(57)【要約】【課題】複数の発光管からの光を比較的省スペースで簡易に合成でき照度ムラを防止しつつ光束中心の照度を高めることができる照明装置及びこれを用いることで高輝度かつ高画質のプロジェクターを提供すること。【解決手段】光束調整装置８０において、第１部分光束ＰＬ１と第２部分光束ＰＬ２とを空間的に互いに反転させた状態とし、第３部分光束ＳＬ３と第４部分光束ＳＬ４とを空間的に互いに反転させた状態とし、これらのうち、第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３とを重ね合わせた状態で光束のうち中心側の光束として射出している。これにより、照明装置１０は、光束中心の照度が高い状態の照明光を形成することができる。また、各光束ＰＬ，ＳＬは、各平行化レンズ２１ｂ，１２１ｂにより平行化されるので、照明装置１０は、全体として比較的省スペースで合成できる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する第１及び第２の発光管と、
システム光軸を含んで互いに垂直に交わる２平面によって切り取られる形状のうち、一方の平面で切り取られる弧の形状と、他方の平面で切り取られる弧の形状とが異なる非回転対称な凹面形状をそれぞれ有する第１及び第２の反射面を備え、当該反射面で前記第１及び第２の発光管からの光をそれぞれ反射して照明光を射出するアナモフィック型の第１及び第２の反射鏡と、
前記第１の発光管及び前記アナモフィック型の第１の反射鏡並びに前記第２の発光管及び前記アナモフィック型の第２の反射鏡の光路下流側にそれぞれ配置され、透過する光を平行化する第１及び第２の平行化レンズと、
前記第１及び第２の平行化レンズの光路下流側に配置され、前記第１の平行化レンズを経て入射する第１光束を第１部分光束と第２部分光束とに分岐し、前記第２の平行化レンズを経て入射する第２光束を第３部分光束と第４部分光束とに分岐し、前記第２部分光束を前記第１部分光束に対して相対的に空間的に反転させ、前記第４部分光束を前記第３部分光束に対して相対的に空間的に反転させ、前記第２部分光束と前記第３部分光束とを合成して射出する光束調整装置と、
を備える照明装置。
【請求項２】
第１の発光管のランプ光軸と第２の発光管のランプ光軸とは、前記光束調整装置の光路下流側に延びるシステム光軸を含む基準平面に対して垂直な方向に関して位置ずれした状態で配置されている、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光束調整装置は、
前記第１の平行化レンズから入射した前記第１光束を前記第１部分光束と前記第２部分光束とに分岐する第１通過反射分離面を有する第１光分岐部材と、
前記第２の平行化レンズから入射した前記第２光束を前記第３部分光束と前記第４部分光束とに分岐する第２通過反射分離面を有する第２光分岐部材と、
前記第１光分岐部材によって分岐された前記第２部分光束を光路の折り曲げによって反転させる第１反射部材と、
前記第２光分岐部材によって分岐された前記第４部分光束を光路の折り曲げによって反転させる第２及び第３反射部材と、
を備える、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第２光分岐部材は、前記第２通過反射分離面において、前記第３部分光束を非反転の状態で通過させるとともに、前記第１反射部材で反転された前記第２部分光束を反射して、前記第２部分光束と前記第３部分光束とを少なくとも前記光束調整装置の光路下流側に延びるシステム光軸を含む基準平面に対して垂直な方向に関して互いに反転させて合成する、請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第１、第２及び第３反射部材は、内面反射によって光路をそれぞれ折り曲げる第１、第２及び第３プリズムであり、
前記光束調整装置は、前記第１及び第２光分岐部材と前記第１、第２及び第３プリズムとを接合した一体構成となっている、請求項３及び請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記第１及び第２光分岐部材は、前記光束調整装置の光路下流側に延びるシステム光軸を含む基準平面に対して平行な面内で光分岐を行う、請求項３から請求項５までのいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第１光分岐部材は、前記光束調整装置に入射する前記第１光束を受ける第１光入射面と、前記第１部分光束を外部に射出する第１光射出面と、前記第２部分光束を取り出す第１接続面とを有し、
前記第１反射部材は、前記第１光分岐部材の前記第１接続面に接続されて前記第２部分光束を通過させるとともに、前記第２部分光束を取り出す第２接続面を有し、
前記第２光分岐部材は、前記光束調整装置に入射する前記第２光束を受ける第２光入射面と、前記第１反射部材の前記第２接続面に対向して前記第２部分光束を入射させる第３接続面と、前記第２及び第３部分光束を外部に射出する第２光射出面と、前記第４部分光束を取り出す第４接続面とを有し、
前記第２反射部材は、前記第２光分岐部材の前記第４接続面に接続されて前記第４部分光束を通過させるとともに、前記第４部分光束を取り出す第５接続面を有し、
前記第３反射部材は、前記第２反射部材の前記第５接続面に接続されて前記第４部分光束を通過させるとともに、前記第４部分光束を外部に射出する第３光射出面を有する、請求項３から請求項６までのいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第１及び第２反射部材は、２つの反射面をそれぞれ有し、前記第１及び第２光分岐部材を経た前記第２及び第４部分光束を、前記光束調整装置の光路下流側に延びるシステム光軸を含む基準平面に対して垂直な面内で進行方向に対して垂直な方向にそれぞれ２度折り曲げることにより、前記第２及び第４部分光束を前記基準平面に対して垂直な方向に関して反転させ、
前記第２光分岐部材は、前記第２通過反射分離面において、前記第１反射部材を経た前記第２部分光束を、前記基準平面に平行な平面内において進行方向に対して垂直な方向に１度折り曲げて前記第３部分光束と合成し、
前記第３反射部材は、１つの反射面を有し、前記第２反射部材を経た前記第４部分光束を、前記基準平面に平行な平面内において進行方向に対して垂直な方向に１度折り曲げる、請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記第１光分岐部材は、前記第１光束のうち前記第１部分光束を第１偏光の状態で分岐し前記第２部分光束を第２偏光の状態で分岐する第１偏光分岐部材であり、
前記第２光分岐部材は、前記第２光束のうち前記第３部分光束を第２偏光の状態で分岐し前記第４部分光束を第１偏光の状態で分岐する第２偏光分岐部材であり、
前記第１反射部材は、前記第２部分光束の偏光状態を変換する位相差板を備える、請求項３から請求項８までのいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記第２光分岐部材の光射出側に一対の偏心レンズアレイと偏光変換部材とをさらに備え、前記第１光分岐部材及び前記第３反射部材の光射出側に一対の非偏心レンズアレイをさらに備える、請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記一方の平面は、前記光束調整装置の光路下流側に延びるシステム光軸を含む基準平面に対して平行に延び、
前記アナモフィック型の第１及び第２の反射鏡の反射面において、前記一方の平面で切り取られる形状が前記発光管の電極間中心を焦点とする放物状の弧を描くとともに、前記他方の平面で切り取られる形状が前記放物状の弧の焦点を第１焦点とする楕円状の弧を描く、請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記アナモフィック型の第１及び第２の反射鏡の反射面は、前記第１及び第２の発光管のランプ光軸を中心として３６０度回転した全ての方向に対して面を有する凹面形状から一部を切り取って形成される凹面形状を有する、請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された光束によって照明される光変調装置と、
前記光変調装置から射出された光束を投射する投射光学系と、
を備えるプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光管からの光を合成して照明光を形成する照明装置及びこれを用いたプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばプロジェクター等である投写型表示装置として、一対の照明光源からの照明光の集光位置を互いに近接させた状態で重ね合わせることで高輝度な照明を得て映像を映し出すものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、プロジェクター用の照明装置として、楕円面のリフレクター（反射鏡）を備えるものであって、当該リフレクターの中心軸を含む垂直断面の形状と水平断面の形状とで互いに異なる楕円形状となる回転非対称の反射面を利用することで、装置の薄型化を図るものが知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２４２３９７号公報
【特許文献２】特開２００９−５４３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の照明装置の場合、一対の照明光源について、照明光の集光位置を互いに近接させた状態で重ね合わせる必要があるため、一対の光源や平行化レンズを十分に離す必要があり照明装置が比較的大きくなるだけでなく、照明光の質に影響する光束中心の照度を高めることも容易でない。また、集光光学系等の配置を精密に調整しなければ、光量ロスが増加し、照明光の分布の意図しない偏り即ち照度ムラが生じやすい。
【０００６】
なお、特許文献２のような垂直断面と水平断面とが互いに異なる楕円形状を有する反射面を特許文献１の照明装置で用いても、照明装置が比較的大きくなって光束中心の照度を高めることが容易でなく、精密な調整が必要となる。
【０００７】
そこで、本発明は、複数の発光管からの光を比較的省スペースで簡易に合成でき照度ムラを防止しつつ光束中心の照度を高めることができる照明装置及びこれを用いることで高輝度かつ高画質のプロジェクター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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、（ａ）光を発生する第１及び第２の発光管と、（ｂ１）システム光軸を含んで互いに垂直に交わる２平面によって切り取られる形状のうち、一方の平面で切り取られる弧の形状と、他方の平面で切り取られる弧の形状とが異なる非回転対称な凹面形状をそれぞれ有する第１及び第２の反射面を備え、（ｂ２）当該反射面で第１及び第２の発光管からの光をそれぞれ反射して照明光を射出する（ｂ）アナモフィック型の第１及び第２の反射鏡と、（ｃ）第１の発光管及びアナモフィック型の第１の反射鏡並びに第２の発光管及びアナモフィック型の第２の反射鏡の光路下流側にそれぞれ配置され、透過する光を平行化する第１及び第２の平行化レンズと、（ｄ１）第１及び第２の平行化レンズの光路下流側に配置され、（ｄ２）第１の平行化レンズを経て入射する第１光束を第１部分光束と第２部分光束とに分岐し、（ｄ３）第２の平行化レンズを経て入射する第２光束を第３部分光束と第４部分光束とに分岐し、（ｄ４）第２部分光束を第１部分光束に対して相対的に空間的に反転させ、（ｄ５）第４部分光束を第３部分光束に対して相対的に空間的に反転させ、（ｄ６）第２部分光束と第３部分光束とを合成して射出する（ｄ）光束調整装置と、を備える。ここで、反転するとは、システム光軸について光路下流側を進行方向とする場合に、上下方向即ちシステム光軸を含む基準平面に対して垂直な方向のみについて反転している場合や、左右方向即ち基準平面に対して平行な方向のみについて反転している場合を含むものとする。
【０００９】
上記照明装置では、光束調整装置において、平行化された第１光束を第１部分光束と第２部分光束とに分岐し、平行化された第２光束を第３部分光束と第４部分光束とに分岐し、第１及び第２部分光束のいずれか一方と第３及び第４部分光束のいずれか一方とを合成して射出している。このような光束調整装置を用いることにより、第１の発光管からの光である第１光束と第２の発光管からの光である第２光束とを比較的省スペースで簡易に合成できる。また、上記照明装置では、第２及び第４部分光束を相対的に空間的に第１及び第３部分光束に対して反転させて取り出して第１及び第２部分光束のいずれか一方と第３及び第４部分光束のいずれか一方とを合成しているので、合成によって重畳される光束を中央に配することで中心光束の照度を適度に高めることができ、また、各反射鏡によって形成された照明光束に照度ムラがあっても照明光全体として中心光束を基準とする対称性があり、この種の照度ムラを低減した偏りの少ない照明光束を得ることができる。
【００１０】
また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、第１の発光管のランプ光軸と第２の発光管のランプ光軸とが、光束調整装置の光路下流側に延びるシステム光軸を含む基準平面に対して垂直な方向に関して位置ずれした状態で配置されている。この場合、光束調整装置を、基準平面に対して垂直な方向に積み重ねた構造とすることができるので、第１光束と第２光束とを比較的省スペースで合成できる。
【００１１】
また、本発明の別の態様によれば、光束調整装置が、（ａ）第１の平行化レンズから入射した第１光束を第１部分光束と第２部分光束とに分岐する第１通過反射分離面を有する第１光分岐部材と、（ｂ）第２の平行化レンズから入射した第２光束を第３部分光束と第４部分光束とに分岐する第２通過反射分離面を有する第２光分岐部材と、（ｃ）第１光分岐部材によって分岐された第２部分光束を光路の折り曲げによって反転させる第１反射部材と、（ｄ）第２光分岐部材によって分岐された第４部分光束を光路の折り曲げによって反転させる第２及び第３反射部材と、を備える。この場合、第１光分岐部材及び第１反射部材等によって第１及び第２部分光束の光路を調整し、第２光分岐部材、第２反射部材及び第３反射部材によって第３及び第４部分光束の光路を調整することで、第１部分光束から第４部分光束までを同一の方向に導くことができ、第２及び第３部分光束をずれなく重ね合わせつつ、重ね合わされた部分光束に対して第１及び第４部分光束を連続的に継ぎ合わせることができる。
【００１２】
また、本発明の別の態様によれば、第２光分岐部材が、第２通過反射分離面において、第３部分光束を非反転の状態で通過させるとともに、第１反射部材で反転された第２部分光束を反射して、第２部分光束と第３部分光束とを少なくとも光束調整装置の光路下流側に延びるシステム光軸を含む基準平面に対して垂直な方向に関して互いに反転させて合成する。この場合、第１の平行化レンズから射出された第１光束の照度分布と第２の平行化レンズから射出された第２光束の照度分布とが同様の偏りを有していても、第２部分光束と第３部分光束とを重畳させて得られる光束を比較的照度ムラの低いものとすることができる。
【００１３】
また、本発明の別の態様によれば、（ａ）第１、第２及び第３反射部材が、内面反射によって光路をそれぞれ折り曲げる第１、第２及び第３プリズムであり、（ｂ）光束調整装置が、第１及び第２光分岐部材と第１、第２及び第３プリズムとを接合した一体構成となっている。この場合、光束調整装置を一体のブロック状の部品として取り扱うことができ、照明装置への組込や調整が容易になる。
【００１４】
また、本発明の別の態様によれば、第１及び第２光分岐部材が、光束調整装置の光路下流側に延びるシステム光軸を含む基準平面に対して平行な面内で光分岐を行う。この場合、光分岐により分岐された各部分光束の光路を、システム光軸を含む基準平面に対して垂直方向に適宜折り曲げて戻すことにより、光の進行方向に対して上下方向や左右方向について互いに反転した状態で同一方向から射出させることが容易になる。
【００１５】
また、本発明の別の態様によれば、（ａ）第１光分岐部材が、光束調整装置に入射する第１光束を受ける第１光入射面と、第１部分光束を外部に射出する第１光射出面と、第２部分光束を取り出す第１接続面とを有し、（ｂ）第１反射部材が、第１光分岐部材の第１接続面に接続されて第２部分光束を通過させるとともに、第２部分光束を取り出す第２接続面を有し、（ｃ）第２光分岐部材が、光束調整装置に入射する第２光束を受ける第２光入射面と、第１反射部材の第２接続面に対向して第２部分光束を入射させる第３接続面と、第２及び第３部分光束を外部に射出する第２光射出面と、第４部分光束を取り出す第４接続面とを有し、（ｄ）第２反射部材が、第２光分岐部材の第４接続面に接続されて第４部分光束を通過させるとともに、第４部分光束を取り出す第５接続面を有し、（ｅ）第３反射部材が、第２反射部材の第５接続面に接続されて第４部分光束を通過させるとともに、第４部分光束を外部に射出する第３光射出面を有する。この場合、光束調整装置に入射した光のうち第１光分岐部材で分岐された第１部分光束は、第１光分岐部材に設けた第１光射出面から射出され、第２部分光束は、第１光分岐部材から第１反射部材を経て第２光分岐部材に導かれ、第２光分岐部材に設けた第２光射出面から射出される。また、第２光分岐部材で分岐された第３部分光束は、第２光分岐部材に設けた第２光射出面から射出され、第４部分光束は、第２光分岐部材から第２反射部材を経て第３反射部材に導かれ、第３反射部材に設けた第３光射出面から射出される。
【００１６】
また、本発明の別の態様によれば、（ａ）第１及び第２反射部材が、２つの反射面をそれぞれ有し、第１及び第２光分岐部材を経た第２及び第４部分光束を、光束調整装置の光路下流側に延びるシステム光軸を含む基準平面に対して垂直な面内で進行方向に対して垂直な方向にそれぞれ２度折り曲げることにより、第２及び第４部分光束を基準平面に対して垂直な方向に関して反転させ、（ｂ）第２光分岐部材が、第２通過反射分離面において、第１反射部材を経た第２部分光束を、基準平面に平行な平面内において進行方向に対して垂直な方向に１度折り曲げて第３部分光束と合成し、（ｃ）第３反射部材が、１つの反射面を有し、第２反射部材を経た第４部分光束を、基準平面に平行な平面内において進行方向に対して垂直な方向に１度折り曲げる。この場合、第２部分光束が基準平面に平行であって光の射出方向に垂直な方向に分岐されることを前提として、第２部分光束を、第１反射部材によって基準平面に対して垂直な方向に上下反転させ、第２光分岐部材によって第１部分光束と同一の方向に射出させることができる。また、第４部分光束が基準平面に平行であって光の射出方向に垂直な方向に分岐されることを前提として、第４部分光束を、第２反射部材によって基準平面に対して垂直な方向に上下反転させ、第３反射部材によって第３部分光束と同一の方向に射出させることができる。
【００１７】
また、本発明の別の態様によれば、（ａ）第１光分岐部材が、第１光束のうち第１部分光束を第１偏光の状態で分岐し第２部分光束を第２偏光の状態で分岐する第１偏光分岐部材であり、（ｂ）第２光分岐部材が、第２光束のうち第３部分光束を第２偏光の状態で分岐し第４部分光束を第１偏光の状態で分岐する第２偏光分岐部材であり、（ｃ）第１反射部材が、第２部分光束の偏光状態を変換する位相差板を備える。この場合、位相差板により第２部分光束の偏光状態を変換して、第２光分岐部材において、第２部分光束と第３部分光束とを互いに異なる偏光状態で合成させることができる。また、第１部分光束の偏光状態と、第４部分光束の偏光状態とを揃えて射出することができる。
【００１８】
また、本発明の別の態様によれば、照明装置が、第２光分岐部材の光射出側に一対の偏心レンズアレイと偏光変換部材とをさらに備え、第１光分岐部材及び第３反射部材の光射出側に一対の非偏心レンズアレイをさらに備える。この場合、第２光分岐部材の光射出側においては、光の偏光状態を揃えることができ、第１光分岐部材及び第３反射部材の光射出側においては、光を均一化して取り出すことができる。なお、第２光分岐部材に対応するレンズアレイは、偏心させた要素レンズで構成し、第１光分岐部材及び第３反射部材に対応するレンズアレイは、非偏心の要素レンズで構成することができる。
【００１９】
また、本発明の別の態様によれば、（ａ）一方の平面が、光束調整装置の光路下流側に延びるシステム光軸を含む基準平面に対して平行に延び、（ｂ）アナモフィック型の第１及び第２の反射鏡の反射面において、一方の平面で切り取られる形状が発光管の電極間中心を焦点とする放物状の弧を描くとともに、他方の平面で切り取られる形状が放物状の弧の焦点を第１焦点とする楕円状の弧を描く。この場合、上記一方の平面については、放物状の弧を描く形状によって光束を予め平行化させることができる。つまり、上記一方の平面に関しては、光束の平行化に用いる後段の光学部品を比較的安価なもので構成することが可能となる。また、上記他方の平面については、楕円状の弧を描く形状を有するので、システム光軸に垂直な方向の寸法を比較的短くして、照明装置の薄型化を図ることができる。
【００２０】
また、本発明の別の態様によれば、アナモフィック型の第１及び第２の反射鏡の反射面が、第１及び第２の発光管のランプ光軸を中心として３６０度回転した全ての方向に対して面を有する凹面形状から一部を切り取って形成される凹面形状を有する。この場合、第１及び第２の反射鏡をコンパクトにできるので、照明装置全体のさらなる省スペース化を図ることができる。なお、第２部分光束と第３部分光束とは、互いに逆の偏りを有する照度分布のパターンで合成されることが望ましい。
【００２１】
上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクターは、上記のいずれかの照明装置と、照明装置から射出された光束によって照明される光変調装置と、光変調装置から射出された光束を投射する投射光学系と、を備える。この場合、上記いずれかの照明装置を用いることで、比較的省スペースで高輝度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る照明装置を組み込んだプロジェクターを概念的に示す平面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態に係る照明装置構造を示す平面図及び垂直断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、光源ランプユニットの水平断面及び垂直断面における光束の様子を示す図である。
【図４】光源ランプユニットの反射鏡を示す斜視図である。
【図５】光源で形成される光束断面の図である。
【図６】照明装置の光束調整装置を示す斜視図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、照明装置における各部分光束の光路について説明するための図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｄ）は、光束の上下の反転について説明するための模式図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）は、光束の左右の反転について説明するための模式図である。
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施形態に係る照明装置を概念的に示す平面図及び垂直断面図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）は、照明装置における各部分光束の光路について説明するための図である。
【図１２】偏光変換部材を通過した直後の光束断面の図である。
【図１３】（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施形態に係る照明装置の変形例について説明するための図である。
【図１４】第２実施形態に係る照明装置の別の変形例について説明するための図である。
【図１５】（Ａ）、（Ｂ）は、第３実施形態に係る照明装置を概念的に示す平面図及び垂直断面図である。
【図１６】光束調整装置を通過した直後の光束断面を模式的に示す図である。
【図１７】（Ａ）、（Ｂ）は、第３実施形態に係る照明装置の変形例について説明するための平面図及び垂直断面図である。
【図１８】光束調整装置を通過した直後の光束断面を模式的に示す図である。
【図１９】（Ａ）〜（Ｅ）は、第４実施形態に係る照明装置を概念的に示す図である。
【図２０】光束調整装置を通過した直後の光束断面を模式的に示す図である。
【図２１】（Ａ）〜（Ｅ）は、第５実施形態に係る照明装置を概念的に示す図である。
【図２２】（Ａ）〜（Ｅ）は、第５実施形態に係る照明装置の変形例について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照して、本発明の第１実施形態に係る照明装置及びこれを用いたプロジェクターについて説明する。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態に係る照明装置１０を組み込んだプロジェクター１００は、照明装置１０のほかに、色分離導光部４０、光変調部５０、色合成部６０及び投射光学系７０を備える。
【００２５】
まず、照明装置１０は、第１光源ランプユニット２０、第２光源ランプユニット１２０、光束調整装置８０及び均一化光学系３０を含む照明光学系である。
【００２６】
第１光源ランプユニット２０及び第２光源ランプユニット１２０は、複数の光源として、第１及び第２のランプ部２１ａ，１２１ａと、凹のシリンドリカルレンズである第１及び第２の平行化レンズ２１ｂ，１２１ｂとをそれぞれ備え同一の構造を有するランプユニットである。各ランプ部２１ａ，１２１ａは、第１及び第２の発光管２２ａ，１２２ａと、第１及び第２の凹面鏡２２ｂ，１２２ｂと、第１及び第２の副鏡２３ａ，１２３ａとをそれぞれ備える。また、図２（Ａ）等に示すように、第１及び第２光源ランプユニット２０，１２０のうち、例えば第１光源ランプユニット２０側の第１の発光管２２ａは、中央部が球状に膨出した透光性の石英ガラス製の管球部ＰＢと、管球部ＰＢの両端側に延びる第１及び第２封止部２４ａ，２４ｂとを有し、封止部２４ａ，２４ｂによって密閉された管球部ＰＢの内部には、水銀、希ガス及び少量のハロゲンが封入されている。この管球部ＰＢ内に配置された一対の電極（不図示）の電極間中心が発光点ＥＰとなって放射状に光を発生させている。また、第２光源ランプユニット１２０側の第２の発光管１２２ａも第１の発光管２２ａと同じ構造を有している。つまり、第２の発光管１２２ａは、管球部ＰＢと、第１及び第２封止部１２４ａ，１２４ｂとを有している。なお、発光管２２ａ，１２２ａとしては、種々の発光管を採用でき、例えば、超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等を採用できる。
【００２７】
第１及び第２光源ランプユニット２０，１２０のうち、第１及び第２の凹面鏡２２ｂ，１２２ｂは、発光管２２ａ，１２２ａから射出された光束を反射して前方にそれぞれ射出させるアナモフィック型の反射鏡である。
【００２８】
例えば、図２（Ａ）及び２（Ｂ）に示すように、第１光源ランプユニット２０側の凹面鏡２２ｂの反射面ＲＦは、システム光軸ＳＡのうち第１光源ランプユニット２０における光軸部分であるランプ光軸ＸＡ１を含んで互いに垂直に交わる２平面のうち、図３（Ａ）に示す一方の平面即ち第１の平面（ランプ光軸ＸＡ１を含むＸＺ面に平行な面）について切り取った水平断面ＨＳと、図３（Ｂ）に示す他方の平面即ち第２の平面（ランプ光軸ＸＡ１を含むＸＹ面に平行な面）について切り取った垂直断面ＰＳとで、互いに異なる曲線形状を有している。より具体的には、まず、水平断面ＨＳでの凹面鏡２２ｂの反射面ＲＦａの形状は、発光点ＥＰを焦点とする放物形状になっている。これに対して、垂直断面ＰＳでの凹面鏡２２ｂの反射面ＲＦｂの形状は、ランプ光軸ＸＡ１上の発光点ＥＰを第１焦点とする楕円形状となっている。つまり、凹面鏡２２ｂの反射面ＲＦは、一方の平面で切り取られる弧の形状と、他方の平面で切り取られる弧の形状とが異なる非回転対称な凹面形状となっている。これにより、例えば図３（Ａ）に示すように、第１光源ランプユニット２０のランプ光軸ＸＡ１を含むＸＺ面において、発光点ＥＰから反射面ＲＦａに向かって射出された光束は、反射面ＲＦａで反射された後、平行化された状態で射出される。なお、反射面ＲＦａに対応するＸＺ面は、後述する基準平面に平行となっている。一方、図３（Ｂ）に示すように、ランプ光軸ＸＡ１を含むＸＹ面において、発光点ＥＰから反射面ＲＦｂに向かって射出された光束は、反射面ＲＦｂで反射された後、ランプ光軸ＸＡ１上の第２焦点Ｆ２に収束するように射出される。
【００２９】
さらに、図４に示すように、凹面鏡２２ｂの水平断面ＨＳや垂直断面ＰＳ以外の中間的な箇所においても、発光点ＥＰから射出された光束は、反射面ＲＦの対応箇所で反射され、ランプ光軸ＸＡ１（図２（Ａ）等参照）を含むＸＺ面に射影した場合、ランプ光軸ＸＡ１に平行な光束とされ、かつ、ランプ光軸ＸＡ１を含むＹＸ面に射影した場合、ランプ光軸ＸＡ１上の第２焦点Ｆ２に収束する光束とされた状態で射出される。つまり、凹面鏡２２ｂの反射面ＲＦの凹面形状は、放物型の反射面ＲＦａから楕円型の反射面ＲＦｂにかけて連続的に移り変わっている。以下、図４を用いて第１光源ランプユニット２０の凹面鏡２２ｂについてさらに詳細に説明する。図４において、凹面鏡２２ｂの反射面ＲＦは、反射面ＲＦａ，ＲＦｂ以外の反射面ＲＦｃにおいて、水平断面ＨＳから垂直断面ＰＳに向かって、放物状から楕円状に徐々に段差を有することなく変化しており、全体として滑らかな連続曲面形状を有している。ここで、各断面ＨＳ，ＰＳにおける反射面ＲＦａ，ＲＦｂの形状は、例えば、反射面ＲＦａにおいて放物線の焦点距離ｆ＝１２、反射面ＲＦｂにおいて楕円の第１焦点距離ｆ１＝１２、第２焦点距離ｆ２＝６０となるように設定されている。さらに、反射面ＲＦａ，ＲＦｂ以外の反射面ＲＦｃの具体的な曲面形状は、以下のアナモフィック非球面のサグ量の式
2011129448.tif 000003
ｋｚ，ｋｙ：コーニック定数、ｃｚ，ｃｙ：半径の逆数、
Ａ２ｎ：対称係数、Ｂ２ｎ：非対称係数
に基づいて、上記焦点距離を実現するように各係数等を選定することで決定される。ここで、各コーニック定数ｋｚ，ｋｙは、−１＜ｋｚ＜０の範囲内にあり、ｋｙ＝−１（固定）である。また、ｃｚ，ｃｙに対応する半径は、第１焦点が一致するように調整する必要がある。上記アナモフィック非球面のシミュレーションに際して、反射面ＲＦｃの曲面形状に関する各係数は、ＸＺ面に垂直なＹ方向から見た場合には反射光が平行光となり、ＸＹ面に垂直なＺ方向から見た場合には反射光が収束光となるように定められている。なお、反射面ＲＦｃの曲面形状は、反射面ＲＦａ，ＲＦｂの焦点距離等の条件を前提としており、反射面ＲＦｃは、反射面ＲＦａ，ＲＦｂと滑らかにつながる。以上のようにして、反射面ＲＦａ，ＲＦｂ及び反射面ＲＦｃを設定することにより、図２（Ａ）等に示す発光点ＥＰから射出された光束は、反射面ＲＦａ，ＲＦｂ上で反射されるものに限らず反射面ＲＦｃまで含めた反射面ＲＦ上全体において、Ｙ方向から見ると平行光となり、Ｚ方向から見ると第２焦点Ｆ２に向かう収束光となるようにランプ部２１ａから射出される。凹面鏡２２ｂの具体的な作製方法については、上記のようなシミュレーション結果を基にして反転した形状の金型を作製する。この金型を利用して加熱したガラス材料等をプレス加工し、反射膜を形成することにより、上記のような特殊な形状の反射面ＲＦを有する凹面鏡２２ｂが作製される。なお、±Ｚ方向と±Ｙ方向とこれらの中間方向とを含む反射面ＲＦａ，ＲＦｂ，ＲＦｃの形状は、全体として円形の輪郭を有する滑らかな連続曲面であるため、後述する液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃ（図１参照）に入射する光は、十分な光量を有し、かつ、入射角度の方位依存性を低減したものであり、プロジェクター１００による画像投影に適したものとなっている。
【００３０】
同様に、図２（Ａ）に示す第２光源ランプユニット１２０側の凹面鏡１２２ｂの反射面ＲＦも、上記凹面鏡２２ｂと同様に、ランプ光軸ＸＡ２を含んで互いに垂直に交わる２平面について同様の放物形状と楕円形状とを有している。つまり、凹面鏡１２２ｂの反射面ＲＦは、一方の平面で切り取られる弧の形状と、他方の平面で切り取られる弧の形状とが異なる非回転対称な凹面形状となっている。
【００３１】
図２（Ａ）等に示すように、第１及び第２の副鏡２３ａ，１２３ａは、凹面鏡２２ｂ，１２２ｂとそれぞれ対向するように凹面鏡２２ｂ，１２２ｂの反対側にある第２封止部２４ｂ，１２４ｂに挿通・固着されており、第１及び第２の発光管２２ａ，１２２ａの管球部ＰＢ，ＰＢのうち第１及び第２の凹面鏡２２ｂ，１２２ｂの反対側の略半分を覆っている。各副鏡２３ａ，１２３ａは、球面の反射面ＲＲ，ＲＲを有しており、各発光管２２ａ，１２２ａから放射された光のうち直接前方の第１及び第２の平行化レンズ２１ｂ，１２１ｂにそれぞれ向かう光即ち凹面鏡２２ｂ，１２２ｂに向かわない光を、一旦発光管２２ａ，１２２ａ内に戻して発光点ＥＰ，ＥＰ又はその周辺を通過させ、凹面鏡２２ｂ，１２２ｂの反射面ＲＦ，ＲＦに入射させる。つまり、副鏡２３ａ，１２３ａは、発光管２２ａ，１２２ａから凹面鏡２２ｂ，１２２ｂとは反対側に射出された光を逆進するように反射して光の利用効率を高める補助反射鏡として機能する。
【００３２】
第１及び第２の平行化レンズ２１ｂ，１２１ｂは、第１及び第２のランプ部２１ａ，１２１ａの光路下流側の被照明領域にそれぞれ配置されており、各ランプ部２１ａ，１２１ａからの光束をランプ光軸ＸＡ１，ＸＡ２即ち照明光軸に略平行な光束にする役割を有するレンズである。このため、例えば図３（Ｂ）に示す第１の光源ランプユニット２０側の第１の平行化レンズ２１ｂの焦点は、反射面ＲＦの第２焦点Ｆ２に一致している。第１の平行化レンズ２１ｂの光入射面ＩＳは、シリンドリカル非球面となっており、図３（Ａ）に示すように、水平方向即ちＺ方向について直線状であり、図３（Ｂ）に示すように、垂直方向即ちＹ方向について反射面ＲＦｂの形状に対応する双曲線状である。つまり、光入射面ＩＳの母線は、ランプ光軸ＸＡ１に垂直なＹＺ面に平行で、かつ、第１の平面即ちランプ光軸ＸＡ１を含むＸＺ面に平行な方向（つまりＺ方向）に延びている。なお、第１の平行化レンズ２１ｂの光射出面ＥＳは、ランプ光軸ＸＡ１に垂直なＹＺ面に平行に延びる平面である。第１の平行化レンズ２１ｂは、以上のような面形状を有することにより、図３（Ａ）及び３（Ｂ）に示すように、ランプ部２１ａから射出された全光束をランプ光軸ＸＡ１の方向に沿って略平行化した状態で射出する。これにより、図２（Ａ）に示すように、第１の光源ランプユニット２０から射出された光は、光束調整装置８０においてＹＺ面に平行に延びる第１光入射面８１ｄから入射する。また、第２の光源ランプユニット１２０側の第２の平行化レンズ１２１ｂも、第１の平行化レンズ２１ｂと同一の形状等を有し、第２の光源ランプユニット１２０のランプ光軸ＸＡ２を基準として同様に配置されている。第２の平行化レンズ１２１ｂは、第２の光源ランプユニット１２０から射出された光を、ランプ光軸ＸＡ２の方向に沿って略平行化した状態にし、光束調整装置８０においてＸＹ面に平行に延びる第２光入射面８２ｄ（図２（Ｂ）参照）から入射させる。
【００３３】
なお、上記のような各光源ランプユニット２０，１２０を用いることで、図５に示すように、光束断面ＦＦの形状を極端に扁平なものとすることができる。本実施形態の場合、アスペクト比を３：１以上としている。アスペクト比が３：１以上の横長である場合、光束断面ＦＦを光束調整装置８０において上下に３つ重ねても正方形又は後述する基準平面に平行なＸ方向に横長の長方形とすることができる。なお、ここでは、一例として、光束断面ＦＦのアスペクト比を略３：１とし、３つ重ねた場合に略正方形となるようにしている。
【００３４】
図１等に示す光束調整装置８０は、平行化レンズ２１ｂ，１２１ｂの光路下流側に配置されに１及び第２光分岐部材８１，８２と、第１及び第２反射プリズム９１，９２と、第３反射プリズム８３とを備えており、これらを接合した一体構成となっている。
【００３５】
図６及び図７（Ａ）に示すように、光束調整装置８０は、光束調整装置８０の光路下流側に延びるシステム光軸ＳＡを含むＸＺ面である基準平面に対して垂直な方向（Ｙ方向）に、外形が互いに一致する第１光分岐部材８１と第２光分岐部材８２とを重ね、さらに第２光分岐部材８２を半分にした三角柱形状を有する第３反射プリズム８３を第２光分岐部材８２の−Ｙ側に重ねて貼り付けた３階構造を有している。また、第１反射プリズム９１は、第１光分岐部材８１及び第２光分岐部材８２の双方の−Ｘ側の側面ＦＦ１，ＦＦ２に貼り付けられている。つまり、第１反射プリズム９１の側面であってＹＺ面に平行に延びる側面９１ａのうち＋Ｙ側の半分Ｌ１は、第１接続面である第１光分岐部材８１の側面ＦＦ１に接合され、第１反射プリズム９１の側面９１ａのうち残りの半分Ｌ２は、第２接続面として第２光分岐部材８２の側面ＦＦ２（第３接続面）に接合されている。第２反射プリズム９２は、第２光分岐部材８２及び第３反射プリズム８３の双方の＋Ｘ側の側面ＳＦ１，ＳＦ２に貼り付けられている。つまり、第２反射プリズム９２の側面であってＹＺ面に平行に延びる側面９２ａのうち＋Ｙ側の半分Ｈ１は、第４接続面である第２光分岐部材８１の側面ＳＦ１に接合され、第２反射プリズム９２の側面９２ａのうち残りの半分Ｈ２は、第５接続面として第３反射プリズム８３の側面ＳＦ２に接合されている。
【００３６】
第１光分岐部材８１は、底面が直角二等辺三角形である合同な三角柱プリズム８１ａ，８１ｂを斜辺の面で貼り合わせて構成された四角柱形状を有するプリズムであり、三角柱プリズム８１ａ，８１ｂの貼合せ面に＋Ｘ及び＋Ｚの中間方向を法線方向としてＹ方向に延びる第１分離膜８１ｃが形成されている。第１分離膜８１ｃは、いわゆるハーフミラーであり、一定の割合で光を透過・反射することで分岐を行う第１通過反射分離膜である。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、第１光分岐部材８１の第１光入射面８１ｄは、第１の平行化レンズ２１ｂの光路下流側の被照明領域に配置されており、ＹＺ面に平行に延びている。第１光入射面８１ｄには、第１の平行化レンズ２１ｂを経た第１光束ＰＬが入射する。第１分離膜８１ｃは、第１光入射面８１ｄから入射した第１光束ＰＬを透過・反射の割合に応じて第１部分光束ＰＬ１と第２部分光束ＰＬ２とに分岐する。つまり、第１分離膜８１ｃは、第１の光源ランプユニット２０から入射した照明光である第１光束ＰＬのうち一部の成分を第１部分光束ＰＬ１として反射し、残りの成分を第２部分光束ＰＬ２として通過させる。
【００３７】
第１分離膜８１ｃで反射された第１部分光束ＰＬ１は、第１光分岐部材８１においてＸＹ面に平行に延びる第１光射出面８１ｅに向かって進み、第１光射出面８１ｅからシステム光軸ＳＡに平行な方向即ち＋Ｚ方向に射出される。この場合、第１部分光束ＰＬ１は、第１分離膜８１ｃでの反射により、光の進行方向に向かって左右には反転し上下には反転しない状態で射出されるものとなる。
【００３８】
一方、図７（Ｂ）に示すように、第１分離膜８１ｃを通過した第２部分光束ＰＬ２は、第１光分岐部材８１の−Ｘ側の側面ＦＦ１から射出され、第１光分岐部材８１に貼り合わされている第１反射プリズム９１に入射する。
【００３９】
図６等に示すように、第１反射部材である第１反射プリズム９１は、システム光軸ＳＡに平行な方向即ち＋Ｚ方向に延びる底面二等辺三角形の三角柱プリズムであり、第２部分光束ＰＬ２の光路を折り曲げる。第１反射プリズム９１の＋Ｚ方向に延びる側面のうち、ＹＺ面に平行に延びる第１側面９１ａは、第１及び第２光分岐部材８１，８２の両側面ＦＦ１，ＦＦ２に合わせた形状を有している。また、第１反射プリズム９１の残りの側面であり、−Ｘ及び±Ｙの中間方向を法線方向としてＺ方向に延びる第２側面及び第３側面９１ｂ，９１ｃは、例えば反射膜ＰＭ１，ＰＭ２でコートされており、第２部分光束ＰＬ２の光路を内面反射によりＵターンするように折り曲げ、第２部分光束ＰＬ２を基準平面に垂直なＹ方向である上下方向に関して反転させるとともに第２光分岐部材８２に向けて射出する。
【００４０】
図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第１反射プリズム９１の第１側面９１ａの上側半分Ｌ１から入射した第２部分光束ＰＬ２は、第１反射プリズム９１の側面９１ｂ，９１ｃにより、光路を折り曲げられて、第１側面９１ａの下側半分Ｌ２から第２光分岐部材８２に向けて射出される。つまり、第１反射プリズム９１は、−Ｘ方向に進む第２部分光束ＰＬ２の光路を、側面９１ｂにおいて−Ｙ方向に折り曲げ、さらに側面９１ｃにおいて＋Ｘ方向に折り曲げている。
【００４１】
第２光分岐部材８２は、第１光分岐部材８１と同様に底面が直角二等辺三角形である合同な三角柱プリズム８２ａ，８２ｂを斜辺の面で貼り合わせて構成された四角柱形状を有するプリズムであり、第１光分岐部材８１と同一の外形を有している。但し、三角柱プリズム８１ａ，８１ｂ間に形成される第２分離膜８２ｃの向きが異なっている。具体的には、第２分離膜８２ｃは、三角柱プリズム８２ａ，８２ｂの貼合せ面に＋Ｘ及び−Ｚの中間方向を法線方向としてＹ方向に延びている。第２分離膜８２ｃは、いわゆるハーフミラーであり、一定の割合で光を透過・反射することで分岐を行う第２通過反射分離膜である。このため、第２光分岐部材８２の側面ＦＦ２から入射した第２部分光束ＰＬ２のうちの一部の成分が反射され、残りの成分が通過する。ここでは、反射される成分を第２部分光束ＰＬ２とし、残りの成分を便宜上残存部分光束ＰＬｒと呼ぶ。第２分離膜８２ｃで反射された第２部分光束ＰＬ２は、第２光分岐部材８２においてＸＹ面に平行に延びる第２光射出面８２ｅに向かって進み、第２光射出面８２ｅからシステム光軸ＳＡに平行な方向即ち＋Ｚ方向に射出される。結果的に、第２部分光束ＰＬ２は、第１反射プリズム９１と第２分離膜８２ｃとでの反射により、光の進行方向に向かって左右には反転せず上下には反転した状態で射出されるものとなる。残存部分光束ＰＬｒは、第２光分岐部材８２の＋Ｘ側の側面ＳＦ１から射出され、第２光分岐部材８２に貼り合わされている第２反射プリズム９２に入射する。この場合、残存部分光束ＰＬｒは、第２部分光束ＰＬ２の一部として含まれた状態としての第１反射プリズム９１での反射により、光の進行方向に向かって左右にも上下にも反転した状態となっている。
【００４２】
また、図７（Ｃ）に示すように、第２光分岐部材８２の第２光入射面８２ｄは、第２の平行化レンズ１２１ｂの光路下流側の被照明領域に配置されており、ＸＹ面に平行に延びている。第２光入射面８２ｄには、第２の平行化レンズ１２１ｂを経た第２光束ＳＬが入射する。第２分離膜８２ｃは、第２光入射面８２ｄから入射した第２光束ＳＬを透過・反射の割合に応じて第３部分光束ＳＬ３と第４部分光束ＳＬ４とに分岐する。つまり、第２分離膜８２ｃは、第２の光源ランプユニット１２０から入射した照明光である第２光束ＳＬのうち一部の成分を第３部分光束ＳＬ３として通過させ、残りの成分を第４部分光束ＳＬ４として反射する。
【００４３】
第２分離膜８２ｃを通過した第３部分光束ＳＬ３は、第２光射出面８２ｅに向かって進み、第２光射出面８２ｅからシステム光軸ＳＡに平行な方向即ち＋Ｚ方向に射出される。この結果、第２光射出面８２ｅからは、第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３とが合成された状態で射出される。
【００４４】
一方、図７（Ｃ）に示すように、第２分離膜８２ｃで反射された第４部分光束ＳＬ４は、側面ＳＦ１から射出される。つまり、第４部分光束ＳＬ４は、第２分離膜８２ｃを通過した残存部分光束ＰＬｒと合成された状態で、第２反射プリズム９２に入射する。この場合、第４部分光束ＳＬ４は、第２分離膜８２ｃでの反射により、光の進行方向に向かって左右には反転し上下には反転しない状態で射出されるものとなる。
【００４５】
図６等に示すように、第２反射部材である第２反射プリズム９２は、第１反射プリズム９１と同一形状を有し＋Ｚ方向に延びる三角柱プリズムであり、ＹＺ面に平行に延びる第１側面９２ａは、第２光分岐部材８２及び第３反射プリズム８３の両側面ＳＦ１，ＳＦ２に合わせた形状を有している。第２反射プリズム９２は、例えば第２及び第３側面９２ｂ，９２ｃに反射膜ＲＭ１，ＲＭ２でコートされており、第４部分光束ＳＬ４及び残存部分光束ＰＬｒの光路を内面反射によりＵターンするように折り曲げ、基準平面に垂直なＹ方向である上下方向に関して反転させるとともに第３反射プリズム８３に向けて射出する。
【００４６】
図６等に示すように、第３反射部材である第３反射プリズム８３は、三角柱プリズム８２ａ等と同一形状の三角柱プリズム８３ａを有しており、三角柱プリズム８３ａの側面のうち斜辺の面に＋Ｘ及び＋Ｚの中間方向を法線方向としてＹ方向に延びる反射面８３ｃ上に反射膜を有している。三角柱プリズム８３ａの残りの２つの側面のうち１つの側面ＳＦ２は、第２反射プリズム９２の側面９２ａと接合しており、残る１つが第３光射出面８３ｅとなっている。
【００４７】
第３反射プリズム９３の側面ＳＦ２から入射した第４部分光束ＳＬ４及び残存部分光束ＰＬｒは、反射面８３ｃにおいて光路を折り曲げられて、ＸＹ面に平行に延びる第３光射出面８３ｅに向かって進み、光束調整装置８０からシステム光軸ＳＡに平行な方向即ち＋Ｚ方向に射出される。結果的に、第４部分光束ＳＬ４及び残存部分光束ＰＬｒは、第２反射プリズム９２と第３反射プリズム９３とでの反射により、光の進行方向に向かって左右には反転せず上下には反転した状態で射出されるものとなる。
【００４８】
以上の結果、第１部分光束ＰＬ１は、第１光射出面８１ｅから射出され、第２部分光束ＰＬ２及び第３部分光束ＳＬ３は、第２光射出面８２ｅから射出され、第４部分光束ＳＬ４及び残存部分光束ＰＬｒは、第３光射出面８３ｅから射出される。この際、第１光射出面８１ｅ、第２光射出面８２ｅ及び第３光射出面８３ｅは、同一平面上に形成されており、各部分光束ＰＬ１、ＰＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４、ＰＬｒは、１つに纏まった連続的な照明光束として光束調整装置８０から射出される。
【００４９】
以下、光束調整装置８０における光束の反転について図８（Ａ）等により詳細に説明する。まず、以下では、第１光束ＰＬについて説明する。図８（Ａ）〜８（Ｄ）中の副光軸ＸＡ´は、ＸＺ方向に延びる第１光分岐部材８１と第２光分岐部材８２との境界面である平面ＳＳを挟んでランプ光軸ＸＡ１と対称な位置にある軸である。まず、図８（Ａ）及び８（Ｂ）は、照明光束のうち第１分離膜８１ｃ（図２（Ａ）等参照）による分岐前において、進行方向に対してランプ光軸ＸＡ１よりも上側即ち＋Ｙ側の位置から入射する第１光束ＰＬの光路について模式的に示したものである。この場合、図８（Ａ）に示すように、第１光束ＰＬから分岐された第１部分光束ＰＬ１の光路は、第１光分岐部材８１で反射され、常にランプ光軸ＸＡ１よりも上側即ち＋Ｙ側を保った位置から射出される。これに対して、図８（Ａ）及び８（Ｂ）に示すように、第１光束ＰＬから分岐された第２部分光束ＰＬ２の光路は、第１及び第２光分岐部材８１，８２内を折れ曲がって進み、最終的には、図８（Ａ）に示すように、副光軸ＸＡ´よりも下側即ち−Ｙ側の位置から射出される。
【００５０】
一方、図８（Ｃ）及び８（Ｄ）は、照明光束のうち第１分離膜８１ｃによる分岐前において、進行方向に対してランプ光軸ＸＡよりも下側即ち−Ｙ側の位置から入射する光束ＳＬの光路について模式的に示したものである。この場合、第１部分光束ＰＬ１の光路は、常にランプ光軸ＸＡ１より下側即ち−Ｙ側を保った位置から射出される。これに対して、第２部分光束ＰＬ２の光路は、副光軸ＸＡ´よりも上側即ち＋Ｙ側の位置から射出される。
【００５１】
以上のように、光束調整装置８０に入射した第１光束ＰＬの成分は、分岐されて異なる光路を辿り、この際、第１部分光束ＰＬ１は、垂直方向即ち上下のＹ方向について空間的に反転しないが、第２部分光束ＰＬ２は、システム光軸ＳＡを含む基準平面に平行な平面ＳＳに対して垂直方向即ち上下のＹ方向について空間的に反転した状態となる。
【００５２】
また、図９（Ａ）及び９（Ｂ）に示すように、第１部分光束ＰＬ１と第２部分光束ＰＬ２とは、左右のＸ方向についても互いに反転している。つまり、図８（Ａ）に示すように、光の進行方向に向かってランプ光軸ＸＡ１よりも左側から光束調整装置８０に入射した第１光束ＰＬのうち第１部分光束ＰＬ１は、システム光軸ＳＡの右側から射出されるのに対して、第２部分光束ＰＬ２は、システム光軸ＳＡよりも左側から射出されている。一方、図８（Ｂ）に示すように、光の進行方向に向かってランプ光軸ＸＡ１よりも右側から光束調整装置８０に入射した第１光束ＰＬについては、第１部分光束ＰＬ１は、システム光軸ＳＡよりも左側から射出されるのに対して、第２部分光束ＰＬ２は、システム光軸ＳＡよりも右側から射出されている。
【００５３】
以上のように、光束調整装置８０において調整された第１部分光束ＰＬ１は、元の第１光束ＰＬの状態から左右には反転し上下には反転しない状態で第１光射出面８１ｅから射出されている。また、第２部分光束ＰＬ２は、元の第１光束ＰＬの状態から左右には反転せず上下には反転した状態で第２光射出面８２ｅから射出されている。この結果、第１部分光束ＰＬ１と第２部分光束ＰＬ２とは、相対的に空間的に上下左右について一方と他方とが互いに反転した状態となっており、システム光軸ＳＡに略平行な状態で射出されるものとなる。なお、残存部分光束ＰＬｒは、元の第１光束ＰＬの状態から左右には反転し上下には反転しない状態で第３光射出面８３ｅから射出されている。つまり、残存部分光束ＰＬｒは、第１部分光束ＰＬ１とは相対的に空間的に上下左右について反転しない状態となり、第２部分光束ＰＬ２とは相対的に空間的に上下左右について反転した状態となっている。
【００５４】
第２光束ＳＬについては、上記第１光束ＰＬの場合と同様であるので詳しい説明は省略するが、第３部分光束ＳＬ３は、元の第２光束ＳＬの状態から左右にも上下にも反転せず、第４部分光束ＳＬ４は、元の第２光束ＳＬの状態から左右にも上下にも反転するため、結果として第３部分光束ＳＬ３と第４部分光束ＳＬ４とは、相対的に空間的に上下左右について一方と他方とが互いに反転した状態となっている。
【００５５】
本実施形態では、中央部分の光束を形成する第２光分岐部材８２において、元の状態から上下方向に反転した第２部分光束ＰＬ２と元の状態のままで上下方向には反転していない第３部分光束ＳＬ３とを合成しているので、各光源ランプユニット２０、１２０に照度ムラがある場合であっても、中核となる中央部分の光束の照度ムラを低減した状態にすることができる。なお、左右方向については、上記のように、第２部分光束ＰＬ２は、元の第１光束ＰＬの状態から反転せず、第３部分光束ＳＬ３も、元の第２光束ＳＬの状態から反転していない状態で合成されている。
【００５６】
図１に戻って、均一化光学系３０は、第１及び第２レンズアレイ３１，３２と、偏光変換部材３４と、重畳レンズ３５とを備える。第１及び第２レンズアレイ３１，３２は、例えばそれぞれマトリクス状に配置された複数の偏心系の要素レンズからなるフライアイレンズである。このうち、第１レンズアレイ３１を構成する要素レンズによって、光源ランプユニット２０から射出された光束が複数の部分光束に分割される。また、第２レンズアレイ３２を構成する要素レンズによって、第１レンズアレイ３１からの各部分光束は適当な発散角で射出される。偏光変換部材３４は、Ｙ方向に延びるＰＢＳ、位相差板等からなるプリズム要素をＸ方向に配列したプリズムアレイ等で構成され、レンズアレイ３２から射出された光束を特定方向の直線偏光のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ３５は、第２レンズアレイ３２から射出された照明光を全体として適宜収束させることにより、光変調部５０に設けた各色の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに対する重畳照明を可能にする。以上により、照明装置１０は、プロジェクター１００による投影画像形成に適した状態の照明光を射出している。
【００５７】
以上のように、本実施形態では、光束調整装置８０において、第１光束ＰＬから分岐された第１部分光束ＰＬ１と第２部分光束ＰＬ２とを空間的に互いに反転させた状態とし、第２光束ＳＬから分岐された第３部分光束ＳＬ３と第４部分光束ＳＬ４とを空間的に互いに反転させた状態とし、これらのうち、光束全体のうち中央（光束中心）側に配された第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３とを重ね合わせた状態で光束のうち中心側の光束として射出している。これにより、照明装置１０は、光束全体のうち光束中心の照度が高い状態の照明光を形成することができる。また、各光束ＰＬ，ＳＬは、各平行化レンズ２１ｂ，１２１ｂにより平行化された状態で光束調整装置８０に入射されるので、照明装置１０は、全体として比較的省スペースで合成できる。なお、光束調整装置８０が階層構造を有することで、２つの光束の合成に際して比較的省スペースを保つことができる。また、光束中心となる第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３の合成光を基準として対称性のある状態で照明光の形成ができるので、光源ランプユニット２０，１２０の凹面鏡２２ｂ，１２２ｂによって形成された照明光束に照度ムラがあっても、その照度ムラを低減した偏りの少ない照明光束を得ることができる。
【００５８】
特に、本実施形態の場合、ハーフミラーである第１分離膜８１ｃや第２分離膜８２ｃにおける通過・反射率を適宜調整することで、第１光射出面８１ｅ、第２光射出面８２ｅ及び第３光射出面８３ｅから射出される光束の強度を適宜調整することができる。具体液には、第１分離膜８１ｃの反射率をＲ１とし、第２分離膜８２ｃの反射率をＲ２とし、各光束ＳＬ，ＰＬの入射時の光量を１としたときに全くロスがないと仮定すると、第１光射出面８１ｅから射出される光量は、第１部分光束ＰＬ１の分Ｒ１である。また、第２光射出面８２ｅから射出される光量は、第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３との合算分（１−Ｒ１）×Ｒ２＋（１−Ｒ２）である。さらに、第３光射出面８３ｅから射出される光量は、第４部分光束ＳＬ４と残存部分光束ＰＬｒとの合算分Ｒ２＋（１−Ｒ１）×（１−Ｒ２）である。従って、第１及び第２分離膜８１ｃ，８２ｃの反射率Ｒ１，Ｒ２の値を定めることで、例えば中央部分である第２光射出面８２ｅから射出される光の光量を他の部分以上にすることができ、また、第１光射出面８１ｅから射出される光と第３光射出面８３ｅから射出される光とのバランスを取ることで、光束中心に対応する第２光射出面８２ｅを基準として対称性のある状態で照明光を形成できる。具体的には、例えば第１〜第３光射出面８１ｅ，８２ｅ，８３ｅから射出される光の光量比を例えば１：１．５：１あるいは１：１：１に設定することができる。
【００５９】
以下、図１に戻って、プロジェクター１００全体の構成及び動作について説明する。照明装置１０の光路下流側に位置する色分離導光部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４３ａ，４３ｂ，４３ｃと、リレーレンズ４４ａ，４４ｂとを備え、照明装置１０から射出された照明光を赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、及び青（Ｂ）色の３色に分離するとともに、各色光を後段の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃへ導く。より詳しく説明すると、まず、第１ダイクロイックミラー４１ａは、ＲＧＢの３色のうちＲ色の照明光ＬＲを反射しＧ色及びＢ色の照明光ＬＧ，ＬＢを透過させる。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、ＧＢの２色のうちＧ色の照明光ＬＧを反射しＢ色の照明光ＬＢを透過させる。つまり、第１ダイクロイックミラー４１ａで反射された赤色光ＬＲは、フィールドレンズ４３ａのある赤光路ＯＰ１に導かれ、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、フィールドレンズ４３ｂのある緑光路ＯＰ２に導かれ、第２ダイクロイックミラー４１ｂを通過した青色光ＬＢは、フィールドレンズ４３ｃのある青光路ＯＰ３に導かれる。各色用のフィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、第２レンズアレイ３２から射出され重畳レンズ３５を通過して光変調部５０に入射する各部分光束が、各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃの被照射領域上において、システム光軸ＳＡに対して適当な収束度又は発散度となるように入射角を調節している。
【００６０】
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つの液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを備える。各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、中央に配置される液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃと、これを挟むように配置される光路上流側の入射側偏光フィルター５２ａ，５２ｂ，５２ｃと、光路下流側の射出側偏光フィルター５３ａ，５３ｂ，５３ｃとをそれぞれ備えている。各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃにそれぞれ入射した各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で強度変調される。なお、各液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、いずれも透過型の液晶パネルであり、図示による説明を省略するが、透明電極等を有する光透過性の入射側基板と、画素電極等を有する光透過性の駆動基板と、入射側基板及び駆動基板間に密閉封入される液晶層とを備える。
【００６１】
色合成部６０は、カラー画像を合成するためのクロスダイクロイックプリズムであり、その内部には、Ｒ光反射用の第１ダイクロイック膜６１と、Ｂ光反射用の第２ダイクロイック膜６２とが、平面視Ｘ字状に配置されている。この色合成部６０は、液晶ライトバルブ５０ａからの赤色光ＬＲを第１ダイクロイック膜６１で反射して進行方向右側に射出させ、液晶ライトバルブ５０ｂからの緑色光ＬＧを両ダイクロイック膜６１，６２を介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ５０ｃからの青色光ＬＢを第２ダイクロイック膜６２で反射して進行方向左側に射出させる。
【００６２】
投射光学系７０は、投射レンズとして、色合成部６０で合成された画像光をスクリーン（不図示）上にカラー画像として投射する。
【００６３】
本実施形態のプロジェクター１００は、照明装置１０に設けた光束調整装置８０により、高輝度で照度ムラを低減した偏りの少ない照明光束を得ることができ高コントラストの画像を投射できる。また、照明装置１０は、比較的コンパクトなものとすることができるので、プロジェクター１００全体としてもコンパクト化を図ることができる。
【００６４】
〔第２実施形態〕
以下、図１０（Ａ）及び１０（Ｂ）等を参照して、本発明の第２実施形態に係る照明装置等について説明する。なお、本実施形態に係る照明装置は、図１等に示す第１実施形態の照明装置１０のうち光束調整装置、偏光変換部材及びレンズアレイの構造についての変形例であり、特に説明のないものは第１実施形態と同様である。
【００６５】
図１０（Ａ）及び１０（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る照明装置１１０の光束調整装置１８０は、図１等の光束調整装置８０と外観は同一であるが、光束調整装置８０の第１及び第２分離膜８１ｃ，８２ｃに代えて第１及び第２分離膜１８１ｃ，１８２ｃが形成されている点等において異なっている。また、これに応じて、一対のレンズアレイ１３１，１３２及び偏光変換部材１３４も照明装置１０のものとは異なる構成となっている。
【００６６】
以下、図１１（Ａ）〜１１（Ｃ）により、照明装置１１０による照明光の形成について説明する。まず、照明装置１１０において、第１光分岐部材１８１の第１分離膜１８１ｃと第２光分岐部材１８２の第２分離膜１８２ｃとは、いずれも偏光状態によって光束の分岐を行う偏光分離膜である。具体的には、図１１（Ａ）に示すように、第１分離膜１８１ｃは、第１光束ＰＬの偏光成分のうちＹ方向に偏光面を有するＳ偏光（第１偏光）を第１部分光束ＰＬ１として反射し、Ｚ方向に偏光面を有するＰ偏光（第２偏光）を第２部分光束ＰＬ２として通過させる。第１分離膜１８１ｃを通過した第２部分光束ＰＬ２は、第１反射プリズム９１を経て、図１１（Ｂ）に示すように、第１反射プリズム９１の側面９１ａのうち−Ｙ側の半分Ｌ２から射出される。この際、半分Ｌ２上には、半波長位相差板ＲＡ１が設けられており、半波長位相差板ＲＡ１を通過した第２部分光束ＰＬ２は、Ｙ方向に偏光面を有するＳ偏光（第１偏光）の状態で第２光分岐部材１８２に入射する。第２分離膜１８２ｃは、Ｓ偏光（第１偏光）の状態で入射した第２部分光束ＰＬ２を反射する。また、第２分離膜１８２ｃは、第２光束ＳＬの偏光成分のうちＸ方向に偏光面を有するＰ偏光（第２偏光）を第３部分光束ＳＬ３として通過させ、Ｙ方向に偏光面を有するＳ偏光（第１偏光）を第４部分光束ＰＬ４として反射する。第２分離膜１８２ｃで反射された第４部分光束ＰＬ４は、第２反射プリズム９２を経て、図１１（Ｃ）に示すように、第３反射プリズム８３から射出される。
【００６７】
上記のようにして、第１部分光束ＰＬ１は、第１光射出面８１ｅから射出され、第２部分光束ＰＬ２及び第３部分光束ＳＬ３は、第２光射出面８２ｅから射出され、第４部分光束ＳＬ４は、第３光射出面８３ｅから射出される。また、本実施形態においても、第１光束ＰＬから分岐された第１部分光束ＰＬ１と第２部分光束ＰＬ２とを空間的に上下左右に反転させた状態とし、第２光束ＳＬから分岐された第３部分光束ＳＬ３と第４部分光束ＳＬ４とを空間的に上下左右に反転させた状態とし、これらのうち、光束中心側に配された第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３とを上下に反転させて重ね合わせた状態で光束のうち中心側の光束として射出している。これにより、照明装置１１０は、光束全体のうち光束中心の照度が高い状態の照明光を形成することができる。また、照明装置１１０は、全体として比較的省スペースで合成できる。また、光束中心となる第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３の合成光を基準として対称性のある状態で照明光の形成ができるので、光源ランプユニット２０，１２０で形成された照明光束に照度ムラがあっても、偏りの少ない照明光束を得ることができる。
【００６８】
特に、本実施形態の場合、第１光射出面８１ｅから射出される第１部分光束ＰＬ１と第３光射出面８３ｅから射出される第４部分光束ＳＬ４とについては、射出時の偏光状態がＳ偏光に揃っている。一方、第２光射出面８２ｅから射出される第２部分光束ＰＬ２はＳ偏光であるのに対して同じ第２光射出面８２ｅから射出される第３部分光束ＳＬ３は、Ｐ偏光となっている。以上から、本実施形態の場合、図１０（Ｂ）に示すように光束調整装置１８０の後段に配置されている一対のレンズアレイ１３１，１３２及び偏光変換部材１３４において、第１及び第３光射出面８１ｅ，８３ｅに対応する領域では偏光変換の必要がなく、第２光射出面８２ｅにおいてのみ偏光変換を行えばよい。従って、一対のレンズアレイ１３１，１３２のうち、第２光射出面８２ｅに対応するアレイ部分１３１ａ，１３２ａのみが偏心系の要素レンズで構成され、残りの第１及び第３光射出面８１ｅ，８３ｅに対応するアレイ部分１３１ｂ，１３２ｂは非偏心系の要素レンズで構成されている。また、その後段にある偏光変換部材１３４では、ＰＢＳ、位相差板等の構成を第２光射出面８２ｅに対応する偏光変換部分１３４ａのみに設け、残りの第１及び第３光射出面８１ｅ，８３ｅに対応する部分にはダミーのプリズム１３４ｂを設けている。なお、このダミーのプリズム１３４ｂは設けず、偏光変換部材１３４を偏光変換部分１３４ａのみで構成してもよい。本実施形態の場合、比較的作製が困難で高価となる偏心型の要素レンズによるアレイ部分や偏光変換部材を通常の１／３の大きさとすることができる。また、本実施形態の場合、偏光変換により光束の分岐を行うため、比較的高効率で光を取り出すことができる。なお、図１２は、本実施形態における照明光の偏光変換部材１３４を通過した直後の光束の状態を示す図である。この場合、第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３とが第２光射出面８２ｅで合成されるため、対応する中央部分ＣＡの光量が周辺部分ＰＡよりも大きくなっている。
【００６９】
なお、照明装置１１０は、照明装置１０と同様に、図１に示すプロジェクター１００に組み付けることができる。
【００７０】
図１３（Ａ）は、第２実施形態に係る照明装置１１０の変形例である。上記の例では、偏光変換部材１３４として、一部にのみ偏光変換の機能を有する部分を設ける構成としているが、図１３（Ａ）のように、図２（Ａ）等に示す場合と同様に全面で偏光変換を行う偏光変換部材３４を用いてもよい。また、図１３（Ｂ）のように、一部にのみ偏光変換の機能を有する部分を設けるにあたって、偏光変換部分１３４ａは、Ｘ方向にプリズム要素を延ばしＹ方向に配列したプリズムアレイ等で構成したものとしてもよい。この場合、配列するプリズム要素の数を通常の１／３に抑えることができる。
【００７１】
図１４は、第２実施形態に係る照明装置１１０の別の変形例について説明するための図である。図１１（Ｂ）に示す例では、第１反射プリズム９１の側面９１ａのうち−Ｙ側の半分Ｌ２に半波長位相差板ＲＡ１を設けることで、第２部分光束ＰＬ２をＰ偏光からＳ偏光の状態に変換しているが、図１４に示すように、第１反射プリズム９１の側面９１ａ全面に１／４波長位相差板ＲＡ２を設けることでも同様の作用を持たせることができる。つまり、この場合、第２部分光束ＰＬ２は、第１光分岐部材１８１から射出されるときと第２光分岐部材１８２に入射するときの計２回１／４波長位相差板ＲＡ２を通過することとなり、結果的に半波長分の位相差が生じてＰ偏光からＳ偏光の状態に変換される。この場合、光束調整装置１８０の作製において、１／４波長位相差板ＲＡ２を第１反射プリズム９１と第１及び第２光分岐部材１８１，１８２との間に挟みこむだけでよいので、作業が容易となる。
【００７２】
〔第３実施形態〕
以下、図１５（Ａ）及び１５（Ｂ）を参照して、本発明の第３実施形態に係る照明装置等について説明する。なお、本実施形態に係る照明装置は、図１等に示す第１実施形態の照明装置１０のうち光源ランプユニットについての変形例であり、特に説明のないものは第１実施形態と同様である。
【００７３】
図１５（Ａ）に示すように、本実施形態に係る照明装置２１０において、第１の光源ランプユニット２２０は、第１のランプ部２２１ａと、第１の平行化レンズ２２１ｂとを備える。第１のランプ部２２１ａは、第１の発光管２２２ａと、第１の凹面鏡２２２ｂと、第１の副鏡２２３ａと、ベース１２５とを備える。また、図１５（Ｂ）に示すように、第２の光源ランプユニット３２０は、第１の光源ランプユニット２２０と同一の構造を有するランプユニットであり、第２のランプ部３２１ａと、第２の平行化レンズ３２１ｂとを備え、第２のランプ部３２１ａは、第２の発光管３２２ａと、第２の凹面鏡３２２ｂと、第２の副鏡３２３ａと、ベース１２５とを備える。
【００７４】
第１の光源ランプユニット２２０において、第１の凹面鏡２２２ｂは、アナモフィック型の反射鏡である図２（Ｂ）等に示す照明装置１０の第１の凹面鏡２２ｂを変形したものである。具体的には、第１の凹面鏡２２２ｂは、ランプ光軸ＸＡ１を含むＸＺ面で第１の凹面鏡２２ｂのうち下半分（−Ｙ側）について切断し、上半分（＋Ｙ側）のみを残した形状を有している。この場合、例えば第１の凹面鏡２２２ｂの反射面ＲＦの曲面形状を、図２（Ｂ）等の第１の凹面鏡２２ｂの反射面ＲＦの曲面形状よりも収束度を緩やかなものにすることにより、第１の平行化レンズ２２１ｂを通過した後の被照射領域でのアスペクト比等が第１実施形態の照明装置１０の場合と同様になるように適宜調整されている。なお、第１の発光管２２２ａや第１の凹面鏡２２２ｂは、ベース１２５に設けられた溝に合わせて所定位置で固定されている。
【００７５】
第１の副鏡２２３ａは、ランプ光軸ＸＡ１に垂直な上下方向即ちＹ方向に関して第１の発光管２２２ａを挟んで第１の凹面鏡２２２ｂと対向するように配置されている。第１の副鏡２２３ａは、ベース１２５に設けられた溝によって所定位置に固定されており、第１の発光管２２２ａの管球部ＰＢのうち第１の凹面鏡２２２ｂの反対側の略半分を覆っている。つまり、第１の副鏡２２３ａの反射面ＲＲは、管球部ＰＢの下半分の表面形状に対応するような半球面状となっている。第１の副鏡２２３ａは、反射面ＲＲにより、第１の発光管２２２ａから放射された光のうち下方（−Ｙ側）に向かう光束即ち第１の凹面鏡２２２ｂに向かわない光を、一旦第１の発光管２２２ａ内に戻して発光点ＥＰ又はその周辺を通過させ、第１の凹面鏡２２２ｂの反射面ＲＦに入射させる補助反射鏡として機能する。以上のようにして、第１のランプ部２２１ａは、第１の副鏡２２３ａのない場合に比べて高密度の光を射出可能としている。
【００７６】
第１の平行化レンズ２２１ｂは、第１のランプ部２２１ａからの光束をランプ光軸ＸＡ１に略平行な光束にする役割を有するレンズであり、第１の副鏡２２３ａの形状に合わせたものとなっている。つまり、第１の平行化レンズ２２１ｂは、上記第１の副鏡２２３ａの場合と同様に変形したものであり、図２（Ｂ）等に示す第１の平行化レンズ２１ｂのうち少なくとも上半分（＋Ｙ側）が残るように切断した形状を有している。なお、第１の平行化レンズ２２１ｂの屈折力は、第１の凹面鏡２２２ｂの曲面形状に対応して、図２（Ｂ）等に示す第１の平行化レンズ２１ｂの屈折力よりも低くなっており光束の平行化を可能にしている。
【００７７】
同様に、第２の光源ランプユニット３２０においても、第２のランプ部３２１ａから高密度の光が射出され、第２の平行化レンズ３２１ｂにより光束の平行化を可能にしている。
【００７８】
上記のような第１及び第２の光源ランプユニット２２０，３２０を用いた場合、第１及び第２の副鏡２２３ａ，３２３ａでの反射により、通常に比べて略２倍の光束密度の光が第１及び第２の平行化レンズ２２１ｂ，３２１ｂに向けて射出される。本実施形態においても、第１光束ＰＬから分岐された第１部分光束ＰＬ１と第２部分光束ＰＬ２とを空間的に互いに反転させた状態とし、第２光束ＳＬから分岐された第３部分光束ＳＬ３と第４部分光束ＳＬ４とを空間的に互いに反転させた状態とし、これらのうち、光束中心側に配された第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３とを重ね合わせた状態で光束のうち中心側の光束として射出している。これにより、照明装置２１０は、光束全体のうち光束中心の照度が高い状態の照明光を形成することができる。また、照明装置２１０は、全体として比較的省スペースで合成できる。
【００７９】
また、本実施形態の場合、光束の分布状態が第１実施形態等の場合よりも、単独の各光源ランプユニット２２０，３２０については、上下方向即ちＹ方向について射出される照明光束の照度ムラが増加する可能性があるが、光源ランプユニット１２０の光路下流側において光束調整装置８０を用いているので、照明装置２１０によって形成される照明光束の断面は、図１６に示すように上下方向即ちＹ方向について対称性のある状態となっているなっている。つまり、図１５（Ａ）及び１５（Ｂ）において、第１の平行化レンズ２２１ｂから射出された第１光束ＰＬの照度分布と第２の平行化レンズ３２１ｂから射出された第２光束ＳＬの照度分布とは同様の偏りを有しているが、合成時において、第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３とは、互いに逆の偏りを有する照度分布のパターンで合成されている。従って、第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３とを重畳させて得られる光束は比較的照度ムラの低いものとなっている。また、光束全体としても光束中心となる第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３の合成光を基準として対称性のある状態で照明光の形成ができている。従って、光源ランプユニット２２０，３２０で形成された照明光束に照度ムラがあっても、偏りの少ない照明光束を得ることができる。
【００８０】
なお、照明装置２１０は、照明装置１０と同様に、図１に示すプロジェクター１００に組み付けることができる。
【００８１】
また、図１７（Ａ）及び１７（Ｂ）に示すように、第１及び第２の光源ランプユニット２２０，３２０を上下方向即ちＹ方向について反転させた状態で設置してもよい。この場合、照明装置２１０全体をＹ方向について薄くすることができる。また、この場合も、図１８に示すように、照明光の光束断面形状は、第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３とを互いに反転した状態に保ち、かつ、光束全体が第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３の合成光を基準として対称性のある状態を保ったものとなっている。
【００８２】
また、第２実施形態に係る照明装置１１０において、第１及び第２の光源ランプユニット２０，１２０に代えて、上記第１及び第２の光源ランプユニット２２０，３２０を用いた構成とすることもできる。
【００８３】
〔第４実施形態〕
以下、図１９（Ａ）〜１９（Ｅ）を参照して、本発明の第４実施形態に係る照明装置等について説明する。なお、本実施形態に係る照明装置は、図１５（Ａ）等に示す第３実施形態の照明装置２１０のうち光源ランプユニット及び光束調整装置についての変形例であり、特に説明のないものは第３実施形態と同様である。
【００８４】
図１９（Ａ）に示すように、本実施形態に係る照明装置３１０において、第１の光源ランプユニット２２０は、図１５（Ａ）又は１７（Ａ）に示す第１の光源ランプユニット２２０と同一のものである。なお、図１９（Ａ）に示す通り、第１の光源ランプユニット２２０は、図１７（Ａ）に示す配置の場合と同様に、第１の発光管２２２ａを挟んで−Ｙ側に第１の凹面鏡２２２ｂを配置し、＋Ｙ側に第１の副鏡２２３ａを配置している。また、図１９（Ｂ）に示すように、第２の光源ランプユニット３２０は、第１の光源ランプユニット２２０と同一の構造を有するランプユニットである。なお、図１９（Ｂ）に示す通り、第２の光源ランプユニット２２０は、図１５（Ｂ）に示す配置の場合と同様に、第２の発光管３２２ａを挟んで＋Ｙ側に第２の凹面鏡３２２ｂを配置し、−Ｙ側に第２の副鏡２２３ａを配置している。特に、本実施形態では、第２の光源ランプユニット３２０は、Ｙ方向について３階構造を有する光束調整装置２８０のうち、最下層即ち最も−Ｙ側に位置する第２光分岐部材２８２に向けて光束を射出している。
【００８５】
以下、照明装置３１０の光束調整装置２８０の構造について説明する。光束調整装置２８０は、第１及び第２の平行化レンズ２２１ｂ，３２１ｂの光路下流側に配置され、第１及び第２光分岐部材２８１，２８２と、第１及び第２反射プリズム９１，９２と、光合成部材２８３とを備えており、これらを接合した一体構成となっている。
【００８６】
図１９（Ａ）及び１９（Ｂ）に示すように、光束調整装置２８０は、外形が互いに一致する第１光分岐部材２８１と第２光分岐部材２８２との間に、同じく外形が一致する光合成部材２８３を挟んでＹ方向に重ねて貼り付けた３階構造を有している。また、第１反射プリズム９１は、第１光分岐部材２８１及び光合成部材２８３の双方の−Ｘ側の側面に貼り付けられ、第２反射プリズム９２は、光合成部材２８３及び第２光分岐部材２８２の双方の＋Ｘ側の側面に貼り付けられている。なお、図１９（Ｃ）、１９（Ｄ）及び１９（Ｅ）は、光束調整装置２８０の状態を＋Ｙ側から順番に１段目、２段目及び３段目の順で示している。
【００８７】
図１９（Ｃ）及び１９（Ｅ）に示すように、第１及び第２光分岐部材２８１，２８２は、図６等の第１及び第２光分岐部材８１，８２と同様の構成をしている。つまり、第１及び第２光分岐部材２８１，２８２は、それぞれ第１及び第２分離膜２８１ｃ，２８２ｃを２つの三角柱プリズムで挟んだ構造を有している。第１光分岐部材２８１の第１分離膜２８１ｃは、第１の平行化レンズ２２１ｂからの第１光束ＰＬのうち一部の成分を第１部分光束ＰＬ１として反射して第１光射出面２８１ｅから射出し、残りの成分を第２部分光束ＰＬ２として通過させ第１反射プリズム９１に入射させている。一方、第２光分岐部材２８２の第２分離膜２８２ｃは、第２の平行化レンズ３２１ｂからの第２光束ＳＬのうち一部の成分を第３部分光束ＳＬ３として反射して第２反射プリズム９２に入射させ、残りの成分を第４部分光束ＳＬ４として通過させて第２光射出面２８２ｅから射出している。
【００８８】
図１９（Ｄ）に示すように、第１反射プリズム９１に入射した第２部分光束ＰＬ２は、内面反射により上下反転して光合成部材２８３に側面２８３ａから入射する。一方、第２反射プリズム９２に入射した第３部分光束ＳＬ３は、内面反射により上下反転して光合成部材２８３に側面２８３ｂから入射する。光合成部材２８３は、第２部分光束ＰＬ２及び第３部分光束ＳＬ３を合成するためのクロスプリズムであり、その内部には、第２部分光束ＰＬ２反射用の第１膜２８３ｃと、第３部分光束ＳＬ３反射用の第２膜２８３ｄとが、平面視Ｘ字状に配置されている。第１膜２８３ｃ及び第２膜２８３ｄの反射率を適宜調整することで、第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３との合成光を第３光射出面２８３ｅから射出している。この場合、第１の光源ランプユニット２２０と第２の光源ランプユニット３２０とが同一構造を有しながら上下方向について互いに反転した状態となっている。また、第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬ３も元の第１光束ＰＬ，第２光束ＳＬの状態からそれぞれに上下反転している。従って、図２０に示すように、第２部分光束ＰＬ２と第３部分光束ＳＬとは互いに上下反転した状態で合成される。また、光束全体としても高速中心を基準として対称性を有するものとなっている。
【００８９】
〔第５実施形態〕
以下、図２１（Ａ）〜２１（Ｅ）を参照して、本発明の第５実施形態に係る照明装置等について説明する。なお、本実施形態に係る照明装置は、図１に示す第１実施形態の照明装置１０等のうち光源ランプユニット及び光束調整装置についての変形例であり、特に説明のないものは第１実施形態等と同様である。
【００９０】
図２１（Ａ）〜２１（Ｅ）に示すように、本実施形態に係る照明装置４１０は、３つの光源ランプユニット２０，１２０，４２０と、光束調整装置３８０とを有している。光束調整装置３８０は、外形が互いに一致する４つの部材３８１〜３８４をＹ方向に重ねて貼り付けた４階構造を有している。なお、光束調整装置３８０は３つの反射プリズム９１，９２，９３を有している。なお、ここでは、光束断面のアスペクト比を略４：１とする。なお、図２１（Ｂ）、２１（Ｃ）、２１（Ｄ）及び２１（Ｅ）は、光束調整装置３８０の状態を＋Ｙ側から順番に１段目、２段目、３段目及び４段目の順で示している。
【００９１】
第１及び第２の光源ランプユニット２０，１２０は、第１実施形態のランプユニットと同一であり、光束調整装置３８０の構造も＋Ｙ側の２段の部材３８１，３８２の構造は第１実施形態の第１及び第２光分岐部材８１，８２と同様の光分岐部材である。さらに、光束調整装置３８０の＋Ｙ側から３段目の部材３８３の構造は、第４実施形態の２段目の光合成部材２８３と同等の構造を有する光合成部材であり（図１９（Ｄ）参照）、４段目の部材３８４の構造は、第４実施形態の３段目の第２光分岐部材２８２の構造（図１９（Ｅ）参照）を光の進行方向に対する左右の方向（Ｘ方向）について逆転させた状態の光分岐部材である。図２１（Ｅ）に示すように、第３の光源ランプユニット４２０は、４段目の部材３８４から光束ＴＬを入射させている。部材３８４の分離膜３８４ｃは、入射した光束ＴＬのうち一部の成分を第１部分光束ＴＬ１として通過させて第４光射出面３８４ｅから射出させ、残りの成分を第２部分光束ＴＬ２として反射している。反射された第２部分光束ＴＬ２は、図２１（Ｄ）に示すように、反射プリズム９３を介して部材３８３において第４部分光束ＳＬ４と合成されて第３光射出面３８３ｅから射出される。以上により、光束調整装置３８０は、第３の光源ランプユニット４２０から射出される光束ＴＬを、第１及び第２の光源ランプユニット２０，１２０から射出される光束ＰＬ，ＳＬとともに合成し、照明光として光射出面３８１ｅ，３８２ｅ，３８３ｅ，３８４ｅから同一方向に射出している。
【００９２】
なお、上記では、＋Ｙ側から１段目、２段目及び４段目に３つの光源ランプユニット２０，１２０，４２０を設けているが、図２２（Ａ）〜２２（Ｅ）に示すように、光束調整装置３８０の１段目から３段目に３つの光源ランプユニット２０，１２０，４２０を設けてもよい。但し、この場合、２段目と３段目の光源ランプユニット１２０，４２０をＹ方向について限られた空間内に設置する必要がある。また、この場合、４段目の部材３８４は、図７（Ｄ）の場合と同様に、三角柱プリズムによって形成される反射プリズムの構成にできる。
【００９３】
以上各実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。
【００９４】
まず、上記第１実施形態では、第１光分岐部材８１の第１分離膜８１ｃにおいて、第１部分光束ＰＬ１が反射され、第２部分光束ＰＬ２が通過し第１反射プリズム９１等を経る構成となっており、各部分光束ＰＬ１，ＰＬ２が射出される各光射出面８１ｅ，８２ｅは、第１入射面８１ｄに対して垂直に配置される構成となっている。しかし、第１光分岐部材８１の構成はこれに限らず、例えば各光射出面８１ｅ，８２ｅが第１入射面８１ｄに対して平行に配置される構成とすることも可能である。つまり、第１分離膜８１ｃにおいて、第１部分光束ＰＬ１が通過し、第２部分光束ＰＬ２が反射されるものとし、第１光分岐部材８１を通過した第２部分光束ＰＬ２の射出側に第１反射プリズム９１等を配置することで各光射出面８１ｅ，８２ｅが入射面８１ｄに対して平行となる構成にしてもよい。
【００９５】
また、各実施形態では、水平断面について放物状で垂直断面について楕円状となるアナモフィック型の反射面ＲＦを用いているが、本発明は、光入射面のアスペクト比が３：１以上となるような極端に扁平な光束断面ＦＦを有する光束即ちシート光束を作ることができるものであれば、上記のようなアナモフィック型の反射面に限らず、水平断面での弧の形状と、垂直断面での弧の形状とが異なる非回転対称な種々の凹面形状を有する面を凹面鏡２２ｂ，１２２ｂの反射面ＲＦとして適用できる。例えば、凹面鏡は、水平断面と垂直断面とで互いに離心率や焦点距離等の異なる楕円状の反射面を有しているものであってもよい。
【００９６】
また、例えば上記第１実施形態では、副鏡２３ａ，１２３ａを用いているが、副鏡を有しない構成も可能である。
【００９７】
また、上記各実施形態では、いずれも水平断面ＨＳの形状を放物状、垂直断面ＰＳの形状を楕円状としているが、逆に、水平断面ＨＳの形状を楕円状とし、垂直断面ＰＳの形状を放物状としてもよい。例えば、縦置き型のプロジェクターについては、水平断面ＨＳの形状を楕円状とし、垂直断面ＰＳの形状を放物状とすることができる。
【００９８】
また、例えば第１各実施形態では、光束調整装置８０において、第１反射部材である第１反射プリズム９１の第２側面及び第３側面９１ｂ，９１ｃに反射膜ＰＭ１，ＰＭ２を施して２度の折り曲げを行っているが、第２側面及び第３側面９１ｂ，９１ｃでの全反射により光束を折り曲げられる場合には、反射膜ＰＭ１，ＰＭ２を設けなくてもよい。また、第１反射プリズム９１に代えて、例えば２枚のミラーを設置する構成としてもよい。これは、第２反射プリズム９２についても同様である。また、第３反射部材である第３反射プリズム８３は、１つの三角柱プリズム８３ａの反射面８３ｃに反射膜を施した構成となっているが、２つの三角柱プリズムを貼り合わせた構成としてもよい。また、三角柱プリズム８３ａに代えて、ミラーやＰＢＳによって第３反射部材を構成してもよい。
【００９９】
また、上記実施形態では、透過型の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを備えるプロジェクター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、反射型の液晶ライトバルブを備えるプロジェクターにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶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、液晶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。
【０１００】
また、プロジェクターとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面投射型のプロジェクターと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面投射型のプロジェクターとがあるが、図１等に示すプロジェクターの構成は、いずれにも適用可能である。
【０１０１】
また、上記各実施形態の照明装置１０等は、プロジェクターに限らず、偏光状態の揃った平行光束を必要とする種々の光学装置に適用可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０…照明装置、  ２０，１２０…光源ランプユニット、  ２１ａ，１２１ａ…ランプ部、  ２１ｂ，１２１ｂ…平行化レンズ、  ２２ａ、１２２ａ…発光管、  ２２ｂ，１２２ｂ…凹面鏡、  ＲＦ，ＲＦａ，ＲＦｂ，ＲＦｃ…反射面、  ２３ａ，１２３ａ…副鏡、  ８０…光束調整装置、  ３０…均一化光学系、  ４０…色分離導光部、  ５０…光変調部、  ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ…液晶ライトバルブ、  ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…液晶パネル、  ６０…色合成部、  ７０…投射光学系、  １００…プロジェクター、  ＨＳ…水平断面、  ＰＳ…垂直断面、  ＳＡ…システム光軸
【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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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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