JP2022052993A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】偏光方向が揃えられた複数の色光を射出できる光源装置およびプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、第１光を射出する光源部と、第１光を偏光分離する第１偏光分離素子と、第１偏光方向の第１光を反射、第１偏光方向の第１光を透過する第２偏光分離素子と、第１偏光分離素子からの第１光を拡散させる拡散素子と、第２偏光分離素子から入射する第１光を波長変換して第２光を射出する波長変換素子と、平面領域と凹面領域とを有する光学素子と、を備える。第２偏光分離素子は、第１偏光方向の第２光を透過、第２偏光方向の第２光を反射する。光学素子は、第２偏光分離素子から入射される第２光を第３波長帯の第３光と第４波長帯の第４光とに分離し、第３光を透過、第４光を反射する。第１偏光分離素子は、拡散素子から射出される第１光を透過、第２偏光分離素子から入射される第３光を反射する。【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

光源から射出された光を変調して画像情報に基づく画像光を生成し、生成された画像光を投射するプロジェクターが知られている。下記の特許文献１に、光源と、複数のダイクロイックミラーと、マイクロレンズアレイを有する液晶表示素子と、投射レンズと、を備えた投射型カラー画像表示装置が開示されている。投射型カラー画像表示装置は、光源から射出された白色光を互いに異なる色の複数の色光に分離し、分離された複数の色光のそれぞれを１つの液晶表示素子内の異なるサブ画素に入射させることによってカラー表示を行う。

上記の投射型カラー画像表示装置においては、光源から射出される白色光の入射光軸に沿って、赤色反射ダイクロイックミラー、緑色反射ダイクロイックミラー、および青色反射ダイクロイックミラーが互いに非平行な状態で配置されている。光源から射出された白色光は、上記のダイクロイックミラーを通過することにより、進行方向が互いに異なる赤色光、緑色光、および青色光に分離される。赤色光、緑色光、および青色光は、光変調素子の入射側に設けられたマイクロレンズによって空間的に分離された状態で、光変調素子の赤色サブ画素、緑色サブ画素、および青色サブ画素にそれぞれ入射される。

特開平４－６０５３８号公報

特許文献１の投射型カラー画像表示装置では、白色光源としてハロゲンランプ、キセノンランプ等のランプ光源が採用され、光変調素子として液晶表示素子が採用されている。ランプ光源から射出される光は非偏光であるが、光変調素子として液晶表示素子を用いる場合、液晶表示素子に入射される光は特定の偏光方向を有する直線偏光である必要がある。これに対し、液晶表示素子を均一に照明する手段として、白色光源から液晶表示素子までの間に、入射光を複数の部分光束に分割する一対のマルチレンズアレイと、複数の部分光束の偏光方向を揃える偏光変換素子と、を設けることが考えられる。この場合、光の入射方向に交差する方向に沿って交互に配列される複数の偏光分離層および複数の反射層と、偏光分離層を透過した光の光路、または、反射層で反射された光の光路のいずれかに設けられる位相差層と、を備える偏光変換素子がよく用いられる。

しかしながら、近年の小型化の要求に応じて、上記の投射型カラー画像表示装置を小型化する場合、偏光分離層と反射層との間のピッチが狭い偏光変換素子を製造することが難しい。このため、この種の偏光変換素子を備える光源装置の小型化、ひいては、光源装置を備えるプロジェクターの小型化が困難である。このような課題から、ピッチが狭い偏光変換素子を用いることなく、偏光方向が揃えられた複数の色光を射出できる光源装置の提供が求められている。

上記の課題を解決するために、本発明の１つの態様によれば、第１波長帯を有し、第１偏光方向に偏光する光と前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に偏光する光とを含む第１光を射出する光源部と、前記光源部から第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向に透過し、前記第２偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向と交差する第２方向に反射する第１偏光分離素子と、前記第１偏光分離素子に対して前記第１方向に配置され、前記第１偏光分離素子から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を前記第２方向に反射する第２偏光分離素子と、前記第１偏光分離素子に対して前記第２方向に配置され、前記第１偏光分離素子から前記第２方向に沿って入射される前記第２偏光方向に偏光する前記第１光を拡散させ、拡散した前記第１光を前記第２方向とは反対方向である第３方向に射出する拡散素子と、前記第２偏光分離素子に対して前記第２方向に配置され、前記第２偏光分離素子から前記第２方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を波長変換し、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する第２光を前記第３方向に射出する波長変換素子と、前記第１偏光分離素子と前記第２偏光分離素子との間に設けられ、平面領域と凹面領域とを有する光学素子と、を備え、前記第２偏光分離素子は、前記波長変換素子から前記第３方向に沿って前記第２光が入射され、前記第１偏光方向に偏光する前記第２光を前記第３方向に透過し、前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を前記第１方向とは反対方向である第４方向に反射し、前記光学素子は、前記第２偏光分離素子から前記第４方向に沿って入射される前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を、前記第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第３光と、前記第２波長帯および前記第３波長帯とは異なる第４波長帯を有する第４光とに分離し、前記第３光を前記第４方向に透過し、前記第４光を前記第１方向に反射し、前記第１偏光分離素子は、前記拡散素子から前記第３方向に沿って射出される前記第１光を透過し、前記第２偏光分離素子から前記第４方向に沿って入射される前記第３光を前記第３方向に反射する光源装置が提供される。

本発明の１つの態様によれば、本発明の１つの態様の光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備えるプロジェクターが提供される。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の光源装置の斜視図である。 ＋Ｙ方向から見た光源装置の平面図である。 光学素子の構成を示す断面図である。 比較例の光学素子の構成を示す断面図である。 比較例のシミュレーション結果を示す図である。 第１実施形態のシミュレーション結果を示す図である。 光学素子を透過する青色光および緑色光の状態を示した図である。 波長変換素子に入射する赤色光の偏光状態を示す模式図である。 ライトトンネルの構成を示す斜視図である。 ライトトンネルを－Ｘ方向から＋Ｘ方向に視た側面図である。 －Ｘ方向から見た光源装置の側面図である。 ＋Ｘ方向から見た光源装置の側面図である。 第１マルチレンズにおける各色光の入射位置を示す模式図である。 光変調装置の拡大図である。 第２実施形態の光学素子の構成を示す断面図である。 第２実施形態のシミュレーション結果を示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１～図１５を用いて説明する。
図１は、本実施形態のプロジェクター１の概略構成図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

本実施形態に係るプロジェクター１は、光源装置２から射出された光を変調して画像情報に応じた画像を形成し、形成された画像をスクリーン等の被投射面上に拡大して投射する。換言すると、プロジェクター１は、光源装置２から射出された光を１つの液晶パネル６１を含む１つの光変調装置６により変調して画像を形成し、形成された画像を投射する。プロジェクター１は、いわゆる、単板方式のプロジェクターである。

図１に示すように、プロジェクター１は、光源装置２と、均一化装置４と、フィールドレンズ５と、光変調装置６と、投射光学装置７と、を備える。光源装置２、均一化装置４、フィールドレンズ５、光変調装置６、および投射光学装置７は、照明光軸Ａｘに沿う所定の位置に配置されている。照明光軸Ａｘは、光源装置２から射出される光Ｌの主光線の進行方向に沿う軸と定義する。

光源装置２および均一化装置４の構成については、後で詳しく説明する。
フィールドレンズ５は、均一化装置４と光変調装置６との間に配置されている。フィールドレンズ５は、均一化装置４から射出される光Ｌを平行化し、光変調装置６に導く。

投射光学装置７は、光変調装置６によって変調された光、すなわち、画像を形成する光をスクリーンなどの被投射面（図示略）上に投射する。投射光学装置７は、単数または複数の投射レンズを有する。

以下の説明においては、照明光軸Ａｘに沿って光源装置２から射出された光の進行方向に平行な軸をＺ軸とし、光の進行方向を＋Ｚ方向とする。また、Ｚ軸にそれぞれ直交し、かつ、互いに直交する２つの軸をＸ軸およびＹ軸とする。これらの軸に沿う方向のうち、プロジェクター１を設置した空間における鉛直方向上方を＋Ｙ方向とする。また、＋Ｙ方向が鉛直方向上方を向くように、＋Ｚ方向に沿って光が入射される対象物を見た場合の水平方向右方を＋Ｘ方向とする。図示を省略するが、＋Ｘ方向の反対方向を－Ｘ方向とし、＋Ｙ方向の反対方向を－Ｙ方向とし、＋Ｚ方向の反対方向を－Ｚ方向とする。
本実施形態の＋Ｘ方向は特許請求の範囲の第１方向に対応し、本実施形態の－Ｚ方向は特許請求の範囲の第２方向に対応する。また、本実施形態の＋Ｚ方向は特許請求の範囲の第３方向に対応し、本実施形態の－Ｘ方向は特許請求の範囲の第４方向に対応する。

［光源装置の構成］
図２は、本実施形態の光源装置２の斜視図である。図３は、＋Ｙ方向から見た光源装置２の平面図である。
図２および図３に示すように、光源装置２は、光変調装置６を照明する光Ｌを、照明光軸Ａｘに平行な方向、すなわち＋Ｚ方向に射出する。光源装置２が射出する光Ｌは、偏光方向が揃った直線偏光であり、空間的に分離された複数の色光を含む。本実施形態では、光源装置２が射出する光Ｌは、それぞれがＰ偏光からなる４本の光束で構成される。４本の光束は、緑色光ＧＬｓ、青色光ＢＬｓ１、赤色光ＲＬｓ５および緑色光ＧＬｓ１である。

光源装置２は、光源部２１と、第１光学部材２２と、第２光学部材２３と、第１集光素子２５と、拡散装置２６と、第２集光素子２７と、波長変換素子２８と、第３位相差素子３５と、第１色分離素子２９と、第２色分離素子３３と、光学素子３１と、第１位相差素子３７と、第３位相差素子３５と、第４位相差素子３６と、第５位相差素子３８と、ライトトンネル４０と、を有する。

なお、本実施形態のＰ偏光成分は特許請求の範囲の第１偏光方向に偏光する光に相当し、Ｓ偏光成分は特許請求の範囲の第２偏光方向に偏光する光に相当する。また、後述するように、第１光学部材２２および第２光学部材２３と、第１色分離素子２９および第２色分離素子３３とでは、偏光成分または色光を分離する膜の向きが異なっている。したがって、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分という表記は、第１光学部材２２および第２光学部材２３に対する偏光方向で表しており、第１色分離素子２９および第２色分離素子３３に対する偏光方向では逆になる。すなわち、第１光学部材２２および第２光学部材２３に対するＰ偏光成分は、第１色分離素子２９および第２色分離素子３３に対するＳ偏光成分であり、第１光学部材２２および第２光学部材２３に対するＳ偏光成分は、第１色分離素子２９および第２色分離素子３３に対するＰ偏光成分である。ただし、説明を混乱させないため、以下では、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分を、第１光学部材２２および第２光学部材２３に対する偏光方向として表記する。

［光源部の構成］
光源部２１は、＋Ｘ方向に沿って第１光学部材２２に入射される青色光ＢＬｓを射出する。光源部２１は、複数の発光素子２１１と、複数のコリメーターレンズ２１２と、回転位相差装置２１３と、を有する。発光素子２１１は、青色光線Ｂを射出する固体光源で構成されている。具体的には、発光素子２１１は、Ｓ偏光の青色光線Ｂを射出する半導体レーザーで構成されている。青色光線Ｂは、例えば４４０～４８０ｎｍの青色波長帯を有し、例えば４５０～４６０ｎｍの範囲内にピーク波長を有するレーザー光である。すなわち、各発光素子２１１は、青色波長帯を有する青色光線Ｂを射出する。本実施形態において、青色波長帯を有する青色光線Ｂは特許請求の範囲の第１波長帯の光に対応する。

本実施形態の場合、複数の発光素子２１１は、Ｚ軸に沿って配列されている。
本実施形態の光源部２１は２個の発光素子２１１を有しているが、発光素子２１１の数は限定されず、発光素子２１１の数は１個であってもよい。また、複数の発光素子２１１の配置も限定されない。また、発光素子２１１は、Ｓ偏光成分の青色光線Ｂを射出するように配置されているが、回転位相差装置２１３によってＳ偏光とＰ偏光の光量比が任意に設定できるため、Ｐ偏光成分の青色光を射出するように配置されていてもよい。すなわち、発光素子２１１は、射出光軸を中心として９０°回転していてもよい。

複数のコリメーターレンズ２１２は、複数の発光素子２１１と回転位相差装置２１３との間に設けられている。１つのコリメーターレンズ２１２は、１つの発光素子２１１に対応して設けられている。コリメーターレンズ２１２は、発光素子２１１から射出された光を平行化する。

回転位相差装置２１３は、第２位相差素子２１３１と、回転装置２１３２と、を有する。第２位相差素子２１３１は、第２位相差素子２１３１に入射する光の進行方向に沿う回転軸、すなわち、Ｘ軸と平行な回転軸Ｒ２を中心として回転可能とされている。回転装置２１３２は、モーター等から構成され、第２位相差素子２１３１を回転させる。

第２位相差素子２１３１は、青色波長帯に対する１／２波長板または１／４波長板で構成されている。第２位相差素子２１３１に入射されたＳ偏光成分の青色光線Ｂの一部は、第２位相差素子２１３１によってＰ偏光成分の青色光ＢＬｐに変換される。このため、第２位相差素子２１３１を透過した青色光線Ｂは、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓと、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐと、が所定の割合で混在した光となる。すなわち、第２位相差素子２１３１は、発光素子２１１から射出される青色光線Ｂが入射され、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓとＰ偏光成分の青色光ＢＬｐとを含む第１光ＢＬを射出する。

回転装置２１３２によって第２位相差素子２１３１の回転角が調整されることにより、第２位相差素子２１３１を透過した光に含まれるＳ偏光成分の青色光ＢＬｓの光量とＰ偏光成分の青色光ＢＬｐの光量との割合が調整される。なお、青色光ＢＬｓの光量と青色光ＢＬｐの光量との割合を調整する必要がない場合には、第２位相差素子２１３１を回転させる回転装置２１３２は設けられていなくてもよい。その場合には、青色光ＢＬｓの光量と青色光ＢＬｐの光量との割合が予め設定された光量の割合になるように、第２位相差素子２１３１の回転角が設定された後、第２位相差素子２１３１の回転位置が固定される。

このようにして、本実施形態の光源部２１は、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓとＰ偏光成分の青色光ＢＬｐとを含む青色波長帯を有する第１光ＢＬを射出する。本実施形態において、青色波長帯を有する第１光ＢＬは特許請求の範囲の第１波長帯を有する第１光に対応する。また、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐは特許請求の範囲の第１偏光方向に偏光する光に対応し、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓは特許請求の範囲の第２偏光方向に偏光する光に対応する。
なお、本実施形態では、複数の発光素子２１１の全てがＳ偏光成分の青色光ＢＬｓを射出する構成であるが、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓを射出する発光素子２１１と、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐを射出する発光素子２１１と、が混在していてもよい。この構成によれば、回転位相差装置２１３を省略することもできる。また、発光素子２１１は、半導体レーザーに代えて、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の他の固体光源から構成されていてもよい。

［第１光学部材の構成］
第１光学部材２２には、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓとＰ偏光成分の青色光ＢＬｐとを含む第１光ＢＬが、＋Ｘ方向に沿って入射される。第１光学部材２２は、プレート型の偏光分離素子で構成されている。第１光学部材２２は、第１透明基板２２０と、第１光学層２２１と、第２光学層２２２と、を有する。第１透明基板２２０は、互いに逆方向を向く第１面２２０ａおよび第２面２２０ｂを有する。第１透明基板２２０は、一般的な光学ガラス板から構成されている。本実施形態の第１光学部材２２は特許請求の範囲の第１偏光分離素子に対応する。

第１透明基板２２０は、Ｘ軸およびＺ軸に対して４５°傾斜するように配置される。言い換えると、第１透明基板２２０は、ＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。

第１透明基板２２０は、第１面２２０ａを光源部２１側に向けるように配置される。第１光学層２２１は第１透明基板２２０の第１面２２０ａに形成される。したがって、第１光学層２２１は光源部２１に対向配置されるとともにＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。

第１光学層２２１は、青色波長帯の光に対して、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光分離特性を有する。このため、第１光学部材２２は、＋Ｘ方向に沿って入射される青色の第１光ＢＬのうち、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に沿って透過させ、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓを－Ｚ方向に反射する。第１光学層２２１は、例えば誘電体多層膜から構成されている。

第２光学層２２２は、第１透明基板２２０の第２面２２０ｂに形成される。すなわち、第２光学層２２２は、第１光学層２２１に対して＋Ｘ方向に配置されている。第２光学層２２２は、青色波長帯の光のうちＰ偏光成分を透過させる光学特性を有する。また、第２光学層２２２は、青色波長帯よりも長い波長帯である緑色波長帯の光のうち少なくもＳ偏光成分を反射させる光学特性を有する。本実施形態において、第２光学層２２２は例えば、ダイクロイックミラーで構成されている。なお、第２光学層２２２として、青色波長帯および緑色波長帯の光に対して、Ｐ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射させる偏光分離特性を有した誘電体多層膜を用いてもよい。

なお、本実施形態の第１光学部材２２はプレート型の偏光分離素子であるため、第１透明基板２２０の第１面２２０ａに形成する第１光学層２２１の機能と、第１透明基板２２０の第２面２２０ｂに形成する第２光学層２２２の機能とを分離して設計することができる。そのため、第１光学層２２１および第２光学層２２２の膜設計は比較的容易なものとなる。

第１光学層２２１を透過したＰ偏光成分の青色光ＢＬｐは第１透明基板２２０を透過して第２光学層２２２に入射する。第２光学層２２２は、第１光学層２２１から＋Ｘ方向に沿って入射されるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に透過する。

上記構成の第１光学部材２２によれば、光源部２１から射出された第１光ＢＬをＰ偏光成分の青色光ＢＬｐとＳ偏光成分の青色光ＢＬｓとに分離し、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に透過させることで第２光学部材２３に入射させ、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓを－Ｚ方向に反射して拡散装置２６に入射させることが可能である。

［第２光学部材の構成］
第２光学部材２３は、第１光学部材２２に対して＋Ｘ方向に配置されている。すなわち、第２光学部材２３は、第１光学部材２２の第２光学層２２２に対して＋Ｘ方向に配置されている。第２光学部材２３には、第１光学部材２２を透過したＰ偏光成分の青色光ＢＬｐが入射される。第２光学部材２３は、第１光学部材２２と同様、プレート型の偏光分離素子で構成されている。本実施形態の第２光学部材２３は特許請求の範囲の第２偏光分離素子に対応する。

第２光学部材２３は、第２透明基板２３０と、第３光学層２３１と、第４光学層２３２と、を有する。第２透明基板２３０は、互いに逆方向を向く第３面２３０ａおよび第４面２３０ｂを有する。第２透明基板２３０は、一般的な光学ガラス板から構成されている。
第２透明基板２３０は、Ｘ軸およびＺ軸に対して４５°傾斜するように配置される。言い換えると、第２透明基板２３０は、ＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。

第２透明基板２３０は、第３面２３０ａを第１光学部材２２側に向けるように配置される。すなわち、第２透明基板２３０の第３面２３０ａと第１透明基板２２０の第２面２２０ｂとは互いに対向している。第３光学層２３１は第２透明基板２３０の第３面２３０ａに形成される。したがって、第３光学層２３１は第２光学層２２２に対向配置されるとともにＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。

第３光学層２３１は、黄色波長帯の光に対してＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する偏光分離特性を有する。また、第３光学層２３１は、青色波長帯の光に対してＰ偏光成分を透過させる特性を有する。このため、第３光学層２３１は、第２光学層２２２から＋Ｘ方向に沿って入射されるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に透過する。第３光学層２３１は、例えば誘電体多層膜から構成されている。なお、第３光学層２３１として、青色波長帯、赤色波長帯および黄色波長帯のすべての光に対して、Ｐ偏光成分を透過、Ｓ偏光成分を反射させる偏光分離特性を有した誘電体多層膜を用いてもよい。

第４光学層２３２は、第２透明基板２３０の第４面２３０ｂに形成される。すなわち、第４光学層２３２は、第３光学層２３１に対して＋Ｘ方向に配置されている。第４光学層２３２は、青色波長帯の光を反射させるとともに、青色波長帯よりも長い波長帯を有する光を透過する光学特性を有する。第４光学層２３２は、第３光学層２３１から＋Ｘ方向に沿って入射されるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐを－Ｚ方向に反射する。
本実施形態において、第４光学層２３２はダイクロイックミラーで構成されるため、第４光学層２３２は偏光を用いることなく、入射される光を反射または透過させることで精度良く分離可能である。

上記構成の第２光学部材２３によれば、第１光学部材２２を透過して＋Ｘ方向に入射したＰ偏光成分の青色光ＢＬｐを－Ｚ方向に反射して波長変換素子２８に入射させることが可能である。

本実施形態の第２光学部材２３はプレート型の偏光分離素子であるため、第２透明基板２３０の第３面２３０ａに形成する第３光学層２３１の機能と、第２透明基板２３０の第４面２３０ｂに形成する第４光学層２３２の機能とを分離して設計することができる。そのため、第３光学層２３１および第４光学層２３２の膜設計は比較的容易なものとなる。

［第１位相差素子の構成］
第１位相差素子３７は、第１光学部材２２に対して－Ｚ方向に配置されている。すなわち、第１位相差素子３７は、Ｚ軸上において第１光学部材２２と拡散装置２６との間に配置されている。第１位相差素子３７には、第１光学部材２２の第１光学層２２１により－Ｚ方向に反射されたＳ偏光成分の青色光ＢＬｓが入射する。第１位相差素子３７は、入射される青色光ＢＬｓの青色波長帯に対する１／４波長板で構成されている。第１光学部材２２で反射されたＳ偏光成分の青色光ＢＬｓは、第１位相差素子３７によって例えば右回りの円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換された後、第１集光素子２５に向けて射出される。すなわち、第１位相差素子３７は、入射される青色光ＢＬｓの偏光状態を変換する。

［第１集光素子の構成］
第１集光素子２５は、第１位相差素子３７に対して－Ｚ方向に配置されている。すなわち、第１集光素子２５は、Ｚ軸上において第１位相差素子３７と拡散装置２６との間に配置されている。第１集光素子２５は、第１位相差素子３７から入射される青色光ＢＬｃ１を拡散装置２６の拡散板２６１上に集束させる。また、第１集光素子２５は、拡散装置２６から入射される、後述する青色光ＢＬｃ２を平行化する。なお、図３の例では、第１集光素子２５は、第１レンズ２５１と第２レンズ２５２とから構成されているが、第１集光素子２５を構成するレンズの数は限定されない。

［拡散装置の構成］
拡散装置２６は、第１集光素子２５に対して－Ｚ方向に配置されている。すなわち、拡散装置２６は、第１光学部材２２に対して－Ｚ方向に配置されている。拡散装置２６は、第１集光素子２５から－Ｚ方向に入射される青色光ＢＬｃ１を、後述する波長変換素子２８から射出される黄色光ＹＬと同等の拡散角となるように拡散させつつ＋Ｚ方向に反射する。拡散装置２６は、拡散板２６１と、回転装置２６２と、を備える。拡散板２６１は、できる限りランバート散乱に近い反射特性を持つことが好ましく、入射された青色光ＢＬｃ１を広角に反射する。回転装置２６２は、モーター等から構成され、拡散板２６１を＋Ｚ方向と平行な回転軸Ｒ１を中心として回転させる。
本実施形態の拡散板２６１は、特許請求の範囲の拡散素子に対応する。

拡散板２６１に入射された青色光ＢＬｃ１は、拡散板２６１で反射されることにより、回転方向が反対方向の円偏光である青色光ＢＬｃ２に変換される。すなわち、右回りの円偏光の青色光ＢＬｃ１は、拡散板２６１によって左回りの円偏光の青色光ＢＬｃ２に変換される。拡散装置２６から射出された青色光ＢＬｃ２は、第１集光素子２５を＋Ｚ方向に通過した後、第１位相差素子３７に再び入射する。このとき、第１集光素子２５から第１位相差素子３７に入射される青色光ＢＬｃ２は、第１位相差素子３７によって、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐに変換される。変換された青色光ＢＬｐは、第１光学部材２２に入射する。このとき、第１光学層２２１は、拡散板２６１から＋Ｚ方向に沿って射出されて入射する青色光ＢＬｐを＋Ｚ方向に透過させる。第２光学層２２２は、第１光学層２２１から＋Ｚ方向に沿って射出されて第１透明基板２２０を透過して入射する青色光ＢＬｐを＋Ｚ方向に透過させる。このようにして、変換された青色光ＢＬｐは、第１光学部材２２から＋Ｚ方向に射出される。

［第２集光素子の構成］
第２集光素子２７は、第２光学部材２３に対して－Ｚ方向に配置されている。すなわち、第２集光素子２７は、Ｚ軸上において第２光学部材２３と波長変換素子２８との間に配置されている。第２集光素子２７は、第２光学部材２３で反射された青色光ＢＬｓを波長変換素子２８上に集束させる。また、第２集光素子２７は、波長変換素子２８から射出される、後述する黄色光ＹＬを平行化し、第２光学部材２３に向けて射出する。なお、図３の例では、第２集光素子２７は、第１レンズ２７１と第２レンズ２７２とから構成されているが、第２集光素子２７を構成するレンズの数は限定されない。

［波長変換素子の構成］
波長変換素子２８は、第２集光素子２７に対して－Ｚ方向に配置されている。すなわち、波長変換素子２８は、第２光学部材２３に対して－Ｚ方向に配置されている。波長変換素子２８は、光が入射されることによって励起され、入射された光の波長とは異なる波長を有する光を、光の入射方向とは反対方向に射出する反射型の波長変換素子である。換言すると、波長変換素子２８は、入射された光を波長変換し、波長変換された光を光の入射方向とは反対方向に射出する。

本実施形態では、波長変換素子２８は、青色光によって励起されて黄色光を射出する黄色蛍光体を含有している。具体的には、波長変換素子２８は、例えば賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）を含有するイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。波長変換素子２８は、第２光学部材２３の第４光学層２３２から－Ｚ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐの青色波長帯よりも長い黄色波長帯を有する蛍光、すなわち、非偏光の黄色光ＹＬを＋Ｚ方向に射出する。黄色光ＹＬは、例えば５００～６５０ｎｍの波長帯を有する。黄色光ＹＬは、緑色光成分と赤色光成分とを含み、各色光成分においてＳ偏光成分とＰ偏光成分とが混在した光である。
本実施形態の黄色波長帯を有する蛍光、すなわち、非偏光の黄色光ＹＬは、特許請求の範囲の第２波長帯を有する第２光に対応する。

波長変換素子２８から射出された黄色光ＹＬは、＋Ｚ方向に沿って第２集光素子２７を透過して略平行化された後、第２光学部材２３に入射する。本実施形態の波長変換素子２８は固定型の波長変換素子であるが、この構成に代えて、Ｚ軸に平行な回転軸を中心として波長変換素子２８を回転させる回転装置を備える回転型の波長変換素子が用いられてもよい。この場合、波長変換素子２８の温度上昇が抑えられ、波長変換効率を高めることができる。

上述したように、第２光学部材２３の第３光学層２３１は、入射される光のうち、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する偏光分離特性を有する。このため、第３光学層２３１に入射された非偏光の黄色光ＹＬのうち、Ｓ偏光成分の黄色光ＹＬｓは、第３光学層２３１によって－Ｘ方向に反射される。本実施形態の第２光学部材２３によれば、Ｓ偏光成分の黄色光ＹＬｓを－Ｘ方向に射出することが可能である。Ｓ偏光成分の黄色光ＹＬｓは光学素子３１に入射する。

一方、第３光学層２３１に入射された非偏光の黄色光ＹＬのうち、Ｐ偏光成分の黄色光ＹＬｐは、第３光学層２３１を＋Ｚ方向に透過して第４光学層２３２に入射する。上述したように、第４光学層２３２は、青色波長帯よりも長い波長帯を有する光を透過する光学特性を有する。そのため、第４光学層２３２は、第３光学層２３１から＋Ｚ方向に沿って入射するＰ偏光成分の黄色光ＹＬｐを＋Ｚ方向に透過させる。
本実施形態の第２光学部材２３によれば、Ｐ偏光成分の黄色光ＹＬｐを＋Ｚ方向に射出することが可能である。
本実施形態において、Ｐ偏光成分の黄色光ＹＬｐは、特許請求の範囲の第１偏光方向に偏光する第２光に対応し、Ｓ偏光成分の黄色光ＹＬｓは、特許請求の範囲の第２偏光方向に偏光する第２光に対応する。

［光学素子の構成］
光学素子３１は、Ｘ軸に沿う方向において第１光学部材２２と第２光学部材２３との間に配置されている。光学素子３１は、赤色波長帯の光を反射し、それ以外の波長帯、すなわち青色波長帯あるいは緑色波長帯の光を透過させる特性を有するダイクロイックミラーで構成されている。そのため、光学素子３１は、第１光学部材２２から＋Ｘ方向に射出される青色波長帯の青色光ＢＬｐを透過させる。

また、光学素子３１は、第２光学部材２３の第３光学層２３１から－Ｘ方向に沿って入射される黄色光ＹＬｓを緑色光ＧＬｓと赤色光ＲＬｓとに分離する。すなわち、光学素子３１は、黄色光ＹＬｓから分離した緑色光ＧＬｓを－Ｘ方向に透過させ、黄色光ＹＬｓから分離した赤色光ＲＬｓを＋Ｘ方向に反射する。

なお、緑色光ＧＬｓは黄色光ＹＬｓの波長帯のうち緑色波長帯を有する光であり、赤色光ＲＬｓは黄色光ＹＬｓの波長帯のうち赤色波長帯を有する光である。
本実施形態の緑色波長帯を有する光、すなわち、緑色光ＧＬｓは、特許請求の範囲の第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第３光に対応する。また、本実施形態の赤色波長帯を有する光、すなわち、赤色光ＲＬｓは、特許請求の範囲の第３波長帯とは異なる第４波長帯を有する第４光に対応する。

光学素子３１を透過した緑色光ＧＬｓは第１光学部材２２の第２光学層２２２に入射する。上述したように、第２光学層２２２は、緑色波長帯の光のうち少なくもＳ偏光成分を反射させる光学特性を有するため、黄色光ＹＬｓに含まれていた緑色光ＧＬｓを＋Ｚ方向に反射する。
このようにして、第１光学部材２２は、波長変換素子２８から射出された黄色光ＹＬのうちＳ偏光成分の黄色光ＹＬｓを＋Ｚ方向に射出することが可能である。

一方、光学素子３１で反射された赤色光ＲＬｓは、第２光学部材２３の第３光学層２３１に入射する。上述したように、第３光学層２３１は黄色光ＹＬｓを反射する特性を有するため、黄色光ＹＬｓに含まれていた赤色光ＲＬｓを－Ｚ方向に反射する。第３光学層２３１により反射された赤色光ＲＬｓは第２集光素子２７で集光されて波長変換素子２８に入射する。すなわち、第２光学部材２３は、光学素子３１で反射されることで黄色光ＹＬｓから分離された赤色光ＲＬｓを－Ｚ方向に反射して波長変換素子２８に入射させる。

続いて、光学素子３１の構成について説明する。
図４は、光学素子３１の構成を示す断面図である。図４は、ＸＺ面と平行な面による光学素子３１の断面図である。図４では、図を見やすくするため、光学素子３１と第２集光素子２７との間に配置される第２光学部材２３の図示を省略し、光学素子３１と第２集光素子２７とを直線状に並べて示している。

図４に示すように、光学素子３１は、＋Ｘ方向を向く光入射面１３１と、－Ｘ方向を向く光射出面１３２と、を有する。光入射面１３１は第２光学部材２３に対向する面であり、光射出面１３２は第１光学部材２２に対向する面である。光入射面１３１は、第２光学部材２３から射出された黄色光ＹＬを入射させる面である。また、光射出面１３２は、黄色光ＹＬから分離した緑色光ＧＬｓを射出させる面である。本実施形態において、光入射面１３１は特許請求の範囲の第１面に対応し、光射出面１３２は特許請求の範囲の第２面に対応する。

光学素子３１は、光学素子３１の光軸３１Ｃを、第２光学部材２３から－Ｘ方向に射出される黄色光ＹＬの主光線Ａｘ２に一致させるように、配置されている。すなわち、光学素子３１の中央部Ｐ１には、黄色光ＹＬｓの主光線Ａｘ２を含む光束が入射する。以下、黄色光ＹＬｓのうち、光学素子３１の中央部Ｐ１に入射する主光線Ａｘ２を含む光束を中央光束Ｙ１、光学素子３１の周辺部Ｐ２に入射する光束を周辺光束Ｙ２と称す。

光学素子３１は、平面領域３１Ａと、凹面領域３１Ｂとを有する。平面領域３１Ａは平板状からなる平面形状を有し、凹面領域３１Ｂは＋Ｘ方向に向かって湾曲する湾曲形状からなる凹面形状を有している。

平面領域３１Ａは光学素子３１の光軸３１Ｃ上に位置している。すなわち、平面領域３１Ａは光学素子３１の中央部Ｐ１に位置している。平面領域３１Ａには、黄色光ＹＬｓのうちの中央光束Ｙ１が入射される。凹面領域３１Ｂは、光学素子３１の周辺部Ｐ２に位置している。凹面領域３１Ｂには、黄色光ＹＬｓのうちの周辺光束Ｙ２が入射される。

本実施形態において、光学素子３１の光軸３１Ｃに沿う方向から光学素子３１を平面視した際、平面領域３１Ａと凹面領域３１Ｂとは同心円状に配置されている。凹面領域３１Ｂは、平面領域３１Ａの周辺を囲むように設けられている。光学素子３１の光軸３１Ｃに沿う方向から光学素子３１を平面視した場合において、平面領域３１Ａの平面積は光学素子３１の平面積全体の半分以上を占める大きさを有する。すなわち、中央部Ｐ１の平面積は凹面領域３１Ｂの平面積よりも大きい。

平面領域３１Ａは、光入射面１３１の中央部Ｐ１に形成された入射側平面１３１ａと、光射出面１３２の中央部Ｐ１に形成された射出側平面１３２ａと、を含む。なお、入射側平面１３１ａおよび射出側平面１３２ａは互いに平行な面である。
凹面領域３１Ｂは、光入射面１３１の周辺部Ｐ２に形成された入射側凹面１３１ｂと、光射出面１３２の周辺部Ｐ２に形成された射出側凹面１３２ｂと、を含む。本実施形態において、入射側凹面１３１ｂおよび射出側凹面１３２ｂはそれぞれ非球面形状を有する。

本実施形態において、波長変換素子２８から射出された黄色光ＹＬは第２集光素子２７により平行化され、第２光学部材２３で反射されることで光学素子３１に入射する。
しかしながら、第２集光素子２７を構成する第１レンズ２７１や第２レンズ２７２で生じる収差によって黄色光ＹＬｓの一部は非平行光として光学素子３１に入射する。
具体的に、黄色光ＹＬｓのうちの中央光束Ｙ１は平行光として光学素子３１に入射するが、中央光束Ｙ１の周辺に位置する周辺光束Ｙ２は外側に拡がった発散光として光学素子３１に入射する。

ここで、比較例として平板形状の光学素子を挙げて、本実施形態の光学素子３１により得られる作用について説明する。
図５は比較例の光学素子１００の構成を示す断面図である。図５は、ＸＺ面と平行な面による光学素子１００の断面図である。
図５に示すように、比較例の光学素子１００は平板形状を有するため、光学素子１００の光入射面１０１は平面となっている。上述のように黄色光ＹＬｓの中央光束Ｙ１は平行光として光学素子１００の光入射面１０１に入射し、黄色光ＹＬｓの周辺光束Ｙ２は発散光として光学素子１００の光入射面１０１に入射する。

上述のように黄色光ＹＬｓは光学素子１００において緑色光および赤色光に分離され、赤色光は光学素子１００に反射されて＋Ｘ方向に射出されるようになる。このとき、平行光として光入射面１０１に入射した中央光束Ｙ１から分離された赤色光ＲＬ１は光入射面１０１から＋Ｘ方向に平行光として射出され、黄色光ＹＬｓの中央光束Ｙ１と同じ経路と経由して波長変換素子２８に入射される。

一方、周辺光束Ｙ２は発散光として光入射面１０１に入射するため、光入射面１０１に対して斜入射する。このとき、発散光として光入射面１０１に斜入射した周辺光束Ｙ２から分離された赤色光ＲＬ２は光入射面１０１から＋Ｘ方向に非平行光として射出される。すなわち、赤色光ＲＬ２は光軸３１Ｃから離れるように外側に拡がる発散光として光学素子３１から射出されるため、黄色光ＹＬｓの周辺光束Ｙ２とは異なる経路を経由して波長変換素子２８側に戻されることになる。そのため、赤色光ＲＬ２の少なくとも一部の成分は波長変換素子２８に入射することができず、赤色光ＲＬ２の光利用効率が低下するという問題が生じてしまう。

これに対して本実施形態の光学素子３１は、上述のように、平面形状からなる平面領域３１Ａと、非球面形状からなる凹面領域３１Ｂとを組み合わせた構造を有している。
本実施形態の光学素子３１において、図４に示すように、黄色光ＹＬｓの中央光束Ｙ１は平面領域３１Ａに平行光として入射し、黄色光ＹＬｓの周辺光束Ｙ２は凹面領域３１Ｂに発散光として入射する。

中央光束Ｙ１は平面領域３１Ａの入射側平面１３１ａに対して光軸３１Ｃに沿う法線方向から入射する。入射側平面１３１ａは、光軸３１Ｃに沿って入射する中央光束Ｙ１から分離した赤色光ＲＬ１を＋Ｘ方向に平行光として射出し、黄色光ＹＬｓの中央光束Ｙ１と同じ経路と経由して波長変換素子２８に入射させる。

波長変換素子２８から射出された後、平面領域３１Ａの入射側平面１３１ａで反射されて波長変換素子２８に入射した光について、波長変換素子２８の表面は物体面および像面とみなされる。すなわち、平面領域３１Ａの入射側平面１３１ａで反射された赤色光ＲＬ１は共役関係を維持するため、波長変換素子２８の表面に効率良く入射することができる。

一方、周辺光束Ｙ２は凹面領域３１Ｂの入射側凹面１３１ｂに対して光軸３１Ｃに交差する方向から入射する。入射側凹面１３１ｂは周辺光束Ｙ２の入射方向を向くように湾曲している。このため、入射側凹面１３１ｂは、発散光として入射する周辺光束Ｙ２から赤色光ＲＬ２を分離した赤色光ＲＬ２を、光軸３１Ｃに近づけるように赤色光ＲＬ２を＋Ｘ方向に射出する。これにより、赤色光ＲＬ２は、入射側凹面１３１ｂによって光軸３１Ｃに沿う平行光として＋Ｘ方向に射出され、第２集光素子２７によって波長変換素子２８上に良好に集光される。

したがって、本実施形態の光学素子３１によれば、黄色光ＹＬｓの中央光束Ｙ１から分離した赤色光ＲＬ１と、黄色光ＹＬｓの周辺光束Ｙ２から分離した赤色光ＲＬ２との両方を波長変換素子２８に効率良く入射させることができる。これにより、比較例のような平板形状の光学素子１００を用いる際に生じる赤色光ＲＬｓの光利用効率の低下という問題を解消することができる。

なお、光学素子３１として、光入射面１３１の全体を凹面領域で構成した凹面鏡を用いることも考えられる。このように光学素子３１を完全な凹面鏡で構成した場合、光入射面１３１で反射された赤色光の共役関係が崩れて、波長変換素子２８よりも手前に焦点を結ぶデフォーカス状態となるため、波長変換素子２８に効率良く赤色光ＲＬｓを入射させることができなくなる。本実施形態の光学素子３１によれば、平面領域３１Ａと凹面領域３１Ｂとを組み合わせた構造を採用することで、平面領域３１Ａによって共役関係を維持した状態で波長変換素子２８に赤色光を戻す機能と、凹面領域３１Ｂによって発散光を平行光として波長変換素子２８に戻す機能とを合わせて実現することができる。

上述のように本実施形態の光源装置２では、第１光学部材２２および第２光学部材２３の間に光学素子３１を配置しているが、光学素子３１は第１光学部材２２の＋Ｚ方向、すなわち、第１色分離素子２９と第１光学部材２２との間に配置することも可能である。

周辺光束Ｙ２は上述のように発散光として光学素子３１に入射する。そのため、例えば、第１色分離素子２９と第１光学部材２２との間に光学素子３１を配置すると、光学素子３１と波長変換素子２８との距離が離れるため、周辺光束Ｙ２の一部が光学素子３１に入射し難くなる。本実施形態の光源装置２では、第１光学部材２２および第２光学部材２３の間に光学素子３１を配置することで、発散光として入射する周辺光束Ｙ２を近い位置から波長変換素子２８に戻すことができる。よって、光学素子３１と波長変換素子２８との距離が離れることによる上述した不具合の発生が抑制される。

また、本発明者は、本実施形態の光学素子３１および比較例の光学素子１００において波長変換素子２８に戻される赤色光の様子についてシミュレーションを行った。
図６および図７は波長変換素子２８に入射する赤色光のシミュレーション結果を示す図である。図６は比較例の光学素子１００のシミュレーション結果に対応し、図７は本実施形態の光学素子３１のシミュレーション結果に対応する。なお、図６に示すシミュレーション条件では、第１色分離素子２９と第１光学部材２２との間に光学素子１００を配置した。図７に示すシミュレーション条件では、第１光学部材２２および第２光学部材２３の間に光学素子３１を配置した。

図６に示すように、比較例の光学素子１００によれば、波長変換素子２８からはみ出した領域に入射する赤色成分が比較的多いことが確認できる。すなわち、比較例の構成では、分離した赤色光を波長変換素子２８上に効率良く入射させることができないことが確認できる。

一方、図７に示されるように、本実施形態の光学素子３１によれば、比較例の構成に比べて、分離した赤色光を波長変換素子２８上に効率良く入射させることが確認できた。具体的に、図６のシミュレーション結果に対して、図７のシミュレーション結果では、波長変換素子２８に入射する赤色光の光量が１２％程度増えることが確認できた。

また、本実施形態の光学素子３１はＸ軸に沿う方向において第１光学部材２２と第２光学部材２３との間に配置されている。そのため、図３に示されるように、第１光学部材２２から＋Ｘ方向に射出された青色光ＢＬｐは光射出面１３２から光入射面１３１に向かって光学素子３１を透過する。また、第２光学部材２３から－Ｘ方向に射出された黄色光ＹＬｓに含まれている緑色光ＧＬｓは、光入射面１３１から光射出面１３２に向かって光学素子３１を透過する。

図８は、光学素子３１を透過する青色光ＢＬｐおよび緑色光ＧＬｓの状態を示した図である。
例えば、青色光ＢＬｐは光学素子３１を透過する際、図８に示されるように、光射出面１３２の界面で屈折された後、光入射面１３１の界面で再び屈折される。そのため、光学素子３１の透過前後において、青色光ＢＬｐの進行方向が変化すると、青色光ＢＬｐが波長変換素子２８に効率良く入射せず、黄色光ＹＬの光量が減少するおそれがある。

これに対して、本実施形態の光学素子３１において、光入射面１３１および光射出面１３２は、光学素子３１に入射する際に青色光ＢＬｐに生じた角度変化を補正して射出させる角度補正機能を有している。光学素子３１は、光学素子３１の透過前後において、青色光ＢＬｐに生じる角度変化を小さくするように、光入射面１３１および光射出面１３２の面形状を設定している。

以下、光入射面１３１および光射出面１３２による角度補正機能について青色光ＢＬｐを例に挙げて説明する。
上述のように青色光ＢＬｐは平行光として光学素子３１に入射する。
本実施形態において、平面領域３１Ａは、光入射面１３１の中央部Ｐ１に形成される入射側平面１３１ａと光射出面１３２の中央部Ｐ１に形成される射出側平面１３２ａとを平行な面で構成している。そのため、平面領域３１Ａに入射した青色光ＢＬｐは、射出側平面１３２ａおよび入射側平面１３１ａを透過する際、角度変化が生じることなく平面領域３１Ａから平行光のままで射出される。
また、本実施形態において、凹面領域３１Ｂは、光入射面１３１の周辺部Ｐ２に形成される入射側凹面１３１ｂと光射出面１３２の周辺部Ｐ２に形成される射出側凹面１３２ｂとをそれぞれ非球面で構成している。この場合、青色光ＢＬｐは、凹面領域３１Ｂに入射する際に射出側凹面１３２ｂの界面で光軸３１Ｃに近づく方向に屈折された後、凹面領域３１Ｂから射出される際に入射側凹面１３１ｂの界面で光軸３１Ｃから遠ざかる方向に再び屈折される。すなわち、射出側凹面１３２ｂおよび入射側凹面１３１ｂの面形状は、光学素子３１の透過前後において、角度変化が生じないように青色光ＢＬｐを偏向させる形状に設定されている。
これにより、凹面領域３１Ｂに入射した青色光ＢＬｐは、射出側凹面１３２ｂおよび入射側凹面１３１ｂを透過することで、光学素子３１の透過前後において角度変化が生じることなく凹面領域３１Ｂから平行光として射出される。

同様に、緑色光ＧＬｓは光学素子３１を透過する際、光入射面１３１および光射出面１３２の界面でそれぞれ屈折されるため、光学素子３１の透過前後において、緑色光ＧＬｓの進行方向が変化すると、緑色光ＧＬｓが後段に配置される第１色分離素子２９から効率外部に射出されず、緑色光ＧＬｓの取り出し光量が減少するおそれがある。

これに対して、本実施形態の光学素子３１において、光入射面１３１および光射出面１３２は、光学素子３１に入射する際に緑色光ＧＬｓに生じた角度変化を補正して射出させる角度補正機能を有している。光入射面１３１および光射出面１３２の面形状は、光学素子３１の透過前後において、角度変化が生じないように緑色光ＧＬｓを偏向させる形状に設定されている。

上述のように黄色光ＹＬｓのうち周辺光束Ｙ２は光入射面１３１（入射側凹面１３１ｂ）に対して発散光として入射する。そのため、本実施形態の光学素子３１では、周辺光束Ｙ２から分離された緑色光ＧＬｓを光射出面１３２（射出側凹面１３２ｂ）から光入射面１３１（入射側凹面１３１ｂ）に入射した角度と同じ角度で射出させるように、入射側凹面１３１ｂおよび射出側凹面１３２ｂの非球面形状を調整している。

このように本実施形態の光学素子３１によれば、青色光ＢＬｐあるいは緑色光ＧＬｓが光学素子３１を透過することによる黄色光ＹＬの光量の減少や緑色光ＧＬｓの光利用効率の低下といった不具合の発生を防止することが可能である。

［第３位相差素子の構成］
本実施形態の光源装置２は、第２光学部材２３と波長変換素子２８との間の赤色光ＲＬｓの光路上に設けられた第３位相差素子３５を備えている。すなわち、第３位相差素子３５は、Ｚ軸上において第２光学部材２３と波長変換素子２８との間に配置されている。第３位相差素子３５は赤色波長帯に対する１／４波長板で構成されている。第３位相差素子３５は、赤色光に対して赤色波長帯の１／４の位相差を付与し、赤色波長帯以外の波長帯を有する光、すなわち青色光および緑色光に対しては位相差を付与しない特性を有する波長選択性位相差素子から構成されている。波長選択性位相差素子として、具体的にはカラーセレクト（商品名、カラーリンク社製）を用いることができる。

第３位相差素子３５は、赤色波長帯の光のみに１／４の位相差を付与する。このため、第２光学部材２３から射出されるＰ偏光成分の青色光ＢＬｐは第３位相差素子３５を透過し、第２集光素子２７を経由して波長変換素子２８に入射する。

赤色光ＲＬｓは第３位相差素子３５によって例えば右回りの円偏光の赤色光ＲＬｃ１に変換された後、第２集光素子２７に向けて射出される。すなわち、第３位相差素子３５は、入射される赤色光ＲＬｓの偏光状態を変換する。
第３位相差素子３５により右回りの円偏光に変換された赤色光ＲＬｃ１は波長変換素子２８に入射する。

図９は、第３位相差素子３５を透過して波長変換素子２８に入射する赤色光の偏光状態を示す模式図である。図９においては、図面を見やすくするため、第２集光素子２７の図示を省略している。

図９に示すように、波長変換素子２８に含有される黄色蛍光体は、外部から入射された光をほとんど吸収しないことから、黄色蛍光体は、赤色光ＲＬｃ１もほとんど吸収しない。このため、波長変換素子２８に入射された赤色光ＲＬｃ１は、波長変換素子２８の内部で繰り返し反射されることによってＳ偏光およびＰ偏光が混在した非偏光の赤色光として、黄色蛍光体にて生じた黄色光ＹＬとともに、波長変換素子２８の外部に射出される。波長変換素子２８から射出された非偏光の赤色光ＲＬｍはＳ偏光成分およびＰ偏光成分を半分ずつ含んでいる。

波長変換素子２８に入射された赤色光ＲＬｃ１のうち、波長変換素子２８の表面２８ａで反射された光、あるいは、波長変換素子２８の表層で後方散乱された光は、偏光が乱れにくい。そのため、図９に示されるように、波長変換素子２８で表面反射あるいは後方散乱された赤色光ＲＬｃ１は、左回りの円偏光の赤色光ＲＬｃ２として波長変換素子２８から射出される。左回りの円偏光の赤色光ＲＬｃ２は、第２集光素子２７を＋Ｚ方向に通過した後、第３位相差素子３５に再び入射する。このとき、第２集光素子２７から第３位相差素子３５に入射される赤色光ＲＬｃ２は、第３位相差素子３５によって、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ３に変換される。変換された赤色光ＲＬｐ３は、第２光学部材２３に入射する。

第２光学部材２３に入射したＰ偏光成分の赤色光ＲＬｐ３は、黄色光ＹＬｐと同様、第２光学部材２３を透過して＋Ｚ方向に射出される。すなわち、本実施形態の光源装置２によれば、第１位相差素子３７を備えることで、波長変換素子２８で表面反射あるいは後方散乱された赤色光を外部に取り出すことができる。

ここで、波長変換素子２８から非偏光として射出された赤色光ＲＬｍは、第３位相差素子３５を透過した場合でも非偏光のまま偏光状態が変化することはなく、第２光学部材２３に入射する。

第２光学部材２３に入射した非偏光の赤色光ＲＬｍは、黄色光ＹＬｐと同様、第３光学層２３１において、図３に示すように、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１とＳ偏光成分の赤色光ＲＬｓ１とに分離される。すなわち、Ｓ偏光成分の赤色光ＲＬｓ１は、黄色光ＹＬｓと同様、光学素子３１に入射し、光学素子３１で反射されることで再び波長変換素子２８に戻る。光学素子３１で反射されたＰ偏光成分の赤色光ＲＬｓ１は、赤色光ＲＬｓと同様、第３位相差素子３５を経由して再び波長変換素子２８に戻り、波長変換素子２８から非偏光あるいは円偏光として射出される。
また、第４光学層２３２は、第３光学層２３１を＋Ｚ方向に透過したＰ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１を＋Ｚ方向に透過させる。すなわち、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１は、黄色光ＹＬｐと同様、第２光学部材２３から＋Ｚ方向に射出される。

本実施形態において、非偏光の赤色光ＲＬｍは、特許請求の範囲の波長変換素子から射出される第４光に対応する。また、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１は、特許請求の範囲の第４光のうち第１偏光方向に偏光する光に対応する。また、Ｓ偏光成分の赤色光ＲＬｓ１は、特許請求の範囲の第４光のうち第２偏光方向に偏光する光に対応する。

［ライトトンネルの構成］
図１０はライトトンネル４０の構成を示す斜視図である。なお、図１０においては図面を見やすくするため、光学素子３１の図示を省略している。図１１はライトトンネル４０を－Ｘ方向から＋Ｘ方向に視た側面図である。図１１では、第２集光素子２７を経由して第２光学部材２３に入射する緑色光ＧＬを示している。

図１０に示すように、ライトトンネル４０は、第１ミラー１４１と、第２ミラー１４２と、第３ミラー１４３と、を有する。第１ミラー１４１と、第２ミラー１４２と、第３ミラー１４３とは、接着材等により互いに接合されている。また、第１透明基板２２０および第２透明基板２３０は、接着材等により第１ミラー１４１および第２ミラー１４２に接合されている。第１ミラー１４１、第２ミラー１４２および第３ミラー１４３からなるライトトンネル４０は、第１光学部材２２および第２光学部材２３と対向する側の面が全て反射面とされている。これにより、ライトトンネル４０は、後段の光学要素に向けて広がって進む光を反射させることで光の損失を抑制する機能を有する。また、ライトトンネル４０は、第１透明基板２２０および第２透明基板２３０を支持する支持部材としての機能を有する。

第１ミラー１４１は第１透明基板２２０および第２透明基板２３０に対して、＋Ｙ方向に配置されている。第１ミラー１４１は、少なくとも第１透明基板２２０および第２透明基板２３０に面する内面側が光反射面とされている。
第２ミラー１４２は、第１透明基板２２０および第２透明基板２３０に対して、－Ｙ方向に配置されている。第２ミラー１４２は、少なくとも第１透明基板２２０および第２透明基板２３０に面する内面側が光反射面とされている。第１ミラー１４１と第２ミラー１４２とは、ＸＺ平面に沿って配置され、互いに対向している。
第３ミラー１４３は、第１透明基板２２０および第２透明基板２３０に交差するように配置される。第３ミラー１４３はＹＺ面に沿うように配置され、第１ミラー１４１の＋Ｘ方向の端部１４１ａと第２ミラー１４２の＋Ｘ方向の端部１４２ａとを接続している。第３ミラー１４３と第２透明基板２３０とは、４５°の角度をなしている。第３ミラー１４３は、少なくとも第２透明基板２３０に面する内面側が光反射面とされている。
なお、本実施形態において、＋Ｙ方向は特許請求の範囲の第５方向に対応し、－Ｙ方向は特許請求の範囲の第６方向に対応する。

なお、ライトトンネル４０は、本実施形態のように必ずしも３枚の板材が互いに接合された構成を有していなくてもよく、少なくとも２枚の板材が一体に形成されていてもよい。

本実施形態において、波長変換素子２８から射出された黄色光ＹＬは第２集光素子２７によって略平行化されるが、一部の成分は収差の影響等によって発散した状態で第２光学部材２３に入射する。ここで、比較例として、本実施形態の光源装置２からライトトンネル４０を取り除いた光源装置について考える。

第２光学部材２３はプレート型の偏光分離素子であるため、比較例の光源装置のようにライトトンネル４０を有しない場合、第２集光素子２７から射出された黄色光ＹＬの一部が第２光学部材２３よりも外側に拡がることで黄色光ＹＬの光利用効率が低下するおそれがある。なお、第２光学部材２３としてプレート型の偏光分離素子を用いれば、第２集光素子２７から広角で射出される光をプリズム表面で屈折させて内部に取り込み可能となるが、プレート型の偏光分離素子を用いることによる膜設計性の容易さ等のメリットが得られなくなってしまう。

これに対して、本実施形態の光源装置２ではライトトンネル４０を備えるため、図１１に示すように、Ｙ方向において拡がった黄色光ＹＬを第１ミラー１４１および第２ミラー１４２で反射することで第２光学部材２３に取り込むことができる。すなわち、本実施形態の光源装置２によれば、第２光学部材２３としてプレート型の偏光分離素子を用いながらも、プリズム型の偏光分離素子で第２光学部材を構成する場合のように第２集光素子から広角で射出される光を内部に取り込むことが可能である。これにより、黄色光ＹＬの光利用効率を向上させることができる。

なお、図示は省略するが、例えば、＋Ｘ方向に拡がった黄色光ＹＬは第３ミラー１４３で反射されることで第２光学部材２３に取り込むことができる。また、第１集光素子２５から射出されてＹ方向に拡がった青色光ＢＬｐを第１ミラー１４１および第２ミラー１４２で反射することで第１光学部材２２に取り込むことができる。これにより、青色光ＢＬｐの光利用効率を向上させることができる。さらに、光源部２１からＹ方向に拡がった状態で射出された第１光ＢＬについても第１ミラー１４１および第２ミラー１４２で反射することで第１光学部材２２に効率良く取り込むことができる。これにより、第１光ＢＬの光利用効率を向上させることができる。

［第１色分離素子の構成］
図１２は、－Ｘ方向から見た光源装置２の側面図である。すなわち、図１２は、第１色分離素子２９および第５位相差素子３８等を－Ｘ方向から見た状態を示している。図１２においては、図面を見やすくするため、第１位相差素子３７、第１集光素子２５、および拡散装置２６等の図示を省略している。

図１２に示すように、第１色分離素子２９は、第１光学部材２２に対して＋Ｚ方向に配置されている。第１色分離素子２９は、ダイクロイックプリズム２９１と、反射プリズム２９２と、を有する。ダイクロイックプリズム２９１と反射プリズム２９２とは、Ｙ軸に沿って並んで配置されている。第１色分離素子２９は、第１光学部材２２から＋Ｚ方向に射出された光を、緑色光ＧＬｓと青色光ＢＬｐとに分離する。

ダイクロイックプリズム２９１には、第１光学部材２２から射出された緑色光ＧＬｓと青色光ＢＬｐとを含む光が入射される。ダイクロイックプリズム２９１は、略直角二等辺三角柱状の２つの基材を組み合わせて略直方体形状に形成されたプリズム型の色分離素子から構成されている。２つの基材の界面には、色分離層２９１１が設けられている。色分離層２９１１は、Ｙ軸およびＺ軸に対して４５°傾斜している。換言すると、色分離層２９１１は、ＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。

色分離層２９１１は、入射される光のうち、青色光成分を反射させ、青色波長帯よりも大きい波長帯を有する色光、すなわち、緑色光成分を透過するダイクロイックミラーとして機能する。このため、第１光学部材２２からダイクロイックプリズム２９１に入射した光のうち、緑色光ＧＬｓは、色分離層２９１１を＋Ｚ方向に透過して、ダイクロイックプリズム２９１の外部に射出される。

一方、第１光学部材２２からダイクロイックプリズム２９１に入射した光のうち、青色光ＢＬｐは、色分離層２９１１によって－Ｙ方向に反射される。本実施形態の場合、青色光ＢＬｐはダイクロイックプリズム２９１の色分離層２９１１に対するＳ偏光成分の光であり、緑色光ＧＬｓはダイクロイックプリズム２９１の色分離層２９１１に対するＰ偏光成分の光である。すなわち、本実施形態の色分離層２９１１は、Ｓ偏光成分の光として入射する青色光ＢＬｐを反射し、Ｐ偏光成分の光として入射する緑色光ＧＬｓを透過させる。一般的に、Ｓ偏光成分の光は反射し易く、Ｐ偏光成分の光は透過し易い。本実施形態の色分離層２９１１は、上述のようにＰ偏光を透過、Ｓ偏光を反射するように設計すればよいため、色分離層２９１１は比較的に容易に膜設計することができる。

なお、ダイクロイックプリズム２９１に代えて、色分離層２９１１を有するダイクロイックミラーを採用してもよい。また、第１色分離素子２９は、偏光分離層を有する偏光分離素子と、反射プリズム２９２とを有する構成であってもよい。ダイクロイックプリズム２９１に代えて、例えば入射された緑色光ＧＬｓを＋Ｚ方向に透過させ、青色光ＢＬｐを反射プリズム２９２に向けて－Ｙ方向に反射させる偏光分離素子を第１色分離素子２９に採用したとしても、ダイクロイックプリズム２９１を有する第１色分離素子２９と同様に、緑色光ＧＬｓと青色光ＢＬｐとを分離することができる。

反射プリズム２９２は、ダイクロイックプリズム２９１に対して－Ｙ方向に配置されている。反射プリズム２９２には、色分離層２９１１で反射された青色光ＢＬｐが入射される。反射プリズム２９２は、略直角二等辺三角柱状の２つの基材を組み合わせて略直方体形状に形成されたプリズム型の反射素子である。２つの基材の界面には、反射層２９２１が設けられている。反射層２９２１は、＋Ｙ方向および＋Ｚ方向に対して４５°傾斜している。換言すると、反射層２９２１は、ＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。すなわち、反射層２９２１と色分離層２９１１とは、平行に配置されている。

反射層２９２１は、ダイクロイックプリズム２９１から－Ｙ方向に入射される青色光ＢＬｐを＋Ｚ方向に反射する。反射層２９２１によって反射された青色光ＢＬｐは、反射プリズム２９２から＋Ｚ方向に射出される。なお、反射プリズム２９２に代えて、反射層２９２１を有する反射ミラーを採用してもよい。

［第５位相差素子の構成］
第５位相差素子３８は、反射プリズム２９２に対する＋Ｚ方向に配置されている。換言すると、第５位相差素子３８は、反射プリズム２９２から射出される青色光ＢＬｐの光路上に配置されている。第５位相差素子３８は、入射される青色光ＢＬｐが有する青色波長帯に対する１／２波長板で構成されている。第５位相差素子３８は、反射プリズム２９２から入射される青色光ＢＬｐを、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓ１に変換する。第５位相差素子３８によってＳ偏光成分に変換された青色光ＢＬｓ１は、光源装置２から＋Ｚ方向に射出されて、図１に示す均一化装置４に入射する。なお、第５位相差素子３８は、反射プリズム２９２の青色光ＢＬｐが射出される面に接して設けられていてもよい。

青色光ＢＬｓ１は、緑色光ＧＬｓとは空間的に分離され、光源装置２における緑色光ＧＬｓの射出位置とは異なる射出位置から射出され、均一化装置４に入射する。詳述すると、青色光ＢＬｓ１は、光源装置２における緑色光ＧＬｓの射出位置から－Ｙ方向に離れた射出位置から射出され、均一化装置４に入射する。

図１３は、＋Ｘ方向から見た光源装置２の側面図である。換言すると、図１３は、＋Ｘ方向から見た第４位相差素子３６および第２色分離素子３３を示している。なお、図１３においては、第２集光素子２７および波長変換素子２８の図示を省略する。

［第４位相差素子の構成］
図３および図１３に示すように、第４位相差素子３６は、第２光学部材２３に対して＋Ｚ方向に配置されている。第４位相差素子３６には、第２光学部材２３を透過した黄色光ＹＬｐが入射する。また、第４位相差素子３６には、光学素子３１によって黄色光ＹＬｓから分離され、波長変換素子２８から射出されて第２光学部材２３を透過した赤色光ＲＬｐ１および赤色光ＲＬｐ３が入射する。第４位相差素子３６は、黄色光ＹＬｐの黄色波長帯と赤色光ＲＬｐ１および赤色光ＲＬｐ３の赤色波長帯とに対する１／２波長板で構成されている。第４位相差素子３６は、Ｐ偏光成分の黄色光ＹＬｐをＳ偏光成分の黄色光ＹＬｓ１に変換し、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１をＳ偏光成分の赤色光ＲＬｓ２に変換し、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｐ３をＳ偏光成分の赤色光ＲＬｓ３に変換する。Ｓ偏光成分に変換された黄色光ＹＬｓ１、赤色光ＲＬｓ２および赤色光ＲＬｓ３は、第２色分離素子３３に入射する。

［第２色分離素子の構成］
図１３に示すように、第２色分離素子３３は、第２光学部材２３に対して＋Ｚ方向に配置されている。第２色分離素子３３は、ダイクロイックプリズム３３１と、反射プリズム３３２と、を有する。ダイクロイックプリズム３３１と反射プリズム３３２とは、Ｙ軸に沿って並んで配置されている。第２色分離素子３３は、第２光学部材２３から＋Ｚ方向に射出され、第４位相差素子３６によってＳ偏光成分に変換された黄色光ＹＬｓ１を緑色光ＧＬｓ１と赤色光ＲＬｓ４とに分離する。

ダイクロイックプリズム３３１は、ダイクロイックプリズム２９１と同様、プリズム型の色分離素子で構成されている。２つの基材の界面には、色分離層３３１１が設けられている。色分離層３３１１は、＋Ｙ方向および＋Ｚ方向に対して４５°傾斜している。換言すると、色分離層３３１１は、ＸＹ平面およびＹＺ平面に対して４５°傾斜している。色分離層３３１１と反射層３３２１とは、平行に配置されている。

色分離層３３１１は、入射される光のうち、緑色光成分を反射させ、赤色光成分を透過させるダイクロイックミラーとして機能する。このため、ダイクロイックプリズム３３１に入射した黄色光ＹＬｓ１のうち、Ｓ偏光の赤色光ＲＬｓ４は、色分離層３３１１を＋Ｚ方向に透過して、ダイクロイックプリズム３３１の外部に射出される。また、第４位相差素子３６によってＳ偏光成分に変換された赤色光ＲＬｓ２および赤色光ＲＬｓ３は、Ｓ偏光成分の赤色光ＲＬｓ４とともに色分離層３３１１を＋Ｚ方向に透過して射出される。以下、赤色光ＲＬｓ２、赤色光ＲＬｓ３および赤色光ＲＬｓ４をまとめて単に赤色光ＲＬｓ５と称す。

赤色光ＲＬｓ５は、光源装置２から＋Ｚ方向に射出され、均一化装置４に入射される。すなわち、赤色光ＲＬｓ５は、緑色光ＧＬｓおよび青色光ＢＬｓ１とは空間的に分離され、緑色光ＧＬｓおよび青色光ＢＬｓ１とは異なる位置から射出され、均一化装置４に入射される。換言すると、赤色光ＲＬｓ５は、光源装置２における緑色光ＧＬｓの射出位置から＋Ｘ方向に離れた射出位置から射出され、均一化装置４に入射される。

一方、ダイクロイックプリズム３３１に入射した黄色光ＹＬｓ１のうち、緑色光ＧＬｓ１は、色分離層３３１１によって－Ｙ方向に反射される。なお、ダイクロイックプリズム３３１に代えて、色分離層３３１１を有するダイクロイックミラーが用いられてもよい。

反射プリズム３３２は、ダイクロイックプリズム３３１に対して－Ｙ方向に配置されている。反射プリズム３３２は、反射プリズム２９２と同様の構成を有する。すなわち、反射プリズム３３２は、色分離層３３１１、および反射層２９２１と平行な反射層３３２１を有する。

反射層３３２１は、色分離層３３１１で反射されて入射する緑色光ＧＬｓ１を＋Ｚ方向に反射する。反射層３３２１で反射された緑色光ＧＬｓ１は、反射プリズム３３２の外部に射出される。なお、反射プリズム３３２に代えて、反射層３３２１を有する反射ミラーを採用してもよい。

緑色光ＧＬｓ１は、赤色光ＲＬｓ５とは空間的に分離され、光源装置２における赤色光ＲＬｓ５の射出位置とは異なる射出位置から射出され、均一化装置４に入射する。すなわち、緑色光ＧＬｓ１は、緑色光ＧＬｓ、青色光ＢＬｓ１および赤色光ＲＬｓ５とは空間的に分離され、緑色光ＧＬｓ、青色光ＢＬｓ１および赤色光ＲＬｓ５とは異なる位置から射出され、均一化装置４に入射される。換言すると、緑色光ＧＬｓ１は、光源装置２における赤色光ＲＬｓ５の射出位置から－Ｙ方向に離れ、青色光ＢＬｓ１の射出位置から＋Ｘ方向に離れた射出位置から射出され、均一化装置４に入射される。

［均一化装置の構成］
図１に示すように、均一化装置４は、光源装置２から射出された光が照射される光変調装置６の画像形成領域における照度を均一化する。均一化装置４は、第１マルチレンズ４１と、第２マルチレンズ４２と、重畳レンズ４３と、を有する。

第１マルチレンズ４１は、光源装置２から入射される光Ｌの中心軸、すなわち、照明光軸Ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列された複数のレンズ４１１を有する。第１マルチレンズ４１は、複数のレンズ４１１によって光源装置２から入射される光を複数の部分光束に分割する。

図１４は、－Ｚ方向から見た第１マルチレンズ４１における各色光の入射位置を示す模式図である。
図１４に示すように、光源装置２から射出された緑色光ＧＬｓ、青色光ＢＬｓ１、赤色光ＲＬｓ５および緑色光ＧＬｓ１は、第１マルチレンズ４１に入射される。光源装置２における－Ｘ方向で＋Ｙ方向の位置から射出された緑色光ＧＬｓは、第１マルチレンズ４１における－Ｘ方向で＋Ｙ方向の領域Ａ１に含まれる複数のレンズ４１１に入射される。また、光源装置２における－Ｘ方向で－Ｙ方向の位置から射出された青色光ＢＬｓ１は、第１マルチレンズ４１における－Ｘ方向で－Ｙ方向の領域Ａ２に含まれる複数のレンズ４１１に入射される。

光源装置２における＋Ｘ方向で＋Ｙ方向の位置から射出された赤色光ＲＬｓ５は、第１マルチレンズ４１における＋Ｘ方向で＋Ｙ方向の領域Ａ３に含まれる複数のレンズ４１１に入射される。光源装置２における＋Ｘ方向で－Ｙ方向の位置から射出された緑色光ＧＬｓ１は、第１マルチレンズ４１における＋Ｘ方向で－Ｙ方向の領域Ａ４に含まれる複数のレンズ４１１に入射される。各レンズ４１１に入射された各色光は、複数の部分光束となって、第２マルチレンズ４２においてレンズ４１１に対応するレンズ４２１に入射する。
本実施形態の光源装置２から射出された光Ｌのうち、緑色光ＧＬｓは特許請求の範囲の第５光に対応し、青色光ＢＬｓ１は特許請求の範囲の第６光に対応し、赤色光ＲＬｓ５は特許請求の範囲の第７光に対応し、緑色光ＧＬｓ１は特許請求の範囲の第８光に対応する。

図１に示すように、第２マルチレンズ４２は、照明光軸Ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されるとともに、第１マルチレンズ４１の複数のレンズ４１１に対応した複数のレンズ４２１を有する。各レンズ４２１には、当該レンズ４２１に対応するレンズ４１１から射出された複数の部分光束が入射される。各レンズ４２１は、入射された部分光束を重畳レンズ４３に入射させる。

重畳レンズ４３は、第２マルチレンズ４２から入射される複数の部分光束を光変調装置６の画像形成領域において重畳する。詳述すると、それぞれが複数の部分光束に分割された緑色光ＧＬｓ、青色光ＢＬｓ１、赤色光ＲＬｓ５および緑色光ＧＬｓ１は、第２マルチレンズ４２と重畳レンズ４３とによって、フィールドレンズ５を介して、光変調装置６の後述するマイクロレンズアレイ６２を構成する複数のマイクロレンズ６２１のそれぞれに異なる角度で入射する。

［光変調装置の構成］
図１に示すように、光変調装置６は、光源装置２から射出された光を変調する。詳述すると、光変調装置６は、光源装置２から射出されて均一化装置４およびフィールドレンズ５を介して入射される各色光を画像情報に応じてそれぞれ変調し、画像情報に応じた画像光を形成する。光変調装置６は、１つの液晶パネル６１と、１つのマイクロレンズアレイ６２と、を備える。

［液晶パネルの構成］
図１５は、－Ｚ方向から見た光変調装置６の一部を拡大視した模式図である。換言すると、図１５は、液晶パネル６１が有する画素ＰＸと、マイクロレンズアレイ６２が有するマイクロレンズ６２１と、の対応関係を示している。
図１５に示すように、液晶パネル６１は、照明光軸Ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列された複数の画素ＰＸを有する。

各画素ＰＸは、互いに異なる色の色光を変調する複数のサブ画素ＳＸを有する。本実施形態では、各画素ＰＸは、４つのサブ画素ＳＸ（ＳＸ１～ＳＸ４）を有する。具体的に、１つの画素ＰＸ内において、－Ｘ方向で＋Ｙ方向の位置に、第１サブ画素ＳＸ１が配置されている。－Ｘ方向で－Ｙ方向の位置に、第２サブ画素ＳＸ２が配置されている。＋Ｘ方向で＋Ｙ方向の位置に、第３サブ画素ＳＸ３が配置されている。＋Ｘ方向で－Ｙ方向の位置に、第４サブ画素ＳＸ４が配置されている。

［マイクロレンズアレイの構成］
図１に示すように、マイクロレンズアレイ６２は、液晶パネル６１に対して光入射側である－Ｚ方向に設けられている。マイクロレンズアレイ６２は、マイクロレンズアレイ６２に入射される色光を個々の画素ＰＸに導く。マイクロレンズアレイ６２は、複数の画素ＰＸに対応する複数のマイクロレンズ６２１を有する。

図１５に示すように、複数のマイクロレンズ６２１は、照明光軸Ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。換言すると、複数のマイクロレンズ６２１は、フィールドレンズ５から入射される光の中心軸に対する直交面内にマトリクス状に配列されている。本実施形態では、１つのマイクロレンズ６２１は、＋Ｘ方向に配列された２つのサブ画素と、＋Ｙ方向に配列された２つのサブ画素と、に対応して設けられている。すなわち、１つのマイクロレンズ６２１は、ＸＹ平面内に２行２列に配列された４つのサブ画素ＳＸ１～ＳＸ４に対応して設けられている。

マイクロレンズ６２１には、均一化装置４によって重畳された緑色光ＧＬｓ、青色光ＢＬｓ１、赤色光ＲＬｓ５および緑色光ＧＬｓ１がそれぞれ異なる角度で入射される。マイクロレンズ６２１は、マイクロレンズ６２１に入射される色光を、当該色光に対応するサブ画素ＳＸに入射させる。具体的には、マイクロレンズ６２１は、対応する画素ＰＸのサブ画素ＳＸのうち、第１サブ画素ＳＸ１に緑色光ＧＬｓを入射させ、第２サブ画素ＳＸ２に青色光ＢＬｓ１を入射させ、第３サブ画素ＳＸ３に赤色光ＲＬｓ５を入射させ、第４サブ画素ＳＸ４に緑色光ＧＬｓ１を入射させる。これにより、各サブ画素ＳＸ１～ＳＸ４に、当該サブ画素ＳＸ１～ＳＸ４に対応する色光が入射され、各サブ画素ＳＸ１～ＳＸ４によって対応する色光がそれぞれ変調される。このように、液晶パネル６１によって変調された画像光は、投射光学装置７によって図示しない被投射面上に投射される。

［第１実施形態の効果］
特許文献１に記載された従来のプロジェクターにおいては、光源としてランプが用いられている。ランプから射出される光は偏光方向が揃っていないため、光変調装置として液晶パネルを用いるためには、偏光方向を揃えるための偏光変換手段が必要となる。プロジェクターには、マルチレンズアレイと偏光分離素子（ＰＢＳ）アレイとを備える偏光変換手段が一般的に用いられている。ところが、プロジェクターを小型化するために、ピッチが狭いマルチレンズアレイとＰＢＳアレイとが必要となるが、ピッチが狭いＰＢＳアレイの作成は非常に困難である。

この問題に対して、本実施形態においては、偏光方向が揃った複数の色光、すなわち、Ｓ偏光成分の緑色光ＧＬｓ、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｓ１、Ｐ偏光成分の赤色光ＲＬｓ５およびＰ偏光成分の緑色光ＧＬｓ１が光源装置２から射出される。この構成によれば、上記のようなピッチが狭い偏光変換素子を用いることなく、空間的に分離され、偏光方向が揃えられた複数の色光を射出可能な光源装置２を実現することができる。これにより、光源装置２の小型化が可能となり、ひいては、プロジェクター１の小型化を図ることができる。

さらに、本実施形態のプロジェクター１においては、光変調装置６における４つのサブ画素ＳＸのうちの２つのサブ画素ＳＸ２，ＳＸ４に緑色光が入射されるため、画素ＰＸに入射される緑色光の光量を増やすことができる。これにより、投射画像の視感度を高めることができる。

また、本実施形態の光源装置２では、青色波長帯を有し、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐとＳ偏光成分の青色光ＢＬｓとを含む第１光ＢＬを射出する光源部２１と、光源部２１から＋Ｘ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐを＋Ｘ方向に透過し、青色光ＢＬｓを－Ｚ方向に反射する第１光学部材２２と、第１光学部材２２に対して＋Ｘ方向に配置され、第１光学部材２２から＋Ｘ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐを－Ｚ方向に反射する第２光学部材２３と、第１光学部材２２に対して－Ｚ方向に配置され、第１光学部材２２から－Ｚ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐを拡散させ、＋Ｚ方向に射出する拡散板２６１と、第２光学部材２３に対して－Ｚ方向に配置され、第２光学部材２３から－Ｚ方向に沿って入射される青色光ＢＬｐの一部を波長変換し、黄色光ＹＬを＋Ｚ方向に射出する波長変換素子２８と、第１光学部材２２と第２光学部材２３との間に設けられ、平面領域３１Ａと凹面領域３１Ｂとを有する光学素子３１と、を備える。第２光学部材２３は、波長変換素子２８から＋Ｚ方向に沿って黄色光ＹＬが入射され、黄色光ＹＬｐを＋Ｚ方向に透過し、黄色光ＹＬｓを－Ｘ方向に反射する。光学素子３１は、第２光学部材２３から－Ｘ方向に沿って入射される黄色光ＹＬｓを、緑色光ＧＬｓと赤色光ＲＬｓとに分離し、緑色光ＧＬｓを－Ｘ方向に透過し、赤色光ＲＬｓを＋Ｘ方向に反射する。第１光学部材２２は、拡散板２６１から＋Ｚ方向に沿って射出される青色光ＢＬｃ２を透過し、第２光学部材２３から－Ｘ方向に沿って入射される緑色光ＧＬｓを＋Ｚ方向に反射する。

本実施形態の光源装置２によれば、光学素子３１において黄色光ＹＬｓから分離した赤色光ＲＬｓを波長変換素子２８に入射させることで、黄色光ＹＬとともに非偏光の赤色光ＲＬｍを波長変換素子２８から射出させることができる。非偏光の赤色光ＲＬｍの一部であるＰ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１は、黄色光ＹＬｐと同様、第２光学部材２３から＋Ｚ方向に射出される。
本実施形態の場合、赤色光ＲＬｐ１を赤色光ＲＬｓ５の一部として取り出すことができる。すなわち、光学素子３１において黄色光ＹＬから分離した赤色成分の一部を赤色光ＲＬｓ５として再利用できるので、赤色成分の光利用効率を向上させることができる。
また、本実施形態の光学素子３１は、発散光として入射する黄色光ＹＬｓの周辺光束Ｙ２を凹面領域３１Ｂによって平行光として波長変換素子２８側に戻すことができる。これにより、黄色光ＹＬｓから分離した赤色光ＲＬｓが波長変換素子２８に効率良く入射するので、赤色成分の光利用効率をより向上させることができる。
したがって、本実施形態の光源装置２によれば、投射画像の赤色成分の色再現性を高めることができる。

また、本実施形態の光源装置２では、第２光学部材２３は、光学素子３１で反射されて＋Ｘ方向に沿って入射される赤色光ＲＬｓを－Ｚ方向に反射して波長変換素子２８に入射させる構成としている。
この構成によれば、光学素子３１において黄色光ＹＬｓから分離した赤色光ＲＬｓを波長変換素子２８に確実に入射させることができる。これにより、赤色光の光利用効率を向上させることができる。

また、本実施形態の光源装置２では、第２光学部材２３は、波長変換素子２８から射出される赤色光ＲＬｍのうち、赤色光ＲＬｐ１を＋Ｚ方向に透過させ、赤色光ＲＬｓ１を光学素子３１に向けて反射させる構成としている。
この構成によれば、赤色光ＲＬｍから分離したＰ偏光成分の赤色光ＲＬｐ１を赤色光ＲＬｓ５として取り出すことができる。これにより、赤色光ＲＬｓ５の光量を増やすことで投射画像の色再現性を高めることができる。

また、本実施形態の光源装置２では、第１光学部材２２と拡散装置２６との間に設けられ、第１光学部材２２から－Ｚ方向に沿って青色光ＢＬｐが入射される第１位相差素子３７をさらに備える構成としている。
この構成によれば、第１光学部材２２と拡散装置２６との間に第１位相差素子３７が設けられているため、拡散装置２６から射出された円偏光の青色光ＢＬｃ２をＰ偏光成分の青色光ＢＬｐに変換し、第１光学部材２２を透過させることができる。これにより、拡散装置２６から射出された青色光ＢＬｃ２の利用効率を高めることができる。

また、本実施形態の光源装置２では、光源部２１は、発光素子２１１と、発光素子２１１から射出される光が入射され、第１光ＢＬを射出する第２位相差素子２１３１と、を有する構成としている。
この構成によれば、光源部２１が第２位相差素子２１３１を備えているため、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐとＳ偏光成分の青色光ＢＬｓとを第１光学部材２２に確実に入射させることができる。さらに、この構成によれば、複数の発光素子２１１から射出される光の偏光方向が同じでよいため、同一の固体光源を同一の向きに配置すればよく、光源部２１の構成を簡単にすることができる。

また、本実施形態の光源装置２では、第２位相差素子２１３１は、第２位相差素子２１３１に入射する光の進行方向に沿う回転軸Ｒ２を中心として回転可能とされている構成としている。
この構成によれば、第２位相差素子２１３１が＋Ｘ方向に沿う回転軸Ｒ２を中心として回転可能とされているため、第２位相差素子２１３１の回転角を調整することによって、第１光学部材２２に入射される青色光ＢＬｓの光量と青色光ＢＬｐの光量との割合を調整することができる。これにより、光源装置２から射出される緑色光ＧＬｓ、青色光ＢＬｓ１、赤色光ＲＬｓ５および緑色光ＧＬｓ１の各光量の割合を調整できるため、光源装置２のホワイトバランスを調整することができる。

また、本実施形態の光源装置２では、第２光学部材２３と波長変換素子２８との間に設けられ、赤色光ＲＬｓに対して赤色波長帯の１／４の位相差を付与する第３位相差素子３５をさらに備える構成としている。
この構成によれば、第２光学部材２３と波長変換素子２８との間に第３位相差素子３５が設けられているため、波長変換素子２８から射出された円偏光の赤色光ＲＬｃ２をＳ偏光成分の赤色光ＲＬｐ３に変換し、第２光学部材２３を透過させて赤色光ＲＬｓ５として外部に射出させることができる。これにより、波長変換素子２８から射出される赤色光ＲＬｓ５の利用効率を高めることができる。

また、本実施形態の光源装置２では、第１光学部材２２および第２光学部材２３に対して、＋Ｙ方向に配置される、第１ミラー１４１と、第１ミラー１４１に対向して設けられ、第１光学部材２２および第２光学部材２３に対して、－Ｙ方向に配置される、第２ミラー１４２と、第１光学部材２２および第２光学部材２３に交差するように配置され、第１ミラー１４１の＋Ｘ方向の端部１４１ａと第２ミラー１４２の＋Ｘ方向の端部１４２ａとを接続する第３ミラー１４３と、をさらに備える構成としている。

上述のように、拡散装置２６から射出された青色光ＢＬｃ２は第１集光素子２５によって略平行化されるが、一部の成分は発散した状態で第１光学部材２２に入射する。同様に、波長変換素子２８から射出された黄色光ＹＬは第２集光素子２７によって略平行化されるが、一部の成分は発散した状態で第２光学部材２３に入射する。
これに対して、本実施形態の場合、第１光学部材２２および第２光学部材２３をＹ方向において挟むライトトンネル４０を備えるため、Ｙ方向において拡がった光を第１ミラー１４１および第２ミラー１４２で反射することで第１光学部材２２または第２光学部材２３に取り込むことができる。また、＋Ｘ方向に拡がった光を第３ミラー１４３で反射することで第２光学部材２３に取り込むことができる。
これにより、プレート型の第１光学部材２２および第２光学部材２３に対して拡散装置２６および波長変換素子２８から射出される光を効率良く取り込むことができる。

また、本実施形態の光源装置２では、光学素子３１の平面領域３１Ａは、第２光学部材２３から入射される黄色光ＹＬｓの主光線Ａｘ２を含む中央光束Ｙ１が入射する中央部Ｐ１に位置し、光学素子３１の凹面領域３１Ｂは、中央部Ｐ１の周辺に位置する周辺部Ｐ２に位置する構成としている。
この構成によれば、平行光として入射する中央光束Ｙ１を光学素子３１の平面領域３１Ａに入射させ、発散光として入射する周辺光束Ｙ２を光学素子３１の凹面領域３１Ｂに入射させることができる。これにより、周辺光束Ｙ２から分離した赤色光ＲＬ２を平行光として第２集光素子２７に入射し、波長変換素子２８上に集光される。よって、周辺光束Ｙ２から分離した赤色光ＲＬ２を波長変換素子２８に効率良く入射させることができる。

また、本実施形態の光源装置２では、光学素子３１は、第２光学部材２３に対向する光入射面１３１と、第１光学部材２２に対向する光射出面１３２と、を有し、凹面領域３１Ｂは、光学素子３１の少なくとも光入射面１３１に設けられた非球面形状を含む構成としている。
この構成によれば、光入射面１３１に設けられた非球面形状を含む凹面領域３１Ｂによって、黄色光ＹＬｓのうち発散光として入射する周辺光束Ｙ２を光学素子３１の光軸３１Ｃに近づけるように反射させることで平行光として波長変換素子２８側に戻すことができる。

また、本実施形態の光源装置２では、青色光ＢＬｐは光射出面１３２から光入射面１３１に向かって光学素子３１を透過し、緑色光ＧＬｓは光入射面１３１から光射出面１３２に向かって光学素子３１を透過し、光入射面１３１および光射出面１３２は、光学素子３１に入射する際に青色光ＢＬｐまたは緑色光ＧＬｓに生じた角度変化を補正して射出させる角度補正機能を有する構成としている。
この構成によれば、青色光ＢＬｐあるいは緑色光ＧＬｓが光学素子３１を透過する前後において角度変化が生じ難いので、黄色光ＹＬの光量の減少や緑色光ＧＬｓの光利用効率の低下といった不具合の発生を防止することができる。

また、本実施形態の光源装置２では、第１光学部材２２に対して＋Ｚ方向に配置され、第１光学部材２２から射出された光を、緑色光ＧＬｓと青色光ＢＬｐとに分離する第１色分離素子２９と、第２光学部材２３に対して＋Ｚ方向に配置され、第２光学部材２３から射出された光を、赤色光ＲＬｓ５と緑色光ＧＬｓ１とに分離する第２色分離素子３３と、をさらに備える構成としている。
この構成によれば、緑色光ＧＬｓ、青色光ＢＬｓ１、赤色光ＲＬｓ５および緑色光ＧＬｓ１を光源装置２から射出することができる。

また、本実施形態の場合、反射プリズム２９２から射出される青色光ＢＬｐの光路上に第５位相差素子３８が配置されているため、青色光ＢＬｐをＳ偏光成分の青色光ＢＬｓ１に変換することができる。これにより、第１色分離素子２９から射出される緑色光ＧＬｓおよび青色光ＢＬｓ１をＳ偏光成分の光とすることができる。

また、本実施形態の場合、第２光学部材２３と第２色分離素子３３との間に第４位相差素子３６が配置されているため、黄色光ＹＬｐ、赤色光ＲＬｐ１、赤色光ＲＬｐ３をＳ偏光成分の黄色光ＹＬｓ、赤色光ＲＬｓ２、赤色光ＲＬｓ３に変換することができる。これにより、第２色分離素子３３から射出される赤色光ＲＬｓ５および緑色光ＧＬｓ１をＳ偏光成分の光とすることができる。
したがって、光源装置２から射出される緑色光ＧＬｓ、青色光ＢＬｓ１、赤色光ＲＬｓ５および緑色光ＧＬｓ１の全てをＳ偏光成分の光に揃えることができる。

また、本実施形態の場合、光源装置２が青色光ＢＬｓを拡散装置２６に向けて集光する第１集光素子２５を備えているため、第３位相差素子３５から射出された青色光ＢＬｃ１を第１集光素子２５によって拡散装置２６に効率良く集光できるとともに、拡散装置２６から射出された青色光ＢＬｃ２を略平行化することができる。これにより、青色光ＢＬｓの損失を抑制することができ、青色光ＢＬｓの利用効率を高めることができる。

また、本実施形態の場合、光源装置２が青色光ＢＬｐを波長変換素子２８に向けて集光する第２集光素子２７を備えているため、青色光ＢＬｐを第２集光素子２７によって波長変換素子２８に効率良く集光できるとともに、波長変換素子２８から射出された黄色光ＹＬを略平行化することができる。これにより、黄色光ＹＬの損失を抑制することができ、黄色光ＹＬの利用効率を高めることができる。

また、本実施形態の場合、プロジェクター１が光源装置２と光変調装置６との間に位置する均一化装置４を備えているため、光源装置２から射出される緑色光ＧＬｓ、青色光ＢＬｓ１、赤色光ＲＬｓ５および緑色光ＧＬｓ１によって光変調装置６を略均一に照明することができる。これにより、投射画像の色むらおよび輝度むらを抑制することができる。

また、本実施形態の場合、光変調装置６が複数の画素ＰＸに対応する複数のマイクロレンズ６２１を有するマイクロレンズアレイ６２を備えているため、光変調装置６に入射される４つの色光を、マイクロレンズ６２１によって液晶パネル６１の対応する４つのサブ画素ＳＸに入射させることができる。これにより、光源装置２から射出された各色光を各サブ画素ＳＸに効率良く入射させることができ、各色光の利用効率を高めることができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１６および図１７を用いて説明する。
第２実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光学素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、以下では光学素子の構成のみを説明し、その他の構成についての説明は省略する。

図１６は、本実施形態の光学素子１３０の構成を示す断面図である。図１６は、ＸＺ面と平行な面による光学素子１３０の断面図である。
図１６に示すように、本実施形態の光学素子１３０において、凹面領域３１Ｂを構成する入射側凹面１３１ｂおよび射出側凹面１３２ｂはそれぞれ球面形状を有している。本実施形態の光学素子１３０は、平面形状からなる平面領域３１Ａと球面形状からなる凹面領域３１Ｂとを組み合わせた構造を採用するため、平面形状からなる平面領域３１Ａと非球面形状からなる凹面領域３１Ｂとを組み合わせた構造を採用する第１実施形態の光学素子３１に比べて容易に製造することができる。よって、光学素子１３０を採用することで本実施形態の光源装置によればコスト低減を図ることができる。

本実施形態の光学素子１３０においても、光入射面１３１および光射出面１３２は、光学素子１３０に入射する際に青色光ＢＬｐあるいは緑色光ＧＬｓに生じた角度変化を補正して射出させる角度補正機能を有している。これにより、青色光ＢＬｐあるいは緑色光ＧＬｓが光学素子１３０を透過することによる黄色光ＹＬの光量の減少や緑色光ＧＬｓの光利用効率の低下といった不具合の発生を防止できる。

図１７は、本実施形態において波長変換素子２８に入射する赤色光のシミュレーション結果を示す図である。
図１７に示されるように、本実施形態の光学素子１３０によれば、図６に示した比較例の構成に比べて、分離した赤色光を波長変換素子２８上に効率良く入射させることが確認できた。具体的に、図６のシミュレーション結果に対して、図１７のシミュレーション結果では、波長変換素子２８に入射する赤色光の光量が１０％程度増えることが確認できた。

［第２実施形態の効果］
本実施形態の光学素子１３０によれば、凹面領域３１Ｂを非球面形状に代えて球面形状で構成することでコスト増加を抑えつつ、波長変換素子２８に赤色光を効率良く入射させることができる。
また、本実施形態においても、ピッチが狭い偏光変換素子を用いることなく、偏光方向が揃えられた複数の色光を射出可能な光源装置を実現できる、光源装置およびプロジェクターの小型化が図れる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態の光学素子３１、１３０において、平面領域３１Ａの入射側平面１３１ａおよび射出側平面１３２ａはいずれも平面で構成する場合を例に挙げたが、平面領域３１Ａは少なくとも入射側平面１３１ａのみを有していればよい。すなわち、射出側平面１３２ａが凹面や凸面等の湾曲面で構成されてもよい。また、上記実施形態の光学素子３１において、凹面領域３１Ｂの入射側凹面１３１ｂおよび射出側凹面１３２ｂはいずれも非球面形状または凹面形状で構成する場合を例に挙げたが、凹面領域３１Ｂを構成する非球面形状または凹面形状は少なくとも入射側凹面１３１ｂのみに形成されていればよい。すなわち、凹面領域３１Ｂのうち射出側凹面１３２ｂが平面で構成されてもよい。

また、上記実施形態の光学素子３１において、凹面領域３１Ｂを構成する入射側凹面１３１ｂおよび射出側凹面１３２ｂはそれぞれ自由曲面で構成してもよい。この構成によれば、波長変換素子２８側に赤色光ＲＬｓをより効率良く戻すことができるので、赤色光ＲＬｓの利用効率を高めることができる。

また、上記実施形態においては、第１光学部材２２および第２光学部材２３をいずれもプレート型の偏光分離素子で構成する場合を例に挙げたが、第１光学部材２２および第２光学部材２３が略直角二等辺三角柱状の２つの基材を組み合わせ、２つの基材の界面に光学膜を形成した略直方体形状に形成されたプリズム型の偏光分離素子で構成されていてもよい。第１光学部材２２および第２光学部材２３としてプリズム型の偏光分離素子を用いる場合、ライトトンネル４０は不要となる。また、第１光学部材２２および第２光学部材２３の一方をプリズム型で構成し、他方をプレート型で構成してもよい。

また、上記実施形態においては、第１光学層２２１および第２光学層２２２が１つの透光性基材の２つの面に設けられていた。この構成に代えて、第１光学層２２１と第２光学層２２２とは、それぞれ異なる透光性基材に設けられていてもよい。例えば第１光学層２２１が第１透光性基材の第１面に設けられ、第１透光性基材の第１面とは異なる第２面に反射防止層が設けられ、第２光学層２２２が第２透光性基材の第３面に設けられ、第２透光性基材の第３面とは異なる第４面に反射防止層が設けられ、第１光学層２２１および第２光学層２２２が互いに対向して配置されていてもよい。同様に、第３光学層２３１および第４光学層２３２は、それぞれ異なる透光性基材に設けられていてもよい。

上記実施形態の光源装置２は、第１集光素子２５および第２集光素子２７を備えている。しかしながら、この構成に限らず、第１集光素子２５および第２集光素子２７のうち少なくとも一方は設けられていなくてもよい。

上記各実施形態の光源部２１は、＋Ｘ方向に青色光ＢＬｓ，ＢＬｐを射出する。しかしながら、これに限らず、光源部２１は、＋Ｘ方向に交差する方向に青色光ＢＬｓ，ＢＬｐを射出し、例えば反射部材を用いて青色光ＢＬｓ，ＢＬｐを反射させた後、＋Ｘ方向に第１光学部材２２に入射させる構成としてもよい。

上記各実施形態のプロジェクター１は、第１マルチレンズ４１、第２マルチレンズ４２、および重畳レンズ４３を有する均一化装置４を備えている。この構成に代えて、他の構成を有する均一化装置が設けられてもよいし、均一化装置４は設けられていなくてもよい。

上記実施形態の光源装置２は、４つの射出位置のそれぞれから色光を射出し、光変調装置６を構成する液晶パネル６１は、１つの画素ＰＸに４つのサブ画素ＳＸを有している。この構成に代えて、光源装置２は、３つの色光を射出し、液晶パネルは、１つの画素に３つのサブ画素を有する構成であってもよい。この場合、例えば、上記実施形態の光源装置において、緑色光ＧＬｓの光路に全反射部材が設けられていてもよい。

上記実施形態の光源装置２は、それぞれがＳ偏光であり、空間的に分離された緑色光ＧＬｓ、青色光ＢＬｓ１、赤色光ＲＬｓ５および緑色光ＧＬｓ１を射出する。これらの構成に代えて、光源装置が射出する各色光の偏光状態は、他の偏光状態であってもよい。例えば、光源装置は、それぞれがＰ偏光であり、空間的に分離された複数の色光を射出する構成であってもよい。

その他、光源装置、およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明の一つの形態の光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。

本発明の一つの態様の光源装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置は、第１波長帯を有し、第１偏光方向に偏光する光と第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に偏光する光とを含む第１光を射出する光源部と、光源部から第１方向に沿って入射される第１偏光方向に偏光する第１光を第１方向に透過し、第２偏光方向に偏光する第１光を第１方向と交差する第２方向に反射する第１偏光分離素子と、第１偏光分離素子に対して第１方向に配置され、第１偏光分離素子から第１方向に沿って入射される第１偏光方向に偏光する第１光を第２方向に反射する第２偏光分離素子と、第１偏光分離素子に対して第２方向に配置され、第１偏光分離素子から第２方向に沿って入射される第２偏光方向に偏光する第１光を拡散させ、拡散した第１光を第２方向とは反対方向である第３方向に射出する拡散素子と、第２偏光分離素子に対して第２方向に配置され、第２偏光分離素子から第２方向に沿って入射される第１偏光方向に偏光する第１光を波長変換し、第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する第２光を第３方向に射出する波長変換素子と、第１偏光分離素子と第２偏光分離素子との間に設けられ、平面領域と凹面領域とを有する光学素子と、を備え、第２偏光分離素子は、波長変換素子から第３方向に沿って第２光が入射され、第１偏光方向に偏光する第２光を第３方向に透過し、第２偏光方向に偏光する第２光を第１方向とは反対方向である第４方向に反射し、光学素子は、第２偏光分離素子から第４方向に沿って入射される第２偏光方向に偏光する第２光を、第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第３光と、第２波長帯および第３波長帯とは異なる第４波長帯を有する第４光とに分離し、第３光を第４方向に透過し、第４光を第１方向に反射し、第１偏光分離素子は、拡散素子から第３方向に沿って射出される第１光を透過し、第２偏光分離素子から第４方向に沿って入射される第３光を第３方向に反射する。

本発明の一つの態様の光源装置において、第２偏光分離素子は、光学素子で反射されて第１方向に沿って入射される第４光を第２方向に反射して波長変換素子に入射させる構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第２偏光分離素子は、波長変換素子から射出される第４光のうち、第１偏光方向に偏光する光を第３方向に透過させ、第２偏光方向に偏光する光を光学素子に向けて反射させる構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第１偏光分離素子と拡散素子との間に設けられ、第１偏光分離素子から第２方向に沿って第２偏光方向に偏光する第１光が入射される第１位相差素子をさらに備える構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、光源部は、第１波長帯の光を射出する発光素子と、発光素子から射出される光が入射され、第１光を射出する第２位相差素子と、を有する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第２位相差素子は、第２位相差素子に入射する光の進行方向に沿う回転軸を中心として回転可能とされている構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第２偏光分離素子と波長変換素子との間に設けられ、第４光に対して第４波長帯の１／４の位相差を付与する第３位相差素子をさらに備える構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第１偏光分離素子および第２偏光分離素子に対して、第１方向、第２方向、第３方向および第４方向にそれぞれ交差する第５方向に配置される、第１ミラーと、第１ミラーに対向して設けられ、第１偏光分離素子および第２偏光分離素子に対して、第５方向とは反対方向である第６方向に配置される、第２ミラーと、第１偏光分離素子および第２偏光分離素子に交差するように配置され、第１ミラーの第１方向の端部と第２ミラーの第１方向の端部とを接続する第３ミラーと、をさらに備える構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、光学素子の平面領域は、第２偏光分離素子から入射される第２偏光方向に偏光する第２光の主光線を含む光束が入射する中央部に位置し、光学素子の凹面領域は、中央部の周辺に設けられる周辺部に位置する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、光学素子は、第２偏光分離素子に対向する第１面と、第１偏光分離素子に対向する第２面と、を有し、凹面領域は、光学素子の少なくとも第１面に設けられた球面形状または非球面形状を含む構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第１偏光方向に偏光する第１光は第２面から第１面に向かって光学素子を透過し、第４光は第１面から第２面に向かって光学素子を透過し、第１面および第２面は、光学素子に入射する際に第１光または第４光に生じた角度変化を補正して射出させる角度補正機能を有する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第１偏光分離素子に対して第３方向に配置され、第１偏光分離素子から射出された光を、第３波長帯を有する第５光と、第１波長帯を有する第６光と、に分離する第１色分離素子と、第２偏光分離素子に対して第３方向に配置され、第２偏光分離素子から射出された光を、第４波長帯を有する第７光と、第３波長帯を有する第８光と、に分離する第２色分離素子と、をさらに備える構成としてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、光源装置と光変調装置との間に設けられる均一化装置をさらに備え、均一化装置は、光源装置から入射される光を複数の部分光束に分割する２つのマルチレンズと、２つのマルチレンズから入射される複数の部分光束を光変調装置に重畳させる重畳レンズと、を有する構成としてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記光変調装置は、複数の画素を有する液晶パネルと、前記液晶パネルに対して光入射側に設けられ、前記複数の画素に対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、を有し、前記複数の画素のそれぞれは、第１サブ画素、第２サブ画素、第３サブ画素、および第４サブ画素を有し、前記マイクロレンズは、前記第５光を前記第１サブ画素に入射させ、前記第６光を前記第２サブ画素に入射させ、前記第７光を前記第３サブ画素に入射させ、前記第８光を前記第４サブ画素に入射させる構成としてもよい。

１…プロジェクター、２…光源装置、４…均一化装置、６…光変調装置、７…投射光学装置、２１…光源部、２２…第１光学部材（第１偏光分離素子）、２３…第２光学部品（第２偏光分離素子）、２８…波長変換素子、２９…第１色分離素子、３１，１３０…光学素子、３１Ａ…平面領域、３１Ｂ…凹面領域、３３…第２色分離素子、３５…第３位相差素子、３７…第１位相差素子、４３…重畳レンズ、６１…液晶パネル、６２…マイクロレンズアレイ、１３１…光入射面（第１面）、１３２…光射出面（第２面）、１４１…第１ミラー、１４２…第２ミラー、１４３…第３ミラー、２１１…発光素子、６２１…マイクロレンズ、２１３１…第２位相差素子、Ａｘ２…主光線、ＢＬ…第１光、Ｂ…青色光線（第１波長帯の光）、ＢＬｐ…青色光（第１偏光方向に偏光する第１光、第６光）、ＢＬｓ…青色光（第２偏光方向に偏光する第１光）、ＢＬｃ１，ＢＬｃ２…青色光（第１光）、ＧＬｓ，ＧＬｓ１…緑色光（第３光、第５光、第７光）、ＲＬｓ，ＲＬｓ５…赤色光（第４光、第７光）、Ｐ１…中央部、Ｐ２…周辺部、ＰＸ…画素、ＳＸ…サブ画素、ＳＸ１…第１サブ画素、ＳＸ２…第２サブ画素、ＳＸ３…第３サブ画素、ＳＸ４…第４サブ画素。

Claims (15)

1. 第１波長帯を有し、第１偏光方向に偏光する光と前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に偏光する光とを含む第１光を射出する光源部と、
   前記光源部から第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向に透過し、前記第２偏光方向に偏光する前記第１光を前記第１方向と交差する第２方向に反射する第１偏光分離素子と、
   前記第１偏光分離素子に対して前記第１方向に配置され、前記第１偏光分離素子から前記第１方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を前記第２方向に反射する第２偏光分離素子と、
   前記第１偏光分離素子に対して前記第２方向に配置され、前記第１偏光分離素子から前記第２方向に沿って入射される前記第２偏光方向に偏光する前記第１光を拡散させ、拡散した前記第１光を前記第２方向とは反対方向である第３方向に射出する拡散素子と、
   前記第２偏光分離素子に対して前記第２方向に配置され、前記第２偏光分離素子から前記第２方向に沿って入射される前記第１偏光方向に偏光する前記第１光を波長変換し、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する第２光を前記第３方向に射出する波長変換素子と、
   前記第１偏光分離素子と前記第２偏光分離素子との間に設けられ、平面領域と凹面領域とを有する光学素子と、を備え、
   前記第２偏光分離素子は、前記波長変換素子から前記第３方向に沿って前記第２光が入射され、前記第１偏光方向に偏光する前記第２光を前記第３方向に透過し、前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を前記第１方向とは反対方向である第４方向に反射し、
   前記光学素子は、前記第２偏光分離素子から前記第４方向に沿って入射される前記第２偏光方向に偏光する前記第２光を、前記第２波長帯とは異なる第３波長帯を有する第３光と、前記第２波長帯および前記第３波長帯とは異なる第４波長帯を有する第４光とに分離し、前記第３光を前記第４方向に透過し、前記第４光を前記第１方向に反射し、
   前記第１偏光分離素子は、前記拡散素子から前記第３方向に沿って射出される前記第１光を透過し、前記第２偏光分離素子から前記第４方向に沿って入射される前記第３光を前記第３方向に反射する
   光源装置。
2. 前記第２偏光分離素子は、前記光学素子で反射されて前記第１方向に沿って入射される前記第４光を前記第２方向に反射して前記波長変換素子に入射させる
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２偏光分離素子は、前記波長変換素子から射出される前記第４光のうち、前記第１偏光方向に偏光する光を第３方向に透過させ、前記第２偏光方向に偏光する光を前記光学素子に向けて反射させる
   請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第１偏光分離素子と前記拡散素子との間に設けられ、前記第１偏光分離素子から前記第２方向に沿って前記第２偏光方向に偏光する前記第１光が入射される第１位相差素子をさらに備える
   請求項１から請求項３のいずれ一項に記載の光源装置。
5. 前記光源部は、前記第１波長帯の光を射出する発光素子と、前記発光素子から射出される光が入射され、前記第１光を射出する第２位相差素子と、を有する
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記第２位相差素子は、前記第２位相差素子に入射する光の進行方向に沿う回転軸を中心として回転可能とされている
   請求項５に記載の光源装置。
7. 前記第２偏光分離素子と前記波長変換素子との間に設けられ、前記第４光に対して前記第４波長帯の１／４の位相差を付与する第３位相差素子をさらに備える
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記第１偏光分離素子および前記第２偏光分離素子に対して、前記第１方向、前記第２方向、前記第３方向および前記第４方向にそれぞれ交差する第５方向に配置される、第１ミラーと、
   前記第１ミラーに対向して設けられ、前記第１偏光分離素子および前記第２偏光分離素子に対して、前記第５方向とは反対方向である第６方向に配置される、第２ミラーと、
   前記第１偏光分離素子および前記第２偏光分離素子に交差するように配置され、前記第１ミラーの前記第１方向の端部と前記第２ミラーの前記第１方向の端部とを接続する第３ミラーと、をさらに備える
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記光学素子の前記平面領域は、前記第２偏光分離素子から入射される前記第２偏光方向に偏光する前記第２光の主光線を含む光束が入射する中央部に位置し、
   前記光学素子の前記凹面領域は、前記中央部の周辺に設けられる周辺部に位置する
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 前記光学素子は、前記第２偏光分離素子に対向する第１面と、前記第１偏光分離素子に対向する第２面と、を有し、
    前記凹面領域は、前記光学素子の少なくとも前記第１面に設けられた球面形状または非球面形状を含む
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の光源装置。
11. 前記第１偏光方向に偏光する前記第１光は前記第２面から前記第１面に向かって前記光学素子を透過し、
    前記第４光は前記第１面から前記第２面に向かって前記光学素子を透過し、
    前記第１面および前記第２面は、前記光学素子に入射する際に前記第１光または前記第４光に生じた角度変化を補正して射出させる角度補正機能を有する
    請求項１０に記載の光源装置。
12. 前記第１偏光分離素子に対して前記第３方向に配置され、前記第１偏光分離素子から射出された光を、前記第３波長帯を有する第５光と、前記第１波長帯を有する第６光と、に分離する第１色分離素子と、
    前記第２偏光分離素子に対して前記第３方向に配置され、前記第２偏光分離素子から射出された光を、前記第４波長帯を有する第７光と、前記第３波長帯を有する第８光と、に分離する第２色分離素子と、をさらに備える
    請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の光源装置。
13. 請求項１２に記載の光源装置と、
    前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
    前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
    を備える
    プロジェクター。
14. 前記光源装置と前記光変調装置との間に設けられる均一化装置をさらに備え、
    前記均一化装置は、
    前記光源装置から入射される光を複数の部分光束に分割する２つのマルチレンズと、
    前記２つのマルチレンズから入射される前記複数の部分光束を前記光変調装置に重畳させる重畳レンズと、を有する
    請求項１３に記載のプロジェクター。
15. 前記光変調装置は、複数の画素を有する液晶パネルと、前記液晶パネルに対して光入射側に設けられ、前記複数の画素に対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、を有し、
    前記複数の画素のそれぞれは、第１サブ画素、第２サブ画素、第３サブ画素、および第４サブ画素を有し、
    前記マイクロレンズは、前記第５光を前記第１サブ画素に入射させ、前記第６光を前記第２サブ画素に入射させ、前記第７光を前記第３サブ画素に入射させ、前記第８光を前記第４サブ画素に入射させる
    請求項１４に記載のプロジェクター。

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