(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の色の光を射出する光源と、
前記光源から射出した前記複数の色の光束のそれぞれを、複数の光束に空間的に分離し、該分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子上に照射する照明光学系と、
前記照明光学系と前記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を前記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、
前記複数の色の光束のそれぞれが前記照明光学系によって前記複数の光束に空間的に分離される位置に配置され、該分離された各色の複数の光束を透過し、該透過した各色の複数の光束のうち前記反射型偏光板にて反射された各色の光を前記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、
前記反射素子と前記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有し、
前記反射素子は、
前記複数の色のうちの一部の色の光を透過し、該一部の色以外の色の光を反射する第１の反射部と、
前記一部の色の光を反射し、前記一部の色以外の色の光を透過する第２の反射部と、を有する、照明装置。
【請求項２】
前記光源は、
赤色の波長帯域にピーク波長を有する第１の固体光源と、
緑色の波長帯域にピーク波長を有する第２の固体光源と、
青色の波長帯域にピーク波長を有する第３の固体光源と、を有し、
前記第１の反射部は、前記緑色の波長帯域の光を透過し、前記赤色および青色の波長帯域の光を反射し、
前記第２の反射部は、前記緑色の波長帯域の光を反射し、前記赤色および青色の波長帯域の光を透過する、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記照明光学系は、前記光源から射出した前記複数の色の光が一方の端面に供給され、該一方の端面から入射した各色の光が内部を伝播して他方の端面から射出される導光手段を有し、
前記導光手段の一方の端面は、該面の重心を通る、直交する第１および第２の直線により区画された第１乃至第４の領域を有し、
前記第２の固体光源から射出した緑色の光は、前記第１の直線を境界として隣接する前記第１および第２の領域に入射し、
前記第１の固体光源から射出した赤色の光は、前記第３の領域に入射し、
前記第３の固体光源から射出した青色の光は、前記第４の領域に入射し、
前記第１および第２の反射部は、前記導光手段の一方の端面に垂直な方向から見た場合に、前記第１の直線に沿った方向に交互に配置されている、請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１の固体光源から射出した赤色の光を前記第３の領域に入射させる第１の導光手段と、
前記第２の固体光源から射出した緑色の光を前記第１および第２の領域に入射させる第２の導光手段と、
前記第３の固体光源から射出した青色の光を前記第４の領域に入射させる第３の導光手段と、をさらに有する、請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光源は、
赤色の波長帯域にピーク波長を有する第１の固体光源と、
緑色の波長帯域にピーク波長を有する第２の固体光源と、
青色の波長帯域にピーク波長を有する第３の固体光源と、
黄色の波長帯域にピーク波長を有する第４の固体光源と、を有し、
前記第１の反射部は、前記緑色および青色の波長帯域の光を透過し、前記赤色および黄色の波長帯域の光を反射し、
前記第２の反射部は、前記緑色および青色の波長帯域の光を反射し、前記赤色および黄色の波長帯域の光を透過する、請求項１に記載の照明装置。
【請求項６】
前記照明光学系は、前記光源から射出した前記複数の色の光が一方の端面に供給され、該一方の端面から入射した各色の光が内部を伝播して他方の端面から射出される導光手段を有し、
前記導光手段の一方の端面は、該面の重心を通る、直交する第１および第２の直線により区画された第１乃至第４の領域を有し、
前記第１の固体光源から射出した赤色の光は、前記第３の領域に入射し、
前記第２の固体光源から射出した緑色の光は、前記第１の領域に入射し、
前記第３の固体光源から射出した青色の光は、前記第２の領域に入射し、
前記第４の固体光源から射出した黄色の光は、前記第４の領域に入射し、
前記第１および第２の反射部は、前記導光手段の一方の端面に垂直な方向から見た場合に、前記第１または第３の領域と前記第２または第４の領域との境界を示す前記第１の直線に沿った方向に交互に配置されている、請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第１の固体光源から射出した赤色の光を前記第３の領域に入射させる第１の導光手段と、
前記第２の固体光源から射出した緑色の光を前記第１の領域に入射させる第２の導光手段と、
前記第３の固体光源から射出した青色の光を前記第２の領域に入射させる第３の導光手段と、
前記第４の固体光源から射出した黄色の光を前記第４の領域に入射させる第４の導光手段と、をさらに有する、請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
照明装置と、
前記照明装置からの光が照射される表示素子と、
前記表示素子からの画像光を投射する投射光学系と、を有し、
前記照明装置は、
複数の色の光を射出する光源と、
前記光源から射出した前記複数の色の光束のそれぞれを、複数の光束に空間的に分離し、該分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子上に照射する照明光学系と、
前記照明光学系と前記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を前記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、
前記複数の色の光束のそれぞれが前記照明光学系によって前記複数の光束に空間的に分離される位置に配置され、該分離された各色の複数の光束を透過し、該透過した各色の複数の光束のうち前記反射型偏光板にて反射された各色の光を前記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、
前記反射素子と前記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有し、
前記反射素子は、
前記複数の色のうちの一部の色の光を透過し、該一部の色以外の色の光を反射する第１の反射部と、
前記一部の色の光を反射し、前記一部の色以外の色の光を透過する第２の反射部と、を有する、投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶プロジェクタに代表される投射型表示装置の照明装置に関し、特に、反射型偏光変換素子を備えた表示素子を照明する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２には、表示素子であるＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）を照明するための光源としてＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）を使用したプロジェクタが開示されている。この種のプロジェクタは、白色放電ランプを使ったプロジェクタに比べて、低コスト化を図ることが期待でき、また、小型で低消費電力、かつ、色再現範囲が広いとったパフォーマンスを実現することができる。【０００３】
また、表示素子として単一のＬＣｏＳ（Liquid  Crystal  on  Silicon）素子を用いたプロジェクタ（非特許文献１）や、表示素子として３枚の液晶パネルを使用したプロジェクタ（非特許文献２、３）もある。【０００４】
ところで、液晶プロジェクタでは、通常、偏光光を液晶パネルに照射する必要がある。一般に、ＬＥＤからの光は非偏光光であるため、液晶パネルを照明するための光源としてＬＥＤを用いる場合は、ＬＥＤからの光を偏光変換して、光利用効率を高めることが望ましい。【０００５】
例えば、表示パネルがＴＮ液晶（Twisted  Nematic  Liquid  Crystal）パネルである場合、ＬＥＤからの非偏光光の直交する直線偏光成分のうち、どちらか一方を他の偏光成分と同じになるように変換する。この偏光変換の効率が低いと、光利用効率が低下する。なお、偏光変換がまったく行われない場合は、約半分の光が照明光として利用されないことになる。【０００６】
非特許文献１に記載されたプロジェクタでは、CPC  reflectorと呼ばれる、複合放物面形状を有する導光部材によって、光源であるＬＥＤからの光束を略平行光束に変換する。この導光部材からの平行光束で表示パネルを照明する。【０００７】
導光部材からの光束の進行方向に、１／４波長板と反射型の偏光板が配置されている。偏光板は、例えばＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。偏光板で反射されたＳ偏光は、１／４波長板を通過する。１／４波長板を通過した光（円偏光）は、ＬＥＤまで戻り、ＬＥＤの表面で反射される。ＬＥＤの表面で反射された光は、導光部材にて平行化された後、１／４波長板を再び通過する。【０００８】
偏光板で反射されたＳ偏光のうち、ＬＥＤへ戻る過程と、ＬＥＤの表面で反射されて偏光板へ向かう過程とにおいて、１／４波長板を２回通過したものがＰ偏光に変換される。【０００９】
上記の他、特許文献３に記載の照明装置もある。この照明装置は、光源と、該光源からの光が一方の端面に入射するグラスロッドと、グラスロッドの他方の端面から射出された光束を集光する集光手段と、該集光手段により複数の光源像が形成される位置に設けられるＰＢＳ偏光変換アレイとを有する。【００１０】
ＰＢＳ偏光変換アレイは、第１および第２のプリズムが一方向に交互に配置されたものである。第１および第２のプリズムのそれぞれは、２つの直角プリズムを貼り合わせた直方体形状のプリズムである。【００１１】
第１のプリズムは、２つの直角プリズムの貼り合わせた面に、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光分離膜が形成されており、光がその偏光分離膜に対して略４５度の入射角で入射するように構成されている。【００１２】
第２のプリズムは、２つの直角プリズムの貼り合わせた面に反射膜が形成されており、第１のプリズムの偏光分離膜で反射されたＳ偏光の光がその反射膜に略４５度の入射角で入射するように構成されている。第２のプリズムの、反射膜で反射された光の進行方向に位置する面が射出面であり、この射出面に、Ｓ偏光をＰ偏光に変換するための１／２波長板が設けられている。第２のプリズムの、射出面と対向する面には、遮光板が形成されている。【００１３】
第１のプリズムから射出したＰ偏光の光と、第２のプリズムから射出したＰ偏光の光とは同じ方向に進行する。集光手段は、光源像が第１のプリズムの入射面に形成されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−１０６６８３号公報
【特許文献２】特開２００６−１０６６８２号公報
【特許文献３】特開２０００−２０６４６４号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】“Single-Panel  LCoS  Color  Projector  with  LED  Light  Source”  SID  05  DIGEST  pp1698-1701
【非特許文献２】“A  Handheld  Mini-Projector  Using  LED  Light  Sources”  SID  05  DIGEST  pp1706-1709
【非特許文献３】“Compact  Three  Panel  LED  Projector  Engine  for  Portable  Applications”  SID  06  DIGEST  pp2011-2014
【発明の開示】
【００１６】
しかし、非特許文献１に記載されたプロジェクタには、以下のような問題がある。
【００１７】
反射型の偏光板で反射された偏光成分の光は、効率よくＬＥＤの表面まで戻るが、ＬＥＤの表面では、戻った光の一部しか偏光板の方向に反射されない。このように、ＬＥＤの表面における光損失があるため、高い偏光変換効率を達成することはできない。
【００１８】
特許文献３に記載された照明装置においては、ＰＢＳ偏光変換アレイを用いているために、照明装置の小型化が困難である。例えば、最近の表示パネルの小型化により、ＰＢＳ偏光変換アレイの各プリズムのピッチを１ｍｍ程度にすることが要求される場合がある。そのようなピッチで第１および第２のプリズムを形成した場合、１／２波長板を第２のプリズムに貼り付けることは困難である。
【００１９】
今後は、表示パネルのさらなる小型化が予想されるため、ＰＢＳ偏光変換アレイを用いた照明装置における小型化の問題はより顕著になる。
【００２０】
本発明の目的は、上記の問題を解決し、偏光変換効率を高めて光利用効率を高めることができる小型の照明装置およびそれを用いた投射型表示装置を提供することにある。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の照明装置は、
複数の色の光を射出する光源と、
前記光源から射出した前記複数の色の光束のそれぞれを、複数の光束に空間的に分離し、該分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子上に照射する照明光学系と、
前記照明光学系と前記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を前記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、
前記複数の色の光束のそれぞれが前記照明光学系によって前記複数の光束に空間的に分離される位置に配置され、該分離された各色の複数の光束を透過し、該透過した各色の複数の光束のうち前記反射型偏光板にて反射された各色の光を前記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、
前記反射素子と前記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有し、
前記反射素子は、
前記複数の色のうちの一部の色の光を透過し、該一部の色以外の色の光を反射する第１の反射部と、
前記一部の色の光を反射し、前記一部の色以外の色の光を透過する第２の反射部と、を有する。
【００２２】
本発明の投射型表示装置は、
照明装置と、
前記照明装置からの光が照射される表示素子と、
前記表示素子からの画像光を投射する投射光学系と、を有し、
前記照明装置は、
複数の色の光を射出する光源と、
前記光源から射出した前記複数の色の光束のそれぞれを、複数の光束に空間的に分離し、該分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子上に照射する照明光学系と、
前記照明光学系と前記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を前記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、
前記複数の色の光束のそれぞれが前記照明光学系によって前記複数の光束に空間的に分離される位置に配置され、該分離された各色の複数の光束を透過し、該透過した各色の複数の光束のうち前記反射型偏光板にて反射された各色の光を前記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、
前記反射素子と前記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有し、
前記反射素子は、
前記複数の色のうちの一部の色の光を透過し、該一部の色以外の色の光を反射する第１の反射部と、
前記一部の色の光を反射し、前記一部の色以外の色の光を透過する第２の反射部と、を有する、投射型表示装置。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態である照明装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す照明装置の光源の構成を示す模式図である。
【図３Ａ】図１に示す照明装置の導光ロッドを示す斜視図である。
【図３Ｂ】図１に示す照明装置の導光ロッドの入射面を区画した例を示す模式図である。
【図３Ｃ】図３Ｂに示す導光ロッドの入射面の各領域と、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤとの対応関係を示す模式図である。
【図４Ａ】図１に示す照明装置の反射素子を示す斜視図である。
【図４Ｂ】図１に示す照明装置の反射素子を示す平面図である。
【図５】図４Ａに示す反射素子に設けられた一方の反射膜の分光透過特性を示す特性図である。
【図６】図４Ａに示す反射素子に設けられた他方の反射膜の分光透過特性を示す特性図である。
【図７】図１に示す照明装置における緑色ＬＥＤから射出した光束が表示素子に到達するまでの経路を光線追跡した結果を示す模式図である。
【図８】図１に示す照明装置における反射素子を透過した緑色の分離光束が反射型偏光板で反射されて反射素子に戻るまでの経路を光線追跡した結果を示す模式図である。
【図９】図１に示す照明装置における青色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤから射出した光束が表示素子に到達するまでの光路を光線追跡した結果を示す模式図である。
【図１０】図１に示す照明装置における青色ＬＥＤから射出した光束が表示素子に到達するまでの光路を光線追跡した結果を示す模式図である。
【図１１】図１に示す照明装置における赤色ＬＥＤから射出した光束が表示素子に到達するまでの光路を光線追跡した結果を示す模式図である。
【図１２】図１に示す照明装置における反射素子を透過した青色の分離光束が反射型偏光板で反射されて反射素子に戻るまでの経路を光線追跡した結果を示す模式図である。
【図１３】本発明の他の実施形態である照明装置の構成を示す模式図である。
【図１４】本発明の別の他の実施形態である照明装置における赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤと導光ロッドの入射面の各領域との対応関係を示す模式図である。
【図１５】図１４に示す構成を適用する照明装置における反射素子を示す平面図である。
【図１６】本発明の照明装置を備える投射型表示装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０１  光源
１０２  導光ロッド
１０３、１０４、１０６、１０７  照明レンズ
１０５  反射素子
１０８  位相差板
１０９  反射型偏光板
１１０  表示素子
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態である照明装置の構成を示す模式図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態の照明装置は、反射型偏光板１０９を備えた表示素子１１０を照明するものであって、反射型偏光板１０９の他に、光源１０１、導光ロッド１０２、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７、反射素子１０５および位相差板１０８を有する。
【００２８】
反射型偏光板１０９は、例えばワイヤグリッド型の偏光板であって、入射光のうち、第１の偏光（例えばＰ偏光）の光を透過し、第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光（例えばＳ偏光）の光を、入射方向とは逆の方向（反射素子１０５の方向）に反射するように構成されている。
【００２９】
表示素子１１０は、例えば液晶パネルよりなる。反射型偏光板１０９および表示素子１１０はいずれも、商用のものを使用可能である。表示素子１１０として、例えば対角が１．０インチの透過型の液晶パネルを用いることができる。
【００３０】
反射型偏光板１０９は、表示素子１１０の表示面（パネル面）の近傍に配置されることが望ましい。また、反射型偏光板１０９は、表示素子１１０と一体に形成されてもよい。例えば、表示素子１１０として液晶パネルを用いた場合、反射型偏光板１０９は、液晶パネルの入射側の基板と一体に形成されてもよい。
【００３１】
光源１０１は、例えばＬＥＤに代表される固体光源より構成される。具体的には、光源１０１は、波長が異なる色の光を出射する複数のＬＥＤからなるＬＥＤモジュールより構成される。
【００３２】
図２に、光源１０１の一例であるＬＥＤモジュールの構成を示す。図２を参照すると、ＬＥＤモジュール１０は、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４が基板１１上に形成されている。緑色ＬＥＤ１２の発光部は長方形形状であって、その大きさは３ｍｍ×８ｍｍである。緑色ＬＥＤ１２は、発光部の大きさが３ｍｍ×４ｍｍである２個の緑色ＬＥＤであってもよい。
【００３３】
青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の発光部も長方形形状であるが、その大きさは３ｍｍ×４ｍｍである。これら緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光部は隣接して配置されており、その全体としての大きさは６ｍｍ×８ｍｍである。
【００３４】
光源１０１は、図２に示した緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光部が導光ロッド１０２の一方の側の端面（入射端面）に対向するように配置される。緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光部からの光は、導光ロッド１０２の入射面に供給される。導光ロッド１０２の入射面は、各発光部からの光が入射する領域が規定されている。
【００３５】
図３Ａに、導光ロッド１０２を模式的に示す。図３Ｂに、導光ロッド１０２の入射端面における、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光部からの光が入射する領域を模式的に示す。
【００３６】
図３Ａに示すように、導光ロッド１０２は、断面の大きさが８ｍｍ×６ｍｍで、長さが２０ｍｍである角柱ロッドよりなる。図３Ｂに示すように、導光ロッド１０２の入射面は、その中心（重心）を通る、互いに直交する第１および第２の直線によって、４つの領域１〜４に区画されている。これら領域１〜４の大きさはいずれも、３ｍｍ×４ｍｍである。図３Ｂにおいて、第１および第２の直線は、ちょうどＹ軸およびＸ軸を示す直線に対応する。
【００３７】
緑色ＬＥＤ１２は、その発光部が領域１、２に対向するように配置される。青色ＬＥＤ１３は、その発光部が領域４に対向するように配置される。赤色ＬＥＤ１４は、その発光部が領域３に対向するように配置される。
【００３８】
図３Ｃに、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４と導光ロッド１０２の入射面２１の各領域との対応関係を模式的に示す。図３Ｃに示すように、緑色ＬＥＤ１２からの光は領域１、２内に入射し、青色ＬＥＤ１３からの光は領域４内に入射し、赤色ＬＥＤ１４からの光は領域３内に入射する。
【００３９】
ガラス製で安価に入手できるＢＫ７を使用して導光ロッド１０２を形成することができる。導光ロッド１０２の材質としては、光学ガラスのほか、光学プラスチックを用いても良い。導光ロッド１０２は、中心部分が空洞とされる中空タイプのものであってもよく、また、そのような空洞部を持たない中実タイプのものであってもよい。
【００４０】
緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光部からの光を領域１〜４に確実に入射させるために、各発光部と領域１〜４との距離はできるだけ近いほうが好ましい。
【００４１】
導光ロッド１０２の他方の端面（射出面）から射出された光の進行方向に、照明レンズ１０３、１０４、反射素子１０５、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８、反射型偏光板１０９、表示素子１１０がこの順番で配置されている。
【００４２】
導光ロッド１０２の射出面には、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光部に対応する光学像が形成される。各光学像は、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７によって表示素子１１０の表示面上に結像される。照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７はいずれも、片面または両面に球面形状を有するレンズであるが、非球面レンズを用いても構わない。
【００４３】
照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７の光軸（共軸）Ａは、導光ロッド１０２の断面の中心（重心）を通る中心軸Ｂと一致する。反射素子１０５、位相差板１０８、反射型偏光板１０９および表示素子１１０の中心（重心）は、光軸Ａ上に位置する。
【００４４】
緑色ＬＥＤ１２から導光ロッド１０２の入射面の領域１、２に入射した緑色の光束は、そのロッド内の内面において反射されて導光ロッド１０２の射出面から照明レンズ１０３の方向へ射出される。青色ＬＥＤ１３から導光ロッド１０２の入射面の領域４に入射した青色の光束は、そのロッド内の内面において反射されて導光ロッド１０２の射出面から照明レンズ１０３の方向へ射出される。赤色ＬＥＤ１４から導光ロッド１０２の入射面の領域３に入射した赤色の光束は、そのロッド内の内面において反射されて導光ロッド１０２の射出面から照明レンズ１０３の方向へ射出される。
【００４５】
導光ロッド１０２の射出面から射出した緑色、青色、赤色の各光束はそれぞれ、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に複数の光束に分離される。緑色、青色、赤色の各光束の分離光束の数は、導光ロッド１０２の内面における反射された回数に応じて決まる。また、照明レンズ１０６、１０７は、空間的に分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子１１０上に照射する。
【００４６】
すなわち、導光ロッド１０２、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７は、光源１０１から射出した各色の光束のそれぞれを複数の光束に分割し、該分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子１１０上に照射する照明光学系である。
【００４７】
反射素子１０５は、反射型偏光板１０９からの光を反射型偏光板１０９の方向へ反射するものであって、導光ロッド１０２の射出面から射出した緑色、青色、赤色の各光束が空間的に分離された位置に配置される。例えば、反射素子１０５は、照明レンズ１０４と照明レンズ１０６の間に配置される。
【００４８】
図４Ａに、反射素子１０５の斜視図を示し、図４Ｂに、反射素子１０５の平面図を示す。図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、反射素子１０５は、例えば厚さが１ｍｍ程度のガラス基板５０上に、複数の帯状の反射部５１1〜５１4、５２1〜５２4をアルミ蒸着により形成したものである。反射部５１1〜５１4、５２1〜５２4は、誘電体多層膜であってもよい。
【００４９】
導光ロッド１０２の射出面から射出し、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された緑色の各光束は、反射部５１1〜５１4に入射する。導光ロッド１０２の射出面から射出し、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された赤色の各光束は、反射部５２1〜５２4に入射する。これと同様に、導光ロッド１０２の射出面から射出し、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された青色の各光束も、反射部５２1〜５２4に入射する。
【００５０】
図５に、反射部５１1〜５１4の分光透過特性を示す。縦軸は透過率を示し、横軸は波長を示す。図５に示すように、反射部５１1〜５１4は、緑色の波長帯域の光を透過し、赤色の波長帯域および青色の波長帯域の光を反射する特性を有する。
【００５１】
図６に、反射部５２1〜５２4の分光透過特性を示す。縦軸は透過率を示し、横軸は波長を示す。図６に示すように、反射部５２1〜５２4は、赤色の波長帯域および青色の波長帯域の光を透過し、緑色の波長帯域の光を反射する特性を有する。
【００５２】
図４Ｂに示したように、反射部５１1〜５１4と反射部５２1〜５２4とは、Ｙ軸方向に交互に配置されている。導光ロッド１０２の入射面に垂直な方向から見た場合、図３Ｂに示したＹ軸方向と図４Ｂに示したＹ軸方向は一致する。反射素子１０５の重心（図４ＢのＸ軸およびＹ軸の交点に対応する。）は反射部５１3と反射部５２2の境界線上の中央部分にあり、この重心が光軸Ａ上に位置する。
【００５３】
反射素子１０５が配置された位置では、導光ロッド１０２の射出面の光学像（虚像）が複数形成される。反射素子１０５の位置に形成される各光学像は、赤色、緑色、青色の各色の分離光束に対応するものであり、それぞれの垂直方向（図４ＢのＹ軸方向）における幅は約５ｍｍである。赤色および青色の光束に対応する光学像は、反射素子１０５の反射部５２1〜５２4上に形成される。緑色の光束に対応する光学像は、反射素子１０５の反射部５１1〜５１4上に形成される。
【００５４】
また、反射素子１０５が配置された位置では、第２の偏光の光によって反射型偏光板１０９上に形成された像（導光ロッド１０２の射出面の赤色、緑色、青色の各色の光学像に対応する像）の光学像（虚像）が複数形成される。反射素子１０５の位置に形成される各光学像は、赤色、緑色、青色の各色の分離光束に対応するものであり、それぞれの垂直方向（図４ＢのＹ軸方向）における幅は約５ｍｍである。赤色および青色の光束に対応する光学像は、反射素子１０５の反射部５１1〜５１4のいずれかの反射部上に形成される。緑色の光束に対応する光学像は、反射素子１０５の反射部５２1〜５２4のいずれかの反射部上に形成される。
【００５５】
上記の光学像（虚像）に対応して、反射部５１1〜５１4、５２1〜５２4の幅は約５ｍｍとされている。なお、反射素子１０５に形成される反射部は、図４Ａおよび図４Ｂに示したものに限定されない。反射部の数および幅は、導光ロッド１０２の射出面から射出された光束が分離される数や、その光束の大きさにより決定される。
【００５６】
位相差板１０８は、１／４波長板であって、照明レンズ１０７と反射型偏光板１０９の間に配置されている。位相差板１０８の配置位置は、照明レンズ１０７と反射型偏光板１０９の間に限定されるものではない。位相差板１０８は、反射素子１０５と反射型偏光板１０９との間であれば、どこに配置されてもよい。
【００５７】
図１に示した構成では、位相差板１０８は、他の部材とは独立して設けられているが、これに限定されない。照明レンズ１０７の表示素子１１０側の面は平面とされており、その平面に、位相差板１０８を貼り合わせてもよい。この構成によれば、ガラス基板を共通利用することができるので、部品点数を削減することができる。
【００５８】
また、位相差板１０８は、反射素子１０５と一体で形成しても良い。例えば、図４Ａに示したガラス基板５０の、反射部５１1〜５１4、５２1〜５２4が形成された面とは反対の面に、位相差板１０８を貼り付けてもよい。この構成によっても、部品点数を削減することが可能である。
【００５９】
図１に示した照明装置において、照明光学系を構成する照明レンズ群は４枚の照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなるが、これに限定されない。照明レンズ群は、導光ロッド１０２の射出面に形成される光学像を表示素子１１０の表示面上に結像できるのであれば、どのようなレンズ構成としてもよい。
【００６０】
より望ましくは、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７の光学パラメータ（曲率半径や間隔、光軸の関係）は、次の２つの条件を満たす。
【００６１】
第１の条件は、導光ロッド１０２の射出面に形成される光学像を表示素子１１０の表示面上に結像することである。
【００６２】
第２の条件は、導光ロッド１０２の射出面から射出した赤色、緑色および青色の光束のそれぞれについて、空間的に複数の光束に分離するとともに、その分離位置において、反射型偏光板１０９からの反射光を、分離された各光束の間の領域に戻すことである。
【００６３】
次に、本実施形態の照明装置の動作について詳細に説明する。
（１）光源１０１の緑色ＬＥＤ１２から射出される緑色の光束についての動作：
図７は、緑色ＬＥＤ１２から射出した光束が表示素子１１０に到達するまでの経路を光線追跡した結果を示す模式図である。図７において、Ｙ軸は、光軸Ａに垂直な方向であって、表示素子１１０の表示面（パネル面）上に形成される画像の垂直方向に対応する。Ｚ軸は、光軸Ａに沿った方向に対応する。
【００６４】
図７を参照すると、緑色ＬＥＤ１２から射出した非偏光の緑色の光束は、図３Ｂに示した導光ロッド１０２の入射面の領域１、２に入射する。図７において、領域１、２は、導光ロッド１０２の中心軸Ｂより上側に位置する。
【００６５】
導光ロッド１０２内に入射した緑色の光は、ロッド内面で反射をくりかえしつつ伝搬し、射出面に到達する。このロッド内の伝搬過程で輝度の均一化が行われる。仮に、緑色ＬＥＤ１２の発光に輝度ムラがあった場合、導光ロッド１０２による輝度の均一化により、導光ロッド１０２の射出面においては、均一な照度分布が形成される。
【００６６】
導光ロッド１０２の射出面に形成された照明情報（矩形の緑色光源像）は、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなる照明レンズ群により表示素子１１０の表示面（パネル面）に結像される。
【００６７】
導光ロッド１０２の射出面から射出された非偏光の緑色の光束は、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に複数の光束に分離される。照明レンズ１０３、１０４により分離される光束の数は、導光ロッド１０２内の伝搬過程における反射の回数により決まる。
【００６８】
図７では、導光ロッド１０２から射出した非偏光の緑色の光束は、３つの光束に分離される。３つの分離光束のうち、光軸Ａからの高さを示す光線高（Ｙ軸方向の高さ）が最も小さな分離光束３１に着目すると、この分離光束３１は光軸Ａ上に位置しない。これは、図３Ｂに示したように、導光ロッド１０２の入射面における、緑色ＬＥＤ１２からの非偏光の緑色の光束が入射する領域が、導光ロッド１０２の中心軸Ｂより上側に位置するために、分離光束３１が光軸Ａに対して変位しながら拡大されることにより生じた結果である。
【００６９】
反射素子１０５は、照明レンズ１０３、１０４により分離された各緑色の分離光束が反射部５１1〜５１4のいずれかの反射部を透過するように配置されている。例えば、分離光束３１は反射部５１3を透過する。各緑色の分離光束は、反射部５２1〜５２4による遮蔽などの光損失の影響をほとんど受けずに、反射素子１０５を通過する。
【００７０】
反射素子１０５を通過した各緑色の分離光束は、照明レンズ１０６、１０７によって重畳され、その後、位相差板１０８を通過して反射型偏光板１０９に到達する。
【００７１】
反射型偏光板１０９では、位相差板１０８を通過した光束（非偏光光）のうち、第１の直線偏光光（例えば、Ｐ偏光光）は透過するが、第２の直線偏光光（例えば、Ｓ偏光光）は位相差板１０８の方向に反射される。
【００７２】
反射型偏光板１０９を透過した第１の直線偏光光は、表示素子１１０の表示面（パネル面）に照射される。照明レンズ１０６、１０７によって重畳された緑色の光束のうちの第１の直線偏光光で、表示素子１１０を照明する。これにより、照度分布が均一な緑色の照明光を提供することができる。
【００７３】
一方、反射型偏光板１０９で反射された第２の直線偏光光（Ｓ偏光光）は、位相差板１０８を通過し、その後、照明レンズ１０６、１０７を介して反射素子１０５の反射部５２1〜５２4のいずれかの反射部上に照射される。反射素子１０５では、反射型偏光板１０９からの緑色の反射光（Ｓ偏光光）が反射部５２1〜５２4のいずれか反射部によって反射型偏光板１０９の方向へ反射される。
【００７４】
図８に、反射素子１０５を透過した緑色の分離光束が反射型偏光板１０９で反射されて反射素子１０５に戻るまでの経路を光線追跡した結果を示す模式図である。図８には、図４Ａおよび図４Ｂに示した反射素子１０５の反射部５１2、５１3、５１4上のある領域（点）を透過した緑色の光線が光線４１として示されている。図８において、Ｙ軸は、光軸Ａに垂直な方向であって、表示素子１１０の表示面（パネル面）上に形成される画像の垂直方向に対応する。Ｚ軸は、光軸Ａに沿った方向に対応する。
【００７５】
反射素子１０５を通過した緑色の光線４１は、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８を順に通過して反射型偏光板１０９に到達する。緑色の光線４１は、反射素子１０５を通過した時点では非偏光光であり、位相差板１０８を通過した後も、非偏光光のままである。
【００７６】
位相差板１０８を通過した緑色の光線４１のうち、第１の直線偏光光は反射型偏光板１０９を透過し、第２の直線偏光光は、反射型偏光板１０９で位相差板１０８の方向に反射される。
【００７７】
反射型偏光板１０９で反射された緑色の第２の直線偏光光は、位相差板１０８を通過し、円偏光光として照明レンズ１０７に到達する。位相差板１０８からの光線（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７によって、図４Ａおよび図４Ｂに示した反射素子１０５の反射部５２1、５２2、５２3上に集光される。この集光された光線が、光線４２である。
【００７８】
反射素子１０５の入射面（または射出面）に垂直な方向（光軸Ａの方向）から見た場合、反射部５１2、５１3、５１4上の光線４１が透過する位置と、反射部５２1、５２2、５２3上の光線４２が照射される位置とは、光軸Ａを基準にして、点対象な位置関係にある。
【００７９】
反射素子１０５では、光線４２は反射部５２1、５２2、５２3によって反射型偏光板１０９の方向に反射される。反射部５２1、５２2、５２3で反射された光束（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８を順に通過して反射型偏光板１０９に到達する。
【００８０】
反射素子１０５からの反射光束（円偏光）は、位相差板１０８にて第１の偏光光（Ｐ偏光光）に変換される。位相差板１０８からの第１の偏光光（Ｐ偏光光）は、反射型偏光板１０９を透過して表示素子１１０に到達する。
（２）光源１０１の青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４から射出される青色および赤色の光束についての動作：
図９は、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４から射出した光束が表示素子１１０に到達するまでの光路を光線追跡した結果を示す模式図である。図９において、Ｙ軸は、光軸Ａに垂直な方向であって、表示素子１１０の表示面（パネル面）上に形成される画像の垂直方向に対応する。Ｚ軸は、光軸Ａに沿った方向に対応する。図面に向かって、赤色ＬＥＤ１４は奥側に位置し、青色ＬＥＤ１３は手前側に位置している。図９に示す例では、青色ＬＥＤ１３からの光束が、赤色ＬＥＤ１４からの光束と丁度、重なった状態になっている。
【００８１】
図１０は、青色ＬＥＤ１３から射出した光束が表示素子１１０に到達するまでの光路を光線追跡した結果を示す模式図である。図１０において、Ｘ軸は、図９のＹ軸に垂直な方向であって、表示素子１１０の表示面（パネル面）上に形成される画像の水平方向に対応する。Ｚ軸は、光軸Ａに沿った方向に対応する。
【００８２】
図１１は、赤色ＬＥＤ１４から射出した光束が表示素子１１０に到達するまでの光路を光線追跡した結果を示す模式図である。図１１において、Ｘ軸は、図９のＹ軸に垂直な方向であって、表示素子１１０の表示面（パネル面）上に形成される画像の水平方向に対応する。Ｚ軸は、光軸Ａに沿った方向に対応する。
【００８３】
図９および図１０を参照すると、青色ＬＥＤ１３から射出した非偏光の青色の光束は、図３Ｂに示した導光ロッド１０２の入射面の領域４に入射する。図９において、領域３は、導光ロッド１０２の中心軸より下側に位置する。
【００８４】
導光ロッド１０２内に入射した青色の光は、ロッド内面で反射をくりかえしつつ伝搬し、射出面に到達する。このロッド内の伝搬過程で輝度の均一化が行われる。仮に、青色ＬＥＤ１３の発光に輝度ムラがあった場合、導光ロッド１０２による輝度の均一化により、導光ロッド１０２の射出面においては、均一な照度分布が形成される。
【００８５】
導光ロッド１０２の射出面に形成された照明情報（矩形の青色光源像）は、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなる照明レンズ群により表示素子１１０の表示面（パネル面）に結像される。
【００８６】
導光ロッド１０２の射出面から射出した非偏光の青色の光束は、照明レンズ１０３、１０４により空間的に複数の光束に分離される。照明レンズ１０３、１０４により分離される光束の数は、導光ロッド１０２内の伝搬過程における反射の回数により決まる。
【００８７】
図９および図１０では、導光ロッド１０２から射出した非偏光の青色の光束は、３つの光束に分離される。反射素子１０５は、照明レンズ１０３、１０４により分離された各青色の分離光束がそれぞれ反射部５２1〜５２4のいずれかの反射部を透過するように配置されている。各青色の分離光束は、反射部５１1〜５１4による遮蔽などの光損失の影響をほとんど受けずに、反射素子１０５を通過する。
【００８８】
反射素子１０５を通過した各青色の分離光束は、照明レンズ１０６、１０７によって重畳され、その後、位相差板１０８を通過して反射型偏光板１０９に到達する。
【００８９】
位相差板１０８を通過した光束（非偏光光）のうち、第１の直線偏光光（例えば、Ｐ偏光光）が反射型偏光板１０９を透過し、第２の直線偏光光（例えば、Ｓ偏光光）は反射型偏光板１０９によって位相差板１０８の方向に反射される。
【００９０】
反射型偏光板１０９を透過した第１の直線偏光光は、表示素子１１０の表示面（パネル面）に照射される。照明レンズ１０６、１０７によって重畳された青色の光束のうちの第１の直線偏光光で、表示素子１１０を照明する。これにより、照度分布が均一な青色の照明光を提供することができる。
【００９１】
一方、反射型偏光板１０９で反射された第２の直線偏光光（Ｓ偏光光）は、位相差板１０８を通過し、その後、照明レンズ１０６、１０７を介して反射素子１０５の反射部５１1〜５１4上に照射される。反射素子１０５では、反射型偏光板１０９からの青色の反射光（Ｓ偏光光）が反射部５１1〜５１4のいずれかの反射部によって反射型偏光板１０９の方向へ反射される。
【００９２】
図１２に、反射素子１０５を透過した青色の分離光束が反射型偏光板１０９で反射されて反射素子１０５に戻るまでの経路を光線追跡した結果を示す模式図である。図１２には、図４Ａおよび図４Ｂに示した反射素子１０５の反射部５２1、５２2、５２3上のある領域（点）を透過した青色の光線が光線４３として示されている。図１２において、Ｙ軸は、光軸Ａに垂直な方向であって、表示素子１１０の表示面（パネル面）上に形成される画像の垂直方向に対応する。Ｚ軸は、光軸Ａに沿った方向に対応する。
【００９３】
反射素子１０５を通過した青色の光線４３は、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８を順に通過して反射型偏光板１０９に到達する。青色の光線４３は、反射素子１０５を通過した時点では非偏光光であり、位相差板１０８を通過した後も、非偏光光のままである。
【００９４】
位相差板１０８を通過した青色の光線４３のうち、第１の直線偏光光は反射型偏光板１０９を透過し、第２の直線偏光光は、反射型偏光板１０９で位相差板１０８の方向に反射される。
【００９５】
反射型偏光板１０９で反射された青色の第２の直線偏光光は、位相差板１０８を通過し、円偏光光として照明レンズ１０７に到達する。位相差板１０８からの光線（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７によって、図４Ａおよび図４Ｂに示した反射素子１０５の反射部５１2、５１3、５１4上に集光される。この集光された光線が、光線４４である。
【００９６】
反射素子１０５の入射面（または射出面）に垂直な方向（光軸Ａの方向）から見た場合、反射部５２1、５２2、５２3上の光線４３が透過する位置と、反射部５１2、５１3、５１4上の光線４４が照射される位置とは、光軸Ａを基準にして、点対象な位置関係にある。
【００９７】
反射素子１０５では、光線４４は反射部５１2、５１3、５１4によって反射型偏光板１０９の方向に反射される。反射部５１2、５１3、５１4で反射された光束（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８を順に通過して反射型偏光板１０９に到達する。
【００９８】
反射素子１０５からの反射光束（円偏光）は、位相差板１０８にて第１の偏光光（Ｐ偏光光）に変換される。位相差板１０８からの第１の偏光光（Ｐ偏光光）は、反射型偏光板１０９を透過して表示素子１１０に到達する。
【００９９】
図９および図１１に示すように、赤色ＬＥＤ１４から射出した赤色の光束についての動作も、上述した青色ＬＥＤ１３から射出した青色の光束についての動作と同じである。
【０１００】
本実施形態の照明装置によれば、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４から射出した緑色、青色および赤色の光束のそれぞれについて、反射型偏光板１０９で反射された各色の光のほとんどが、反射素子１０５の対応する反射部に到達する。これは、以下の第１乃至第３の条件により実現される。
【０１０１】
第１の条件は、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなるレンズ群の両側（入射側および射出側）に位置する導光ロッド１０２の射出面と表示素子１１０の表示面（パネル面）とが共役関係にあり、反射型偏光板１０９が表示素子１１０の表示面の近傍に配置されていることである。
【０１０２】
第２の条件は、導光ロッド１０２の入射面に垂直な方向から見た場合に、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光中心が導光ロッド１０２の中心軸上から外れている点である。より具体的には、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４のそれぞれから射出した緑色、青色および赤色の光束が、導光ロッド１０２の入射面の、その中心（重心）を通る、直交する２つの直線により区画された複数の領域のうちの異なる領域に入射するように設定する。
【０１０３】
第３の条件は、反射素子１０５を、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４から射出した緑色、青色および赤色の光束のそれぞれが空間的に分離される位置に配置することである。より具体的には、緑色、青色および赤色のいちの一部の色の光を透過し、残りの色の光を反射する第１の反射部と、一部の色の光を反射し、残りの色の光を透過する第２の反射部とが、導光ロッド１０２の入射面に垂直な方向から見た場合に、その入射面を区画する直線（例えば、図３ＢのＹ軸）の方向に交互に配置する。
【０１０４】
このような条件により、反射型偏光板１０９にて反射された各色の光のほとんどを、反射素子１０５の対応する反射部によって反射型偏光板１０９の方向に反射して再利用することができ、光利用効率を向上することができる。
【０１０５】
また、反射素子１０５の反射部５１1〜５１4、反射部５２1〜５２4は、蒸着処理により形成することができることから、反射部のピッチを１ｍｍ程度とすることは容易である。したがって、ＰＢＳ偏光変換アレイでは実現することが困難であった小型化の問題を解決することができ、照明装置の小型化を図ることができる。
【０１０６】
さらに、赤色および青色の光を反射する反射部５１1〜５１4は、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された赤色および青色の分離光束の隙間に位置するので、赤色および青色の分離光束のほとんどが反射素子１０５を通過する。同様に、緑色の光を反射する反射部５２1〜５２4は、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された緑色の分離光束の隙間に位置するので、緑色の分離光束のほとんどが反射素子１０５を通過する。これにより、光利用効率をさらに高めることが可能である。
【０１０７】
なお、図４に示した反射素子１０５では、反射部は帯状のものとされているが、これに限定されない。反射素子１０５が配置された位置では、第２の偏光の光によって反射型偏光板１０９上に形成された各色の像（導光ロッド１０２の射出面の各色の光学像に対応する像）の光学像（虚像）が複数形成されるが、これら光学像（虚像）が形成される領域にのみ、それぞれの色を反射する反射部を形成してもよい。
【０１０８】
また、導光ロッド１０２からの各色の光束が通過し、反射型偏光板１０９からの各色の反射光の少なくとも一部を、反射型偏光板１０９の方向へ反射させることができるのであれば、反射素子１０５は、照明レンズ群のどの位置に設けられてもよい。ただし、反射素子１０５の位置によっては、反射型偏光板１０９からの光の量に対する反射型偏光板１０９へ戻す光の量の割合が減少し、光利用効率向上の効果が半減する。
【０１０９】
光源１０１は、ＬＥＤ以外の光源であってもよい。例えば、アーク放電を利用したランプを光源１０１として用いてもよい。この場合は、ランプからの光を導光ロッド１０２の入射面に入射させるための集光レンズを用いる。
【０１１０】
照明光学系は、４枚の照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７を含むが、これに限定されない。照明光学系において、照明レンズ群は、導光ロッド１０２の射出面に形成される光学像を表示素子１１０の表示面上に結像でき、さらに、導光ロッド１０２の射出面からの光束を空間的に分離することができ、かつ、その光束が分離された位置において、反射型偏光板１０９からの反射光を、分離された各光束の間の領域に戻すことができるのであれば、どのような構成にしてもよい。なお、照明光学系は、導光ロッド１０２、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７の他に、他の光学部材を含んでいてもよい。
【０１１１】
光源１０１として、図２に示した構成（赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤが同一基板上に形成されたもの）を用いているが、これに限定されない。赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを別々の基板に形成し、それぞれの基板からの光を導光ロッドを用いて導光ロッド１０２に導くように構成してもよい。
【０１１２】
本発明の他の実施形態として、図１３に、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを別々の基板に形成した照明装置の特徴部を模式的に示す。
【０１１３】
図１３を参照すると、光源として、緑色の波長帯域にピーク波長を有する光源９６Ｇ、９７Ｇ、赤色の波長帯域にピーク波長を有する光源９８Ｒ、および青色の波長帯域にピーク波長を有する光源９９Ｂを有する。これら光源は、固体光源（例えばＬＥＤ）よりなる。
【０１１４】
光源９６Ｇからの光は、導光ロッド９１Ｇの一方の端面（入射面）に入射し、光源９７Ｇからの光は、導光ロッド９２Ｇの一方の端面（入射面）に入射する。導光ロッド９１Ｇ、９２Ｇは、直方体形状のロッド部および直角プリズム部からなる。直角プリズム部の直角を成す２つの面のうちの一方の面は、ロッド部の入射面とは反対の端面に光学的に結合され、他方の面は、導光ロッド９０２の一方の端面（入射面）に光学的に結合されている。ここで、光学的に結合とは、一方の光学部材の端面から射出した光のほとんどが他方の光学部材の端面に入射するように、それら光学部材を結合することを意味する。
【０１１５】
導光ロッド９０２の他方の端面（射出面）は、導光ロッド１０２の入射面の、図３Ｂに示した領域１、２に光学的に結合されている。
【０１１６】
光源９８Ｒからの光は、導光ロッド９３Ｒの一方の端面（入射面）に入射し、光源９９Ｂからの光は、導光ロッド９４Ｂの一方の端面（入射面）に入射する。導光ロッド９３Ｒ、９４Ｂも、直方体形状のロッド部および直角プリズム部からなる。
【０１１７】
導光ロッド９３Ｒにおいて、直角プリズム部の直角を成す２つの面のうちの一方の面は、ロッド部の入射面とは反対の端面に光学的に結合され、他方の面は、導光ロッド１０２の入射面の、図３Ｂに示した領域４に光学的に結合されている。
【０１１８】
導光ロッド９４Ｂにおいて、直角プリズム部の直角を成す２つの面のうちの一方の面は、ロッド部の入射面とは反対の端面に光学的に結合され、他方の面は、導光ロッド１０２の入射面の、図３Ｂに示した領域４に光学的に結合されている。
【０１１９】
図１３に示した構成を備える本他の実施形態の照明装置においても、前述した実施形態と同様の作用および効果を奏する。
【０１２０】
以上説明した各実施形態の照明装置は本発明の一例であり、その構成は適宜に変更することができる。例えば、光源１０１として赤色、緑色および青色の３つのＬＥＤを用いているが、これに限定されない。光源１０１として、射出される光の波長が異なる複数の固体光源（例えばＬＥＤ）を用いることができる。
【０１２１】
以下に、赤色、緑色、青色、黄色の４つのＬＥＤを用いた場合を説明する。
【０１２２】
図１４に、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤと導光ロッド１０２の入射面２１の各領域との対応関係を模式的に示す。図１４に示すように、緑色ＬＥＤからの光は領域１に入射し、青色ＬＥＤからの光は領域２に入射し、赤色ＬＥＤからの光は領域３に入射し、黄色ＬＥＤからの光は領域４に入射する。
【０１２３】
図１５に、反射素子１０５の平面図を示す。図１５を参照すると、反射素子１０５は、例えば厚さが１ｍｍ程度のガラス基板上に、複数の帯状の反射部１５１1〜１５１4、１５２1〜１５２4をアルミ蒸着により形成したものである。反射部１５１1〜１５１4、１５２1〜１５２4は、誘電体多層膜であってもよい。
【０１２４】
導光ロッド１０２の射出面から射出し、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された緑色および青色の各光束は、反射部１５１1〜１５１4に入射する。導光ロッド１０２の射出面から射出し、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された赤色および黄色の各光束は、反射部１５２1〜１５２4に入射する。
【０１２５】
反射部１５１1〜１５１4は、緑色および青色の波長帯域の光を透過し、黄色および赤色の波長帯域の光を反射する特性を有する。反射部１５２1〜１５２4は、黄色および赤色の波長帯域の光を透過し、緑色および青色の波長帯域の光を反射する特性を有する。
【０１２６】
図１４および図１５に示した構成を図１に示した照明装置に適用した場合、以下のような動作が行われる。
【０１２７】
導光ロッド１０２の射出面から射出された非偏光の緑色の光束は、照明レンズ１０３、１０４により空間的に複数の光束に分離される。同様に、導光ロッド１０２の射出面から射出された非偏光の青色の光束は、照明レンズ１０３、１０４により空間的に複数の光束に分離される。これら緑色および青色の各分離光束は、表示素子１０５の反射部１５１2〜１５１4を通過し、図７に示した経路で反射型偏光板１０９に到達する。
【０１２８】
反射型偏光板１０９を透過した第１の直線偏光光は、表示素子１１０の表示面（パネル面）に照射される。照明レンズ１０６、１０７によって重畳された緑色および青色の光束のうちの第１の直線偏光光で、表示素子１１０を照明する。これにより、照度分布が均一な緑色および青色の照明光を提供することができる。
【０１２９】
一方、反射型偏光板１０９で反射された緑色および青色の第２の直線偏光光（Ｓ偏光光）は、図８に示した経路で、反射素子１０５の反射部１５２1〜１５２3上に照射される。反射素子１０５では、反射型偏光板１０９からの緑色および青色の反射光（Ｓ偏光光）が反射部１５２1〜１５２3によって反射型偏光板１０９の方向へ反射される。
【０１３０】
反射部１５２1〜１５２3で反射された緑色および青色の光束（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８を順に通過して反射型偏光板１０９に到達する。
【０１３１】
反射素子１０５からの反射光束（円偏光）は、位相差板１０８にて第１の偏光光（Ｐ偏光光）に変換される。位相差板１０８からの第１の偏光光（Ｐ偏光光）は、反射型偏光板１０９を透過して表示素子１１０に到達する。
【０１３２】
また、導光ロッド１０２の射出面から射出された非偏光の赤色の光束は、照明レンズ１０３、１０４により空間的に複数の光束に分離される。同様に、導光ロッド１０２の射出面から射出された非偏光の黄色の光束は、照明レンズ１０３、１０４により空間的に複数の光束に分離される。これら赤色および黄色の各分離光束は、表示素子１０５の反射部１５２1〜１５２3を通過し、図９に示した経路で反射型偏光板１０９に到達する。
【０１３３】
反射型偏光板１０９を透過した第１の直線偏光光は、表示素子１１０の表示面（パネル面）に照射される。照明レンズ１０６、１０７によって重畳された赤色および黄色の光束のうちの第１の直線偏光光で、表示素子１１０を照明する。これにより、照度分布が均一な赤色および黄色の照明光を提供することができる。
【０１３４】
一方、反射型偏光板１０９で反射された赤色および黄色の第２の直線偏光光（Ｓ偏光光）は、図１２に示した経路で、反射素子１０５の反射部１５１2〜１５１4上に照射される。反射素子１０５では、反射型偏光板１０９からの赤色および黄色の反射光（Ｓ偏光光）が反射部１５１2〜１５１4によって反射型偏光板１０９の方向へ反射される。
【０１３５】
反射部１５１2〜１５１4で反射された赤色および黄色の光束（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８を順に通過して反射型偏光板１０９に到達する。
【０１３６】
反射素子１０５からの反射光束（円偏光）は、位相差板１０８にて第１の偏光光（Ｐ偏光光）に変換される。位相差板１０８からの第１の偏光光（Ｐ偏光光）は、反射型偏光板１０９を透過して表示素子１１０に到達する。
【０１３７】
以上の動作によれば、前述の各実施形態と同様の作用および効果を奏するとともに、赤色、緑色および青色の光に黄色の光を加えることで、前述の各実施形態のものよりも、色再現性に優れた照明光を得ることができる。
【０１３８】
また、図１４および図１５に示した構成において、黄色ＬＥＤの代わりに、青緑色ＬＥＤを用いてもよい。この場合は、図１４において、緑色ＬＥＤからの光は領域１に入射し、青緑色ＬＥＤからの光は領域２に入射し、赤色ＬＥＤからの光は領域３に入射し、青色ＬＥＤからの光は領域４に入射する。また、図１５において、反射部１５１1〜１５１4は緑色および青緑色の光を透過し、赤色および青色の光を反射する特性を有し、反射部１５２1〜１５２4は赤色および青色の光を透過し、緑色および青緑色の光を反射する特性を有する。
【０１３９】
黄色ＬＥＤや青緑色ＬＥＤは、白色ＬＥＤと蛍光体との組み合わせで容易に作製することができる。
【０１４０】
また、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤ（または青緑色ＬＥＤ）からの光をそれぞれ導光ロッド１０２の入射面２１の対応する領域に入射するための別の導光ロッドをさらに設けてもよい。具体的には、別の導光ロッドは、赤色ＬＥＤから射出した赤色の光を領域３に入射させる第１の導光ロッドと、緑色ＬＥＤから射出した緑色の光を領域１に入射させる第２の導光ロッドと、青色ＬＥＤから射出した青色の光を領域２に入射させる第３の導光ロッドと、黄色ＬＥＤ（または青緑色ＬＥＤ）から射出した黄色（または青緑色）の光を領域４に入射させる第４の導光ロッドと、を有する。
【０１４１】
上述した各実施形態の照明装置では、赤色、緑色、青色の３色の光源または赤色、緑色、青色、黄色（または青緑色）の４色の光源を用いているが、これに限定されない。光源は、２色以上の光を射出するものであればよい。ただし、２色の光源の場合は、導光ロッド１０２の入射面２１は、その重心を通る直線により区画された２つの領域を備え、第１の色の光が一方の領域（図３Ｂの領域１、２）内に入射し、第２の色の光が他方の領域（図３Ｂの領域３、４）内に入射する。また、図４Ａに示した反射部５１1〜５１4は第１の色の光を透過し、第２の色の光を反射する特性を有し、反射部５２1〜５２4は第２の色の光を透過し、第１の色の光を反射する特性を有する。
【０１４２】
以上説明したように、本発明の照明装置の一態様によれば、複数の色の光を射出する光源と、上記光源から射出した上記複数の色の光束のそれぞれを、複数の光束に空間的に分離し、該分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子上に照射する照明光学系と、上記照明光学系と上記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、上記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を上記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、上記複数の色の光束のそれぞれが上記照明光学系によって上記複数の光束に空間的に分離される位置に配置され、該分離された各色の複数の光束を透過し、該透過した各色の複数の光束のうち上記反射型偏光板にて反射された各色の光を上記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、上記反射素子と上記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有する。上記反射素子は、上記複数の色のうちの一部の色の光を透過し、該一部の色以外の色の光を反射する第１の反射部と、上記一部の色の光を反射し、上記一部の色以外の色の光を透過する第２の反射部と、を有する。
【０１４３】
上記の構成によれば、反射型偏光板にて反射された各色の光のほとんどを、反射素子の第１および第２の反射部にて反射型偏光板の方向に反射して再利用することで、光利用効率を向上することができる。
【０１４４】
また、反射素子の第１および第２の反射部は、蒸着処理により作製することができる。このような第１および第２の反射部のピッチを１ｍｍ程度とすることは容易である。したがって、ＰＢＳ偏光変換アレイでは実現することが困難であった小型化の問題を解決することができ、照明装置の小型化を図ることができる。
【０１４５】
次に、本発明の照明装置を用いた投射型表示装置の構成について説明する。
【０１４６】
図１６は、本発明の照明装置を備える投射型表示装置の構成を示す図である。
【０１４７】
図１６に示す投射型表示装置は、単板型液晶プロジェクタであって、その主要部は、制御部１００、表示素子１１０、照明装置１１１および投射光学系１１２からなる。
【０１４８】
照明装置１１１は、前述した実施形態のいずれかの構成を備える。表示素子１１０は、透過型のＴＮ液晶パネルやＬＣｏＳパネル等の液晶パネルを備える。照明装置１１１から出力された所定の偏光（Ｐ偏光またはＳ偏光）の色光（赤、緑、青）が液晶パネルに照射される。
【０１４９】
制御部１００は、外部映像供給装置から供給される映像信号（赤、緑、青）に基づき、照明装置１１１の光源１０１の点灯および表示素子１１０の液晶パネルの駆動をそれぞれ制御して、赤色、緑色、青色の映像を時分割で表示させる。例えば、光源１０１が図２に示した緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４を備える場合、制御部１００は、赤色の映像を表示する期間に、赤色ＬＥＤ１４を点灯させて液晶パネルに赤色の映像を表示させ、緑色の映像を表示する期間に、緑色ＬＥＤ１２を点灯させて液晶パネルにて緑色の映像を表示させ、青色の映像を表示する期間に、青色ＬＥＤ１３を点灯させて液晶パネルにて青色の映像を表示させる。
【０１５０】
投射光学系１１２は、表示素子１１０にて表示された映像（赤、緑、青）を不図示のスクリーン上に投射する。照明装置１１１の光学系（図１に示した照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７）の焦点位置に投射光学系１１２の瞳が位置する。すなわち、照明装置１１１の光学系と投射光学系１１２はテレセントリック系を構成する。
【０１５１】
本実施形態の投射型表示装置によれば、照明装置から高効率な照明光が液晶パネルに照射されるので、明るい投射画像を得られる。
【０１５２】
なお、上述の投射型表示装置において、照明装置１１１として、他の実施形態の照明装置を用いてもよい。
【０１５３】
また、照明装置１１１として、図１４や図１５に示したような、赤、緑、青、黄の各色のＬＥＤを有する照明装置を用いてもよい。この場合は、制御部１００は、上述した光源１０１の点灯制御において、緑色の映像を表示する期間に、緑色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤを同時に点灯させてもよい。また、制御部１００は、上述した光源１０１の点灯制御において、赤色の映像を表示する期間に、赤色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤを同時に点灯させてもよい。さらに、制御部１００は、上述した光源１０１の点灯制御において、緑色の映像を表示する期間に、緑色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤを同時に点灯させ、赤色の映像を表示する期間に、赤色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤを同時に点灯させてもよい。
【０１５４】
また、照明装置１１１として、赤、緑、青、青緑の各色のＬＥＤを有する照明装置を用いてもよい。この場合は、制御部１００は、上述した光源１０１の点灯制御において、緑色の映像を表示する期間に、緑色ＬＥＤおよび青緑色ＬＥＤを同時に点灯させてもよい。また、制御部１００は、上述した光源１０１の点灯制御において、青色の映像を表示する期間に、青色ＬＥＤおよび青緑色ＬＥＤを同時に点灯させてもよい。さらに、制御部１００は、上述した光源１０１の点灯制御において、緑色の映像を表示する期間に、緑色ＬＥＤおよび青緑色ＬＥＤを同時に点灯させ、青色の映像を表示する期間に、青色ＬＥＤおよび青緑色ＬＥＤを同時に点灯させてもよい。
【０１５５】
前述した各実施形態の照明装置によれば、赤色、緑色および青色の光を含む白色光（または、赤色、緑色、青色および黄色の光を含む白色光、もしくは赤色、緑色、青色および青緑色の光を含む白色光）を射出することができる。したがって、表示素子１１０の液晶パネルの各画素を、赤、緑、青のそれぞれの色のカラーフィルタを備える画素で構成することでも、フルカラー化が可能である。この場合は、制御部１００は、光源１０１の各色のＬＥＤをすべて点灯させ、赤、緑、青の色毎に各画素における表示／非表示の動作を時分割で行う。
【０１５６】
以上説明した照明装置および投射型表示装置は本発明の一例であり、その構成は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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