(57)【要約】【課題】小型の照明装置を提供する。【解決手段】本発明の照明装置は、非平行光であり、第１の直線偏光を含む光を射出する光源部と、光源部からの光を伝播させる導光体と、導光体の内部に設けられ、第１の直線偏光を反射させ、第２の直線偏光を透過させる偏光分離層と、導光体の内部を伝播する光を反射させる反射ミラーと、偏光分離層と反射ミラーとの間に設けられ、導光体の内部を伝播する光に位相差を付与する位相差層と、を備える。導光体は、光を射出する第１面と、第１面に対向する第２面と、第１面および第２面に交差する第３面と、を有する。光源部は、光の射出方向が第３面を向いて配置され、反射ミラーは、導光体の第２面に設けられ、偏光分離層は、第３面から入射した第１の直線偏光を反射させて第２面に向けて伝播させるように配置される。【選択図】図２
2020009692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非平行光であり、第１の直線偏光を含む光を射出する光源部と、
前記光源部から入射した光を伝播させる導光体と、
前記導光体の内部に設けられ、前記第１の直線偏光を反射させ、前記第１の直線偏光とは偏光方向が異なる第２の直線偏光を透過させる偏光分離層と、
前記導光体の内部を伝播する光を反射させる反射ミラーと、
前記偏光分離層と前記反射ミラーとの間に設けられ、前記導光体の内部を伝播する光に位相差を付与する位相差層と、
を備え、
前記導光体は、光を射出する第１面と、前記第１面に対向する第２面と、前記第１面および前記第２面に交差する第３面と、を有し、
前記光源部は、光の射出方向が前記第３面を向くように配置され、
前記反射ミラーは、前記導光体の前記第２面側に設けられ、
前記偏光分離層は、前記第３面から入射した前記第１の直線偏光を反射させて前記第２面側に向けて伝播させるように配置され、
前記偏光分離層で反射した前記第１の直線偏光は、前記位相差層を透過し、前記反射ミラーで反射し、前記位相差層を再度透過することによって前記第２の直線偏光に変換され、前記第２の直線偏光は、前記偏光分離層を透過して前記第１面から射出される、照明装置。
【請求項２】
前記光源部は、前記第３面上における光の入射位置が前記第２面よりも前記第１面に近い位置に設けられている、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記導光体は、四角柱状のロッドで構成されている、請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光源部は、レーザー光源と、前記レーザー光源から射出された光の発散角を拡大する発散角拡大素子と、を有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記発散角拡大素子は、光拡散素子で構成されている、請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記発散角拡大素子は、レンズで構成されている、請求項４に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光源部は、所定の発散角を有する光を射出するレーザー光源を有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記光源部は、発光ダイオードと、前記発光ダイオードから射出された光を前記第１の直線偏光を含む光に変換する偏光素子と、を有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記位相差層は、前記反射ミラーと前記第２面とに接している、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
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、を備えた、プロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターに用いる照明装置の一例として、光の照度分布を均一化するためのロッドレンズを備えた照明装置が従来から知られている。例えば下記の特許文献１に、レーザー等の固体光源と、テーパー付きロッドレンズと、凸レンズと、ロッドレンズ等のライトパイプと、を有する照明光学系を備えた投射型表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１３４３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ロッドレンズにおいては、光入射端面から入射した光が全反射を繰り返しつつ光射出端面に向けて伝播する際に様々な角度成分を有する光が混合され、被照明領域における光の照度分布が均一化される。ロッドレンズ内部での光の反射回数が多くなる程、光の混合の度合いが高まり、照度分布の均一性が高められる。
【０００５】
したがって、特許文献１の照明光学系において、照度分布の均一性を高めるためには、光の反射回数を多くするために光入射端面から光射出端面までの光の伝播距離、いわゆるロッドレンズの長さをある程度長くする必要がある。ところが、ロッドレンズを長くすると、照明装置が大型化し、ひいてはプロジェクターが大型化する、という問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の照明装置は、非平行光であり、第１の直線偏光を含む光を射出する光源部と、前記光源部から入射した光を伝播させる導光体と、前記導光体の内部に設けられ、前記第１の直線偏光を反射させ、前記第１の直線偏光とは偏光方向が異なる第２の直線偏光を透過させる偏光分離層と、前記導光体の内部を伝播する光を反射させる反射ミラーと、前記偏光分離層と前記反射ミラーとの間に設けられ、前記導光体の内部を伝播する光に位相差を付与する位相差層と、を備える。前記導光体は、光を射出する第１面と、前記第１面に対向する第２面と、前記第１面および前記第２面に交差する第３面と、を有する。前記光源部は、光の射出方向が前記第３面を向くように配置され、前記反射ミラーは、前記導光体の前記第２面側に設けられ、前記偏光分離層は、前記第３面から入射した前記第１の直線偏光を反射させて前記第２面側に向けて伝播させるように配置される。前記偏光分離層で反射した前記第１の直線偏光は、前記位相差層を透過し、前記反射ミラーで反射し、前記位相差層を再度透過することによって前記第２の直線偏光に変換され、前記第２の直線偏光は、前記偏光分離層を透過して前記第１面から射出される。
【０００７】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記光源部は、前記第３面上における光の入射位置が前記第２面よりも前記第１面に近い位置に設けられていてもよい。
【０００８】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記導光体は、四角柱状のロッドで構成されていてもよい。
【０００９】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記光源部は、レーザー光源と、前記レーザー光源から射出された光の発散角を拡大する発散角拡大素子と、を有していてもよい。
【００１０】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記発散角拡大素子は、光拡散素子で構成されていてもよい。
【００１１】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記発散角拡大素子は、レンズで構成されていてもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記光源部は、所定の発散角を有する光を射出するレーザー光源を有していてもよい。
【００１３】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記光源部は、発光ダイオードと、前記発光ダイオードから射出された光を前記第１の直線偏光を含む光に変換する偏光素子と、を有していてもよい。
【００１４】
本発明の一つの態様の照明装置において、前記位相差層は、前記反射ミラーと前記第２面とに接していてもよい。
【００１５】
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照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の照明装置の斜視図である。
【図２】照明装置の側面図である。
【図３】第２実施形態の照明装置の側面図である。
【図４】第３実施形態の照明装置の側面図である。
【図５】第４実施形態の照明装置の側面図である。
【図６】第５実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
図１は、第１実施形態の照明装置１０の斜視図である。図２は、照明装置１０の側面図である。
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。
【００１８】
図１および図２に示すように、第１実施形態の照明装置１０は、導光体１１と、光源部１２と、偏光分離層１３と、反射ミラー１４と、位相差層１５と、を備えている。
【００１９】
導光体１１は、例えばガラス等の透光性部材で構成されている。導光体１１は、四角柱状のロッドで構成され、第１面１１ａ、第２面１１ｂおよび第３面１１ｃを含む６つの面を有している。以下の説明では、導光体１１の形状をなす四角柱の２つの端面を結ぶ方向を光の伝播方向ｍと定義する。また、６つの面のうち、導光体１１における光の伝播方向ｍに垂直な面であって、導光体１１の内部を伝播した光を射出させる光射出端面を第１面１１ａと称する。伝播方向ｍに垂直な面であって、第１面１１ａに対向する面を第２面１１ｂと称する。伝播方向ｍに平行な面であって、第１面１１ａおよび第２面１１ｂに交差する４つの面のうちの１つの面（図１における下面）を第３面１１ｃと称する。
【００２０】
光源部１２は、レーザー光源１７と、光拡散素子１８（発散角拡大素子）と、を備えている。レーザー光源１７は、波長範囲が例えば４４０〜４６０ｎｍの青色光を射出する半導体レーザーで構成されている。光源部１２は、１つのレーザー光源１７を有していてもよいし、複数のレーザー光源１７を有していてもよい。レーザー光源１７は、光の射出方向が導光体１１の第３面１１ｃを向くように配置されている。なお、レーザー光源１７は、波長範囲が例えば５００〜５７０ｎｍの緑色光を射出する半導体レーザーで構成されていてもよいし、波長範囲が例えば６２０〜７５０ｎｍの赤色光を射出する半導体レーザーで構成されていてもよい。
【００２１】
図２に示すように、レーザー光源１７は、台座２０と、半導体発光素子２１と、コリメーターレンズ２２と、パッケージ２３と、を備えている。半導体発光素子２１は、台座２０の上に実装され、パッケージ２３に覆われている。コリメーターレンズ２２は、パッケージ２３の内部に収容され、半導体発光素子２１から射出された光を略平行化する。レーザー光源１７は、コリメーターレンズ２２によって平行化された直線偏光を射出する。具体的には、レーザー光源１７は、後述する偏光分離層１３に対するＳ偏光Ｌｓを射出する。
【００２２】
光拡散素子１８は、導光体１１の第３面１１ｃにおいてレーザー光源１７から射出される光の光路上に設けられている。光拡散素子１８は、レーザー光源１７から射出された光を拡散させることにより、光拡散素子１８を透過した後の光の発散角を、光拡散素子１８を透過する前の光の発散角に比べて大きくする。これにより、光拡散素子１８を透過した後の光は、非平行光となる。光拡散素子１８は、例えば表面に凹凸が設けられた拡散板、多数の光散乱粒子が分散された拡散板、マイクロレンズアレイを用いた拡散板等で構成されている。本実施形態において、光拡散素子１８は、導光体１１の第３面１１ｃに接した状態で支持されているが、導光体１１の第３面１１ｃから離れた位置で任意の支持部材に支持されていてもよい。
【００２３】
このようにして、光源部１２は、非平行光であって、偏光分離層１３に対するＳ偏光Ｌｓ（第１の直線偏光）を含む光を射出する。光源部１２は、導光体１１の第３面１１ｃ上における光の入射位置Ｐが第２面１１ｂよりも第１面１１ａに近い位置に設けられている。
【００２４】
偏光分離層１３は、導光体１１の内部において光源部１２から射出された光の中心軸上に設けられている。また、偏光分離層１３は、導光体１１の第３面１１ｃから入射したＳ偏光Ｌｓを反射させて第２面１１ｂ側に向けて伝播させるように配置されている。具体的には、偏光分離層１３は、偏光分離層１３の一辺が導光体１１の第１面１１ａと第３面１１ｃとが接する角部に接し、導光体１１の第３面１１ｃに対して４５°の角度をなすように設けられている。偏光分離層１３は、導光体１１の内部に設けられた誘電体多層膜で構成され、Ｓ偏光Ｌｓを反射させ、Ｐ偏光Ｌｐ（第２の直線偏光）を透過させる。
【００２５】
反射ミラー１４は、導光体１１の第２面１１ｂ側に設けられている。反射ミラー１４は、導光体１１の内部を伝播する光を反射させる。反射ミラー１４は、例えば銀、アルミニウム等の反射率の高い材料で構成されていることが望ましい。
【００２６】
位相差層１５は、偏光分離層１３と反射ミラー１４との間に設けられている。本実施形態では、位相差層１５は、反射ミラー１４と導光体１１の第２面１１ｂとに接して設けられている。ただし、位相差層１５は、反射ミラー１４と導光体１１の第２面１１ｂとに接していなくてもよく、例えば導光体１１内部の偏光分離層１３と反射ミラー１４との間の位置に設けられていてもよい。位相差層１５は、導光体１１の内部を伝播する光に対して光の波長の１／４の位相差を付与する。すなわち、位相差層１５は、導光体１１の内部を伝播する光に対する１／４波長板として機能する。位相差層１５は、例えば複屈折材料から構成されている。
【００２７】
上記構成の照明装置１０において、光源部１２から射出された光は、第３面１１ｃから導光体１１に入射し、偏光分離層１３に向かって進行する。導光体１１に入射した光は、偏光分離層１３に対するＳ偏光Ｌｓであるため、偏光分離層１３で反射し、第２面１１ｂ側に向かって進行する。導光体１１の第２面１１ｂに到達した光は、位相差層１５を透過した後、反射ミラー１４で反射し、位相差層１５を再度透過して、偏光分離層１３に向かって進行する。このように、光は、反射ミラー１４での反射前後で位相差層１５を２回通るため、１／２波長の位相差が付与される。その結果、第１面１１ａ側に向かって進行する光は、位相差層１５に入射する前のＳ偏光ＬｓからＰ偏光Ｌｐに変換される。
【００２８】
Ｐ偏光Ｌｐに変換された光は、偏光分離層１３を透過した後、導光体１１の第１面１１ａから外部に射出される。また、光拡散素子１８を介して導光体１１に入射された光は、非平行光であるため、全反射を繰り返しつつ導光体１１の内部を伝播する間に様々な角度成分を有する光が混合され、被照明領域における光の照度分布が均一化される。すなわち、偏光分離層１３で反射したＳ偏光Ｌｓは、位相差層１５を透過し、反射ミラー１４で反射し、位相差層１５を再度透過することによってＰ偏光Ｌｐに変換され、Ｐ偏光Ｌｐは、偏光分離層１３を透過して第１面１１ａから射出される。
【００２９】
以下、導光体１１の第１面１１ａと第２面１１ｂとの間の距離を導光体の長さと定義する。
本実施形態の照明装置１０において、導光体１１の第３面１１ｃ上の第１面１１ａに近い入射位置Ｐから入射した光は、偏光分離層１３で反射して第２面１１ｂに向かって進み、第２面１１ｂ側に設けられた反射ミラー１４で反射した後、第１面１１ａに向かって進み、第１面１１ａから射出される。すなわち、光は導光体１１の内部を略１往復するため、実質的な光の伝播距離は導光体１１の長さの約２倍となる。したがって、本実施形態の導光体１１での光の反射回数は、本実施形態と同じ長さの従来の導光体（光を一方向にのみ伝播させた場合）での反射回数の約２倍となり、照度分布の均一性が高くなる。逆に言えば、従来の導光体と同等の照度分布の均一性を得るのに必要な本実施形態の導光体１１の長さは、従来の導光体の長さの約１／２となる。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、導光体１１の長さを従来に比べて短くできるため、照明装置１０の小型化を図ることができる。
【００３１】
光源部１２は、必ずしも導光体１１の第２面１１ｂよりも第１面１１ａに近い位置に設けられていなくてもよく、例えば第１面１１ａと第２面１１ｂとの中間点に設けられていてもよい。ところが、仮に光源部１２が第１面１１ａと第２面１１ｂとの中間点に設けられていた場合、実質的な光の伝播距離は導光体１１の長さの略１．５倍となり、従来の導光体と同等の照度分布の均一性を得るのに必要な導光体１１の長さは、従来の導光体の長さの約２／３にしかならない。これに対し、本実施形態では、光源部１２が導光体１１の最も第１面１１ａに近い位置に設けられているため、上述したように、導光体１１の長さを従来の導光体の長さの約１／２にすることができ、照明装置１０の小型化の効果は最も大きくなる。
【００３２】
本実施形態では、導光体１１が四角柱状のロッドで構成されているため、光が導光体１１の内部で全反射しつつ伝播する際に偏光方向が維持されやすく、偏光分離層１３を透過させて第１面１１ａから取り出す光の取り出し効率を高めることができる。また、導光体１１の第１面１１ａの形状が長方形であるため、プロジェクター用の照明装置１０として用いた場合、長方形の表示領域を有する光変調装置を照明するのに好適である。
【００３３】
本実施形態では、光源部１２が光拡散素子１８を有しているため、用いる光拡散素子１８の拡散性を調整することによって光の発散角を調整することができる。これにより、導光体１１での光の反射回数を調整することができ、所望の照度分布を得ることができる。
【００３４】
位相差層１５は例えば導光体１１の内部の偏光分離層１３と反射ミラー１４との間に設けられていてもよいが、その場合、位相差層１５および導光体１１の作製が難しい場合がある。これに対して、本実施形態では、位相差層１５が導光体１１の第２面１１ｂと反射ミラー１４との間に設けられているため、導光体１１の第２面１１ｂに位相差層１５と反射ミラー１４とを順次積層すればよく、位相差層１５および導光体１１を容易に作製することができる。
【００３５】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。
第２実施形態の照明装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光源部の構成が第１実施形態と異なる。そのため、照明装置全体の説明は省略し、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
図３は、第２実施形態の照明装置３０の側面図である。
図３において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３６】
図３に示すように、第２実施形態の照明装置３０は、導光体１１と、光源部３１と、偏光分離層１３と、反射ミラー１４と、位相差層１５と、を備えている。
【００３７】
光源部３１は、レーザー光源１７と、レンズ３２（発散角拡大素子）と、を備えている。レンズ３２は、レーザー光源１７から射出され、導光体１１の第３面１１ｃに向かって進む光の光路上に設けられている。レンズ３２は、光の角度分布を広げ、レンズ３２を透過した後の光の発散角を、レンズ３２を透過する前の光の発散角に比べて大きくする。これにより、レンズ３２を透過した後の光は、非平行光となる。本実施形態において、レンズ３２は、凸レンズで構成されているが、凹レンズで構成されていてもよい。
照明装置３０のその他の構成要素は、第１実施形態と同様である。
【００３８】
第２実施形態においても、照明装置３０の小型化が図れる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、光源部３１がレンズ３２を有しているため、用いるレンズ３２の曲率を変えることによって、光源部３１から射出される光の発散角を調整することができる。これにより、導光体１１での光の反射回数を調整することができ、所望の照度分布を得ることができる。
【００４０】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図４を用いて説明する。
第３実施形態の照明装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光源部の構成が第１実施形態と異なる。そのため、照明装置全体の説明は省略し、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
図４は、第３実施形態の照明装置４０の側面図である。
図４において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
図４に示すように、第３実施形態の照明装置４０は、導光体１１と、光源部４１と、偏光分離層１３と、反射ミラー１４と、位相差層１５と、を備えている。
【００４２】
光源部４１は、レーザー光源４２を有している。レーザー光源４２は、光の射出方向が導光体１１の第３面１１ｃを向くように配置されている。
【００４３】
レーザー光源４２は、台座２０と、半導体発光素子２１と、パッケージ２３と、を備えている。半導体発光素子２１は、台座２０の上に実装され、パッケージ２３に覆われている。半導体発光素子２１は、所定の発散角を有する光を射出する。第３実施形態のレーザー光源４２は、第１実施形態のレーザー光源と異なり、コリメーターレンズを備えていないため、半導体発光素子２１から射出された光は、平行化されることなく、所定の発散角を有する光として射出される。
【００４４】
すなわち、光源部４１は、所定の発散角を有する光を射出するレーザー光源４２を有する。これにより、導光体１１に入射する光は、非平行光となる。したがって、第３実施形態の光源部４１は、上記の実施形態と異なり、光拡散素子、レンズ等の発散角拡大素子を備えていない。
照明装置４０のその他の構成要素は、第１実施形態と同様である。
【００４５】
第３実施形態においても、照明装置４０の小型化が図れる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
また、第３実施形態の光源部４１は光拡散素子、レンズ等の発散角拡大素子を備えていないため、光源部４１の構成を簡略化することができる。
【００４７】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図５を用いて説明する。
第４実施形態の照明装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光源部の構成が第１実施形態と異なる。そのため、照明装置全体の説明は省略し、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
図５は、第４実施形態の照明装置５０の側面図である。
図５において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
図５に示すように、第４実施形態の照明装置５０は、導光体１１と、光源部５１と、偏光分離層１３と、反射ミラー１４と、位相差層１５と、を備えている。
【００４９】
光源部５１は、発光ダイオード５２（ＬＥＤ）と、偏光素子５３と、を有する。ＬＥＤ５２は、発散角が広く、非平行な光を射出する。
【００５０】
偏光素子５３は、所定の偏光軸を有し、ＬＥＤ５２から射出された光を偏光分離層１３に対するＳ偏光Ｌｓ（第１の直線偏光を含む光）に変換する。ＬＥＤ５２から射出された光は、非偏光光であるため、偏光素子５３を透過することによって所定の直線偏光に変換される。光源部５１は、光の射出方向が導光体１１の第３面１１ｃを向くように配置されている。
照明装置５０のその他の構成要素は、第１実施形態と同様である。
【００５１】
第４実施形態においても、照明装置５０の小型化が図れる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
第４実施形態によれば、上記実施形態で用いたレーザー光源１７，４２に代えて、ＬＥＤ５２を含む光源部５１を備えた照明装置５０を実現することができる。
【００５３】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図６を用いて説明する。
第５実施形態では、上記実施形態の照明装置を備えたプロジェクターの一例を示す。
図６は、第５実施形態のプロジェクター１００を示す概略構成図である。
図６において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５４】
図６に示すように、プロジェクター１００は、赤色光用照明装置１０１Ｒと、緑色光用照明装置１０１Ｇと、青色光用照明装置１０１Ｂと、赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒと、緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇと、青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂと、フィールドレンズ１０６Ｂ，１０６Ｇ，１０６Ｒと、１／２波長板１０８と、色合成素子１０３と、投射光学装置１０４と、を備えている。
【００５５】
本実施形態において、赤色光用照明装置１０１Ｒ、緑色光用照明装置１０１Ｇおよび青色光用照明装置１０１Ｂの各々には、第１実施形態の照明装置１０が用いられている。なお、赤色光用照明装置１０１Ｒ、緑色光用照明装置１０１Ｇおよび青色光用照明装置１０１Ｂの各々には、第２〜第４実施形態の照明装置３０，４０，５０が用いられてもよい。したがって、赤色光用照明装置１０１Ｒ、緑色光用照明装置１０１Ｇおよび青色光用照明装置１０１Ｂの各々は、特許請求の範囲の「照明装置」に対応する。赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒ、緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇおよび青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂの各々は、特許請求の範囲の「光変調装置」に対応する。
【００５６】
プロジェクター１００は、概略すると以下のように動作する。
赤色光用照明装置１０１Ｒから射出された赤色レーザー光ＬＲは、フィールドレンズ１０６Ｒを介して赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒに入射して変調される。緑色光用照明装置１０１Ｇから射出された緑色レーザー光ＬＧは、フィールドレンズ１０６Ｇを介して緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇに入射して変調される。青色光用照明装置１０１Ｂから射出された青色レーザー光ＬＢは、フィールドレンズ１０６Ｂを介して青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂに入射して変調される。
【００５７】
赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒにより変調された赤色レーザー光ＬＲ、緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇにより変調された緑色レーザー光ＬＧ、および青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂにより変調された青色レーザー光ＬＢは、色合成素子１０３に入射して合成される。色合成素子１０３により合成された光は、画像光として射出され、投射光学装置１０４によりスクリーンＳＣＲに拡大投射される。このようにして、フルカラーの投射画像が表示される。
【００５８】
以下、プロジェクター１００の各構成要素について説明する。
赤色光用照明装置１０１Ｒ、緑色光用照明装置１０１Ｇ、および青色光用照明装置１０１Ｂは、射出光の色が異なるだけであって、装置構成は同様である。一例として、赤色光用のレーザー光源は、概ね５８５ｎｍ〜７２０ｎｍの波長域のレーザー光を射出する。緑色光用のレーザー光源は、概ね４９５ｎｍ〜５８５ｎｍの波長域のレーザー光を射出する。青色光用のレーザー光源は、概ね３８０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長域のレーザー光を射出する。
【００５９】
フィールドレンズ１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂは、赤色光用照明装置１０１Ｒ、緑色光用照明装置１０１Ｇ、および青色光用照明装置１０１Ｂの各々の光射出側に設けられている。フィールドレンズ１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂは、赤色光用照明装置１０１Ｒ、緑色光用照明装置１０１Ｇ、および青色光用照明装置１０１Ｂの各々から射出された光を平行化し、赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒ、緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇ、および青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂの各々に入射させる。
【００６０】
赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒ、緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇ、および青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂの各々は、図示を省略するが、一対のガラス基板の間に液晶層が挟持された液晶パネルと、液晶パネルの光入射側に配置された光入射側偏光板と、液晶パネルの光射出側に配置された光射出側偏光板と、を備えている。液晶層のモードは、ＴＮモード、ＶＡモード、横電界モード等、特に限定されない。赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒ、緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇ、および青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂの各々は、赤色光用照明装置１０１Ｒ、緑色光用照明装置１０１Ｇ、および青色光用照明装置１０１Ｂの各々から射出された光を画像情報に応じて変調する。
【００６１】
色合成素子１０３は、クロスダイクロイックプリズム等により構成されている。クロスダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造を有する。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、クロスダイクロイックプリズムの内面になる。クロスダイクロイックプリズムの内面では、赤色光が反射して緑色光が透過するダイクロイック面と、青色光が反射して緑色光が透過するダイクロイック面と、が互いに直交している。クロスダイクロイックプリズムに入射した緑色光は、２つのダイクロイック面を透過してそのまま射出される。クロスダイクロイックプリズムに入射した赤色光および青色光は、いずれか一方のダイクロイック面で選択的に反射されて緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。このようにして、色合成素子１０３において、３つの色光が重ね合わされて合成され、合成された色光が投射光学装置１０４に向けて射出される。
【００６２】
色合成素子１０３において、赤色光、緑色光および青色光を効率良く合成するためには、色合成素子１０３に入射する時点において、一方のダイクロイック面で反射する赤色光および青色光がＳ偏光とされ、双方のダイクロイック面を透過する緑色光がＰ偏光とされていることが望ましい。ところが、赤色光用照明装置１０１Ｒ、緑色光用照明装置１０１Ｇ、および青色光用照明装置１０１Ｂの各々から射出される光がＰ偏光であるため、赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒ、緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇ、および青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂの各々から射出される光は全てＳ偏光である。そのため、３つの色光の光路のうち、緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇと色合成素子１０３との間には、１／２波長板１０８が設けられている。これにより、色合成素子１０３に入射する３つの色光のうち、緑色光のみをＰ偏光とすることができる。
【００６３】
投射光学装置１０４は、例えば複数のレンズにより構成されており、赤色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒ、緑色光用液晶ライトバルブ１０２Ｇ、および青色光用液晶ライトバルブ１０２Ｂの各々により変調された光を投射する。すなわち、投射光学装置１０４は、色合成素子１０３から射出された画像光を被投射面であるスクリーンＳＣＲ上に投射する。
【００６４】
本実施形態のプロジェクター１００は、上記実施形態の照明装置１０，３０，４０，５０を備えているため、小型である。
【００６５】
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。
照明装置を構成する各構成要素の形状、大きさ、数、配置、材料等の具体的な構成については、上記実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。
【００６６】
上記実施形態においては、透過型のプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過する形態であることを意味する。「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射する形態であることを意味する。なお、光変調装置は、液晶ライトバルブに限られず、例えばデジタルマイクロミラーデバイスが用いられてもよい。
【００６７】
上記実施形態において、３つの液晶パネルを用いたプロジェクターの例を挙げたが、本発明は、１つの液晶ライトバルブのみを用いたプロジェクター、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。
【００６８】
上記実施形態では、照明装置から射出された光を液晶ライトバルブに直接入射させる構成のプロジェクターの一例を示したが、例えば照明装置から射出された光を励起光として蛍光体等の波長変換素子に入射させ、波長変換素子から射出された光を液晶ライトバルブに入射させる構成のプロジェクターであってもよい。
【００６９】
上記実施形態では、本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限定されない。本発明による照明装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０，３０，４０，５０…照明装置、１１…導光体、１１ａ…第１面、１１ｂ…第２面、１１ｃ…第３面、１２，３１，４１，５１…光源部、１３…偏光分離層、１４…反射ミラー、１５…位相差層、１７，４２…レーザー光源、１８…光拡散素子（発散角拡大素子）、３２…レンズ（発散角拡大素子）、５２…発光ダイオード（ＬＥＤ）、５３…偏光素子、１００…プロジェクター、１０１Ｂ…青色光用照明装置、１０１Ｇ…緑色光用照明装置、１０１Ｒ…赤色光用照明装置、１０２Ｂ…青色光用液晶ライトバルブ（光変調装置）、１０２Ｇ…緑色光用液晶ライトバルブ（光変調装置）、１０２Ｒ…赤色光用液晶ライトバルブ（光変調装置）、１０４…投射光学装置、Ｌｓ…Ｓ偏光（第１の直線偏光）、Ｌｐ…Ｐ偏光（第２の直線偏光）、Ｐ…入射位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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