(57)【要約】【課題】均一な強度分布の照明光が得られる照明装置を提供する【解決手段】本発明の照明装置は、強度分布が非対称である光を射出する光源装置と、光源装置から射出された光の偏光状態を揃える偏光変換素子２１とを備える。偏光変換素子２１は、光源装置から入射した入射光Ｌ１を偏光状態が互いに異なる透過光と反射光とに、入射光の強度分布が非対称であるＹ方向に分離する分離部２１１と、透過光と反射光とのうちの一方の光の偏光状態を他方の光の偏光状態に変換する変換部と、を有する。他方の光と一方の光とを偏光変換素子２１から略同一の方向に射出するミラー系が分離部２１１を含んで構成される。偏光変換素子２１から射出された一方の光において強度分布が非対称である方向が、偏光変換素子２１から射出された他方の光において強度分布が非対称である方向に対して反転するように、ミラー系が配置されている。【選択図】図４
2010151858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強度分布が非対称である光を射出する光源装置と、
前記光源装置から射出された光の偏光状態を揃える偏光変換素子と、を備え、
前記偏光変換素子は、
前記光源装置から入射した入射光を偏光状態が互いに異なる透過光と反射光とに、該入射光の強度分布が非対称である方向に分離する分離部と、
前記透過光と前記反射光とのうちの一方の光の偏光状態を他方の光の偏光状態に変換する変換部と、を有し、
前記他方の光と前記変換部を経た前記一方の光とを偏光変換素子から略同一の方向に射出するミラー系が前記分離部を含んで構成されており、
前記偏光変換素子から射出された前記一方の光において強度分布が非対称である方向が、前記偏光変換素子から射出された前記他方の光において強度分布が非対称である方向に対して反転するように、前記ミラー系が配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記一方の光が前記偏光変換素子内で反射する回数と、前記他方の光が前記偏光変換素子内で反射する回数と、の差が奇数であ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】
前記偏光変換素子内において前記一方の光と前記他方の光との少なくとも一方を反射させる反射面は、該反射面の法線方向が前記入射光の強度分布が非対称である方向と略同一の面内になるよう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】
前記変換部が、
前記分離部を透過した前記透過光を反射させて折り返す反射部材と、
前記反射部材と前記分離部との間に配置された１／４波長板と、を含んで構成され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】
前記光源装置から射出された光を前記偏光変換素子の前記分離部に集光する集光光学系を備え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】
前記光源装置は、
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前記第１リフレクタに向けて反射させる第２リフレクタと、を有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】
前記分離部が、偏光ビームスプリッタ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】
前記偏光変換素子は、各々が前記分離部と前記変換部と前記ミラー系とを含んで構成された複数の偏光変換ユニットを有し、
前記複数の偏光変換ユニットから射出された光を被照明領域に重畳する重畳光学系を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
請求項１〜８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。
【請求項１０】
強度分布が非対称である入射光を偏光状態が互いに異なる透過光と反射光とに、該入射光の強度分布が非対称である方向に分離する分離部と、
前記透過光と前記反射光とのうちの一方の光の偏光状態を他方の光の偏光状態に変換する変換部と、を有し、
前記他方の光と前記変換部を経た前記一方の光とを略同一の方向に射出するミラー系が前記分離部を含んで構成されており、
前記ミラー系から射出された前記一方の光の強度分布が非対称である方向が、前記ミラーから射出された前記他方の光の強度分布が非対称である方向に対して反転するように、前記ミラー系に含まれる反射面が配置され、
前記一方の光が前記ミラー系で１回以上反射するとともに前記他方の光が前記ミラー系で１回以上反射するようになっており、前記ミラー系での前記一方の光の反射回数と、前記ミラー系での前記他方の光の反射回数との差が奇数になっていることを特徴とする偏光変換素子。
【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、偏光変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から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を有す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。通常は、ランプ光源の形状、及びリフレクタの形状が、照明光軸を中心として軸対称になっており、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。光源から第２の凹面鏡に向けて発せられた光と、第１の凹面鏡で反射した光とが、発光手段から射出される。発光手段から射出された光は、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、光源から光が放射される領域を２分割して一方の領域に発せられた光を第２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。これにより、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、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、プロジェクタを小型にすることができると考えられるが、被照射物で照度分布の均一性が低下する不都合がある。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、被照射物で照度分布の均一性が低下し、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。また、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るおそれもある。
【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が得られる照明装置を提供することを目的の１つとする。また、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。また、光の強度分布を良好に均一化することができるとともに、この光の偏光状態を揃えることが可能な偏光変換素子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、強度分布が非対称である光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出された光の偏光状態を揃える偏光変換素子と、を備え、前記偏光変換素子は、前記光源装置から入射した入射光を偏光状態が互いに異なる透過光と反射光とに、該入射光の強度分布が非対称である方向に分離する分離部と、前記透過光と前記反射光とのうちの一方の光の偏光状態を他方の光の偏光状態に変換する変換部と、を有し、前記他方の光と前記変換部を経た前記一方の光とを偏光変換素子から略同一の方向に射出するミラー系が前記分離部を含んで構成されており、前記偏光変換素子から射出された前記一方の光において強度分布が非対称である方向が、前記偏光変換素子から射出された前記他方の光において強度分布が非対称である方向に対して反転するように、前記ミラー系が配置されていることを特徴とする。
【００１０】
このようにすれば、透過光と反射光とが入射光の強度分布が非対称である方向に分離されており、偏光変換素子から射出された一方の光は、偏光変換素子から射出された他方の光に対して強度分布が非対称である方向が反転している。したがって、偏光変換素子から射出された光全体での強度分布は、透過光の光軸と反射光の光軸との間に対称中心を有する対称的な強度分布になる。
【００１１】
以上のように、本発明によれば照明装置から射出される光の強度分布の対称性が改善されるので、被照明領域を均一に照明することが可能になる。照明装置と被照明領域との間に配置されるレンズ等の光学素子における光の利用効率が改善されるので、実質的に高効率な照明装置になる。偏光を用いて画像を形成する画像形成装置を照明する照明装置として用いると、照明装置から射出される光の偏光状態が揃っておりこの光をムダなく照明に用いることができ、高効率な照明装置になる。
【００１２】
また、前記一方の光が前記偏光変換素子内で反射する回数と、前記他方の光が前記偏光変換素子内で反射する回数と、の差が奇数であるとよい。
一方の光の反射回数と他方の光の反射回数との差が奇数であれば、一方の光による像が他方の光による像に対して反転するので、一方の光及び他方の光による像において光の強度分布が対称的になる。なお、反射しない光の反射回数は０回（偶数）とする。例えば、一方の光が反射しない構成の場合には、一方の光の反射回数が０回である。この場合には、他方の光の反射回数が奇数になるように、ミラー系に含まれる反射面の数を調整すればよい。
【００１３】
また、前記偏光変換素子内において前記一方の光と前記他方の光との少なくとも一方を反射させる反射面は、該反射面の法線方向が前記入射光の強度分布が非対称である方向と略同一の面内になるように配置されているとよい。
このようにすれば、反射面で光が反射するたびに、この光による像は入射光の強度分布が非対称である方向において反転する。したがって、反射回数を調整することにより、一方の光による像を他方の光による像に対して反転させることができる。
【００１４】
また、前記変換部が、前記分離部を透過した前記透過光を反射させて折り返す反射部材と、前記反射部材と前記分離部との間に配置された１／４波長板と、を含んで構成されていてもよい。
【００１５】
分離部から変換部に入射した透過光は、反射部材で反射して折り返され、分離部に再度入射する。分離部に再度入射した透過光は、分離部と反射部材との間で１／４位相板を２回通ることにより偏光方向が略９０°回転してＰＢＳに対するＳ偏光になり、分離部で反射する。
【００１６】
透過光は、分離部を透過してから分離部で反射した時点で、２回反射している。分離部で反射した反射光は、分離部で反射した時点で、１回反射している。透過光と反射光は、それぞれが分離部で反射した時点で、反射回数の差が奇数（１回）になっており、しかも同じ光軸を互いに反対方向に進行する光になっている。したがって、透過光と反射光とを略同一の方向に射出するミラー系を容易に構成することができる。また、透過光と反射光とが、いずれも１回以上反射するので、偏光変換素子内における透過光の光路長と、偏光変換素子内における反射光の光路差との差を調整することが可能になる。
【００１７】
また、前記光源装置から射出された光を前記偏光変換素子の前記分離部に集光する集光光学系を備えていることが好ましい。
このようにすれば、光源装置から射出された光源光が集光光学系により分離部に集光されるので、光源光のほとんどが偏光状態を揃えられるとともに強度分布の非対称性が改善されて偏光分離素子から射出される。光源光の一部が分離部以外の不測の場所に入射すること等による光の損失が格段に低減されるので、光源光のほとんどを照明に用いることが可能になり、光の利用効率が高められる。
【００１８】
また、前記光源装置は、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前記第１リフレクタに向けて反射させる第２リフレクタと、を有していることが好ましい。
【００１９】
このようにすれば、光源から第２リフレクタに発せられた光が、第１リフレクタを経て光源装置から射出される。したがって、光源装置から得られる光量は、第２リフレクタの大きさと無関係になり、光源装置から得られる光量を低下させることなく第２リフレクタを小型にすることができる。
【００２０】
また、光源装置から射出される光は、第２リフレクタから直接光が射出される場合に比べて光軸に直交する光束の断面積が小さくなる。したがって、光源装置から射出される光の密度が高くなり、被照明領域における照度を高くすることが可能になる。
【００２１】
また、前記分離部が、偏光ビームスプリッタにより構成されていることが好ましい。
偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）によれば、透過光が反射光と高精度に分離され、分離された透過光に反射光が混じることが格段に低減される。したがって、透過光に混じった反射光の偏光状態が変換されることにより所望以外の偏光が照明装置から射出されることが格段に低減され、所望の偏光が得られる照明装置になる。
【００２２】
また、前記偏光変換素子は、各々が前記分離部と前記変換部と前記ミラー系とを含んで構成された複数の偏光変換ユニットを有し、前記複数の偏光変換ユニットから射出された光を被照明領域に重畳する重畳光学系を備えていることが好ましい。
このようにすれば、光源装置から射出された光が、複数の偏光変換ユニットに空間的に分割されて入射し、偏光変換ユニットを経た複数の光が重畳素子により被照明領域に重畳（積分）される。したがって、光源装置から射出された光の空間的な強度分布のばらつきが、被照明領域において格段に低減され、被照明領域における照度分布が均一になる。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明の偏光変換素子は、強度分布が非対称である入射光を偏光状態が互いに異なる透過光と反射光とに、該入射光の強度分布が非対称である方向に分離する分離部と、前記透過光と前記反射光とのうちの一方の光の偏光状態を他方の光の偏光状態に変換する変換部と、を有し、前記他方の光と前記変換部を経た前記一方の光とを略同一の方向に射出するミラー系が前記分離部を含んで構成されており、前記ミラー系から射出された前記一方の光の強度分布が非対称である方向が、前記ミラーから射出された前記他方の光の強度分布が非対称である方向に対して反転するように、前記ミラー系に含まれる反射面が配置され、前記一方の光が前記ミラー系で１回以上反射するとともに前記他方の光が前記ミラー系で１回以上反射するようになっており、前記ミラー系における前記一方の光の反射回数と、前記ミラー系における前記他方の光の反射回数との差が奇数になっていることを特徴とする。
【００２５】
このようにすれば、前記した本発明の照明装置の説明と同様の理由により、偏光変換素子から射出された光は、偏光変換素子へ入射する前の光よりも光全体としての強度の非対称性が緩和される。
ところで、一方の光が反射せずに偏光変換素子から射出される場合には、他方の光の光路長は、一方の光の光路長よりも長くなってしまう。しかしながら、本発明の偏光変換素子にあっては、一方の光の反射回数と他方の光の反射回数とがいずれも１回以上であるので、一方の光の光路長と他方の光の光路長とを調整することが容易になり、一方の光と他方の光とで光路長を一致させることが可能になる。これにより、例えば透過光の減衰の程度と反射光の減衰の程度とを揃えることや、偏光変換素子から射出された透過光が反射光と干渉することによる悪影響を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【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、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。
【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、光源装置１０、照度均一化光学系（集光光学系）１１、偏光変換素子２、及びコンデンサレンズ（重畳光学系）１３を備えている。照明装置１の光軸である照明光軸１Ａは、光源装置１０の光軸と略一致している。光源装置１０から射出された光源光は、照明光軸１Ａに沿って進行し、照度均一化光学系１１、偏光変換素子２、及びコンデンサレンズ１２をこの順に通って、被照明領域を照明する。
【００２８】
本実施形態では、照明装置１から射出された光が、フィールドレンズ１３により平行化された後に、透過型の液晶ライトバルブ（被照明領域）１４を照明するようになっている。ここでは、照明光軸１Ａに直交する面に投影した被照明領域の平面形状が、略長方形になっている。液晶ライトバルブ１４に入射した光は、液晶ライトバルブ１４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１５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。ここでは、光源装置１０と照度均一化光学系１１との間の光路に、フィルタ１６が配置されている。フィルタ１６は、投射画像に不要な光、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、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、本実施形態の光源装置１０は、ランプ光源から射出されリフレクタで反射した光を射出するようになっている。リフレクタの形状は、Ｘ方向において対称になっており、Ｙ方向において非対称になっている。
【００３０】
図２は、第１実施形態の照明装置１を拡大して示す模式図である。本実施形態の光源装置１０は、光を発する光源と、光源から発せられた光を反射させるリフレクタとを有している。光源としては、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ、キセノンランプ等のランプ光源や、発光ダイオード等の固体光源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。
【００３１】
本実施形態のランプ光源は、照明光軸１Ａと平行なランプ軸１００Ａに沿う方向に延在している。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１００Ａに沿う方向に延びている。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１００Ａに沿って延びる筒状部とからなっている。
【００３２】
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。
【００３３】
本実施形態のリフレクタは、第１リフレクタ１０５と第２リフレクタ１０６とからなっている。第１リフレクタ１０５は、反射面の形状が回転放物面の一部になっている。
【００３４】
この回転放物面は、発光点１０４を焦点としランプ軸１００Ａを中心軸とする放物線が、ランプ軸１００Ａを回転軸として回転されて描く曲面である。この回転放物面を、ランプ軸１００Ａを含んだ面（ＸＺ面）を挟んだ２つの領域に分割した曲面の、一方（Ｙ方向側）の曲面が、第１リフレクタ１０５の反射面になっている。
【００３５】
第２リフレクタ１０６は、反射面の形状が発光点１０４を中心とする球面の一部になっている。この球面を、ランプ軸１００Ａを含んだ面（ＸＺ面）を挟んだ２つの領域に分割した曲面の、一方（Ｙ方向側）の曲面が、第２リフレクタ１０６の反射面になっている。ここでは、発光管１０１の前記球状部の表面に反射材料が成膜され、この反射膜により第２リフレクタ１０６の反射面が形成されている。なお、第２リフレクタとしては、発光管１０１と独立して設けられたものであってもよい。
【００３６】
以上のような構成の光源装置１０において、発光点１０４から第２リフレクタ１０６に向けて発せられた光は、第２リフレクタ１０６で反射して折り返され、発光点１０４を通って第１リフレクタ１０５に入射する。発光点１０４から直接的に第１リフレクタ１０５に向けて発せられた光、及び発光点１０４から第２リフレクタ１０６を経て間接的に第１リフレクタ１０５に発せられた光は、第１リフレクタ１０５に入射する。第１リフレクタ１０５に入射した光は、回転放物面の焦点（発光点１０４）を通っているので、略平行光になって光源装置１０から射出される。
【００３７】
図３（ａ）は、照明光軸１Ａから光源装置１０を観察した光源装置１０の正面図であり、図３（ｂ）は、光源装置１０から射出される光の強度分布の一例を示すグラフである。なお、図３（ｂ）のグラフには、照明光軸１Ａと直交する面における光の強度分布を、標準化した値で示している。
【００３８】
本実施形態では、図３（ａ）に示すように、照明光軸１Ａに直交する面に投影した第１リフレクタ１０５の形状が略半円状になっており、この面に投影した第２リフレクタ１０６の形状も略半円状になっている。第１リフレクタ１０５の形状は、発光点１０４を通りＹ方向に平行な軸を対称軸として線対称になっている。また、第１リフレクタ１０５の形状は、発光点１０４を通りＸ方向に平行な軸に関して非対称になっている。
【００３９】
このような光源装置１０によれば、第２リフレクタ１０６に向けて発せられた光が第１リフレクタ１０５を経て取り出されるので、発光点１０４から第２リフレクタ１０６の影になる部分に第１リフレクタ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。
【００４０】
第２リフレクタ１０６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１０６の寸法を発光管１０１の球状部と同程度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、光源装置１０を格段に小型化することができる。
【００４１】
また、全周型リフレクタに比べて、光源装置１０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り、例えば本実施形態では略半分になる。これにより、光源装置１０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。
【００４２】
また、光源光の断面積が格段に低減されるが、一方で光源装置１０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。
【００４３】
一方で、光源光が第１リフレクタ１０５を経て取り出され、第１リフレクタ１０５が非対称な形状であることにより、光源装置１０から射出される光の強度分布は、非対称な分布になる。図３（ｂ）に示すように、光源装置１０からの光源光の強度分布は、Ｘ方向において良好な線対称性を有しているが、Ｙ方向においては線対称性が損なわれている。なお、強度分布の対称性については、以下のような方法により評価することができる。
【００４４】
まず、例えば図３（ｂ）に示したような光源光の強度分布を求める。例えば、光源装置の光軸に直交する面において単位面積あたりの照度を多点計測することや、数値シミュレーションを行うことにより強度分布が得られる。次に、対称性を評価する方向（例えば、Ｘ方向）を定め、評価対象となる領域内の適宜選択されるＸ座標に対してＹ方向の強度分布の積分値を求める。Ｘ座標を変化させつつ、Ｘ座標に対応した強度分布の積分値を求めることにより、Ｘ方向における積分値の分布が得られる。得られた積分値の分布に各種統計処理を行うこと等により、Ｘ方向における対称性を評価することができる。各種統計処理としては、積分値の極大値（ピーク）等を検出して、極大値を挟む両側で半値半幅を評価する処理等が挙げられる。
【００４５】
例えば、図３（ｂ）に示したデータを用いてＸ座標に対して積分値をプロットすると、得られたプロットにおいて、Ｘ方向の照明光軸１Ａを挟む両側に対称的なピークが存在する。このことから、光源装置１０から射出される光の強度分布はＸ方向において対称であることがわかる。また、Ｙ方向の対称性について評価すると、Ｘ方向に沿って積分した積分値のピークがＹ方向に１つ存在し、このピークの両側で積分値の分布における傾斜が異なっている。このことから、光源装置１０から射出される光の強度分布はＹ方向において非対称であることがわかる。
【００４６】
図２の説明に戻り、照度均一化光学系１１は、第１フライアイレンズアレイ１１ａと第２フライアイレンズアレイ１１ｂとからなっている。第１フライアイレンズアレイ１１ａは、複数のレンズ部１１１ａ〜１１４ａを有している。第２フライアイレンズアレイ１１ｂは、複数のレンズ部１１１ｂ〜１１４ｂを有している。レンズ部１１１ａ〜１１４ａ、１１１ｂ〜１１４ｂの各々は、照明光軸１Ａに直交する面に投影した平面形状が、例えば被照明領域の平面形状と相似な略長方形になっている。
【００４７】
本実施形態の偏光変換素子２は、複数の偏光変換ユニット２１〜２４を有している。
複数のレンズ部１１１ａ〜１１４ａ、複数のレンズ部１１１ｂ〜１１４ｂ、複数の偏光変換ユニット２１〜２４は、照明光軸１Ａと平行な軸上に並んだものが互いに対応しており、対応するものが一組になっている。例えば、第１フライアイレンズアレイ１１ａのレンズ部１１１ａと、第２フライアイレンズアレイ１１ｂのレンズ部１１１ｂと、偏光変換ユニット２１とが対応しており、これらが一組になっている。
【００４８】
光源装置１０から射出された光は、フィルタ１６を通った後に、空間的に分かれて第１フライアイレンズアレイ１１ａに入射する。空間的に分割された光Ｌ１〜Ｌ４の各々は、前記の一組の光学系に入射する。例えば、レンズ部１１１ａに入射した光Ｌ１は、レンズ部１１１ｂを経て偏光変換ユニット２１の入射領域に集光される。空間的に分割された光Ｌ１〜Ｌ４の各々は、対応する偏光変換ユニット２１〜２４を通った後に、コンデンサレンズ１２により被照明領域に重畳される。
【００４９】
本実施形態の偏光変換素子２は、本発明の偏光変換素子を適用したものである。以下、本発明の偏光変換素子に係る実施形態を詳しく説明する。
【００５０】
図４（ａ）は、偏光変換素子２の偏光変換ユニット２１を拡大して示す模式図であり、図４（ｂ）は、偏光変換ユニット２１における光の強度分布の変化を示す概念図である。なお、図４（ａ）には、偏光変換ユニット２１を図示しているが、偏光変換ユニット２２〜２４も偏光変換ユニット２１と同様の構成になっている。
【００５１】
図４（ａ）に示すように偏光変換ユニット２１は、偏光ビームスプリッタ膜（ＰＢＳ膜）２１１と、１／４位相板２１２と、反射部材２１３、反射膜２１４、２１５とを有している。ＰＢＳ膜２１１、反射部材２１３、反射膜２１４、２１５によりミラー系が構成されている。
【００５２】
ＰＢＳ膜２１１は、分離部として機能するものである。ＰＢＳ膜２１１は、偏光変換ユニット２１の入射領域になっており、レンズ部１１１ａ、１１１ｂを通った光Ｌ１は、ＰＢＳ膜２１１に集光される。ＰＢＳ膜２１１は、偏光変換素子２に入射する光の強度分布が非対称である方向（Ｙ方向）と、照明光軸１Ａに沿う方向（Ｚ方向）とに略直交する軸に対して略平行になっている。本実施形態のＰＢＳ膜２１１は、Ｘ方向に略平行、かつ照明光軸１Ａに対して略４５°の角度をなすように設けられている。
【００５３】
ＰＢＳ膜２１１は、光Ｌ１のうちのＰＢＳ膜２１１に対するＰ偏光を透過させるとともに、光Ｌ１のうちのＰＢＳ膜２１１に対するＳ偏光を反射させる特性を有している。すなわち、ＰＢＳ膜２１１を透過した時点の光Ｌ１１は、Ｐ偏光（偏光状態）であり、ＰＢＳ膜２１１で反射した時点の光Ｌ１５はＳ偏光（偏光状態）である。以下、ＰＢＳ膜２１１に対するＰ偏光を単にＰ偏光と称す場合があり、ＰＢＳ膜２１１に対するＳ偏光を単にＳ偏光と称する場合がある。
【００５４】
１／４位相板２１２は、反射部材２１３と組になり変換部として機能するものである。１／４位相板２１２は、照明光軸１Ａに沿う方向にＰＢＳ膜２１１から離れて配置されている。反射部材２１３は、照明光軸１Ａに沿う方向において、ＰＢＳ膜２１１と１／４位相板２１２との間に配置されている。ここでは、１／４位相板２１２、反射部材２１３は、いずれも光が入射する面が照明光軸１Ａと略直交するように配置されている。
なお、１／４位相板１２２に代えて、リタデーション値が１／４位相板と異なる位相板を用いてもよい。位相板は、この位相板を２回通った光の偏光方向が、この位相板に入射する前の偏光方向と略直交するように、光の偏光状態を変化させる特性のものであればよい。
【００５５】
ＰＢＳ膜２１１を透過した光Ｌ１１は、１／４位相板２１２を通って反射部材２１３で反射して折り返される。反射部材２１３で反射した光Ｌ１２は、再度、１／４位相板２１２を通ってＰＢＳ膜２１１に入射する。すなわち、ＰＢＳ膜を透過した透過光は、ＰＢＳ膜２１１に再度入射するまでの間に、１／４位相板２１２を２回通ることにより振動方向が略９０°回転する。これにより、光Ｌ１１は、偏光状態がＳ偏光に変換された光Ｌ１２になってＰＢＳ膜２１１に再度入射する。
【００５６】
ＰＢＳ膜２１１に再度入射した光Ｌ１２は、ＰＢＳ膜２１１で反射して光軸が略９０°折れ曲がる。ＰＢＳ膜２１１で反射した光Ｌ１３は、反射膜２１４に入射する。反射膜２１４は、ＰＢＳ膜２１１と略直交して設けられており、照明光軸１Ａと略４５°の角度をなしている。反射膜２１４に入射した光Ｌ１３は、反射膜２１４で反射して光軸が略９０°折れ曲がる。反射膜２１４で反射した光Ｌ１４は、照明光軸１Ａに沿う方向に偏光変換ユニット２１から射出される。
【００５７】
一方、光Ｌ１のうちのＰＢＳ膜２１１で反射した光Ｌ１５は、ＰＢＳ膜２１１で反射して光軸が略９０°折れ曲がり、反射膜２１５に入射する。反射膜２１５は、ＰＢＳ膜２１１と略平行に設けられており、照明光軸１Ａと略４５°の角度をなしている。反射膜２１５に入射した光Ｌ１５は、反射膜２１５で反射して光軸が略９０°折れ曲がる。反射膜２１５で反射した光Ｌ１６は、照明光軸１Ａに沿う方向に偏光変換ユニット２１から射出される。
【００５８】
以上のように、偏光変換ユニット２１において透過光が通る第１経路は、偏光変換ユニット２１の入射端面からＰＢＳ膜２１１に至る経路と、ＰＢＳ膜２１１から反射部材２１３に至る経路と、反射部材２１３からＰＢＳ膜２１１に至る経路と、ＰＢＳ膜２１１から反射膜２１４に至る経路と、反射膜２１４から偏光変換ユニット２１の射出端面に至る経路と、により構成されている。
【００５９】
偏光変換ユニット２１において反射光が通る第２経路は、偏光変換ユニット２１の入射端面からＰＢＳ膜２１１に至る経路と、ＰＢＳ膜２１１から反射膜２１５に至る経路と、反射膜２１５から偏光変換ユニット２１の射出端面に至る経路と、により構成されている。
【００６０】
以上のような構成の偏光変換ユニット２１において、偏光変換ユニット２１に入射する光Ｌ１は、この光の強度分布が非対称である方向（Ｙ方向）に分離されるとともに、分離された光の偏光状態が揃えられて、略同一の方向（Ｚ方向）に射出される。このように、偏光状態が揃えられた透過光と反射光とを略同一の方向に射出するミラー系が、ＰＢＳ膜２１１、反射部材２１３、反射膜２１４、２１５等の反射面により構成されている。
【００６１】
第１経路において透過光は、反射部材２１３、ＰＢＳ膜２１１、反射膜２１４でこの順に１回ずつ反射しており、第１経路における透過光の反射回数は３回（奇数）である。第２経路において反射光は、ＰＢＳ膜２１１、反射膜２１５でこの順に１回ずつ反射しており、第２経路における反射光の反射回数は２回（偶数）である。透過光と反射光とで反射回数の差が奇数（ここでは、１回）になっているので、偏光変換ユニット２１から射出される光は、全体としての強度分布の非対称性が光Ｌ１よりも緩和される。
以下、非対称性が緩和される仕組みについて説明する。
【００６２】
図３（ｂ）に示したように、光源装置１０から射出される光の強度分布は、Ｙ方向において非対称になっており、偏光変換ユニット２１に入射する光Ｌ１の強度分布もＹ方向において非対称になっている。ＰＢＳ膜２１１、反射部材２１３、反射膜２１４、２１５は、いずれも反射面がＸ方向と平行になっているので、これら反射面の各々で反射した光は、強度分布がＸ方向に平行な軸に対して反転する。
【００６３】
具体的には、図４（ｂ）に示すように光Ｌ１のうちの光Ｌ１１は、ＰＢＳ膜２１１を通った時点で光Ｌ１と同様の強度分布になっている。光Ｌ１１が反射部材２１３で反射すると、反射した光Ｌ１２は、光Ｌ１の強度分布を反転した強度分布になる。次に、光Ｌ１２がＰＢＳ膜２１１で反射すると、反射した光Ｌ１３は、光Ｌ１の強度分布を２回反転した強度分布、すなわち光Ｌ１と同じ強度分布になる。次に、光Ｌ１３が反射膜２１４で反射すると、反射した光Ｌ１４は、光Ｌ１の強度分布を反転した強度分布になる。
【００６４】
一方、Ｌ１のうちの光Ｌ１５は、ＰＢＳ膜２１１で反射した時点で光Ｌ１の強度分布を反転した強度分布になる。次に光Ｌ１５が反射膜２１５で反射すると、反射した光Ｌ１６は、光Ｌ１の強度分布を２回反転した強度分布、すなわち光Ｌ１と同じ強度分布になる。
【００６５】
結局のところ、光Ｌ１４の強度分布は、光Ｌ１６の強度分布をＸ方向に平行な軸に対して反転させた分布になっている。偏光変換ユニット２１から射出される光全体としては、光Ｌ１４と光Ｌ１６とがＹ方向に並んで射出されるので、Ｘ方向に平行な軸に対して対称な強度分布になる。このような光Ｌ１４と光Ｌ１６とが被照明領域にて重畳された光は、Ｙ方向の対称性が光Ｌ１よりも格段に改善される。また、偏光変換ユニット２２〜２４に入射した光Ｌ２〜Ｌ４についても、同様にＹ方向の対称性が格段に改善される
【００６６】
以上のような第１実施形態の照明装置１にあっては、第１リフレクタ１０５及び第２リフレクタ１０６に分割されたリフレクタを用いた光源装置１０を採用しているので、全周型リフレクタを用いた光源装置よりも照明装置１を小型化することができる。また、光源装置１０から射出される光の密度が、全周型リフレクタを用いた光源装置よも高くなるので、被照明領域における照度が高くなる。
【００６７】
また、光源装置１０から射出された光源光が空間的に分割されて被照明領域に重畳されるので、被照明領域における照度分布が均一になる。光源光が分割された光の各々についても、偏光変換素子２により強度分布の対称性が改善されている。したがって、被照明領域における照度分布が格段に均一になり、また偏光変換素子２と被照明領域との間に配置されるコンデンサレンズ１２等の光学素子において光の利用効率が高められる。
【００６８】
また、第１実施形態で説明した本発明の偏光変換素子２にあっては、透過光と反射光とで反射回数の差が奇数になっているので、偏光変換素子２から射出される光の対称性が入射前よりも改善される。また、偏光分離部を透過した透過光が通る第１経路に１つ以上の反射面が配置されており、透過光の反射回数が１回以上であるので、第２経路の光路長と第１経路の光路長と差を調整することができる。
【００６９】
例えば、図４（ａ）に示した偏光変換素子２において、第１経路の光路長は、第２経路の光路長よりもＰＢＳ膜２１１と反射部材２１３との間を往復分だけ長くなっている。この光路長の差は、反射膜２１５の配置を調整することにより調整可能である。例えば、反射膜２１５とＰＢＳ膜２１１との間の距離を長くすることにより、光路長の差をなくすことができる。これにより、第１経路において透過光が減衰する程度と、第２経路において反射光が減衰する程度とを揃えることができ、偏光変換素子から射出される光の対称性を良好にすることができる。また、透過光と反射光とで位相差を調整することもでき、射出された透過光と射出された反射光とが干渉することによる悪影響を低減することができる。
【００７０】
なお、第１実施形態では、第１リフレクタ１０５及び第２リフレクタ１０６に分割されたリフレクタを用いた光源装置１０を採用しているが、全周型リフレクタを用いた光源装置を採用してもよい。全周型リフレクタを用いた光源装置であっても、射出される光の強度分布が非対称である場合がある。例えば、型成形等により形成された２つのリフレクタ部品を貼り合せて全周型リフレクタを形成する場合には、部品の位置合わせ精度が不足すること等により、貼り合せる界面を挟む両側の互いの対称性が損なわれやすい。また、型成形に用いる金型等の精度が不十分であると、前記界面と平行な面内での対称性が損なわれやすい。このように、対称性が損なわれやすい方向が予測される場合に、本発明を適用すれば、強度分布の非対称性を改善することができる。
【００７１】
また、第１経路における透過光の反射回数や、第２経路における反射光の反射回数は、第１経路あるいは第２経路に配置する反射膜を含んだ反射面の数等により適宜変更可能である。いずれの場合であっても、透過光の反射回数が偶数であって反射光の反射回数が奇数であるか、もしくは透過光の反射回数が奇数であって反射光の反射回数が偶数であればよい。
また、第１実施形態では、ＰＢＳ膜２１１により分離部を構成しているが、ＰＢＳ膜の代わりにワイヤーグリッド等を用いてもよい。また、照度均一化光学系としては、重畳光学系の一部又は全部を兼ねたものであってもよい。
【００７２】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る照明装置の第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、本発明の偏光変換素子と異なる偏光変換素子により照明装置が構成されている点である。
【００７３】
図５（ａ）は、第２実施形態の照明装置３の概略構成を示す模式図であり、図５（ｂ）は偏光変換素子を拡大して示す模式図である。
図５（ａ）に示すように、照明装置３は、光源装置３０、照度均一化光学系３１、コンデンサレンズ３２、偏光変換素子３３、フィルタ３６を備えている。照明装置３において、偏光変換素子３３以外の構成要素は第１実施形態と同様のものである。光源装置３０から射出された光源光は、照明光軸３Ａに沿って進行し、フィルタ３６、照度均一化光学系３１、偏光変換素子３３、及びコンデンサレンズ３２をこの順に通って、被照明領域を照明する。
【００７４】
図５（ａ）に示すように偏光変換素子３３は、複数の偏光変換ユニット３３１を備えている。偏光変換ユニット３３１は、ＰＢＳ膜３３２、３３３と、１／４位相板３３４と、反射部材３３５とを有している。ＰＢＳ膜３３２は、光源装置３０から偏光変換ユニット３３１に光Ｌ５が入射する入射領域になっており、偏光分離部として機能する。
【００７５】
光Ｌ５は、第１実施形態と同様に強度分布がＹ方向において非対称になっており、光Ｌ５の光軸は、照明光軸３Ａと略平行になっている。ＰＢＳ膜３３２は、光Ｌ５の強度分布が非対称である方向（Ｙ方向）と照明光軸３Ａに沿う方向とに直交する方向（Ｘ方向）と略平行であって、照明光軸３Ａと略４５°の角度をなすように設けられている。
【００７６】
ＰＢＳ膜３３３は、ＰＢＳ膜３３２と直交して設けられており、照明光軸３Ａと略４５°の角度をなしている。反射部材３３５は、照明光軸１Ａに沿う方向においてＰＢＳ膜３３３よりも光源装置３０側に配置されている。１／４位相板３３４は、ＰＢＳ膜３３３と反射部材３３５との間に配置されている。１／４位相板３３４、反射部材３３５は、いずれも光が入射する面が照明光軸３Ａと略直交するように配置されている。
【００７７】
以上のような構成の偏光変換素子３３おいて、ＰＢＳ膜３３２に入射した光Ｌ５のうちのＰＢＳ膜３３２に対するＰ偏光が、ＰＢＳ膜３３２を透過して光Ｌ５１になる。光Ｌ５１は、そのまま偏光変換ユニット３３１から照明光軸３Ａに沿う方向に射出される。
【００７８】
光Ｌ５のうちのＰＢＳ膜３３２に対するＳ偏光は、ＰＢＳ膜３３２で反射して光軸が略９０°折れ曲がる。ＰＢＳ膜３３２で反射した光Ｌ５２は、ＰＢＳ膜３３３に入射して光軸が略９０°折れ曲がり、１／４位相板３３４を通って反射部材３３５に入射する。反射部材３３５に入射した光Ｌ５２は、反射部材３３５で反射して折り返され、１／４位相板３３４を通ってＰＢＳ膜３３３に再度入射する。反射光は、ＰＢＳ膜３３３で反射してから再度ＰＢＳ膜３３３に入射するまでの間に１／４位相板３３４を２回通ることにより、偏光状態がＰ偏光に変換される。Ｐ偏光になった光Ｌ５３は、ＰＢＳ膜３３３を通って、光Ｌ５１と同様に照明光軸３Ａに沿う方向に射出される。
【００７９】
このように光Ｌ５のうちの透過光は、偏光状態がＰ偏光のまま射出され、偏光変換ユニット３３１内での反射回数が０回（偶数）である。光Ｌ５のうちの反射光は、偏光状態がＳ偏光からＰ偏光に変換されて射出され、偏光変換ユニット３３１内での反射回数が３回（奇数）である。偏光変換ユニット内において、透過光の反射回数と反射光の反射回数との差が奇数（ここでは、３回）であるので、偏光変換ユニット３３１から射出される光は全体としての強度分布の非対称性が光Ｌ５よりも緩和される。
【００８０】
［第３実施形態］
次に、本発明に係る照明装置の第３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１リフレクタが回転楕円体の一部により構成されている点と、偏光変換素子が１つの偏光変換ユニットで構成されている点である。
【００８１】
図６は、第３実施形態の照明装置４の概略構成を示す模式図である。
図６に示すように、照明装置４は、光源装置４０、偏光変換素子４１、コンデンサレンズ４２、フィルタ４６、及び平行化レンズ（集光光学系）４７を備えている。コンデンサレンズ４２、フィルタ４６は、第１実施形態と同様のものである。
【００８２】
光源装置４０は、ランプ光源及びリフレクタにより構成されている。ランプ光源は、第１実施形態のものであり、照明光軸４Ａと平行なランプ軸４００Ａに沿う方向に延在している。ランプ光源は、発光管４０１、及び一対の電極４０２、４０３を有している。ランプ光源は、発光点４０４を有する点光源とみなすことができる。
【００８３】
光源装置４０のリフレクタは、第１リフレクタ４０５及び第２リフレクタ４０６により構成されている。第２リフレクタ３０６は、第１実施形態と同様のものである。本実施形態の第１リフレクタ４０５は、発光点４０４を第１焦点とする楕円をランプ軸４００Ａ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。この楕円の第２焦点の位置については、適宜設定することができる。第２焦点の位置を調整することにより、光源装置４０の光軸方向や光源装置４０から射出される光の角度分布等を調整することができる。ここでは、楕円の第２焦点が、ランプ軸４００Ａ上における平行化レンズ４７の焦点位置に設定されている。
【００８４】
光源装置４０において、発光点４０４から直接的に第１リフレクタ４０５に向けて発せられた光、及び発光点４０４から第２リフレクタ４０６を経て間接的に第１リフレクタ４０５に発せられた光は、第１リフレクタ４０５に入射する。第１リフレクタ４０５に入射した光は、第１リフレクタ４０５で反射して光源装置４０から射出されるとともに、第１リフレクタ４０５を構成する回転楕円体の第２焦点に集光される。光源装置４０から射出される光の強度分布は、第１実施形態と同様にＹ方向において非対称になっている。
【００８５】
光源装置４０から射出された光は、フィルタ４６により不要光が除去された後に、平行化レンズ４７に入射する。平行化レンズ４７の焦点が、第１リフレクタ４０５の前記第２焦点と一致していることにより、平行化レンズ４７に入射した光は、無限遠方に集光されて平行光となり偏光変換素子４１の入射領域に入射する。
【００８６】
偏光変換素子４１は、第１実施形態で説明した偏光変換ユニットと同様の構成になっている。偏光変換素子４１は、ＰＢＳ膜４１１と、１／４位相板４１２と、反射部材４１３、反射膜４１４、４１５とを有している。ＰＢＳ膜４１１は、偏光変換素子４１の入射領域になっている。
【００８７】
ＰＢＳ膜４１１に入射した光は、この光の強度分布が非対称である方向（Ｙ方向）に、透過光と反射光とに分離される。透過光は、第１実施形態と同様に偏光変換素子４１内で３回反射して、照明光軸４Ａと平行な方向に射出される。また、透過光は、ＰＢＳ膜４１１を通った時点でＰ偏光であるが、１／４位相板４１２を２回通ることにより、Ｓ偏光に変換されて射出される。反射光は、第１実施形態と同様に偏光変換素子４１内で２回反射して、照明光軸４Ａと平行な方向に射出される。偏光変換素子４１から射出された光は、入射前よりも強度分布の非対称性が改善されており。コンデンサレンズ４２を経て被照明領域を均一な照度で照明するようになっている。
【００８８】
なお、第３実施形態では照度均一化光学系を用いない例を説明したが、例えば平行化レンズ４７と偏光変換素子４１との間、あるいは偏光変換素子４１とコンデンサレンズ４２との間等に、第１実施形態で説明したような照度均一化光学系を配置してもよい。平行化レンズ４７と偏光変換素子４１との間に、照度均一化光学系を配置する場合には、偏光変換素子４１に代えて第１実施形態と同様に複数の偏光変換ユニットを有する偏光変換素子を用いるとよい。フライアイレンズアレイ（照度均一化光学系）のレンズ部と、偏光変換ユニットの入射領域とを対応させることにより、光の損失を低減することができる。
【００８９】
［プロジェクタ］
次に、図７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７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、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、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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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、カラー表示の画像が得られるようになっている。
【００９４】
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。また、偏光変換素子５０５により偏光状態が揃えられた照明光により液晶ライトバルブ５１ａ〜５１ｃを照明するので、照明光のほとんどを用いて画像を示す光を形成することができる。したがって、光の利用効率が良好になり、低消費電力のプロジェクタ５になる。
【００９５】
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】
【００９６】
【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】第１実施形態の照明装置を拡大して示す模式図である。
【図３】（ａ）は光源装置の正面図、（ｂ）は光源光の強度分布を示すグラフである。
【図４】（ａ）は本発明の偏光変換素子の拡大図、（ｂ）は強度分布の概念図である。
【図５】（ａ）は、第２実施形態の構成図、（ｂ）は偏光変換素子の拡大図である。
【図６】第３実施形態の照明装置４の概略構成を示す模式図である。
【図７】プロジェクタの実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００９７】
１、３、４、５０・・・照明装置、２、３３、４１・・・偏光変換素子、２１、３３１・・・偏光変換ユニット、２１１、３３２、４１１・・・ＰＢＳ膜（分離部）、２１２、３３４、４１２・・・１／４位相板、２１３、３３５、４１３・・・反射部材、２１４、２１５、４１４、４１５・・・反射膜、１２、３２、４２・・・コンデンサレンズ（重畳光学系）、１１、３１・・・照度均一化光学系（集光光学系）、４７・・・集光光学系、５１ａ〜５１ｃ・・・液晶ライトバルブ（画像形成装置）、５３・・・投射レンズ。
【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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