(57)【要約】【課題】  均一化光学系の横幅をなるべく狭くすることができる照明装置であって、両光源の収納や着脱が簡易で、周辺部等に色収差の発生しない照明装置を提供すること。【解決手段】  両光源２１，２２から射出された光束Ｌ１，Ｌ２は、第１プリズム体２４の第１の側面Ｓ１１に入射し、第２及び第３の側面Ｓ１２，Ｓ１３で全反射され、第４及び第５の側面Ｓ１４，Ｓ１５から、対向する第１及び第２の側面Ｓ２１，Ｓ２２を介して第２プリズム体２５中に入射する。両光束Ｌ１，Ｌ２は、第２及び第１の側面Ｓ２２，Ｓ２１でそれそれ内部反射されて、第３の側面Ｓ２３から第２プリズム体２５外に射出される。【選択図】  図１
2006058343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源光として第１の光束を射出する第１の光源と、
前記第１の光源と並んで配置されるとともに、光源光として第２の光束を射出する第２の光源と、
前記第１及び第２の光源に対向する第１の側面と、当該第１の側面から内部に入射した第１の光束を反射する第２の側面と、前記第１の側面から内部に入射した第２の光束を反射する第３の側面と、前記第２の側面で反射された第１の光束を射出する第４の側面と、前記第３の側面で反射された第２の光束を射出する第５の側面とを有する五角柱状の第１プリズム体と、
前記第１プリズム体の前記第５及び第４の側面に沿ってそれぞれ配置される第１及び第２の側面と、前記第１プリズム体の前記第１の側面と平行な第３の側面とを有する三角柱状の第２プリズム体と、を備え、
前記第２プリズム体の前記第２の側面は、前記第２プリズム体の前記第１の側面を介して内部に入射した前記第１の光束を内部反射させ、
前記第２プリズム体の前記第１の側面は、前記第２プリズム体の前記第２の側面を介して内部に入射した前記第２の光束を内部反射させ、
前記第２プリズム体の前記第３の側面は、前記第２プリズム体の前記第１及び第２の側面で反射された第１及び第２の光束を、当該第１及び第２の光束の輪郭の少なくとも一部が接する状態で射出させることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記第１プリズム体の前記第２及び第３の側面は、前記第１の側面を挟んで互いに離間しており、前記第２プリズム体の前記第４及び第５の側面は、前記第２及び第３の側面に挟まれて互いに隣接しており、当該第４及び第５の側面によって窪みが形成され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プリズム体の前記第２及び第５の側面と、前記第２プリズム体の前記第２の側面とは、互いに平行であり、前記第１プリズム体の前記第３及び第４の側面と、前記第２プリズム体の前記第１の側面とは、互いに平行であることを特徴とする請求項２記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の光源は、前記第１プリズム体の前記第１の側面の中心を通る光軸を挟んで互いに対称な位置に配置され、前記第１プリズム体の前記第２及び第３の側面は、前記光軸を挟んで互いに対称な位置に配置され、前記第１プリズム体の前記第４及び第５の側面は、前記光軸を挟んで互いに対称な位置に配置されていることを特徴とする請求項３記載の照明装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の光源は、前記第１及び第２の光束をそれぞれコリメートした状態で射出し、
前記第１の光源から射出された前記第１の光束は、前記第１プリズム体の前記第１の側面を経て、前記第２の側面からはみ出さないように前記第２の側面側に入射し、前記第２の光源から射出された前記第２の光束は、前記第１プリズム体の前記第１の側面を経て、前記第３の側面からはみ出さないように前記第４の側面側に入射することを特徴とする請求項３記載の照明装置。
【請求項６】
前記第１プリズム体の前記第４の側面と、前記第２プリズム体の前記第１の側面との間には、エアギャップが設けられており、前記第１プリズム体の前記第５の側面と、前記第２プリズム体の前記第２の側面との間にも、エアギャップが設けられてい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】
前記第１プリズム体の前記第２の側面で反射された前記第１の光束は、前記第１プリズム体の前記第４の側面に略垂直に入射し、前記第２プリズム体の前記第３の側面で反射された前記第２の光束は、前記第１プリズム体の前記第５の側面に略垂直に入射することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項記載の照明装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された光を変調する変調装置と、
前記変調装置によって変調された光を投射する投射光学系と、
を備えるプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ライトバルブ等を照明するための照明装置、並びに、かかる照明装置を組み込んだプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ライトバルブ用の照明装置として、例えば超高圧水銀ランプ等からなる一対の光源を横並びに配置し、両光源からの光源光をインテグレータレンズ等を用いて均一化するものが存在する（特許文献１参照）。このような照明装置では、複数の光源の組み合わせによって、明るい照明を達成することができる。
【０００３】
また、別の液晶ライトバルブ用の照明装置として、一対の光源を対向配置し、両光源から収束しつつ射出される光源光を、単一のプリズムを用いて結合した後に、インテグレータレンズ等を用いて均一化するものが存在する（特許文献２，３参照）。
【０００４】
また、別の液晶ライトバルブ用の照明装置として、一対の光源を対向配置し、両光源からのコリメートされた光源光をインテグレータレンズ等を用いて均一化する際に、一対の近接配置されたプリズムを用いて両光源光を結合するものが存在する（特許文献４参照）。
【０００５】
また、別の液晶ライトバルブ用の照明装置として、一対の光源を横並びに配置し、両光源からのコリメートされた光源光を、薄いプリズムを用いて互いに光路を近接させた後に、インテグレータレンズ等を用いて均一化するものが存在する（特許文献５参照）。
【０００６】
また、別の液晶ライトバルブ用の照明装置として、一対の光源を概ね対向配置し、両光源からのコリメートされた光源光を、プリズムを用いて互いに近接若しくは重ね合わせるものが存在する（特許文献６参照）。
【特許文献１】特開２００２−１１６４９９号公報
【特許文献２】特開２００２−７２０８３号公報
【特許文献３】特開２００２−３６５６７号公報
【特許文献４】特開平１１−３０７６７号公報
【特許文献５】特開平１１−１１９１４９号公報
【特許文献６】特開２０００−１８１３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特開２００２−１１６４９９号公報開示の照明装置は、一対の光源を横並びに配置するので、両光源のリフレクタの厚みにより、プロジェクタの光軸中心付近に光が通らない領域が形成され、インテグレータレンズ等の均一化光学系の横幅が無駄に広くなってしまう。
【０００８】
また、特開２００２−７２０８３号公報や特開２００２−３６５６７号公報に開示の照明装置は、一対の光源を対向配置するので、両光源が離れて配置され、両光源の組み込み方も互いに異なったものとなり、光源の交換や着脱が容易でなくなる。
【０００９】
また、特開平１１−３０７６７号公報に開示の照明装置も、一対の光源を対向配置するので、光源の交換や着脱が容易でなくなる。しかも、一対のプリズムが離間して配置されており、インテグレータレンズ等の均一化光学系の横幅が無駄に広くなる。
【００１０】
また、特開平１１−１１９１４９号公報に開示の照明装置は、薄いプリズムを用いて光源光の光路を互いに近接させるので、色収差が発生し、周辺部に色のにじみが発生する。
【００１１】
また、特開２０００−１８１３７６号公報に開示の照明装置は、一対の光源を概ね対向配置するので、両光源が離れて配置され、両光源の組み込み方も異なったものとなり、光源の交換や着脱が容易でなくなる。
【００１２】
そこで、本発明は、インテグレータレンズ等の均一化光学系の横幅をなるべく狭くすることができる照明装置であって、複数の光源の収納や着脱が簡易で、周辺部等に色収差の発生しない照明装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、上記のような照明装置を組み込んだ高輝度のプロジェクタ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】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、（ａ）光源光として第１の光束を射出する第１の光源と、（ｂ）第１の光源と並んで配置されるとともに、光源光として第２の光束を射出する第２の光源と、（ｃ）第１及び第２の光源に対向する第１の側面と、当該第１の側面から内部に入射した第１の光束を反射する第２の側面と、第１の側面から内部に入射した第２の光束を反射する第３の側面と、第２の側面で反射された第１の光束を射出する第４の側面と、第３の側面で反射された第２の光束を射出する第５の側面とを有する五角柱状の第１プリズム体と、（ｄ）第１プリズム体の第５及び第４の側面に沿ってそれぞれ配置される第１及び第２の側面と、第１プリズム体の第１の側面と平行な第３の側面とを有する三角柱状の第２プリズム体と、を備える。そして、本発明の照明装置では、（ｄ−１）第２プリズム体の第２の側面は、第２プリズム体の第１の側面を介して内部に入射した第１の光束を内部反射させ、（ｄ−２）第２プリズム体の第１の側面は、第２プリズム体の第２の側面を介して内部に入射した第２の光束を内部反射させ、（ｄ−３）第２プリズム体の第３の側面は、第２プリズム体の第１及び第２の側面で反射された第１及び第２の光束を、当該第１及び第２の光束の輪郭の少なくとも一部が接する状態で射出させる。
【００１５】
上記照明装置では、第１の光源からの第１の光束が、第１プリズム体の第１の側面を通過し、第２の側面で反射され、第４の側面から射出され、第２プリズム体の第１の側面を通過し、第２の側面で内部反射され、第３の側面から射出される。同様に、第２の光源からの第２の光束が、第１プリズム体の第１の側面を通過し、第３の側面で反射され、第５の側面から射出され、第２プリズム体の第２の側面を通過し、第１の側面で内部反射され、第３の側面から射出される。この際、第１の光源と第２の光源とが並んで配置されるので、両光源の効率的収納や着脱が可能になり、両光源の冷却等の効率も高めることができる。また、第１及び第２プリズム体の組み合わせによって、第１及び第２の光束を、第２プリズム体の第３の側面から、当該第１及び第２の光束の輪郭の少なくとも一部が接する状態で射出させるので、両光源の形状等に関わらず、プロジェクタの光軸中心付近に光を通すことができる。よって、第２プリズム体から輝度ムラの少ない光を射出させることができ、次段に設けられるインテグレータレンズ等の均一化光学系の横幅を可能な限り狭くすることができる。さらに、第１及び第２の光束の入射面である第１プリズム体の第１の側面と、第１及び第２の光束の射出面である第２プリズム体の第３の側面とが平行であるので、これらの側面での屈折を抑えることができ、第２プリズム体から射出される照明光の周辺等において着色が形成されることを防止できる。
【００１６】
本発明の具体的側面又は態様において、第１プリズム体の第２及び第３の側面が、第１の側面を挟んで互いに離間しており、第２プリズム体の第４及び第５の側面が、第２及び第３の側面に挟まれて互いに隣接しており、当該第４及び第５の側面によって窪みが形成される。この場合、第１プリズム体は、１つ稜において山ではなく谷が形成されて窪んだ五角柱状となっており、この窪みに第２プリズム体が一部嵌っている。
【００１７】
また、本発明の別の具体的側面において、第１プリズム体の第２及び第５の側面と、第２プリズム体の第２の側面とが、互いに平行であり、第１プリズム体の第３及び第４の側面と、第２プリズム体の第１の側面とが、互いに平行である。この場合、第１プリズム体の第１の側面から入射した第１及び第２の光束をそのままの角度で第２プリズム体の第３の側面から射出させることができる。
【００１８】
また、本発明の別の具体的側面において、第１及び第２の光源が、第１プリズム体の第１の側面の中心を通る光軸を挟んで互いに対称な位置に配置され、第１プリズム体の第２及び第３の側面が、光軸を挟んで互いに対称な位置に配置され、第１プリズム体の第４及び第５の側面が、光軸を挟んで互いに対称な位置に配置されている。この場合、第１の光源と第２の光源とが対称的に配置されることになり、アライメント等が簡単になるとともに、第２プリズム体から射出される光をより対称性の良いものとすることができる。
【００１９】
また、本発明の別の具体的側面において、第１及び第２の光源が、第１及び第２の光束をそれぞれコリメートした状態で射出し、第１の光源から射出された第１の光束が、第１プリズム体の第１の側面を経て、第２の側面からはみ出さないように第２の側面側に入射し、第２の光源から射出された第２の光束が、第１プリズム体の第１の側面を経て、第３の側面からはみ出さないように第４の側面側に入射する。この場合、第１及び第２の光源からの光束を無駄なく活用することができる。
【００２０】
また、本発明の別の具体的側面において、第１プリズム体の第４の側面と、第２プリズム体の第１の側面との間に、エアギャップが設けられており、第１プリズム体の第５の側面と、第２プリズム体の第２の側面との間にも、エアギャップが設けられている。この場合、第２プリズム体の第１及び第２の側面において、エアギャップを利用した全反射が可能になり、光束を効率的に合成することができる。
【００２１】
また、本発明の別の具体的側面において、第１プリズム体の第２の側面で反射された第１の光束が、第１プリズム体の第４の側面に略垂直に入射し、第２プリズム体の第３の側面で反射された第２の光束が、第１プリズム体の第５の側面に略垂直に入射する。この場合、第１プリズム体と第２プリズム体との接続部における反射ロス等を最小限に設定することができる。
【００２２】
また、本発明に係るプロジェクタは、（ａ）上述の照明装置と、（ｂ）照明装置から射出された光を変調する変調装置と、（ｃ）変調装置によって変調された光を投射する投射光学系とを備える。
【００２３】
上記プロジェクタでは、小型で高輝度にも拘わらず取扱性に優れる上述の照明装置を備えており、ムラが少ない光源光によって光変調装置を高輝度で照明することができるので、高輝度で高品質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】
【００２４】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る照明装置の具体的な構造を説明する図である。この照明装置２０は、第１及び第２の光源２１，２２と、光結合光学系２３とを備える。なお、両光源２１，２２は、図示を省略するホルダによって、光結合光学系２３に対してアライメントされた状態で個別に着脱可能に固定されている。
【００２５】
第１の光源２１と第２の光源２２とは、同一の構造及び形状を有し、ともに同一の方向に向いて並列に配置されている。各光源２１，２２は、略点状の発光体であるランプ本体２１ａ，２２ａと、ランプ本体２１ａ，２２ａから射出される光源光をコリメートするための凹面鏡２１ｂ，２２ｂとを備える。ここで、ランプ本体２１ａ，２２ａは、例えば高圧水銀ランプからなり、白色の光源光を発生する。また、凹面鏡２１ｂ，２２ｂは、例えばパラボラミラーであり、ランプ本体２１ａからの可視光線を平行光束として光結合光学系２３に入射させる。
【００２６】
以上において、第１の光源２１と第２の光源２２とは、光結合光学系２３の中心を通る光軸ＯＡを挟んで互いに対称な位置に配置されている。また、両光源２１，２２の光軸ＯＡ１，ＯＡ２は、ともに光結合光学系２３の光軸ＯＡに平行に設定されている。これにより、両光源２１，２２を本体側である光結合光学系２３に対して共通の方向から取り付けたり交換することが可能になる。
【００２７】
光結合光学系２３は、１つの稜（エッジ）を凹ませた五角柱状の第１プリズム体２４と、三角柱状の第２プリズム体２５とを備える。第１プリズム体２４に設けた窪みには、第２プリズム体２５の一部が嵌り込んでいる。これら第１及び第２プリズム体２４，２５は、非常に薄いエアギャップを介して相互にアライメントされて固定された状態となっている。なお、両プリズム体２４，２５を相互にアライメントして固定・保持するための接着剤や固定部材については図示を省略している。
【００２８】
光結合光学系２３を構成する第１プリズム体２４は、第１及び第２の光源２１，２２に対向する第１の側面Ｓ１１と、この第１の側面Ｓ１１を挟んで互いに離間する第２及び第３の側面Ｓ１２，Ｓ１３と、これらの第２及び第３の側面Ｓ１２，Ｓ１３に挟まれて互いに隣接する第４及び第５の側面Ｓ１４，Ｓ１５とを備える。
【００２９】
ここで、第１の側面Ｓ１１は、第１及び第２の光源２１，２２からの第１及び第２の光束Ｌ１，Ｌ２が第１プリズム体２４中に垂直入射する入射面となっている。第２の側面Ｓ１２は、第１の側面Ｓ１１に対して６０゜の角度を成しており、第１の側面Ｓ１１から内部に入射した第１の光源２１からの第１の光束Ｌ１を全反射する。第３の側面Ｓ１３も、第１の側面Ｓ１１に対して６０゜の角度を成しており、第１の側面Ｓ１１から内部に入射した第２の光源２２からの第２の光束Ｌ２を全反射する。第４の側面Ｓ１４は、第２の側面Ｓ１２に対して６０゜の角度を成しており、第２の側面Ｓ１２で全反射された第１の光束Ｌ１を垂直方向に射出する。第５の側面Ｓ１５は、第３の側面Ｓ１３に対して６０゜の角度を成しており、第３の側面Ｓ１３で全反射された第２の光束Ｌ２を垂直方向に射出する。
【００３０】
以上において、第１プリズム体２４の第２及び第３の側面Ｓ１２，Ｓ１３は、第１の側面Ｓ１１の中心を通る光軸ＯＡを挟んで互いに対称な位置に配置されており、その第４及び第５の側面Ｓ１４，Ｓ１５も、光軸ＯＡを挟んで互いに対称な位置に配置されている。また、第１プリズム体２４の第２及び第５の側面Ｓ１２，Ｓ１５は互いに平行であり、その第３及び第４の側面Ｓ１３，Ｓ１４も互いに平行である。さらに、第１及び第２の側面Ｓ１１，Ｓ１２間の稜Ｅ１から第４及び第５の側面Ｓ１４，Ｓ１５間の窪んだ稜Ｅ３を臨む角度は３０゜となっており、第１及び第２の側面Ｓ１１，Ｓ１３間の稜Ｅ２から上述の稜Ｅ３を臨む角度も３０゜となっている。
【００３１】
一方、光結合光学系２３を構成する第２プリズム体２５は、第１プリズム体２４の第４の側面Ｓ１４に近接・対向しこれに沿って平行に延びる第１の側面Ｓ２１と、第１プリズム体２４の第５の側面Ｓ１５に近接・対向しこれに沿って平行に延びる第２の側面Ｓ２２と、これら第１及び第２の側面Ｓ２１，Ｓ２２に対して６０゜の角度を成すとともに第１プリズム体２４の第１の側面Ｓ１１に対して平行に形成された第３の側面Ｓ２３とを備える。
【００３２】
ここで、第１の側面Ｓ２１は、対面する第１プリズム体２４の第４の側面Ｓ１４から射出された第１の光束Ｌ１を第２プリズム体２５中に導くとともに、第２の側面Ｓ２２からの第２の光束Ｌ２を全反射する。一方、第２の側面Ｓ２２は、対面する第１プリズム体２４の第５の側面Ｓ１５から射出された第２の光束Ｌ２を第２プリズム体２５中に導くとともに、第１の側面Ｓ２１からの第１の光束Ｌ１を全反射する。第３の側面Ｓ２３は、第１及び第２の側面Ｓ２１，Ｓ２２で反射された第１及び第２の光束Ｌ１，Ｌ２を、その内側の輪郭が接するような状態で外部に射出させる。
【００３３】
以上において、第２プリズム体２５の第２及び第３の側面Ｓ２１，Ｓ２２は、第３の側面Ｓ２３の中心を通る光軸ＯＡを挟んで互いに対称な位置に配置されている。
【００３４】
図１に示す照明装置２０の動作について説明する。第１の光源２１から射出された光軸ＯＡに平行な第１の光束Ｌ１は、第１プリズム体２４の第１の側面Ｓ１１の稜Ｅ１側に入射し、第２の側面Ｓ１２で全反射されて光軸ＯＡに対して６０゜の方向に進む。この第１の光束Ｌ１は、第４の側面Ｓ１４から第１プリズム体２４の外部に射出され、対向する第１の側面Ｓ２１を介して第２プリズム体２５中に入射し、第２の側面Ｓ２２で内部反射されて光軸ＯＡに平行に進んで、第３の側面Ｓ２３から第２プリズム体２５外に光軸ＯＡに平行に射出される。この際、第１の光源２１からの第１の光束Ｌ１を、その横幅が第２の側面Ｓ１２全体に過不足なく入射するようにしている。つまり、この場合、第１の光束Ｌ１が、第２の側面Ｓ１２の両端を画定する一対の稜Ｅ１，Ｅ４間に略正確に一致して入射するようになっており、例えば第１の光束Ｌ１が第２の側面Ｓ１２を経ることなく直接第４の側面Ｓ１４で反射され第２の側面Ｓ１２外に射出するといった光量損失を防止している。また、第１の光束Ｌ１が第４の側面Ｓ１４の一部のみに入射して光軸ＯＡ近傍に光が存在しなくなることを防止している。
【００３５】
一方、第２の光源２２から射出された光軸ＯＡに平行な第２の光束Ｌ２は、第１プリズム体２４の第１の側面Ｓ１１の稜Ｅ２側に入射し、第３の側面Ｓ１３で全反射されて光軸ＯＡに対して６０゜の方向に進む。この第２の光束Ｌ２は、第５の側面Ｓ１５から第１プリズム体２４の外部に射出され、対向する第２の側面Ｓ２２を介して第２プリズム体２５中に入射し、第１の側面Ｓ２１で内部反射されて光軸ＯＡに平行に進んで、第３の側面Ｓ２３から第２プリズム体２５外に光軸ＯＡに平行に射出される。この際、第２の光源２２からの第２の光束Ｌ２を、その横幅が第３の側面Ｓ１３全体に過不足なく入射するようにしている。つまり、この場合、第２の光束Ｌ２が、第３の側面Ｓ１３の両端の一対の稜Ｅ２，Ｅ５間に略正確に一致して入射するようになっており、例えば第２の光束Ｌ２が第３の側面Ｓ１３を経ることなく直接第５の側面Ｓ１５で反射され第３の側面Ｓ１３外に射出するといった光量損失を防止している。また、第２の光束Ｌ２が第５の側面Ｓ１５の一部のみに入射して光軸ＯＡ近傍に光が存在しなくなることを防止している。
【００３６】
以上において、第２プリズム体２５に設けた第３の側面Ｓ２３から光結合光学系２３外に射出される第１の光束Ｌ１は、光軸ＯＡに平行に平行であり、光軸ＯＡに接するビーム断面を有する。同様に、第３の側面Ｓ２３から光結合光学系２３外に射出される第２の光束Ｌ２も、光軸ＯＡに平行に平行であり、光軸ＯＡに接するビーム断面を有する。よって、第３の側面Ｓ２３から外部に射出される光束Ｌ１，Ｌ２すなわち照明光は、光軸ＯＡに平行で光軸ＯＡ及びその周辺に光が通らない部分が形成されることを防止したものとなっている。
【００３７】
本実施形態の照明装置２０によれば、第１の光源２１と第２の光源２２とが並んで配置されるので、両光源２１，２２を比較的近くに同一の姿勢状態で効率的に収納することができ、両光源２１，２２の交換等に際しての着脱が簡易になる。また、両光源２１，２２に対する冷却風の排気方向を一致させることができるので、冷却機構の共通化を図ることができ、両光源２１，２２の冷却効率を高めることができる。また、両光源２１，２２からの一対の光束Ｌ１，Ｌ２がそれらの輪郭を接した状態で光結合光学系２３の第２プリズム体２５外に射出するので、光軸ＯＡ付近に光を通すことができ、比較的小型の光結合光学系２３の射出面から輝度ムラの少ない照明光を射出させることができる。さらに、第１プリズム体２４の第１の側面Ｓ１１と、第２プリズム体２５の第３の側面Ｓ２３とが平行で光軸ＯＡにともに垂直であるので、これらの側面Ｓ１１，Ｓ２３での屈折を抑えることができ、光結合光学系２３外に射出される照明光の周辺、中央等において着色が形成されることを防止できる。
【００３８】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態に係るプロジェクタを説明する図であり、図１の照明装置を組み込んだプロジェクタのうち光学系の構造を説明する図である。
【００３９】
このプロジェクタ１０は、照明光を発生する照明装置２０と、照明装置２０からの照明光を均一化する均一照明光学系３０と、均一照明光学系３０を経た照明光をＲＧＢの３色に分割する色分割光学系４０と、色分割光学系４０から射出された各色の照明光によって照明される光変調部５０と、光変調部５０からの各色の変調光を合成するクロスダイクロイックプリズム６０と、クロスダイクロイックプリズム６０を経た像光をスクリーン（不図示）に投射するための投射光学系である投射レンズ７０とを備える。
【００４０】
ここで、照明装置２０は、図１に示す構造を有しており、第１及び第２の光源２１，２２と、光結合光学系２３とを備える。
【００４１】
均一照明光学系３０は、波面分割用の一対のフライアイ光学系３１，３２と、波面分割光を重ね合わせるための重畳レンズ３３と、照明光を所定の偏光成分に変換する偏光変換部材３４とを備える。一対のフライアイ光学系３１，３２は、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって、照明装置２０からの照明光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材３４は、フライアイ光学系３１，３２から射出した照明光を例えば図２の紙面に垂直なＳ偏光成分のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ３３は、偏光変換部材３４を経た照明光を全体として適宜収束させて、光変調部５０に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、両フライアイ光学系３１，３２と重畳レンズ３３とを経た照明光は、以下に詳述する色分割光学系４０を経て、光変調部５０を構成する各色の光変調装置すなわち各色の液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを均一に重畳照明する。
【００４２】
色分割光学系４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと、反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、３つのフィールドレンズ４３ｒ，４３ｇ，４３ｂとを備える。第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤青緑（ＲＧＢ）の３色のうち赤色光（Ｒ光）ＬＲを反射し、緑色光（Ｇ光）ＬＧと青色光（Ｂ光）ＬＢとを透過させる。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、入射した緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢのうち緑色光ＬＧを反射し青色光ＬＢを透過させる。この色分割光学系４０において、照明装置２０及び均一照明光学系３０からの白色の照明光は、まず第１ダイクロイックミラー４１ａに入射する。第１ダイクロイックミラー４１ａで反射された赤色光ＬＲは、例えばＳ偏光のまま第１光路ＯＰ１に導かれ、反射ミラー４２ａを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ４３ｒに入射する。また、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過して第２ダイクロイックミラー４１ｂで反射された緑色光ＬＧは、例えばＳ偏光のまま第２光路ＯＰ２に導かれフィールドレンズ４３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー４１ｂを通過した青色光ＬＢは、例えばＳ偏光のまま第３光路ＯＰ３に導かれ、光路長差を補償するためのリレーレンズ４５ａ，４５ｂ及び反射ミラー４２ｂ，４２ｃを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ４３ｂに入射する。
【００４３】
光変調部５０は、３色の照明光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢがそれぞれ入射する３つの液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂと、各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを挟むように配置される３組の偏光フィルタ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂとを備える。ここで、例えば赤色光ＬＲ用の液晶パネル５１ｒと、これを挟む一対の偏光フィルタ５２ｒ，５２ｒとは、照明光を２次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、緑色光ＬＧ用の液晶パネル５１ｇと対応する偏光フィルタ５２ｇ，５２ｇも、液晶ライトバルブを構成し、青色光ＬＢ用の液晶パネル５１ｂと、偏光フィルタ５２ｂ，５２ｂも、液晶ライトバルブを構成する。
【００４４】
光変調部５０において、第１光路ＯＰ１に導かれた赤色光ＬＲは、フィールドレンズ４３ｒを介して液晶パネル５１ｒの被照射面に入射する。第２光路ＯＰ２に導かれた緑色光ＬＧは、フィールドレンズ４３ｇを介して液晶パネル５１ｇの被照射面に入射する。第３光路ＯＰ３に導かれた青色光ＬＢは、フィールドレンズ４３ｂを介して液晶パネル５１ｂの被照射面に入射する。各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光型の光変調装置であり、各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂにそれぞれ入射した各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂによって、各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。
【００４５】
クロスダイクロイックプリズム６０は、光合成部材であり、Ｒ光反射用の反射膜（例えば誘電体多層膜）６１とＢ光反射用の反射膜（例えば誘電体多層膜）６２とを直交させた状態で内蔵するものである。このクロスダイクロイックプリズム６０は、液晶パネル５１ｒからの赤色光ＬＲを反射膜６１で反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル５１ｇからの緑色光ＬＧを反射膜６１，６２を介して直進・射出させ、液晶パネル５１ｂからの青色光ＬＢを反射膜６２で反射して進行方向左側に射出させる。このようにクロスダイクロイックプリズム６０で合成された像光は、投射レンズ７０を経て適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として投射される。
【００４６】
以下、本実施形態に係るプロジェクタ１０の動作について説明する。照明装置２０からの照明光は、均一照明光学系３０を経て均一化されその偏光方向が揃えられた後、色分割光学系４０に設けた第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂによって色分割され、対応する液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢとしてそれぞれ入射する。各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂは、外部からの画像信号によって変調されて２次元的屈折率分布を有しており、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを２次元空間的に画素単位で変調する。このように、各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂで変調された各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢすなわち像光は、クロスダイクロイックプリズム６０で合成された後、投射レンズ７０に入射する。投射レンズ７０に入射した像光は、不図示のスクリーンに投影される。この際、照明装置２０から光軸近傍に暗部のない照明光が射出されるので、小型の均一照明光学系３０によって少ない輝度ムラで液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを照明することができ、高輝度で高品質のカラー画像をスクリーン上に投射することができる。
【００４７】
なお、この発明は、上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４８】
上記実施形態の照明装置２０では、第１プリズム体２４の第２及び第３の側面Ｓ１２，Ｓ１３において全反射を利用して第１及び第２の光束Ｌ１，Ｌ２を折り曲げているが、両側面Ｓ１２，Ｓ１３の表面に金属膜や多層膜をコートすることによっても、両光束Ｌ１，Ｌ２を低損失で折り曲げることができる。
【００４９】
また、照明装置２０において、第１及び第２の光源２１からの光束Ｌ１，Ｌ２をその横幅が側面Ｓ１２，Ｓ１３全体に過不足なく入射するようにしているが、多少の光量損失が許される場合、光束Ｌ１，Ｌ２を側面Ｓ１２，Ｓ１３からはみ出すように入射させることもできる。この場合、光束Ｌ１，Ｌ２が重なり部分の交点で接することになると考えるものとする。
【００５０】
また、照明装置２０において、第１の側面Ｓ１１に対する第２及び第３の側面Ｓ１２，Ｓ１３の傾斜角は、６０゜に限定されるものではなく他の鋭角に設定することができ、これに対応して第４及び第５の側面Ｓ１４，Ｓ１５の側面の傾斜角度を設定する。ただし、その場合も、一対の稜Ｅ１，Ｅ２に入射した光束Ｌ１，Ｌ２が稜Ｅ３に入射するように、第１プリズム体２４の稜Ｅ１の深さ、すなわち第２プリズム体２５の嵌め込み深さを調節する必要がある。
【００５１】
また、照明装置２０において、第１の側面Ｓ１１は、図１に示す位置から両光源２１，２２側に平行移動させることができる。この場合、他の側面Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５の形状及び寸法は変更しない。
【００５２】
また、照明装置２０において、第１プリズム体２４を一体のものとして説明したが、この第１プリズム体２４は、例えば光軸ＯＡを通る図１の紙面に垂直な面で２分割した２部品を接合したものであってもよい。
【００５３】
また、照明装置２０において、両光源２１，２２を構成する凹面鏡２１ｂ，２２ｂの開口部の形状は、円形に限らず、例えば矩形等の多角形にすることができる。凹面鏡２１ｂ，２２ｂについては、放物面に限らず、近似的に球面を用いることもできる。
【００５４】
また、上記実施形態のプロジェクタ１０では、照明装置２０からの光を複数の部分光束に分割するため、２つのフライアイ光学系３１，３２を用いていたが、この発明は、このようなフライアイ光学系すなわちレンズアレイを用いないプロジェクタにも適用可能である。さらに、フライアイ光学系３１，３２をロッドインテグレータに置き換えることもできる。
【００５５】
また、上記プロジェクタ１０において、照明装置２０からの光を特定方向の偏光とする偏光変換部材３４を用いていたが、この発明は、このような偏光変換部材３４を用いないプロジェクタにも適用可能である。
【００５６】
また、プロジェクタ１０として、液晶パネルを３つ用いたプロジェクタの例について説明したが、本発明は、液晶パネルのような光変調装置を１つ、２つ、あるいは４つ以上用いたプロジェクタにも適用することができる。例えば、単一の液晶パネル等であって各画素にＲＧＢのフィルタを配列したタイプのカラー表示パネルを白色光源で照明する場合にも、図１に示す照明装置２０や図２に示す均一照明学系３０等を用いることができる。
【００５７】
また、上記第２実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含むライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。反射型プロジェクタの場合、ライトバルブは液晶パネルのみによって構成することが可能であり、一対の偏光板は不要である。また、反射型プロジェクタにおいて、クロスダイクロイツクプリズムは、白色光を赤、緑、青の３色の光に分離する色光分離手段として利用されるとともに、変調された３色の光を再度合成して同一の方向に出射する色光合成手段としても利用される場合がある。また、クロスダイクロイックプリズムではなく、三角柱や四角柱状のダイクロイツクプリズムを複数組み合わせたダイクロイックプリズムを用いる場合もある。反射型のプロジェクタにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタとほぼ同様な効果を得ることができる。なお、光変調装置は液晶パネル等に限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。
【００５８】
また、プロジェクタとしては、投写面を観察する方向から画像投写を行う前面プロジェクタと、投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行う背面プロジェクタとがあるが、図２に示す第２実施形態の構成は、いずれにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１実施形態の照明装置の光学系を説明する図である。
【図２】第２実施形態のプロジェクタの光学系を説明する図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０…プロジェクタ、  ２０…照明装置、  ２１…光源、  ２１，２２…光源、  ２１ａ，２２ａ…ランプ本体、  ２１ｂ，２２ｂ…凹面鏡、  ２３…光結合光学系、  ２４…第１プリズム体、  ２５…第２プリズム体、  ３０…均一照明光学系、  ３１，３２…フライアイ光学系、  ３４…偏光変換部材、  ４０…色分割光学系、４１ａ，４１ｂ…ダイクロイックミラー、  ５０…光変調部、  ５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ…液晶パネル、  ５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ…各液晶パネル、  ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂ…偏光フィルタ、  ６０…クロスダイクロイックプリズム、  ６１，６２…反射膜、  ７０…投射レンズ、  Ｌ１…第１の光束、  Ｌ２…第２の光束、  ＯＡ…光軸、  Ｓ１１〜Ｓ１５…第１プリズム体の側面、  Ｓ２１〜Ｓ２３…第２プリズム体の側面
【図１】
2006058343.tif 000003
【図２】
2006058343.tif 000004