(57)【要約】【課題】均一な強度分布の光を射出する照明装置を提供する。【解決手段】本発明の照明装置１は、光を発する光源１０と、光源１０の一部を囲んで設けられ、光源１０から発せられた光を反射させて照明光軸１Ａ方向に射出する第１リフレクタ１１１と、光源１０において第１リフレクタ１１１と異なる部分の少なくとも一部を囲んで設けられ、光源１０から発せられた光を反射させて第１リフレクタ１１１に向けて射出する第２リフレクタ１１２と、を備える。第２リフレクタ１１２で反射した光が、光源１０から発せられた光の輝度の重心点１０４と異なる集光スポットＳに集光するように、第２リフレクタ１１２の形状が調整されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、
前記光源の一部を囲んで設けられ、前記光源から発せられた光を反射させて照明光軸方向に射出する第１リフレクタと、
前記光源の前記一部と異なる部分の少なくとも一部を囲んで設けられ、前記光源から発せられた光を反射させて前記第１リフレクタに向けて射出する第２リフレクタと、を備え、
前記第２リフレクタで反射した光が前記光源から発せられた光の輝度の重心点と異なる集光スポットに集光するように、前記第２リフレクタの形状が調整されていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光源から前記第２リフレクタを経て間接的に前記第１リフレクタに入射し該第１リフレクタで反射した光の前記照明光軸に直交する面における強度分布の重心位置が、前記光源から直接的に前記第１リフレクタに入射し該第１リフレクタで反射した光の前記照明光軸に直交する面における強度分布の重心位置と異なるように、前記第２リフレクタの形状が調整され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】
前記第２リフレクタの曲率中心が、前記光源の発光点と異なる位置に配置され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】
前記第２リフレクタの曲率中心の前記照明光軸方向における位置が、前記光源の発光点の前記照明光軸方向における位置と異なることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第２リフレクタが自由曲面で構成され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】
前記第２リフレクタが非球面で構成され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７】
前記第２リフレクタは、前記照明光軸が含まれる面を挟んで対称的に配置された複数のリフレクタ片により構成されて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】
大画面の画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、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の画像を得ることができる。
【０００３】
プロジェクタ等に用いられる照明装置としては、ランプ光源とリフレクタとからなるものが知られている。リフレクタは、ランプ光源を焦点とする回転放物体や回転楕円体の一部により構成されている。ランプ光源から放射状に射出された光は、リフレクタで反射して、照明光軸に沿う方向に進行する。ランプ光源及びリフレクタは、照明光軸を中心とする軸対称性を有する形状になっており、照明装置から射出された光は、理想的には強度分布が軸対称になる。
【０００４】
ところで、プロジェクタには画像品質の向上や装置の小型化が期待されている。プロジェクタの装置を小型にする上で有効な技術としては、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の照明光学系統（照明装置）は、第１の凹面鏡、第２の凹面鏡、及び光源からなる発光手段を備えている。
【０００５】
光源から第１の凹面鏡に向けて発せられた光源光は、第１の凹面鏡で反射して第２の凹面鏡に向かって進行する。第１の凹面鏡と第２の凹面鏡とで反射した光源光は、光源から直接的に第２の凹面鏡に発せられて第２の凹面鏡で反射した光源光とともに発光手段から射出される。発光手段から射出された光源光は、光束の密度を均一化するインテグレータ等を経て被照射物に至る。
【０００６】
例えば、光源から放射状に進行する光が入射する領域を２分割し、一方の領域に発せられた光を第１の凹面鏡で反射させて折り返すようにすれば、発光手段から射出される光束の断面積が略半分になる。したがって、発光手段と被照射物との間に配置される光学部品を小型にすることができる。また、第１の凹面鏡としては、第２の凹面鏡よりも寸法が小さいものを用いることができるので、照明光学系自体を小型にすることもできる。よって、光学部品や照明光学系を小型にすることにより、プロジェクタを小型にすることができる。
【特許文献１】特開２００３−１６８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術を用いれば、プロジェクタの小型化が可能であると考えられるが、一方では被照射物で照度分布の均一性が低下する不都合もある。これは、光源から放射状に射出された光が２分割された領域の片方から射出され、光源装置から射出される光の強度分布において、分割領域の境界面に対する対称性が損なわれるからである。照明装置から射出された光の強度分布の対称性が低くなると、照明装置から被照射物との間の光学部品において光の利用効率が低くなってしまう。また、例えば被照射物が画像形成装置であると、形成された画像光が所望の階調にならないことにより、画像品質が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、均一な強度分布の光を射出する照明装置を提供することを目的の１つとする。また、均一な照度が得られる照明装置を用いることにより、小型でありながら高品質な画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】
【０００９】
本発明の照明装置は、光を発する光源と、前記光源の一部を囲んで設けられ、前記光源から発せられた光を反射させて照明光軸方向に射出する第１リフレクタと、前記光源の前記一部と異なる部分の少なくとも一部を囲んで設けられ、前記光源から発せられた光を反射させて前記第１リフレクタに向けて射出する第２リフレクタと、を備え、前記第２リフレクタで反射した光が前記光源から発せられた光の輝度の重心点と異なる集光スポットに集光するように、前記第２リフレクタの形状が調整されていることを特徴とする。
【００１０】
このようにすれば、集光スポットに二次光源像が形成される。光源から第１リフレクタに入射した光（以下、直接光と称する場合がある）は、２次光源像から第１リフレクタに入射した光（以下、間接光と称する場合がある）とともに第１リフレクタで反射して照明光軸方向に射出される。照明装置から射出された光全体の強度分布は、直接光と間接光とが重畳された光の強度分布になる。二次光源像は光源から発せられた光の輝度の重心点と異なる位置に形成されるので、二次光源像と光源とが同じ位置に形成される場合に比べて、照明装置から射出される光の強度分布が均一化され、被照明領域における照度分布が均一化される。
【００１１】
また、前記光源から前記第２リフレクタを経て間接的に前記第１リフレクタに入射し該第１リフレクタで反射した光の前記照明光軸に直交する面における強度分布の重心位置が、前記光源から直接的に前記第１リフレクタに入射し該第１リフレクタで反射した光の前記照明光軸に直交する面における強度分布の重心位置と異なるように、前記第２リフレクタの形状が調整されていることが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、照明光軸に直交する面において、照明装置から射出された光全体の強度分布の重心位置が、直接光の強度分布の重心位置と、間接光の強度分布の重心位置との間に位置するようになる。光全体の強度分布の重心位置を挟んで一方の側において直接光の強度が高くなっており、他方の側において間接光の強度が高くなっているので、光全体の強度分布の非対称性が緩和される。
【００１３】
また、前記第２リフレクタの曲率中心が、前記光源の発光点と異なる位置に配置されていてもよい。この場合には前記第１リフレクタの曲率中心の前記照明光軸方向における位置が、前記光源の発光点の前記照明光軸方向における位置と異なることが好ましい。
【００１４】
第２リフレクタの曲率中心が発光点と異なる位置になっていれば、集光スポットが発光点と異なる位置になり、照明装置から射出される光の強度分布が均一になるので、被照明領域における照度分布が均一になる。また、第１リフレクタの曲率中心の照明光軸方向における位置が、発光点の照明光軸方向における位置と異なっていれば、集光スポットの位置を発光点から効果的にずらすことができる。
【００１５】
また、前記第２リフレクタが自由曲面で構成されていてもよい。
このようにすれば、第２リフレクタの部分形状を設計する自由度が高くなる。したがって、第２リフレクタの部分ごとにこの部分で反射する光の進行方向を自由に調整することができ、集光スポットを所望の位置に設定することができる。よって、集光スポットの位置を発光点からずらすことが容易になる。また、集光スポットの位置を高い自由度で調整することができ、照明装置から射出される光全体としての強度分布を高い自由度で調整することができる。これにより、照明装置から射出される光の強度分布を格段に均一化することができる。
【００１６】
また、前記第２リフレクタが非球面で構成されていてもよい。
ここでいう非球面とは、非球面レンズ等の形状表現に用いられる非球面の式により表される形状である。第２リフレクタが非球面で構成されていれば、非球面の式における形状係数（非球面係数）を調整することにより、集光スポットの位置を調整することができる。したがって、集光スポットを所望の位置に設定することができ、集光スポットの位置を発光点からずらすことが容易になる。
【００１７】
また、前記第２リフレクタは、前記照明光軸が含まれる面を挟んで対称的に配置された複数のリフレクタ片により構成されていてもよい。
このようにすれば、リフレクタ片ごとにこのリフレクタ片で反射する光の進行方向を調整することができ、集光スポットの位置を発光点からずらすことができる。また、複数のリフレクタ片は、照明光軸が含まれる面を挟んで対称的に配置されているので、照明装置から射出される間接光の全体としての強度分布は、照明光軸が含まれる面を挟んで対称的になる。
【００１８】
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によれば、被照明領域における照度分布が格段に均一になるので、画像形成装置から射出される画像光の諧調を高精度に制御することができ、高品質な投射画像が得られるプロジェクタになる。照明装置から射出される光束の断面積を小さくすることができるので、照明光が入射する画像形成装置や投射装置、レンズ等の光学部品等を小型にすることができ、また照明装置自体を小型化することもできる。これにより、プロジェクタを小型にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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、各種構造を見やすくするために、各種構造の寸法や縮尺を実際の構造と異ならせている場合がある。
【００２０】
[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、光源１０とリフレクタ１１とを有している。本実施形態の照明装置１は、照明光学系４の一部を構成している。照明光学系４は、照明装置１の照明光軸１Ａに沿って、照明装置１、フィルタ４１、平行化レンズ４２、照度均一化光学系４３、偏光変換素子４４、及びコンデンサレンズ４５が、この順に配置された構成になっている。
【００２１】
照明装置１から射出された光は、フィルタ４１により不要光（後述する）が除去された後に、平行化レンズ４２により平行化される。平行化された光は、照度均一化光学系４３に入射する。照度均一化光学系４３は、一対のフライアイレンズアレイ４３ａ、４３ｂにより構成されている。平行化レンズ４２から射出された光は、フライアイレンズアレイ４３ａに空間的に分かれて入射し、分割された複数の分割光ごとにフライアイレンズアレイ４３ｂに集光される。フライアイレンズアレイ４３ｂから射出された複数の分割光は、分割光ごとに偏光変換素子４４により偏光状態が揃えられた後に、コンデンサレンズ４５により被照明領域に重畳される。空間的に分割された分割光が重畳されることにより、照明装置１から射出された光の空間的な強度ばらつきが被照明領域にて平均化され、照度が均一化される。
【００２２】
照明光学系４は、例えば画像形成装置（液晶ライトバルブ）４６を照明するものである。照明光学系４から射出された光は、フィールドレンズ４７により平行化されて液晶ライトバルブ４６に入射する。液晶ライトバルブ４６に入射した光は、液晶ライトバルブ４６により変調されて、画像を示す画像光になる。画像光が投射レンズ４８により図示略のスクリーンに拡大投射されることにより、投射画像が得られる。例えば、紫外光や赤外光等の投射画像に不要な光は、フィルタ４１により除去されるようになっている。
【００２３】
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、照明光軸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。詳しくは後述するが、リフレクタ１１は、Ｘ方向において対称的な形状になっており、Ｙ方向において非対称的な形状になっている。
【００２４】
図２（ａ）、（ｂ）は、照明装置１を拡大して示す模式図である。図２（ａ）には、光源１０から直接的に第１リフレクタ１１１（後述する）に入射する光を模式的に示している。図２（ｂ）には、光源１０から第２リフレクタ１１２（後述する）を経て間接的に第１リフレクタ１１１に入射する光を模式的に示している。
【００２５】
光源１０としては、例えば高圧水銀ランプやメタルハライドランプ、キセノンランプ等のランプ光源や、発光ダイオード等の固体光源等を用いることができ、本実施形態ではランプ光源を採用している。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、本実施形態のランプ光源は、ランプ軸１０Ａに沿う方向に延在している。ランプ軸１０Ａは、照明光軸１Ａと平行になっている。ランプ光源は、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。発光管１０１内において、電極１０２、１０３は、ランプ軸１０Ａに沿う方向に延在している。発光管１０１は、電極１０２、１０３の間の中央部を中心とする球状部と、電極１０２、１０３を被覆してランプ軸１０Ａに沿って延在する筒状部とからなっている。
【００２７】
電極１０２、１０３の間に電圧を印加すると、電極１０２、１０３の間に略放射状光を生じるようになっている。ランプ光源は、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。
【００２８】
リフレクタ１１は、第１リフレクタ１１１と第２リフレクタ１１２とからなっている。第１リフレクタ１１１は、第２リフレクタ１１２と発光点１０４を挟んで対向配置されている。
【００２９】
本実施形態の第１リフレクタ１１１の反射面は、楕円をその長軸周りに回転させた回転楕円面の一部により構成されている。この楕円は、第１焦点が発光点１０４になっている。この回転楕円面がランプ軸１０Ａを通る面（ここでは、ＸＺ面）で２分割された片方（ここではＹ方向側）の分割面により、第１リフレクタ１１１の反射面が構成されている。発光点１０４から第１リフレクタ１１１に発せられた光は、第１リフレクタ１１１で反射して、照明装置１から照明光軸１Ａに沿う方向に射出される。
【００３０】
本実施形態の第２リフレクタ１１２の反射面は、第１リフレクタ１１１に向かって凹である自由曲面により構成されている。自由曲面は、ゼルニケ多項式面、ｘｙ多項式面、拡張スプライン面の他、スプライン曲線やベジェ曲線等の自由曲線をランプ軸１０Ａ周りに回転させて得られる曲面である。発光点１０４から第２リフレクタ１１２に発せられた光は、第２リフレクタ１１２で反射して集光スポットＳを通り、間接的に第１リフレクタ１１１に入射する。
【００３１】
集光スポットＳは、第１リフレクタ１１１と第２リフレクタ１１２の間における１点又は空間領域である。集光スポットＳが１点である場合には、集光スポットＳに集光された光が２次光源像を形成する。また、集光スポットＳが空間領域である場合には、集光スポットＳを通った光の輝度の重心位置を発光点として扱うことができ、この発光点が二次光源像になる。集光スポットＳに形成される２次光源像の位置は、第２リフレクタ１１２の形状により定まり、本発明では２次光源像の位置が発光点１０４と異なる位置になるように第２リフレクタ１１２の形状が調整されている。
第１リフレクタ１１１に入射した光は、第１リフレクタ１１１で反射して、照明装置１から照明光軸１Ａに沿う方向に射出される。
【００３２】
図３は、照明光軸１Ａに沿う方向から照明装置１を観察した正面図である。図３に示すように、第１リフレクタ１１１は、照明装置１の射出領域を除いた発光点１０４の外周のうちのほぼ半球（Ｙ方向側）を覆うようになっている。また、第２リフレクタ１１２は、発光管１０１の前記筒状部を除いた発光点１０４の外周のうちの第１リフレクタ１１１と反対側のほぼ半球を覆うようになっている。このように、発光点１０４の周囲のほぼ全体が、第１リフレクタ１１１又は第２リフレクタ１１２に囲まれている。リフレクタ１１全体の形状は、Ｘ方向において対称的になっており、Ｙ方向において非対称になっている。
【００３３】
通常、照明装置に用いられるリフレクタは全周型のものである。全周型のリフレクタは、ランプ光源の軸方向周りに放物線あるいは楕円を回転させた回転体の一部により構成されており、ランプ光源の軸方向周りにおいてランプ光源の全周を囲んで設けられている。このような照明装置は、ランプ光源の軸方向が照明光軸と一致する。ランプ光源とリフレクタとがともに、照明光軸周りに点対称な形状であるので、照明装置から射出される光の強度分布が軸対称になる。典型的には、照明光軸に直交する面での光の強度分布において、光強度が強い領域はリング状になる。
【００３４】
本実施形態の照明装置１によれば、第２リフレクタ１１２に向けて発せられた光が第１リフレクタ１１１を経て取り出されるので、発光点１０４から第２リフレクタ１１２の影になる部分に第１リフレクタ１１１を設けなくとも発光点１０４から発せられた光のほとんどを取り出すことができる。
【００３５】
第２リフレクタ１１２は、発光点１０４から折り返す機能を有していればよいので、端的には第２リフレクタ１１２の寸法を発光管１０１の球状部と同程度に小型にすることができる。したがって、照明光軸と直交する面において発光点の外周全体を囲む回転放物面によりリフレクタ（以下、全周型リフレクタと称する場合がある）を構成する場合に比べて、照明装置１を格段に小型化することができる。
【００３６】
また、全周型リフレクタに比べて、照明装置１から射出される光束（光源光）の照明光軸１Ａに直交する断面積が格段に小さくなる。これにより、照明装置１から被照明領域までの間に配置される光学部品において光源光が入射する領域の面積が小さくなるので、この光学部品を小型にすることができる。
【００３７】
また、光源光の断面積が格段に低減されるが、一方で照明装置１から取り出される光量は、全周型のリフレクタにより構成した光源装置による光量と同程度であるので、光源光の密度が高くなる。
【００３８】
照明装置１から射出された光全体の照明光軸１Ａに直交する断面での強度分布は、直接光と間接光とが重畳された光の強度分布になる。２次光源像の位置が発光点１０４と異なるので、間接光の強度分布が、直接光の強度分布と異なっている。したがって、照明装置１から射出された光全体の強度分布は、間接光の強度分布と直接光の強度分布とを平均化した分布になる。
【００３９】
光源光が第１リフレクタ１１１を経て取り出され、第１リフレクタ１１１がＹ方向において非対称な形状であることにより、照明装置１から射出される光の強度分布は、全周型のリフレクタを用いた照明装置よりも非対称な分布になると考えられる。また、非対称な分布になっていることにより、被照明領域における照度分布が全周型のリフレクタを用いた照明装置よりも不均一になると考えられる。しかしながら、前記のように本発明にあっては、第２リフレクタ１１２の形状を調整することにより、照明装置１から射出される光全体の強度分布が調整されており、強度分布の非対称性や照度分布の不均一性が緩和されている。次に、実施例の照明装置から射出される光の強度分布について説明する。
【００４０】
図４（ａ）は、本発明を適用した実施例１の照明装置から射出される光の強度分布を示す分布図であり、図４（ｂ）は、比較例１の照明装置から射出される光の強度分布を示す分布図である。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれが対応する照明装置の照明光軸に直交する面において、光束密度を規格化した値を用いて、光の強度分布を分布図で表したものである。
【００４１】
実施例１の照明装置は、第１実施形態と同様の構成になっている。比較例１は、実施例１と第２リフレクタの形状が異なる。
詳しくは、実施例１は、照明光軸に沿う方向において、集光スポットの位置が発光点からずれるように、第２リフレクタの形状が調整されている。
比較例１の照明装置は、発光点を中心とする球面の一部（略半球）により、第２リフレクタが構成されている。すなわち、比較例１の照明装置において、発光点から第２リフレクタに発せられた光は、第２リフレクタで反射して折り返される。これにより、第２リフレクタで反射した光のほとんどが、発光点を通って第１リフレクタに入射する。
【００４２】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、実施例１の強度分布、比較例１の強度分布は、いずれもＹ方向と平行な軸に関して、おおよそ線対称な分布になっている。これは、実施例１、比較例１のいずれにおいても、ランプ光源の形状、及びリフレクタの形状が、いずれもランプ光軸を含みＹ方向と平行な面（ＹＺ面）に関して対称になっているためである。次に、光の強度分布の均一性、及び光の強度分布のＹ方向と平行な軸に関する対称性について説明する。
【００４３】
図５は、Ｙ方向における実施例１の光の強度分布と、Ｙ方向における比較例１の光の強度分布との比較を示すグラフである。図５のグラフにおいて実施例１の強度分布（光束密度）は、図４（ａ）に示した実施例１の強度分布のデータを用いて、選択されるＹ座標におけるＸ方向の光束密度の分布をＸで積分した値をこのＹ座標に対してプロットしたものである。また、図５のグラフにおいて比較例１の強度分布も同様にして得られたものであり、図４（ｂ）に示した比較例１の強度分布のデータを用いて、光束密度の積分値をＹ座標に対してプロットしたものである。
【００４４】
図５に示すように、比較例１の光束密度の積分値は、１つのピークを有する分布になっている。このピークからＹ方向において、実施例１の光束密度の積分値は、比較例１の光束密度の積分値と同様の分布になっている。比較例１では、第２リフレクタを経た間接光も、直接光と同様に発光点を通って第１リフレクタに入射するので、光束密度の積分値の分布が直接光のみに由来していると考えられる。したがって、実施例１の光束密度の積分値の分布において、前記ピークよりもＹ方向側の分布は、実施例１の直接光に由来していると考えられる。一方で、このピークよりもＹ座標が小さくなる方向では、実施例１の光束密度の積分値は、比較例１の光束密度の積分値よりも大きくなっている。これは、この領域において、実施例１では間接光が直接光と重畳されているためと考えられる。
【００４５】
このように、照明光軸に沿う方向において集光スポットの位置を発光点からずらすと、間接光の強度分布が、直接光の強度分布に対してＹ方向にずれるので、直接光と間接光とが重畳された光の強度分布は、ピーク値と対応するＹ方向の幅が広くなる。したがって、ピーク値と対応するＹ方向の幅が広くなった分だけ、強度分布の均一性が高くなる。また、この幅の中心付近のＹ座標を通りＸ方向に平行な軸に対して、Ｙ方向に関する対称性が改善される。なお、ピーク値と対応するＹ方向の幅については、半値半幅等により具体的な数値として評価することもできる。
【００４６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第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、第２リフレクタが球面の一部により構成されている点と、この球面の中心が発光点からずれている点である。
【００４７】
図６（ａ）、（ｂ）は、照明装置２を拡大して示す模式図である。図６（ａ）には直接光を模式的に示しており、図６（ｂ）には間接光を模式的に示している。照明装置２は、第２リフレクタ２１２以外の構成については、第１実施形態と同様になっている。すなわち、図６（ａ）に示すように、照明装置２は、光源２０とリフレクタ２１とを有している。光源２０は、発光管２０１内に一対の電極２０２、２０３が封止された構造になっている。電極２０２、２０３は、ランプ軸２０Ａに沿う方向に延びている。ランプ光源は、発光点２０４を有する点光源とみなすことができる。リフレクタ２１は、第１リフレクタ２１１と第２リフレクタ２２とを有している。
【００４８】
第２リフレクタ２１２は、球面の一部により構成されており、この球面の中心（曲率中心）は照明光軸２Ａに沿う方向において発光点２０４からずれている。ここでは、曲率中心がＹ方向においても発光点２０４からずれている。これにより、図６（ｂ）に示すように、発光点２０４から第２リフレクタ２１２に発せられた光は、集光スポットＳを通って第１リフレクタ２１１に入射する。球面の中心が発光点２０４からずれていることにより、集光スポットＳが発光点２０４と異なる位置になり、間接光による強度分布を直接光による強度分布と異ならせることができる。このように、第２リフレクタ２１２の曲率中心を発光点と異なる点に設定することにより、直接光と間接光が重畳された光の強度分布を均一化するとともに、光の強度分布の対称性を改善することができる。
【００４９】
なお、曲率中心を発光点からずらすとともに、球面を非球面化することにより、直接光と間接光が重畳された光の強度分布を高い自由度で調整することができる。また、単に、第２リフレクタの形状を非球面化することによっても、直接光と間接光が重畳された光の強度分布を調整することができる。
【００５０】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態が、第１、第２実施形態と異なる点は、第２リフレクタが複数のリフレクタ片に領域分割されている点と、複数のリフレクタ片が、照明光軸３Ａを通りＹ方向に平行な面（ＹＺ面）を挟んで対称的に配置されている点である。
【００５１】
図７は、第３実施形態の照明装置３を照明光軸３Ａに沿う方向から観察した正面図である。照明装置３は、第１、第２実施形態と同様の光源を有している。この光源は、発光管３０１を有しており、発光点３０４を有する点光源として扱うことができる。照明装置３のリフレクタ３１は、第１リフレクタ３１１と、第２リフレクタとを有している。第２リフレクタは、リフレクタ片３１２ａ、３１２ｂからなっている。
【００５２】
本実施形態のリフレクタ片３１２ａ、３１２ｂは、互いに同一形状のものである。リフレクタ片３１２ａがＹＺ面を挟む一方の側（Ｘ方向側）に配置されており、リフレクタ片３１２ｂが他方の側に配置されている。発光点３０４からリフレクタ片３１２ａに発せられた光は、リフレクタ片３１２ａで反射して、発光点３０４と異なる位置の集光スポットを通り、第１リフレクタ３１１に入射する。発光点３０４からリフレクタ片３１２ｂに発せられた光は、リフレクタ片３１２ｂで反射して、発光点３０４と異なる位置の集光スポットを通り、第１リフレクタ３１１に入射する。ここでは、リフレクタ片３１２ａを経た光が通る集光スポットが、リフレクタ片３１２ｂを経た光が通る集光スポットと異なる位置に設定されている。
【００５３】
このように、複数の集光スポットを設定してもよく、第１、第２実施形態と同様に、直接光と間接光が重畳された光の強度分布を均一化するとともに、光の強度分布の対称性を改善することができる。
【００５４】
ところで、図４（ａ）、（ｂ）に示した分布図から分かるように、光源の形状及びリフレクタの形状が、ともにＹＺ面に関して対称になっていれば、光の強度分布は、Ｘ方向において対称的になる。本実施形態のように、複数のリフレクタ片３１２ａ、３１２ｂをＹＺ面に関して対称に配置されていれば、ＹＺ面に関して対称な形状のリフレクタを用いる場合と同様に、光の強度分布は、Ｘ方向において対称的になる。
【００５５】
以上のように本発明にあっては、リフレクタが第１リフレクタと第２リフレクタとに分割されているので、照明装置を小型にすることができる。また、第２リフレクタの形状を調整することにより、リフレクタが分割されていることによる光の強度分布の不均一を改善することや光の強度分布の非対称性を改善することができる。これにより、被照明領域を均一な照度で照明することが可能な照明装置にすることができる。
【００５６】
なお、第１〜第３実施形態では、第１リフレクタが回転楕円面の一部により構成されていたが、放物線を回転させた回転放物面であってもよい。
【００５７】
［プロジェクタ］
次に、図８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８に示すように、プロジェクタ５は、照明光学系、液晶ライトバルブ（画像形成装置）５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、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。照明光学系は、本発明を適用した照明装置５０１を含んで構成されている。照明光学系は、照明装置５０１、フィルタ５０２、平行化レンズ５０３、照度均一化光学系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。照明光学系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。
【００５８】
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５０１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。
【００５９】
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て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。
【００６０】
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、ダイクロイックプリズム５２に入射する。
【００６１】
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、フルカラーの画像が得られるようになっている。
【００６２】
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５０１を備えているので、照明装置５０１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５０１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、高品質な画像が得られるプロジェクタ５になっている。
【００６３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１実施形態の照明装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】照明装置の拡大図であり、（ａ）に直接光を（ｂ）に間接光を示している。
【図３】照明光軸に沿う方向から第１実施形態の照明装置を観察した正面図である。
【図４】（ａ）は実施例１の光強度分布図、（ｂ）は比較例１の光強度分布図である。
【図５】実施例１と実施例１との光強度分布の比較を示すグラフである。
【図６】（ａ）、（ｂ）は第２実施形態の照明装置の拡大図である。
【図７】照明光軸に沿う方向から第３実施形態の照明装置を観察した正面図である。
【図８】照明光軸に沿う方向から照明装置を観察した正面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１、２、３、５０１・・・照明装置、１Ａ、２Ａ、３Ａ・・・照明光軸、１０、２０・・・光源、１０４、２０４、３０４・・・発光点、１１、２１、３１・・・リフレクタ、１１１、２１１、３１１・・・・第１リフレクタ、１１２、２１２、３１２・・・第２リフレクタ、Ｓ・・・集光スポット、４６、５１ａ〜５１ｃ・・・液晶ライトバルブ（画像形成装置）、４８、５３・・・投射レンズ（投射装置）
【図１】
2010153055.tif 000003
【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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