(57)【要約】【課題】装置の小型化が可能であり、しかも光の利用効率が良好であるとともに被照明領域での照度が均一な照明装置を提供する。【解決手段】本発明の照明装置は、光源軸の周囲に光を射出する光源１０と、光源１０から射出された光を反射させる複数の反射面１１１〜１１４を有するリフレクタ１１と、複数の反射面１１１〜１１４の各々に対応して設けられ、対応する反射面１１１〜１１４から射出された光が入射する複数の集光部１２１〜１２４と、複数の集光部１２１〜１２４を通った光を被照明領域に重畳する重畳光学系と、を備える。複数の反射面１１１〜１１４の各々は、対応する集光部１２１〜１２４と光源１０とを焦点とする回転楕円体の一部により構成されている。複数の集光部１２１〜１２４において、集光部１２１〜１２４の配置位置が光源軸１Ａから離れるにつれて集光部１２１〜１２４の焦点距離が長くなる。【選択図】図３
2010140888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源軸の周囲に光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を反射させる複数の反射面を有するリフレクタと、
前記複数の反射面の各々に対応して設けられ、対応する前記反射面から射出された光が入射する複数の集光部と、
前記複数の集光部を通った光を被照明領域に重畳する重畳光学系と、を備え、
前記複数の反射面の各々は、対応する前記集光部の位置と前記光源の位置とを焦点とする回転楕円体の一部により構成されており、
前記複数の集光部において、前記集光部の配置位置が前記光源軸から離れるにつれて、該集光部の焦点距離が長くなっていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記複数の集光部が一体に形成されたレンズアレイを備え、
前記複数の反射面の各々に対応する回転楕円体の楕円長軸の長さが、複数の反射面で異なっていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記複数の反射面の各々の射出瞳が前記被照明領域と共役になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記複数の反射面において、前記反射面と対応する前記集光部の配置位置が前記光源軸から離れるにつれて該反射面の面積が大きくなっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光源軸に直交する面に射影された前記複数の反射面の形状が、前記被照明領域の形状と略相似になっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記リフレクタと前記被照明領域との間の光路に、入射光の偏光状態を揃える偏光変換素子が配置されており、
前記偏光変換素子は、入射光を互いに直交する方向に振動する第１偏光と第２偏光とに分離する分離部と、前記分離部により分離された第２偏光を前記第１偏光に変換する変換部と、が交互に周期的に配列されてなり、
前記複数の反射面の配列方向は、前記分離部と前記変換部とが並ぶ周期方向と略一致していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記リフレクタは、前記光源の一部を囲んで設けられており、
少なくとも前記光源の前記一部と異なる部分の一部を囲んで設けられ、前記光源から発せられた光を前記リフレクタに向けて反射させる第２のリフレクタを含んでいることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された光により画像を示す画像光を形成する画像形成装置と、
前記画像形成装置によって形成された画像光を投射する投射装置と、を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
大画面映像を表示可能な装置の１つとしてプロジェクタが知られている。プロジェクタは、例えば照明装置、画像形成装置、投射レンズ等を備えている。照明装置から射出された照明光は、画像形成装置により画像を示す画像光になる。この画像光が投射レンズにより拡大投射され、直視型の画像表示装置よりも容易に大画面映像を得ることができる。
【０００３】
プロジェクタの映像品質を向上させるためには、照明装置により照明される画像形成装置の被照明領域において、照度を均一にすることが極めて重要である。ランプ光源を用いた照明装置において照度を均一にする照度均一化素子として、フライアイレンズアレイが知られている。一般にフライアイレンズアレイは、複数のレンズが配列されたものであり、２つのフライアイレンズアレイを一対にして用いられている。
【０００４】
詳しくは、ランプ光源を用いた照明装置において発光管から射出された光は、リフレクタで反射して発光管の軸（光源軸）方向に射出される。リフレクタから射出された光は、第１フライアイレンズアレイにおける複数のレンズの各々に空間的に分かれて入射する。第１フライアイレンズアレイにおける複数のレンズは、入射した光を第２フライアイレンズアレイの対応するレンズにそれぞれ集光させる。第１フライアイレンズアレイの１つのレンズにより集光された光は、第２フライアイレンズアレイの１つのレンズを経て被照明領域の全域を照明する。第２フライアイレンズアレイにおいて各レンズから射出された光が、被照明領域にて重畳（積分）されることにより、被照明領域の照度が均一になる。
【０００５】
ところで、プロジェクタを小型にするため等の理由により、照明装置の小型化が期待されている。照明装置を小型化する上で有効な技術として、特許文献１に開示されている技術が挙げられる。特許文献１のリフレクタ付き光源は、リフレクタが複数の領域に分割されており、各領域は楕円を軸周りに回転させた回転楕円体の一部により構成されている。
【０００６】
この楕円の第１焦点の位置に光源が配置されており、第２焦点の位置にフライアイレンズアレイを構成する１つのレンズが配置されている。光源から射出された光は、リフレクタの領域ごとにフライアイレンズアレイのレンズの１つに集光される。リフレクタが、一対のフライアイレンズアレイの一方の機能を兼ねているので、一方のフライアイレンズアレイを省くことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２４２５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の技術を用いれば、照明装置を小型にすることが可能であるが、光の利用効率を良好にするとともに被照明領域での照度を均一する観点から、改善すべき点がある。
特許文献１のリフレクタ付き光源において、フライアイレンズアレイの各レンズと光源との間の距離は、複数のレンズごとに異なっている。したがって、レンズを経た光の焦点が複数のレンズで異なることにより、被照明領域における照明範囲の広さがレンズによって異なってしまう。
【０００９】
すると、重畳された光全体では被照明領域における周縁領域で照度が低くなってしまう。このような周縁領域を照明に用いると照度が不均一になってしまう。また、周縁領域を照明に用いないと光の利用効率が低くなってしまう。
【００１０】
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、装置の小型化が可能であり、しかも光の利用効率が良好であるとともに被照明領域での照度が均一な照明装置を提供することを目的の１つとする。また、装置の小型化が可能であるとともに、高品質な映像が得られるプロジェクタを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の照明装置は、光を射出する光源と、前記光源から射出された光を反射させる複数の反射面を有するリフレクタと、前記複数の反射面の各々に対応して設けられ、対応する前記反射面から射出された光が入射する複数の集光部と、前記複数の集光部を通った光を被照明領域に重畳する重畳光学系と、を備え、前記複数の反射面の各々は、対応する前記集光部の位置と前記光源の位置とを焦点とする回転楕円体の一部により構成されており、前記複数の集光部において、前記集光部の配置位置が光源軸から離れるにつれて、該集光部の焦点距離が長くなっていることを特徴とする。
【００１２】
このようにすれば、光源から射出された光源光が、リフレクタの複数の反射面に空間的に分かれて入射し、分割光の各々が反射面で反射する。反射面は、この反射面に対応する集光部の位置と光源の位置とを焦点とする回転楕円体の一部で構成されているので、反射面で反射した分割光は集光部に集光される。複数の集光部を通った光は、重畳光学系により被照明領域に重畳される。
【００１３】
光源光が空間的に分割された分割光が被照明領域で重畳されるので、光源光の空間的な照度ばらつきが緩和され、被照明領域が均一な照度で照明される。このような構成の照明装置にあっては、リフレクタが光源光を分割する機能を有しているので、この機能を有する光学部品をリフレクタと独立して設ける場合に比べて、照明装置を小型にすることができる。
【００１４】
また、光源軸から離れて配置された集光部であるほど、焦点距離が長くなっているので、複数の集光部で光源軸からの距離が異なることによる分割光の結像位置のずれが緩和される。したがって、複数の分割光で被照明領域における照明範囲の広さが均一になり、複数の分割光の照明範囲を過不足なく重ね合わせることができる。これにより、被照明領域における照度が均一になるとともに、照度が不均一な領域を照明に用いないことによる光の損失が格段に低減される。以上のように、本発明によれば装置の小型化が可能であり、しかも光の利用効率が良好であるとともに被照明領域での照度が均一な照明装置になる。
【００１５】
前記複数の集光部が一体に形成されたレンズアレイを備え、前記複数の反射面の各々に対応する回転楕円体の楕円長軸が、複数の反射面で異なっている構成にしてもよい。
複数の集光部が一体に形成されたレンズアレイを備えていれば、複数の集光部を独立して配置する場合に比べて、複数の集光部の位置精度を高めることができる。例えば、回転楕円体の楕円長軸を複数の反射面で一致させるためには、光源軸に沿う方向における複数の集光部の位置が異なってしまうため、レンズアレイの主面がレンズアレイの周縁部において光源側に向かって湾曲した形状になる。前記のように、複数の反射面の各々に対応する回転楕円体の楕円長軸が複数の反射面で異なる構成にすれば、周縁部が湾曲した形状のレンズアレイに比べて容易に形成可能なレンズアレイになる。前記のように本発明によれば、複数の集光部で光源軸からの距離が異なることによる影響を複数の集光部の焦点距離を調整することにより緩和できるので、楕円長軸が複数の反射面で異なる構成を採用しつつ、被照明領域の照度分布を均一にすることができる。
【００１６】
また、前記複数の反射面の各々の射出瞳が前記被照明領域と共役になっていることが好ましい。
一般に、照明系において被照明領域が射出瞳と共役になっていれば、被照明領域に光源像を結ばないので、被照明領域の照度が均一になる。また、複数の反射面の各々の射出瞳が被照明領域と共役になるように、この反射面に対応する集光部の焦点距離が調整されていれば、複数の分割光で結像位置を高精度に一致させることができる。したがって、光の利用効率を格段に良好にすることができるとともに、被照明領域での照度を格段に均一にすることができる。
【００１７】
また、前記複数の反射面において、前記反射面と対応する前記集光部の配置位置が前記光源軸から離れるにつれて該反射面の面積が大きくなっていることが好ましい。
複数の反射面の各々は、対応する集光部に対して絞りとして機能し、反射面の面積が大きくなるほど絞り径が大きくなる。集光部の配置位置が光源軸から離れるほどこの集光部に対応する反射面の面積が大きくなっているので、被照明領域から離れて配置された集光部ほど絞り径が大きくなり、複数の分割光で照明範囲の面積を高精度に一致させることができる。
【００１８】
また、前記光源軸に直交する面に射影された前記複数の反射面の形状が、前記被照明領域の形状と略相似になっていることが好ましい。
このようにすれば、複数の分割光の照明範囲の形状を被照明領域の形状に揃えることができ、複数の分割光の照明範囲を過不足無く重ね合わせることができる。
【００１９】
また、前記リフレクタと前記被照明領域との間の光路に、入射光の偏光状態を揃える偏光変換素子が配置されており、前記偏光変換素子は、入射光を互いに直交する方向に振動する第１偏光と第２偏光とに分離する分離部と、前記分離部により分離された第２偏光を前記第１偏光に変換する変換部と、が交互に周期的に配列されてなり、前記複数の反射面の配列方向は、前記分離部と前記変換部とが並ぶ周期方向と略一致していることが好ましい。
【００２０】
入射光の偏光状態を揃える偏光変換素子が配置されていれば、偏光により画像を形成する液晶装置を高効率で照明可能な照明装置になる。また、複数の反射面の配列方向が分離部と変換部とが並ぶ周期方向と略一致していれば、複数の集光部から前記周期方向に並んで光が射出される。したがって、偏光変換素子に複数の集光部から射出された光を高精度に入射させることができ、高効率の照明装置にすることができる。
【００２１】
また、前記複数の集光部の各々が、該集光部を通る光を前記偏光変換素子の前記分離部に集光することが好ましい。
このようにすれば、光源から射出された光が、分離部以外の部分に入射することによる光の損失を防止することができ、光の利用効率を高めることができる。
【００２２】
前記リフレクタは、前記光源の一部を囲んで設けられており、少なくとも前記光源の前記一部と異なる部分の一部を囲んで設けられ、前記光源から発せられた光を前記リフレクタに向けて反射させる第２のリフレクタを含んでいることが好ましい。
【００２３】
このようにすれば、光源から第２のリフレクタに向けて射出された光が、第２のリフレクタで反射してリフレクタに入射し、光源からリフレクタに向けて射出された光とともに光軸方向に取り出される。第２のリフレクタを第１リフレクタよりも小型にした場合でも
得られる光量がほぼ同程度であるので、照明装置を小型にすることが容易になる。また、リフレクタが光源の一部を囲んでいるので、光源軸周りの全周を覆うリフレクタを用いる場合と比較して、リフレクタから射出される光のスポットサイズが小さくなる。これにより、リフレクタと被照明領域との間に配置されるレンズやミラー等の光学部品を小型にすることが可能になる。
【００２４】
本発明のプロジェクタは、前記の本発明の照明装置と、前記照明装置から射出された光により画像を示す画像光を形成する画像形成装置と、前記画像形成装置によって形成された画像光を投射する投射装置と、を備えていることを特徴とする。
前記のように本発明の照明装置は、小型化が可能であるとともに被照明領域を均一な照度で効率よく照明することができるので、これを備えた本発明のプロジェクタは、小型でありながら低消費電力で高品質な映像を得られるプロジェクタになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）はリフレクタの正面図、（ｂ）はレンズアレイの正面図である。
【図３】（ａ）は、照明装置の要部拡大図、（ｂ）は位置関係を示す説明図である。
【図４】照明装置により被照明領域を照明する仕組みを示す説明図である。
【図５】（ａ）は変形例１の平面図、図５（ｂ）は変形例２の断面図である。
【図６】（ａ）は第２実施形態の概略構成図、（ｂ）は位置関係を示す説明図である。
【図７】第３実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は偏光変換素子３５の構成を示す図である。
【図９】プロジェクタの一実施形態を示す概略構成図である。
【図１０】第４実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図１１】第４実施形態の照明装置の要部拡大図である。
【図１２】図９と異なる実施形態のプロジェクタの概略構成図である。概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、本発明に係る構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、実際の構造に対して寸法や縮尺を異ならせて示す場合がある。
【００２７】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の照明装置１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、照明装置１は、発光ランプ（光源）１０、リフレクタ１１、レンズアレイ１２、及びコンデンサレンズ（重畳光学系）１３を備えている。発光ランプ１０から射出された光Ｌは、リフレクタ１１で反射して主光軸１Ａに概略沿う方向に進行し、レンズアレイ１２及びコンデンサレンズ１３を経て被照明領域１７Ａを照明する。主光軸１Ａは、発光ランプ１０から射出されリフレクタ１１で反射した光束の中心軸である。この光束の主光軸１Ａに直交する断面における強度分布の重心は、この断面と主光軸１Ａとの交点と略一致する。詳しくは後述するが、本実施形態の発光ランプ１０、リフレクタ１１は、いずれも軸対称な形状になっており、この対称軸（光源軸）が主光軸１Ａと一致している。
【００２８】
本実施形態の照明装置１は、液晶ライトバルブ（画像形成装置）１７を照明するものである。照明装置１から射出された光Ｌは、フィールドレンズ１６により平行化されて液晶ライトバルブ１７の被照明領域１７Ａを照明する。被照明領域１７Ａに入射した光Ｌは、液晶ライトバルブ１７により画像を示す画像光となる。画像光は、投射レンズ１８により図示略のスクリーン等に拡大投射される。これにより、大画面の投射画像（映像）を得ることが可能になっている。ここでは、リフレクタ１１とレンズアレイ１２との間にフィルタ１４が配置されている。フィルタ１４は、発光ランプ１０から射出された光Ｌのうちの映像に不要な成分、例えば紫外光や赤外光を除去するものである。
【００２９】
以下、図１に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、これに基づいて各種構成要素の位置関係を説明する。このＸＹＺ直交座標系において、主光軸１Ａに平行な方向をＺ方向としており、Ｚ方向に直交する２方向をＸ方向、Ｙ方向としている。Ｘ方向、Ｙ方向は互いに直交しており、これら２方向に沿うＸＹ面は、被照明領域１７Ａと平行になっている。なお、被照明領域１７Ａは、ＸＹ面に投影した平面形状が略長方形になっている。ここでは、この略長方形の長辺方向をＸ方向、短辺方向をＹ方向にしている。
【００３０】
図２（ａ）はリフレクタ１１を開口部側から見た正面図であり、図２（ｂ）は、レンズアレイ１２の正面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、主光軸１Ａに直交する面にリフレクタ１１、あるいはレンズアレイ１２を投影した平面図に相当する。
【００３１】
図２（ａ）に示すように、リフレクタ１１の内面には、Ｙ方向において主光軸１Ａから離れる方向に反射面１１１、反射面１１２、反射面１１３、反射面１１４がこの順に設けられている。レンズ部１２１〜１２４は、一体に設けられており、レンズ部１２１〜１２４の各々の中心位置が、主光軸１Ａにほぼ直交する同一平面上に位置するようになっている。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、レンズアレイ１２には、Ｙ方向において主光軸１Ａから離れる方向にレンズ部（集光部）１２１、レンズ部１２２、レンズ部１２３、レンズ部１２４がこの順に設けられている。レンズ部１２１は反射面１１１と対応しており、同様にレンズ部１２２は反射面１１２と、レンズ部１２３は反射面１１３と、レンズ部１２４は反射面１１４と、それぞれ対応している。
【００３３】
反射面１１１〜１１４の平面形状は、いずれも被照明領域１７Ａの平面形状と相似になっている。反射面１１１〜１１４は、長方形の短辺方向（Ｙ方向）に並んでいる。反射面１１１〜１１４の寸法は、反射面の位置がＹ方向において主光軸１Ａから離れるほど大きくなっている。ここでは、反射面１１１〜１１３がそれぞれ複数配置されている。複数の反射面１１１は、長辺方向を一致させて配列されており、隣り合う２つの反射面で互いの短辺全体がほぼ重なり合っている。反射面１１２、１１３についても同様に、配列方向（Ｘ方向）が長辺方向と一致している。ここでいう配列方向とは、主光軸１Ａに直交する面に投影した状態で、平面形状及び寸法が略同一の反射面の中心が並ぶ方向である。
【００３４】
図２（ｂ）に示すように、本実施形態のレンズ部１２１〜１２４は、いずれも平面形状及び寸法がほぼ同一になっている。レンズ部１２１〜１２４の平面形状は、被照明領域１７Ａの平面形状と相似な略長方形になっている。複数の反射面１１１に対応して、複数のレンズ部１２１が設けられている。レンズ部１２２、１２３についても同様に、複数設けられている。ここでは、レンズ部１２１〜１２４が隙間無くアレイ状に配置されており、近接する２つのレンズ部で互いの短辺全体、あるいは長辺全体がほぼ重なり合っている。
【００３５】
図３（ａ）は、照明装置１の要部を拡大して示す模式図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）における各種要素の位置関係を示す説明図である。なお、図３（ａ）には、図２（ａ）において主光軸１Ａを通るＹＺ面における断面図を図示している。また、本実施形態の発光ランプ１０、レンズアレイ１２は、主光軸１Ａを含んだＸＺ面を挟む両側の部分が互いに対称な形状になっている。図３（ａ）、（ｂ）には、ＸＺ面を挟む両側の部分の一方（Ｙ方向側）を拡大して図示している。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、発光ランプ１０は光源軸周りに概略放射状に光を射出するものである。発光ランプ１０としては、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ、キセノンランプ、発光ダイオード等を用いることができる。本実施形態の発光ランプ１０は、発光管１０１内にタングステン等からなる一対の電極１０２、１０３が封止された構造になっている。電極１０２、１０３の間に電圧を印加すると、電極１０２、１０３の間に光を生じるようになっている。発光ランプ１０は、発生した光の輝度の重心位置に発光点１０４を有する点光源とみなすことができる。
【００３７】
図３（ｂ）に示すように、反射面１１１〜１１４の各々は、回転楕円体の一部により構成されている。詳しくは、反射面１１１は、楕円Ｅ１１をその楕円長軸周りに回転させた回転楕円体の一部で構成されている。楕円Ｅ１１は、第１焦点Ｆ０が発光点１０４、第２焦点がレンズ部１２１の中心Ｆ１になっている。
【００３８】
反射面１１２は、第１焦点Ｆ０が発光点１０４、第２焦点がレンズ部１２２の中心Ｆ２である楕円Ｅ１２を、その楕円長軸周りに回転させた回転楕円体の一部である。
反射面１１３は、第１焦点Ｆ０が発光点１０４、第２焦点がレンズ部１２３の中心Ｆ３である楕円Ｅ１３を、その楕円長軸周りに回転させた回転楕円体の一部である。
反射面１１４は、第１焦点Ｆ０が発光点１０４、第２焦点がレンズ部１２４の中心Ｆ４である楕円Ｅ１４を、その楕円長軸周りに回転させた回転楕円体の一部である。
本実施形態では、反射面１１１〜１１４がほぼ連続しており、リフレクタ１１の内面を構成している。
【００３９】
本発明では、レンズ部１２１〜１２４において、レンズ部の配置位置が主光軸１Ａから離れるにつれてレンズ部の焦点距離が長くなっている。本実施形態では、反射面１１１〜１１４の各々の射出瞳が被照明領域１７Ａと共役になるように、レンズ部１２１〜１２４の各々の焦点距離が調整されている。ここでは、レンズ部１２１〜１２４の曲率を調整することにより、レンズ部１２１〜１２４の焦点距離が調整されている。以下、レンズ部１２１〜１２４の焦点距離の調整方法について一例を説明する。
【００４０】
発光点１０４の位置、レンズ部１２１〜１２４の中心Ｆ１〜Ｆ４の位置、及び楕円Ｅ１１〜Ｅ１４の楕円長軸の長さを設計すると、楕円Ｅ１１〜Ｅ１４の形状が定まる。楕円Ｅ１１をその楕円長軸周りに回転させると、楕円Ｅ１１に対応する回転楕円体が得られる。同様に、楕円Ｅ１２〜１４にそれぞれ対応する回転楕円体を求め、２つの回転楕円体の外周が交わる線を反射面の輪郭にすることにより、反射面１１１〜１１４が定まる。
【００４１】
発光点１０４から射出された光が反射面１１１を経て中心Ｆ１に至る光路長は、楕円Ｅ１１の楕円長軸の長さにより定まり、発光点１０４から射出される角度に依らず一定になる。換言すれば、楕円Ｅ１１の楕円長軸の長さを調整することにより、発光点１０４から反射面１１１を経て中心Ｆ１に至る光路の距離を調整することができる。このように、楕円Ｅ１１〜Ｅ１４の楕円長軸の長さを調整することにより、発光点１０４から反射面１１１〜１１４を経て中心Ｆ１〜Ｆ４に至る光路長をそれぞれ調整することもできる。なお、楕円Ｅ１１の楕円長軸の長さは、楕円長軸の一方の端から第１焦点までの距離（第１焦点距離）と、楕円長軸の一方の端から第２焦点までの距離（第２焦点距離）との和である。
【００４２】
また、レンズ部１２１〜１２４の中心Ｆ１〜Ｆ４の位置、及び被照明領域１７Ａの位置、及びレンズアレイ１２と被照明領域１７Ａとの間に配置する光学部品の特性を設計すると、レンズ部１２１〜１２４の各々から被照明領域１７Ａまでの光路長が求まる。レンズ部から被照明領域１７Ａまでの光路長は、レンズ部の位置が主光軸１Ａから離れているほど長くなる。本実施形態では、レンズ部から被照明領域１７Ａまでの距離は、レンズ部１２４において最も長くなっており、以下、レンズ部１２３、レンズ部１２２、レンズ部１２１において、この順に短くなっている。
【００４３】
発光点１０４からレンズ部までの光路長をＳ１、レンズ部から被照明領域１７Ａまでの光路長をＳ２とすると、このレンズ部の焦点距離ｆは、レンズの式（１／Ｓ１＋１／Ｓ２＝１／ｆ）で表される。前記のように、光路長Ｓ１、Ｓ２は、レンズ部１２１〜１２４の各々について求めることができるので、レンズ部１２１〜１２４の各々の焦点距離を求めることができる。例えば、このような焦点距離になるように、レンズ部１２１〜１２４の曲率を調整することにより、反射面１１１〜１１４の各々の射出瞳を被照明領域１７Ａと共役にすることができる。
【００４４】
図４は、照明装置１により被照明領域１７Ａを照明する仕組みを示す説明図である。図４に示すように、発光点１０４から放射状に射出された光は、光束が反射面１１１〜１１４に空間的に分かれて入射する。すなわち、反射面１１１〜１１４は、視野絞りとして機能する。反射面１１１〜１１４の平面形状が、被照明領域１７Ａの平面形状と相似になっているので、反射面１１１〜１１４を経た光は、光束の主光軸１Ａに直交する断面形状が被照明領域１７Ａの平面形状の相似形状に近くなる。
【００４５】
反射面１１１〜１１４で反射した光は、フィルタ１４により不要光（ここでは、紫外光や赤外光）が除去されて、レンズアレイ１２に入射する。反射面１１１を経た光は、反射面１１１が発光点１０４とレンズ部１２１の中心Ｆ１を焦点とする回転楕円体の一部で構成されているので、中心Ｆ１に集光される。同様に、反射面１１２〜１１４を経た光は、レンズ部１２２〜１２４の中心Ｆ２〜Ｆ４に集光される。これにより、中心Ｆ１〜Ｆ４の各々に、発光点１０４の２次光源像が形成される。レンズ部１２１〜１２４の平面形状が、被照明領域１７Ａの平面形状と相似になっているので、レンズ部１２１〜１２４を経た光は、光束の主光軸１Ａに直交する断面形状が被照明領域１７Ａの平面形状とほぼ相似になる。
【００４６】
レンズ部１２１〜１２４に対応してアレイ状に並んだ２次光源像からの光は、コンデンサレンズ１３によりフィールドレンズ１６を経て被照明領域１７Ａに重畳される。主光軸１Ａから離れるにつれて反射面１１１〜１１４の寸法が大きくなっているので、被照明領域１７Ａから離れるにつれて視野絞りの径が大きくなり、反射面１１１〜１１４を経た光の各々による照明範囲の面積が均一になる。また、反射面１１１〜１１４の各々の射出瞳が被照明領域１７Ａと共役になるように、レンズ部１２１〜１２４の焦点距離が調整されているので、レンズ部１２１〜１２４を経た光は２次光源像による照明範囲の面積が均一になる。
【００４７】
以上のように、レンズ部１２１〜１２４を経た光は、いずれも光束の主光軸１Ａに直交する断面形状が被照明領域１７Ａの平面形状と高精度に一致しており、しかも照明範囲の面積が均一になっている。したがって、レンズ部１２１〜１２４を経た光を被照明領域１７Ａにて過不足無く重ね合わせることができ、被照明領域１７Ａにおける照度を均一にすることができる。また、照度が不均一な部分がほとんどなくなるので、レンズ部１２１〜１２４を経た光を無駄なく照明に用いることができ、光の利用効率が高くなる。また、リフレクタ１１が、発光ランプ１０から射出された光束を空間的に分割し、かつ分割された分割光をそれぞれレンズ部１２１〜１２４に集光するので、１つのレンズアレイ１２により照度均一化素子を構成することができ、照明装置１を小型にすることができる。
【００４８】
なお、本発明の技術範囲は第１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で適宜変更することができる。以下、リフレクタを変形した変形例１と、レンズアレイを変形した変形例２を説明する。
【００４９】
図５（ａ）は、照明装置１のリフレクタを変形した変形例１を示す平面図であり、図５（ｂ）は照明装置１のレンズアレイを変形した変形例２を示す断面図である。
図５（ａ）に示すように、変形例１のリフレクタ１１Ｂは、反射面１１１Ｂ〜１１４Ｂの各々の中心位置が、Ｙ方向において揃っていない点で第１実施形態と異なる。
【００５０】
変形例１では、反射面１１１Ｂ〜１１４Ｂの長辺方向（Ｘ方向）に並んだ反射面の数が、反射面１１１Ｂは５つ、反射面１１２Ｂは４つ、反射面１１３Ｂは３つ、反射面１１４Ｂは２つになっている。反射面１１１Ｂや反射面１１３Ｂのように反射面の数が奇数である並びでは、リフレクタ１１ＢのＸ方向における中心部に反射面の中心が位置している。反射面１１２Ｂや反射面１１４Ｂのように反射面の数が偶数である並びでは、リフレクタ１１ＢのＸ方向における中心部に、反射面と反射面との境界が位置している。
【００５１】
反射面１１１Ｂ〜１１４Ｂは、反射面１１１Ｂ〜１１４Ｂ全体として、リフレクタ１１Ｂの内面のうちの発光ランプ１０から光が入射する領域Ａ全体を含むように、配置されている。ここでは、領域Ａが主光軸１Ａを中心とする平面視略円形の領域になっている。
【００５２】
このように、反射面の配置や反射面の寸法ごとの数、反射面の総数について適宜変形可能である。例えば反射面の総数を増やすこと等により、発光ランプ１０から射出される光の分割数を増やすと、被照明領域１７Ａにおける照度分布がより均一になる。特に、反射面の数を５０以上にすれば、格段に照度分布を均一にすることができ、反射面の数を１００以下にすれば光の利用効率の低下を防止することができる。
【００５３】
図５（ｂ）に示すように、変形例２のレンズアレイ１２Ｃは、コンデンサレンズ１３Ｃと一体になって光学素子を構成している点で第１実施形態と異なる。レンズアレイ１２Ｃにおいて発光ランプ１０を向いた表面は、複数の凸部が設けられている。複数の凸部の各々が、レンズ部として機能するようになっている。複数の凸部が形成された表面の裏面には、１つの凸部が設けられている。この凸部は、コンデンサレンズとして機能するようになっている。
【００５４】
この光学素子において、主光軸１Ａと直交する面の主光軸１Ａから離れる方向に、レンズ部１２１Ｃ、レンズ部１２２Ｃ、レンズ部１２３Ｃ、及びレンズ部１２４Ｃがこの順に配置されている。このように、レンズアレイ１２の機能とコンデンサレンズ１３の機能とを兼ね備えた光学素子を用いれば、レンズアレイ１２とコンデンサレンズ１３との間の距離の分だけ照明装置１を小型にすることができる。また、レンズアレイ１２とコンデンサレンズ１３との位置合わせが不要となるので、照明装置１を低コストにすることができる。また、レンズアレイ１２Ｃとコンデンサレンズ１３Ｃとの相対位置を高精度に調整できるので、光の利用効率を高めることができる。
【００５５】
なお、レンズアレイ１２Ｃの形状とコンデンサレンズ１３Ｃの形状とをともに、レンズ部１２１Ｃ〜１２４Ｃにおいて調整することにより、レンズ部１２１Ｃ〜１２４Ｃの焦点距離を調整してもよい。
【００５６】
［第２実施形態］
次に、本発明の照明装置に係る第２実施形態を説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、複数の反射面が隣接せずに配置されており、複数の反射面の間に接続面が設けられている点と、レンズアレイと光源軸とが交わる部分がレンズ部の中心と一致しないようにレンズ部が配置されている点とである。
【００５７】
図６（ａ）は、第２実施形態の照明装置２の概略構成を示す模式図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）における各種要素の位置関係を示す説明図である。なお、照明装置２は、第１実施形態と同様のランプ光源を備えているが、図６（ａ）にはランプ光源の詳細な構造の代わりに発光点２０４を図示している。
【００５８】
図６（ａ）に示すように、リフレクタ２１の内面には、Ｙ方向において光源軸２Ａから離れる方向に反射面２１１、接続面２１５、反射面２１２、接続面２１６、反射面２１３がこの順に設けられている。レンズアレイ２２には、Ｙ方向において光源軸２Ａから離れる方向にレンズ部２２１、レンズ部２２２、レンズ部２２３がこの順に設けられている。レンズ部２２１は反射面２１２と対応しており、レンズ部２２２は反射面２１２と、レンズ部２２３は反射面２１３と、それぞれ対応している。
【００５９】
反射面２１１は、接続面２１５と連続しており、接続面２１５は反射面２１２と連続している。反射面２１２は、接続面２１６と連続しており、接続面２１６は反射面２１３と連続している。図６（ｂ）に示すように、反射面２１１〜２１３は、回転楕円体の一部により構成されており、具体的には以下のようになっている。
【００６０】
反射面２１１は、第１焦点が発光点２０４、第２焦点がレンズ部２２１の中心である楕円Ｅ２１を、その楕円長軸周りに回転させた回転楕円体の一部である。したがって、楕円Ｅ２１は発光ランプの位置とレンズ部２２１の位置とを焦点とする楕円である。
反射面２１２は、第１焦点が発光点２０４、第２焦点がレンズ部２２２の中心である楕円Ｅ２２を、その楕円長軸周りに回転させた回転楕円体の一部である。
反射面２１３は、第１焦点が発光点２０４、第２焦点がレンズ部２２３の中心である楕円Ｅ２３を、その楕円長軸周りに回転させた回転楕円体の一部である。
したがって、楕円Ｅ２２、Ｅ２３は、発光ランプの位置と対応するレンズ部の位置とを焦点とする楕円である。
【００６１】
楕円Ｅ２１〜Ｅ２３は、第１実施形態と異なり、２つの楕円がそれぞれの楕円長軸の端付近で交わっている。そのため、楕円Ｅ２１〜Ｅ２３を回転させた回転楕円体の外周が交わる線も楕円長軸の端付近に存在する。この場合、２つの回転楕円体の外周が交わる線により反射面の境界を定めると、反射面は回転楕円体の楕円長軸の端付近にしか形成できない。従って、点光源から射出された光がほとんど反射面に入射しないので、リフレクタとして機能しなくなってしまう。このような回転楕円体により反射面を構成するには、本実施形態のように接続面により反射面を接続するようにすればよい。
【００６２】
ここでは、接続面２１５は、発光点２０４と反射面２１１の端と反射面２１２の端を通る線により描かれる面になっている。接続面２１６は、発光点２０４と反射面２１２の端と反射面２１３の端を通る線の一部により描かれる面になっている。
【００６３】
このような接続面は例えば以下の方法により定めることができる。まず、反射面２１１の輪郭を設計し、この輪郭上に任意の１点を選択する。この点と発光点２０４を通る直線を求め、この直線と反射面２１２を構成する回転楕円体との交点を求める。選択する点を反射面２１１において光源軸２Ａから離れた側の輪郭に沿って移動させると、前記の直線と回転楕円体との交点も移動する。この交点の軌跡を反射面２１２の光源軸２Ａ側の輪郭にすることにより、反射面２１１と反射面２１２との間の接続面２１５が定まる。反射面２１２において光源軸２Ａから離れた側の輪郭を設計すると、前記の方法により反射面２１３の光源軸２Ａ側の輪郭が求まり、接続面２１６が定まる。
【００６４】
以上のような構成の照明装置２において、発光点２０４から発せられた光は、光束が反射面２１１〜２１３に空間的に分かれて入射し、反射面２１１〜２１３の各々で反射する。接続面２１５、２１６は、反射面の端を繋いだ線分により構成されているので、発光点２０４から発せられた光は接続面２１５、２１６にほとんど入射しない。反射面２１１で反射した光は、フィルタ２４により不要光が除去されてレンズ部２２１の中心に集光される。反射面２１２、２１３に入射した光も同様に、レンズ部２２２、２２３の中心に集光される。これにより、レンズ部２２１〜２２３の各々に２次光源像が形成され、２次光源像からの光はコンデンサレンズ２３を経て第１実施形態と同様に被照明領域に重畳される。
【００６５】
第２実施形態の照明装置２にあっては、不連続な反射面２１１、２１２、２１３によりリフレクタ２１の内面を構成しているので、リフレクタ２１の形状の設計自由度が高くなる。例えば、反射面２１２を構成する回転楕円体として、反射面２１３を構成する回転楕円体と楕円長軸の端付近でしか交わらない回転楕円体を選択することもできる。したがって、反射面２１２を構成する回転楕円体の楕円長軸の長さの選択範囲が広くなり、発光点２０４からレンズ部２２２の中心までの光路長の設計範囲が広くなる。
【００６６】
また、２つの回転楕円体が交わる線を輪郭にして反射面を設計する場合に比べて、反射面の輪郭の一部を自由に設計することができる。例えば、前記の方法で接続面を定める場合には、反射面において光源軸２Ａと反対側の輪郭を自由に設計することができる。これにより、反射面の面積の設計自由度が高くなる。
【００６７】
また、接続面２１５、２１６に発光点２０４から発せられた光がほとんど入射しないので、光の利用効率が低下することがない。また、レンズ部２２１、２２２、２２３のうち、最も光源軸２Ａの近くに配置されたレンズ部２２１の中心が光源軸２Ａからずれているので、発光点２０４から発せられた光が光源軸２ＡからＹ方向に離れた位置に集光される。ランプ光源の発光管や電極は光源軸２Ａに配置されているが、これら部材を避けて反射面２１１で反射した光を集光させることができ、光の利用効率を高くすることができる。
【００６８】
なお、第２実施形態において反射面２１１〜２１３は、発光点２０４から観察すると隙間なく、しかも重なり合うことなく配置されている。このような構成の他にも、２つの反射面が各々の周縁部を重ね合わされて配置されている構成にしてもよく、反射面に応じて接続面を定めればよい。第２実施形態と配置が異なる反射面、接続面を採用した場合には、発光点２０４から射出された光が接続面に入射しないようにすることにより、光の利用効率の低下を防止することができる。  
【００６９】
［第３実施形態］
次に、本発明の照明装置に係る第３実施形態を説明する。第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、レンズアレイとコンデンサレンズとの間に偏光変換素子が配置されている点である。偏光変換素子は、入射光の偏光状態を揃えて射出するものである。
【００７０】
図７は、第３実施形態の照明装置３の概略構成を示す模式図である。
図７に示すように照明装置３は、発光ランプ３０、リフレクタ３１、レンズアレイ３２、偏光変換素子３５、及びコンデンサレンズ３３を備えている。リフレクタ３１とレンズアレイ３２との間には、フィルタ３４が配置されている。照明装置３は、液晶ライトバルブ３７の被照明領域３７Ａを照明するものである。被照明領域３７Ａとコンデンサレンズ３３との間にはフィールドレンズ３６が配置されている。被照明領域３７Ａに入射した光は、液晶ライトバルブ３７により画像を示す画像光になり、画像光は投射レンズ３８によりスクリーン等に拡大投射される。
なお、第３実施形態において偏光変換素子３５以外の構成要素は、第１実施形態と同様のものであり、その詳細な説明を省略する場合がある。
【００７１】
発光ランプ３０から射出された光Ｌは、第１実施形態と同様に、複数の反射面に光束が空間的に分かれて入射し、複数の反射面で反射する（図４参照）。複数の反射面で反射した光は、光源軸３Ａに概略沿う方向に進行し、フィルタ３４により、紫外光や赤外光等の映像に不要な成分が除去される。フィルタ３４を通った光は、レンズアレイ３２、偏光変換素子３５及びコンデンサレンズ３３をこの順に経て被照明領域３７Ａに重畳される。
【００７２】
図８（ａ）〜（ｃ）は偏光変換素子３５の構成を示す図であり、図８（ａ）は偏光変換素子３５の平面図、図８（ｂ）は図８のＢ−Ｂ’線矢視断面図、図８（ｃ）は偏光変換素子３５への入射光と射出光とを模式的に示す概念図である。
【００７３】
図８（ａ）に示すように、偏光変換素子３５は、複数の偏光変換部３５１を有している。複数の偏光変換部３５１は、レンズアレイ３２の複数のレンズ部（図２（ｂ）参照）と同様に、アレイ状に配置されている。複数の偏光変換部３５１は、いずれも形状及び寸法が略同一のものである。偏光変換部３５１の平面形状は、被照明領域３７Ａの平面形状、すなわちレンズ部の平面形状と略相似になっている。
【００７４】
１つの偏光変換部３５１は、レンズアレイ３２のうちの１つのレンズ部と対応している。偏光変換部３５１は、分離部３５２と変換部３５３とを有している。分離部３５２、変換部３５３は、偏光変換部３５１の長辺方向、すなわちリフレクタ３１の反射面の平面形状における長辺方向（配列方向）に並んでいる。分離部３５２、変換部３５３の寸法は、いずれも平面視した状態で偏光変換部３５１の半分程度である。
【００７５】
図８（ｂ）に示すように、偏光変換部３５１の分離部３５２には、この偏光変換部３５１と対応するレンズ部３２２を通った光が集光されるようになっている。分離部３５２には偏光ビームスプリッタ膜（ＰＢＳ膜）３５４が設けられている。変換部３５３には、反射膜３５５と１／２位相板３５６とが設けられている。ＰＢＳ膜３５４、反射膜３５５は、偏光変換部３５１の長辺方向に周期的に交互に並んで設けられている。ここでは、ＰＢＳ膜３５４、反射膜３５５は、いずれも膜の法線方向が入射光Ｌの光軸と略４５°の角度をなすように形成されている。
【００７６】
ＰＢＳ膜３５４は、入射光のうちのＰＢＳ膜３５４に対するＰ偏光を透過させるとともに、入射光のうちのＰＢＳ膜３５４に対するＳ偏光を反射させるものである。以下、ＰＢＳ膜３５４に対するＰ偏光を単にＰ偏光と称す場合があり、ＰＢＳ膜３５４に対するＳ偏光を単にＳ偏光と称する場合がある。
１／２位相板３５６は、入射光の偏光方向を略９０°回転させて射出するものである。
【００７７】
以上のような構成の偏光変換部３５１において、分離部３５２に入射した光ＬのうちのＰ偏光Ｌ１は、ＰＢＳ膜３５４を通ってそのまま光源軸方向（Ｚ方向）に射出される。また、光ＬのうちのＳ偏光Ｌ２は、ＰＢＳ膜３５４で反射して光軸が略９０°折れ曲がり、反射膜３５５に入射する。反射膜３５５に入射した光Ｌ２は、反射膜３５５で再度反射して光軸が９０°折れ曲がり、光源軸方向に進行して１／２位相板３５６に入射する。１／２位相板３５６に入射したＳ偏光Ｌ２は、偏光方向が略９０°回転してＰ偏光Ｌ３になり、光源軸方向に射出される。
【００７８】
図８（ｃ）に示すように、レンズアレイ３２のレンズ部から射出される光Ｌは、光束の光源軸３Ａに直交する断面形状が被照明領域３７Ａの平面形状と相似な略長方形になっている。分離部３５２に入射した光Ｌは、Ｐ偏光とＳ偏光とに分離された後に偏光状態が揃えられ、分離部３５２を経たＰ偏光Ｌ１と変換部３５３を経たＰ偏光Ｌ３とが、分離部３５２と変換部３５３とが並ぶ周期方向に並んで射出される。Ｐ偏光Ｌ１、Ｐ偏光Ｌ３は、いずれも光束の断面形状が、光Ｌの光束の断面形状と相似な略長方形になっている。そして、Ｐ偏光Ｌ１及びＰ偏光Ｌ３が、被照明領域３７Ａに重畳されて合成された光Ｌ４は、光束の断面形状が、光Ｌの光束の断面形状と相似な略長方形、すなわち緋照明領域３７Ａの平面形状と相似な略長方形になっている。
【００７９】
以上のような構成の照明装置３にあっては、偏光状態が揃った光により被照明領域３７Ａを照明することができ、入射光の偏光状態を利用して画像光を形成する画像形成装置（液晶ライトバルブ）３７において光の利用効率を高めることができる。また、ランプ光源から射出された光を反射面により分離部３５２に集光するので、ランプ光源から射出された光の一部が変換部３５３に入射すること等による光の損失が防止される。
【００８０】
また、リフレクタ３１における反射面の配列方向が、分離部３５２、変換部３５３の周期方向と略一致しているので、レンズ部から射出される光が並ぶ方向が周期方向と略一致する。したがって、分離部３５２にレンズ部から射出された光を高精度に入射させることができ、変換部３５３等の不測の位置に光が入射することによる光の損失が防止される。
【００８１】
また、光源軸３Ａに直交する面に射影した反射面の長辺方向が、偏光変換部３５１の長辺方向と一致しているので、偏光変換部３５１から射出される光は、光束の断面形状が被照明領域３７Ａの平面形状と相似になる。したがって、複数の偏光変換部３５１から射出された光を、被照明領域３７Ａで過不足なく重畳することができ、均一な照度で照明することができるとともに光の利用効率を高めることができる。
【００８２】
［第４実施形態］
次に、本発明の照明装置に係る第４実施形態を説明する。第４実施形態が第１実施形態と異なる点は、リフレクタが光源の一部を囲んで設けられており、少なくとも光源の前記一部と異なる部分の一部を囲んで設けられた第２のリフレクタを含んでいる点である。
【００８３】
図１０は、第４実施形態の照明装置４の概略構成を示す模式図、図１１は照明装置４の要部拡大図である。図１０に示すように照明装置４は、発光ランプ４０、リフレクタ４１、第２のリフレクタ（副鏡）４２、レンズアレイ４３、偏光変換素子４５、及びコンデンサレンズ４６を備えている。リフレクタ３１とレンズアレイ４３との間には、フィルタ４４が配置されている。
【００８４】
リフレクタ４１は、光源４０の一部を囲んで設けられている。副鏡４２は、光源４０に対してリフレクタ４１と反対側に設けられている。光源４０において副鏡４２に囲まれる部分は、光源４０においてリフレクタ４１に囲まれる部分と異なっている。リフレクタ４１と副鏡４２とで、光源４０のほぼ全体が囲まれるようになっている。照明装置４において、主光軸４Ｂは光源軸４Ａと略平行になっており、光源軸４Ａからリフレクタ４１側にずれている。
【００８５】
照明装置４は、液晶ライトバルブ３７の被照明領域３７Ａを照明するものである。被照明領域３７Ａとコンデンサレンズ４６との間にはフィールドレンズ３６が配置されている。被照明領域３７Ａに入射した光は、液晶ライトバルブ３７により画像を示す画像光になり、画像光は投射レンズ３８によりスクリーン等に拡大投射される。
【００８６】
第４実施形態においてリフレクタ４１、副鏡４２、レンズアレイ４３以外の構成要素は、第３実施形態と同様のものである。レンズアレイ４３は、光源軸４Ａと交差する部分にレンズ部が設けられていない点を除くと、第１実施形態と同様である。
【００８７】
図１１に示すように、リフレクタ４１の内面には、Ｙ方向において光源軸４Ａから離れる方向に反射面４１１、反射面４１２、反射面４１３がこの順に設けられている。反射面４１１〜４１３の平面形状は、第１実施形態のリフレクタ１１の反射面１１２〜１１４と同様である。レンズ部４３１〜４３３は、一体に設けられており、レンズ部４３１〜４３３の各々の中心位置が、主光軸４Ｂにほぼ直交する同一平面上に位置するようになっている。レンズ部４３１は反射面４１１と対応しており、同様にレンズ部４３２は反射面４１２と、レンズ部４３３は反射面４１３と、それぞれ対応している。レンズ部４３１〜４３３において、レンズ部の配置位置が光源軸４Ａから離れるにつれてレンズ部の焦点距離が長くなっている。反射面４１１〜４１３の各々の射出瞳が被照明領域３７Ａと共役になるように、レンズ部４３１〜４３３の各々の焦点距離が調整されている。
【００８８】
副鏡４２は、光源４０の発光点１０１を囲む面が反射面４２１になっている。ここでは、反射面４２１の形状が、発光点１０１を中心とする球面の一部になっている。発光点１０１から副鏡４２に向けて射出された光は、反射面４２１で反射して折り返され、リフレクタ４１の反射面４１１〜４１２に分かれて入射する。副鏡４２を経て反射面４１１〜４１２で反射した光は、それぞれレンズ部４３１〜４３３に集光される。また、発光点１０１からリフレクタ４１に向けて射出された光も反射面４１１〜４１２に分かれて入射し、反射面４１１〜４１２で反射した後に、それぞれレンズ部４３１〜４３３に集光される。
レンズアレイ４３に入射した光は、第３実施形態で説明したように、偏光変換素子４５により偏光状態が揃えられた後、コンデンサレンズ４６により被照明領域３７Ａに重畳される。
【００８９】
以上のような構成の照明装置４にあっては、副鏡４２に向けて射出された光がリフレクタ４１を介して外部に取り出される。これにより、光源軸４Ａ周りの全周にわたり光源を囲んで設けられたリフレクタ（例えば、第１実施形態のリフレクタ１１）と同程度の光量が得られる。副鏡４２は、副鏡４２に向けて射出された光をリフレクタ４１に向けて反射するものであればよいので、リフレクタ４１に比べて小型にすることができる。したがって、リフレクタ４１と副鏡４２との合計サイズを、第１実施形態のリフレクタ１１よりも小型にすることができ、照明装置４を小型にすることができる。
【００９０】
また、リフレクタ４１から射出される光のスポットサイズは、第１実施形態よりも小さくなるので、リフレクタ４１と被照明領域３７Ａとの間に配置される偏光変換素子４５やコンデンサレンズ４６等の光学部品を小型にすることが可能になる。以上のように、第４実施形態の照明装置４は、格段に小型化が可能なものになっている。
【００９１】
［プロジェクタ］
次に、図９を参照しつつ本発明に係るプロジェクタの一実施形態を説明する。図９に示すように、プロジェクタ５は、照明装置５０、液晶ライトバルブ（画像形成装置）５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、クロスダイクロイックプリズム５２、及び投射レンズ（投射装置）５３を備えている。照明装置５０は、本発明の照明装置を適用したものであり、ランプ光源５０１、リフレクタ５０２、フィルタ５０３、レンズアレイ５０４、偏光変換素子５０５、及びコンデンサレンズ５０６を備えている。照明装置５０から射出された光は、ダイクロイックミラー５０７、５０８、リレー光学系５０９等を経て、液晶ライトバルブ５１ａ〜５１ｃに入射する。
【００９２】
ダイクロイックミラー５０７、５０８は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。これにより、所定の波長帯域の色光が選択的に反射し、それ以外の波長帯域の色光が透過するようになっている。例えば、照明装置５０から射出された光源光のうち、赤色光Ｌａがダイクロイックミラー５０７を透過するとともに、緑色光Ｌｂ及び青色光Ｌｃがダイクロイックミラー５０７で反射する。また、ダイクロイックミラー５０７で反射した緑色光Ｌｂ及び青色光Ｌｃのうち、青色光Ｌｃがダイクロイックミラー５０８を透過し、緑色光Ｌｂがダイクロイックミラー５０８で反射する。
【００９３】
ダイクロイックミラー５０７を透過した赤色光Ｌａは、反射ミラーで反射し平行化レンズを経て赤色光用の液晶ライトバルブ５１ａに入射する。ダイクロイックミラー５０８で反射した緑色光Ｌｂは、平行化レンズを経て緑色光用の液晶ライトバルブ５１ｂに入射する。ダイクロイックミラー５０８を透過した青色光Ｌｃは、リレー光学系５０９を経て青色光用の液晶ライトバルブ５１ｃに入射する。
【００９４】
液晶ライトバルブ５１ａ〜５１ｃの各々は、例えばアクティブマトリクス型の透過型の液晶パネルであり、一対の電極間に挟持された液晶層を有している。また、液晶ライトバルブ５１ａ〜５１ｃは、画像信号を供給する信号源に電気的に接続されている。信号源から画像信号が供給されると、前記電極間に電圧が印加され、この印加電圧に応じて液晶分子の方位角が制御される。これにより、入射光の偏光状態を変化させることができ、偏光状態に応じた階調の光が得られるようになっている。液晶ライトバルブ５１ａ〜５１ｃにより変調された赤色光Ｌａ、緑色光Ｌｂ、青色光Ｌｃは、クロスダイクロイックプリズム５２に入射する。
【００９５】
クロスダイクロイックプリズム５２は、三角柱プリズムが貼り合わされた構造となっており、その内面に赤色光Ｌａが反射し緑色光Ｌｂが透過するミラー面と、青色光Ｌｂが反射し緑色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。赤色光Ｌａ、緑色光Ｌｂ、青色光Ｌｃは、これらのミラー面で選択的に反射あるいは透過して同じ側に射出される。これにより、３つの色光が重ね合わされて合成光となる。この合成光は、投射レンズ５３によってスクリーン６に拡大投射される。これにより、カラー表示の映像が得られるようになっている。
【００９６】
以上のようなプロジェクタ５にあっては、本発明の照明装置を適用した照明装置５０を備えているので、照明装置５０を小型にすることができ、プロジェクタ５を小型にすることができる。また、照明装置５０において光の利用効率が高くなっているので、低消費電力のプロジェクタ５になっている。また、照明装置５０により均一な照度で液晶ライトバルブ５１ａ〜５１ｃを照明することができ、高品質な映像が得られるプロジェクタ５になっている。
【００９７】
次に、図１２を参照しつつ本発明に係るプロジェクタの他の実施形態を説明する。図１２に示すようにプロジェクタ８は、第４実施形態の照明装置４を採用している点でプロジェクタ５と異なっている。照明装置４によれば、図９に示した照明装置５０よりもスポットサイズを小さくすることができ、照明装置４と液晶ライトバルブ５１ａ、５１ｂ、５１ｃとの間に配置されるダイクロイックミラー５０７、５０８等の光学部品を小型にすることができる。また、照明装置５０と同程度の寸法で比較すると、照明装置４から射出される光の光量を増すことができ、高輝度の画像を表示することが可能になる。
【００９８】
なお、前記実施形態では、画像形成装置として透過型の液晶ライトバルブを用いた例を示したが、反射型の液晶ライトバルブを用いることも可能である。その場合には、反射型の液晶ライトバルブを用いるのに適した光学系に適宜変更される。また、液晶ライトバルブ以外の画像形成装置を用いることも可能である。例えば、デジタルミラーデバイス等の液晶ライトバルブ以外の画像形成装置を用いても良い。
【符号の説明】
【００９９】
１、２、３、４、５０１・・・照明装置、１Ａ、２Ａ、３Ａ・・・・主光軸（光源軸）、４Ａ・・・光源軸、４Ｂ・・・主光軸、１１、１１Ｂ、２１、３１、４１・・・リフレクタ、４２・・・副鏡（第２のリフレクタ）、１１１〜１１４、１１１Ｂ〜１１４Ｂ、２１１〜２１３、４１１〜４１３・・・反射面、１２、１２Ｃ、２２、３２、４３・・・レンズアレイ、１２１〜１２４、１２１Ｃ〜１２４Ｃ・・・レンズ部、１３、２３、３３、４６・・・コンデンサレンズ（重畳光学系）、３５、４５・・・偏光変換素子、３５２・・・分離部、３５３・・・変換部、１７Ａ、３７Ａ・・・被照明領域、５、８・・・プロジェクタ、５１ａ〜５１ｃ・・・液晶ライトバルブ（画像形成装置）、５３・・・投射レンズ（投射装置）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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