(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク波長が異なる第１及び第２照明光をそれぞれ発生する第１及び第２光源を有する光源装置と、
前記第１及び第２照明光が入射した場合に、当該第１及び第２照明光を合波して射出する合波手段と、
前記第２照明光を所定方向の直線偏光に変換して合波手段に入射させる偏光変換手段とを備え、
前記第１及び第２照明光は、３原色のいずれか１色にともに属することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記合波手段は、光の透過及び反射を利用する光合分岐素子であり、前記第２照明光のピーク波長は、前記所定方向の直線偏光に関する前記光合分岐素子による透過又は反射の第１エッジ波長と、前記所定方向に対して直交方向の直線偏光に関する前記光合分岐素子による透過又は反射の第２エッジ波長との間の較差発生領域に設定されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記第１照明光は、前記較差発生領域の外側において当該較差発生領域に近接して中心波長が設定されていることを特徴とする請求項２記載の照明装置。
【請求項４】
前記合波手段は、ダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の照明装置。
【請求項５】
前記第１及び第２光源は、固体光源であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の照明装置。
【請求項６】
前記偏光変換手段は、前記第２光源からの射出光が順次入射する一対の偏光ビームスプリッタと、後段の偏光ビームスプリッタの射出側に配設される波長板とを備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の照明装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項記載の照明装置と、
前記照明装置によって照明される空間光変調装置と、
前記空間光変調装置の像を投射する投射レンズと
を備えることを特徴とする投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調装置その他の表示デバイスを照明するための照明装置、並びにこれら空間光変調装置及び照明装置を用いて画像を投射する投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光波長が異なる複数種のＬＥＤ素子を組み込んだ光源装置を利用して、ＬＣＤ等のライトバルブを照明することが提案されている（特許文献１参照）。この光源装置では、発光波長の僅かに異なる一対の異種ＬＥＤ素子からの光束をダイクロイックミラーで合波することによって特定色の輝度を高めている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４２４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記光源装置では、ダイクロイックミラーの特性に起因して、一対の異種ＬＥＤ素子から射出される一対の光束の中心波長を所定以上に近づけることができない。つまり、色合成用のダイクロイックミラーは、通常Ｐ偏光とＳ偏光とで遮断周波数が異なるため、双方の偏光に対応する一対の遮断周波数に挟まれた波長域の両外側に一対の異種ＬＥＤ素子の発光中心波長を設定する必要がある。このような波長域は、５０ｎｍ程度に達する場合もあり、合波すべき一対の光束の中心波長差が大きくなり、合波後に得られる特定色の色純度が下がる。
【０００５】
そこで、本発明は、色純度を下げることなく輝度を向上させることができる照明装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、ピーク波長が異なる第１及び第２照明光をそれぞれ発生する第１及び第２光源を有する光源装置と、第１及び第２照明光が入射した場合に、これら第１及び第２照明光を合波して射出する合波手段と、第２照明光を所定方向の直線偏光に変換して合波手段に入射させる偏光変換手段とを備える。
【０００７】
上記照明装置では、偏光変換手段が第２照明光を所定方向の直線偏光に変換して合波手段に入射させるので、合波手段の合波特性が第２照明光の波長に関して偏波依存性を有している場合であっても、その特性に応じた偏光光を合波手段に入射させることができる。これにより、第１及び第２照明光を効率よく合波することができ、合波によって最終的に得られる照明光の輝度向上を図ることができる。ここで、「偏波依存性」とは、合波手段による合波効率等の特性が入射光の例えば偏光方向等の偏光状態によって異なることを意味する。
【０００８】
上記照明装置の具体的態様では、合波手段が、光の透過及び反射を利用する光合分岐素子であり、第２照明光のピーク波長が、所定方向の直線偏光に関する光合分岐素子による透過又は反射の第１エッジ波長と、所定方向に対して直交方向の直線偏光に関する光合分岐素子による透過又は反射の第２エッジ波長との間の較差発生領域に設定されている。この場合、光合分岐素子の透過反射特性においてＳ、Ｐの両偏光に対するエッジ波長の差が大きく無視できない較差発生領域が存在していても、これを補償した合波により輝度向上を図ることができる。
【０００９】
また、上記照明装置の別の具体的態様では、第１照明光が、較差発生領域の外側においてこの較差発生領域に近接して中心波長が設定されている。この場合、第１照明光と第２照明光との波長差を小さくすることができるので、実質的に同一色で高輝度の照明光を発生させることできる。
【００１０】
また、上記照明装置のさらに別の具体的態様では、合波手段が、ダイクロイックミラーである。この場合、簡単な構造の光学素子によって効率よい合波が可能になる。
【００１１】
また、上記照明装置のさらに別の具体的態様では、第１及び第２光源が、固体光源である。ここで、「固体光源」とは、ＬＥＤ、ＥＬ素子、ＬＤ等を含む概念である。この場合、光源制御が容易でありながら、特定波長光の輝度を高めることができる。
【００１２】
また、上記照明装置のさらに別の具体的態様では、偏光変換手段が、第２光源からの射出光が入射するロッドインテグレータと、このロッドインテグレータの射出端に配設される反射型偏光板と、ロッドインテグレータを通過した反射型偏光板からの戻り光をロッドインテグレータの入射端に戻す反射手段とを有する。
この場合、反射型偏光板によって反射された戻り光も反射手段等によって再利用されるので、所定方向の直線偏光である第２照明光を無駄なく効率的に取り出すことができる。
【００１３】
また、上記照明装置のさらに別の具体的態様では、偏光変換手段は、第２光源からの射出光が順次入射する一対の偏光ビームスプリッタと、後段の偏光ビームスプリッタの射出側に配設される波長板とを備える。この場合、偏光度の高い第２照明光を無駄なく効率的に取り出すことができる。
【００１４】
また、上記照明装置のさらに別の具体的態様では、第１及び第２照明光が、３原色のいずれか１色にともに属する。この場合、３原色のいずれかの輝度を純色度を損なうことなく簡易に高めることができる。
【００１５】
また、本発明に係る投射装置は、上述の照明装置と、照明装置によって照明される空間光変調装置と、空間光変調装置の像を投射する投射レンズとを備える。
ここで、「空間光変調装置」とは、例えば液晶ライトバルブに代表される光デバイスであり、デジタルミラーデバイス等を含む概念である。
【００１６】
上記投射装置では、上述の照明装置を組み込んでいるので、第１及び第２照明光を効率よく合波することができ、合波によって最終的に得られる照明光の輝度向上を図ることができ、高い輝度を有する画像を投射することができる。
【００１７】
また、本発明に係る別の投射装置は、３原色のうち第１及び第２照明光とは異なる他の２色にそれぞれ属する第３及び第４照明光をそれぞれ発生する第３及び第４光源をさらに有する上述の照明装置と、第１及び第２照明光と、第３照明光と、第４照明光とがそれぞれ入射した場合に、第１及び第２照明光と、第３照明光と、第４照明光とをそれぞれ個別に変調する３つの空間光変調装置と、各空間光変調装置からの変調光を合成して射出する光合成部材と、光合成部材を経て合成された３つの空間光変調装置の像を投射する投射レンズとを備える。
【００１８】
上記投射装置では、上述の照明装置を組み込んでいるので、第１及び第２照明光を効率よく合波することができ、合波によって最終的に得られる３原色の照明光の輝度向上を図ることができ、３つの空間光変調装置を利用して高い輝度を有するカラー画像を投射することができる。
【００１９】
また、上記投射装置の具体的態様では、空間光変調装置が、液晶ライトバルブである。この場合、小型の装置によって高輝度で高精細の画像を投射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る投射装置の構造を概念的に説明するブロック図である。この投射装置、すなわちプロジェクタ１０は、照明装置２０と、光変調装置３０と、投射レンズ４０とを備える。ここで、照明装置２０は、Ｇ光照明装置２１と、Ｂ光照明装置２３と、Ｒ光照明装置２５とを有する。また、光変調装置３０は、空間光変調装置である３つの液晶ライトバルブ３１，３３，３５と、光合成部材であるクロスダイクロイックプリズム３７とを有する。
【００２１】
照明装置２０において、Ｇ光照明装置２１は、中心波長が極めて近似する一対の照明光を発生する第１及び第２光源２１ａ，２１ｂと、これら光源２１ａ，２１ｂからの照明光を集光する凹面反射鏡２１ｄと、両光源２１ａ，２１ｂからの照明光を合波する合波手段であるダイクロイックミラーＤＭと、第２光源２１ｂからの照明光を所定の偏光光に変換するための偏光変換手段である偏光変換部ＰＣとを備える。ここにおいて、両光源２１ａ，２１ｂ及び一対の凹面反射鏡２１ｄは、光源装置を構成する。
【００２２】
第１及び第２光源２１ａ、２１ｂは、ともに固体光源とも呼ばれるＬＥＤであり、３原色のうち緑（Ｇ）の範疇に含まれるが中心波長がわずかに異なるＧ１光及びＧ２光をそれぞれ発生する。第１光源２１ａからの第１照明光ＩＧ１は、凹面反射鏡２１ｄによって無駄なく回収されてダイクロイックミラーＤＭに入射し、このダイクロイックミラーＤＭで反射されてロッドレンズ２１ｆに入射する。
一方、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２は、凹面反射鏡２１ｄによって無駄なく回収されて偏光変換部ＰＣに入射する。この偏光変換部ＰＣによってほぼＰ偏光のみに変換された第２照明光ＩＧ２は、ダイクロイックミラーＤＭに入射してこれを透過し、第１照明光ＩＧ１と合波された状態でロッドレンズ２１ｆに入射する。ロッドレンズ２１ｆに入射した第１及び第２照明光ＩＧ１，ＩＧ２は、ロッドレンズ２１ｆで均一化されて光変調装置３０を構成するＧ光用の液晶ライトバルブ３１に入射する。なお、ロッドレンズ２１ｆは、ロッドインテグレータとも呼ばれ、側面を反射面とした円柱又は角柱であり、これに入射した各種入射角度の光束を波面分割し重畳させることによって均一化して出力する。
【００２３】
図２は、偏光変換部ＰＣの構造を説明する図である。この偏光変換部ＰＣは、偏光状態を変更するための１／４波長板５２と、特定偏光成分を抽出するための反射型偏光板５３とを備える。ここで反射型偏光板５３は、グリッド型偏光子とも呼ばれ、光透過性の基板上にＡｌ等のストライプを数百ｎｍ程度のピッチで周期的に形成したものであり、入射光のうち所定方向の偏光光のみを選択的に透過させるとともに残りを反射させることができ、吸収によるロスがほとんどない。
【００２４】
第２光源２１ｂから正面方向に射出した第２照明光ＩＧ２は、１／４波長板５２にその一端Ｐ１から入射する。また、第２光源２１ｂから側面方向に射出した第２照明光ＩＧ２も、反射手段である凹面反射鏡２１ｄで反射されて１／４波長板５２の一端Ｐ１に入射する。一端Ｐ１から入射した光は次に反射型偏光板５３を通過する。１／４波長板５２を通過することによって、第２照明光ＩＧ２のうち直線偏光成分は円偏光に変換される。また、反射型偏光板５３を通過することにより、第２照明光ＩＧ２のうちＰ偏光のみが選択的に通過する。なお、反射型偏光板５３で反射された第２照明光ＩＧ２は、主にＳ偏光のみとなっているが、１／４波長板５２を通過することによって円偏光に変換されて凹面反射鏡２１ｄに戻される。凹面反射鏡２１ｄで反射した第２照明光ＩＧ２は、再度１／４波長板５２及び反射型偏光板５３に入射する。このような再入射光は、１／４波長板５２によって円偏光からＰ偏光に変換されて効率よく反射型偏光板５３を通過する。以上の説明から明らかなように、反射型偏光板５３からダイクロイックミラーＤＭに入射する第２照明光ＩＧ２は、第２光源２１ｂからの光を高い効率でＰ偏光にのみ変換したものとなっている。
【００２５】
ここで、ダイクロイックミラーＤＭは、以下に詳述するが、第１照明光ＩＧ１をほぼ１００％反射し、Ｐ偏光の第２照明光ＩＧ２も高い効率で透過するので、結果的に、両光源２１ａ，２１ｂからの両照明光ＩＧ１，ＩＧ２を極めて低損失で合波することができる。この際、両照明光ＩＧ１，ＩＧ２の波長が近いので、高い純色度で高輝度の固体Ｇ色光源を提供することができる。また、両光源２１ａ，２１ｂがともに光軸上に配置されるので、両光源２１ａ，２１ｂからの照明光の特性をそろえて液晶ライトバルブ３１に入射させることができ、液晶ライトバルブ３１による照明光の利用効率を高めることができる。
【００２６】
図３は、図２等に示すダイクロイックミラーＤＭの特性を説明するグラフである。グラフにおいて、横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は透過率（％）を示す。
このダイクロイックミラーＤＭは、ハイパスフィルタであるが、その主面が光軸に対して４５゜傾いているため、透過率が偏波依存性を有する。つまり、Ｐ偏光の透過端に相当する第１エッジ波長λＥ１（１０％透過）は約４９０ｎｍであり、Ｓ偏光の透過端に相当する第２エッジ波長λＥ２（１０％透過）は約５２５ｎｍである。なお、このグラフには、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂからの第１及び第２照明光ＩＧ１，ＩＧ２の輝度分布が任意単位（縦軸）で重ねて表示されている。グラフからも明らかなように、第１照明光ＩＧ１の中心波長λＧ１は、第１エッジ波長λＥ１よりも短波長側に設定されている。また、第２照明光ＩＧ２の中心波長λＧ２は、第１エッジ波長λＥ１と第２エッジ波長λＥ２との間、すなわちＰ偏光及びＳ偏光間で透過率が異なる較差発生領域に設定されている。
これにより、第１光源２１ａからの第１照明光ＩＧ１は、ダイクロイックミラーＤＭでほぼ１００％反射される。一方、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２は、偏光変換部ＰＣを経て高効率でＰ偏光に変換されているので、ダイクロイックミラーＤＭを高い割合で透過する。
【００２７】
なお、第１光源２１ａからの第１照明光ＩＧ１がダイクロイックミラーＤＭを透過するとともに、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２がダイクロイックミラーＤＭで反射されるといった構成によって、第１及び第２照明光の合波を行うこともできる。この場合、第２照明光ＩＧ２の中心波長λＧ２は、一対のエッジ波長λＥ１，λＥ２の間に設定されたままとするが、第１照明光ＩＧ１’の中心波長λＧ１’は、第２エッジ波長λＥ２よりも長波長側に設定される。これにより、第１光源２１ａからの第１照明光ＩＧ１’は、ダイクロイックミラーＤＭを高い割合で透過する。一方、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２は、配置方向を変更した偏光変換部ＰＣを経てＰ偏光ではなくＳ偏光に変換され、ダイクロイックミラーＤＭでほぼ１００％反射される。この結果、両光源２１ａ，２１ｂからの両照明光ＩＧ１’，ＩＧ２を極めて低損失で合波することができ、Ｇ光用の液晶ライトバルブ３１を高輝度で照明することができる。
【００２８】
図１に戻って、Ｂ光照明装置２３は、第３光源２３ａと、凹面反射鏡２３ｄと、ロッドレンズ２３ｆとを備える。第３光源２３ａは、３原色のうち青（Ｂ）の範疇に含まれるＢ光を発生するＬＥＤである。第３光源２３ａからの第３照明光ＩＢは、凹面反射鏡２３ｄによって無駄なく回収されてロッドレンズ２３ｆに入射する。ロッドレンズ２３ｆに入射した第３照明光ＩＢは、ロッドレンズ２３ｆで均一化されて光変調装置３０のうちＢ光用の液晶ライトバルブ３３に入射する。
【００２９】
Ｒ光照明装置２５は、第４光源２５ａと、凹面反射鏡２５ｄと、ロッドレンズ２５ｆとを備える。第４光源２５ａは、３原色のうち赤（Ｒ）の範疇に含まれるＲ光を発生するＬＥＤである。第４光源２５ａからの第４照明光ＩＲは、凹面反射鏡２５ｄによって無駄なく回収されてロッドレンズ２５ｆに入射する。ロッドレンズ２５ｆに入射した第４照明光ＩＲは、ロッドレンズ２５ｆで均一化されて光変調装置３０のうちＲ光用の液晶ライトバルブ３５に入射する。
【００３０】
各液晶ライトバルブ３１，３３，３５にそれぞれ入射した各照明装置２１，２３，２５からの光は、これら液晶ライトバルブ３１，３３，３５によってそれぞれ２次元的に変調される。各液晶ライトバルブ３１，３３，３５を通過した各色の光は、クロスダイクロイックプリズム３７で合成されて、その一側面から射出する。クロスダイクロイックプリズム３７から射出した合成光の像は、投射レンズ４０に入射してプロジェクタ１０外部に設けたスクリーン（不図示）に適当な拡大率で投影される。つまり、プロジェクタ１０によって、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５に形成された各ＲＧＢ色の画像を合成した画像が、スクリーン上に動画又は静止画として投射される。なお、図示を省略しているが、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の周辺の適所には、これらの液晶ライトバルブ３１，３３，３５を偏光光で照明し読み出すため、適当な偏光板が適当な状態で配置されている。
【００３１】
以上説明した第１実施形態のプロジェクタ１０によれば、ダイクロイックミラーＤＭ及び偏光変換部ＰＣを用いて第１及び第２照明光ＩＧ１，ＩＧ２を効率よく合波するので、合波によって最終的に得られるＧ色照明光の純色度を保ちつつ輝度向上を図ることができる。
【００３２】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係るプロジェクタについて説明する。このプロジェクタの構造は、図１に示す第１実施形態のものとほぼ同様であるが、ダイクロイックミラーの特性がローパスフィルタとなっている。
【００３３】
図４は、第２実施形態に係るプロジェクタ１０に組み込まれるダイクロイックミラーＤＭの特性を説明するグラフである。このダイクロイックミラーＤＭも、透過率が偏波依存性を有し、Ｐ偏光の透過端に相当する第１エッジ波長λＥ１（１０％透過）は約５２０ｎｍであり、Ｓ偏光の透過端に相当する第２エッジ波長λＥ２（１０％透過）は約４９０ｎｍである。このグラフには、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂからの第１及び第２照明光ＩＧ１，ＩＧ２の輝度分布が任意単位（縦軸）で重ねて表示されている。グラフからも明らかなように、第１照明光ＩＧ１の中心波長λＧ１は、第１エッジ波長λＥ１よりも長波長側に設定されている。また、第２照明光ＩＧ２の中心波長λＧ２は、第１エッジ波長λＥ１と第２エッジ波長λＥ２との間に設定されている。これにより、第１光源２１ａからの第１照明光ＩＧ１は、ダイクロイックミラーＤＭでほぼ１００％反射される。
一方、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２は、偏光変換部ＰＣを経て高効率でＰ偏光に変換されるので、ダイクロイックミラーＤＭを高い割合で透過する。
【００３４】
以上の説明では、第１照明光ＩＧ１がダイクロイックミラーＤＭで反射され、第２照明光ＩＧ２がダイクロイックミラーＤＭを透過するといった構成によって、第１及び第２照明光ＩＧ１，ＩＧ２の合波を行っているが、図３でも説明したように、第１光源２１ａからの第１照明光ＩＧ１’がダイクロイックミラーＤＭを透過するとともに、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２がダイクロイックミラーＤＭで反射されるといった構成によっても、第１及び第２照明光ＩＧ１’，ＩＧ２の合波を行うことができる。この場合、照明光ＩＧ２の中心波長λＧ２は、一対のエッジ波長λＥ１，λＥ２の間に設定されたままとするが、照明光ＩＧ１’の中心波長λＧ１’は、第２エッジ波長λＥ２よりも短波長側に設定される。これにより、第１光源２１ａからの第１照明光ＩＧ１’は、ダイクロイックミラーＤＭを高い割合で透過する。一方、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２は、偏光変換部ＰＣを経てＰ偏光ではなくＳ偏光に変換され、ダイクロイックミラーＤＭでほぼ１００％反射される。この結果、両光源２１ａ，２１ｂからの両照明光ＩＧ１，ＩＧ２を極めて低損失で合波することができる。
【００３５】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係るプロジェクタについて説明する。このプロジェクタの構造は、図１に示す第１実施形態のものとほぼ同様であるが、偏光変換部の構造が異なっている。
【００３６】
図５は、第３実施形態のプロジェクタにおける偏光変換部ＰＣの構造を説明する図である。この偏光変換部ＰＣは、偏光成分を抽出するための一対の偏光ビームスプリッタ１５１ａ、１５１ｂと、偏光状態を変更するための１／２波長板１５２とを備える。第２光源２１ｂから正面方向に射出した第２照明光ＩＧ２は、正面の偏光ビームスプリッタ１５１ａに入射する。また、第２光源２１ｂから側面方向に射出した第２照明光ＩＧ２も、凹面反射鏡２１ｄで反射されて正面の偏光ビームスプリッタ１５１ａに入射する。偏光ビームスプリッタ１５１ａに入射した第２照明光ＩＧ２は、偏光面ＰＰを通過してＳ偏光に変換される。一方、偏光面ＰＰで反射されたＰ偏光は、隣接する偏光ビームスプリッタ１５１ｂの偏光面ＰＰで反射されて１／２波長板１５２に入射する。１／２波長板１５２に入射したＰ偏光は、Ｓ偏光に変換されるので、結果的に偏光変換部ＰＣから射出される第２照明光ＩＧ２はほぼ完全にＳ偏光のみとなる。なお、図面では簡単のために、偏光変換部ＰＣのみを便宜的に側方から見た状態を描いているので、実際にダイクロイックミラーＤＭに入射する第２照明光ＩＧ２は、Ｐ偏光のみとなる。
【００３７】
以上のように、偏光変換部ＰＣを経てダイクロイックミラーＤＭに入射する第２照明光ＩＧ２は、第２光源２１ｂからの光を効率よくＰ偏光にのみ変換したものとなっている。つまり、両光源２１ａ，２１ｂからの両照明光ＩＧ１，ＩＧ２を極めて低損失で合波することができる。この際、両照明光ＩＧ１，ＩＧ２の波長が近いので、高い純色度で高輝度の固体Ｇ色光源を提供することができる。
【００３８】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係るプロジェクタについて説明する。このプロジェクタの構造は、図１に示す第１実施形態のものと類似するが、Ｇ光照明装置として、中心波長が異なる３つの光源を備え、これら３つの光源からの照明光を一対のダイクロイックミラーで合波する。
【００３９】
図６（ａ）は、Ｇ光照明装置の第１の構成例を説明するブロック図であり、図６（ｂ）は、Ｇ光照明装置の第２の構成例を説明するブロック図である。
【００４０】
図６（ａ）に示すＧ光照明装置２２１の場合、ＬＥＤ光源及び凹面反射鏡からなる光源装置２６１ａからの中心波長λ１の照明光をダイクロイックミラーＤＭ２で反射させる。また、同様の構造であるがＰ偏光に変換するための偏光変換素子をさらに有する光源装置２６１ｂからの中心波長λ２の照明光をダイクロイックミラーＤＭ１で反射させるとともにダイクロイックミラーＤＭ２に対して透過させる。さらに、Ｐ偏光変換用の偏光変換素子をさらに有する光源装置２６１ｃからの中心波長λ３の照明光をダイクロイックミラーＤＭ１及びダイクロイックミラーＤＭ２に対して透過させる。以上により、ダイクロイックミラーＤＭ２から射出される照明光は、各光源装置２６１ａ，２６１ｂ，２６１ｃからの照明光を合波した結果として高い輝度を有することになる。なお、一対のダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２は、以下に説明する反射透過特性を有し、上述の中心波長λ１，λ２，λ３の照明光の合波を可能にする。
【００４１】
図７は、第４実施形態に係るプロジェクタで用いるダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２の透過特性を説明するグラフである。グラフからも明らかなように、両ダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２はハイパスフィルタとなっているが、ダイクロイックミラーＤＭ１のエッジ波長の方が、ダイクロイックミラーＤＭ２のエッジ波長よりも長くなっている。また、両ダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２において、点線で示すＰ偏光のエッジ波長は、実線で示すＳ偏光のエッジ波長よりも短波長側にシフトしている。そして、光源装置２６１ａからの照明光の中心波長λ１は、ダイクロイックミラーＤＭ２のＰ偏光のエッジ波長よりも短波長側に設定されている。また、光源装置２６１ｂからの照明光の中心波長λ２は、ダイクロイックミラーＤＭ２のＰ偏光及びＳ偏光のエッジ波長間であって、ダイクロイックミラーＤＭ１のＰ偏光のエッジ波長よりも短波長側に設定されている。さらに、光源装置２６１ｃからの照明光の中心波長λ３は、ダイクロイックミラーＤＭ１のＰ偏光及びＳ偏光のエッジ波長間であって、ダイクロイックミラーＤＭ２のＳ偏光のエッジ波長よりも長波長側に設定されている。
【００４２】
図６（ｂ）に示す第２の構成例におけるＧ光照明装置３２１の場合、ＬＥＤ光源、凹面反射鏡、及び偏光変換素子からなる光源装置ａからの中心波長λ２でＳ偏光の照明光をダイクロイックミラーＤＭ２で反射させる。また、同様の構造を有する光源装置３６１ｂからの中心波長λ３でＳ偏光の照明光をダイクロイックミラーＤＭ１で反射させるとともにダイクロイックミラーＤＭ２に対して透過させる。さらに、偏光変換素子を有しない光源装置３６１ｃからの中心波長λ４の照明光をダイクロイックミラーＤＭ１及びダイクロイックミラーＤＭ２に対して透過させる。以上により、ダイクロイックミラーＤＭ２から射出される照明光は、各光源装置３６１ａ，３６１ｂ，３６１ｃからの照明光を合波した結果として高い輝度を有することになる。なお、一対のダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２は、図７に示す反射透過特性を有し、特に、光源装置３６１ｃからの照明光の中心波長λ４は、ダイクロイックミラーＤＭ１のＳ偏光のエッジ波長よりも長波長側に設定されている。
【００４３】
以上説明した第４実施形態のプロジェクタでは、３つの異なる光源装置２６１ａ，２６１ｂ，２６１ｃ（又は光源装置３６１ａ，３６１ｂ，３６１ｃ）からの照明光を同軸で結合することができるので、高輝度の単色固体光源を提供することができる。
【００４４】
〔第５実施形態〕
図８は、第５実施形態のプロジェクタを説明するブロック図である。第５実施形態のプロジェクタ４１０は、第１実施形態のプロジェクタ１０を変形したものであり、液晶ライトバルブの代わりにデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いている。
【００４５】
このプロジェクタ４１０は、照明装置４２０と、光変調装置でありティルトミラーデバイスとも呼ばれるデジタルミラーデバイス４３０と、投射レンズ４０とを備える。ここで、照明装置４２０は、Ｇ光用光源装置４２１と、Ｂ光用光源装置４２３と、Ｒ光用光源装置４２５と、クロスダイクロイックプリズム４２７と、ロッドレンズ４２８とを有する。
【００４６】
この照明装置４２０において、Ｇ光用光源装置４２１は、中心波長が近似する一対の照明光を発生する第１及び第２光源２１ａ，２１ｂと、これら光源２１ａ，２１ｂからの照明光を集光する凹面反射鏡２１ｄと、両光源２１ａ，２１ｂからの照明光を合波する合波手段であるダイクロイックミラーＤＭと、第２光源２１ｂからの照明光を所定の偏光光に変換する偏光変換手段である偏光変換部ＰＣとを備える。第１光源２１ａからの第１照明光ＩＧ１は、凹面反射鏡２１ｄによって無駄なく回収されてダイクロイックミラーＤＭに入射し、このダイクロイックミラーＤＭで反射されてクロスダイクロイックプリズム４２７に入射する。一方、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２は、凹面反射鏡２１ｄによって無駄なく回収されて偏光変換部ＰＣに入射する。偏光変換部ＰＣによってほぼＰ偏光に変換された第２照明光ＩＧ２は、ダイクロイックミラーＤＭに入射してこれを透過し、第１照明光ＩＧ１と合波された状態でクロスダイクロイックプリズム４２７に入射する。
【００４７】
Ｂ光用光源装置４２３は、第３光源２３ａと、凹面反射鏡２３ｄとを備える。
第３光源２３ａからの第３照明光ＩＢは、凹面反射鏡２３ｄによって無駄なく回収されてクロスダイクロイックプリズム４２７に入射する。
【００４８】
Ｒ光用光源装置４２５は、第４光源２５ａと、凹面反射鏡２５ｄとを備える。
第４光源２５ａからの第４照明光ＩＲは、凹面反射鏡２５ｄによって無駄なく回収されてクロスダイクロイックプリズム４２７に入射する。
【００４９】
クロスダイクロイックプリズム４２７では、各光源装置４２１，４２３，４２５からの照明光ＩＧ１，ＩＧ２，ＩＢ，ＩＲが合波され、ロッドレンズ４２８では、照明光ＩＧ１，ＩＧ２，ＩＢ，ＩＲが均一化される。
【００５０】
ロッドレンズ４２８から射出されたＲＧＢの合成光は、レンズ４２９ａ及びミラー４２９ｂを経てデジタルミラーデバイス４３０上に均一に投射される。この際、レンズ４２９ａの位置及び焦点距離を適宜調節することにより、デジタルミラーデバイス４３０を均一に照明することができる。
【００５１】
デジタルミラーデバイス４３０は、公知の構造を有し、２次元マトリックス状に配列され画素を構成する多数のマイクロミラーと、これらマイクロミラーの姿勢を個別に調節するアクチュエータと、アクチュエータの動作を制御する制御回路とを基板上に一体的に形成したものである。このデジタルミラーデバイス４３０に適当な画像信号を入力することにより、各画素に対応するマイクロミラーからの反射光が投射レンズ４０の瞳に入射したりしなかったりするので、投射レンズ４０によってデジタルミラーデバイス４３０に入力された画像信号に対応する画像がスクリーン（不図示）上に投射される。
【００５２】
図９は、第５実施形態のプロジェクタ４１０における１フレームの動作を説明する図である。図９（ａ）はフレーム期間を示し、図９（ｂ）はＧ階調表現信号を示し、図９（ｃ）はＢ階調表現信号を示し、図９（ｄ）はＲ階調表現信号を示し、図９（ｅ）はクロック信号を示す。図９（ｂ）のＧ階調表現信号は、Ｇ階調表現期間ＧＫに対応し、この間だけ図８に示す第１及び第２光源２１ａ，２１ｂが点灯する。また、図９（ｃ）のＢ階調表現信号は、Ｂ階調表現期間ＢＫに対応し、この間だけ図８の第３光源２３ａが点灯する。また、図９（ｄ）のＲ階調表現信号は、Ｒ階調表現期間ＲＫに対応し、この間だけ図８の第４光源２５ａが点灯する。図９（ｂ）に示すＧ階調表現期間ＧＫは、ｎビットの画像強度に対応してｎ個の単位時間（２０，２１，２２，…，２（ｎ−１））に分割されている。
例えばＧ光の特定画素の画像信号が最大値であるとき、ｎ個の単位時間の全て、つまりＧ階調表現期間ＧＫのほぼ全期間でデジタルミラーデバイス４３０の特定マイクロミラーをＯＮ状態とする。一方、Ｇ光の特定画素の画像信号が最小値であるとき、ｎ個の単位時間の全て、つまりＧ階調表現期間ＧＫのほぼ全期間で対応するマイクロミラーをＯＦＦ状態とする。このような手法により、Ｇ階調表現期間ＧＫ中、各画素におけるＧ色の強度信号に応じてマイクロミラーをＯＮ・ＯＦＦ時間が調節される。同様に、Ｂ階調表現期間ＢＫやＲ階調表現期間ＲＫも、ｎ個の単位時間に分割され、各色の強度信号に応じてマイクロミラーのＯＮ・ＯＦＦ時間が調節される。
【００５３】
以上のプロジェクタ４１０によれば、Ｇ色に対応する両光源２１ａ，２１ｂからの両照明光ＩＧ１，ＩＧ２を極めて低損失で合波してデジタルミラーデバイス４３０に入射させることができるので、投射される画像の輝度を高めることができるだけでなく、Ｇ色、Ｂ色、及びＲ色の各階調表現期間ＧＫ，ＢＫ，ＲＫを比較的近似した値とすることができ、デジタルミラーデバイス４３０の制御が比較的簡単でバランスの良いものとなる。
【００５４】
なお、以上説明した第５実施形態において、ダイクロイックミラーＤＭは、ハイパスフィルタに限らずローパスフィルタとすることができる。また、第１照明光ＩＧ１を反射させ第２照明光ＩＧ２を透過させて両者を合波するものに限らず、第１照明光ＩＧ１を透過させ第２照明光ＩＧ２を反射させて両者を合波することも可能である。
【００５５】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば第１実施形態のプロジェクタ１０では、光変調装置３０が透過型の液晶ライトバルブ３１，３３，３５で構成されているが、反射型の液晶素子で構成することもできる。また、液晶ライトバルブは、光書き込み型の液晶ライトバルブとすることもできる。
【００５６】
また、上記実施形態では、波長が近似する一対のＧ１光とＧ２光とを合波してＧ光の輝度を高める場合について説明しているが、他の色Ｒ、Ｂについても、波長が近似する一対の光源光を合波して１つの照明光とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態に係るプロジェクタの構造を示す図である。
【図２】図１の偏光変換素子の構造を説明する図である。
【図３】ダイクロイックミラーの特性を説明するグラフである。
【図４】第２実施形態のダイクロイックミラーの特性を説明する。
【図５】第３実施形態の偏光変換素子の構造を説明する図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態を説明する図である。
【図７】ダイクロイックミラーの透過特性を説明するグラフである。
【図８】第５実施形態に係るプロジェクタの構造を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｅ）は、図８の装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  プロジェクタ、    ２０  照明装置、    ２１  Ｇ光照明装置、    ２１ａ  第１光源、    ２１ｂ  第２光源、    ２３  Ｂ光照明装置、    ２３ａ  第３光源、    ２５  Ｒ光照明装置、    ２５ａ  第４光源、    ３０  光変調装置、    ３１，３３，３５  液晶ライトバルブ、    ３７  クロスダイクロイックプリズム、    ４０  投射レンズ、    ５２  波長板、    ５３  反射型偏光板、    ＤＭ  ダイクロイックミラー、    ＰＣ  偏光変換素子、    λＥ１  第１エッジ波長、    λＥ２  第２エッジ波長、    λＧ１，λＧ２  中心波長
【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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