(57)【要約】【課題】複数の光源部を備えた照明装置において、照明効率の高い光を得られ、光学素子の入射角度依存性の影響を低減し、装置を小型化し得る構成を提供する。【解決手段】本発明の照明装置２は、第１光源部６と、第２光源部７と、各光源部からの光をそれぞれ反射する第１反射面１１ａ、第２反射面１２ａを有する光軸変換素子８と、光軸変換素子８からの光を合成する合成レンズ９と、を備え、各光源部６，７は、主リフレクター１８と副リフレクター１９とを備え、第１光源部６の光源光軸Ｌ１と第２光源部７の光源光軸Ｌ２とは、一直線上に位置しないように所定方向にずれて配置され、光軸変換素子８の第１反射面１１ａと第２反射面１２ａとは、前記所定方向から見て第１反射面１１ａと第２反射面１２ａとが互いに交差するように、前記所定方向に沿って並べて配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光源部と、
第２光源部と、
前記第１光源部からの射出光を反射する第１反射面と前記第２光源部からの射出光を反射する第２反射面とを有し、前記第１光源部からの射出光および前記第２光源部からの射出光の各々を略一方向に反射させる光軸変換素子と、
前記光軸変換素子からの射出光を合成する合成光学素子と、を備え、
前記第１光源部および前記第２光源部の各々は、発光部と、前記発光部の光軸を中心とする全周のうちの一部を囲むように配置されて前記発光部からの射出光を照明対象に向けて反射させる第１リフレクターと、前記発光部の光軸を挟んで前記第１リフレクターと対向するように配置されて前記発光部からの射出光を前記第１リフレクターに向けて反射させる第２リフレクターと、を備え、
前記第１光源部の光源光軸と前記第２光源部の光源光軸とは、一直線上に位置しないように所定方向にずれて配置されており、
前記光軸変換素子の前記第１反射面と前記第２反射面とは、前記所定方向から見たときに前記第１反射面と前記第２反射面とが互いに交差するように、前記所定方向に沿って並べて配置されたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記第１光源部および前記第２光源部が集束された光を射出し、
前記第１光源部からの射出光の集光位置が前記第１反射面上にあり、前記第２光源部からの射出光の集光位置が前記第２反射面上にあることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第１光源部および前記第２光源部が集束された光を射出し、
前記第１光源部からの射出光の集光位置が前記第１反射面と前記照明対象とを結ぶ照明光軸上にあり、前記第２光源部からの射出光の集光位置が前記第２反射面と前記照明対象とを結ぶ前記照明光軸上にあることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１リフレクターと前記第２リフレクターとが対向する方向と前記所定方向とが略平行であり、前記第１光源部の前記第１リフレクターと前記第２光源部の前記第１リフレクターとが前記光源光軸と照明光軸とを含む平面を挟んで反対側に位置することを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第１リフレクターと前記第２リフレクターとが対向する方向と照明光軸とが略平行であることを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記光軸変換素子からの射出光束を略一種類の偏光光束に変換する偏光変換光学系を備え、
前記偏光変換光学系の偏光分離方向と前記所定方向とが、照明光軸に垂直な平面内において略直交していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光軸変換素子からの射出光を複数の色光に分離する色光分離光学系を備え、
前記色光分離光学系の色光分離方向と前記所定方向とが、照明光軸に垂直な平面内において略直交していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置からの光によって画像を形成する画像形成素子と、
前記画像形成素子から射出された光を投写する投写光学系と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば画像形成素子を照明する照明装置と、画像形成素子に形成した光学像を投写光学系によりスクリーン上に投写表示するプロジェクターに関し、より詳しくは、複数個の光源部を備えた照明装置の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大画面映像を表示可能な装置の一つとして、画像情報に応じて光学像を形成する小型の画像形成素子を照明装置からの光で照明し、その光学像を投写光学系によりスクリーン等へ表示するプロジェクターが実用化されている。このようなプロジェクターでは、投写画像の高輝度化が強く望まれており、それらを実現するための高性能な照明光学系が開発されてきている。例えば、投写画像の高輝度化を図るために、複数の光源部（光源ランプ）を用いた照明装置、いわゆる多灯式の照明装置が注目されている。
【０００３】
複数の光源部を用いた多灯式の照明装置では、各光源部から射出された光を反射ミラーやレンズ等を用いて一つの照明光束に合成した後に、照明対象である画像形成素子に導く構成が用いられる。そのため、合成時の光利用効率（合成効率）を高めることが重要となる。
【０００４】
ところで、画像形成素子や偏光素子、投写レンズ等の光学素子の大部分は、その光学特性が入射光に対して角度依存性を有するため、光束径と角度分布の広がりがともに小さい照明光束を高い効率で得られる照明装置であることが望ましい。このことは多灯式の照明装置でも同様である。そのためには、複数の光源部の光源光軸をできるだけ近接させる、あるいは、互いに小さな角度で交わるように構成することが重要となる。
【０００５】
この種の構成を備えた従来の多灯式照明装置の一例が下記の特許文献１（特に図９を参照のこと）に開示されている。この照明装置では、各光源（ランプ）から射出された光を集光しつつ、その集光位置の近くに設置された反射ミラーを用いて光路を折り曲げることにより２つの光源部からの光を合成し、一つの照明光束を得ている。この場合、反射ミラーの後段（光変調素子側）の照明光軸上に形成される発光体の像（２次光源像）の位置は、本来の光源（発光体）の位置よりも照明光軸に近付く。よって、これより後段の光学系においてはこの２次光源像の位置を光源の位置と見なして取り扱えるため、２つの光源光軸を互いに近接させて配置したことになる。この文献の照明装置では、各光源部が、ランプの一対の電極に沿って延びる光源光軸に対して非回転対称な形状を有する大きな第１凸面鏡と小さな第２凸面鏡を備えているため、光源から放射される光の集光効率を大きく低下させることなく、照明装置およびプロジェクターの小型化を実現できる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開Ｗ０２００４／０９２８２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の照明装置において理想的な照明光束を得るためには、光源部により形成される集束光束の径を小さくする、換言すると、２次光源像の大きさを小さくするとともに、反射ミラー上の照明光軸に近い位置に光を入射させることが重要となる。
しかしながら、特許文献１に記載の照明装置は、各光源部の光源光軸が同一平面内で一致し、その平面内に照明光軸が位置するように構成されている。そして、光路を折り曲げるための２つの反射ミラーは、対応する光源光軸に対して各々４５度の角度をなし、かつ、上記の同一平面と直交する方向に接合線（２つの反射ミラーが山型に配置されたことで形成される稜線）を形成するように配置されている。各反射ミラーは光源光軸に対して４５度の角度をなすように斜めに傾いているため、反射ミラーに入射した光源部からの光束は、その反射面上で光束の断面形状が接合線の延在方向と略直交する方向に伸長される。
【０００８】
そこで、断面形状が伸長された光束を損失することなく光変調素子の方向に反射させるためには、反射面における光束の断面形状の伸長分を考慮して、反射ミラーの接合線に対する光源光軸の位置を照明光軸（接合線）から離して設定する必要がある。その結果、反射ミラーで光路を折り曲げられた光源光軸は、照明光軸から所定の距離分だけ離れた位置に設定されることとなる。例えば、反射ミラーに入射する直前での光束径をｄとすると、反射ミラーで光路を折り曲げられた光源光軸は、照明光軸からｄ／cos（４５度）離れた位置に設定される。
【０００９】
すなわち、照明効率の高い照明装置を実現するためには、複数の光源光軸を最接近させることが重要であるが、上記従来の照明装置では、２つの光源光軸が同一平面内で一致するように構成されているため、光源光軸を最接近させることができず、照明効率が低下するという問題点を有していた。  
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数の光源部を備えた照明装置において、照明効率の高い照明光を得られ、光学特性が大きな入射角度依存性を有する光学素子を用いる場合であってもその入射角度依存性の影響を低減し易く、装置を小型化し易い構成を提供することを目的とする。また、この照明装置を備えることにより、表示品位の高い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】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の照明装置は、第１光源部と、第２光源部と、前記第１光源部からの射出光を反射する第１反射面と前記第２光源部からの射出光を反射する第２反射面とを有し、前記第１光源部からの射出光および前記第２光源部からの射出光の各々を略一方向に反射させる光軸変換素子と、前記光軸変換素子からの射出光を合成する合成光学素子と、を備え、前記第１光源部および前記第２光源部の各々は、発光部と、前記発光部の光軸を中心とする全周のうちの一部を囲むように配置されて前記発光部からの射出光を照明対象に向けて反射させる第１リフレクターと、前記発光部の光軸を挟んで前記第１リフレクターと対向するように配置されて前記発光部からの射出光を前記第１リフレクターに向けて反射させる第２リフレクターと、を備え、前記第１光源部の光源光軸と前記第２光源部の光源光軸とは、一直線上に位置しないように所定方向にずれて配置されており、前記光軸変換素子の前記第１反射面と前記第２反射面とは、前記所定方向から見たときに前記第１反射面と前記第２反射面とが互いに交差するように、前記所定方向に沿って並べて配置されたことを特徴とする。
なお、本明細書において、「光源光軸」とは、光源部から射出される光束の中心軸であり、かつ、第１リフレクターの光軸のことである。また、後述する「照明光軸」とは、本発明の照明装置が照明する照明対象の照明面の中心を通る、照明面に対する法線のことである。
【００１２】
光軸変換素子を用いて第１光源部からの射出光および第２光源部からの射出光を略一方向に反射させる場合、各射出光が光軸変換素子の第１反射面もしくは第２反射面に対して９０度以外の角度で入射するため、各反射面上では光束の断面形状が反射面の傾斜方向に伸長する。本発明の照明装置によれば、第１光源部の光源光軸と第２光源部の光源光軸とが、一直線上に位置しないように所定方向にずれて配置され、光軸変換素子の第１反射面と第２反射面とが、前記所定方向（すなわち、２つの光源光軸のずれ方向）から見たときに第１反射面と第２反射面とが互いに交差するように、前記所定方向に沿って並べて配置されているため、反射面での光束の断面形状の伸長方向は、反射後の２つの光源光軸が並ぶ方向と略直交する方向となる。そのため、反射面での光束の断面形状の伸長現象に影響されることなく、２つの光源光軸を近接した状態で配置できる。
【００１３】
これにより、照明効率の高い照明光が得られ、光学特性が大きな入射角度依存性を有する光学素子を用いる場合にもその入射角度依存性の影響を低減しやすい照明装置を実現できる。また、第１光源部および第２光源部の各々は、発光部と、発光部の光軸を中心とする全周のうちの一部を囲むように配置された第１リフレクターと、発光部の光軸を挟んで第１リフレクターと対向するように配置された第２リフレクターと、を備えているため、発光部の全周を囲むリフレクターを備えた従来の構成に比べて、光量低下を殆ど招くことなく光源部を小型化でき、照明装置全体の小型化が図れる。
【００１４】
本発明の照明装置において、前記第１光源部および前記第２光源部が集束された光を射出し、前記第１光源部からの射出光の集光位置が前記第１反射面上に設定され、前記第２光源部からの射出光の集光位置が前記第２反射面上に設定された構成を採用できる。
この構成によれば、反射面上での射出光の集束径が最小となるため、反射面の面積を最小化でき、光軸変換素子の小型化、低コスト化が図れる。
【００１５】
あるいは、光源部からの射出光の集光位置を反射面上に設定する構成に代えて、前記第１光源部からの射出光の集光位置が前記第１反射面と前記照明対象とを結ぶ照明光軸上に設定され、前記第２光源部からの射出光の集光位置が前記第２反射面と前記照明対象とを結ぶ前記照明光軸上に設定された構成を採用できる。
この構成によれば、反射面上での射出光の集束径が最小とならないため、集光位置を反射面上に設定する上記の構成に比べて反射面が大型化するが、光束が各反射面に集中することによる各反射面の光劣化や熱劣化を低減し易い。
【００１６】
本発明の照明装置において、前記第１リフレクターと前記第２リフレクターとが対向する方向と前記所定方向とが略平行であり、前記第１光源部の前記第１リフレクターと前記第２光源部の前記第１リフレクターとが前記光源光軸と照明光軸とを含む平面を挟んで反対側に位置する構成を採用できる。
この構成によれば、合成光学素子に入射する各光源部に対応した光束が互いに重なり易くなり、合成光学素子以降の光学素子を小型化し易い。
【００１７】
特に、各光源部からの射出光の集光位置を各反射面と照明対象とを結ぶ照明光軸上に設定した場合、集光位置を各反射面から離れた位置、すなわち照明対象に近い位置に設定する程、集光位置における光束の断面形状の軸対称性が低下し、光束の強度分布上の最強位置は中心から一方向側（第２リフレクター側）へシフトする。したがって、２つの光源部の第１リフレクターが光源光軸と照明光軸とを含む平面を挟んで反対側に位置する上記の構成を採用した場合、２つの光束の強度分布上の最強点同士を近接させ易くなり、光束径が小さく、角度分布の広がりが狭い照明光が得られる。また、合成光学素子で略一つに合成された光束において、強度分布の軸対称性を高められるため、光学特性が入射角度依存性を有する光学素子を照明する場合、照度ムラや色ムラの発生を低減できる。
【００１８】
あるいは、第１リフレクターと第２リフレクターとが対向する方向と前記所定方向とを略平行に設定する構成に代えて、前記第１リフレクターと前記第２リフレクターとが対向する方向と照明光軸とを略平行に設定する構成を採用できる。
この構成によれば、本発明の照明装置の照明光軸に沿った方向の寸法を小型化することができる。
【００１９】
本発明の照明装置において、前記光軸変換素子からの射出光束を略一種類の偏光光束に変換する偏光変換光学系を備え、前記偏光変換光学系の偏光分離方向と前記所定方向とが、照明光軸に垂直な平面内において略直交している構成を採用できる。なお、「偏光分離方向」とは、偏光変換光学系の偏光分離面によって分離された後の異なる偏光状態の複数の光束が並ぶ方向のことである。
この構成によれば、偏光変換素子の偏光分離面の長手方向に沿って２つの光源部からの光束が入射するため、偏光分離面以外の箇所に入射する光束の割合が減り、高い偏光分離効率、よって高い偏光変換効率を得やすい。
【００２０】
本発明の照明装置において、前記光軸変換素子からの射出光を複数の色光に分離する色光分離光学系を備え、前記色光分離光学系の色光分離方向と前記所定方向とが、照明光軸に垂直な平面内において略直交している構成を採用できる。
なお、「色光分離方向」とは、色光分離光学系によって分離された後の複数の色光の中心軸が含まれる平面に平行な方向のことである。
この構成によれば、色光分離光学系の色光分離方向と直交する方向では色光分離特性の角度依存性が小さいため、２つの光源部で発光特性が異なったり、一方の光源部が不点灯となったりしても、明るさムラや色ムラの発生を低減できる。
【００２１】
本発明のプロジェクターは、本発明の照明装置と、前記照明装置からの光によって画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子から射出された光を投写する投写光学系と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、本発明の照明装置を備えたことにより、投写画像の表示品位が高いプロジェクターを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態のプロジェクターの要部を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図３】第１実施形態のプロジェクターの光源部を示す図である。
【図４】合成レンズに入射する光束の断面形状と位置を示す図である。
【図５】光源部のリフレクターの変形例を示す図である。
【図６】光源部の副リフレクターの変形例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図８】合成レンズに入射する光束の断面形状と位置を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図１０】偏光変換光学系の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態のプロジェクターの要部を示す斜視図である。
【図１２】第４実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図１３】光軸変換素子の反射面における光強度分布を説明するための図である。
【図１４】合成レンズに入射する光束の断面形状と位置を示す図である。
【図１５】本発明の第５実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図１６】本発明の第６実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
本実施形態では、２つの光源部からの光束を合成光束として射出する照明装置を備えたプロジェクターの例を示す。
図１は、本実施形態のプロジェクターの要部を示す斜視図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態のプロジェクター全体の概略構成図であり、図２（Ａ）は、ｙ軸方向から見たｘｚ平面断面図、図２（Ｂ）は、ｚ軸方向から見たｘｙ平面断面図、図２（Ｃ）は、ｘ軸方向から見たｙｚ平面断面図、である。図３（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態のプロジェクターの光源部を示す図であり、図３（Ａ）は、ｚ軸方向から見たｘｙ平面断面図、図３（Ｂ）は、ｘ軸方向から見たｙｚ平面断面図、である。図４（Ａ）、（Ｂ）は、合成レンズに入射する光束の断面形状と位置を説明するための図である。図５（Ａ）、（Ｂ）は、光源部のリフレクターの２つの変形例を示す図であり、ｘ軸方向から見たｙｚ平面断面図である。図６は、光源部の副リフレクターの変形例を示す図であり、図６（Ａ）は、ｚ軸方向から見たｘｙ平面断面図、図６（Ｂ）は、ｘ軸方向から見たｙｚ平面断面図、である。
なお、以下の全ての図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００２４】
本実施形態のプロジェクター１は、図２に示すように、照明装置２と、照明光束を変調して画像情報を内包した投写光束を生成する光変調素子３（照明対象、画像形成素子）と、光変調素子３から射出された投写光束をスクリーン４などの被投写面に投写する投写光学系５と、を備えている。
以下の説明では、照明対象である光変調素子３の照明面の中心を通る、照明面に対する法線であって、照明装置２から射出される照明光束の略中心軸を「照明光軸Ｌ」と称する。また、第１光源部６、第２光源部７の各々から射出される光束の中心軸であって、かつ、第１光源部６、第２光源部７の各々の主リフレクターの光軸となる軸をそれぞれ「光源光軸Ｌ１」、「光源光軸Ｌ２」と称する。
【００２５】
本実施形態の照明装置２は、２つの光源部６，７と、光軸変換素子８と、合成レンズ９（合成光学素子）と、インテグレーター部１０と、を主に備えている。光軸変換素子８は、２つの光源部６，７から射出された各光束を異なる反射ミラー１１，１２で略一方向に反射させ、射出させるものである。合成レンズ９は、光軸変換素子８から略一方向に向けて射出された各光束が入射し、これらの光束を略一つの合成光束として射出させるものである。インテグレーター部１０は、光源部に近い側から第１レンズアレイ１３、第２レンズアレイ１４、重畳レンズ１５、平行化レンズ１６を有している。本例では、図２において、ｚ軸（照明光軸Ｌ）を中心として２つの光源部６，７が対向して配置されており、ｚ軸に対して−ｘ方向に位置する光源部を第１光源部６、＋ｘ方向に位置する光源部を第２光源部７と称する。
【００２６】
各光源部６，７から光源光軸Ｌ１，Ｌ２に沿って射出された各光束は、後述する主リフレクターの作用により所望の集光角を有する集束光束となって光軸変換素子８に入射する。光軸変換素子８に入射した集束光束は、光軸変換素子８の反射ミラー１１，１２で進行方向を略９０度変えられるとともに発散光束となり、照明光軸Ｌに沿って配置された合成レンズ９に入射する。各光源部６，７から合成レンズ９に入射した発散光束は、その発散性が弱められ、照明光軸Ｌに対して略平行な合成光束となってインテグレーター部１０に入射する。インテグレーター部１０では、入射した合成光束が、後段の照明対象、すなわち光変調素子３における照度分布が略均一となるような照明光束に変換され、光変調素子３に向けて射出される。光変調素子３としては、画素構造を備えた液晶表示素子、もしくは複数の可動ミラーをアレイ状に備えた微小ミラーアレイ素子などが用いられる。光変調素子３に入射した照明光束は、外部からの画像信号に応じて変調され、画像情報を内包した投写光束となって射出される。射出された投写光束は、投写レンズ等の投写光学系５によってスクリーン４などの被投射面上に投写され、画像情報を表示する。
【００２７】
第１光源部６と第２光源部７とは同一の構成を有しており、発光管１７と、主リフレクター１８（第１リフレクター）と、副リフレクター１９（第２リフレクター）と、ＵＶ・ＩＲカットフィルター２０と、を備えている。主リフレクター１８は、発光管１７から射出された光を照明対象である光変調素子３に向けて反射させる機能を主に担っている。副リフレクター１９は、発光管１７から射出された光を主リフレクター１８に向けて反射させる機能を主に担っている。発光管１７は、その発光点が主リフレクター１８の第１焦点に略一致するように配置される。発光管１７から放射された光は、主リフレクター１８および副リフレクター１９で反射され、集束光束となって射出され、ＵＶ・ＩＲカットフィルター２０で不要な紫外光と赤外光とが除去される。
【００２８】
発光管１７は、図３（Ａ）に示すように、バルブ部２１と、封止部２２と、一対の電極２３および一対の給電端子２４と、リード線２５と、を備えている。バルブ部２１は内部空間を有する略球状の管体であり、バルブ部２１の両端には棒状の封止部２２がバルブ部２１と一体に形成されている。バルブ部２１および封止部２２は、例えば石英ガラス、サファイア等の耐熱性が高い透明材料で構成されている。バルブ部２１の内部空間には、先端が尖った一対の電極２３が対向するように配置されるとともに、発光物質と気体とが封入されている。発光物質としては例えば水銀、金属ハロゲン化物等が用いられ、気体としては例えば希ガス、ハロゲンガス等が用いられる。本実施形態では、発光管１７は、一対の電極２３が延在する方向が光源光軸Ｌ１，Ｌ２と一致する姿勢で主リフレクター１８に固定されている。
【００２９】
また、一対の電極２３の各々から延在する給電端子２４が各封止部２２を貫通するように設けられ、各給電端子２４にはリード線２５が接続されている。以上の構成を有する発光管１７において、一対の電極２３間に高電圧を印加すると、電極２３間に放電が生じて線状あるいは点状の発光部２６が発生し、発光部２６から略全周方向に光が放射される。なお、この種のアーク放電型の発光管１７としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が該当する。
【００３０】
主リフレクター１８は、例えばガラスや結晶化ガラス等の耐熱性が高く、機械的強度が大きい基材と、基材の内面（発光管が配置された側の面）の全領域に形成された、例えば誘電体多層膜や金属膜からなる反射ミラーと、から構成されている。また、主リフレクター１８は、発光管１７の封止部２２を挿入して固定するための後方貫通孔２７を備えたネック部２８と、照明対象に向けて光を射出する前方開口部２９と、を有している。図３（Ａ）に示すように、主リフレクター１８の反射ミラーが形成された反射面１８ａは楕円面となっている。なお、反射面１８ａは、楕円面に限らず、放物面や非球面であっても良い。
【００３１】
また、光源光軸Ｌ１，Ｌ２に直交する平面で見る（矢印の方向に見る）と、図３（Ｂ）に示すように、一般のリフレクターでは光源光軸Ｌ１，Ｌ２を中心として全周（３６０度）にわたって反射ミラーが存在するのに対し、本実施形態の主リフレクター１８では略半周（１８０度）の部分のみが反射ミラーの存在する反射面１８ａとなっている。なお、主リフレクター１８の内面のうち、反射ミラーが存在し、発光管１７および副リフレクター１９からの光を受光可能な角度範囲のことを「主リフレクター１８の受光可能角度範囲θＭ」と称する。言い換えると、光源光軸Ｌ１，Ｌ２に直交する平面で見たときに、反射ミラーの各端部と光源光軸Ｌ１（Ｌ２）とを結ぶ２本の線分がなす角度が受光可能角度範囲θＭである。この例ではθＭ＝１８０度である。すなわち、本実施形態の主リフレクター１８は、光源光軸Ｌ１，Ｌ２を中心として全周（３６０度）を覆う一般のリフレクターを、反射ミラーの各端部と光源光軸Ｌ１（Ｌ２）とを含む平面Ｐ１によって半分に割った形状（いわゆる半割状）となっている。
【００３２】
主リフレクター１８は、主リフレクター１８（反射ミラー）の光軸が発光管１７の光軸（一対の電極２３の延在方向）と一致するように配置されている。すなわち、主リフレクター１８は、主リフレクター１８の第１焦点位置が発光部２６の位置に一致するように、発光管１７に対して位置合わせされている。本実施形態においては、上述したように、互いに一致する主リフレクター１８（反射ミラー）の光軸および発光管１７の光軸が光源光軸Ｌ１，Ｌ２である。
【００３３】
副リフレクター１９は、発光管１７のバルブ部２１の外表面であって、光源光軸Ｌ１，Ｌ２を中心として主リフレクター１８が存在しない側の半分の領域に形成された反射膜で構成されている。すなわち、副リフレクター１９は、図３（Ｂ）に示すように、バルブ部２１の外表面において、光源光軸Ｌ１（Ｌ２）を含む平面Ｐ１によってバルブ部２１を半分に割った領域（図３（Ｂ）の斜線を施した部分）に設けられている。副リフレクター１９においても、主リフレクター１８と同様、反射膜が存在し、発光管１７からの光を受光可能な角度範囲のことを「受光可能角度範囲θＳ」と定義すると、θＳ＝１８０度である。
【００３４】
副リフレクター１９を構成する反射膜には高い耐熱性が要求されるため、例えば五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と酸化珪素（ＳｉＯ２）からなる多層膜、酸化チタン（ＴｉＯ２）と酸化珪素（ＳｉＯ２）からなる多層膜、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）と酸化珪素（ＳｉＯ２）からなる多層膜等が好適に用いられる。なお、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）を含む多層膜を用いれば、発光部２６から放射された紫外線を吸収してバルブ部２１を保温できるため、発光効率の向上に効果がある。
【００３５】
上記構成の第１光源部６、第２光源部７において、発光部２６からは略全周方向に光が放射されるが、主リフレクター１８に向けて放射された光束は主リフレクター１８の反射ミラーで反射され、集束光束となって第１光源部６、第２光源部７からそれぞれ射出される。一方、副リフレクター１９を構成する反射膜は略球状のバルブ部２１の外表面に形成されていることから、その反射面の曲面形状は球面状である。したがって、副リフレクター１９に向けて放射された光束は反射膜で反射され、集光状態で発光部２６およびその極近傍を通過し、あたかも発光部２６から放射された光の如く主リフレクター１８に向かい、主リフレクター１８の反射ミラーで反射され、集束光束となって第１光源部６、第２光源部７からそれぞれ射出される。すなわち、主リフレクター１８の反射ミラーは、発光部２６からの放射光を直接受光して照明対象に向けて反射させるとともに、副リフレクター１９を構成する反射膜で反射した光を受光して照明対象に向けて反射させる作用を有している。
【００３６】
光軸変換素子８は、図１、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各光源部６，７から射出された光束を反射する２つの反射面１１ａ，１２ａを有している。本実施形態の光軸変換素子８は、２枚の反射ミラー１１，１２を組み合わせたものであり、第１光源部６から射出された光束を反射する第１反射ミラー１１の反射面１１ａと、第２光源部７から射出された光束を反射する第２反射ミラー１２の反射面１２ａと、を有している。以下、第１反射ミラー１１の反射面１１ａを「第１反射面」と称し、第２反射ミラー１２の反射面１２ａを「第２反射面」と称する。
【００３７】
［背景技術］の項で述べた従来の照明装置では、第１光源部と第２光源部とが対向して配置され、第１光源部の光源光軸と第２光源部の光源光軸とは一直線上に位置していた。これに対して、本実施形態では、図１および図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第１光源部６は、照明光軸Ｌを含むｘｚ平面に対して＋ｙ方向にずれて配置され、第２光源部７は、照明光軸Ｌを含むｘｚ平面に対して−ｙ方向にずれて配置されている。これにより、第１光源部６の光源光軸Ｌ１と第２光源部７の光源光軸Ｌ２とは、一直線上に位置しないように、照明光軸Ｌを中心としてｙ軸方向（所定方向）に距離Ｄ１ずつずれて配置されている。また、図２（Ｂ）に、各反射面１１ａ，１２ａ上での入射光束の光強度分布のイメージを示した。各反射面１１ａ，１２ａ上での入射光束の中心、すなわち光強度分布の最強点も照明光軸Ｌを中心としてｙ軸方向に距離Ｄ１だけずれた位置にある。
【００３８】
また、第１光源部６は、図２（Ａ）に示すように、主リフレクター１８と副リフレクター１９とが対向する方向（ｚ軸方向）が照明光軸Ｌと平行であり、主リフレクター１８が合成レンズ９に近い側（＋ｚ方向）に位置し、副リフレクター１９が合成レンズ９から遠い側（−ｚ方向）に位置する姿勢で設置されている。同様に、第２光源部７は、主リフレクター１８と副リフレクター１９とが対向する方向（ｚ軸方向）が照明光軸Ｌと平行であり、主リフレクター１８が合成レンズ９に近い側（＋ｚ方向）に位置し、副リフレクター１９が合成レンズ９から遠い側（−ｚ方向）に位置する姿勢で設置されている。
【００３９】
上記の第１光源部６、第２光源部７の配置に伴って、光軸変換素子８の第１反射面１１ａと第２反射面１２ａとは、図１および図２（Ｂ）に示すように、ｙ軸方向に沿って積み重ねられて配置されている。また、図２（Ａ）に示すように、光軸変換素子８の第１反射面１１ａは、ｙ軸方向から見たときに、第１光源部６の光源光軸Ｌ１に対して略４５度の角度をなすように傾斜して配置されている。同様に、光軸変換素子８の第２反射面１２ａは、ｙ軸方向から見たときに、第２光源部７の光源光軸Ｌ２に対して略４５度の角度をなすように傾斜して配置されている。したがって、光軸変換素子８の第１反射面１１ａと第２反射面１２ａとは、ｙ軸方向から見たときに第１反射面１１ａと第２反射面１２ａとが互いに略９０度の角度で交差する姿勢でＸ字状に配置されている。
【００４０】
また、各光源部６，７から射出された光は主リフレクター１８の第２焦点に集光するが、その第２焦点の位置に各反射面１１ａ，１２ａが配置されている。換言すると、第１光源部６からの射出光の集光位置が第１反射面１１ａ上にあり、第２光源部７からの射出光の集光位置が第２反射面１２ａ上にあるように、各光源部６，７と各反射面１１ａ，１２ａとの位置関係が設定されている。
なお、本実施形態では、２枚の反射ミラー１１，１２を用いた光軸変換素子８を例示するが、光軸変換素子は、上述した姿勢や位置に設定された２つの反射面を有していればよいため、必ずしも２枚の反射ミラーを用いる必要はなく、例えば２つの反射面を有する一体型の反射素子であっても良い。
【００４１】
上述したように、第１光源部６から射出された光は光軸変換素子８の第１反射面１１ａで反射し、第２光源部７から射出された光は光軸変換素子８の第２反射面１２ａで反射して、それぞれの光路が略９０度折り曲げられて＋ｚ方向に進行し、合成レンズ９に入射する。ここで、光軸変換素子８の各反射面１１ａ，１２ａで反射した後の光源光軸Ｌ１，Ｌ２は、図２（Ｃ）に示すように、照明光軸Ｌを含むｘｚ平面を挟んで略対向するように互いに反対側に配置されている。そのため、図４（Ａ）に示すように、合成レンズ９に入射する時点での第１光源部６からの射出光束６Ｌの中心は、照明光軸Ｌを含むｘｚ平面を挟んで＋ｙ方向にずれ、合成レンズ９に入射する時点での第２光源部７からの射出光束７Ｌの中心は、照明光軸Ｌを含むｘｚ平面を挟んで−ｙ方向にずれた状態となる。なお、本実施形態では、各光源部６，７の主リフレクター１８が半割状の形状を有しているため、光源光軸Ｌ１，Ｌ２に垂直な平面における射出光束の断面形状は略半円状となる。よって、図４（Ａ）に示した各光源部６，７からの射出光束６Ｌ，７Ｌは、光束が存在する領域の形状を半円で示したものである。
【００４２】
図４（Ａ）に示した光束中心のずれは、照明光束の強度分布や角度分布の非対称性を増長し、照度ムラの原因になるが、ずれ量が僅かであれば、実用上は大きな問題とはならない。また、この光束中心のずれは、各反射面１１ａ，１２ａや各光源部６，７の設置角度を調整することによって、２つの光源光軸Ｌ１，Ｌ２を合成レンズ９やそれ以降の任意の位置（光変調素子寄りの位置）で交差させる構成とすることができる。なお、図２（Ｃ）では、各反射面１１ａ，１２ａや各光源部６，７の設置角度を調整したものとして、２つの光源光軸Ｌ１，Ｌ２が照明光軸Ｌ上における第２レンズアレイ１４の入射端の位置で交差するように描いている。このように、例えば２つの光源光軸Ｌ１，Ｌ２を合成レンズ９の入射端で交差させるような調整を行えば、図４（Ｂ）に示すようなより対称性の高い光束を得ることができる。逆に、光束中心のずれ量が僅かであり、実用上問題ない程度であれば、照明光軸Ｌを挟んで２つの光源光軸Ｌ１，Ｌ２を互いに平行に配置しても良い。
【００４３】
本実施形態の照明装置２において、第１光源部６と第２光源部７とは照明光軸Ｌを含むｘｚ平面に対してｙ軸方向にずれて配置され、光軸変換素子８の第１反射面１１ａと第２反射面１２ａとはｙ軸方向に沿って積み重ねられて配置され、光軸変換素子８の各反射面１１ａ，１２ａは各光源光軸Ｌ１，Ｌ２に対して略４５度の角度をなすように傾斜し、ｙ軸方向から見て略９０度の角度で交差する姿勢で配置されている。このような配置のため、光軸変換素子８の各反射面１１ａ，１２ａ上において入射された光束の断面形状が各反射面１１ａ，１２ａの傾斜方向に伸長する。ところが、この伸長方向は反射後の２つの光源光軸Ｌ１，Ｌ２が並ぶ方向と直交する方向となる。そのため、反射面１１ａ，１２ａでの光束の断面形状の伸長現象に影響されることなく、２つの光源光軸Ｌ１，Ｌ２を近接した状態で配置できる。これにより、照明効率の高い照明光が得られ、光学特性が大きな入射角度依存性を有する光変調素子、投射レンズ等の光学素子に対して入射角度依存性の影響を低減し易い照明装置を実現できる。また、第１光源部６、第２光源部７の各々は半割状の主リフレクター１８を備えているため、各光源部６，７を小型化でき、照明装置全体の小型化が図れる。以上により、投写画像の表示品位が高く、小型のプロジェクターを実現できる。
【００４４】
なお、本実施形態では、各光源部６，７からの射出光の集光位置が光軸変換素子８の各反射面１１ａ，１２ａ上にある構成を採用している。ここで、各光源部６，７の主リフレクター１８は半割状の形状であるが、射出光の集光位置では光束の断面形状が略円形となり、強度の中心は略中央に存在する。すなわち、光束の断面形状は殆ど異方性を持たない。したがって、２つの光源部６，７の主リフレクター１８、副リフレクター１９の位置や向きは図２（Ａ）〜（Ｃ）の形態に限定されない。図２（Ａ）〜（Ｃ）の構成は各光源部６，７の主リフレクター１８が合成レンズ９側に位置する配置であり、照明装置２のｚ軸方向の寸法を小型化し易いという利点がある。これに対して、例えば、副リフレクター１９が合成レンズ９側に位置するように配置しても同様の効果が得られ、各光源部６，７の保持部材や調整治具等の部材を配置し易いという利点がある。
【００４５】
［光源部の第１変形例］
上記実施形態では、主リフレクター１８と副リフレクター１９とがともに半割状（θＭ＝θＳ＝１８０度）であったが、完全な半割状でなくても良い。例えば図５（Ａ）に示すように、主リフレクター１８Ａの受光可能角度範囲θＭを１８０度より大きく、副リフレクター１９Ａの受光可能角度範囲θＳを１８０度より小さくしても良い。図５（Ａ）の構成では、主リフレクター１８Ａは、光源光軸Ｌ１，Ｌ２を含む平面Ｐ１を越えて僅かに副リフレクター１９Ａ側に回り込むような形状とし、θＭ＞１８０度としている。一方、副リフレクター１９Ａを構成する反射膜は、主リフレクター１８Ａの回り込みの程度に応じて半割状よりも少ない領域に形成され、θＳ＜１８０度としている。すなわち、光源光軸Ｌ１，Ｌ２に直交する平面において、発光部２６から略全周方向に放射される光を主リフレクター、副リフレクターのいずれかで受光できる構成であれば良い。図５（Ａ）のような主リフレクター１８Ａが副リフレクター１９Ａ側に多少回り込む程度の形状であれば、照明装置がそれ程大型化することはない。また、主リフレクター１８Ａのネック部が略筒状もしくはＣ字状となることで発光管１７の封止部２２を保持する部分が増え、発光管１７をより確実に保持しやすくなる。
【００４６】
［光源部の第２変形例］
あるいは、図５（Ｂ）に示すように、主リフレクター１８Ｂの反射ミラーと副リフレクター１９Ｂの反射膜とが多少オーバーラップする部分を有する構成としても良い。すなわち、主リフレクター１８Ｂと副リフレクター１９Ｂとが、θＭ≧１８０度、θＳ≧１８０度となるように構成されたものであっても良い。発光管１７内の発光部２６は有限の大きさを有しているため、主リフレクターおよび副リフレクターの焦点位置から外れた位置から射出される光が存在する。このとき、図５（Ｂ）に示すような構成であれば、各リフレクター１８Ｂ，１９Ｂの焦点位置から外れた位置から射出される光もいずれか一方のリフレクター１８Ｂ，１９Ｂで反射できるため、そのような光も光源光軸Ｌ１，Ｌ２に沿って照明装置から射出する光とすることができ、照明光として有効利用できる光量の増大を図ることができる。
【００４７】
［光源部の第３変形例］
上記実施形態では、副リフレクター１９として発光管１７のバルブ部２１表面に形成した反射膜を用いたが、この構成に代えて、副リフレクター１９として発光管１７とは別体で発光管１７に近接あるいは密着させて配置した反射ミラーを用いても良い。例えば、図６（Ａ）、（Ｂ）に示す副リフレクター１９Ｃは、球面状に窪んだ反射面を有する反射ミラーで構成され、反射ミラーが支持板３０に固定されている。反射ミラーは、球面状に窪んだ凹部を有する基材の凹部内面に反射膜を形成したものである。また、反射ミラーは、発光管１７内の発光部２６が焦点位置に位置するように、発光管１７に密着するか、あるいは僅かな間隙をおいて近接して配置されている。
【００４８】
反射ミラーの基材や支持体は、例えば石英ガラスやサファイア等の発光管１７と同じ材料を用いることが好ましく、反射膜としては上記実施形態の副リフレクター１９の反射膜と同様の材料を用いることが好ましい。反射ミラーの基材や支持体に発光管１７と同じ材料を用いることで熱膨張率を合わせられるため、反射ミラーの取り付け位置精度を維持しやすく、反射ミラーからの反射光を所望の位置に効率良く戻すことができる。また、石英ガラスやサファイアは耐熱性が高いため、破損しにくいという利点もある。
【００４９】
また、発光管１７のバルブ部２１は、バルブ部２１を構成する球状の透明体が厚みを有するため、透明体を光が透過する際に屈折作用、いわゆるレンズ効果を受ける。このようなバルブ部２１のレンズ効果を考慮して反射ミラーの凹面形状や曲率等の光学特性を設定したり、反射ミラーの取り付け位置を調整したりすることができる。これにより、反射ミラーでの反射光を所望の位置に戻しやすく、各光源部６，７の光利用効率を高めやすい。また、反射ミラーの取り付け位置を適宜調整することで発光管１７内の電極２３に反射光が当たらないようにできるため、発光管１７の長寿命化に有効である。さらに、使用時に高温になるバルブ部２１と反射ミラーとの間に空隙ができるように反射ミラーをバルブ部２１から離して設置した場合、熱による反射ミラーの劣化を防止でき、光学特性や取り付け位置精度を維持しやすい。
【００５０】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図７〜図８を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源部の配置（姿勢）が第１実施形態と異なるのみである。
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態のプロジェクター３１の概略構成図である。図８（Ａ）、（Ｂ）は、合成レンズに入射する光束の断面形状と位置を示す図である。すなわち、図７、図８は、上記第１実施形態のプロジェクターの説明に用いた図２、図６に対応する図である。
図７、図８において、図２、図６と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５１】
第１実施形態の場合、各光源部６，７は、主リフレクター１８と副リフレクター１９とが対向する方向（ｚ軸方向）が照明光軸Ｌと平行になる姿勢で設置されていた。これに対して、本実施形態の照明装置３２の場合、第１光源部６は、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、主リフレクター１８と副リフレクター１９とが対向する方向（ｙ軸方向）が照明光軸Ｌと垂直で、かつ、各光源部の光源光軸Ｌ１，Ｌ２が並ぶ方向（光軸変換素子８の第１反射面１１ａと第２反射面１２ａとが並ぶ方向）と平行であり、主リフレクター１８が照明光軸Ｌから遠い側（＋ｙ方向）に位置し、副リフレクター１９が照明光軸Ｌに近い側（−ｙ方向）に位置する姿勢で設置されている。
【００５２】
同様に、第２光源部７は、主リフレクター１８と副リフレクター１９とが対向する方向（ｙ軸方向）が照明光軸Ｌと垂直で、かつ、各光源部の光源光軸Ｌ１，Ｌ２が並ぶ方向（光軸変換素子８の第１反射面１１ａ、第２反射面１２ａが並ぶ方向）と平行であり、主リフレクター１８が照明光軸Ｌから遠い側（−ｙ方向）に位置し、副リフレクター１９が照明光軸Ｌに近い側（＋ｙ方向）に位置する姿勢で設置されている。また、第１光源部６の主リフレクター１８と第２光源部７の主リフレクター１８とは、照明光軸Ｌを含むｘｚ平面を挟んで反対側に位置し、第１光源部６の副リフレクター１９と第２光源部７の副リフレクター１９とは、照明光軸Ｌを含むｘｚ平面を挟んで反対側に位置している。
【００５３】
すなわち、本実施形態の場合、各光源部６，７は、第１実施形態における各光源部６，７を光源光軸Ｌ１，Ｌ２周りに９０度回転させた姿勢で設置されている。したがって、合成レンズ９に入射する時点での各光源部６，７からの射出光束６Ｌ，７Ｌは、図８（Ａ）に示すように、半円の長手方向がｘ軸方向に平行に位置することになる。そして、第１光源部６からの射出光束６Ｌの中心は、照明光軸Ｌを含むｘｚ平面を挟んで＋ｙ方向にずれ、第２光源部７からの射出光束７Ｌの中心は、照明光軸Ｌを含むｘｚ平面を挟んで−ｙ方向にずれた状態となる。そのため、本実施形態の第１、第２光源部６，７の配置によれば、互いの光束６Ｌ，７Ｌが重なり易い状態となり、合成レンズ９以降の光学素子を小型化し易い。また、光強度分布の対称性が高い光束を得ることができる。
【００５４】
また、上記構成では、図７（Ｂ）に示すように、第１光源部６の主リフレクター１８が＋ｙ方向、副リフレクター１９が−ｙ方向に位置し、第２光源部７の主リフレクター１８が−ｙ方向、副リフレクター１９が＋ｙ方向に位置する姿勢で構成したが、各光源部６，７をこの姿勢から光源光軸Ｌ１，Ｌ２周りに１８０度回転させた姿勢で構成しても良い。すなわち、第１光源部６の主リフレクター１８が−ｙ方向、副リフレクター１９が＋ｙ方向に位置し、第２光源部７の主リフレクター１８が＋ｙ方向、副リフレクター１９が−ｙ方向に位置する姿勢としても良い。この場合、合成レンズ９に入射する時点での各光源部６，７からの射出光束６Ｌ，７Ｌは、図８（Ｂ）に示すようになる。図８（Ｂ）の場合も、光強度分布の対称性が高い光束を得ることができる。
【００５５】
本実施形態の照明装置３２においても、照明効率の高い照明光が得られ、光学特性が大きな入射角度依存性を有する光学素子に対して入射角度依存性の影響を低減し易く、小型の照明装置を実現できる、という第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００５６】
また、特に本実施形態の場合、各光源部６，７の主リフレクター１８と副リフレクター１９とが対向する方向を各光源部６，７の光源光軸Ｌ１，Ｌ２が並ぶ方向（光軸変換素子８の第１反射面１１ａ、第２反射面１２ａが並ぶ方向）と平行にしたので、この方向の寸法を小型化できる。
【００５７】
図６（Ａ）〜（Ｂ）、図８（Ａ）〜（Ｂ）に示したように、第１実施形態、第２実施形態ともに、２つの光源部６，７からの光束は合成レンズ９で略一つの光束となるものの、２つの光束は完全に重なり合うのではなく、各光源部６，７に依存した光強度分布が維持されつつ、部分的に重なる状態となる。したがって、このような照明光束を用いて光学特性に大きな入射角度依存性を有する光学素子を照明する場合には、各光源部６，７に対応する光束を互いに重畳して光強度分布や角度分布を均一化するためのインテグレーター光学系を用いることが望ましい。これにより、照度ムラや色ムラの少ない照明光束を得ることができる。なお、上記実施形態では、レンズアレイ方式のインテグレーター光学系の例を示したが、ロッドレンズ方式のインテグレーター光学系を用いることもできる。
【００５８】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図９〜図１０を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、第１実施形態の構成に偏光変換光学系を付加したものである。
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態のプロジェクター４１の概略構成図である。図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、偏光変換光学系の構成を示す図である。
図９において、図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５９】
本実施形態の照明装置４２は、図９（Ａ）、（Ｃ）に示すように、インテグレーター部１０を構成する第２レンズアレイ１４と重畳レンズ１５との間に、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示す偏光分離プリズムアレイ４３（以下、ＰＢＳアレイと略記する）と１／２波長板アレイ４４とからなる偏光変換光学系４５を備えている。
【００６０】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ＰＢＳアレイ４３における一対の偏光分離面４３ａと反射面４３ｂとが配列され、偏光分離面４３ａによって分離された後の異なる偏光状態の複数の偏光部分光束が並ぶ方向、すなわち偏光分離方向（図１０（Ｂ）において矢印Ｐで示す）は、各光源部６，７の光源光軸Ｌ１，Ｌ２が並ぶ方向（光軸変換素子８の第１反射面１１ａ、第２反射面１２ｂが並ぶ方向）に対して、照明光軸Ｌに垂直な平面内で直交する方向（ｘ軸方向）に設定されている。第１、第２レンズアレイ１３，１４を透過した合成光束は、偏光変換光学系４５によって略一種類の偏光光束に変換され、重畳レンズ１５、平行化レンズ１６を介して照明対象である光変調素子３に入射する。特に、画像表示に際して偏光を扱う必要がある液晶表示素子を光変調素子３として用いる際には、偏光変換光学系４５の採用は光利用効率を向上できる点で効果的である。
【００６１】
本実施形態の照明装置４２においても、照明効率の高い照明光が得られ、光学特性が大きな入射角度依存性を有する光学素子に対して入射角度依存性の影響を低減し易く、小型の照明装置を実現できる、という第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００６２】
本実施形態の構成では、合成レンズ９あるいは第１レンズアレイ１３に対して、２つの光源光軸Ｌ１，Ｌ２は、図９（Ｃ）に示すように、ｙｚ平面内で照明光軸Ｌと角度をなすように入射し、第２レンズアレイ１４のセルレンズ毎に光源部の数に対応した一対の光源像を形成する。一対の光源像は、光源光軸Ｌ１，Ｌ２の傾き方向に対応して、ｙ軸方向に並ぶ。一方、ＰＢＳアレイ４３を用いた偏光変換光学系４５では、図１０（Ｂ）に示すように、所定の間隔で離間して配置された偏光分離面４３ａのみに光束を入射させる必要がある。したがって、本実施形態のように、偏光分離方向と直交する方向に一対の光源像が並ぶように設定すれば、偏光分離面４３ａのみに光束を入射させ易くなり、高い偏光変換効率を実現できる。
なお、第２実施形態の構成に偏光変換光学系を付加することもできる。
【００６３】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１１〜図１４を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１、第２実施形態と同様、２つの光源部の配置（姿勢）は第２実施形態と同様であり、各光源部から射出される光束の集光位置が第１、第２実施形態と異なっている。
図１１は、本実施形態のプロジェクター５１の要部を示す斜視図である。図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、プロジェクター全体の概略構成図である。図１３（Ａ）〜（Ｂ）は、光軸変換素子の反射面における光強度分布を説明するための図である。図１４は、合成レンズに入射する光束の断面形状と位置を示す図である。
図１１、図１２（Ａ）〜（Ｃ）において、図１、図２（Ａ）〜（Ｃ）と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６４】
第１実施形態では、第１光源部６からの射出光の集光位置が第１反射面１１ａ上にあり、第２光源部７からの射出光の集光位置が第２反射面１２ａ上にあるように、各光源部６，７と各反射面１１ａ，１２ａとの位置関係が設定されていた。これに対して、本実施形態の照明装置５２では、図１２（Ａ）に示すように、第１光源部６からの射出光の集光位置が光軸変換素子８の第１反射面１１ａと照明対象とを結ぶ照明光軸Ｌ上に設定され、第２光源部７からの射出光の集光位置が光軸変換素子８の第２反射面１２ａと照明対象とを結ぶ照明光軸Ｌ上に設定されている。図１２（Ａ）において、集光位置を符号Ｓの点で示す。
【００６５】
２つの光源部６，７の配置（姿勢）は第２実施形態と同様である。すなわち、第１光源部６は、図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、主リフレクター１８と副リフレクター１９とが対向する方向（ｙ軸方向）が照明光軸Ｌと垂直で、かつ、各光源部６，７の光源光軸Ｌ１，Ｌ２が並ぶ方向（光軸変換素子８の第１反射面１１ａと第２反射面１２ａとが並ぶ方向）と平行であり、主リフレクター１８が照明光軸Ｌから遠い側（＋ｙ方向）に位置し、副リフレクター１９が照明光軸Ｌに近い側（−ｙ方向）に位置する姿勢で設置されている。
【００６６】
同様に、第２光源部７は、主リフレクター１８と副リフレクター１９とが対向する方向（ｙ軸方向）が照明光軸Ｌと垂直で、かつ、各光源部６，７の光源光軸Ｌ１，Ｌ２が並ぶ方向（光軸変換素子８の第１反射面１１ａ、第２反射面１２ａが並ぶ方向）と平行であり、主リフレクター１８が照明光軸Ｌから遠い側（−ｙ方向）に位置し、副リフレクター１９が照明光軸Ｌに近い側（＋ｙ方向）に位置する姿勢で設置されている。また、第１光源部６の主リフレクター１８と第２光源部７の主リフレクター１８とは、照明光軸Ｌを含むｘｚ平面を挟んで反対側に位置し、第１光源部６の副リフレクター１９と第２光源部７の副リフレクター１９とは、照明光軸Ｌを含むｘｚ平面を挟んで反対側に位置している。この光源部６，７の配置によれば、合成レンズ９に入射する光束の断面形状は、第２実施形態の図８（Ａ）と同様、図１４に示すようになる。その他の構成は、第１、第２実施形態と同様である。
【００６７】
各光源部６，７は半割状の主リフレクターを備えているため、図１３（Ａ）に示すように、射出光の集光位置から離れるに従って光束の断面形状は非軸対称に変形し、光強度中心Ｑは光束の中心位置からずれる。図１３（Ａ）に示す光強度分布の例で言えば、光強度中心Ｑは点Ａ１と点Ａ２とを結ぶ直線上において点Ａ２寄りにずれており、光強度分布曲線Ｂは、光強度中心Ｑ側から周辺側に向けて、点Ａ２側が点Ａ１側よりも大きな勾配で低下している。したがって、光強度がピーク値の５０％を示す点の光強度中心Ｑからの距離を、Ａ１側をＤＡ１、Ａ２側をＤＡ２と表すと、ＤＡ１＞ＤＡ２となる。
【００６８】
ここで、図１３（Ａ）に示した光束の断面形状の異方性を利用して、光強度中心Ｑから光強度が小さくなる周辺部までの距離が短い側、すなわち図１３（Ａ）の点Ａ２側が、光軸変換素子８の第１反射面１１ａと第２反射面１２ａとが接する方向となるように各光源部６，７を配置することが望ましい。このような配置とすれば、各反射面１１ａ，１２ａで反射されない光の発生を抑えつつ、２つの光源光軸Ｌ１，Ｌ２をより近い距離で並べることができる。これにより、光束径が一層小さく、角度分布の広がりが一層狭い照明光を得ることができる。上記のような反射面と光束断面形状との関係は、図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示した２つの光源部６，７の配置（姿勢）において効果的である。すなわち、各光源部６，７からの射出光の集光位置を光軸変換素子８の各反射面１１ａ，１２ａよりも照明対象寄りに設定する場合には、第１光源部６の主リフレクター１８と第２光源部７の主リフレクター１８とを、照明光軸Ｌを含むｘｚ平面を挟んで反対側に位置させる構成を組み合わせるのが最適である。
【００６９】
本実施形態の照明装置５２においても、照明効率の高い照明光が得られ、光学特性が大きな入射角度依存性を有する光学素子に対して入射角度依存性の影響を低減し易く、小型の照明装置を実現できる、という第１〜第３実施形態と同様の効果が得られる。
【００７０】
また、特に本実施形態の構成によれば、図１３（Ｂ）に示すように、各反射面１１ａ，１２ａにおける射出光の集束径が最小とならないため、集光位置を反射面１１ａ，１２ａ上に設定する第１〜第３実施形態の構成に比べて反射面１１ａ，１２ａを大型化する必要があるが、光束が各反射面１１ａ，１２ａに集中することによる各反射面１１ａ，１２ａの光劣化や熱劣化を低減し易い。
【００７１】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１５を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第４実施形態と同様であり、第４実施形態の構成に偏光変換光学系を付加したものである。
図１５（Ａ）〜（Ｂ）は、本実施形態のプロジェクター６１の概略構成図である。図１５（Ａ）〜（Ｂ）において、図１２（Ａ）〜（Ｂ）と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７２】
本実施形態の照明装置６２は、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、インテグレーター部１０を構成する第２レンズアレイ１４と重畳レンズ１５との間に、ＰＢＳアレイと１／２波長板アレイとからなる偏光変換光学系４５を備えている。偏光変換光学系４５の偏光分離方向Ｐは、各光源部６，７の光源光軸Ｌ１，Ｌ２が並ぶ方向（光軸変換素子８の第１反射面１１ａ、第２反射面１２ａが並ぶ方向）に対して、照明光軸Ｌに垂直な平面内で直交する方向（ｘ軸方向）に設定されている。
【００７３】
本実施形態の照明装置６２においても、照明効率の高い照明光が得られ、光学特性が大きな入射角度依存性を有する光学素子に対して入射角度依存性の影響を低減し易く、小型の照明装置を実現できる、という第１〜第４実施形態と同様の効果が得られる。また、射出光の集光位置を反射面１１ａ，１２ａ上に位置させないことで、光束径が一層小さく、角度分布の広がりが一層狭い照明光を得られる、各反射面の光劣化や熱劣化を低減し易い、といった第４実施形態と同様の効果が得られる。また、偏光変換光学系４５を備えたことで、高い偏光変換効率を実現できるという第３実施形態と同様の効果が得られる。
【００７４】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１６を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、色光分離光学系を備えた照明装置と、色光分離光学系によって分離された複数の色光に対応して複数の光変調素子と、変調後の複数の色光を合成する色光合成光学系を備えたものである。
図１６（Ａ）〜（Ｂ）は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図１６（Ａ）〜（Ｂ）において、図２（Ａ）〜（Ｂ）と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７５】
本実施形態のプロジェクター７１は、第１〜第５実施形態と異なり、色光分離光学系によって分離された色光の数に対応した３つの光変調素子を備えた、いわゆる３板式のプロジェクターである。
本実施形態のプロジェクター７１においては、照明装置７２から射出された光が色光分離光学系７３によって複数の色光に分離される。色光分離光学系７３により分離された複数の色光は、それぞれ対応する光変調素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂに入射して変調される。光変調素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂにより変調された複数の色光は、色光合成光学系であるダイクロイックプリズム７４に入射して合成される。ダイクロイックプリズム７４により合成された光は、投写光学系５によりスクリーン４に拡大投写され、フルカラーの投写画像が表示される。
【００７６】
以下、本実施形態のプロジェクター７１の各構成要素について説明する。
照明装置７２のうち、第１光源部６および第２光源部７から光軸変換素子８、合成レンズ９、第１レンズアレイ１３、第２レンズアレイ１４、偏光変換光学系４５、重畳レンズ１５までの構成は、図１５に示した第５実施形態と同様である。第１光源部６、第２光源部７の配置（姿勢）も第５実施形態と同様である。
【００７７】
本実施形態の照明装置７２では、重畳レンズ１５から射出された光が色光分離光学系７３に入射する。色光分離光学系７３は、ダイクロイックミラー７５、７６と、反射ミラー７７，７８，７９と、リレーレンズ（リレー光学系）８０，８１と、を含んでいる。ダイクロイックミラー７５，７６は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。ダイクロイックミラー７５，７６は、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ここで、ダイクロイックミラー７５は、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを反射させ、赤色光ＬＲを透過する。ダイクロイックミラー７６は、ダイクロイックミラー７５で反射した色光のうち、緑色光ＬＧを反射させ、青色光ＬＢを透過する。
【００７８】
重畳レンズ１５から射出された合成光束は、ダイクロイックミラー７５に入射する。合成光束のうちの赤色光ＬＲは、ダイクロイックミラー７５を透過して反射ミラー７７に入射し、反射ミラー７７で反射して平行化レンズ１６に入射する。赤色光ＬＲは、平行化レンズ１６により略平行化された後、光変調素子３Ｒに入射する。合成光束のうちの緑色光ＬＧと青色光ＬＢとは、ダイクロイックミラー７５で反射して、ダイクロイックミラー７６に入射する。緑色光ＬＧは、ダイクロイックミラー７６で反射して平行化レンズ１６に入射する。緑色光ＬＧは、平行化レンズ１６により略平行化された後に、光変調素子３Ｇに入射する。
【００７９】
さらに、ダイクロイックミラー７６を透過した青色光ＬＢは、リレーレンズ８０を透過し、反射ミラー７８で反射した後、リレーレンズ８１を透過し、反射ミラー７９で反射して平行化レンズ１６に入射する。青色光ＬＢは、平行化レンズ１６により略平行化された後に、光変調素子３Ｂに入射する。
【００８０】
光変調素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、例えば透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成される。光変調素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給するＰＣ等の信号源（図示略）と電気的に接続されている。光変調素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、供給された画像信号に基づいて、入射光を画素ごとに変調して画像を形成する。光変調素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、それぞれ赤色画像、緑色画像、青色画像を形成する。光変調素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂにより変調された光は、ダイクロイックプリズム７４に入射する。
【００８１】
ダイクロイックプリズム７４は、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズム７４の選択反射面になる。ダイクロイックプリズム７４の内面に、赤色光ＬＲが反射し緑色光ＬＧが透過する選択反射面と、青色光ＬＢが反射し緑色光ＬＧが透過する選択反射面と、が互いに直交して形成されている。ダイクロイックプリズム７４に入射した緑色光ＬＧは、選択反射面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズム７４に入射した赤色光ＬＲ、青色光ＬＢは、選択反射面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光ＬＧの射出方向と同じ方向に射出される。このようにして、３つの色光（画像）が重畳されて合成され、合成された色光は投写光学系５によってスクリーン４に拡大投写される。
【００８２】
本実施形態の場合、各ダイクロイックミラー７５，７６によって分離された後の２つの色光の中心軸が含まれる平面（図１６（Ａ）におけるｘｚ平面）に平行な方向を、色光分離光学系７３の色光分離方向とする。このとき、各光源部６，７の光源光軸Ｌ１，Ｌ２が並ぶ方向（光軸変換素子８の第１反射面１１ａ、第２反射面１２ａが並ぶ方向、ｙ軸方向）と色光分離方向とが、照明光軸Ｌに垂直な平面内において直交するように、各光源部６，７および光軸変換素子８と色光分離光学系７３との配置関係が設定されている。
【００８３】
本実施形態の照明装置７２においても、照明効率の高い照明光が得られ、光学特性が大きな入射角度依存性を有する光学素子に対して入射角度依存性の影響を低減し易く、小型の照明装置を実現できる、という第１〜第５実施形態と同様の効果が得られる。
【００８４】
一般的に、色光分離素子や色光合成素子はダイクロイック光学素子で構成され、光学特性に大きな入射角度依存性を有する光学素子である。したがって、これらの光学素子を用いて３板式のプロジェクターを構成する場合には、図１６（Ａ）におけるダイクロイックミラー７５，７６やダイクロイックプリズム７４の入射角依存性の小さい方向、すなわち色光分離方向と直交する方向（ｙ軸方向）と、各光源部の光源光軸Ｌ１，Ｌ２が並ぶ方向（光軸変換素子の第１反射面、第２反射面が並ぶ方向）とが平行になる配置とするのが望ましい。この配置とすれば、色光分離素子や色光合成素子に入射する光束の角度分布の違いによって生じる明るさムラや色ムラの発生を低減することができる。また、２つの光源部６，７で発光特性が異なったり、一方の光源部が不点灯となったりしても、大きな明るさムラや色ムラが発生し難いため、効果的である。
【００８５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、各光源部の主リフレクターの曲面形状は楕円面を想定しているが、これに限定されることはなく、放物面や非球面であっても良い。放物面の場合には、光源部から射出される光は平行光であるため、レンズなどの集光素子を併用して集束光束を光軸変換素子に入射させるのが望ましい。また、均一照明系を構成するインテグレーター光学系として、上記実施形態の２枚のレンズアレイを用いたレンズアレイ方式に代えて、棒状あるいは管状のロッドレンズを備えたロッドレンズ方式のインテグレーター光学系も使用できる。
【００８６】
また、発光管の点灯姿勢は、上記実施形態に限定されることはない。水平状態、垂直状態のいずれにも、本発明の照明装置の構成を適用できる。特に、光源部と光軸変換素子との間に光源光軸を折り曲げる他の反射素子を配置して、主リフレクターの開口部が鉛直上方を向くように配置すれば、発光管で発生した熱を円滑に空気中に放散できるため、冷却が比較的容易となり、発光管の熱的劣化を防止し易い。発光管の点灯方式は特に限定されず、直流点灯型、交流点灯型の双方に本発明を適用できる。
【００８７】
また、上記実施形態では、画像形成素子として透過型液晶素子を想定しているが、これに代えて、反射型液晶素子、多数の微小ミラーを用いたミラーアレイ素子（例えばＤＭＤ素子）などを採用することもでき、これらの画像形成素子を照明する照明装置として本発明の照明装置を適用できる。
【符号の説明】
【００８８】
１，３１，４１，５１，６１，７１…プロジェクター、２，３２，４２，５２，６２，７２…照明装置、３，３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ…光変調素子（画像形成素子）、５…投射光学系、６…第１光源部、６Ｌ…（第１光源部の）光束、７…第２光源部、７Ｌ…（第２光源部の）光束、８…光軸変換素子、９…合成レンズ（合成光学素子）、１１ａ…第１反射面、１２ａ…第２反射面、１７…発光管、１８，１８Ａ，１８Ｂ…主リフレクター（第１リフレクター）、１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ…副リフレクター（第２リフレクター）、２６…発光部、４５…偏光変換光学系、７３…色光分離光学系。
【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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