JP2015163947A - 光源光学系およびこれを用いた光源装置、画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長変換素子から光源へ戻る非変換光の量を減少させ、より明るい画像を投射することが可能な光源光学系およびこれを用いた光源装置、画像表示装置を提供する。
【解決手段】複数のレンズセルを有するフライアイレンズ４０へ光源１からの光を導く光源光学系が、青色光を青色光と波長が異なる蛍光光に変換し、蛍光光と、青色光と波長が同じ非変換光と、を射出する蛍光体５を備える。さらに、光源光学系が、青色光を蛍光体に導く特性を持つ領域３１と、蛍光光と非変換光とを、光源１と異なる方向に導く特性を持つ領域３２と、を有するミラー３を備える。そして、青色光は領域３１に入射し、蛍光光及び非変換光は領域３１及び領域３２に入射する。さらに、レンズセルの光軸方向から見たときに、領域３１の面積とレンズセルの面積とが所定の関係にある。
【選択図】図１７

Description

本発明は、光源光学系およびこれを用いた光源装置、プロジェクターなどの画像表示装置に関する発明である。特にＬＤ（レーザーダイオード）光源などを用いた光源装置とこれを搭載する投射型表示装置に関するものである。

近年、ＬＤ光源からの青色光を緑色光及び赤色光に変換する蛍光体を用いて、カラー画像を表示可能なプロジェクターが開発されている。このようなプロジェクターとして、特許文献１及び２がある。

特許文献１では、蛍光光として発せられる緑色光及び赤色光に加えて、ＬＤ光源からの青色光を用いて、カラー画像を表示する技術が開示されている。ＬＤ光源からの青色光が透過可能な拡散層と、蛍光体として作用する蛍光層と、をもつ蛍光ホイールを回転させる。ＬＤ光源からの青色光が拡散層に照射された場合は、青色光が蛍光層を透過し、反射ミラーにより照明光学系に導かれる。一方、ＬＤ光源からの青色光が蛍光層に照射された場合は、緑色光及び赤色光が光源方向に発せられ、ダイクロイックミラーにより照明光学系に導かれる。

特許文献２では、蛍光光として発せられる緑色光及び赤色光に加えて、ＬＤ光源とは別に設けられた青色ＬＥＤが発する青色光を用いる。これにより、カラー画像を表示する技術が開示されている。

特開２０１１−１７０３６２号公報 特開２０１２−８５４９号公報

前述のように、蛍光体はＬＤ光源からの青色光の波長を緑色光及び赤色光の波長に変換するが、全ての青色光が波長を変換されるわけではない。実際には、蛍光体で波長が変換されずに蛍光体からＬＤ光源へ戻る非変換光もある。

前述の特許文献１及び２に開示されている構成において、非変換光は、ＬＤ光源に戻り、ＬＤ光源の温度を上昇させ、ＬＤ光源の発光効率を低下させるおそれがあった。このため、ＬＤ光源に戻る非変換光は、投射する画像の明るさを損ねるといった機能低下の一因となるおそれがあった。

そこで、本発明の目的は、波長変換素子から光源へ戻る非変換光の量を減少させ、より明るい画像を投射することが可能な光源光学系およびこれを用いた光源装置、画像投射装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の光源光学系は、
複数のレンズセルを有するフライアイレンズへ光源からの光を導く光源光学系であって、
前記光源からの光を前記光源からの光と波長が異なる変換光に変換し、前記変換光と、前記光源からの光と波長が同じ非変換光と、を射出する波長変換素子と、
前記光源からの光を、レンズユニットを介して前記波長変換素子に導く特性を持つ第１領域と、前記変換光と前記非変換光とを、前記光源と異なる方向に導く特性を持つ第２領域と、を有する光学素子と、
を備え、
前記光源からの光は前記第１領域に入射し、前記変換光及び前記非変換光は前記第１領域及び前記第２領域に入射し、
前記レンズセルの光軸方向から見たときの前記第１領域の面積をＡとし、
前記レンズセルの光軸方向から見たときの前記レンズセルの面積をＢとし、
ｎを自然数とするとき、
Ｂ×（ｎ−０．１）≦Ａ≦Ｂ×（ｎ＋０．１）
を満足することを特徴とする。

本発明によれば、波長変換素子から光源へ戻る非変換光の量を減少させ、より明るい画像を投射することが可能な光源装置を提供することができる。

本発明の実施例で示す光源装置を搭載可能な投射型表示装置の構成説明図 本発明の第１実施例で示す光源装置の構成説明図 本発明の第１実施例で用いる光源からの光および蛍光光のスペクトル特性図 本発明の第１実施例で用いる光学素子の説明図 本発明の第１実施例で用いる光学素子の分光反射特性図 本発明の第２実施例で示す光源装置の構成説明図 本発明の第２実施例で用いる光学素子の分光反射特性図 本発明の第２実施例で用いる光学素子の他の形態を説明した図 本発明の第３実施例で示す光源装置の構成説明図 本発明の第３実施例で用いる光学素子の第１領域の分光反射特性図 本発明の第４実施例で示す光源装置の構成説明図 本発明の第４実施例で用いる光学素子の第１領域の分光反射特性図 本発明の第５実施例で示す光源装置の構成説明図 本発明の第６実施例で示す光源装置の構成説明図 本発明の第７実施例で示す光源装置の構成説明図 本発明の他の実施形態で示す集光光学系の構成説明図 本発明の各実施例で示す光源装置の構成説明図 本発明の各実施例で示す光源装置の構成説明図 本発明の各実施例で示す光源装置の構成説明図 本発明の各実施例で示す光源装置の変形例の構成説明図 本発明の第２実施例で示す光源装置の変形例の構成説明図 本発明の第２実施例で示す光源装置の変形例の構成説明図

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の形状それらの相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、構成部品の形状などは、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨で規定されたものではない。

〔投射型表示装置構成の説明〕
まず、図１を用いて、本発明の実施例で示す光源装置を搭載可能な画像表示装置である投射型表示装置１００の構成について説明する。

表示装置（投射型表示装置）１００は、光源装置２１と、偏光板２０と、ダイクロイックミラー２２と、位相差板（波長選択性位相差板）２３と、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）１０（１０ａ、１０ｃ）と、を備える。

さらに、表示装置１００は、１／４λ板２４（赤色用１／４λ板２４ｒ、緑色用１／４λ板２４ｇ、青色用１／４λ板２４ｂ）を備える。

さらに、表示装置１００は、光変調素子である液晶パネル（反射型液晶パネル）２５（赤色用液晶パネル２５ｒ、緑色用液晶パネル２５ｇ、青色用液晶パネル２５ｂ）と、を備える。

さらに、表示装置１００は、ダイクロイックプリズム２６と、投射レンズ３０と、を備える。すなわち、表示装置１００は、いわゆる反射型液晶プロジェクターである。

光源装置２１は、後述の本発明の実施例のいずれか１つに示す光源装置である。

偏光板２０は、光源装置２１からの白色光１１（赤色光１１ｒ、緑色光１１ｇ、青色光１１ｂ）のうち、ｓ偏光光１２（赤色ｓ偏光光１２ｒ、緑色ｓ偏光光１２ｇ、青色ｓ偏光光１２ｂ）のみを透過するような構成になっている。

ダイクロイックミラー２２は、緑色の波長帯域の光を反射し、赤色及び青色の波長帯域の光を透過させるような反射率特性を持つ構成になっている。

位相差板２３は、青色の波長帯域の偏光光については、偏光方向を変換せずに透過させる。一方、赤色の波長帯域の偏光光については、偏光方向を９０度変換するように構成されている。

ＰＢＳ１０は、ｓ偏光光を反射し、ｐ偏光光を透過するような構成である。

１／４λ板２４は、斜入射光に対して往復でλ／２の位相差を与えることで、斜入射光に対するＰＢＳ１０での検光効果を上げる。

液晶パネル２５は、液晶パネル２５に入射した光を画像信号に応じて偏光方向を変換する。さらに、液晶パネル２５は、液晶パネル２５によって偏光方向を変換された光である画像光１３（赤画像光１３ｒ、緑画像光１３ｇ、青画像光１３ｂ）を発する。

ダイクロイックプリズム２６は、緑色の波長帯域の光を反射し、赤色及び青色の波長帯域の光を透過するような反射率特性を持つ構成になっている。

投射レンズ３０は、ダイクロイックプリズム２６で合成された光をスクリーンなどに導くように構成されている。

光源装置２１からの白色光１１が、投射レンズ３０に至るまでを説明する。

光源装置２１からの白色光１１のうち、ｓ偏光光のみが偏光板２０を透過し、ダイクロイックミラー２２に導かれる。ｓ偏光光１２のうち、緑色ｓ偏光光１２ｇは反射され、ＰＢＳ１０ａに導かれ、赤色ｓ偏光光１２ｒ及び青色ｓ偏光光１２ｂはダイクロイックミラー２２を透過し、ＰＢＳ１０ｃに導かれる。

ＰＢＳ１０ａに導かれた緑色ｓ偏光光１２ｇは、ＰＢＳ１０ａによって反射され、緑色用１／４λ板２４ｇに導かれる。緑色ｓ偏光光１２ｇは、緑色用液晶パネル２５ｇによって偏光方向を変換され、反射される。緑色用液晶パネル２５ｇからの光のうち、ｐ偏光光は、緑色画像光１３ｇとして、ダイクロイックプリズム２６に導かれる。

ＰＢＳ１０ｃに導かれた赤色ｓ偏光光１２ｒ及び青色ｓ偏光光１２ｂも、前述の緑色ｓ偏光光１２ｇと同様に、赤色画像光１３ｒ及び青色画像光１３ｂとしてダイクロイックプリズム２６に導かれる。

ダイクロイックプリズム２６に導かれた画像光１３（赤色画像光１３ｒ、緑色画像光１３ｇ、青色画像光１３ｂ）を合成し、投射レンズ３０に、合成された画像光１３を導くことで、カラー画像をスクリーンなどに投射表示することが可能となる。

以下、光源装置２１に適用可能な構成について説明する。

本発明の実施例で示す光源装置は、光源１と、蛍光体（波長変換素子）５と、ミラー（光学素子）３と、レンズ（コリメータレンズ）２と、レンズユニット（集光レンズユニット）４と、を備える。

光源１はＬＤ光源であり、図３（ａ）に示すように、波長が４４８ｎｍの青色光を発する。すなわち、本発明の実施例において、光源からの光は青色光である。

蛍光体５は、青色光Ｂ１を青色光Ｂ１と波長が異なる蛍光光（変換光）に変換し、蛍光光と、青色光Ｂ１と波長が同じ非変換光と、を射出する。蛍光光は、図３（ｂ）に示すように、主に緑色光と赤色光である。

ミラー３は、青色光Ｂ１を蛍光体５に導く特性を持つ領域３１（第１領域）と、蛍光光と非変換光とを、光源１と異なる方向に導く特性を持つ領域３２（第２領域）と、を有する。

レンズ２は、青色光Ｂ１を平行光化するように構成されている。

レンズユニット４は、青色光Ｂ１を蛍光体５に導くとともに、蛍光光及び非変換光をミラー３に導くために、正のパワーを持つように構成されている。なお、本発明の実施例において、レンズユニット４は合計３枚のレンズで構成されている。

また、本発明の実施例で示す光源装置は、領域３１に、ダイクロイックミラー、ＰＢＳ、開口部のいずれか１つを備えている。

ダイクロイックミラーは、青色光Ｂ１と波長が同じ光を蛍光体５に導くとともに、青色光Ｂ１と波長が異なる光を光源１と異なる方向に導くように構成されている。

ＰＢＳは、直線偏光光であるｐ偏光光及びｓ偏光光のうちいずれか一方を蛍光体５に導くとともに、他方を光源１と異なる方向に導くように構成されている。

なお、本発明の実施例で示す光源装置の具体的な構成は、以下の実施例で述べる。

〔第１実施例〕
図２は、本発明の第１実施例で示す光源装置の構成を説明する図である。

各構成要素は、光源１からみて、光源１、レンズ２、ミラー３、レンズユニット４、そして蛍光体５の順番に一直線上に並んでいる。すなわち、青色光Ｂ１が光源１からミラー３へ向かう方向に蛍光体５が設けられている。具体的には、レンズ２は、光源１とミラー３の間に、レンズユニット４は、ミラー３と蛍光体５の間に設けられている。

なお、本発明の各実施例において、光源光学系はミラー３と蛍光体５とを備え、光源装置は光源１と光源光学系とを備える。

まず、青色光Ｂ１が蛍光体５に至るまでを図２（ａ）を用いて説明する。光源１から蛍光体５に向かう青色光Ｂ１はレンズ２によって略平行光化され、ミラー３の領域（第１領域）３１に入射する。図２に示すように、領域３１には、青色光Ｂ１を透過し、青色光Ｂ１よりも波長が長い可視光を反射するような反射率特性をもつダイクロイックミラー３１１が設けられている。ダイクロイックミラー３１１の反射率特性を図示すると、図５（ａ）に示す通りである。このため、領域３１に入射した青色光Ｂ１は、領域３１を透過し、領域３１から蛍光体５に向かう。領域３１から蛍光体５に向かう青色光Ｂ１は、正のパワーを持つレンズユニット４によって蛍光体５の面上に集光し、青色光Ｂ１が蛍光体５に至る。

次に、蛍光体５が青色光Ｂ１の一部を青色光Ｂ１と波長が異なる蛍光光に変換し、その蛍光光と、青色光Ｂ１と波長が同じ非変換光と、を射出するまでを説明する。蛍光体５は、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系を主材料としており、青色光Ｂ１を励起光として、図３（ｂ）に示されるようなスペクトルの光を蛍光光として発する。すなわち、本実施例において、蛍光光は緑色光および赤色光である。また、蛍光体に入射した青色光Ｂ１のすべてが蛍光光に変換されるわけではなく、波長が同じまま変換されない非変換光も存在している。すなわち、本実施例において、非変換光は青色光である。なお、蛍光体５はミラーや金属などに固定されているため、透過する光はなく、全ての光が反射される。

次に、蛍光体５が発する蛍光光がミラー３に至り、照明光学系に導かれるまでを図２（ｂ）を用いて説明する。蛍光光及び非変換光は、蛍光体５からレンズユニット４に向かう際に、射出方向を定めずに、ランダムな方向に射出される。ランダムな方向に射出される蛍光光及び非変換光を平行光化し、蛍光体５からミラー３へ導くために、蛍光体５とミラー３の間に、レンズユニット４が配置されている。このようなレンズユニット４によって、図４（ａ）に示すように、断面７の断面積が断面６の断面積よりも大きくなる。ただし、断面７は、ミラー３と平行な平面（図４における紙面と平行な面）Ｓ（基準面）におけるレンズユニット４から射出される光束の断面である。また、断面６は、平面Ｓにおける青色光Ｂ１の断面である。図４（ａ）に示すように、断面６は領域３１よりも小さく、青色光Ｂ１は領域３１に入射していることがわかる。ただし、平面Ｓは、ミラー３の上端と下端を結ぶ直線と平行な平面と定義しても良い。

なお、図４（ｂ）に示すように領域３１が複数あっても良い。ただし、図４において、符号３１は平面Ｓに領域３１を垂直に投影した領域（第１投影領域）を示し、符号３２は平面Ｓに領域３２を垂直に投影した領域を示している。このため、図４において、符号３１及び３２で示す領域を合わせた領域は、平面Ｓにミラー３を垂直に投影した領域（第２投影領域）を示す。

また、図４（ｃ）に示すようにミラー３の中心位置からはずれて領域３１を設けても良い。具体的には、平面Ｓに領域３１に垂直に投影した領域の重心と、平面Ｓにミラー３を垂直に投影した領域の重心が偏心している。ここで、重心が偏心しているとは、２つの重心の座標が一致していないことを示す。言い換えれば、蛍光体５から射出し、レンズユニット４の光軸を通る光線が領域３２に入射するように、光源装置（ミラー３及びレンズユニット４）が構成されている。さらに言い換えれば、領域３１はレンズユニット４の光軸又はその延長線からずれた位置に設けられている。

非変換光の反射光は比較的中心に強度を持っている。このため、図４（ｂ）および（ｃ）のようにミラー３の中心に、非変換光を反射する特性を持つ領域がある構成とする。このような構成にすることで、より多くの非変換光を照明光学系側に導くことが可能になる。これは後述の実施形態でも同じである。

このように、レンズ２によって、青色光Ｂ１は領域３１に入射し、レンズユニット４によって、蛍光光及び非変換光は領域３１及び領域３２に入射する。図４を用いて説明すると、平面Ｓにおいて、領域３１は青色光Ｂ１の光束よりも断面積が大きいように構成されている。また、平面Ｓにおいて、領域３２は前述の断面積７よりも断面積が大きいように構成されている。

図２に示すように、領域３２には、４３５ｎｍよりも波長が長い可視光を反射する特性をもつダイクロイックミラー３２１が設けられている。ダイクロイックミラー３２１の反射率特性を図示すると、図５（ｂ）に示す通りである。蛍光光のうち、領域３２に入射する蛍光光ＲＧ３２は、４３５ｎｍよりも波長が長い可視光のため、蛍光光ＲＧ３２はダイクロイックミラー３２１によって反射され、光源１とは異なる方向に導かれる。蛍光光のうち、領域３１に入射する蛍光光ＲＧ３１も、蛍光光ＲＧ３２と同様に、青色光Ｂ１よりも波長が長い可視光のため、ダイクロイックミラー３１１によって、光源１とは異なる方向に導かれる。なお、本実施例において、光源１と異なる方向には照明光学系（不図示）が設けられている。

次に、非変換光がミラー３に至り、照明光学系に導かれる、あるいは光源１に戻るまでを図２（ｃ）を用いて説明する。前述のように、青色光Ｂ１は領域３１に入射し、蛍光光及び非変換光は領域３１及び領域３２に入射する。前述のように、領域３２には、４３５ｎｍよりも波長が長い可視光を反射する特性をもつダイクロイックミラー３２１が設けられている。

非変換光のうち、領域３２に入射する非変換光Ｂ３２は青色光Ｂ１と波長が同じなため、ダイクロイックミラー３２１によって反射され、光源１とは異なる方向に導かれる。

非変換光のうち、領域３１に入射する非変換光Ｂ３１も非変換光Ｂ３２と同様に青色光Ｂ１と波長が同じである。このため、非変換光Ｂ３１は、ダイクロイックミラー３１１によって、領域３１を透過し、ミラー３から光源１へ戻る。

このように、本実施例では、非変換光Ｂ３２、蛍光光ＲＧ３１、蛍光光ＲＧ３２を、光源１とは異なる方向に設けられている照明光学系に導くように光源装置が構成されている。このような構成により、カラー画像を表示することができる。さらに、従来は、非変換光のほとんどが光源１に戻っていたのに対して、本実施例では、非変換光の一部が光源１と異なる方向に導かれる。これにより、蛍光体５から光源１に戻る非変換光の量を減少させ、光源１の発光効率を高め、より明るい画像を投射することが可能である。さらに、本実施例では、青色光である非変換光を照明光学系に導くことが可能なため、光源１以外に別途青色光を射出する光源を用意する必要がない。

〔第２実施例〕
図６は、本発明の第２実施例で示す光源装置の構成を説明する図である。本実施例で示す光源装置は、本発明の第１実施例で示す光源装置と同様に、光源１、レンズ２、ミラー３、レンズユニット４、そして蛍光体５を備えている。

本実施例と前述の第１実施例との違いは、光源１と蛍光体５の位置関係である。前述の第１実施例においては、光源１、ミラー３、蛍光体５が一直線に並んでいる構成を例示した。それに対して、本実施例においては、光源１、ミラー３、蛍光体５が一直線に並んでいない構成を例示している。すなわち、青色光Ｂ１がミラー３によって反射された方向に蛍光体５が設けられている。

まず、青色光Ｂ１が蛍光体５に至るまでを図６（ａ）を用いて説明する。青色光Ｂ１がミラー３の領域３１に入射するまでは、前述の第１実施例と同様である。しかし、本実施例において、領域３１には、図６に示すように、青色光Ｂ１を反射し、青色光Ｂ１よりも波長が長い可視光を透過するような反射率特性をもつダイクロイックミラー３１２が設けられている。ダイクロイックミラー３１２の反射率特性を図示すると、図７（ａ）に示す通りである。このため、領域３１に入射した青色光Ｂ１は、ダイクロイックミラー３１２によって反射されて蛍光体５に導かれ、青色光Ｂ１が蛍光体５に至る。

蛍光体５が青色光Ｂ１の一部を青色光Ｂ１と波長が異なる蛍光光に変換し、その蛍光光と、青色光Ｂ１と波長が同じ非変換光と、を射出する点は、前述の第１実施例と同様である。

次に、蛍光体５が発する蛍光光がミラー３に至り、照明光学系に導かれるまでを図６（ｂ）を用いて説明する。蛍光光がレンズユニット４からミラー３に向かうまでは、前述の第１実施例と同様である。領域３２には、図６に示すようには、波長によらず光を透過させる透過部材３２２が設けられている。透過部材３２２の特性を図示すると、図７（ｂ）に示す通りである。蛍光光のうち、領域３１に入射する蛍光光ＲＧ３１は青色光Ｂ１よりも波長が長いため、領域３１を透過する。また、蛍光光のうち、領域３２に入射する蛍光光ＲＧ３２も、領域３２を透過し、照明光学系に導かれる。

図８は、ミラー３の変形例を示す図である。図８（ａ）は、透過部材３２２が、ダイクロイックミラー３１２と同じ幅だけあるような構成を示している。本実施例においては、図８（ａ）に示す構成のミラー３であっても、蛍光体５から光源１に戻る非変換光の量を減少させることが可能となる。さらに、図８（ａ）に示す構成は、図４に示す構成と比較して、平面Ｓにミラー３を垂直に投影した投影面積が小さくなる。すなわち、図８（ａ）に示す構成は、ミラー３のサイズをより小さくすることが可能である。また、透過部材３２２にガラス部材ではなく、樹脂部材を用いることで、表面反射を減らし、光利用効率をより高めることができる。

さらに、図８（ｂ）に示すように、領域３１にのみ光学部材が存在するような構成であっても良い。すなわち、透過部材３２２が無く、ダイクロイックミラー３１２のみがある構成であっても良い。言い換えれば、断面７の断面積が、図８（ｂ）に示す符号３１で示す領域の面積よりも大きい構成であっても良い。ここで、断面７とは、ダイクロイックミラー３１２と平行な平面Ｓにおけるレンズユニット４から射出される光束の断面である。また、図８（ｂ）に示す符号３１で示す領域の面積とは、ダイクロイックミラー３１２を平面Ｓへ垂直に投影した投影領域の面積である。なお、図８（ｂ）においてダイクロイックミラー３１２は光路変換素子である。また、ダイクロイックミラー３１２と平行な平面は、ダイクロイックミラー３１２の上端と下端を結ぶ直線と平行な平面と定義しても良い。

図８（ｂ）に示す構成では、ダイクロイックミラー３１２は支持棒８で固定されている。さらに、図８（ｂ）に示す構成では、蒸着の際にマスキングを行う必要のある面積がダイクロイックミラー３１２分のみに限られるため、製造コストを減少させることができる。

次に、非変換光がミラー３に至り、照明光学系に導かれる、あるいは光源１に戻るまでを図６（ｃ）を用いて説明する。非変換光がレンズユニット４からミラー３に向かうまでは、前述の第１実施例と同様である。前述の領域３２に入射した非変換光Ｂ３２は、蛍光光ＲＧ３２と同様に、領域３２を透過し、照明光学系に導かれる。一方、前述の領域３１に入射した非変換光Ｂ３１は、青色光Ｂ１を反射し、青色光Ｂ１よりも波長が長い可視光を透過するような反射率特性をもつダイクロイックミラー３１２によって反射される。ダイクロイックミラー３１２によって反射された非変換光Ｂ３１は、領域３１から光源１へ戻る。

このように、本実施例においても、前述の第１実施例と同様に、非変換光の一部が光源１と異なる方向に導かれる。これにより、蛍光体５から光源１に戻る非変換光の量を減少させ、光源１の発光効率を高め、より明るい画像を投射することが可能となる。

〔第３実施例〕
図９は、本発明の第３実施例で示す光源装置の構成を説明する図である。

本実施例と第１実施例との違いは、ＬＤの偏光特性を利用していること及びミラー３がＰＢＳ特性をもつことである。

ここで、図９においてはミラー３の面法線が紙面内にあることから、紙面に対して垂直方向に振動する偏光光をｓ偏光光、紙面内で振動する直線偏光光をｐ偏光光として定義した。なお、各偏光光は、それぞれ●●●、｜｜｜で図示してある。また、ｐ偏光光及びｓ偏光光を含む偏光光は、●●●及び｜｜｜の双方をまとめて隣接するように図示してある。ここで、ｐ偏光光及びｓ偏光光を含む偏光光とは、ｐ偏光成分とｓ偏光成分がある一定の割合で合わさっている状態の偏光光である。従って、ｐ偏光光及びｓ偏光光を含む偏光光とは、ｐ偏光及びｓ偏光光を含むような直線偏光光、円偏光光、楕円偏光光を示す。また、非偏光光は｜●｜で図示してあり、非偏光光とは、直線偏光光、円偏光光、楕円偏光光などが混ざった状態の光である。

本実施例における光源１はＬＤであり、波長が４４８ｎｍの青色光で、かつｐ偏光光であるｐ偏光光Ｂ１ｐを発する。すなわち、本実施例において、光源からの光はｐ偏光光Ｂ１ｐである。

まず、ｐ偏光光Ｂ１ｐが蛍光体５に至るまでを図９（ａ）を用いて説明する。ｐ偏光光Ｂ１ｐがミラー３の領域３１に入射するまでは、前述の第１実施例と同様である。しかし、本実施例において、領域３１には、青色光については、ｐ偏光光を透過し、ｓ偏光光を反射するような特性をもつＰＢＳ３１３が設けられている。このため、領域３１に入射したｐ偏光光Ｂ１ｐは、ｐ偏光光であるために、領域３１を透過し、蛍光体５に導かれ、偏光光Ｂ１ｐが蛍光体５に至る。

次に、蛍光体５がｐ偏光光Ｂ１ｐの一部をｐ偏光光Ｂ１ｐと波長が異なる蛍光光に変換し、その蛍光光と、ｐ偏光光Ｂ１ｐと波長が同じ非変換光と、を射出するまでを説明する。

蛍光体５は、ｐ偏光光Ｂ１ｐの一部をｐ偏光光Ｂ１ｐと波長が異なり、偏光方向が乱された非偏光状態の蛍光光に変換する。さらに、蛍光体５は、蛍光光に変換されない残りのｐ偏光光Ｂ１ｐの偏光方向もランダムにして非偏光光として射出する性質がある。したがって、本実施例において、蛍光光ＲＧ３１及びＲＧ３２、非変換光Ｂ３１及びＢ３２は、非偏光光として、蛍光体５からミラー３へ向かう。

次に、蛍光体５が発する蛍光光がミラー３に至り、照明光学系に導かれるまでを図９（ｂ）を用いて説明する。蛍光光がレンズユニット４からミラー３に向かうまでは、前述の第１実施例と同様である。前述のように領域３１には、青色光については、ｐ偏光光を透過し、ｓ偏光光を反射するような特性をもつＰＢＳ３１３が設けられている。さらに、ＰＢＳ３１３は、青色光よりも波長が長い光については反射する特性も併せ持つ。ＰＢＳ３１３の反射率特性は図１０に示す通りである。したがって、蛍光光のうち、領域３１に入射する蛍光光ＲＧ３１はＰＢＳ３１３によって反射され、光源とは異なる方向にある照明光学系に導かれる。一方、領域３２には、波長によらず可視光を反射するミラー３２３が設けられている。したがって、蛍光光のうち、領域３２に入射した蛍光光ＲＧ３２は、ミラー３２３によって反射され、蛍光光ＲＧ３１と同様に照明光学系に導かれる。

次に、蛍光体５で波長が変換されなかった非変換光がミラー３に至り、照明光学系に導かれる、あるいは光源１に戻るまでを図９（ｃ）を用いて説明する。非変換光がレンズユニット４からミラー３に向かうまでは、前述の第１実施例と同様である。前述のように領域３１には、青色光については、ｐ偏光光を透過し、ｓ偏光光を反射するような特性をもつＰＢＳ３１３が設けられている。ただし、ＰＢＳ３１３は、青色光のｐ偏光光を透過し、ｓ偏光光については、青色光以外の可視光も反射する特性であっても良い。このため、非変換光のうち、領域３１に入射する非変換光Ｂ３１のうち、ｐ偏光光Ｂ３１ｐは領域３１を透過し、光源１に戻る。一方、非変換光Ｂ３１のうち、ｓ偏光光Ｂ３１ｓはＰＢＳ３１３によって反射され、光源とは異なる方向にある照明光学系に導かれる。また、非変換光のうち、領域３２に入射する非変換光Ｂ３２は、波長によらず可視光を反射するミラー３２３によって、ｓ偏光光Ｂ３１ｓと同様に、照明光学系に導かれる。

このように、本実施例においては、領域３１に入射した非変換光Ｂ３１の一部であるｓ偏光光Ｂ３１ｓと、領域３２に入射した非変換光Ｂ３２を光源とは異なる方向に導くことができる。これにより、第１実施例及び第２実施例と比較して、本実施例は、より多くの青色光を照明光学系に導き、より明るい画像を投射することが可能である。

〔第４実施例〕
図１１は、本発明の第４実施例で示す光源装置の構成を説明する図である。

本実施例と前述の第３実施例との違いは、光源１と蛍光体５の位置関係である。すなわち、前述の第３実施例においては、光源１、ミラー３、蛍光体５が一直線に並んでいる構成を例示した。それに対して、本実施例においては、光源１、ミラー３、蛍光体５が一直線に並んでいない構成を例示している。さらに、前述の実施例における光源１は、波長が４４８ｎｍの青色光で、かつｐ偏光光であるｐ偏光光Ｂ１ｐを発する。これに対して、本実施例における光源１は、波長が４４８ｎｍの青色光で、かつｓ偏光光であるｓ偏光光Ｂ１ｓを発する。すなわち、本実施例において、光源からの光はｓ偏光光Ｂ１ｓである。

まず、偏光光Ｂ１ｓが蛍光体５に至るまでを図１１（ａ）を用いて説明する。偏光光Ｂ１ｓがミラー３の領域３１に入射するまでは、前述の第３実施例と同様である。領域３１に設けられているＰＢＳ３１４は、青色光については、ｐ偏光光を透過し、ｓ偏光光を反射するような特性をもつ。さらに、ＰＢＳ３１４は、青色光よりも波長が長い可視光を透過する特性を併せ持つ。ＰＢＳ３１４の反射率特性は図１２に示す通りである。領域３１に入射するｓ偏光光Ｂ１ｓは、ｓ偏光光であるために、ＰＢＳ３１４によって反射され、蛍光体５に導かれ、ｓ偏光光Ｂ１ｓが蛍光体５に至る。

蛍光体５がｓ偏光光Ｂ１ｓの一部をｓ偏光光Ｂ１ｓと波長が異なる蛍光光に変換し、その蛍光光と、ｓ偏光光Ｂ１ｓと波長が同じ非変換光と、を射出する点は、前述の第３実施例と同様である。

次に、蛍光体５が発する蛍光光がミラー３に至り、照明光学系に導かれるまでを図１１（ｂ）を用いて説明する。蛍光光がレンズユニット４からミラー３に向かうまでは、前述の第３実施例と同様である。前述のように、ＰＢＳ３１４は、青色光については、ｐ偏光光を透過し、ｓ偏光光を反射するような特性を持ち、さらに、青色光よりも波長が長い可視光については、透過する特性を併せ持つ。このため、蛍光光のうち、領域３１に入射する蛍光光ＲＧ３１は領域３１を透過し、照明光学系に導かれる。一方、領域３２には、波長によらず可視光を透過する透過部材３２４が設けられている。このため、蛍光光のうち、領域３２に入射する蛍光光ＲＧ３２も、領域３２を透過し、蛍光光ＲＧ３１と同様に、照明光学系に導かれる。

次に、蛍光体５で波長が変換されなかった非変換光がミラー３に至り、照明光学系に導かれる、あるいは光源１に戻るまでを図１１（ｃ）を用いて説明する。非変換光がレンズユニット４からミラー３に向かうまでは、前述の第３実施例と同様である。前述のように領域３１には、青色光については、ｐ偏光光を透過し、ｓ偏光光を反射するような特性をもつＰＢＳ３１４が設けられている。非変換光はレンズユニット４によって、平行光として、領域３１及び領域３２に入射するように、レンズユニット４からミラー３に向かう。このため、領域３１に入射する非変換光Ｂ３１のうち、ｐ偏光光Ｂ３１ｐは領域３１を透過し、照明光学系に導かれる。一方、非変換光Ｂ３１のうち、ｓ偏光光Ｂ３１ｓは、ＰＢＳ３１４によって反射され、光源へ戻る。また、非変換光のうち、領域３２に入射する非変換光Ｂ３２は、波長によらず可視光を透過する透過部材３２４によって、照明光学系に導かれる。

このように、本実施例においては、領域３１に入射した非変換光Ｂ３１の一部であるｐ偏光光Ｂ３１ｐと、領域３２に入射した非変換光Ｂ３２を光源とは異なる方向に導くことができる。これにより、第１実施例及び第２実施例と比較して、本実施例は、より多くの青色光を照明光学系に導き、より明るい画像を投射することが可能である。

〔第５実施例〕
図１３は、本発明の第５実施例で示す光源装置の構成を説明する図である。本実施例の特徴は、領域３１に開口部３１５が設けられていることである。

まず、青色光Ｂ１が蛍光体５に至るまでを図１３（ａ）を用いて説明する。青色光Ｂ１がミラー３の領域３１に入射するまでは、前述の第１実施例と同様である。前述のように、領域３１には開口部３１５が設けられているため、青色光Ｂ１は領域３１を通過し、蛍光体５に導かれ、青色光Ｂ１が蛍光体５に至る。

蛍光体５が青色光Ｂ１の一部を青色光Ｂ１と波長が異なる蛍光光に変換し、その蛍光光と、青色光Ｂ１と波長が同じ非変換光と、を射出する点は、前述の第１実施例と同様である。

次に、蛍光体５が発する蛍光光がミラー３に至り、照明光学系に導かれるまでを図１３（ｂ）を用いて説明する。蛍光光がレンズユニット４からミラー３に向かうまでは、前述の第１実施例と同様である。領域３２には、前述の第１実施例におけるダイクロイックミラー３２１と同様に、４３５ｎｍよりも波長が長い可視光を反射する特性をもつダイクロイックミラー３２５が設けられている。このため、蛍光光のうち、領域３２に入射する蛍光光ＲＧ３２は、ダイクロイックミラー３２５によって反射されて照明光学系に導かれる。一方、領域３１に入射する蛍光光ＲＧ３１は、開口部３１５を通過し、光源１に戻る。

次に、蛍光体５で波長が変換されなかった非変換光がミラー３に至り、照明光学系に導かれる、あるいは光源１に戻るまでを図１３（ｃ）を用いて説明する。非変換光がレンズユニット４からミラー３に向かうまでは、前述の第３実施例と同様である。非変換光のうち、領域３２に入射する非変換光Ｂ３２は、前述のダイクロイックミラー３２５によって反射され、照明光学系に導かれる。一方、非変換光のうち、領域３１に入射する非変換光Ｂ３１は、開口部３１５を通過し、光源１に戻る。

このように、本実施例においては、領域３１にダイクロイックミラーやＰＢＳなどの光学部材を設けずに、蛍光体５から光源１へ戻る非変換光の量を減少させることが可能である。

〔第６実施例〕
図１４は、本発明の第６実施例で示す光源装置の構成を説明する図である。本実施例は、前述の第１実施例と同様に、光源１、素子３、蛍光体５が一直線に並んでいる構成である。それに加えて、本実施例では、蛍光体５と異なる方向に１／４λ板４１およびミラー４２が設けられている。また、本実施例において光源１からの光である青色光Ｂ１は、ｐ偏光光及びｓ偏光光を含む偏光光であり、その主成分がｐ偏光光Ｂ１ｐでｓ偏光光Ｂ１ｓが若干加わっている状態である。

まず、青色光Ｂ１のうち、ｐ偏光光Ｂ１ｐが蛍光体５に至り、ｓ偏光光Ｂ１ｓが蛍光体５と異なる方向に導かれるまでを図１４（ａ）を用いて説明する。青色光Ｂ１が領域３１に入射するまでは、前述の第１実施例と同様である。しかし、本実施例においては、前述の第１実施例と異なり、領域３１には前述の第３実施例と同様の特性をもつＰＢＳ３１６が設けられている。このため、領域３１に入射した青色光Ｂ１のうち、ｐ偏光光であるｐ偏光光Ｂ１ｐは領域３１を透過し、蛍光体５に導かれ、ｐ偏光光Ｂ１ｐが蛍光体５に至る。一方、青色光Ｂ１のうち、ｓ偏光光であるｓ偏光光Ｂ１ｓは領域３１で反射され、蛍光体５と異なる方向に導かれる。本実施例においては、蛍光体５と異なる方向に、前述の１／４λ板４１とミラー４２が設けられている。

蛍光体５がｐ偏光光Ｂ１ｐの一部をｐ偏光光Ｂ１ｐと波長が異なる蛍光光に変換し、その蛍光光と、ｐ偏光光Ｂ１ｐと波長が同じ非変換光と、を射出する点は、前述の第３実施例と同様である。

次に、蛍光体５が発する蛍光光がミラー３に至り、照明光学系に導かれるまでを図１４（ｂ）を用いて説明する。蛍光光がレンズユニット４からミラー３に向かうまでは、前述の第３実施例と同様である。領域３２には、前述のミラー３２３と同様の特性を持つミラー３２６が設けられている。領域３１に設けられているＰＢＳ３１６は、前述のＰＢＳ３１３と同様の特性も持つ。従って、蛍光光ＲＧ３１及びＲＧ３２、非変換光Ｂ３２が照明光学系に導かれるまでは、前述の第３実施例と同様である。また、ｐ偏光光Ｂ３１ｐが領域３１を透過し、光源に戻るまでも、前述の第３実施例と同様である。また、ｓ偏光光Ｂ３１ｓが光源と異なる方向に導かれるまでも、前述の第３実施例と同様である。

次に、蛍光体５と異なる方向に導かれたｓ偏光光Ｂ１ｓがミラー３に戻り、照明光学系に導かれるまでを図１４（ｃ）を用いて説明する。ミラー３から蛍光体５に向かう方向と異なる方向には、１／４λ板４１及びミラー４２が設けられており、１／４λ板４１は、ミラー３とミラー４２の間に設けられている。

１／４λ板４１は、青色光Ｂ１のうち、ミラー３から蛍光体５へ向かう方向と異なる方向に導かれる光である偏光光Ｂ１ｓの偏光方向を変換する。

ミラー４２は、１／４λ板４１で偏光方向が変換された光を再び１／４λ板４１に導くとともに、１／４λ板４１で再び偏光方向が変換された光を１／４λ板４１からミラー３へ向かう方向に導く。

すなわち、ｓ偏光光Ｂ１ｓは１／４λ板４１に入射し、偏光方向を変換された後、ミラー４２によって反射され、再び１／４λ板４１に入射し、再び偏光方向を変換される。このように、ｓ偏光光Ｂ１ｓは１／４λ板４１に２回入射することで、ｐ偏光光Ｂ３１９ｐに変換され、領域３１に入射する。領域３１には前述のように、ＰＢＳ３１６が設けられているため、ｐ偏光光Ｂ３１９ｐはＰＢＳ３１６を透過し、照明光学系に導かれる。

このように、本実施例において、光源１からの光の主成分がｐ偏光光であり、ｓ偏光光が若干加わっている。本実施例で示す構成は、このような光を発する光源とＰＢＳを組み合わせた構成である。このような構成においても、光源へ戻る非変換光の量を減少させ、より明るい画像を投射することが可能である。さらに、本実施例においては、前述の第３及び第４実施例と比較して、照明光学系にｐ偏光光とｓ偏光光の双方を導くことが可能である。

なお、光源１と異なる方向に設けられた照明光学系には、フライアイレンズが含まれている。仮に、フライアイレンズのレンズセルの対角線長が、ｐ偏光光Ｂ３１９ｐの光束径よりも大きいとする。この場合、フライアイレンズのレンズセルが均一に照明されないために、フライアイレンズからの光が導かれる液晶パネル上では、輝度のムラが生じてしまう。

そこで、本実施例では、フライアイレンズのレンズセルの対角線長が、ｐ偏光光Ｂ３１９ｐの光束径よりも小さい。これにより、フライアイレンズのレンズセルを均一に照射することが可能となり、液晶パネルも均一に照明することが可能となる。

〔第７実施例〕
図１５は、本発明の第７実施例で示す光源装置の構成を説明する図である。本実施例と前述の第６実施例との違いは、光源１と蛍光体５の位置関係である。すなわち、前述の第６実施例においては、光源１、ミラー３、蛍光体５が一直線に並んでいる構成を例示した。それに対して、本実施例においては、光源１、ミラー３、蛍光体５が一直線に並んでいない構成を例示している。また、本実施例における光源１からの光である青色光Ｂ１は、前述の第６実施例における青色光Ｂ１と同様に、ｐ偏光光Ｂ１ｐ及びｓ偏光光Ｂ１ｓを含む偏光光である。

まず、青色光Ｂ１のうち、偏光光Ｂ１ｓが蛍光体５に至り、偏光光Ｂ１ｐが蛍光体５と異なる方向に導かれるまでを図１５（ａ）を用いて説明する。青色光Ｂ１が領域３１に入射するまでは、前述の第２実施例と同様である。しかし、本実施例においては、前述の第２実施例と異なり、領域３１には前述の第４実施例と同様の特性をもつＰＢＳ３１７が設けられている。このため、領域３１に入射した青色光Ｂ１のうち、ｓ偏光光である偏光光Ｂ１ｓはＰＢＳ３１７によって反射され、蛍光体５に導かれ、偏光光Ｂ１ｓが蛍光体５に至る。一方、青色光Ｂ１のうち、ｐ偏光光である偏光光Ｂ１ｐは領域３１を透過し、蛍光体５と異なる方向に導かれる。本実施例においては、前述の第６実施例と同様に、蛍光体５と異なる方向に、前述の１／４λ板４１とミラー４２が設けられている。

蛍光体５がｓ偏光光Ｂ１ｓの一部をｓ偏光光Ｂ１ｓと波長が異なる蛍光光に変換し、その蛍光光と、ｓ偏光光Ｂ１ｓと波長が同じ非変換光と、を射出する点は、前述の第４実施例と同様である。

次に、蛍光体５が発する蛍光光がミラー３に至り、照明光学系に導かれるまでを図１５（ｂ）を用いて説明する。蛍光光がレンズユニット４からミラー３に向かうまでは、前述の第４実施例と同様である。領域３２には、前述のミラー３２４と同様の特性を持つミラー３２７が設けられている。領域３１に設けられているＰＢＳ３１７は、前述のＰＢＳ３１４と同様の特性も持つ。従って、蛍光光ＲＧ３１及びＲＧ３２、非変換光Ｂ３２が照明光学系に導かれるまでは、前述の第４実施例と同様である。また、ｓ偏光光Ｂ３１ｓがＰＢＳ３１７によって反射され、光源に戻るまでも、前述の第４実施例と同様である。また、ｐ偏光光Ｂ３１ｐが光源と異なる方向に導かれるまでの、前述の第４実施例と同様である。

次に、蛍光体５と異なる方向に導かれた偏光光Ｂ１ｐがミラー３に戻り、照明光学系に導かれるまでを図１５（ｃ）を用いて説明する。前述の第６実施例と同様に、偏光光Ｂ１ｐは、１／４λ板４１によって偏光方向を変換され、ミラー４２によって再び１／４λ板４１に入射する。しかし、第６実施例においては、偏光光Ｂ１ｓが偏光光Ｂ３１９ｐに変換され、ミラー３に戻るのに対して、本実施例においては、ｓ偏光光である偏光光Ｂ３１９ｓがミラー３に戻る。ミラー３に戻る偏光光Ｂ３１９ｓは領域３１に入射し、ＰＢＳ３１５によって反射され、照明光学系に導かれる。

このように、本実施例も、前述の第６実施例と同様に、照明光学系にｐ偏光光とｓ偏光光の双方を導くことが可能である。

なお、本実施例では、照明光学系に含まれるフライアイレンズのレンズセルの対角線長が、ｓ偏光光Ｂ３１９ｓの光束径よりも小さい。このために、前述の第６実施例と同様に、液晶パネルを均一に照明することが可能となる。

〔他の実施形態〕
前述した実施例では、本発明の実施例で示す光源装置を搭載可能な投射型表示装置の構成として、反射型液晶プロジェクターの構成を例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。画像表示装置であれば、例えば、透過型液晶パネルを用いたプロジェクターやテレビなどであっても良い。

また、前述した実施例では、本発明の実施例で示す光源装置を搭載可能な投射型表示装置の構成として、光源装置からの光が、まず、偏光板に入射する構成を例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。投射型表示装置であれば、例えば、偏光板の代わりに、フライアイレンズなどを用いたインテグレータと、非偏光光を直線偏光光に変換する偏光変換素子などを配置しても良い。

また、前述した実施例では、本発明の実施例で示す光源装置を搭載可能な投射型表示装置の構成として、投射レンズを備える構成を例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。投射型表示装置であれば、例えば、着脱可能な投射レンズを用いる構成などでも良い。

また、前述した実施例では、青色光を発するＬＤ光源を用いた光源装置の構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。青色の波長帯域の光を発するような光源であれば、例えば、青色ＬＥＤ光源などであっても良い。また、カラー画像を表示可能な構成であれば、たとえば緑色光や赤色光などを発するＬＤ光源などを用いても良い。また、前述した実施例の一部では、ｐ偏光光及びｓ偏光光を含む偏光光を発するＬＤ光源を用いた光源装置の構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。光源へ戻る非変換光の量を減少させる構成であれば、例えば、非偏光光などを発するＬＥＤ光源などを用いても良い。また、円偏光光を発する光源の構成は、例えば、１／４λ板とＬＤ光源を組み合わせた構成などであっても良い。

また、前述した実施例では、ＬＤ光源以外に青色光を発する光源がない光源装置の構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。光源へ戻る非変換光の量を減少させる構成であれば、例えば、ＬＤ光源以外に、青色ＬＥＤ光源を追加した構成などでも良い。青色ＬＥＤ光源を追加した構成においては、非変換光の一部を照明光学系に導くことにより、青色ＬＥＤ光源の出力をより低下させることができる。

また、前述した実施例では、白色光（可視光）を照明光学系に導くように構成された光源装置及び投射型表示装置の構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。可視光以外にも、赤外光及び紫外光のみを投射する、赤外光及び紫外光に加えて可視光も投射するような構成の投射型表示装置などであっても良い。あるいは、そのような投射型表示装置に搭載される光源装置などであっても良い。

また、前述した実施例の一部では、青色光については、ｐ偏光光を透過し、ｓ偏光光を反射するＰＢＳを用いた光源装置の構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。光源へ戻る非変換光の量を減少させる構成であれば、例えば、青色光については、ｐ偏光光を反射し、ｓ偏光光を透過する特性をもつＰＢＳなどであっても良い。

また、前述した実施例の一部では、青色光を透過し、青色光よりも波長が長い可視光を反射する特性をもつダイクロイックミラーを用いた光源装置の構成を例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。光源へ戻る非変換光の量を減少させる構成であれば、ダイクロイックミラーの反射率特性については、光源からの光の波長などに合わせて適宜変更しても良い。さらに、光源へ戻る非変換光の量を減少させることが可能な構成であれば、第２領域に、ダイクロイックミラーの代わりに、波長によらず光を反射するミラーなどの反射手段が設けられていても良い。あるいは、第２領域には、波長によらず光を透過するガラスなどの透過手段が設けられていても良い。

また、前述した実施例では、正のパワーを持つレンズユニットとして、３枚のレンズを備える構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。レンズユニット全体として正のパワーを持つような構成であれば、例えば、１枚、２枚あるいは３枚より多い枚数のレンズからなる構成などであっても良い。なお、３枚のレンズを備える集光レンズユニットは、３枚のレンズが一体的に光源装置に取り付けられるものであっても、１枚１枚取り付けられるものであっても良い。

表１にレンズユニット４が４枚のレンズで構成されている場合の数値実施例を記載する。

表１において、面番号は光源１側より順に各レンズの面に付した番号である。また、Ｒは曲率半径、ｄは面間隔（次の面との物理的間隔）、ｎ_ｄ、ν_ｄはガラス材料のｄ線の屈折率およびアッベ数を示している。有効径はその面において光線が通過する有効領域を直径で示している。

面番号の右側に＊が付記されている面は以下の式（１）に示す関数に従った非球面形状であることを示し、表２にその係数を示している。式（１）において、Ｘは、図２と平行な断面における光軸方向の座標を示し、Ｙは、図２と平行な断面において光軸と直交する方向の座標を示す。

図１６に示すように、レンズユニット４は光源１（不図示）側から順に、正屈折力で光源側に凸のメニスカスレンズであるＧ１、正屈折力で光源側に凸のメニスカスレンズであるＧ２、負屈折力の球面レンズであるＧ３、正屈折力で光源１側の面が非球面形状の非球面レンズであるＧ４から構成されている。

この構成は、レンズユニット４に求められる次の２点の要件を満たすために必要最低限の構成となっている。

第一に、蛍光体５から拡散光として発する蛍光光をできるだけ多く取り込むために、できるだけ大きい角度で取り込み、略平行光束として射出する。これにより、光源装置としての光利用効率をより高めることが可能となる。

第二に蛍光体５から発する蛍光光は図３（ｂ）に示されるように非常に広い波長帯域の光となっている。このため、波長ごとの屈折率の違いなどによって、蛍光光は、照明光学系で使用した際に色度の悪化や色むらなどの原因となってしまうおそれがある。したがって、蛍光光は、球面収差に加えて、色収差も適正に補正されている必要がある。

前述のように、レンズユニット４は、蛍光光をより大きい角度で取り込むことが望ましい。ＮＡ（開口数）を用いて言い換えれば、レンズユニット４は、よりＮＡの大きい光線を取り込めることが望ましい。しかし、一般に、球面レンズの周辺部を通る光線は、中心部を通る光線よりも強く屈折し、中心部を通る光線が光軸と交わる位置からずれて光軸と交わるため、いわゆる球面収差が生じる。すなわち、ＮＡの大きい光線ほど球面収差が生じやすくなる。このため、負屈折力を持つレンズであるＧ３が、正屈折力を持つレンズであるＧ１およびＧ２と逆向きの収差を発生させることにより、球面収差を相殺している。

また、球面収差を補正したとしても、波長ごとの屈折率の違いなどによって、波長ごとに光軸と交わる位置がずれてしまうため、いわゆる軸上色収差が生じる。このため、アッベ数の大きい（低分散）のＧ１およびＧ２と、アッベ数の小さい（高分散）Ｇ３を組み合わせて用いることで、軸上色収差を補正している。軸上色収差を補正することにより、軸上色収差が原因となって生じる色フレアも補正することが可能となる。

このような条件を満たすために本数値実施例に示すレンズユニット４はＧ３に高分散負屈折力の両凹レンズを配置している。さらにＧ４を非球面レンズとすることで、特にレンズの周辺部を通る光線の屈折角を補正し、Ｇ３で取りきれなかった球面収差の補正を行っているのである。

このとき、Ｇ３の屈折力を全体の屈折力およびＧ４の屈折力に対して強くし過ぎたり、逆に弱くし過ぎたりすると、前述のような補正が適正に行えなくなるおそれがある。本数値実施例においては、適正な補正を行うことが可能なＧ３およびＧ４の屈折力の条件を、焦点距離を用いて定めている。

Ｇ３の焦点距離をｆ３、Ｇ４の焦点距離をｆ４、レンズユニット４全体の焦点距離をｆとしたとき、
１．０＜｜ｆ３／ｆ｜＜３．５
１．５＜｜ｆ３／ｆ４｜＜４．５
を満たすことが好ましい。さらには
１．８＜｜ｆ３／ｆ｜＜２．８
２．５＜｜ｆ３／ｆ４｜＜３．５
の条件を満たすとより好ましい。

なお、本実施例における上記条件式の値と各レンズの焦点距離は表３に示してある。

（表１）
R d nd νd 有効径
OBJ ∞ ∞
1 22.199 8.30 1.729 54.6 33.0
2 59.388 0.30 30.5
3 18.941 7.40 1.729 54.6 26.5
4 65.480 2.38 22.6
5 -54.918 1.20 1.808 22.7 21.8
6 65.468 3.75 19.8
7* 9.272 7.30 1.693 53.1 14.2
8 -54.740 1.20 8.8
IMG ∞ 2.5

（表２）非球面係数
面番号 K A4 A6 A8 A10 A12
7 -3.5393 9.6030e-5 7.3267e-6 -1.1679e-7 -7.8246e-10 1.9452e-11

（表３）各焦点距離と条件式の値
f 16.501
f1 44.436
f2 34.253
f3 -36.794
f4 11.994
|f3/f| = 2.23
|f3/f4| = 3.08

また、前述した実施例では、光学素子の中心に第１領域があり、第１領域の外周に第２領域がある構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。光源へ戻る非変換光の量を減少させる構成であれば、例えば、第１領域及び第２領域が光学素子の中心から偏心した位置にある構成などであっても良い。

また、前述した実施例の一部では、第１領域にダイクロイックミラーが設けられている構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。光源へ戻る非変換光の量を減少させる構成であれば、例えば、ダイクロイックプリズムなどであっても良い。

また、前述した実施例では、一体に形成された光学素子の構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。互いに特性の異なる２つの領域を持つような構成であれば、例えば、互いに反射率特性の異なる２種類の別個のミラーが隣接するように設けられている構成などであってもよい。

また、前述した実施例の一部では、ダイクロイックミラーや、可視光を全て反射するミラーを用いた構成を例示した。これらの構造は、前述した各実施例における特性を実現可能なものであれば、例えば、金属ミラー、誘電体多層膜ミラーなどであっても良い。

また、前述した実施例では、光源、レンズ、ミラー、レンズユニット、そして蛍光体を備える構成を例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。光源へ戻る非変換光の量を減少させることが可能な構成であれば、例えば、レンズ及びレンズユニットを両方用いない、あるいは、片方のみ用いるなどの構成であっても良い。

また、前述した実施例では、光源からの光が第１領域に入射する構成として、光源からの光の進行方向にレンズを配置した構成を例示した。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。光源からの光が第１領域に入射する構成であれば、例えば、複数の光源からの光を圧縮し、平行光化し、第１領域に入射させるような構成などであっても良い。

また、前述した実施例では、本発明の実施例で示す光源装置を搭載可能な投射型表示装置の構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の実施例で示し光源装置を、例えば、液晶ディスプレイ、電子ビューファインダー用のバックライトなどとして搭載しても良い。

また、前述した各実施例では、領域３１とフライアイレンズとの関係が図１７に示すようになっている。なお、図１７においては第２実施例を元に説明を行うが、その他の実施例においても図１７に示すような構成になっている。

図１７において、４０は前述の照明光学系に含まれるフライアイレンズである。蛍光体５からの光のうち領域３１に入射する非変換光は光源１側に戻るが、領域３１に入射する蛍光光は領域３１を透過してフライアイレンズ４０へ入射する。一方、領域３２においては非変換光及び蛍光光ともにフライアイレンズ４０へ入射する。

なお、図１７から後述の図２１においては、フライアイレンズ４０のレンズセルの光軸と平行な方向をｚ軸方向とし、光源１からの光束の進行方向をｘ軸方向とし、ｚ軸方向及びｘ軸方向と直交する方向をｙ軸方向としている。また、後述の図１８から図２１中に示す点線の楕円はレンズユニット４を介して蛍光体５からミラー３に向かう非変換光及び蛍光光の外形である。

ここで、不図示の照明光学系は第１のフライアイレンズとしてのフライアイレンズ４０と、第２のフライアイレンズと、コンデンサーレンズと、を備えている。

例えば、領域３１の辺とフライアイレンズ４０のレンズセル間の境界とが一致していない場合を考える。この場合、フライアイレンズ４０のレンズセルの光軸方向視において、所定のレンズセルの一部の領域は領域３１と重なり、その他の領域は領域３１と重ならないことになる。

すなわち、レンズセルの一部の領域には蛍光体５から領域３１外を通った非変換光が入射し、その他の領域には、領域３１は非変換光を反射するために、非変換光が入射しない。

言い換えれば、所定のレンズセルにおいては、非変換光が入射する領域と入射しない領域が生じるために、色むらが生じてしまうおそれがある。

第１のフライアイレンズとしてのフライアイレンズ４０の各レンズセルは液晶パネル３５と光学的に共役であり、フライアイレンズ４０の各レンズセルを透過した光束はだい２のフライアイレンズ及びコンデンサーレンズによって液晶パネル上に重畳される。

したがって、フライアイレンズ４０の所定のレンズセルにおいて色むらが生じると、投射画像にも色むらが生じるおそれがある。

そこで、本発明の各実施例においては、フライアイレンズ４０のレンズセルの光軸方向から見たときの領域３１の面積をＡとする。また、フライアイレンズ４０のレンズセルの光軸方向から見たときのレンズセルの面積をＢとし、ｎを自然数とする。

このとき、本発明の各実施例で示す光源光学系は、
Ｂ×（ｎ−０．１）≦Ａ≦Ｂ×（ｎ＋０．１）
を満足している。

なお、本発明の各実施例で示す光源光学系が、
Ｂ×（ｎ−０．０５）≦Ａ≦Ｂ×（ｎ＋０．０５）
を満足するとより好ましい。

さらに、本発明の各実施例で示す光源光学系が、
Ｂ×ｎ＝Ａ
を満足するとより好ましい。

上述の条件式を満足することは、フライアイレンズ４０のレンズセルの光軸方向から見たときの領域３１の面積Ａが、フライアイレンズ４０のレンズセルの光軸方向から見たときのレンズセルの面積Ｂの略自然数倍であることを示す。この関係を図示したものが図１８及び図１９である。

なお、領域３１の面積Ａ及びレンズセルの面積Ｂは、言い換えれば、フライアイレンズ４０のレンズセルの光軸と直交する断面に、領域３１及びレンズセルを垂直に投影したときの面積である。

本実施例においては、領域３１からの光束のうち最も外側の光線が、フライアイレンズ４０の各レンズセル間の境界に入射する。言い換えれば、フライアイレンズ４０の光軸方向視において、領域３１の辺がフライアイレンズ４０のレンズセル間の境界と一致している（重なる）。このときに、上述の条件式を満たすことで、フライアイレンズ４０のレンズセルでの色むら及び投射画像の色むらを抑制することが可能となる。

すなわち、フライアイレンズ４０のレンズセルの光軸方向視において、領域３１は、フライアイレンズ４０のレンズセルと略相似形状を単位形状としたときに、１つの単位形状と同一の形状及び大きさあるいは、単位形状を複数配列した形状となっている。なお、フライアイレンズ４０のレンズセルの光軸方向視において、この単位形状の面積はフライアイレンズ４０のレンズセルの面積Ｂと同一である。

図１８及び図１９においては、フライアイレンズ４０のレンズセルの一方の辺の寸法をＦｘとして他方の辺の寸法をＦｙとするとき、領域３１の面積が４ＦｘＦｙとなっている。すなわち、レンズセルの光軸方向から見たときの領域３１の一方の辺の寸法及び他方の辺の寸法ともに、Ｆｘ及びＦｙに対して同じ倍率となっている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、レンズセルの光軸方向から見たときの領域３１の一方の辺の寸法がＦｘであるのに対して、他方の辺の寸法が２Ｆｙとなる構成であっても良い。

すなわち、光源からの光束の進行方向を第１の方向（ｙ軸方向）とし、フライアイレンズ４０のレンズセルの光軸と平行な方向を第２の方向（ｚ軸方向）とし、第１の方向及び第２の方向と直交する方向を第３の方向（ｘ軸方向）とする。

そして、フライアイレンズ４０のレンズセルの光軸方向視において、フライアイレンズ４０のレンズセルの第１の方向の寸法をＦｙとし、領域３１の第１の方向の寸法をｆｙとする。さらに、フライアイレンズ４０のレンズセルの第３の方向の寸法をＦｘとし、領域３１の第３の方向の寸法をｆｘとし、ｎを自然数とする。

このとき、以下の条件を満たすことが好ましい。
Ｆｙ×（ｎ−０．１）≦ｆｙ≦Ｆｙ×（ｎ＋０．１）
Ｆｘ×（ｎ−０．１）≦ｆｘ≦Ｆｘ×（ｎ＋０．１）

なお、フライアイレンズ４０の光軸方向視において、領域３１の辺はフライアイレンズ４０のレンズセル間の境界と完全に一致している必要は無い。

具体的には、領域３１の辺とフライアイレンズ４０のレンズセルの境界線との第１の方向の距離をＥｙとし、領域３１の辺とフライアイレンズ４０のレンズセルの境界線との第３の方向の距離をＥｘとする。このとき、
Ｅｙ／Ｆｙ≦０．０５
Ｅｘ／Ｆｘ≦０．０５
を満たせばよい。

ここで、図１８及び図１９においては、領域３１の面積が４ＦｘＦｙとなっているが、本発明の実施例はこれに限定されるものではない。図２０（ａ）及び（ｂ）に示すように、領域３１の面積が２ＦｘＦｙであってもよく、図２０（ａ）に示すように縦長であっても、図２０（ｂ）に示すように横長であってもよい。

さらに、図２０（ｃ）に示すように、領域３１が長方形でなく、十字状の形状であってもよい。

この場合にも、領域３１の辺がフライアイレンズ４０のレンズセル間の境界と一致するとともに、領域３１の面積Ａがレンズセルの面積Ｂの略自然数倍であることが好ましい。

また、図２０（ｄ）に示すように、領域３１が複数あり、かつ複数の領域３１が互いに繋がっていない場合には、各領域３１が上述の条件式を満たし、複数の領域３１の辺がフライアイレンズ４０のレンズセル間の境界と一致していることが好ましい。

前述の第２実施例を図２０に示す構成となるように変形してもよい。図６に示す構成と図２０に示す構成との違いは、領域３１及び領域３２が並んでいる方向である。

図２０に示す構成においては、ミラー３は、領域３１と領域３２の並んでいる方向が、光源１からの光の進行方向及びフライアイレンズ４０のレンズセルの光軸に平行な断面と直交するように構成されている。

光源装置を図２０に示す構成とすることでより小型な光源装置を実現することが可能となる。具体的には図２１に示すように、図２０に示す構成によってフライアイレンズ４０とレンズユニット４とがより近付くことが可能となる。

図２１に示すように、レンズユニットのうち、最も光学素子側（ミラー３側）に配置されたレンズの面頂点からフライアイレンズ４０のレンズセルの面頂点までの距離をＬとする。さらに、光源１からの光の進行方向及びフライレンズ４０のレンズセルの光軸に平行な断面における、ミラー３の長辺の寸法をＤとする。そして、光源１からの光の進行方向及びフライアイレンズ４０のレンズセルの光軸に平行な断面において、ミラー３の長辺とフライアイレンズ４０のレンズセルの光軸とがなす角度をθとする。

このとき、本発明の各実施例で示す光源光学系は、
Ｄｃｏｓθ≦Ｌ＜５Ｄ
を満足するが好ましい。これにより、より小型な光源装置を実現することが可能となる。

３ ミラー（光学素子）
４ レンズユニット
３１ 領域（第１領域）
３２ 領域（第２領域）
４０ フライアイレンズ
５ 蛍光体（波長変換素子）
Ｂ１ 青色光（光源からの光）
ＲＧ３１ 第１領域に入射する蛍光光（変換光）
ＲＧ３２ 第２領域に入射する蛍光光（変換光）
Ｂ３１ 第１領域に入射する非変換光（非変換光）
Ｂ３２ 第２領域に入射する非変換光（非変換光）

Claims (19)

1. 複数のレンズセルを有するフライアイレンズへ光源からの光を導く光源光学系であって、
   前記光源からの光を前記光源からの光と波長が異なる変換光に変換し、前記変換光と、前記光源からの光と波長が同じ非変換光と、を射出する波長変換素子と、
   前記光源からの光を、レンズユニットを介して前記波長変換素子に導く特性を持つ第１領域と、前記変換光と前記非変換光とを、前記光源と異なる方向に導く特性を持つ第２領域と、を有する光学素子と、
   を備え、
   前記光源からの光は前記第１領域に入射し、前記変換光及び前記非変換光は前記第１領域及び前記第２領域に入射し、
   前記レンズセルの光軸方向から見たときの前記第１領域の面積をＡとし、
   前記レンズセルの光軸方向から見たときの前記レンズセルの面積をＢとし、
   ｎを自然数とするとき、
   Ｂ×（ｎ−０．１）≦Ａ≦Ｂ×（ｎ＋０．１）
   を満足することを特徴とする光源光学系。
2. 前記光学素子と平行な平面を基準面、
   前記基準面に前記第１領域を垂直に投影した領域を第１投影領域、
   前記基準面に前記光学素子を垂直に投影した領域を第２投影領域としたとき、
   前記第１投影領域の重心と前記第２投影領域の重心が偏心していることを特徴とする請求項１に記載の光源光学系。
3. 前記第１領域が複数あることを特徴とする請求項１または２に記載の光源光学系。
4. 前記第１領域には前記光源からの光と波長が同じ光を前記波長変換素子に導くとともに、前記光源からの光と波長が異なる光を前記光源と異なる方向に導くように構成されたダイクロイックミラーが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源光学系。
5. 前記第１領域にはｐ偏光光及びｓ偏光光のうちいずれか一方を前記波長変換素子に導くとともに、他方を前記光源と異なる方向に導くように構成された偏光ビームスプリッターが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源光学系。
6. 前記第１領域には開口部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源光学系。
7. 前記第２領域には波長によらず光を反射する反射手段が設けられており、
   前記光源からの光が前記光源から前記光学素子へ向かう方向に前記波長変換素子が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源光学系。
8. 前記第２領域には波長によらず光を透過する透過手段が設けられており、
   前記光源からの光が前記光学素子によって反射された方向に前記波長変換素子が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源光学系。
9. 光源からの光を前記光源からの光と波長が異なる変換光に変換し、前記変換光と、前記光源からの光と波長が同じ非変換光と、を射出する波長変換素子と、
   前記光源からの光を、レンズユニットを介して前記波長変換素子に導く特性を持つ第１領域と、前記変換光と前記非変換光とを、前記光源と異なる方向に導く特性を持つ第２領域と、を有する光学素子と、を備える光源光学系であって、
   前記光源からの光は前記第１領域に入射し、前記変換光及び前記非変換光は前記第１領域及び前記第２領域に入射し、
   前記光学素子は、前記第１領域と前記第２領域が並んでいる方向が、前記光源からの光の進行方向及び前記レンズユニットの光軸に平行な断面と直交するように構成されている、
   ことを特徴とする光源光学系。
10. 前記レンズユニットのうち、最も前記光学素子側に配置されたレンズの面頂点から前記レンズセルの面頂点までの距離をＬとし、
    前記光源からの光の進行方向及び前記レンズセルの光軸に平行な断面における、前記光学素子の長辺の寸法をＤとし、
    前記光源からの光の進行方向及び前記レンズセルの光軸に平行な断面において、前記光学素子の長辺と前記レンズセルの光軸とがなす角度をθとするとき、
    Ｄｃｏｓθ≦Ｌ＜５Ｄ
    を満足することを特徴とする請求項９に記載の光源光学系。
11. 前記光源からの光を前記波長変換素子に導くとともに、前記変換光及び前記非変換光を前記光学素子に導くために、正のパワーを持つように構成された前記レンズユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光源光学系。
12. 前記波長変換素子から射出し、前記レンズユニットの光軸を通る光線が、前記第２領域に入射するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の光源光学系。
13. 前記レンズユニットが、前記光学素子の側から順に、
    正屈折力で前記光学素子の側に凸のメニスカスレンズであるＧ１と、
    正屈折力で前記光学素子の側に凸のメニスカスレンズであるＧ２と、
    負屈折力のレンズであるＧ３と、
    正屈折力の非球面レンズであるＧ４と、を含むことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光源光学系。
14. 前記Ｇ３の焦点距離をｆ３、Ｇ４の焦点距離をｆ４、前記レンズユニット全体の焦点距離をｆとしたとき、
    １．０＜｜ｆ３／ｆ｜＜３．５
    １．５＜｜ｆ３／ｆ４｜＜４．５
    を満たすことを特徴とする請求項１３に記載の光源光学系。
15. 前記光源からの光のうち、前記光学素子から前記波長変換素子へ向かう方向と異なる方向に導かれる光の偏光方向を変換する１／４λ板と、
    前記１／４λ板で偏光方向が変換された光を再び前記１／４λ板に導くとともに、前記１／４λ板で再び偏光方向が変換された光を前記１／４λ板から前記光学素子へ向かう方向に導くように構成された反射手段と、
    をさらに備え、
    前記１／４λ板は、前記光学素子と前記反射手段の間に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光源光学系。
16. 前記光源からの光は非偏光光であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光源光学系。
17. 光源からの光を前記光源からの光と波長が異なる変換光に変換し、前記変換光と、前記光源からの光と波長が同じ非変換光と、を射出する波長変換素子と、
    前記光源からの光を前記波長変換素子へ向けて反射する光路変換素子と、
    前記光源からの光を前記波長変換素子に導くとともに、前記変換光及び前記非変換光を前記光路変換素子に導くために、正のパワーを持つように構成されたレンズユニットと、を備え、
    前記光路変換素子と平行な平面における前記レンズユニットから射出される光束の断面の断面積が、前記光路変換素子を前記光路変換素子と平行な平面へ垂直に投影した投影領域の面積よりも大きいことを特徴とする光源光学系。
18. 光源と、
    請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光源光学系と、を備える、
    ことを特徴とする光源装置。
19. 光変調素子と、
    請求項１８に記載の光源装置からの光を前記光変調素子に導く照明光学系と、を備えることを特徴とする画像表示装置。

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