JP6812716B2 - 照明装置及びプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及びプロジェクターに関するものである。

近年、プロジェクターにおいて、蛍光を利用した光源装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。実施の形態６に示されたプロジェクターにおいて、蛍光体層で反射した青色光はダイクロイックミラーによりレンズインテグレータに向けて反射され、レンズインテグレータによって複数の小光線束に分割される。複数の小光線束は偏光変換素子に入射する。偏光変換素子は、各々が偏光分離素子、反射膜及び位相差素子を備えた複数の偏光変換部を備えている。

特開２０１２−１０８４８６号公報

蛍光体層から射出された蛍光は非偏光であるため、偏光変換素子から射出された蛍光は、偏光分離素子で反射される光路を進んだ成分と偏光分離素子を透過する光路を進んだ成分とを同じ割合で含んでいる。一方、青色光は直線偏光であるため、偏光変換素子から射出された青色光は、それらの光路のうち一方からの光しか含んでいない。そのため、スクリーンへ投写された青色光の強度分布はスクリーンへ投写された蛍光の強度分布とは異なり、スクリーンへ投写された画像に色ムラが生じるといった問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、簡便な構成で色ムラを低減できる照明装置を提供することを目的の一つとする。また、このような光源装置を備えることで色ムラを低減したプロジェクターを提供することを目的の一つとする。

本発明の第１態様に従えば、第１の波長帯の第１の光を射出する光源装置と、前記第１の光に対する偏光分離機能を有するダイクロイック膜と、第１の位相差素子と、を備え、前記光源装置から射出された前記第１の光のうちの第１の成分が前記ダイクロイック膜と前記第１の位相差素子とをこの順に透過するように構成された光学素子と、前記第１の位相差素子を透過した前記第１の成分が前記第１の位相差素子を透過して前記ダイクロイック膜で反射されるように、前記第１の成分を反射する反射素子と、前記ダイクロイック膜で反射された前記第１の成分の光路上に設けられ、複数のレンズを備えた光分割素子と、各々が偏光分離素子、反射膜及び第２の位相差素子を備えた複数の偏光変換部を備え、前記光分割素子によって生成された複数の光線束が各々対応する前記偏光変換部に入射するように設けられた偏光変換素子と、を備え、前記反射素子で反射された前記第１の成分は、前記第１の位相差素子を透過して前記ダイクロイック膜で反射された後、再び前記第１の位相差素子を透過することで前記光学素子から射出される照明装置が提供される。
また、第１の波長帯の第１の光を射出する光源装置と、前記第１の光に対する偏光分離機能を有するダイクロイック膜と、第１の位相差素子と、を備え、前記光源装置から射出された前記第１の光のうちの第１の成分が前記ダイクロイック膜と前記第１の位相差素子とをこの順に透過するように構成された光学素子と、前記第１の位相差素子を透過した前記第１の成分が前記第１の位相差素子を透過して前記ダイクロイック膜で反射されるように、前記第１の成分を反射する反射素子と、前記ダイクロイック膜で反射された前記第１の成分の光路上に設けられ、複数のレンズを備えた光分割素子と、各々が偏光分離素子、反射膜及び第２の位相差素子を備えた複数の偏光変換部を備え、前記光分割素子によって生成された複数の光線束が各々対応する前記偏光変換部に入射するように設けられた偏光変換素子と、を備え、前記第１の成分の前記第１の位相差素子に対する入射角は、０°よりも大きく、前記第１の位相差素子の光学軸は、前記第１の位相差素子の前記第１の成分が入射する面と平行である照明装置が提供される。

第１態様に係る照明装置において、反射素子で反射され、第１の位相差素子を透過した第１の成分は、ダイクロイック膜で反射される。ダイクロイック膜で反射された第１の成分は再度第１の位相差素子を透過することで円偏光又は楕円偏光に変換される。これにより、偏光変換部に対して円偏光又は楕円偏光が入射するので、偏光変換素子から射出された第１の成分は、偏光分離素子で反射された成分と偏光分離素子を透過した成分の両方を含んでいる。よって、本照明装置は色ムラが生じにくい照明光を射出することができる。

上記第１態様において、波長変換素子をさらに備え、前記第１の光は、前記波長変換素子によって前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の第２の光に変換される第２の成分をさらに含み、前記波長変換素子は、前記第２の成分が、前記ダイクロイック膜を透過又は反射して前記波長変換素子に入射し、かつ、前記波長変換素子が射出した前記第２の光が、前記ダイクロイック膜を反射または透過して前記光分割素子に入射するように構成されているのが好ましい。
この構成によれば、第１の光と第２の光とを合成した照明光を生成できる。

上記第１態様において、前記波長変換素子は前記反射素子を兼ねているのが好ましい。
この構成によれば、部品点数を減らすことができる。

上記第１態様において、前記第１の成分の前記第１の位相差素子に対する入射角は、０°よりも大きく、前記第１の位相差素子の光学軸は、前記第１の位相差素子の前記第１の成分が入射する面と平行であるのが好ましい。
この構成によれば、第１の位相差素子を容易に作ることができる。

上記第１態様において、前記第１の位相差素子は、透明基板と、該透明基板に設けられた位相差膜と、を含み、前記位相差膜は、無機材料からなるのが好ましい。
この構成によれば、無機材料からなる位相差膜を備えるので、簡便な構成により信頼性の高い位相差素子を提供できる。

上記第１態様において、前記第１の位相差素子は、複屈折性を有する基板であるのが好ましい。
この構成によれば、光学素子を構成する部品点数の増加を抑えることができる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様に係る照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。

第２態様に係るプロジェクターは前記光源装置を備えるので、色ムラが低減された画像を表示できる。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図。 照明装置の構成を示す図。 偏光変換素子の要部構成を示す図。 第１の位相差素子の光軸角度の測り方の説明図。 第１の位相差素子の光軸角度の測り方の説明図。 第２実施形態の光学素子の要部構成を示す断面図。 第３実施形態の照明装置の概略構成を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１実施形態）
まず、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成について説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー画像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６とを備えている。

色分離光学系３は、照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを概略備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過することによって、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの下段に配置されている。第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長いことに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。

また、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂは、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれを平行化する。

合成光学系５は、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。

投射光学系６は、投射レンズ群からなり、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー画像が表示される。

（照明装置）
続いて、本発明の一実施形態に係る照明装置２について説明する。
図２は照明装置２の構成を示す図である。図２に示すように、照明装置２は、光源装置２０と、光学素子２７と、第１のピックアップ光学系２８と、回転蛍光板２９と、第２のピックアップ光学系４１と、回転拡散板４２と、均一照明光学系４０とを備えている。

均一照明光学系４０は、インテグレーター光学系３５と、偏光変換素子３６と、重畳レンズ３７とを有する。

光源装置２０は、光源ユニット２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、位相差板２５とを含む。

光源装置２０と、光学素子２７と、第２のピックアップ光学系４１と、回転拡散板４２とは、光軸ＡＸ０上に配置されている。光学素子２７と、第１のピックアップ光学系２８と、回転蛍光板２９とは、光軸ＡＸ０と直交する光軸ＡＸ１上に配置されている。

光源ユニット２１は、固体光源としての複数の半導体レーザー２１ａを備える。複数の半導体レーザー２１ａは光軸ＡＸ０と直交する面内において、アレイ状に配置されている。半導体レーザー２１ａは、例えば青色の光線ＢＬ（例えばピーク波長が４４５ｎｍのレーザー光）を射出する。

コリメーター光学系２２は、複数のコリメーターレンズ２２ａを備える。各コリメーターレンズ２２ａは対応する半導体レーザー２１ａの光射出側に設けられ、対応する該半導体レーザー２１ａからの光を平行光束に変換する。

アフォーカル光学系２３は、例えば凸レンズ２３ａ，凹レンズ２３ｂから構成されている。アフォーカル光学系２３は、光源ユニット２１から射出された光線束Ｋ（複数の光線ＢＬ）の径を小さくする。

位相差板２５は、例えば回転可能とされた１／２波長板である。光源ユニット２１から射出された光線束Ｋは直線偏光である。そのため、回転角度を適切に設定した位相差板２５を透過した光は、光学素子２７に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光となる。本実施形態では、このような構成に基づき、位相差板２５を回転させることでＳ偏光成分とＰ偏光成分との比率を変化させることが可能となっている。

このような構成に基づき、光源装置２０は、Ｐ偏光の光線ＢＬｐとＳ偏光の光線ＢＬｓとを含む光線束Ｋを光学素子２７に向けて射出するようになっている。本実施形態において、光線束Ｋは特許請求の範囲に記載の「第１の波長帯の第１の光」に相当する。

光学素子２７は、第１の位相差素子２７ａと、第１の位相差素子２７ａの第１の面側に設けられたダイクロイック膜２７ｂと、第１の位相差素子２７ａの第１の面とは反対側の第２の面側に設けられた反射防止膜２７ｃとを有する。第１の面には、光源装置２０から射出された光線束Ｋが入射する。

本実施形態においては、第１の位相差素子２７ａの第１の面が光軸ＡＸ０および光軸ＡＸ１に対して４５°の角度をなすように配置される。すなわち、第１の位相差素子２７ａに対する光の入射角は０°よりも大きい。

第１の位相差素子２７ａは、例えば、複屈折性を有する基板で構成されている。複屈折性を有する材料としては、水晶またはサファイア等を用いることができる。本実施形態において、第１の位相差素子２７ａとして、例えば、厚さが０．５２３２ｍｍ、光学軸が第１の面と平行である水晶基板を用いた。このように光学軸が第１の面と平行な水晶基板を用いることで第１の位相差素子２７ａの製造が容易となる。

第１の位相差素子２７ａの光軸の方向（以下、光軸角度と称する）を適宜調整することで、光学素子２７から均一照明光学系４０に向けて射出される光の偏光状態を調整することができる。本実施形態では、第１の位相差素子２７ａの光軸角度を後述の４２°に設定した。

ここで、第１の位相差素子２７ａの光軸角度の測り方について図面を参照しつつ説明する。図４、５は第１の位相差素子２７ａの光軸角度の測り方を説明するための図である。図４，５においてはＸＹＺ座標系を用いて説明する。

はじめに、入射光に垂直な面を考える。図４において、第１の位相差素子２７ａに対する入射光の進行方向をＸ軸方向とすると、入射光に垂直な面はＹＺ面である。図５に示すように、ＹＺ面に斜影された第１の位相差素子２７ａの光学軸ｂ´と入射光の偏光方向ａ（Ｚ方向）とのなす角度θは、例えば、５７．５２°に設定される。

この場合、第１の位相差素子２７ａの面内において、入射光の進行方向と偏光方向とを含む面（ＸＺ面）と第１の位相差素子２７ａの光学軸とのなす角度（光軸角度）は４２°となる。

このような構成に基づき、第１の位相差素子２７ａを透過した光の偏光状態を変化させることが可能である。反射防止膜２７ｃは、回転拡散板４２からの光の界面反射を防止し、光学素子２７に光を効率良く取り込む。

ダイクロイック膜２７ｂは光線束Ｋに対する偏光分離機能を有する。ダイクロイック膜２７ｂは、光線束ＫのうちのＳ偏光成分を反射させ、光線束ＫのうちのＰ偏光成分を透過させる。Ｓ偏光成分は、ダイクロイック膜２７ｂで反射して回転蛍光板２９に向かう。Ｐ偏光成分は、ダイクロイック膜２７ｂを透過して回転拡散板４２に向かう。

具体的に、ダイクロイック膜２７ｂで反射されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１のピックアップ光学系２８に入射する。第１のピックアップ光学系２８は、例えば第１のピックアップレンズ２８ａ，第２のピックアップレンズ２８ｂから構成されている。
本実施形態において、光線ＢＬｓは特許請求の範囲の「第２の成分」に相当する。

第１のピックアップ光学系２８は、回転蛍光板２９の蛍光体層３３に光線ＢＬｓを集光する。回転蛍光板２９は、円板３０と、円板３０上にリング状に形成された蛍光体層３３と、円板３０を回転させるモーター３１と、蛍光体層３３と円板３０との間に設けられた反射層３２とを有している。円板３０は放熱性に優れた金属部材から構成される。

蛍光体層３３は、励起光としての光線ＢＬｓを黄色の蛍光ＹＬに変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよく、２種以上の材料を用いてもよい。
本実施形態において、蛍光体層３３は特許請求の範囲に記載の「波長変換素子」に相当し、蛍光ＹＬは特許請求の範囲に記載の「第２の波長帯の第２の光」に相当する。

反射層３２は、蛍光体層３３から円板３０側に向けて射出された蛍光ＹＬを第１のピックアップ光学系２８側に向けて反射する。このような構成に基づき、蛍光体層３３で生成された蛍光ＹＬは、円板３０と反対側に向けて回転蛍光板２９から射出される。

蛍光ＹＬは、第１のピックアップ光学系２８により平行化された後、光学素子２７に入射する。蛍光ＹＬは光学素子２７（ダイクロイック膜２７ｂ、第１の位相差素子２７ａ及び反射防止膜２７ｃ）を透過し、均一照明光学系４０に入射する。

一方、Ｐ偏光の光線ＢＬｐは、ダイクロイック膜２７ｂ、第１の位相差素子２７ａ及び反射防止膜２７ｃをこの順に透過する。本実施形態において、光線ＢＬｐは特許請求の範囲の「第１の光のうちの第１の成分」に相当する。

光線ＢＬｐは第１の位相差素子２７ａを透過することによって円偏光の光線ＢＬｃ１に変換される。以下、光線ＢＬｃ１が右回り円偏光であるとして説明する。光線ＢＬｃ１は第２のピックアップ光学系４１に入射する。第２のピックアップ光学系４１は、例えば第１のピックアップレンズ４１ａ，第２のピックアップレンズ４１ｂから構成されている。

第２のピックアップ光学系４１は回転拡散板４２に光線ＢＬｃ１を集光する。回転拡散板４２は、第２のピックアップ光学系４１から射出された光線ＢＬｃ１を光学素子２７に向けて拡散反射させる。回転拡散板４２は、右回り円偏光の光線ＢＬｃ１を左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２として反射する。

回転拡散板４２は、拡散反射板４３と、拡散反射板４３を回転させるためのモーター４４と、を備えている。拡散反射板４３は、例えば光反射性を持つ部材の表面に凹凸からなる拡散構造４３ａを形成することで形成される。拡散反射板４３は、回転軸の方向から見て例えば円形に形成されている。本実施形態において、回転拡散板４２は特許請求の範囲に記載の「反射素子」に相当する。

本実施形態によれば、回転拡散板４２による拡散反射光を青色光ＬＢとして利用するため、レーザー光からなる青色光ＬＢによって生じるスペックルを低減することができる。

回転拡散板４２により反射された左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２は、第２のピックアップ光学系４１を介して再び光学素子２７に入射する。青色光ＢＬｃ２は反射防止膜２７ｃ及び第１の位相差素子２７ａをこの順に透過する。左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２は第１の位相差素子２７ａを透過することでＳ偏光の青色光ＢＬｓ１に変換される。

Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ１はダイクロイック膜２７ｂで反射され、第１の位相差素子２７ａを透過し、青色光ＢＬ１として光学素子２７から均一照明光学系４０に向けて射出される。青色光ＢＬ１は第１の位相差素子２７ａを透過する過程で右回り円偏光に変換される。なお、反射防止膜２７ｃは光の偏光状態に影響を及ぼさない。すなわち、光学素子２７から射出された青色光ＢＬ１は、右回り円偏光である。

青色光ＢＬ１と蛍光ＹＬとが合成されることで白色の照明光ＷＬが生成され、照明光ＷＬはインテグレーター光学系３５へと入射する。

インテグレーター光学系３５は、例えば、レンズアレイ３５ａ，レンズアレイ３５ｂから構成されている。レンズアレイ３５ａ，３５ｂは、複数の小レンズがアレイ状に配列されたものからなる。インテグレーター光学系３５は照明光ＷＬを複数の光線束に分割する。本実施形態において、インテグレーター光学系３５は特許請求の範囲の「光分割素子」に相当する。

インテグレーター光学系３５を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３６に入射する。図３は偏光変換素子３６の要部構成を示す図である。

図３に示すように、偏光変換素子３６は、偏光分離膜（偏光分離素子）３６ａと、反射膜３６ｂと、１／２波長板（第２の位相差素子）３６ｃと、透光性基材３６ｄとから構成された複数の偏光変換部３６Ａを備えている。偏光変換部３６Ａは、光入射面５０と、光射出面５１とを有する。光射出面５１は第１射出領域５１ａと第２射出領域５１ｂとを含む。１／２波長板３６ｃは第１射出領域５１ａのみに設けられている。

本実施形態において、インテグレーター光学系３５により分割された各光線束は、偏光変換部３６Ａの光入射面５０の光入射領域に入射する。光入射領域とは、光入射面５０の面法線と平行な方向から見たとき、偏光分離膜３６ａと重なっている領域である。

本実施形態において、照明光ＷＬは無偏光の蛍光ＹＬと円偏光の青色光ＢＬ１とを含む。そのため、蛍光ＹＬ及び青色光ＢＬ１は偏光変換部３６Ａの偏光分離膜３６ａに対するＰ偏光成分及びＳ偏光成分のいずれも含む。

以下、青色光ＢＬ１を例に挙げて説明するが、蛍光ＹＬについても同様である。
光入射面５０の光入射領域に入射した青色光ＢＬ１に含まれるＳ偏光成分の光ＢＬ１ｓは偏光分離膜３６ａ及び反射膜３６ｂで反射されることで、第２射出領域５１ｂからＳ偏光のまま射出される。
また、光入射領域に入射した青色光ＢＬ１に含まれるＰ偏光成分の光ＢＬ１ｐは偏光分離膜３６ａを透過し、第１射出領域５１ａに設けられた１／２波長板３６ｃによりＳ偏光成分の光ＢＬ１ｓ’として射出される。

蛍光ＹＬは非偏光であるため、偏光分離膜３６ａで反射された成分と、偏光分離膜３６ａを透過した成分との比は１である。青色光ＢＬ１に関しては、青色光ＢＬ１は円偏光であるため、偏光変換素子３６から射出された光、すなわち第１の成分は、偏光分離膜３６ａで反射された成分（光ＢＬ１ｓ）と、偏光分離膜３６ａを透過した成分（光ＢＬ１ｓ’）との両方を含んでいる。よって、本実施形態の照明装置２は投写された画像における色ムラが生じにくい照明光ＷＬを射出することができる。

本実施形態のように、青色光ＢＬ１を円偏光として、光ＢＬ１ｓの強度と光ＢＬ１ｓ’の強度との比を１にした場合、色ムラの低減効果は最大である。なお、光ＢＬ１ｓの強度と光ＢＬ１ｓ’の強度との比は、青色光ＢＬ１の偏光状態の楕円率によって決まる。

偏光変換素子３６を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３７に入射する。重畳レンズ３７はインテグレーター光学系３５と協同して、被照明領域における照明光ＷＬによる照度の分布を均一化する。

これに対し、従来技術の構成のように、回転拡散板４２からの拡散光を直線偏光として偏光変換素子３６に入射させた場合、該拡散光は各偏光変換部３６Ａにおいて第１射出領域５１ａと第２射出領域５１ｂのうち一方からしか射出されない。そのため、被照明領域において青色光による照度ムラが発生し、その結果、投写された画像において色ムラが発生する。

本実施形態の照明装置２によれば、円偏光の青色光ＢＬ１が偏光変換素子３６に入射するので、被照明領域における青色光による照度ムラが従来技術の場合よりも低減される。よって、色ムラが低減された画像を形成する照明光ＷＬが得られる。また、一つの光学素子２７によって照度ムラを低減するため、照明装置２の部品点数の増加を抑えることができる。
また、本実施形態のプロジェクター１によれば、色ムラを低減した品質の高い画像を表示することができる。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは照明装置における光学素子の構成である。そのため、以下では、第１実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細の説明については省略若しくは簡略化する。

図６は本実施形態の光学素子１２７の要部構成を示す図である。なお、図６には、回転蛍光板２９、回転拡散板４２及び均一照明光学系４０を簡略化して図示した。
図６に示すように、本実施形態の光学素子１２７は、第１の位相差素子１２７ａと、ダイクロイック膜２７ｂとを有する。第１の位相差素子１２７ａは、透明基板１２８と、透明基板１２８に設けられた位相差膜１２９とを含む。透明基板１２８としては例えばガラス基板が用いられる。位相差膜１２９の材料としては有機或いは無機のいずれを用いても良いが、耐熱性に優れた無機材料を用いる方が信頼性の点で好ましい。無機材料からなる位相差膜１２９としては、例えば、ＳｉＯ_２やＴａＯ_５等の斜方蒸着膜を用いることができる。

ダイクロイック膜２７ｂは、第１の位相差素子１２７ａの光源装置２０からの光が入射する側に設けられ、光線束Ｋに対する偏光分離機能を有する。ダイクロイック膜２７ｂで反射されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１実施形態と同様、第１のピックアップ光学系２８を介して回転蛍光板２９の蛍光体層３３に入射し、蛍光ＹＬを生成する。蛍光ＹＬは光学素子１２７を透過し、均一照明光学系４０に入射する。

一方、Ｐ偏光の光線ＢＬｐは、ダイクロイック膜２７ｂ及び第１の位相差素子１２７ａをこの順に透過する。光線ＢＬｐは位相差膜１２９を透過することによって右回り円偏光の光線ＢＬｃ１に変換される。光線ＢＬｃ１は第２のピックアップ光学系４１を介して回転拡散板４２に入射する。右回り円偏光の光線ＢＬｃ１は回転拡散板４２により、左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２として反射される。

左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２は再び光学素子１２７に入射する。このとき、左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２は位相差膜１２９を透過することでＳ偏光の青色光ＢＬｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ１はダイクロイック膜２７ｂで反射され、位相差膜１２９を透過することで右回り円偏光に変換される。すなわち、光学素子１２７は、右回り円偏光の青色光ＢＬ１を射出する。

青色光ＢＬ１と蛍光ＹＬとが合成されることで白色の照明光ＷＬが生成され、照明光ＷＬは均一照明光学系４０に入射する。

本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは照明装置の構成である。そのため、以下では、第１実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細の説明については省略若しくは簡略化する。

図７は本実施形態の照明装置８０の構成を示す図である。図７に示すように、照明装置８０は、光源装置６０と、光学素子２７と、ピックアップ光学系４１と、回転蛍光板２９と、均一照明光学系４０とを備えている。

光源装置６０は、光源ユニット２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３とを含む。本実施形態において、光源ユニット２１は、光学素子２７に対してＰ偏光となる光線束Ｋ（複数の光線ＢＬ）を射出する。

Ｐ偏光成分からなる光線束Ｋ（以下、入射光Ｌ１と称す）はダイクロイック膜２７ｂ及び第１の位相差素子２７ａをこの順に透過する。

入射光Ｌ１は、第１の位相差素子２７ａを透過することによって右回り円偏光の光ＢＬｃ３に変換される。光ＢＬｃ３はピックアップ光学系４１に入射する。

ピックアップ光学系６１は回転蛍光板２９の蛍光体層３３に光ＢＬｃ３を集光する。蛍光体層３３は、光ＢＬｃ３の一部を黄色の蛍光ＹＬに変換して射出する。また、光ＢＬｃ３の他の一部は蛍光ＹＬに変換されることなく、回転蛍光板２９から光学素子２７に向けて左回り円偏光の青色光ＢＬｃ４として反射される。

青色光ＢＬｃ４としては、例えば、蛍光体層３３内に含まれる気孔による反射光、或いは、反射層３２による反射光を例示できる。蛍光体層３３の表面に微小な凹凸からなる拡散構造を設けることで光ＢＬｃ３の一部を反射することで上記青色光ＢＬｃ４を生成してもよい。青色光ＢＬｃ４は特許請求の範囲に記載の「第１の光のうちの第１の成分」に相当する。光ＢＬｃ３のうち蛍光ＹＬに変換される成分は特許請求の範囲に記載の「第２の光に変換される第２の成分」に相当する。また、蛍光体層３３内に含まれる気孔、反射層３２或いは蛍光体層３３の表面は特許請求の範囲に記載の「反射素子」に相当する。このように蛍光体層３３が反射素子を兼ねる構成を採用することで部品点数を低減できる。

青色光ＢＬｃ４は、ピックアップ光学系４１を介して再び光学素子２７に入射する。左回り円偏光の青色光ＢＬｃ４は第１の位相差素子２７ａを透過することでＳ偏光の青色光ＢＬｓ２に変換される。

Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ２はダイクロイック膜２７ｂで反射され、第１の位相差素子２７ａを透過し、青色光ＢＬ２として光学素子２７から均一照明光学系４０に向けて射出される。青色光ＢＬ２は第１の位相差素子２７ａを透過する過程で右回り円偏光に変換されている。すなわち、光学素子２７から射出された青色光ＢＬ２は、右回り円偏光である。

青色光ＢＬ２と蛍光ＹＬとが合成されることで白色の照明光ＷＬ１が生成され、照明光ＷＬ１はインテグレーター光学系３５に入射する。

本実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が得られる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記各実施形態では、青色光ＢＬ１が右回り円偏光となるように第１の位相差素子を構成したが、本発明はこれに限定されない。青色光ＢＬ１が左回り円偏光となるように第１の位相差素子を構成してもよい。また、青色光ＢＬ１が右回り、または左回りの楕円偏光となるように第１の位相差素子を構成してもよい。

また、第２実施形態の光学素子１２７は、ダイクロイック膜２７ｂと位相差膜１２９とが透明基板１２８を挟むように構成されていたが、本発明はこれに限定されない。光学素子１２７は、ダイクロイック膜２７ｂと透明基板１２８とが位相差膜１２９を挟むように構成されていてもよい。要は、光線ＢＬｐがダイクロイック膜２７ｂと位相差膜１２９とをこの順に透過すればよい。

また、上記実施形態では、第１の位相差素子２７ａとして基板面に平行な光学軸を有する水晶基板を例示したが、本発明はこれに限定されず、光学軸は基板面から傾いていてもよい。大きな角度で入射する光線に対しても良好に位相差を付与することで偏光状態を変化させることができる。

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

上記実施形態では本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。例えば照明器具に用いた場合、被照明物の色の見え方にムラが生じにくい。

１…プロジェクター、２…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、
２０…光源装置、２５…位相差板、２７…光学素子、２７ａ…第１の位相差素子、２７ｂ…ダイクロイック膜、３２…反射層（反射素子）、３３…蛍光体層（波長変換素子）、３５…インテグレーター光学系（光分割素子）、３６…偏光変換素子、３６Ａ…偏光変換部、３６ａ…偏光分離膜（偏光分離素子）、３６ｂ…反射膜、３６ｃ…波長板（第２の位相差素子）、４２…回転拡散板（反射素子）、６０…光源装置、８０…照明装置、１２７…光学素子、１２７ａ…第１の位相差素子、１２８…透明基板、１２９…位相差膜（第１の位相差素子）、ｂ…光学軸、Ｋ…光線束（第１の波長帯の第１の光）、ＢＬｓ…光線（第２の成分）、ＹＬ…蛍光（第２の波長帯の第２の光）、ＢＬｐ…光線（第１の光のうちの第１の成分）、ＢＬｃ４…青色光（第１の光のうちの第１の成分）。

Claims (8)

1. 第１の波長帯の第１の光を射出する光源装置と、
   前記第１の光に対する偏光分離機能を有するダイクロイック膜と、第１の位相差素子と、を備え、前記光源装置から射出された前記第１の光のうちの第１の成分が前記ダイクロイック膜と前記第１の位相差素子とをこの順に透過するように構成された光学素子と、
   前記第１の位相差素子を透過した前記第１の成分が前記第１の位相差素子を透過して前記ダイクロイック膜で反射されるように、前記第１の成分を反射する反射素子と、
   前記ダイクロイック膜で反射された前記第１の成分の光路上に設けられ、複数のレンズを備えた光分割素子と、
   各々が偏光分離素子、反射膜及び第２の位相差素子を備えた複数の偏光変換部を備え、前記光分割素子によって生成された複数の光線束が各々対応する前記偏光変換部に入射するように設けられた偏光変換素子と、を備え、
   前記反射素子で反射された前記第１の成分は、前記第１の位相差素子を透過して前記ダイクロイック膜で反射された後、再び前記第１の位相差素子を透過することで前記光学素子から射出される
   照明装置。
2. 波長変換素子をさらに備え、
   前記第１の光は、前記波長変換素子によって前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の第２の光に変換される第２の成分をさらに含み、
   前記波長変換素子は、前記第２の成分が、前記ダイクロイック膜を透過又は反射して前記波長変換素子に入射し、かつ、前記波長変換素子が射出した前記第２の光が、前記ダイクロイック膜を反射または透過して前記光分割素子に入射するように構成されている
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記波長変換素子は前記反射素子を兼ねている
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第１の成分の前記第１の位相差素子に対する入射角は、０°よりも大きく、
   前記第１の位相差素子の光学軸は、前記第１の位相差素子の前記第１の成分が入射する面と平行である
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記第１の位相差素子は、透明基板と、該透明基板に設けられた位相差膜と、を含み、
   前記位相差膜は、無機材料からなる
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記第１の位相差素子は、複屈折性を有する基板である
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置と、
   前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
   前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
   プロジェクター。
8. 第１の波長帯の第１の光を射出する光源装置と、
   前記第１の光に対する偏光分離機能を有するダイクロイック膜と、第１の位相差素子と、を備え、前記光源装置から射出された前記第１の光のうちの第１の成分が前記ダイクロイック膜と前記第１の位相差素子とをこの順に透過するように構成された光学素子と、
   前記第１の位相差素子を透過した前記第１の成分が前記第１の位相差素子を透過して前記ダイクロイック膜で反射されるように、前記第１の成分を反射する反射素子と、
   前記ダイクロイック膜で反射された前記第１の成分の光路上に設けられ、複数のレンズを備えた光分割素子と、
   各々が偏光分離素子、反射膜及び第２の位相差素子を備えた複数の偏光変換部を備え、前記光分割素子によって生成された複数の光線束が各々対応する前記偏光変換部に入射するように設けられた偏光変換素子と、を備え、
   前記第１の成分の前記第１の位相差素子に対する入射角は、０°よりも大きく、
   前記第１の位相差素子の光学軸は、前記第１の位相差素子の前記第１の成分が入射する面と平行である
   照明装置。

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