JP2022085838A - 光源光学系、光源ユニット、光源装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で照度分布を改善できる光源光学系を提供する。【解決手段】光源（２０）から射出した第１の光束を波長変換素子（２６）に入射させる第１の光学系（２２，２３，２４，２５，３０，３１，３２，３３）と、波長変換素子で波長変換された第２の光束（ＬＦ）が透過する第２の光学系（２３，２４，２５，２７，３０，３１，３２，３３）と、を有する光源光学系において、第２の光学系の中に、第２の光束の一部を第２の光学系内で分離する導光部材（２３，３０，３１，３２，３３）を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、光源光学系、光源ユニット、光源装置及び画像表示装置に関する。

映像を拡大投影するプロジェクタ（画像表示装置、画像投射装置）が広く普及している。プロジェクタは、光源から射出された光をデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）や液晶表示素子といった画像表示素子（空間光変調素子）に集光させ、映像信号により変調された画像表示素子からの射出光を、被投射面であるスクリーン上にカラー映像として表示させるものである。

従来、プロジェクタの光源には主に高輝度の超高圧水銀ランプ等が用いられてきたが、寿命が短く、メンテナンスを頻繁に行う必要があった。そのため、近年では、超高圧水銀ランプに代えてレーザやＬＥＤ等を光源に使用したプロジェクタが増加している。レーザやＬＥＤは、超高圧水銀ランプと比較して寿命が長く、また、その単色性により色再現性が良い、という利点がある。

例えば色の三原色である赤色、緑色、青色の三色を画像表示素子に照射して映像を形成する場合、これら三色の全てをレーザ光源で生成することも可能ではあるが、緑色レーザや赤色レーザの発光効率が青色レーザに比べて低いという問題がある。そのため、青色レーザを励起光として蛍光体に照射して、蛍光体で波長変換された蛍光光から赤色光と緑色光を生成する方法が用いられている。このようなレーザ光源と蛍光体を用いた光源装置が、特許文献１や特許文献２等に開示されている。

特許第６０９０８７５号公報 特許第６３６４９１６号公報

この種の光源装置は、照射面における照度分布をできるだけ均一にすることが求められる。そして、従来の光源装置における光源光学系は、照射面上の照度分布の偏りに改善の余地があった。

特に、プロジェクタでは、光源光学系からの光の照射面である画像表示素子上での照度分布が、スクリーン上の照度分布に影響を与えてしまうことがあった。さらに、光源光学系に加えて投射光学系等も照度分布に影響を及ぼす。つまり、プロジェクタの課題であるスクリーン上での照度むらは、光源装置に起因する場合と、光源装置よりも先の投射光学系等に起因する場合のいずれもある。投射光学系が照度むらの一因になる場合として、例えば、投射光学系に折返しミラーを含む超短焦点タイプのプロジェクタでは、投射された光がスクリーンに入射する入射角が上下方向の高さ位置によって大きく異なることから、画面の上下で照度むらが生じやすい。

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、簡単な構成で照度分布を改善できる光源光学系、光源ユニット、光源装置及び画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の光源光学系の態様は、光源から射出した第１の光束を波長変換素子に入射させる第１の光学系と、波長変換素子で波長変換された第２の光束が透過する第２の光学系と、を有し、第２の光学系の中に、第２の光束の一部を第２の光学系内で分離する導光部材を備える。

本発明の光源ユニットの態様は、光源から射出した第１の光束を第１の光学系によって波長変換素子に入射させ、波長変換素子で波長変換された第２の光束を第２の光学系を通して射出し、第２の光学系の中に、第２の光束の一部を第２の光学系内で分離する導光部材を備える。

本発明の光源装置の態様は、光源と、光源から射出した第１の光束を波長変換素子に入射させる第１の光学系と、波長変換素子で波長変換された第２の光束が透過する第２の光学系と、を有し、第２の光学系の中に、第２の光束の一部を第２の光学系内で分離する導光部材を備える。

本発明の画像表示装置の態様は、光源から波長変換素子まで第１の光束が通る光路を形成する第１の光学系と、波長変換素子で波長変換された第２の光束が通る光路を形成する第２の光学系とを含む光源装置と、光源装置からの光を変調して画像を形成する画像表示素子と、画像を被投射面に投射する投射光学系と、を有し、第２の光学系の中に、第２の光束の一部を第２の光学系内で分離する導光部材を備える。

本発明の光源光学系、光源ユニット、光源装置及び画像表示装置によれば、簡単な構成で照度分布を改善できる。

プロジェクタ（画像表示装置）の概略構成図である。 第１実施形態による光源装置を示す概略構成図である。 光源装置を構成する蛍光体ホイールの構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図である。 第１実施形態の導光部材の配置と作用を示す側断面図である。 第１実施形態の導光部材の配置を示す正面図である。 第１実施形態の光源装置による照度分布の改善結果を示す図である。 第２実施形態による光源装置を示す概略構成図である。 第２実施形態の導光部材の配置と作用を示す側断面図である。 第２実施形態の導光部材の配置を示す正面図である。 第２実施形態の光源装置による照度分布の改善結果を示す図である。 第３実施形態の光源装置における導光部材の配置を示す正面図である。 第４実施形態による光源装置を示す概略構成図である。 第４実施形態の導光部材の配置と作用を示す側断面図である。 第４実施形態の導光部材の配置を示す正面図である。 第４実施形態の光源装置による照度分布の改善結果を示す図である。 第５実施形態による光源装置を示す概略構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は、画像表示装置の一例であるプロジェクタの全体構造を示している。図２以降は、プロジェクタを構成する光源装置（光源光学系）の実施形態を示しており、図２から図６は第１実施形態、図７から図１０は第２実施形態、図１１は第３実施形態、図１２から図１５は第４実施形態、図１６は第５実施形態である。

図１に示すプロジェクタ１０は、筐体１１と、光源装置（光源ユニット）１２と、光均一化素子１３と、照明光学系１４と、画像表示素子１５と、投射光学系１６と、を有している。光源装置１２から投射光学系１６までの各構成要素が筐体１１の内部に収容されている。

光源装置１２は、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色に対応する波長を含んだ光を射出する。光源装置１２の内部構成については、後に詳細に説明する。

光均一化素子１３は、光源装置１２から射出された光をミキシングすることで均一化する。光均一化素子１３としては、例えば、４枚のミラーを組み合わせたライトトンネル、円柱状のガラス等からなるロッドインテグレータ、複数のレンズをマトリクス状に配置したフライアイレンズ等が用いられる。

照明光学系１４は、光均一化素子１３によって均一化された光で画像表示素子１５を略均一に照明する。照明光学系１４は、例えば、１枚以上のレンズや１面以上の反射面等を有している。

画像表示素子１５は、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル等のライトバルブ（光弁）を有している。画像表示素子１５は、照明光学系１４により照明される光（光源装置１２からの光）を変調することにより画像を形成する。

投射光学系１６は、画像表示素子１５が形成した画像を、プロジェクタ１０の外部のスクリーン（被投射面）１７に拡大投射する。投射光学系１６は、例えば、１枚以上のレンズを有している。

図２は、第１実施形態による光源装置１２を示す概略構成図である。光源装置１２は、光の伝搬方向に順に配置された、レーザ光源（光源）２０と、コリメータレンズ２１と、第１レンズ群２２と、導光部材２３と、１／４波長板２４と、第２レンズ群２５と、蛍光体ホイール（波長変換素子）２６と、第３レンズ群２７と、カラーホイール２８と、を有している。例えば、光源装置１２のうち、レーザ光源２０を除いた構成要素（光学要素）によって光源光学系が構成される。

レーザ光源２０は、複数の光源（固体光源）を有している。図２では、図面の上下方向に並ぶ６個の光源を描いているが、実際には、６個の光源が紙面直交方向（奥行方向）にｎ列（ｎは２以上の数）並んでおり、６×ｎ個の光源が二次元アレイ状に配列されている。なお、複数のレーザ光源２０の数は任意に設定することが可能である。また、複数のレーザ光源２０ではなく、高出力の単一のレーザ光源を用いることも可能である。

複数のレーザ光源２０は、例えば、基板上に複数の光源をアレイ状に配置した光源ユニットとして構成することができるが、その具体的態様には自由度がある。以下では、二次元アレイ状に配列された複数の光源を「複数のレーザ光源２０」と呼ぶことがある。

複数のレーザ光源２０は、蛍光体ホイール２６の波長変換領域である蛍光領域２６ｄ（図３）に設けられた蛍光体を励起させる励起光ＢＬ（第１の色光）として、例えば、発光強度の中心波長が４５５ｎｍの青色帯域の光（青色レーザ光）を射出する。複数のレーザ光源２０から射出される青色レーザ光は、偏光状態が一定の直線偏光であり、導光部材２３の入射面（後述する表面２３ａ）に対してＳ偏光となるように配置されている。複数のレーザ光源２０から射出される青色レーザ光は、コヒーレント光である。なお、複数のレーザ光源２０から射出される励起光ＢＬは、蛍光体ホイール２６の蛍光領域２６ｄの蛍光体を励起させることができる波長の光であればよく、青色帯域の光に限定されるものではない。

コリメータレンズ２１は、複数のレーザ光源２０に対応して二次元アレイ状に複数配列されている。複数のコリメータレンズ２１は、複数のレーザ光源２０から射出されるそれぞれの光束（励起光ＢＬ）を平行光又は収束光となるように調整する。コリメータレンズ２１の数は、レーザ光源２０の光源の数に対応していればよく、レーザ光源２０の光源の数の増減に応じて増減することができる。

第１レンズ群２２は、全体として正のパワーを有しており、レーザ光源２０から蛍光体ホイール２６に向かう光の伝搬方向に向かって順に、正レンズ２２ａと負レンズ２２ｂとを有している。第１レンズ群２２は、コリメータレンズ２１から平行光又は収束光となって入射した励起光ＢＬを収束させながら導光部材２３に導く。なお、第１レンズ群２２は、正のパワーではなく、負のパワーを有していてもよい。

導光部材２３は、第１レンズ群２２と第２レンズ群２５の間の光路上に位置している。導光部材２３は、平板状（プレートタイプ）の偏光ビームスプリッタであり、第１レンズ群２２から導かれた励起光ＢＬの波長帯域のＳ偏光（第１の偏光成分）を反射する一方、励起光ＢＬの波長帯域のＰ偏光（第２の偏光成分）及び蛍光体ホイール２６からの蛍光光ＹＬ（第２の色光）を透過するようなコートが施されている。

本実施形態では、導光部材２３が、励起光ＢＬの波長帯域のＳ偏光を反射してＰ偏光を透過するが、これとは逆に、励起光ＢＬの波長帯域のＰ偏光を反射してＳ偏光を透過するようにしてもよい。

１／４波長板２４は、導光部材２３で反射された励起光ＢＬの直線偏光に対して光学軸を４５度傾けた状態で配置されている。１／４波長板２４は、導光部材２３で反射された励起光ＢＬを直線偏光から円偏光に変換する。

第２レンズ群２５は、全体として正のパワーを有しており、レーザ光源２０から蛍光体ホイール２６に向かう光の伝搬方向に向かって順に、正レンズ２５ａと正レンズ２５ｂとを有している。第２レンズ群２５は、１／４波長板２４により円偏光に変換されて入射した励起光ＢＬを収束させながら蛍光体ホイール２６に導く。

蛍光体ホイール２６には、第２レンズ群２５から導かれた励起光ＢＬが入射する。図３は、蛍光体ホイール２６の詳細構造を示す図である。蛍光体ホイール２６は、円盤部材２６ａと、回転軸２６ｂを中心として円盤部材２６ａを回転駆動する駆動モータ２６ｃとを有している。円盤部材２６ａは、例えば、透明基板や金属基板（アルミニウム基板等）を用いることができるが、これに限定されるものではない。

蛍光体ホイール２６の円盤部材２６ａは、周方向の大部分（本実施形態では２７０°よりも大きい角度範囲）が蛍光領域２６ｄに区画されており、蛍光領域２６ｄの範囲を除いた周方向の一部（本実施形態では９０°よりも小さい角度範囲）が励起光反射領域２６ｅに区画されている。

蛍光領域２６ｄは、下層側から上層側に向かって順に、反射コート２６ｄ１と、蛍光体層２６ｄ２と、反射防止コート２６ｄ３とを積層して構成されている。

反射コート２６ｄ１は、蛍光体層２６ｄ２による蛍光光ＹＬの波長領域の光を反射する特性を有している。円盤部材２６ａを反射率が高い金属基板で構成した場合には、反射コート２６ｄ１を省略する（円盤部材２６ａに反射コート２６ｄ１の機能を持たせる）ことも可能である。

蛍光体層２６ｄ２としては、例えば、蛍光体材料を有機・無機のバインダ内に分散させたもの、蛍光体材料の結晶を直接形成したもの、Ｃｅ：ＹＡＧ系等の希土類蛍光体を用いることができる。蛍光体層２６ｄｄ２による蛍光光ＹＬの波長帯域は、例えば、黄色、青色、緑色、赤色の波長帯域を用いることができるが、本実施形態では、黄色の波長帯域を有する蛍光光ＹＬを用いる場合を例示する。また、本実施形態では波長変換素子として蛍光体を用いているが、燐光体や、非線形光学結晶等を用いてもよい。

反射防止コート２６ｄ３は、蛍光体層２６ｄ２の表面における光の反射を防止する特性を有している。

励起光反射領域２６ｅには、第２レンズ群２５から導かれた励起光ＢＬの波長領域の光を反射する特性を有する反射コート２６ｅ１が積層されている。円盤部材２６ａを反射率が高い金属基板で構成した場合には、反射コート２６ｅ１を省略する（円盤部材２６ａに反射コート２６ｅ１の機能を持たせる）ことも可能である。

円盤部材２６ａを駆動モータ２６ｃによって回転駆動することにより、蛍光体ホイール２６上における励起光ＢＬの照射位置が時間とともに移動する。その結果、蛍光体ホイール２６に入射した励起光ＢＬが、蛍光領域２６ｄで励起光ＢＬとは波長の異なる蛍光光ＹＬに変換されて射出される状態と、蛍光体ホイール２６に入射した励起光ＢＬが、励起光反射領域２６ｅで励起光ＢＬのままで反射されて射出される状態とに、時分割される。

なお、蛍光領域２６ｄと励起光反射領域２６ｅの数や範囲等には自由度があり、種々の設計変更が可能である。例えば、各２つの蛍光領域と励起光反射領域とを周方向に９０°間隔となるように交互に配置してもよい。

再び図２に基づいて光源装置１２を説明する。蛍光体ホイール２６の励起光反射領域２６ｅで反射された励起光ＢＬは、蛍光体ホイール２６から導光部材２３に向けて進む逆向きの円偏光となり、第２レンズ群２５によって拡散光束からほぼ平行光束に変換されて、１／４波長板２４によってＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された励起光ＢＬは、導光部材２３を透過して、集光作用のある第３レンズ群２７を通してカラーホイール２８に入射する。本実施形態では、第３レンズ群２７を単レンズで構成している。

蛍光体ホイール２６の蛍光領域２６ｄに入射した励起光ＢＬは、蛍光光ＹＬに変換されて射出される。この蛍光光ＹＬは、第２レンズ群２５によって拡散光束からほぼ平行光束に変換されて、１／４波長板２４と導光部材２３を透過して、第３レンズ群２７を通してカラーホイール２８に入射する。

カラーホイール２８は、円盤部材２８ａと、回転軸２８ｂを中心として円盤部材２８ａを回転駆動する駆動モータ２８ｃとを有している。図示を省略するが、円盤部材２８ａは、周方向に区画された青色領域、黄色領域、赤色領域、緑色領域を有している。青色領域は、蛍光体ホイール２６の励起光反射領域２６ｅに対応し、黄色領域、赤色領域、緑色領域は、蛍光体ホイール２６の蛍光領域２６ｄにそれぞれ対応するように同期される。黄色領域は、蛍光体ホイール２６から発光する黄色の波長領域をそのまま透過させる。赤色領域と緑色領域は、それぞれダイクロイックミラーを用いることにより、黄色の波長から不要な波長域の光を反射させ、純度の高い色の光を得る。

図１に示すように、カラーホイール２８によって時分割で作られた各色の光が、光均一化素子１３から照明光学系１４を通して画像表示素子１５に導かれ（照射され）、各色に対応した画像を形成し、投射光学系１６によってスクリーン１７に拡大投影させることにより、カラー画像が得られる。すなわち、画像表示素子１５が、光源装置１２からの光を変調して画像を形成し、投射光学系１６が、画像表示素子１５が形成した画像をスクリーン１７に拡大投射する。

以上のプロジェクタ１０を構成する光源装置１２の光源光学系において、第１レンズ群２２から第２レンズ群２５までが、レーザ光源２０から射出された第１の光束を蛍光体ホイール２６に入射させるための（第１の光束が通る光路を形成する）第１の光学系となる。なお、コリメータレンズ２１を第１の光学系に含めても良い。

また、光源装置１２の光源光学系において、第２レンズ群２５から第３レンズ群２７までが、蛍光体ホイール２６により波長変換された第２の光束が透過する（第２の光束が通る光路を形成する）第２の光学系となる。第２の光学系の光軸ＬＸと第２の光束ＬＦを、図２、図４及び図５に示した。図５は、蛍光体ホイール２６側から光軸ＬＸに沿って導光部材２３を見た正面図である。

導光部材２３は、第１の光学系において、第１レンズ群２２側から入射した第１の光束を蛍光体ホイール２６側に向けて反射する反射素子として機能する。また、導光部材２３は、第２の光学系において、第２レンズ群２５から第３レンズ群２７に向かう第２の光束の一部を導光して第２の光学系内で分離させる導光素子として機能する。導光部材２３の構成と機能について、以下に説明する。

導光部材２３は、ガラスや透明樹脂等で形成された平行平面板形状であり、互いに平行な平面である表面２３ａ及び裏面２３ｂを表裏に有する。導光部材２３が偏光ビームスプリッタとして機能するように、表面２３ａ側には、励起光ＢＬの波長帯域のＳ偏光を反射し、励起光ＢＬの波長帯域のＰ偏光及び蛍光光ＹＬを透過するようなコートが形成されている。

導光部材２３の周縁部分は、導光部材２３の長手方向に延びる一対の平行な長辺端面（第１の端面）２３ｃ及び長辺端面（第２の端面）２３ｄと、導光部材２３の短手方向に延びる一対の平行な短辺端面２３ｅ及び短辺端面２３ｆと、によって構成されている、長辺端面２３ｃ及び長辺端面２３ｄ、短辺端面２３ｅ及び短辺端面２３ｆはそれぞれ、表面２３ａ及び裏面２３ｂに対して略垂直な面である。また、長辺端面２３ｃ及び長辺端面２３ｄは、短辺端面２３ｅ及び短辺端面２３ｆに対して略垂直な面である。導光部材２３は、第２の光束ＬＦの外側において短辺端面２３ｅ，２３ｆ付近が、不図示の支持手段によって支持固定されている。

第１レンズ群２２の光軸が延びる方向をＭ１方向とする。Ｍ１方向は、第２の光学系の光軸ＬＸに対して垂直である。導光部材２３は、Ｍ１方向及び光軸ＬＸに対して垂直なＭ２方向に長手方向を向けて配置されている。

図４に示すように、導光部材２３は、Ｍ２方向の側方（短辺端面２３ｅや短辺端面２３ｆの側）から見て、表面２３ａ及び裏面２３ｂが光軸ＬＸに対して約４５度の交差角になるように配置されている。そして、光軸ＬＸに沿う方向で、表面２３ａが蛍光体ホイール２６（第２レンズ群２５）側に位置し、裏面２３ｂがカラーホイール２８（第３レンズ群２７）側に位置している。

図５に示すように、光軸ＬＸに沿う導光部材２３の正面視では、表面２３ａと長辺端面２３ｃが蛍光体ホイール２６側に向いている。この正面視における投影面積が大きい表面２３ａが第１の面であり、投影面積が小さい長辺端面２３ｃが第２の面であり、第１の面である表面２３ａによって、第１の光束を蛍光体ホイール２６側に反射させる。

図５とは逆側から光軸ＬＸに沿って導光部材２３を背面視すると、裏面２３ｂと長辺端面２３ｄが第３レンズ群２７（カラーホイール２８）側に向いている。背面視における投影面積は、裏面２３ｂの方が長辺端面２３ｄよりも大きい。

導光部材２３は、上記の正面視及び背面視での外形中心を光軸ＬＸが通るように配置されている。より詳しくは、図５に示す導光部材２３の正面視で、長辺端面２３ｃから長辺端面２３ｄまでの短手方向寸法の中心に光軸ＬＸが位置し、且つ短辺端面２３ｅから短辺端面２３ｆまでの長手方向寸法の中心に光軸ＬＸが位置している。図５に示すように、光軸ＬＸを含みＭ１方向に沿う仮想平面Ｓ１と、光軸ＬＸを含みＭ２方向に沿う仮想平面Ｓ２とを設定すると、正面視及び背面視での導光部材２３は、仮想平面Ｓ１と仮想平面Ｓ２の双方に関して対称な形状になる（導光部材３０の長手方向の中央を仮想平面Ｓ１が通り、短手方向の中央を仮想平面Ｓ２が通る）。

Ｍ１方向において、正面視での導光部材２３の短手方向寸法の全体が第２の光束ＬＦの範囲内に収まっている。すなわち、Ｍ１方向において、長辺端面２３ｃと長辺端面２３ｄはいずれも、第２の光束ＬＦが通る光路の範囲内に位置している。

Ｍ２方向において、導光部材２３の長手方向寸法は、第２の光束ＬＦの光束径よりもやや大きく、導光部材２３の長手方向の両端付近の一部が、第２の光束ＬＦの範囲外に位置している。

従って、導光部材２３における表面２３ａ及び裏面２３ｂと、長辺端面２３ｃ及び長辺端面２３ｄは、Ｍ２方向（長手方向）の両端付近の一部を除いて、第２の光束ＬＦの範囲内に位置している。これに対し、短辺端面２３ｅ及び短辺端面２３ｆは、第２の光束ＬＦの範囲外に位置している。

蛍光体ホイール２６の蛍光領域２６ｄで波長変換された蛍光光ＹＬや励起光反射領域２６ｅで反射された励起光ＢＬを成分とする第２の光束ＬＦは、第２レンズ群２５によって拡散光束からほぼ平行光束に変換されて、導光部材２３に到達する。図５に示すように、導光部材２３のうち第２の光束ＬＦ上に位置する領域の大部分は表面２３ａ及び裏面２３ｂであり、当該領域では、導光部材２３は第２の光束ＬＦをそのまま第３レンズ群２７に向けて透過させる。導光部材２３はさらに、蛍光体ホイール２６側からの第２の光束ＬＦの一部が入射する位置に長辺端面２３ｃを有している。

図４に示すように、第２の光束ＬＦの一部は、長辺端面２３ｃから導光部材２３に入射して、導光部材２３内で複数回全反射を繰り返して伝播され、長辺端面２３ｄから射出される。具体的には、長辺端面２３ｃから導光部材２３に入射した光は、表面２３ａと裏面２３ｂでそれぞれ複数回反射されて長辺端面２３ｄに導かれる。このように、導光部材２３は、第２の光束ＬＦを表面２３ａと裏面２３ｂを通してそのまま透過させるだけではなく、第２の光束ＬＦの一部を第２の光学系内で分離させている。これにより、第２の光学系では、導光部材２３の前後で第２の光束ＬＦ中の光量分布が異なる。

より詳しくは、導光部材２３は、図５に示す仮想平面Ｓ２で分けられるＭ１方向の一方の領域に、入射側の長辺端面２３ｃを位置させ、Ｍ１方向の他方の領域に、射出側の長辺端面２３ｄを位置させている。そのため、導光部材２３は、第２の光束ＬＦの一部を、仮想平面Ｓ２を挟んだ上記一方の領域から他方の領域へ導光する。

以上のように機能する導光部材２３を第２の光学系の中に備えることで、光源装置１２から射出される照明光の照射面（画像表示素子１５）での照度分布を変化させることができる。そして、導光部材２３による導光の方向や程度を適切に管理することにより、照射面（画像表示素子１５）での照度分布を改善することができる。

導光部材２３は、第１の光学系においてレーザ光源２０から射出された第１の光束を蛍光体ホイール２６側に反射すると共に、第２の光学系の中に備えられて第２の光束ＬＦの一部を分離する。そのため、部品点数が少ない簡単な構成によって、照度分布の改善を実現することができる。

導光部材２３による第２の光束ＬＦの一部の導光は、第２の光学系の光路の範囲内（第２の光束ＬＦの光束径の内側）で行われる。従って、導光部材２３での導光を起因とする光量損失を防ぎ、光源装置１２における光利用効率を低下させることなく、照度分布の改善を図ることができる。

また、導光部材２３での導光の際に複数回全反射させることで、照度分布の変化の幅を大きくさせる効果が得られる。

図５に示すように、導光部材２３は、第２の光束ＬＦの光束径を横断する長手方向の大きさを有している。従って、導光部材２３の長手方向（Ｍ２方向）において、第２の光束ＬＦの全体で導光部材２３による効果を得ることができる。

プロジェクタ１０においては、画像表示素子１５の箇所での照明光の照度分布と、スクリーン１７上での照度分布には、相関関係がある。そして、投射光学系１６等が照度分布に及ぼす影響を加味して、第２の光学系での導光部材２３による光の分離作用を設定することで、光源装置１２だけでなく、プロジェクタ１０全体としての配光特性を改善し、スクリーン１７上での照度むらを低減させることができる。

導光部材２３による効果を実証する実験及び測定の結果を図６に示した。図６では、導光部材２３を用いて第２の光束ＬＦの一部を分離（導光）させた実施例と、導光部材２３による第２の光束ＬＦの分離（導光）を行っていない比較例とのそれぞれの、スクリーン１７上の照度分布を示している。実施例では、導光部材２３における長辺端面２３ｃ及び長辺端面２３ｄを光透過面として構成して、長辺端面２３ｃから導光部材２３内への光の入射と、長辺端面２３ｄからの光の射出が生じるようにしている。比較例では、導光部材２３における長辺端面２３ｃ及び長辺端面２３ｄを光吸収面として構成し、長辺端面２３ｃから導光部材２３内への光の入射と、長辺端面２３ｄからの光の射出が生じないようにしている。これ以外の条件は同一にしてスクリーン１７上への投射を行ったところ、図６に示す照度分布となった。

図６から分かるように、比較例よりも実施例の方が、照度分布のばらつきが少なく、スクリーン１７上での照度むらが改善されている。特に、スクリーン１７の中央から左上部分にかけての領域で、比較例において生じていた光量不足が実施例では改善されている。

一例として、スクリーン１７上の照度分布の評価は、次のように行う。まず、スクリーン１７上の照度の最大値を１００％として規格化する。そして、スクリーン１７においてプロジェクタ１０による投射が行われる範囲を９つの矩形領域に等分割し、領域ごとに照度の平均値を算出する。さらに、９つの領域の照度の平均値を算出する。このように算出した値を参照することで、スクリーン１７上の照度のむらを定量的に評価できる。

図６中の表１は、実施例でのスクリーン１７上の９つの領域のそれぞれの照度の平均値を示しており、表２は、比較例でのスクリーン１７上の９つの領域のそれぞれの照度の平均値を示している。そして、表１及び表２のデータに基づき算出した照度の平均値は、実施例で８８．０％、比較例で８６．９％であり、比較例に対して実施例ではスクリーン１７上の照度分布のむらが低減されている。

また、本実施例では、導光部材２３の第２の面（長辺端面２３ｃ）の法線と第２の光学系の光軸ＬＸとのなす角は４５度であり、導光部材２３の第１の面（表面２３ａ）と第２の面（長辺端面２３ｃ）との稜線に垂直な方向における第２の面（長辺端面２３ｃ）の長さの平均値Ｗ_３は０．９ｍｍであり、第２の光学系の導光部材２３の第１の面（表面２３ａ）と第２の面（長辺端面２３ｃ）との稜線の位置における第２の光束ＬＦの径φ_Ｌは２０ｍｍである。なお、第２の光束ＬＦの径φ_Ｌは、導光部材２３の蛍光体ホイール２６（波長変換素子）側の端部位置における、光軸ＬＸに垂直な面内での第２の光束ＬＦの直径（光束径）である。
ここで、
導光部材を第２の光学系の光軸に垂直な面に投影した状態で、第１の面と第２の面との稜線に垂直な方向における第２の面の長さの平均値をＷ_２、
第２の光学系の導光部材の直前の光学面における第２の光束の径をφ_Ｌ、
第２の光学系の光軸と導光部材の長辺端面のうち入射側の面（２３ｃ）の長辺の中心線との距離をＨ_ｉ、
第２の光学系の光軸と導光部材の長辺端面のうち射出側の面（２３ｄ）の長辺の中心線との距離をＨ_ｏ、
としたとき、
Ｗ_２＝０．６４ｍｍ
φ_Ｌ＝２０ｍｍ
Ｈ_ｉ＝７．０７ｍｍ
Ｈ_ｏ＝７．０７ｍｍ
となる。よって、
Ｗ_２／φ_Ｌ＝０．０３２
となる。

Ｗ_２／φ_Ｌは導光部材により導光される光量の尺度であり、下記の条件式（１）を満足するのが望ましい。
（１）０．０１８＜Ｗ_２／φ_Ｌ＜０．０３５

Ｗ_２／φ_Ｌが０．０１８より小さくなると、導光される光量が少なくなり過ぎて効果を得られなくなる。Ｗ_２／φ_Ｌが０．０３２より大きくなると、導光される光量が大きくなり過ぎて光束に悪影響を与える恐れが高くなる。

さらに好ましくは、下記の条件式（２）を満足するのが良い。
（２）０．０２２＜Ｗ_２／φ_Ｌ＜０．０３３

なお、スクリーン１７上での照度分布の評価は、以上とは異なる手法で行っても良い。例えば、照度の平均値を得るスクリーン１７上の領域の数を、９つ以外に設定することも可能である。また、スクリーン１７上の各領域の形状を、等分割された矩形以外の形状にすることも可能である。

図７は、第２実施形態による光源装置１２を示す概略構成図である。第２実施形態の光源装置１２は、第１実施形態の導光部材２３に代えて、導光部材３０を備えている。

レーザ光源２０から導光部材３０に向かう第１の光束の進行方向（Ｍ１方向）において、導光部材３０が光軸ＬＸに対して偏心して配置されている。導光部材３０は、導光部材２３のような偏光ビームスプリッタではなく、励起光ＢＬの波長帯域の光を反射し蛍光光ＹＬの波長帯域の光を透過させるダイクロイックミラーである。導光部材３０と第２レンズ群２５の間に、１／４波長板を備えていない。以上が、第１実施形態に対する第２実施形態の相違点である。それ以外の構成については、第１実施形態の光源装置１２と同じであり、共通する部分の説明は省略する。

導光部材３０は、ガラスや透明樹脂等で形成された平行平面板形状であり、互いに平行な平面である表面３０ａ及び裏面３０ｂを表裏に有する。導光部材３０がダイクロイックミラーとして機能するように、表面３０ａ側には、励起光ＢＬの波長帯域の光を反射し蛍光光ＹＬの波長帯域の光を透過させるコートが施されている。

図９に示すように、光軸ＬＸを含みＭ１方向に沿う仮想平面Ｓ１と、光軸ＬＸを含みＭ２方向に沿う仮想平面Ｓ２とを設定すると、光軸ＬＸに沿う正面視及び背面視での導光部材３０は、仮想平面Ｓ１に関して対称な形状である（導光部材３０の長手方向の中央を仮想平面Ｓ１が通る）。一方、正面視及び背面視での導光部材３０は、仮想平面Ｓ２とは重ならずに、Ｍ１方向で光軸ＬＸから偏った位置にある。

第１レンズ群２２から第２レンズ群２５までの第１の光学系により、レーザ光源２０から射出された第１の光束が蛍光体ホイール２６に入射される。また、蛍光体ホイール２６により波長変換された第２の光束が、第２レンズ群２５から第３レンズ群２７までの第２の光学系を通ってカラーホイール２８に入射される。第２の光学系において、導光部材３０が配置されている領域では蛍光光ＹＬのみが導光部材３０を透過し、導光部材３０が配置されていない領域では蛍光光ＹＬと励起光ＢＬのいずれもカラーホイール２８まで到達する。光軸ＬＸに対して導光部材３０がＭ１方向で偏心して配置されているため、第２の光学系では、光軸ＬＸ付近を含む広い領域で励起光ＢＬが通過可能である。

図８及び図９に示すように、導光部材３０の周縁部分は、長手方向に延びる一対の平行な長辺端面（第１の端面）３０ｃ及び長辺端面（第２の端面）３０ｄと、短手方向に延びる一対の平行な短辺端面３０ｅ及び短辺端面３０ｆと、によって構成されている、長辺端面３０ｃ及び長辺端面３０ｄ、短辺端面３０ｅ及び短辺端面３０ｆはそれぞれ、表面３０ａ及び裏面３０ｂに対して略垂直な面である。また、長辺端面３０ｃ及び長辺端面３０ｄは、短辺端面３０ｅ及び短辺端面３０ｆに対して略垂直な面である。導光部材３０は、第２の光束ＬＦの外側において短辺端面３０ｅ，３０ｆ付近が、不図示の支持手段によって支持固定されている。

図８に示すように、導光部材３０は、Ｍ２方向の側方（短辺端面３０ｅや短辺端面３０ｆの側）から見て、表面３０ａ及び裏面３０ｂが光軸ＬＸに対して約４５度の角度になるように配置されている。そして、光軸ＬＸに沿う方向で、表面３０ａが蛍光体ホイール２６（第２レンズ群２５）側に位置し、裏面３０ｂがカラーホイール２８（第３レンズ群２７）側に向いている。

図９に示すように、光軸ＬＸに沿う導光部材３０の正面視では、表面３０ａと長辺端面３０ｃが蛍光体ホイール２６側に向いている。この正面視における投影面積が大きい表面３０ａが第１の面であり、投影面積が小さい長辺端面３０ｃが第２の面であり、第１の面である表面３０ａによって、第１の光束を蛍光体ホイール２６側に反射させる。

図９とは逆側から光軸ＬＸに沿って導光部材３０を背面視すると、裏面３０ｂと長辺端面３０ｄが第３レンズ群２７（カラーホイール２８）側に向いている。背面視における投影面積は、裏面３０ｂの方が長辺端面３０ｄよりも大きい。

Ｍ１方向において、正面視での導光部材３０の短手方向寸法の全体が第２の光束ＬＦの範囲内に収まっている。すなわち、Ｍ１方向において、長辺端面３０ｃと長辺端面３０ｄはいずれも、第２の光束ＬＦが通る光路の範囲内に位置している。

Ｍ２方向において、導光部材３０の長手方向寸法は、第２の光束ＬＦの光束径よりもやや大きく、導光部材３０の長手方向の両端付近の一部が、第２の光束ＬＦの範囲外に位置している。

従って、導光部材３０における表面３０ａ及び裏面３０ｂと、長辺端面３０ｃ及び長辺端面３０ｄは、Ｍ２方向（長手方向）の両端付近の一部を除いて、第２の光束ＬＦの範囲内に位置している。これに対し、短辺端面３０ｅ及び短辺端面３０ｆは、第２の光束ＬＦの範囲外に位置している。

図８に示すように、第２の光束ＬＦの一部は、長辺端面３０ｃから導光部材３０に入射して、導光部材３０内で複数回全反射を繰り返して伝播され、長辺端面３０ｄから射出される。つまり、導光部材３０は、第２の光束ＬＦの一部を第２の光学系内で分離させる。これにより、第２の光学系では、導光部材３０の前後で第２の光束ＬＦ中の光量分布が異なる。

第１実施形態の導光部材２３とは異なり、導光部材３０は、光軸ＬＸとは交差せずにＭ１方向で偏心して配置されている。そして、第２の光束ＬＦの一部が入射する長辺端面３０ｃが、第２の光束ＬＦの周縁寄りに位置している。また、導光部材３０内を伝播した光が射出する長辺端面３０ｄが、光軸ＬＸに近い中央寄りに位置している。従って、導光部材３０は、第２の光束ＬＦのうち周縁側を通る一部の光を、Ｍ１方向で光軸ＬＸに近づけるように機能する。換言すれば、第２の光学系における導光部材３０は、画像表示素子１５やスクリーン１７の中央付近を明るくさせるように照度分布を調整する作用がある。

導光部材３０は、第２の光束ＬＦの光束径を横断する長手方向の大きさを有している。従って、導光部材３０の長手方向（Ｍ２方向）において、第２の光束ＬＦの全体で導光部材３０による効果を得ることができる。

導光部材３０による効果を実証する実験及び測定の結果を図１０に示した。図１０では、導光部材３０を用いて第２の光束ＬＦの一部を分離（導光）させた実施例と、導光部材３０による画像表示素子１５の分離（導光）を行っていない比較例とのそれぞれの、スクリーン１７上の照度分布を示している。実施例では、導光部材３０における長辺端面３０ｃ及び長辺端面３０ｄを光透過面として構成して、長辺端面３０ｃから導光部材３０内への光の入射と、長辺端面３０ｄからの光の射出が生じるようにしている。比較例では、導光部材３０における長辺端面３０ｃ及び長辺端面３０ｄを光吸収面として構成し、長辺端面３０ｃから導光部材３０内への光の入射と、長辺端面３０ｄからの光の射出が生じないようにしている。これ以外の条件は同一にしてスクリーン１７上への投射を行ったところ、図１０に示す照度分布となった。

図１０から分かるように、比較例よりも実施例の方が、照度分布のばらつきが少なく、スクリーン１７上での照度むらが改善されている。特に、スクリーン１７の中央上部寄りの領域で、実施例では比較例よりも高い光量が得られる範囲が広くなっている。

第１実施形態と同様の評価基準でスクリーン１７上の照度のむらを評価した。図１０中の表３は、実施例でのスクリーン１７上の９つの領域のそれぞれの照度の平均値を示しており、表４は、比較例でのスクリーン１７上の９つの領域のそれぞれの照度の平均値を示している。第２実施形態で、表３及び表４のデータに基づき算出した照度の平均値は、実施例で９０．８％、比較例で９０．０％であり、比較例に対して実施例ではスクリーン１７上の照度分布のむらが低減されている。

また、本実施例では、導光部材３０の第２の面（長辺端面３０ｃ）の法線と光軸ＬＸとのなす角は４５度であり、導光部材３０の第１の面（表面３０ａ）と第２の面（長辺端面３０ｃ）との稜線に垂直な方向における第２の面（長辺端面３０ｃ）の長さの平均値Ｗ_３は０．７ｍｍであり、第２の光学系の導光部材３０の第１の面（表面３０ａ）と第２の面（長辺端面３０ｃ）との稜線の位置における第２の光束ＬＦの径φ_Ｌは２０ｍｍである。なお、第２の光束ＬＦの径φ_Ｌは、導光部材３０の蛍光体ホイール２６（波長変換素子）側の端部位置における、光軸ＬＸに垂直な面内での第２の光束ＬＦの直径（光束径）である。
よって、
Ｗ_２＝０．４９ｍｍ
φ_Ｌ＝２０ｍｍ
Ｈ_ｉ＝８．０４ｍｍ
Ｈ_ｏ＝０．９６ｍｍ
となる。よって、
Ｗ_２／φ_Ｌ＝０．０２５
となり、先の条件式（１）及び（２）を満足する。

図１１に示す光源装置１２の第３実施形態は、光軸ＬＸに沿う正面視（及び背面視）での導光部材３１の配置のみを示している。導光部材３１以外の構成は第２実施形態と同じであり、共通する部分の図示及び説明を省略している。

導光部材３１はガラスや透明樹脂等で形成された平行平面板形状であり、その表面３１ａ、裏面３１ｂ、長辺端面（第１の端面）３１ｃ、長辺端面（第２の端面）３１ｄ、短辺端面３１ｅ、短辺端面３１ｆはそれぞれ、第２実施形態の導光部材３０における各面３０ａ～３０ｆに対応する面である。

導光部材３１は、光軸ＬＸを含みＭ１方向に沿う仮想平面Ｓ１と、光軸ＬＸを含みＭ２方向に沿う仮想平面Ｓ２のいずれに対しても、非対称な形状である。より詳しくは、導光部材３１は、第２実施形態の導光部材３０と同様に、Ｍ１方向において光軸ＬＸに対して偏心して（仮想平面Ｓ２とは重ならずに）配置されている。導光部材３１はさらに、短辺端面３１ｅを短辺端面３１ｆよりも仮想平面Ｓ２に近く位置させており、短辺端面３１ｅが第２の光束ＬＦの範囲内に位置している。つまり、導光部材３１は、長辺端面３１ｃと長辺端面３１ｄが延びる方向（Ｍ２方向）で、第２の光学系の光軸ＬＸの位置（仮想平面Ｓ１）に対して非対称な形状である。そして、Ｍ２方向において、導光部材３１が第２の光束ＬＦ内に位置して導光可能な領域と、導光部材３１が第２の光束ＬＦに重ならず導光を行わない領域とが存在する。導光部材３１は、第２の光束ＬＦの範囲外にある短辺端面３１ｆ付近が、不図示の支持手段によって支持固定されている。

仮想平面Ｓ１は、第２の光学系の光軸ＬＸを含み、且つ、導光部材３１によって分離（導光）される前後の光束を含む（長辺端面３１ｃと長辺端面３１ｄの双方を縦断する）面である。このような仮想平面Ｓ１に対する非対称性（Ｍ２方向での光軸ＬＸに対する非対称性）を導光部材３１の位置設定の要件に含めることで、画像表示素子１５やスクリーン１７上の照度分布の変更の自由度が向上する。

なお、図１１に示す導光部材３１は、仮想平面Ｓ１と仮想平面Ｓ２の双方に対して非対称な形状であるが、仮想平面Ｓ２に対して対称形状で、仮想平面Ｓ１に対してのみ非対称な形状の導光部材を用いることも可能である。

図１２は第４実施形態による光源装置１２を示す概略構成図である。第４実施形態の光源装置１２は、導光部材３２の配置のみが第３実施形態と異なる。導光部材３２の配置以外は第３実施形態と同じであり、共通する部分の説明を省略する。

図１３及び図１４は、第４実施形態の導光部材３２の配置を説明する図である。図１３及び図１４に示す導光部材３２の表面３２ａ、裏面３２ｂ、長辺端面３２ｃ、長辺端面３２ｄ、短辺端面３２ｅ、短辺端面３２ｆはそれぞれ、導光部材３１の各面３１ａ～３１ｆに対応する面である。第４実施形態の導光部材３２の配置は、光軸ＬＸを含みＭ２方向に沿う仮想平面Ｓ２よりも第１の光学系側に導光部材３２を配置している点で、第３実施形態と異なる。それ以外の構成については、第３実施形態の光源装置１２と同じであり、共通する部分の説明は省略する。なお、導光部材３２は、第２の光束ＬＦの範囲外にある短辺端面３２ｆ付近が、不図示の支持手段によって支持固定されている。

図１３に示すように、第２の光束ＬＦの一部は、長辺端面３２ｃから導光部材３２に入射して、導光部材３２内で複数回全反射を繰り返して伝播され、長辺端面３２ｄから射出される。つまり、導光部材３２は、第２の光束ＬＦの一部を第２の光学系内で分離させる。これにより、第２の光学系では、導光部材３２の前後で第２の光束ＬＦ中の光量分布が異なる。

図１３に示すように、導光部材３２においては、第２の光束ＬＦの一部が入射する長辺端面３２ｃが、光軸ＬＸに近い中央寄りに位置している。また、導光部材３２内を伝播した光が射出する長辺端面３２ｄが、第２の光束ＬＦの周縁寄りに位置している。従って、導光部材３２は、第２の光束ＬＦのうち中央側を通る一部の光を、Ｍ１方向で光軸ＬＸから遠ざけるように機能する。換言すれば、第２の光学系における導光部材３２は、画像表示素子１５やスクリーン１７の周辺付近を明るくさせるように照度分布を調整する作用がある。

図１５は、第４実施形態の導光部材３２による効果を実証する実験及び測定の結果示す図である。図１５では、導光部材３２を用いて第２の光束ＬＦの一部を分離（導光）させた実施例と、導光部材３２による画像表示素子１５の分離（導光）を行っていない比較例とのそれぞれの、スクリーン１７上の照度分布を示している。実施例では、導光部材３２における長辺端面３２ｃ及び長辺端面３２ｄを光透過面として構成して、長辺端面３２ｃから導光部材３２内への光の入射と、長辺端面３２ｄからの光の射出が生じるようにしている。比較例では、導光部材３２における長辺端面３２ｃ及び長辺端面３２ｄを光吸収面として構成し、長辺端面３２ｃから導光部材３２内への光の入射と、長辺端面３２ｄからの光の射出が生じないようにしている。これ以外の条件は同一にしてスクリーン１７上への投射を行ったところ、図１５に示す照度分布となった。

図１５から分かるように、比較例よりも実施例の方が、照度分布のばらつきが少なく、スクリーン１７上での照度むらが改善されている。特に、スクリーン１７の中央上部寄りの領域で、実施例では比較例よりも高い光量が得られる範囲が広くなっている。

第１実施形態と同様の評価基準でスクリーン１７上の照度のむらを評価した。図１５中の表５は、実施例でのスクリーン１７上の９つの領域のそれぞれの照度の平均値を示しており、表６は、比較例でのスクリーン１７上の９つの領域のそれぞれの照度の平均値を示している。第４実施形態で、表５及び表６のデータに基づき算出した照度の平均値は、実施例で８９．４％、比較例で８９．１％であり、比較例に対して実施例ではスクリーン１７上の照度分布のむらが低減されている。

また、本実施例では、導光部材３２の第２の面（長辺端面３２ｃ）の法線と第２の光学系の光軸（ＬＸ）とのなす角は４５度であり、導光部材３２の第１の面（表面３２ａ）と第２の面（長辺端面３２ｃ）との稜線に垂直な方向における第２の面（長辺端面３２ｃ）の長さの平均値Ｗ_３は０．７ｍｍであり、第２の光学系の導光部材３２の第１の面（表面３２ａ）と第２の面（長辺端面３２ｃ）との稜線の位置における第２の光束（ＬＦ）の径φ_Ｌは２１ｍｍである。なお、第２の光束ＬＦの径φ_Ｌは、導光部材３２の蛍光体ホイール２６（波長変換素子）側の端部位置における、光軸ＬＸに垂直な面内での第２の光束ＬＦの直径（光束径）である。
よって、
Ｗ_２＝０．４９ｍｍ
φ_Ｌ＝２１ｍｍ
Ｈ_ｉ＝０．９６ｍｍ
Ｈ_ｏ＝８．０４ｍｍ
となる。よって、
Ｗ_２／φ_Ｌ＝０．０２４
となり、先の条件式（１）及び（２）を満足する。
また、Ｈ_ｉ／φ_Ｌ＝０．０４６
となる。

Ｈ_ｉ／φ_Ｌは導光部材により第２の光束内で分離される領域が光束内でどの位置を通過しているかを表す指標であり、導光部材により光軸から離れるように導光する場合、下記の条件式（３）を満足するのが望ましい。
（３）Ｈ_ｉ／φ_Ｌ＜０．１

一般には第２の光束ＬＦにおいて光軸ＬＸ近傍において光量が多いので、導光部材により光軸ＬＸから離れるように導光する場合は、光軸ＬＸ近傍から導光するのが、照度むらを低減するために調整しやすい。０．１より大きくなると、光軸ＬＸ近傍から離れてしまい、照度むらの低減が難しくなってしまう。

第４実施形態は、導光部材３２の配置が第２の光束ＬＦにおける中央部（光軸ＬＸに近い部分）の光を、周辺部（光軸ＬＸに遠い部分）に導光するので、光束ＬＦの中央部の光量が強い場合に光束ＬＦの分布を調整することができる。それにより、画像表示素子１５やスクリーン１７の照度分布を均一に調整することができる。

図１６は、第５実施形態による光源装置１２を示す概略構成図である。第５実施形態の光源装置１２は、導光部材３３の配置が、第２の光束ＬＦにおける中央部（光軸ＬＸに近い部分）の光を、周辺部（光軸ＬＸに遠い部分）に導光するという点において、第４実施形態と共通している。導光部材３３における表面３３ａ、裏面３３ｂ、長辺端面３３ｃ、長辺端面３３ｄはそれぞれ、導光部材３２の各面３２ａ～３２ｄに対応する面である。

第５実施形態は、光軸ＬＸと導光部材３３の第２の面（長辺端面３３ｃ）の法線とが成す角を３５度とし、導光部材３３の第１の面（表面３３ａ）で反射した第１の光束が波長変換素子（蛍光体ホイール２６）に入射するように、第１の光学系の光軸を２０度傾けた点（導光部材３３の第１の面（表面３３ａ）の入射角を５５度となるように傾けた）で、第４実施形態と異なる。すなわち、導光部材３３の第２の面（長辺端面３３ｃ）の法線は、第４実施形態よりも第２の光学系の光軸ＬＸの向きに近づいている。また、導光部材３３の第１の面（表面３３ａ）の法線は、第２の光学系の光軸ＬＸの向きから遠ざかっている。すなわち、第２の面（長辺端面３３ｃ）の法線と第２の光学系の光軸ＬＸとのなす角度は３５度であり、第１の面（表面３３ａ）の法線と第２の光軸ＬＸとのなす角度は５５度である。従って、第２の面（長辺端面３３ｃ）の法線と第２の光学系の光軸ＬＸとのなす角度は、第１の面（表面３３ａ）の法線と第２の光学系の光軸ＬＸとのなす角度より小さくなるようにしている。それ以外の構成については、第４実施形態の光源装置１２と同じであり、共通する部分の説明は省略する。

図１６に示すとおり、導光部材３３の配置に合わせるように、レーザ光源２０、コリメータレンズ２１と、第１レンズ群２２の配置が調整されている。第１レンズ群２２から射出した励起光ＢＬは、導光部材３３の第１面（表面３３ａ）で反射され、光軸ＬＸに沿って第２レンズ群２５に入射する。

第５実施形態の光源装置１２は、導光部材３３の第２の面（長辺端面３３ｃ）の法線と光軸ＬＸとのなす角度を３５度とし、導光部材（３３）の第１の面（表面３３ａ）と第２の面（長辺端面３３ｃ）の稜線に垂直な方向における第２の面（長辺端面３３ｃ）の長さの平均値Ｗ_３は０．７ｍｍとし、第２の光学系の導光部材３３の第１の面（表面３３ａ）と第２の面（長辺端面３３ｃ）との稜線の位置における第２の光束ＬＦの径φ_Ｌは２０ｍｍとした。なお、第２の光束ＬＦの径φ_Ｌは、導光部材３３の蛍光体ホイール２６（波長変換素子）側の端部位置における、光軸ＬＸに垂直な面内での第２の光束ＬＦの直径（光束径）である。
よって、
Ｗ_２＝０．５７ｍｍ
φ_Ｌ＝２０ｍｍ
Ｈ_ｉ＝１．６３ｍｍ
Ｈ_ｏ＝７．３７ｍｍ
となる。よって、
Ｗ_２／φ_Ｌ＝０．０２９
となり、先の条件式（１）及び（２）を満足する。

また、Ｈ_ｉ／φ_Ｌ＝０．０８２
となり、先の条件式（３）を満足する。

第５実施形態の光源装置１２は、導光部材３３における第２の面（長辺端面３３ｃ）の法線と第２の光学系の光軸ＬＸとのなす角度を、第１の面（表面３３ａ）の法線と第２の光学系の光軸ＬＸとのなす角度より小さくすることで、第２の光束ＬＦの全光量のうち第２の面（長辺端面３３ｃ）に入射して導光部材３３によって導光される光量を増加することができる。それにより、Ｗ_２／φ_Ｌを大きくとることができる。よって、第５実施形態の光源装置１２は、導光部材３３により光束ＬＦの光量分布をより効率的に調整することができる。

上記の各実施形態では、導光部材２３（３０，３１，３２，３３）における長辺端面２３ｃ（３０ｃ，３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ）と長辺端面２３ｄ（３０ｄ，３１ｄ，３２ｄ，３３ｄ）が平行である。この構成は、第２の光学系で導光部材２３（３０，３１，３２，３３）により分離される光の入射と射出の向きが揃うので好ましい。しかし、長辺端面２３ｃ（３０ｃ，３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ）に相当する第１の端面と、長辺端面２３ｄ（３０ｄ，３１ｄ，３２ｄ，３３ｄ）に相当する第２の端面を、非平行な関係にすることも可能である。

上記の各実施形態では、導光部材２３（３０，３１，３２，３３）における長辺端面２３ｃ（３０ｃ，３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ）と長辺端面２３ｄ（３０ｄ，３１ｄ，３２ｄ，３３ｄ）が、表面２３ａ（３０ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａ）及び裏面２３ｂ（３０ｂ，３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ）に対して垂直な面である。そして、第１から第４実施形態では、長辺端面２３ｃ（３０ｃ，３１ｃ，３２ｃ）と長辺端面２３ｄ（３０ｄ，３１ｄ，３２ｄ）は、第２の光学系の光軸ＬＸに対して、約４５度の配置となる。これとは異なり、導光部材における第１の端面や第２の端面の角度を、光軸ＬＸに対して４５度以外の角度にすることも可能である。例えば、第５実施形態のように、光軸ＬＸに対する第１の端面や第２の端面の角度を４５度よりも大きい（角度を立たせた）設定にすることで、光軸ＬＸに沿って見たときの投影面積が大きくなり、第２の光束ＬＦのうち導光部材により分離される割合を増やすことができる。

本発明は、画像を被投射面に投射する画像表示装置（プロジェクタ）において特に有用であるが、照度分布の改善が求められるものであれば、画像表示装置以外にも適用が可能である。つまり、本発明は、投射光学系等を構成要素に含まない、光源光学系、光源ユニット、光源装置等としての適用が可能である。また、本発明の光源光学系、光源ユニット、光源装置では、光源から射出される光を、画像の投影以外に用いてもよい。

上記の各実施形態はプロジェクタへの適用例であり、図６及び図１０のようにプロジェクタで画像を投影するスクリーン上での照度分布を評価基準としているが、スクリーン以外の箇所で照度分布の改善を判定しても良い。例えば、光源光学系、光源ユニット、光源装置としての性能評価は、上記実施形態の画像表示素子１５の箇所（光源装置１２からの光を照射する照射面）での照度分布を測定して行うことも可能である。

上記実施形態の光源装置１２は、複数色の光を時分割で射出するが、本発明の光源装置や光源ユニットは、複数色の光を時分割で射出するタイプに限定されるものではない。

以上、添付図面に基づく実施形態及び変形例によって本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態や変形例には限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や応用を行うことが可能である。上述の実施形態において、添付図面に図示されている構成等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

１０ プロジェクタ（画像表示装置）
１２ 光源装置（光源ユニット）
１３ 光均一化素子
１４ 照明光学系
１５ 画像表示素子
１６ 投射光学系
１７ スクリーン（被被投射面）
２０ レーザ光源（光源）
２１ コリメータレンズ
２２ 第１レンズ群（第１の光学系）
２３ 導光部材（第１の光学系、第２の光学系）
２３ａ 表面（第１の面）
２３ｂ 裏面
２３ｃ 長辺端面（第２の面、第１の端面）
２３ｄ 長辺端面（第２の端面）
２４ １／４波長板（第１の光学系、第２の光学系）
２５ 第２レンズ群（第１の光学系、第２の光学系）
２６ 蛍光体ホイール（波長変換素子）
２７ 第３レンズ群（第２の光学系）
２８ カラーホイール
３０ 導光部材（第１の光学系、第２の光学系）
３０ａ 表面（第１の面）
３０ｂ 裏面
３０ｃ 長辺端面（第２の面、第１の端面）
３０ｄ 長辺端面（第２の端面）
３１ 導光部材（第１の光学系、第２の光学系）
３１ａ 表面（第１の面）
３１ｂ 裏面
３１ｃ 長辺端面（第２の面、第１の端面）
３１ｄ 長辺端面（第２の端面）
３２ 導光部材（第１の光学系、第２の光学系）
３２ａ 表面（第１の面）
３２ｂ 裏面
３２ｃ 長辺端面（第２の面、第１の端面）
３２ｄ 長辺端面（第２の端面）
３３ 導光部材（第１の光学系、第２の光学系）
３３ａ 表面（第１の面）
３３ｂ 裏面
３３ｃ 長辺端面（第２の面、第１の端面）
３３ｄ 長辺端面（第２の端面）
ＬＦ 第２の光束
ＬＸ 第２の光学系の光軸

Claims (14)

1. 光源から射出した第１の光束を波長変換素子に入射させる第１の光学系と、
   前記波長変換素子で波長変換された第２の光束が透過する第２の光学系と、
   を有する光源光学系であって、
   前記第２の光学系の中に、前記第２の光束の一部を前記第２の光学系内で分離する導光部材を備えることを特徴とする光源光学系。
2. 前記導光部材は、前記波長変換素子側から前記第２の光学系の光軸に沿って見た投影面積が大きい第１の面と投影面積が小さい第２の面とを有し、前記分離される前記第２の光束の一部が前記第２の面に入射することを特徴とする請求項１に記載の光源光学系。
3. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項２に記載の光源光学系。
   ０．０１８＜Ｗ_２／φ_Ｌ＜０．０３５
   ここで、
   Ｗ_２は、前記導光部材を前記第２の光学系の光軸に垂直な面に投影した状態で、前記第１の面と前記第２の面との稜線に垂直な方向における前記第２の面の長さの平均値を表し、
   φ_Ｌは、前記導光部材の前記波長変換素子側の端部位置での、前記第２の光学系の光軸に垂直な面における前記第２の光束の光束径を表す。
4. 前記導光部材の前記第１の面は、前記第１の光束を前記波長変換素子に向けて反射することを特徴とする請求項２または３に記載の光源光学系。
5. 前記分離される前記第２の光束の一部は、前記導光部材の内部で複数回全反射してから射出されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光源光学系。
6. 前記導光部材は平行平面板形状であり、前記分離される前記第２の光束の一部は、前記導光部材の周縁の第１の端面に入射して第２の端面から射出されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光源光学系。
7. 前記導光部材は、前記第２の光学系の光軸と交差する位置に配置され、前記第２の光束の一部を、前記光軸を含む平面を挟んだ一方の領域から他方の領域へ導光することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光源光学系。
8. 前記導光部材は、前記第２の光束の一部を前記第２の光学系の光軸に近づけることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光源光学系。
9. 前記導光部材は、前記第２の光束の一部を前記第２の光学系の光軸から遠ざけることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光源光学系。
10. 前記導光部材は、前記第１の端面と前記第２の端面が延びる方向で、前記第２の光学系の光軸の位置に対して非対称な形状であることを特徴とする請求項６に記載の光源光学系。
11. 前記第２の面の法線と前記第２の光学系の光軸とのなす角度は、
    前記第１の面の法線と前記第２の光学系の光軸とのなす角度より小さいことを特徴とする請求項２に記載の光源光学系。
12. 光源から射出した第１の光束を第１の光学系によって波長変換素子に入射させ、前記波長変換素子で波長変換された第２の光束を第２の光学系を通して射出する光源ユニットであって、
    前記第２の光学系の中に、前記第２の光束の一部を前記第２の光学系内で分離する導光部材を備えることを特徴とする光源ユニット。
13. 光源と、
    前記光源から射出した第１の光束を波長変換素子に入射させる第１の光学系と、
    前記波長変換素子で波長変換された第２の光束が透過する第２の光学系と、
    を有する光源装置であって、
    前記第２の光学系の中に、前記第２の光束の一部を前記第２の光学系内で分離する導光部材を備えることを特徴とする光源装置。
14. 光源から波長変換素子まで第１の光束が通る光路を形成する第１の光学系と、前記波長変換素子で波長変換された第２の光束が通る光路を形成する第２の光学系とを含む光源装置と、
    前記光源装置からの光を変調して画像を形成する画像表示素子と、
    前記画像を被投射面に投射する投射光学系と、
    を有する画像表示装置であって、
    前記第２の光学系の中に、前記第２の光束の一部を前記第２の光学系内で分離する導光部材を備えることを特徴とする画像表示装置。

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