the optical path from when the blue light beam 201 enters the wavelength selective polarization dichroic mirror 202 to the blue light beam 201a or the fluorescent light beam 201b enters the wavelength selective polarization dichroic mirror 202 again. Only the part related to is shown.

図27(b)に示す照明光学系200では、青色光束201は、波長選択性偏光ダイクロイックミラー202を透過後、偏光選択ビームスプリッタ215によってレンズ群205aへと向かう光束と、レンズ群205bへと向かう光束とに分けられる。レンズ群205aへと向かう青色光束201は、1/4波長板212を透過することによって右回り円偏光に変換された後、レンズ群205aによって偏光非解消拡散素子41に照射される。一方、レンズ群205bへと向かった青色光束201は、レンズ群205bによって蛍光素子214に照射される。   In the illumination optical system 200 shown in FIG. 27B, the blue light beam 201 passes through the wavelength-selective polarization dichroic mirror 202 and then travels toward the lens group 205a by the polarization-selective beam splitter 215 and toward the lens group 205b. It is divided into luminous flux. The blue light beam 201 traveling toward the lens group 205a is converted into clockwise circularly polarized light by passing through the quarter wavelength plate 212, and then irradiated to the non-polarization diffusing element 41 by the lens group 205a. On the other hand, the blue light beam 201 directed to the lens group 205b is irradiated to the fluorescent element 214 by the lens group 205b.

偏光非解消拡散素子41に照射された右回り円偏光の青色光束201は、偏光非解消拡散素子41により反射および拡散され、反射の際に生じる略πの位相差によって左回り偏光に変換されて青色光束201aとなってその入射面から出射される。そして、再び1/4波長板212を透過することによってs偏光の光となって出射する。また、蛍光素子216に入射した青色光束201は、蛍光素子214が有する蛍光体によって蛍光発光を生じさせる。発生した蛍光発光は、蛍光光束201bとなってその入射面から出射される。   The clockwise circularly polarized blue light beam 201 irradiated on the non-polarization diffusing element 41 is reflected and diffused by the non-polarization diffusing element 41, and converted into counterclockwise polarized light by a phase difference of approximately π generated at the time of reflection. A blue light beam 201a is emitted from the incident surface. Then, the light passes through the quarter-wave plate 212 again and is emitted as s-polarized light. In addition, the blue light beam 201 incident on the fluorescent element 216 causes fluorescent light emission by the phosphor included in the fluorescent element 214. The generated fluorescent light emission is emitted from the incident surface as a fluorescent light beam 201b.

本例の偏光選択ビームスプリッタ215は、図示省略しているが、青色波長帯の光のうちp偏光の一部を透過しつつその一部を反射するとともに、青色波長帯の光のうちs偏光を全て反射する特性を有するとともに、緑色および赤色波長帯の光は透過する特性を有するものとする。例えば、偏光選択ビームスプリッタ215は、基材と、その一方の面に設けられる緑色および赤色波長帯の光を透過させる反射防止膜と、その他方の面上に設けられる青色波長帯の光のp偏光の一部を透過し、また青色波長帯の光のp偏光の一部を反射するとともに青色波長帯の光のs偏光を全て反射するとともに緑色および赤色波長帯の光とを透過させるビームスプリッタ層とを備えた構成であってもよい。   Although not shown in the figure, the polarization selective beam splitter 215 of this example reflects a part of the light in the blue wavelength band while transmitting a part of the p-polarized light and s-polarized light in the light in the blue wavelength band. Are reflected, and light in the green and red wavelength bands is transmitted. For example, the polarization selective beam splitter 215 includes a base material, an antireflection film that transmits light in the green and red wavelength bands provided on one surface thereof, and p of light in the blue wavelength band provided on the other surface. A beam splitter that transmits part of the polarized light, reflects part of the p-polarized light in the blue wavelength band, reflects all the s-polarized light in the blue wavelength band, and transmits the light in the green and red wavelength bands The structure provided with the layer may be sufficient.

このような構成によっても、少なくともその一部が励起光となる青色光束201と、青色の光源光となる青色光束201aと、他の色の光源光となる蛍光光束201bとを、同一の素子(本例では、202および214)に入射させることができるため、光学系のロスを生じさせることなく、光学系の小型化が図れる。   Even with such a configuration, at least a part of the blue light beam 201 serving as the excitation light, the blue light beam 201a serving as the blue light source light, and the fluorescent light beam 201b serving as the light source light of another color are combined with the same element ( In this example, since the light can be incident on 202 and 214), the optical system can be reduced in size without causing loss of the optical system.

また、以上の各例では、緑蛍光体、赤蛍光体の2種類の蛍光体を用いたが、用いる蛍光体の種類はこれに限らず、例えば、緑蛍光体の1種類の蛍光体のみを用い、赤色の光源光は別途LEDなどの光源から出射させ、波長選択性偏光ダイクロイックミラー202などにより合波させる構成であってもよい。   In each of the above examples, two types of phosphors, green phosphor and red phosphor, are used. However, the type of phosphor used is not limited to this. For example, only one phosphor of green phosphor is used. The red light source light may be separately emitted from a light source such as an LED and combined by the wavelength selective polarization dichroic mirror 202 or the like.

また、本実施形態においても、偏光非解消拡散素子41によって青色光束201を反射および拡散させた結果得られる青色光束201aと緑色および赤色の波長域の蛍光光束201bとが異なる発散状態を有していることがある。このような場合には、第1の実施形態と同様、光路中や、レンズ群205、波長選択性偏光ダイクロイックミラー202、光学素子群210などの一部に、発散状態の違いを補正する発散状態変換素子217や波長選択発散状態変換素子218を設けてもよい。   Also in the present embodiment, the blue light beam 201a obtained as a result of reflecting and diffusing the blue light beam 201 by the non-polarization diffusing element 41 and the fluorescent light beam 201b in the green and red wavelength regions have different divergence states. There may be. In such a case, as in the first embodiment, a divergence state in which a difference in divergence state is corrected in the optical path or in a part of the lens group 205, the wavelength selective polarization dichroic mirror 202, the optical element group 210, or the like. A conversion element 217 and a wavelength selective divergence state conversion element 218 may be provided.

図28は、照明光学系200の他の例およびそれに用いられる回転ホイール216の例を模式的に示す構成図である。なお、図28(a)は、青色光束201bの光路中に発散状態変換素子217を設けた照明光学系200の例を示す構成図である。図28(a)に示す例では、インテグレータ211の前方に、新たに回転ホイール216が加わっている。なお、図28(b)は回転ホイール216の正面図である。図28(b)に示すように、本例の回転ホイール216には、その一部領域上に発散状態変換素子217が設けられており、蛍光ホイール206と回転ホイール216とで回転の同期をとることで、偏光非解消拡散素子41に青色光束201が照射されている時間帯に、発散状態変換素子217に青色光束201aが照射されるようにしている。このようにすることで、緑色や赤色の蛍光光束201bに対して光の発散状態が変化しないようにし、青色光束201aに対してのみ光の発散状態が変化するようにする。   FIG. 28 is a configuration diagram schematically showing another example of the illumination optical system 200 and an example of the rotating wheel 216 used therein. FIG. 28A is a configuration diagram illustrating an example of the illumination optical system 200 in which the divergence state conversion element 217 is provided in the optical path of the blue light beam 201b. In the example shown in FIG. 28A, a rotating wheel 216 is newly added in front of the integrator 211. FIG. 28B is a front view of the rotating wheel 216. As shown in FIG. 28B, the rotating wheel 216 of this example is provided with a divergence state conversion element 217 in a partial region, and the rotation synchronization is achieved between the fluorescent wheel 206 and the rotating wheel 216. Thus, the divergence state conversion element 217 is irradiated with the blue light beam 201a in the time zone in which the non-polarization diffusing element 41 is irradiated with the blue light beam 201. By doing so, the light divergence state does not change with respect to the green or red fluorescent light beam 201b, and the light divergence state changes only with respect to the blue light beam 201a.

また、図29は波長選択性のある発散状態変換素子218を設けた照明光学系200の例を示す構成図である。図29に示す例では、インテグレータ211の前方に、回転ホイール216ではなく、新たに波長選択発散状態変換素子218が加わっている。   FIG. 29 is a configuration diagram showing an example of an illumination optical system 200 provided with a divergence state conversion element 218 having wavelength selectivity. In the example shown in FIG. 29, a wavelength selective divergence state conversion element 218 is newly added in front of the integrator 211 instead of the rotating wheel 216.

発散状態変換素子217および波長選択発散状態変換素子218の構成や形状等は、第1の実施形態における発散状態変換素子117および波長選択発散状態変換素子118と同様でよい。発散状態の変換方法についても同様である。また、図27(a)および図28では、光の最終的な発散状態に対して補正をすればよいという点で設計上簡便であるので、発散状態変換素子217または波長選択発散状態変換素子218をインテグレータ211の直前に配置する例を示しているが、これらの配置はこの位置に限られない。光路中のどこかに配置されていればよい。また、波長選択発散状態変換素子218の場合には、単独の素子としてではなく、レンズ群205や波長選択性偏光ダイクロイックミラー202、光学素子群210などの一部として設けられていてもよい。   The configuration, shape, and the like of the divergence state conversion element 217 and the wavelength selection divergence state conversion element 218 may be the same as those of the divergence state conversion element 117 and the wavelength selection divergence state conversion element 118 in the first embodiment. The same applies to the diverging state conversion method. In FIGS. 27A and 28, the design is simple in that the final divergence state of light only needs to be corrected. Therefore, the divergence state conversion element 217 or the wavelength selective divergence state conversion element 218 is used. However, the arrangement is not limited to this position. It may be arranged somewhere in the optical path. Further, in the case of the wavelength selective divergence state conversion element 218, it may be provided as a part of the lens group 205, the wavelength selective polarization dichroic mirror 202, the optical element group 210, etc., not as a single element.

また、発散状態変換素子217または波長選択発散状態変換素子218を設ける場合、これら発散状態変換素子217または波長選択発散状態変換素子218によって拡散状態を調整できるので、偏光非解消拡散素子41の代わりに平坦な面を有する反射ミラーを配置させてもよい。   When the divergence state conversion element 217 or the wavelength selection divergence state conversion element 218 is provided, the diffusion state can be adjusted by the divergence state conversion element 217 or the wavelength selection divergence state conversion element 218. A reflecting mirror having a flat surface may be arranged.

また、波長選択発散状態変換素子218の代わりに、偏光性発散状態変換素子を波長選択性偏光ダイクロイックミラー202と蛍光ホイール206の間に配置することで青色光束201aの発散状態を調整してもよい。偏光性発散状態変換素子は、ある偏光状態の光を透過し、それと直交する偏光状態の光を回折、散乱、レンズ作用などにより拡散させるものであればよい。例えば、凹凸のついた複屈折材料に複屈折材料の常光または異常光屈折率と等しい等方性材料を充填することで作製できる。複屈折材料としては水晶やニオブ酸リチウムなどの無機結晶や液晶などの有機材料を使用できる。   Further, instead of the wavelength selective divergence state conversion element 218, a divergence state of the blue light beam 201a may be adjusted by arranging a polarization divergence state conversion element between the wavelength selective polarization dichroic mirror 202 and the fluorescent wheel 206. . The polarization divergence state conversion element may be any element that transmits light in a certain polarization state and diffuses light in a polarization state orthogonal thereto by diffraction, scattering, lens action, and the like. For example, it can be produced by filling an uneven birefringent material with an isotropic material equal to the ordinary light or extraordinary light refractive index of the birefringent material. As the birefringent material, an inorganic crystal such as crystal or lithium niobate, or an organic material such as liquid crystal can be used.

以上のように、本実施形態では、1つの波長選択性偏光ダイクロイックミラー202で、励起光となる入射青色光束201を透過させつつ、青色の光源光となる蛍光ホイールからの出射青色光束201aと緑および赤色の光源光となる蛍光ホイールからの出射蛍光光束201bとを反射できるように構成されているので、第1の実施形態と同様に、青色、赤色、緑色の各色の光の光路を共通化でき、したがって光学系を小型化できる。また、光路の共通化に際して、励起光の光路を形成するための反射面や反射領域を別途設ける必要がなく、それによる光学系のロスも生じない。さらに、偏光非解消素子41や発散状態変換素子217、波長選択発散状態変換素子218で拡散を行うことにより、光源のスペックル低減効果や投影面上の輝度ムラの解消効果、緑色や赤色の傾向との輝度の角度分布の低減効果も得られる。   As described above, in this embodiment, one wavelength-selective polarization dichroic mirror 202 transmits the incident blue light beam 201 serving as excitation light, while emitting the blue light beam 201a emitted from the fluorescent wheel serving as the blue light source light and the green light. And the fluorescent light beam 201b emitted from the fluorescent wheel serving as the red light source light can be reflected, and the light paths of the blue, red, and green colors are made common as in the first embodiment. Therefore, the optical system can be miniaturized. Further, when sharing the optical path, it is not necessary to separately provide a reflection surface or a reflection region for forming the optical path of the excitation light, and no optical system loss is caused thereby. Further, by performing diffusion using the polarization non-resolving element 41, the divergence state conversion element 217, and the wavelength selective divergence state conversion element 218, the speckle reduction effect of the light source, the effect of eliminating the luminance unevenness on the projection surface, the tendency of green and red The effect of reducing the angular distribution of the brightness is also obtained.

実施形態3.
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図30は、本発明の第3の実施形態にかかる投影装置の一例を模式的に示す構成図である。図30に示す投影装置300は、第1の実施形態の照明光学系100と、照明光学系100から出射される光を変調する空間光変調素子305と、照明光学系100から出射される光を空間光変調素子305に導くための光学素子群と、空間光変調素子305によって変調された光を外部に投影させる投影光学系とを備えている。
Embodiment 3. FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 30 is a configuration diagram schematically illustrating an example of a projection apparatus according to the third embodiment of the present invention. A projection apparatus 300 shown in FIG. 30 includes an illumination optical system 100 according to the first embodiment, a spatial light modulation element 305 that modulates light emitted from the illumination optical system 100, and light emitted from the illumination optical system 100. An optical element group for guiding the light to the spatial light modulation element 305 and a projection optical system for projecting the light modulated by the spatial light modulation element 305 to the outside are provided.

なお、図30では図示省略しているが、投影装置300は、その一部が当該投影装置300においてそのままある色の光として利用される光を射出する光源を備えている。光源は、例えば、青色波長帯の光を射出する複数のレーザ光源であってもよい。照明光学系100は、その光源からの光を利用して少なくとも2色以上の光を発生させ、それらを照明光として出力すればよい。   Although not shown in FIG. 30, the projection apparatus 300 includes a light source that emits light that is partially used as light of a certain color in the projection apparatus 300. The light source may be, for example, a plurality of laser light sources that emit light in a blue wavelength band. The illumination optical system 100 may generate light of at least two colors using the light from the light source and output them as illumination light.

本実施形態において、照明光学系100から出射される照明光は、レンズ301、ミラー302、レンズ303、ミラー304を用いて空間光変調素子305に照明される。そして、空間光変調素子305によって変調された結果、投影像となって出射される。空間光変調素子305によって発生した投影像は、投影レンズ306を用いて投影装置の外部に投影される。   In the present embodiment, the illumination light emitted from the illumination optical system 100 is illuminated onto the spatial light modulation element 305 using the lens 301, the mirror 302, the lens 303, and the mirror 304. Then, as a result of being modulated by the spatial light modulation element 305, it is emitted as a projected image. The projection image generated by the spatial light modulation element 305 is projected outside the projection apparatus using the projection lens 306.

照明光学系としては、図1に示した照明光学系100以外の第1の実施形態の照明光学系100だけでなく、第2の実施形態に示した照明光学系200も使用できる。また、照明光学系からの光束を空間光変調素子305に照明するための光学素子群は、レンズ301、ミラー302、レンズ303、ミラー304などに限らず各種の光学素子を使用できる。また、空間光変調素子305としてはLCOS(Liquid crystal on silicon )やDMD(digital micromirror device)などを使用できる。   As the illumination optical system, not only the illumination optical system 100 of the first embodiment other than the illumination optical system 100 shown in FIG. 1 but also the illumination optical system 200 shown in the second embodiment can be used. Further, the optical element group for illuminating the spatial light modulation element 305 with the light beam from the illumination optical system is not limited to the lens 301, the mirror 302, the lens 303, and the mirror 304, and various optical elements can be used. Further, as the spatial light modulation element 305, LCOS (Liquid crystal on silicon), DMD (digital micromirror device), or the like can be used.

以上のように、本実施形態によれば、光学系のロスを生じさせずに各色の光の光路が共通化された照明光学系を備えているので、光の出力値を低減させることなく、装置を小型化できる。   As described above, according to the present embodiment, since the illumination optical system is provided in which the optical path of the light of each color is made common without causing loss of the optical system, without reducing the light output value, The device can be miniaturized.

以下、上述した照明光学系やそれに用いられる光学素子等について具体的な数値等を用いて説明する。   Hereinafter, the illumination optical system described above and optical elements used in the illumination optical system will be described using specific numerical values.

実施例1.
第1の実施例は、第1の実施形態の照明光学系100に用いられる偏向素子11の例であって図5に示す偏向素子11の一例である。本例において偏向素子11には入射角度βが20°以内となる青色光束101が入射するものとする。本実施例の偏向素子11は、基材15上の表面に設けられる傾斜構造14の傾斜角度αをいずれも20°とし、底面が0.2mm角の円錐形状をピッチ0.2mmで平面内に配置している。
Example 1.
The first example is an example of the deflection element 11 used in the illumination optical system 100 of the first embodiment, and is an example of the deflection element 11 shown in FIG. In this example, it is assumed that a blue light beam 101 having an incident angle β within 20 ° is incident on the deflection element 11. In the deflecting element 11 of the present embodiment, the inclined structure 14 provided on the surface of the base material 15 has an inclination angle α of 20 °, and a conical shape having a bottom surface of 0.2 mm square in a plane with a pitch of 0.2 mm. It is arranged.

そのような偏向素子11を、パイレックス(登録商標)ガラスをプレス成型によって最大の厚さが0.5mmとなるように成型して得る。その後、表面の凹凸形状の上に、真空蒸着によって以下の表1の構成の多層膜を成膜する。   Such a deflection element 11 is obtained by molding Pyrex (registered trademark) glass by press molding so that the maximum thickness is 0.5 mm. Thereafter, a multilayer film having the structure shown in Table 1 below is formed on the uneven surface by vacuum deposition.

Figure 2014110109
Figure 2014110109

ここで、450nmにおけるパイレックスガラスの屈折率を1.481、SiOの屈折率を1.474、Taの屈折率を2.256とする。このような多層膜における0°および40°での透過率を計算によって求めると図31に示すようになり、450nmにおいて良好な反射特性を示しているのがわかる。 Here, the refractive index of Pyrex glass at 450 nm is 1.481, the refractive index of SiO 2 is 1.474, and the refractive index of Ta 2 O 5 is 2.256. When the transmittance at 0 ° and 40 ° in such a multilayer film is obtained by calculation, it is as shown in FIG. 31, and it can be seen that good reflection characteristics are shown at 450 nm.

本実施例の偏向素子11によれば、例えば、図5において青色光束101−1のうちの入射角度βが−20°のものは、基材15の入射面側に向く法線方向を0°とすると、2|α|−β=60°の方向に偏向されて出射する。また、入射角度βが20°のものは2|α|−β=20°の方向に偏向されて出射する。したがって、本実施例の偏向素子11によって偏向された青色光束101aは当該偏向素子11から十分離れた位置で光路の重なりを持たない。   According to the deflection element 11 of the present embodiment, for example, in FIG. 5, the blue light beam 101-1 having an incident angle β of −20 ° has a normal direction of 0 ° toward the incident surface side of the substrate 15. Then, the light is deflected and emitted in the direction of 2 | α | -β = 60 °. When the incident angle β is 20 °, the light is deflected in the direction of 2 | α | −β = 20 ° and emitted. Therefore, the blue light beam 101a deflected by the deflecting element 11 of this embodiment does not have optical path overlap at a position sufficiently away from the deflecting element 11.

実施例2.
第2の実施例は、第1の実施形態の照明光学系100に用いられる偏向素子11の例であって、図7(a)に示す偏向素子11の一例である。本例において偏向素子11には入射角度βが20°以内となる青色光束101が入射するものとする。本実施例の偏向素子11は、基材15の一方の表面にピッチ1.26μmで高さ225nmの矩形の凹凸構造17を有する構造である。
Example 2
The second example is an example of the deflection element 11 used in the illumination optical system 100 of the first embodiment, and is an example of the deflection element 11 shown in FIG. In this example, it is assumed that a blue light beam 101 having an incident angle β within 20 ° is incident on the deflection element 11. The deflecting element 11 of this embodiment has a structure having a rectangular uneven structure 17 having a pitch of 1.26 μm and a height of 225 nm on one surface of a base material 15.

そのような偏向素子11は、石英基材の表面をフォトリソグラフィとエッチングによって矩形の凹凸形状に加工して得られる。なお本例ではさらに、表面の凹凸形状の上にスパッタによって200nmの銀と5nmのSiOを成膜する。ここで、銀は反射効率を向上するために、また、SiOは傷や酸化防止の保護膜として成膜される。 Such a deflection element 11 is obtained by processing the surface of a quartz substrate into a rectangular uneven shape by photolithography and etching. In addition, in this example, 200 nm of silver and 5 nm of SiO 2 are further formed by sputtering on the surface irregularities. Here, silver is formed to improve reflection efficiency, and SiO 2 is formed as a protective film for preventing scratches and oxidation.

青色光束101の波長を450nmとしてグレーティング方程式により回折角度を計算すると、入射角度が0°の場合、本実施例の偏向素子11から出射される±1次回折光は基材15の入射面側に向く法線方向を0°とすると±20.9°の方向に回折されて出射する。また、入射角度が10°の場合、+1次回折光は32.1°の方向に回折され、−1次回折光は−10.6°の方向に回折されて出射する。また、より高次の回折光は±1次回折光よりもさらに外側の角度に回折されて出射する。したがって、本実施例の偏向素子11によって偏向反射された青色光束101aは、当該偏向素子11から十分離れた位置で光路の重なりを持たない。   When the diffraction angle is calculated by the grating equation with the wavelength of the blue light beam 101 being 450 nm, when the incident angle is 0 °, the ± first-order diffracted light emitted from the deflecting element 11 of this embodiment is directed to the incident surface side of the substrate 15. If the normal direction is 0 °, the light is diffracted and emitted in the direction of ± 20.9 °. When the incident angle is 10 °, the + 1st order diffracted light is diffracted in the direction of 32.1 °, and the −1st order diffracted light is diffracted in the direction of −10.6 ° and emitted. Further, the higher-order diffracted light is diffracted at an angle further outside than the ± first-order diffracted light and is emitted. Therefore, the blue light beam 101a deflected and reflected by the deflecting element 11 of this embodiment does not have optical path overlap at a position sufficiently away from the deflecting element 11.

実施例3.
第3の実施例は、図12に示す第1の実施形態の照明光学系100の一例である。本例では、有効径φ5mmの青色光束101を、焦点距離7.9mm、有効径φ15mm、開口数は0.95のレンズ群105を用いて蛍光ホイール106に照射させる。
Example 3
The third example is an example of the illumination optical system 100 of the first embodiment shown in FIG. In this example, the blue light beam 101 having an effective diameter of φ5 mm is irradiated onto the fluorescent wheel 106 using a lens group 105 having a focal length of 7.9 mm, an effective diameter of φ15 mm, and a numerical aperture of 0.95.

また、蛍光ホイール106は、偏向素子11のある領域と、緑蛍光体領域12と、赤蛍光体領域13とに分かれている。また、領域分割ダイクロイックミラー102は、石英基材の一方の面上において、蛍光ホイール106に向かう青色光束101が透過する領域に、以下の表2に示す構成の多層膜がダイクロイック層23として成膜されており、他の領域にはその多層膜に積層されるように200nmの銀と5nmのSiOが反射層24として成膜されている。 The fluorescent wheel 106 is divided into a region where the deflection element 11 is provided, a green phosphor region 12, and a red phosphor region 13. In addition, in the area division dichroic mirror 102, a multilayer film having the structure shown in Table 2 below is formed as a dichroic layer 23 in an area where the blue light beam 101 directed to the fluorescent wheel 106 is transmitted on one surface of the quartz substrate. In other regions, 200 nm of silver and 5 nm of SiO 2 are formed as the reflective layer 24 so as to be laminated on the multilayer film.

Figure 2014110109
Figure 2014110109

ダイクロイック層23として機能する表2に示す多層膜に入射角度45°で光が入射した場合の透過率を図32に示す。   FIG. 32 shows the transmittance when light is incident on the multilayer film shown in Table 2 functioning as the dichroic layer 23 at an incident angle of 45 °.

本実施例では、図6に示した配置により、青色光束101は、領域分割ダイクロイックミラー102のダイクロイック層23に照射され、該領域分割ダイクロイックミラー102を透過する。そして、φ5mmの青色光束101はレンズ群105によって入射角度18.5°で蛍光ホイール106に照射される。なお、蛍光ホイール106に設けられている偏向素子11は、第1の実施例と同じものである。   In the present embodiment, with the arrangement shown in FIG. 6, the blue light beam 101 is applied to the dichroic layer 23 of the region division dichroic mirror 102 and is transmitted through the region division dichroic mirror 102. Then, the blue light beam 101 having a diameter of 5 mm is applied to the fluorescent wheel 106 by the lens group 105 at an incident angle of 18.5 °. The deflection element 11 provided on the fluorescent wheel 106 is the same as that in the first embodiment.

青色光束101のうち偏向素子11に照射された光束は、該偏向素子11により偏向されて青色光束101aとなって再びレンズ群105に入射する。そして、レンズ群105を透過後、φ5mmより外側に光束を有する輪帯状の青色光束101aとなる。その後、青色光束101aは領域分割ダイクロイックミラー102の反射層24に照射されて、該反射層24により反射されることによって光学素子群110の方へと照射される。   Of the blue light beam 101, the light beam applied to the deflecting element 11 is deflected by the deflecting element 11 to become a blue light beam 101 a and is incident on the lens group 105 again. Then, after passing through the lens group 105, an annular blue light beam 101 a having a light beam outside φ5 mm is obtained. Thereafter, the blue light beam 101a is applied to the reflective layer 24 of the region-dividing dichroic mirror 102, and is reflected toward the optical element group 110 by being reflected by the reflective layer 24.

一方、青色光束101のうち緑蛍光体領域12または赤蛍光体領域13に照射されたものは当該領域に設けられた蛍光体によって蛍光発光を生じさせる。そして、発生した蛍光発光が蛍光光束101bとなって入射面から出射される。その後、蛍光光束101bは、領域分割ダイクロイックミラー102のダイクロイック層23や反射層24に照射されて、該ダイクロイック層23または反射層24により反射されて光学素子群110の方へと照射される。   On the other hand, of the blue luminous flux 101, the green phosphor region 12 or the red phosphor region 13 irradiated with fluorescent light is generated by the phosphor provided in the region. The generated fluorescent light is emitted from the incident surface as a fluorescent light beam 101b. Thereafter, the fluorescent light beam 101b is applied to the dichroic layer 23 and the reflective layer 24 of the region-divided dichroic mirror 102, reflected by the dichroic layer 23 or the reflective layer 24, and applied to the optical element group 110.

また、本例では、光学素子群110を透過した青色光束101aおよび蛍光光束101bは、それぞれ波長選択発散状態変換素子118に入射される。そして、波長選択発散状態変換素子118が主に青色光束101aを散乱させることで、青色光束101aと蛍光光束101b間の発散状態の違いを補正する。   In this example, the blue light beam 101a and the fluorescent light beam 101b transmitted through the optical element group 110 are incident on the wavelength selective divergence state conversion element 118, respectively. The wavelength selective divergence state conversion element 118 mainly scatters the blue light beam 101a, thereby correcting the difference in the divergence state between the blue light beam 101a and the fluorescent light beam 101b.

本例の波長選択発散状態変換素子118は、図15(d)に示す構成となっており、第1の媒質32として以下の表3に示す構成の多層膜を用い、第2の媒質33としてSiOを用いている。 The wavelength selective divergence state conversion element 118 of this example has a configuration shown in FIG. 15D, and a multilayer film having a configuration shown in Table 3 below is used as the first medium 32, and the second medium 33 is used as the second medium 33. SiO x N y is used.

Figure 2014110109
Figure 2014110109

表3に示した多層膜は、波長320nmから430nmの範囲で反射帯を有しており、当該多層膜の透過率を計算すると図33のようになる。   The multilayer film shown in Table 3 has a reflection band in the wavelength range of 320 nm to 430 nm, and the transmittance of the multilayer film is calculated as shown in FIG.

本例の波長選択発散状態変換素子118は、次のようにして得られる。まず、石英基材上で、表3の多層膜をフォトリソグラフィおよびエッチングによって凹凸形状に加工する。そして、CVD法(化学蒸着)によってSiONを成膜し、その凹部を充填する。充填されたSiONの表面を研磨によって平坦化した後に、素子の両面に反射防止膜34と反射防止膜36を成膜して波長選択発散状態変換素子118を得る。本例の波長選択発散状態変換素子118には反射防止膜35が設けられていない。   The wavelength selective divergence state conversion element 118 of this example is obtained as follows. First, on the quartz substrate, the multilayer film shown in Table 3 is processed into a concavo-convex shape by photolithography and etching. And SiON is formed into a film by CVD method (chemical vapor deposition), The recessed part is filled. After the surface of the filled SiON is flattened by polishing, an antireflection film 34 and an antireflection film 36 are formed on both sides of the element to obtain the wavelength selective divergence state conversion element 118. The wavelength selective divergence state conversion element 118 of this example is not provided with the antireflection film 35.

このようにして得られる波長選択発散状態変換素子118の凸部を構成する多層膜と凹部を構成するSiONの実効的な屈折率を図34(a)に示す。図34(a)に示すように、本例の波長選択発散状態変換素子118の凸部を構成する多層膜の実効的な屈折率は当該多層膜の反射帯に起因する異常分散によって急峻なものとなっており、凹部を構成するSiONの実効的な屈折率との差が青波長帯である450nmで0.090と大きく、かつ、緑波長帯である525nmでは0.025、赤波長帯である620nmでは0.003とおおよそ一致している。このような部材の組み合わせにより形成された凹凸によって生じる回折光の効率を計算によって求めると図34(b)に示すようになり、青波長帯で回折効率が高くなっている。   FIG. 34A shows the effective refractive index of the multilayer film constituting the convex portion and the SiON constituting the concave portion of the wavelength selective divergence state conversion element 118 thus obtained. As shown in FIG. 34 (a), the effective refractive index of the multilayer film constituting the convex portion of the wavelength selective divergence state conversion element 118 of this example is steep due to anomalous dispersion caused by the reflection band of the multilayer film. The difference from the effective refractive index of SiON constituting the recess is as large as 0.090 at 450 nm which is the blue wavelength band, and 0.025 at 525 nm which is the green wavelength band, and at the red wavelength band. At a certain 620 nm, it is approximately equal to 0.003. When the efficiency of the diffracted light generated by the unevenness formed by such a combination of members is obtained by calculation, it is as shown in FIG. 34B, and the diffraction efficiency is high in the blue wavelength band.

このように、本実施例によれば、青色、赤色、緑色の各色の光源光の光路を共通化できるとともに、青色光束101aの拡散状態を調整できる。   As described above, according to the present embodiment, the optical paths of the light sources of blue, red, and green can be shared, and the diffusion state of the blue light beam 101a can be adjusted.

実施例4.
第4の実施例は、第2の実施形態の照明光学系200に用いられる偏光非解消拡散素子41の例であって、図24(b)に示す偏光非解消拡散素子41の一例である。本例において偏光非解消拡散素子41には入射角度βが20°以内となる青色光束201が入射するものとする。本実施例の偏光非解消拡散素子41は、基材45の一方の表面に、曲率半径が1.36mmの凹半球をピッチ0.2mmで配置した構造である。半球の最大傾斜角度は5°であり、0°の入射光は10°の方向に反射する。
Example 4
The fourth example is an example of the non-polarization diffusing element 41 used in the illumination optical system 200 of the second embodiment, and is an example of the non-polarization diffusing element 41 shown in FIG. In this example, it is assumed that a blue light beam 201 having an incident angle β within 20 ° is incident on the non-polarization diffusing element 41. The non-polarization diffusing element 41 of this embodiment has a structure in which concave hemispheres having a radius of curvature of 1.36 mm are arranged on one surface of a substrate 45 with a pitch of 0.2 mm. The maximum inclination angle of the hemisphere is 5 °, and incident light of 0 ° is reflected in the direction of 10 °.

そのような偏光非解消拡散素子41は、シリコン基板をフォトリソグラフィおよびウェットエッチングによって凹レンズアレイとなるように加工して得られる。なお、本例ではさらに、表面の凹凸形状の上にスパッタによって200nmの銀と5nmのSiOを成膜する。 Such a non-polarization diffusing element 41 is obtained by processing a silicon substrate into a concave lens array by photolithography and wet etching. In this example, 200 nm of silver and 5 nm of SiO 2 are further formed on the surface irregularities by sputtering.

本実施例の偏光非解消拡散素子41は、入射した青色光束201を当該偏光非解消拡散素子41の表面で1回のみ反射する構成となっているため、例えば、右円偏光で入射する青色光束101は左円偏光となって出射される。また、反射の際に、表面に設けられた凹半球の傾斜により拡散されて出射される。   Since the non-polarization diffusing element 41 of the present embodiment is configured to reflect the incident blue light beam 201 only once on the surface of the non-polarization diffusing element 41, for example, the blue light beam incident as right circularly polarized light. 101 is emitted as left circularly polarized light. Further, at the time of reflection, the light is diffused and emitted by the inclination of the concave hemisphere provided on the surface.

実施例5.
第5の実施例は、図29に示す第2の実施形態の照明光学系200の一例である。本実施例では、有効径φ10mmのp偏光の青色光束201を、1/4波長板212によって右回り円偏光に変換した後で、焦点距離7.9mm、有効径φ15mm、開口数は0.95のレンズ群205を用いて蛍光ホイール206に照射させる。
Example 5 FIG.
The fifth example is an example of the illumination optical system 200 of the second embodiment shown in FIG. In this embodiment, after the p-polarized blue light beam 201 having an effective diameter of φ10 mm is converted into clockwise circularly polarized light by the quarter wavelength plate 212, the focal length is 7.9 mm, the effective diameter is φ15 mm, and the numerical aperture is 0.95. The lens group 205 is used to irradiate the fluorescent wheel 206.

また、蛍光ホイール206は、偏光非解消拡散素子41のある領域と、緑蛍光体領域42と、赤蛍光体領域43とに分かれている。また、波長選択性偏光ダイクロイックミラー202は、石英基材の一方の面に、以下の表4に示す構成の多層膜がダイクロイック層として成膜されている。   The fluorescent wheel 206 is divided into a region where the non-polarization diffusing element 41 is present, a green phosphor region 42, and a red phosphor region 43. The wavelength selective polarization dichroic mirror 202 has a multilayer film having a structure shown in Table 4 below formed as a dichroic layer on one surface of a quartz substrate.

Figure 2014110109
Figure 2014110109

表4に示す多層膜に入射角度45°で光が入射した場合の透過率を図35に示す。図35に示すように、表4の多層膜は、青波長帯である450nm付近ではp偏光に対して100%近い透過率を示し、かつs偏光に対して5%未満の透過率を示すとともに、緑波長帯である525nm付近および赤波長帯である620nm付近ではp偏光,s偏光ともに5%未満の透過率を示している。   FIG. 35 shows the transmittance when light is incident on the multilayer film shown in Table 4 at an incident angle of 45 °. As shown in FIG. 35, the multilayer film of Table 4 shows a transmittance of nearly 100% for p-polarized light and a transmittance of less than 5% for s-polarized light in the vicinity of 450 nm which is the blue wavelength band. In the vicinity of 525 nm which is the green wavelength band and 620 nm which is the red wavelength band, both p-polarized light and s-polarized light have transmittances of less than 5%.

本実施例では、図28に示した配置により、青色光束201はp偏光で波長選択性偏光ダイクロイックミラー202に入射し、該波長選択性偏光ダイクロイックミラー202を透過する。そして、φ10mmの青色光束201はレンズ群205によって入射角度39.3°で蛍光ホイール206に照射される。なお、蛍光ホイール206に設けられている偏光非解消拡散素子41は第4の実施例と同じものである。   In this embodiment, with the arrangement shown in FIG. 28, the blue light beam 201 is p-polarized light and enters the wavelength-selective polarization dichroic mirror 202 and passes through the wavelength-selective polarization dichroic mirror 202. Then, the blue light beam 201 having a diameter of 10 mm is applied to the fluorescent wheel 206 by the lens group 205 at an incident angle of 39.3 °. The non-polarization diffusing element 41 provided in the fluorescent wheel 206 is the same as that in the fourth embodiment.

青色光束201のうち偏光非解消拡散素子41に照射された光束は、該偏光非解消拡散素子41により反射・拡散され、また反射の際に左円偏光に変換されて青色光束201aとして再びレンズ群205に入射する。そして、レンズ群205を透過後、1/4波長板212を透過することによりs偏光となる。s偏光となった青色光束201aは波長選択性偏光ダイクロイックミラー202のダイクロイック層に照射されて、該ダイクロイック層により反射されることによって光学素子群210の方へと照射される。   Of the blue light beam 201, the light beam applied to the non-polarization diffusing element 41 is reflected and diffused by the non-polarization diffusing element 41, and is converted into left circularly polarized light upon reflection to form a blue light beam 201a again. Incident to 205. Then, after passing through the lens group 205, it passes through the quarter-wave plate 212 and becomes s-polarized light. The s-polarized blue light beam 201a is applied to the dichroic layer of the wavelength-selective polarizing dichroic mirror 202, and is reflected toward the optical element group 210 by being reflected by the dichroic layer.

一方、青色光束201のうち緑蛍光体領域42または赤蛍光体領域43に照射されたものは当該領域に設けられた蛍光体によって蛍光発光を生じさせる。そして、発生した蛍光発光が蛍光光束201bとなって入射面から出射される。その後、蛍光光束201bは、青色光束201aと同じく、波長選択性偏光ダイクロイックミラー202のダイクロイック層に照射されて、該ダイクロイック層により反射されて光学素子群210の方へと照射される。   On the other hand, the blue light beam 201 that is irradiated on the green phosphor region 42 or the red phosphor region 43 causes fluorescence emission by the phosphor provided in the region. The generated fluorescent light is emitted from the incident surface as a fluorescent light beam 201b. Thereafter, the fluorescent light beam 201b is irradiated onto the dichroic layer of the wavelength selective polarization dichroic mirror 202, and is reflected by the dichroic layer and irradiated toward the optical element group 210, like the blue light beam 201a.

また、本例では、光学素子群210を透過した青色光束201aおよび蛍光光束201bは、それぞれ波長選択発散状態変換素子218に入射される。そして、波長選択発散状態変換素子118が主に青色光束201aを散乱させることで、青色光束201aと蛍光光束201b間の発散状態の違いを補正する。   In this example, the blue light beam 201a and the fluorescent light beam 201b that have passed through the optical element group 210 are incident on the wavelength selective divergence state conversion element 218, respectively. Then, the wavelength selective divergence state conversion element 118 mainly scatters the blue light beam 201a, thereby correcting the difference in the divergence state between the blue light beam 201a and the fluorescent light beam 201b.

本例の波長選択発散状態変換素子218は、図15(a)に示す構成に加えてさらに反射防止膜34、35、36を有する構成となっており、第1の媒質32としてTaを用い、第2の媒質33としてTiOに3.5%のSiOを混合したものを用いている。そのような波長選択発散状態変換素子218は、例えば、次のようにして得られる。まず、石英基材31に反射防止膜35を成膜後、その上に真空蒸着によってTaを成膜して、ブラスト処理を行うことで凹凸形状に加工する。その上に、スパッタによってTiOとSiOを所望の混合比となるように成膜して凹部を充填する。そして、充填されたTiOとSiOの表面を研磨によって平坦化した後に、素子の両面に反射防止膜34と反射防止膜36を成膜する。 The wavelength selective divergence state conversion element 218 of this example has a configuration further including antireflection films 34, 35, and 36 in addition to the configuration shown in FIG. 15A, and Ta 2 O 5 as the first medium 32. The second medium 33 is a mixture of TiO 2 and 3.5% SiO 2 . Such a wavelength selective divergence state conversion element 218 is obtained as follows, for example. First, after forming the antireflection film 35 on the quartz substrate 31, a Ta 2 O 5 film is formed thereon by vacuum deposition, and processed into a concavo-convex shape by blasting. On top of that, TiO 2 and SiO 2 are formed by sputtering so as to have a desired mixing ratio, and the recesses are filled. Then, after the surfaces of the filled TiO 2 and SiO 2 are flattened by polishing, an antireflection film 34 and an antireflection film 36 are formed on both surfaces of the element.

本例の第1の媒質32と第2の媒質33の屈折率を図36に示す。青波長帯である450nmでは第1の媒質32と第2の媒質33の屈折率差が0.068と大きく、緑波長帯である525nmでは0.019、赤波長帯である620nmでは−0.014とおおよそ一致している。このような部材の組み合わせにより形成された凹凸によって青波長帯でのみで散乱を生じさせることができ、青色光束201aの拡散状態を調整できる。   The refractive indexes of the first medium 32 and the second medium 33 in this example are shown in FIG. The refractive index difference between the first medium 32 and the second medium 33 is as large as 0.068 at the blue wavelength band of 450 nm, 0.019 at the green wavelength band of 525 nm, and −0 .0 at the red wavelength band of 620 nm. It almost matches 014. The unevenness formed by such a combination of members can cause scattering only in the blue wavelength band, and the diffusion state of the blue light beam 201a can be adjusted.

実施例6.
第6の実施例は、図6(e)に示す偏向素子11や図22(e)に示す偏光非解消拡散素子41に用いられる半透過反射膜16,46の例である。当該半透過反射膜は、青色光束の一部を反射させ、緑色や赤色の光束を透過させる。本実施例では、半透過反射膜として、例えば、以下の表5に示す構成の多層膜を用いる。
Example 6
The sixth embodiment is an example of the transflective films 16 and 46 used in the deflection element 11 shown in FIG. 6E and the non-polarization diffusing element 41 shown in FIG. The transflective film reflects a part of the blue light beam and transmits the green or red light beam. In this embodiment, for example, a multilayer film having the structure shown in Table 5 below is used as the semi-transmissive reflective film.

Figure 2014110109
Figure 2014110109

表5の多層膜に20°の入射角度で光を入射する場合の透過率を図37に示す。図37のように、表5の多層膜は、青波長帯である450nm付近で約70%の透過率を示し、また緑波長帯である525nm付近および赤波長帯である620nm付近では100%近い透過率を示している。したがって、本実施例の半透過反射膜によれば、約30%の青色光束101を反射させて青色光束101aとするとともに、残りの約70%の青色光束101を透過させて蛍光体に照射させられる。また、透過させた約70%の青色光束が蛍光体を励起して発生する緑色や赤色の蛍光光束101bも当該半透過反射膜を透過する。   FIG. 37 shows the transmittance when light is incident on the multilayer film of Table 5 at an incident angle of 20 °. As shown in FIG. 37, the multilayer film in Table 5 shows a transmittance of about 70% near the blue wavelength band of 450 nm, and is close to 100% near the green wavelength band of 525 nm and the red wavelength band of 620 nm. The transmittance is shown. Therefore, according to the transflective film of this embodiment, about 30% of the blue light beam 101 is reflected to form the blue light beam 101a, and the remaining about 70% of the blue light beam 101 is transmitted to irradiate the phosphor. It is done. Further, the green or red fluorescent light beam 101b generated by exciting about 70% of the transmitted blue light beam also passes through the transflective film.

本発明は、照明光学系の小型化の用途に限らず、蛍光体への励起光の一部をそのままある色の光として利用するとともに、蛍光発光を他の色の光として利用する光学系において、これら各色の光が少なくとも1つの共通のミラー等によって合波されるように構成したい場合に好適に適用可能である。   The present invention is not limited to the use for reducing the size of an illumination optical system, but in an optical system that uses a part of excitation light to a phosphor as it is as light of a certain color and uses fluorescence emission as light of another color. The present invention can be suitably applied when it is desired that the light of each color is combined by at least one common mirror or the like.

101 青色光束
101a 青色の光として利用される青色光束
101b 緑および赤色の光として利用される蛍光光束
102 領域分割ダイクロイックミラー
105 レンズ群
106 蛍光ホイール
110 光学素子群
111 インテグレータ
113 青色偏向反射機能付き蛍光素子
114 蛍光素子
115 領域分割ビームスプリッタ
116 回転ホイール
117 発散状態変換素子
118 波長選択発散状態変換素子
11 偏向素子
12 緑蛍光体領域
13 赤蛍光体領域
14 傾斜構造(凸部または凹部)
15 基材
16 半透過反射膜
17 凹凸構造
21 基材
22 反射防止膜
23 ダイクロイック層
24 反射層
31 基材
32 第1の媒質
33 第2の媒質
34、35、36 反射防止膜
201 青色光束
201a 青色の光として利用される青色光束
201b 緑および赤色の光として利用される蛍光光束
202 波長選択性偏光ダイクロイックミラー
205 レンズ群
206 蛍光ホイール
210 光学素子群
211 インテグレータ
212 1/4波長板
213 青色偏向反射機能付き蛍光素子
214 蛍光素子
215 偏光選択ビームスプリッタ
216 回転ホイール
217 発散状態変換素子
218 波長選択発散状態変換素子
41 偏光非解消拡散素子
42 緑蛍光体領域
43 赤蛍光体領域
44 傾斜構造(凸部または凹部)
45 基材
46 半透過反射膜
47 凹凸構造
300 投影装置
305 空間光変調素子
306 投影レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Blue light beam 101a Blue light beam used as blue light 101b Fluorescent light beam used as green and red light 102 Area division | segmentation dichroic mirror 105 Lens group 106 Fluorescent wheel 110 Optical element group 111 Integrator 113 Fluorescent element with a blue deflection | reflecting reflection function DESCRIPTION OF SYMBOLS 114 Fluorescence element 115 Area | region division | segmentation beam splitter 116 Rotating wheel 117 Divergence state conversion element 118 Wavelength selection divergence state conversion element 11 Deflection element 12 Green fluorescent substance area 13 Red fluorescent substance area 14 Inclined structure (convex part or concave part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Base material 16 Transflective film 17 Uneven structure 21 Base material 22 Antireflection film 23 Dichroic layer 24 Reflective layer 31 Base material 32 1st medium 33 2nd medium 34, 35, 36 Antireflection film 201 Blue light beam 201a Blue Blue light beam 201b used as light of light 201b Fluorescent light beam used as green and red light 202 Wavelength selective polarization dichroic mirror 205 Lens group 206 Fluorescent wheel 210 Optical element group 211 Integrator 212 1/4 wavelength plate 213 Blue deflection reflection function Fluorescent element 214 Fluorescent element 215 Polarization selective beam splitter 216 Rotating wheel 217 Divergence state conversion element 218 Wavelength selection divergence state conversion element 41 Non-polarization diffusion element 42 Green phosphor region 43 Red phosphor region 44 Inclined structure (convex or concave) )
45 Substrate 46 Transflective film 47 Uneven structure 300 Projector 305 Spatial light modulator 306 Projection lens

Claims (17)

光源からの光の一部をそのまま第1の色の光として利用するともに、該光源からの光の他の一部で蛍光体を励起して前記第1の色とは異なる色の光を発生させる照明光学系であって、
前記光源からの光を励起光として利用して蛍光を発生させて入射面から出射させる蛍光素子と、
前記光源からの光を透過または反射して前記蛍光素子へと導くとともに、少なくとも前記蛍光素子から出射された蛍光を透過または反射して前記光源からの光が入射してきた方向とは異なる方向へと導くミラー素子と、
前記光源からの光の一部を反射させて入射面から出射させる反射型素子とを備え、
前記反射型素子によって反射された光を前記第1の色の光として利用し、
前記ミラー素子の一方の面には前記光源からの光が入射され、他方の面には前記蛍光素子からの蛍光と前記反射型素子からの反射光とが入射され、
前記反射型素子からの反射光は、少なくとも前記ミラー素子に入射する時点で前記光源からの光と偏光方向が異なっているか、または、前記ミラー素子へ入射される領域が、前記光源からの光が前記ミラー素子から出射される領域と異なっている
ことを特徴とする照明光学系。
A part of the light from the light source is used as it is as the light of the first color, and the phosphor is excited by another part of the light from the light source to generate light of a color different from the first color. An illumination optical system,
A fluorescent element that emits fluorescence from the incident surface by using light from the light source as excitation light; and
The light from the light source is transmitted or reflected and guided to the fluorescent element, and at least the fluorescence emitted from the fluorescent element is transmitted or reflected to a direction different from the direction in which the light from the light source is incident. A guiding mirror element;
A reflective element that reflects part of the light from the light source and emits it from the incident surface;
Utilizing the light reflected by the reflective element as the first color light,
Light from the light source is incident on one surface of the mirror element, and fluorescence from the fluorescent element and reflected light from the reflective element are incident on the other surface,
The reflected light from the reflective element has a polarization direction different from that of the light from the light source at least at the point of incidence on the mirror element, or the area incident on the mirror element is the light from the light source. An illumination optical system, wherein the illumination optical system is different from a region emitted from the mirror element.
前記反射型素子は、入射光を反射する際に、出射光の光路が入射光の光路の少なくとも一部と異なる方向に出射されるように入射光を偏向させて出射する偏向素子であり、
前記ミラー素子は、前記光源からの光の入射位置および前記反射型素子からの反射光の入射位置に応じて、前記光源からの光の波長帯である第1波長帯の光を反射させる領域と、前記第1波長帯の光を透過させる領域とに分かれている
請求項1に記載の照明光学系。
The reflective element is a deflecting element that deflects incident light so as to be emitted in a direction different from at least a part of the optical path of incident light when reflecting incident light,
The mirror element has a region that reflects light in a first wavelength band that is a wavelength band of light from the light source according to an incident position of light from the light source and an incident position of reflected light from the reflective element. The illumination optical system according to claim 1, wherein the illumination optical system is divided into a region through which light in the first wavelength band is transmitted.
前記偏向素子は、表面に少なくとも1つの凸部または凹部が設けられることによって傾斜を有する反射面が形成されており、
前記凸部または凹部の平均的な傾斜角度を|αavg|、当該偏向素子への入射光の入射角をβとすると、前記凸部または凹部は|αavg|>|β|を満たす
請求項2に記載の照明光学系。
The deflecting element has a reflecting surface having an inclination by providing at least one convex portion or concave portion on the surface,
Average inclination angle of the projections or recesses | alpha avg | claim satisfying |, When the incident angle of the incident light to the deflection element beta, the projections or recesses is | α avg |> | β 2. The illumination optical system according to 2.
前記偏向素子は、反射型回折素子であって、回折格子として作用する凹凸部を有しており、
前記凹凸部は4周期以上の周期構造を有しており、ピッチをP、入射する光の波長をλとすると、P≦λ/sin(2|β|)を満たす
請求項2に記載の照明光学系。
The deflecting element is a reflective diffractive element, and has a concavo-convex portion that acts as a diffraction grating,
The illumination according to claim 2, wherein the concavo-convex portion has a periodic structure of four cycles or more, and satisfies P ≦ λ / sin (2 | β |) where P is a pitch and λ is a wavelength of incident light. Optical system.
前記偏向素子に25°以下の角度範囲に入射角度を有する入射光が入射され、
前記偏向素子からの出射光は、入射光の最大入射角度以上であって75°以下の角度範囲に出射される
請求項2から請求項4のうちのいずれか1項に記載の照明光学系。
Incident light having an incident angle in an angle range of 25 ° or less is incident on the deflection element,
The illumination optical system according to any one of claims 2 to 4, wherein the light emitted from the deflecting element is emitted in an angle range of not less than a maximum incident angle of incident light and not more than 75 °.
前記偏向素子からの出射光は、入射光を囲む輪帯状の領域に出射される
請求項2から請求項5のうちのいずれか1項に記載の照明光学系。
The illumination optical system according to any one of claims 2 to 5, wherein the emitted light from the deflection element is emitted to a ring-shaped region surrounding the incident light.
前記ミラー素子と前記反射型素子との間に1/4波長板が設けられ、
前記ミラー素子には、光源からの光が直線偏光で入射され、
前記反射型素子は、入射光に対して0.7πから1.3πの位相差を与えるとともに、拡散させて出射する偏光非解消拡散素子であり、
前記ミラー素子は、波長選択性のある偏光ダイクロイックミラーであり、前記光源からの光の波長帯である第1波長帯の光に対しては偏光に応じて反射または透過させるとともに、前記蛍光素子からの蛍光の波長帯である第2波長帯の光に対しては偏光を問わずに反射または透過させる
請求項1に記載の照明光学系。
A quarter wave plate is provided between the mirror element and the reflective element,
Light from a light source is incident on the mirror element as linearly polarized light,
The reflective element is a non-polarization diffusing element that gives a phase difference of 0.7π to 1.3π with respect to incident light and diffuses and emits the light,
The mirror element is a polarization dichroic mirror having wavelength selectivity, and reflects or transmits light in a first wavelength band, which is a wavelength band of light from the light source, according to polarization, and from the fluorescent element. The illumination optical system according to claim 1, wherein light in the second wavelength band, which is a fluorescent wavelength band, is reflected or transmitted regardless of polarization.
前記偏光非解消拡散素子は、出射光の偏光比率が0.8以上であるとともに、平行光が入射した場合に、出射光の中心輝度の半値となる角度γの値が1°以上、60°以下となる素子である
請求項7に記載の照明光学系。
In the non-polarization diffusing element, the polarization ratio of the outgoing light is 0.8 or more, and when the parallel light is incident, the value of the angle γ that is a half value of the central luminance of the outgoing light is 1 ° or more and 60 °. The illumination optical system according to claim 7, wherein the illumination optical system is:
前記偏光非解消拡散素子は、表面に2以上の凸部または凹部が設けられることによって傾斜を有する反射面が形成されており、
前記凸部または凹部がレンズ形状である
請求項7または請求項8に記載の照明光学系。
In the non-polarization diffusing element, a reflecting surface having an inclination is formed by providing two or more convex portions or concave portions on the surface,
The illumination optical system according to claim 7, wherein the convex portion or the concave portion has a lens shape.
光路中に、少なくとも一つの色の光として利用される光に対してその発散状態を変化させる発散状態変換素子が設けられている
請求項1から請求項9のうちのいずれか1項に記載の照明光学系。
The divergence state conversion element which changes the divergence state with respect to the light utilized as light of at least one color is provided in the optical path. Illumination optical system.
前記発散状態変換素子には、前記第1の色または前記第1の色とは異なる色の光として利用される光であって、波長λおよびλの少なくとも2つの波長帯の光が入射され、
前記波長λの光の発散角度は、前記波長λの光の発散角度よりも小さく、
前記発散状態変換素子は、前記波長λの光の発散角度と前記波長λの光の発散角度の違いが小さくなるように、前記波長λの光の発散状態を変化させる
請求項10に記載の照明光学系。
The divergence state conversion element is light that is used as light of the first color or a color different from the first color, and light in at least two wavelength bands of wavelengths λ 1 and λ 2 is incident And
The divergence angle of the light of wavelength λ 1 is smaller than the divergence angle of the light of wavelength λ 2 ,
The divergence state conversion element changes a divergence state of the light of the wavelength λ 1 so that a difference between a divergence angle of the light of the wavelength λ 1 and a divergence angle of the light of the wavelength λ 2 is reduced. The illumination optical system described.
前記発散状態変換素子は、前記第1の色の光の発散状態を大きくし、前記第1の色とは異なる色の光の発散状態を変化させないまたは前記第1の色の光に対して生じさせた変化よりも小さい変化を生じさせる
請求項10または請求項11に記載の照明光学系。
The divergence state conversion element increases a divergence state of the light of the first color and does not change a divergence state of light of a color different from the first color or occurs with respect to the light of the first color. The illumination optical system according to claim 10 or 11, wherein a change smaller than the changed change is generated.
前記光源からの光の波長帯が、青色波長帯である
請求項1から請求項12のうちのいずれか1項に記載の照明光学系。
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 12, wherein a wavelength band of light from the light source is a blue wavelength band.
光源と、
請求項1から請求項13のうちのいずれか1項に記載の照明光学系と、
前記照明光学系から出射される光を変調する変調素子と、
前記変調素子によって変調された光を外部に投影させる投影光学系とを備えた
ことを特徴とする投影装置。
A light source;
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 13,
A modulation element for modulating light emitted from the illumination optical system;
And a projection optical system that projects the light modulated by the modulation element to the outside.
反射型の素子であって、
入射光を反射する際に、出射光の光路が入射光の光路の少なくとも一部と異なる方向に出射されるように入射光を偏向させて出射させ、
25°以下の角度範囲に入射角度を有する入射光が入射された場合に、当該素子からの出射光が、入射光の最大入射角度以上であって75°以下の角度範囲に出射される
ことを特徴とする偏向素子。
A reflective element,
When reflecting incident light, the incident light is deflected and emitted so that the optical path of the emitted light is emitted in a direction different from at least a part of the optical path of the incident light,
When incident light having an incident angle in an angle range of 25 ° or less is incident, the emitted light from the element is emitted in an angle range of not less than the maximum incident angle of the incident light and not more than 75 °. A characteristic deflection element.
反射型の素子であって、
入射光に対して0.7πから1.3πの位相差を与えるとともに、拡散させて出射させ、
出射光の偏光比率が0.8以上であるとともに、平行光が入射した場合に、出射光の中心輝度の半値となる角度γの値が1°以上、60°以下となる素子である
ことを特徴とする偏光非解消拡散素子。
A reflective element,
While giving a phase difference of 0.7π to 1.3π with respect to the incident light, it is diffused and emitted,
It is an element in which the polarization ratio of the emitted light is 0.8 or more, and when the parallel light is incident, the value of the angle γ that is a half value of the central luminance of the emitted light is 1 ° or more and 60 ° or less. A non-polarization diffusing element characterized.
光の発散角度が異なる波長λおよびλの2つの波長帯の光を含む少なくとも2つの波長帯の光が同一の面に入射された場合に、少なくとも前記波長λの光の発散角度と前記波長λの光の発散角度の違いが小さくなるように、前記波長λの光に比べて発散角度が小さい前記波長λの光に対してその発散状態を変化させる
ことを特徴とする波長選択発散状態変換素子。
When light of at least two wavelength bands including light of two wavelength bands of wavelengths λ 1 and λ 2 having different light divergence angles is incident on the same surface, at least the divergence angle of the light of the wavelength λ 1 The divergence state of the light having the wavelength λ 1 having a smaller divergence angle than that of the light having the wavelength λ 2 is changed so that a difference in the divergence angle of the light having the wavelength λ 2 is reduced. Wavelength selective divergence state conversion element.
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