(57)【要約】【課題】部品点数の少ない、小型、低コストの構成で、複数の色光の効率よい偏光リサイクルおよび均質化を実現する。【解決手段】光源装置１は、複数の発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂと、ロッドインテグレータ５と、ロッドインテグレータ５の光入射側に配置されるダイクロイックミラー３と、ロッドインテグレータ５の光出射側に配置される反射型偏光板６とを備えている。反射型偏光板６は、振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分のうち、一方を透過させ、他方を反射させる。ダイクロイックミラー３は、複数の発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂに対応して配置される複数の領域３Ｒ・３Ｇ・３Ｂを有している。領域３Ｒ・３Ｇ・３Ｂは、対応する発光部の色光を透過させる一方、他の色光を反射させる光学特性を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる色光を発する複数の発光部と、
前記各色光のそれぞれを内面の反射面で反射させ、照度分布を均質にして出射するロッドインテグレータと、
前記ロッドインテグレータの光入射側に配置されるダイクロイックミラーと、
前記ロッドインテグレータの光出射側に配置され、振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分のうち、一方を透過させ、他方を反射させる反射型偏光板とを備え、
前記ダイクロイックミラーは、前記複数の発光部に対応して配置される複数の領域を有しており、
前記各領域は、対応する発光部の色光を透過させる一方、他の色光を反射させる光学特性を有していることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記ダイクロイックミラーと前記反射型偏光板との間に、１／４波長板が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記反射型偏光板は、前記ロッドインテグレータの光出射側の矩形の開口部の長辺に垂直または平行な振動方向の直線偏光成分を反射させることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記複数の発光部は、赤、緑、青の各色光を時分割で順次発光させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光源装置。
【請求項５】
前記ロッドインテグレータは、中空構造であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光源装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を変調して画像を表示する表示素子と、
前記表示素子に表示される画像を被投影面に投影する投影レンズとを備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項７】
前記表示素子は、液晶パネルであることを特徴とする請求項６に記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記液晶パネルは、透過型であり、
前記光源装置は、前記液晶パネルに隣接して設けられて、前記液晶パネルを直接照明することを特徴とする請求項７に記載のプロジェクタ。
【請求項９】
前記液晶パネルは、反射型であり、
該プロジェクタは、
両端に開口部を有し、側面に少なくとも１面の偏光分離面を有する中空の導光体と、
前記導光体の内部に設けられる偏光分離素子とを備え、
前記偏光分離素子は、前記導光体の一方の開口部を介して入射する前記光源装置からの照明光を透過させ、前記導光体の他方の開口部を介して前記液晶パネルに導く一方、前記液晶パネルからの投影光を反射させ、前記偏光分離面を介して前記投影レンズに導くことを特徴とする請求項７に記載のプロジェクタ。
【請求項１０】
前記導光体は、側面に反射面を有しており、
該プロジェクタは、前記液晶パネルに近接して配置されるコンデンサレンズをさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルなどの表示素子を照明する光源装置と、その光源装置を備えたプロジェクタとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラや携帯電話等の機器に搭載できるような超小型の液晶プロジェクタのニーズが高まっている。液晶プロジェクタの液晶パネルを照明する光源としてＬＥＤを用いた場合、液晶パネルは直線偏光を変調して表示を行うため、ＬＥＤ光をそのまま液晶パネルに入射させたのでは、ＬＥＤ光の半分の光量を捨てることになる。このため、光の利用効率を向上させるためには、本来不要となる偏光を液晶パネルでの表示に必要な偏光に変換する偏光リサイクルを行うことが望まれる。
【０００３】
また、小型でカラーの液晶プロジェクタを実現するためには、単一の液晶パネルを用い、赤、緑、青の各色光で液晶パネルを照明することが必要であるが、良好な画像品質を得るためには、インテグレータ光学系を用いて、赤、緑、青の各色光の照度分布を均質にする必要がある。そして、赤、緑、青の各色光に対して、１つのインテグレータ光学系を共通して用いれば、さらに小型の液晶プロジェクタを実現することができる。
【０００４】
ここで、インテグレータ光学系を用いて偏光リサイクルを行っている例としては、例えば特許文献１〜３に開示されている。特許文献１の構成では、図１１に示すように、ＬＥＤチップ１０１から出射された光Ｌは、１／４波長板１０２を通過して四角柱プリズム状の導光部材１０３の内部に入射し、内面の反射面１０３ａで反射された後、反射型偏光板１０４に到達する。反射型偏光板１０４では、Ｐ偏光は透過する一方、Ｓ偏光は反射され、導光部材１０３の内部をＬＥＤチップ１０１の方向に進行する。
【０００５】
反射型偏光板１０４で反射された光は、１／４波長板１０２を通過した後、ＬＥＤチップ１０１を搭載した反射基板１０５で反射されて再度１／４波長板１０２を通過する。これにより、反射型偏光板１０４で反射されたＳ偏光は、１／４波長板の２回の通過によってＰ偏光に変換され、再度、反射型偏光板１０４に入射してそこを透過する。このようにして偏光リサイクルが行われる。また、導光部材１０３に入射した光は、内面の反射面１０３ａでの反射により、照度分布が均質化されて出射される。
【０００６】
また、特許文献２では、光の強度分布を均一化するライトトンネルの光入射側で、照明光学系の光軸から偏芯した位置にＬＥＤを配置し、ライトトンネルの光入射側の残りの領域に反射面を形成して偏光リサイクルを行っている。さらに、特許文献３では、緑のＬＥＤに対応する第１のロッドインテグレータ、赤のＬＥＤおよび青のＬＥＤに対応する第２のロッドインテグレータの各出射端面に選択反射透光膜をそれぞれ配置し、各出射端面と液晶パネル面とが共役となるように照明系を設定して、偏光リサイクルを行っている。
【０００７】
また、特許文献４では、複数の色光を発する各ＬＥＤからの光束を単一のロッドインテグレータ（導光路ブロック）に入射させ、色合成された均質な照明光を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７５３７３５２号明細書（Fig.１等参照）
【特許文献２】特開２００９−３４４４号公報（請求項１、図１等参照）
【特許文献３】特開２００８−９６７０７号公報（請求項１、図１等参照）
【特許文献４】特開２０００−１１２０３１号公報（請求項１、図１等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献１〜４の構成では、以下の問題が生ずる。
特許文献１の構成では、偏光リサイクルを、反射型偏光板１０４と反射基板１０５との間でＬＥＤチップ１０１を介して行っている。この場合、ＬＥＤチップ１０１での光吸収、すなわち、電極やＬＥＤ表面の微細加工などの影響による光量ロスが生じるため、偏光リサイクルを効率よく行うことができない。また、特許文献１の装置は、複数の色光の偏光リサイクルを行うものではない。
【００１０】
特許文献２の構成では、偏光リサイクル用の反射面をライトトンネルの光入射側に設ける分だけ、光源光のエタンデュ（発光面積と拡がり立体角との積）が大きくなってしまい、この結果、開口数（ＮＡ）のより大きな光学系が必要となる。また、複数の色光のそれぞれに対応してライトトンネルを設ける構成のため、光学系がさらに大型化する。
【００１１】
特許文献３の構成では、複数の色光の偏光リサイクルを行うにあたり、選択反射透光膜を配置した２本のロッドインテグレータの各出射端面と液晶パネル面とが共役となるように照明系を設定する必要があるため、照明系の構成が複雑となり、部品点数も多く、コストもかかり、サイズも大きくなる。
【００１２】
特許文献４の構成では、反射型偏光板を用いておらず、複数の色光の偏光リサイクルを行うことはできない。
【００１３】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、部品点数の少ない、小型、低コストの構成で、複数の色光の効率よい偏光リサイクルおよび均質化を実現することができる光源装置およびそれを備えたプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光源装置は、異なる色光を発する複数の発光部と、前記各色光のそれぞれを内面の反射面で反射させ、照度分布を均質にして出射するロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータの光入射側に配置されるダイクロイックミラーと、前記ロッドインテグレータの光出射側に配置され、振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分のうち、一方を透過させ、他方を反射させる反射型偏光板とを備え、前記ダイクロイックミラーは、前記複数の発光部に対応して配置される複数の領域を有しており、前記各領域は、対応する発光部の色光を透過させる一方、他の色光を反射させる光学特性を有していることを特徴としている。
【００１５】
本発明の光源装置において、前記ダイクロイックミラーと前記反射型偏光板との間に、１／４波長板が配置されていてもよい。
【００１６】
本発明の光源装置において、前記反射型偏光板は、前記ロッドインテグレータの光出射側の矩形の開口部の長辺に垂直または平行な振動方向の直線偏光成分を反射させてもよい。
【００１７】
本発明の光源装置において、前記複数の発光部は、赤、緑、青の各色光を時分割で順次発光させてもよい。
【００１８】
本発明の光源装置において、前記ロッドインテグレータは、中空構造であってもよい。
【００１９】
本発明のプロジェクタは、上述した本発明の光源装置と、前記光源装置からの光を変調して画像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示される画像を被投影面に投影する投影レンズとを備えている構成であってもよい。
【００２０】
本発明のプロジェクタにおいて、前記表示素子は、液晶パネルであってもよい。
【００２１】
本発明のプロジェクタにおいて、前記液晶パネルは、透過型であり、前記光源装置は、前記液晶パネルに隣接して設けられて、前記液晶パネルを直接照明する構成であってもよい。
【００２２】
本発明のプロジェクタにおいて、前記液晶パネルは、反射型であり、該プロジェクタは、両端に開口部を有し、側面に少なくとも１面の偏光分離面を有する中空の導光体と、前記導光体の内部に設けられる偏光分離素子とを備え、前記偏光分離素子は、前記導光体の一方の開口部を介して入射する前記光源装置からの照明光を透過させ、前記導光体の他方の開口部を介して前記液晶パネルに導く一方、前記液晶パネルからの投影光を反射させ、前記偏光分離面を介して前記投影レンズに導く構成であってもよい。
【００２３】
本発明のプロジェクタにおいて、前記導光体は、側面に反射面を有しており、該プロジェクタは、前記液晶パネルに近接して配置されるコンデンサレンズをさらに備えている構成であってもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、発光部からの色光（例えば赤色光）は、ダイクロイックミラーの対応する領域（赤に対応するＲ領域）を透過してロッドインテグレータに入射し、ロッドインテグレータの内面の反射面で反射を繰り返すことにより、照度分布が均質な光として出射される。ロッドインテグレータから出射される光に含まれる、振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分のうち、一方は反射型偏光板を透過し、他方は反射型偏光板にて反射され、再度ロッドインテグレータの内面の反射面を介してダイクロイックミラーの各領域に到達する。
【００２５】
このとき、ダイクロイックミラーの例えばＲ領域に到達した赤色光は、そこを透過するが、それ以外の領域（例えば緑に対応するＧ領域、青に対応するＢ領域）に到達した赤色光は、そこで反射され、再度ロッドインテグレータの内面の反射面を介して反射型偏光板に到達する。ロッドインテグレータの内面の反射面で反射を繰り返す光は、多くがスキュー光線の状態で反射され、偏光状態が乱れるため、そのうちの何割かの光束は反射型偏光板を透過する振動方向の成分を持つこととなり、その振動方向の成分が反射型偏光板を透過する。なお、他の発光部から発する色光（例えば緑色光、青色光）についても、上記と同様である。
【００２６】
ダイクロイックミラーでは、各領域の光学特性により、複数の色光について、反射型偏光板で反射された光の大部分を反射させることができるので、偏光リサイクルを効率よく行うことができる。しかも、ロッドインテグレータの光入射側にダイクロイックミラーを配置するという簡単な構成で、光学系の大型化を回避しながら偏光リサイクルを効率よく行うことができる。また、ダイクロイックミラーの各領域は、ロッドインテグレータの光入射側で、複数の発光部に対応して配置されるので、１本のロッドインテグレータを用いる構成で複数の色光の偏光リサイクルを行うことができ、各色光に対応してロッドインテグレータを用いる構成に比べて光学系の大型化を大幅に回避できる。したがって、複数の色光の効率よい偏光リサイクルおよびロッドインテグレータによる均質化を、部品点数の少ない、小型、低コストの構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る光源装置の概略の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、上記光源装置の光源部の平面図であり、（ｃ）は、上記光源装置のダイクロイックミラーの平面図である。
【図２】上記光源部の各発光部の発光特性を示す説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、上記ダイクロイックミラーの各領域ごとの光学特性を示す説明図である。
【図４】上記光源装置の他の構成を示す断面図である。
【図５】上記光源装置のさらに他の構成を示す断面図である。
【図６】（ａ）は、上記光源部の他の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、同図（ａ）の光源部に対応するダイクロイックミラーの平面図である。
【図７】（ａ）は、上記光源部のさらに他の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、同図（ａ）の光源部に対応するダイクロイックミラーの平面図である。
【図８】本発明の光源装置を備えたプロジェクタの概略の構成を示す断面図である。
【図９】上記プロジェクタの他の構成を示す断面図である。
【図１０】（ａ）は、上記プロジェクタのさらに他の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、同図（ａ）のプロジェクタに用いられる導光体の断面図である。
【図１１】従来の光源装置の概略の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００２９】
〔光源装置の構成〕
図１（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る光源装置１の概略の構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は、光源装置１の光源部２の平面図であり、図１（ｃ）は、光源装置１のダイクロイックミラー３の平面図である。光源装置１は、光源部２と、ダイクロイックミラー３と、１／４波長板４と、ロッドインテグレータ５と、反射型偏光板６とを備えている。
【００３０】
光源部２は、異なる色光を発する複数の発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂを有している。発光部２Ｒは、赤に対応するＲ光を発光するＬＥＤで構成されており、発光部２Ｇは、緑に対応するＧ光を発光するＬＥＤで構成されており、発光部２Ｂは、青に対応するＢ光を発光するＬＥＤで構成されている。発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂは、図１（ｂ）に示すように、それぞれ長方形の形状をしており、全体として同一面上に隣接して並んで配置されている。なお、発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂの配列方向は、ロッドインテグレータ５の断面長方形の長辺方向に平行であってもよいし、垂直であってもよい。
【００３１】
図２は、発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂの発光特性を示している。なお、縦軸の発光強度は各色ごとに規格化している。発光部２Ｂは、波長４６０ｎｍ付近に発光強度のピークを有するＢ光を発光し（実線のグラフ参照）、発光部２Ｇは、波長５２０ｎｍ付近に発光強度のピークを有するＧ光を発光し（破線のグラフ参照）、発光部２Ｒは、波長６３０ｎｍ付近に発光強度のピークを有するＲ光を発光する（一点鎖線のグラフ参照）。
【００３２】
ダイクロイックミラー３は、ロッドインテグレータ５の光入射側の開口部５ｂ1内に光源部２と近接して配置されており、複数の領域３Ｒ・３Ｇ・３Ｂを有している。領域３Ｒ・３Ｇ・３Ｂは、発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂと同じサイズでそれぞれ構成されており、発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂの発光面に隣接してそれぞれ設けられている。この結果、領域３Ｒ・３Ｇ・３Ｂは、複数の発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂに対応してそれぞれ配置されていることになる。
【００３３】
領域３Ｒ・３Ｇ・３Ｂは、対応する発光部の色光を透過させる一方、他の色光を反射させる光学特性を有しており、各発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂの発光する色に対応して互いに異なる光学特性を有している。より具体的には、領域３Ｒは、対応する発光部２Ｒが発光するＲ光を透過させる一方、他のＧ光およびＢ光をそれぞれ反射させる。領域３Ｇは、対応する発光部２Ｇが発光するＧ光を透過させる一方、他のＢ光およびＲ光をそれぞれ反射させる。領域３Ｂは、対応する発光部２Ｂが発光するＢ光を透過させる一方、他のＲ光およびＧ光をそれぞれ反射させる。したがって、ダイクロイックミラー３は、全体の２／３の領域でＲ光、Ｇ光、Ｂ光をそれぞれ反射させる光学特性を有することになる。
【００３４】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、ダイクロイックミラー３の光学特性（入射角０°で入射する光の波長と透過率との関係）を示すものであって、図３（ａ）は、ダイクロイックミラー３の領域３Ｂの光学特性を示し、図３（ｂ）は、領域３Ｇの光学特性を示し、図３（ｃ）は、領域３Ｒの光学特性を示している。これらの図より、領域３Ｂは、Ｂ光を透過させ、Ｒ光およびＧ光を反射させる特性であり、領域３Ｇは、Ｇ光を透過させ、Ｂ光およびＲ光を反射させる特性であり、領域３Ｒは、Ｒ光を透過させ、Ｇ光およびＢ光を反射させる特性であることがわかる。
【００３５】
ここで、ＬＥＤからなる発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂの発光角度特性はランバーシアンであるため、発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂの各色光は、広範囲な入射角度でダイクロイックミラー３に入射する。この入射角度の影響を小さくするため、本実施形態では、Ｎｂ2Ｏ5やＴｉＯ2といった屈折率が２以上の高屈折率材料と、Ｎｂ2Ｏ5とＳｉＯ2との混合物やＡｌ2Ｏ3といった屈折率が１．６以上の中間屈折率材料とを交互に積層した多層膜でダイクロイックミラー３を構成している。
【００３６】
１／４波長板４は、ＢＧＲの広い波長範囲に対して１／４波長板として作用するように複数の位相差板で構成されており、ダイクロイックミラー３と反射型偏光板６との間に、ダイクロイックミラー３とほぼ同じサイズで配置されている。本実施形態では、１／４波長板４は、ロッドインテグレータ５の光入射側にダイクロイックミラー３と近接して配置されている。
【００３７】
ロッドインテグレータ５は、台形状の４枚の反射ミラー（反射面５ａ）を貼り合わせて構成され、中空構造になっている。ロッドインテグレータ５の光入射側の開口部５ｂ1は、光源部２、ダイクロイックミラー３、１／４波長板４とほぼ同じサイズとなっており、このうち、ダイクロイックミラー３および１／４波長板４がロッドインテグレータ５の中空内部に位置するように構成されている。
【００３８】
ロッドインテグレータ５の光出射側の開口部５ｂ2は、光入射側の開口部５ｂ1よりも大きな面積を有する長方形（矩形）の開口で構成され、被照明領域（例えば後述するプロジェクタの表示素子の表示領域）とほぼ相似形状となっている。
【００３９】
反射型偏光板６は、振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分のうち、一方を透過させ、他方を反射させるワイヤグリッドで構成されており、ロッドインテグレータ５の光出射側に配置されている。このとき、反射型偏光板６は、透過させる直線偏光成分の振動方向が、ロッドインテグレータ５の光出射側の開口部５ｂ2の長辺に平行または垂直となり、反射させる直線偏光成分の振動方向が、開口部５ｂ2の長辺に垂直または平行となるように配置される。
【００４０】
上記の構成において、光源部２の発光部２Ｒから出射されるＲ光は、ダイクロイックミラー３の領域３Ｒを透過し、１／４波長板４を経てロッドインテグレータ５の内部に入射する。ロッドインテグレータ５内では、Ｒ光は内面の反射面５ａで繰り返し反射され、ミキシングされることにより、均質な照度分布、角度分布を持ってロッドインテグレータ５の光出射側に進行し、反射型偏光板６に到達する。反射型偏光板６に到達したＲ光のうち、特定の直線偏光成分の光は反射型偏光板６を透過し、光源装置１からの出力光として出射される一方、上記直線偏光と振動方向が直交する成分の光は反射型偏光板６で反射される。
【００４１】
反射型偏光板６で反射された偏光成分の光は、再び、ロッドインテグレータ５の内面の反射面５ａで反射を繰り返し、１／４波長板４を経てダイクロイックミラー３に入射する。ダイクロイックミラー３に入射したＲ光のうち、領域３Ｒに入射したＲ光はその領域３Ｒを透過するが、領域３Ｇ・３Ｂに入射したＲ光はそれらの領域３Ｇ・３Ｂで反射され、再び１／４波長板４を経て、ロッドインテグレータ５内を進入し、反射型偏光板６に入射する。つまり、ダイクロイックミラー３に戻ってきたＲ光の２／３の光束がそこで反射され、反射型偏光板６に入射することになる。
【００４２】
ここで、ダイクロイックミラー３で反射されたＲ光は、１／４波長板４を往復で２回通過することになり、その直線偏光の振動方向は、９０度回転された状態で、ロッドインテグレータ５内を進行し、再び反射型偏光板６に戻される。このときの直線偏光の振動方向は、反射型偏光板６を透過する振動方向となっているため、反射型偏光板６に戻されたＲ光は、光源装置１からの出力として反射型偏光板６を透過する。このようにして、Ｒ光は、効率よく偏光リサイクルされる。
【００４３】
Ｇ光およびＢ光についてもＲ光と同様に効率よく偏光リサイクルされ、ＲＧＢのいずれの色光もロッドインテグレータ５の光出射側の開口部５ｂ2では、均質な照度分布、角度分布となっている。発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂにおける各色光の発光は、それぞれ独立して制御することができるので、１つの色のみを発光させ、順次、その発光する色を切り替えることにより、本実施形態の光源装置１を、時分割でカラー画像を表示する表示素子の照明用の光源装置として使用することができる。
【００４４】
以上のように、ダイクロイックミラー３では、領域３Ｒ・３Ｇ・３Ｂの光学特性により、ＲＧＢの各色光について、反射型偏光板６で反射された光の大部分を反射させることができるので、偏光リサイクルを効率よく行うことができる。しかも、ロッドインテグレータ５の光入射側にダイクロイックミラー３を配置するという簡単な構成で、光学系の大型化を回避しながら偏光リサイクルを効率よく行うことができる。
【００４５】
また、領域３Ｒ・３Ｇ・３Ｂは、ロッドインテグレータ５の光入射側で、複数の発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂに対応して配置されているので、１本のロッドインテグレータ５を用いる構成でＲＧＢの各色光の偏光リサイクルを行うことができ、従来のように各色光に対応してロッドインテグレータを用いる構成に比べて、光学系の大型化を大幅に回避することができる。
【００４６】
したがって、本実施形態の構成によれば、複数の色光の効率よい偏光リサイクルおよびロッドインテグレータによる均質化を、部品点数の少ない、小型、低コストの構成で実現することができる。
【００４７】
また、ダイクロイックミラー３と反射型偏光板６との間に、１／４波長板４が配置されているので、反射型偏光板６で反射された直線偏光を、１／４波長板４の２回の通過によって反射型偏光板６を透過する直線偏光に変換することができ、効率よい偏光リサイクルを確実に実現することができる。
【００４８】
また、反射型偏光板６は、ロッドインテグレータ５の光出射側の矩形の開口部５ｂ2の長辺に垂直または平行な振動方向の直線偏光成分を反射させるので、ロッドインテグレータ５内では、反射面５ａに垂直または平行な振動方向の直線偏光が反射を繰り返すことになり、繰り返し反射の際に比較的偏光成分が乱れにくくなる。これにより、反射型偏光板６で反射された光は、その偏光状態が保たれた状態で１／４波長板４に入射し、また、１／４波長板４から反射型偏光板６に向かう直線偏光についても同様に、偏光状態が保たれた状態で反射型偏光板６に入射する。したがって、１／４波長板４を用いる構成において、さらに効率のよい偏光リサイクルを実現することができる。
【００４９】
また、光源部２の発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂは、ＲＧＢの各色光を時分割で順次発光させることにより、色時分割によるカラー表示に適した照明を行う光源装置１を実現することができる。
【００５０】
また、ロッドインテグレータ５は、中空構造であるので、中実構造の場合よりも短い全長で照度分布の均質化の効果（ミキシング効果）を十分に得ることができ、光源装置１をよりコンパクトに構成することができる。
【００５１】
〔光源装置の他の構成〕
図４は、光源装置１の他の構成を示す断面図である。同図に示すように、１／４波長板４は、ロッドインテグレータ５の光出射側で、ロッドインテグレータ５と反射型偏光板６との間に配置されていてもよい。
【００５２】
この場合、反射型偏光板６で反射された直線偏光は、１／４波長板４で円偏光に変換されてダイクロイックミラー３に戻され、そのダイクロイックミラー３の領域３Ｒ・３Ｇ・３Ｂの特性に従って反射され、再び１／４波長板４に戻される。
【００５３】
この構成では、ロッドインテグレータ５の内面での反射において、円偏光の状態が保たれやすくなり、ダイクロイックミラー３から戻ってきた光が再び１／４波長板４を通ると、その偏光状態は、反射型偏光板６を透過する直線偏光となっており、光源装置１の出力光として出射される。したがって、この構成であっても、偏光リサイクルを効率よく行うことができる。
【００５４】
また、図５は、光源装置１のさらに他の構成を示す断面図である。同図に示すように、１／４波長板４を省略して光源装置１を構成してもよい。
【００５５】
ＬＥＤで構成される光源部２から出射される光は、ランバーシアンで大きな角度分布を持ち、ロッドインテグレータ５内で反射を繰り返す光は、多くがスキュー光線の状態で反射されるため、偏光状態が乱れる。このため、ダイクロイックミラー３の特定の領域で反射されて戻ってきた光の何割かは反射型偏光板６を透過する振動方向の成分を持つこととなり、その振動方向の成分が反射型偏光板６を透過する。したがって、この場合は、１／４波長板４を用いない、さらに簡単な構成で、効率よい偏光リサイクルを実現することができる。
【００５６】
なお、光源部２の発光面の法線方向に近い進行方向の光線ほど、ロッドインテグレータ５内での繰り返し反射による偏光状態の乱れの影響を受けにくいので、主にそのような光線を含む光束を扱う系では、１／４波長板４を設けるほうが、より効率よく偏光リサイクルを行うことができる。
【００５７】
〔光源部の他の構成〕
図６（ａ）は、光源装置１の光源部２の他の構成を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の光源部２に対応するダイクロイックミラー３の平面図である。光源部２は、ＲＧＢの発光面積の比が１：２：１となるように各発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂを有して構成されていてもよい。つまり、１個の発光部２Ｒ、１個の発光部２Ｇ、１個の発光部２Ｂの発光面積を同じとした場合、発光部２Ｒを１個、発光部２Ｇを２個、発光部２Ｂを１個並べて光源部２を構成してもよい。この場合、図６（ｂ）に示すように、発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂのそれぞれに対応して配置されるダイクロイックミラー３の領域３Ｒ・３Ｇ・３Ｂの面積比も、１：２：１となる。
【００５８】
なお、図６（ａ）（ｂ）では、光源部２の４つの発光部および各発光部に対応するダイクロイックミラー３の各領域を、２×２の格子状に配置しているが、これらを一列に配置してもよい。この点は、次に説明する図７（ａ）（ｂ）の構成においても同様である。
【００５９】
ＲＧＢの各色光のうち、相対的にはＧ光の発光強度が不足気味となるため、図６（ａ）のようにＧ光の発光面積をＲ光およびＢ光よりも増やすことにより、Ｇ光の発光強度不足を補うことができる。
【００６０】
ただし、この場合、偏光リサイクルとして利用できるダイクロイックミラー３の領域は、Ｒ光については全体の３／４の領域（領域３Ｒ以外の領域）であり、Ｂ光についても全体の３／４の領域（領域３Ｂ以外の領域）であるのに対して、Ｇ光については全体の１／２の領域（領域３Ｇ以外の領域）にとどまる。
【００６１】
また、図７（ａ）は、光源部２のさらに他の構成を示す平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の光源部２に対応するダイクロイックミラー３の平面図である。同図（ａ）の光源部２は、２個の発光部２Ｇのうちの一方を発光部２Ｙに置き換えた以外は、図６（ａ）の光源部２と同じ構成である。発光部２Ｙは、黄色に対応するＹ光を発光するＬＥＤで構成されている。つまり、図２で示すＲＧＢの発光特性において、ＧとＲとの間の波長領域、すなわちＹの波長領域が空いているため、発光部２Ｙを配置してＹ光を発光させるようにしている。この場合、図７（ｂ）に示すように、発光部２Ｒ・２Ｇ・２Ｂ・２Ｙのそれぞれに対応して、ダイクロイックミラー３の領域３Ｒ・３Ｇ・３Ｂ・３Ｙも配置される。
【００６２】
このとき、ダイクロイックミラー３の領域３Ｒは、Ｒ光を透過させる一方、Ｇ光、Ｂ光、Ｙ光を反射させる光学特性を有する。また、領域３Ｇは、Ｇ光を透過させる一方、Ｂ光、Ｙ光、Ｒ光を反射させる光学特性を有し、領域３Ｂは、Ｂ光を透過させる一方、Ｙ光、Ｒ光、Ｇ光を反射させる光学特性を有し、領域３Ｙは、Ｙ光を透過させる一方、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を反射させる光学特性を有する。
【００６３】
この構成では、偏光リサイクルとして利用できるダイクロイックミラー３の領域は、ＲＧＢＹの各色光について、全て、全体の３／４の領域となり、偏光リサイクルできる領域の割合を各色とも増大させることができる。
【００６４】
〔補足〕
本実施形態では、光源部２の各発光部をＬＥＤで構成しているが、有機ＥＬなどの他の発光素子で構成することも勿論可能である。
【００６５】
光源部２の各発光部は、各色光を時分割で順次発光させるのではなく、全て同時に発光させる構成であってもよい。この場合、１本のロッドインテグレータ５を用いるコンパクトな構成でＲＧＢの色合成を行うことができ、均質な白色光を得ることができる。
【００６６】
ダイクロイックミラー３は、各領域に対応する光学特性を有する多層膜が形成された小さなダイクロイックミラーを光源部２の発光面に貼り合わせることによって形成されてもよいし、１枚のガラス基板に領域ごとにマスクをするなどして多層膜を形成し、このガラス基板をロッドインテグレータ５の光入射側の開口部５ｂ1に貼り合わせる、または光源部２の発光面に貼り合わせることによって形成されてもよい。
【００６７】
ロッドインテグレータ５は、中空構造でなくてもよく、ガラス体や、樹脂からなる中実構造であってもよい。さらに、ロッドインテグレータ５の形状は、断面テーパ形状でなくてもよく、例えばストレート形状であってもよい。
【００６８】
ロッドインテグレータ４の光入射側の開口部５ｂ1のサイズが光源部２よりも大きい場合、ダイクロイックミラー３の各領域を光源部２の各発光部とほぼ同じサイズとし、その周りの領域をＢからＲまでの波長領域の光を全て反射させるミラー面とするのが望ましい。
【００６９】
１／４波長板４は、高分子からなる波長板、水晶などの結晶材料、構造性複屈折を利用したもので構成されてもよい。
【００７０】
反射型偏光板６は、ワイヤグリッドの他、屈折率に異方性のある樹脂シートと屈折率が等方な樹脂シートとを交互に多数積層したような偏光板で構成されてもよい。
【００７１】
〔プロジェクタについて〕
次に、上述した光源装置１を適用可能なプロジェクタについて説明する。
【００７２】
（第１のプロジェクタ）
図８は、本実施形態のプロジェクタの概略の構成を示す断面図である。このプロジェクタは、図４で示した光源装置１と、照明光学系１１と、表示素子２１と、投影レンズ３１とを備えている。
【００７３】
照明光学系１１は、光源装置１から出射される光を表示素子２１の表示領域に導く光学系である。表示素子２１は、光源装置１からの光を変調して画像を表示するものであり、例えば反射型の液晶パネルであるＬＣＯＳ（liquid crystal on silicon ）で構成されている。投影レンズ３１は、表示素子２１に表示される画像を被投影面（例えばスクリーン）に投影する投影光学系である。
【００７４】
上記の構成において、光源装置１からの出力光は、照明光学系１１の第１のコンデンサレンズ１２を経て、反射ミラー１３で反射され、リレーレンズ１４を経て、偏光分離素子１５を透過し、第２のコンデンサレンズ１６を介して、表示素子２１に入射する。これにより、表示素子２１は、偏光状態のそろった直線偏光で照明される。
【００７５】
このとき、第１のコンデンサレンズ１２は、光源装置１からの出力光を集光して効率よくリレーレンズ１４に入射させる。リレーレンズ１４は、光源装置１のロッドインテグレータ５の光出射側の開口形状の像を表示素子２１の表示領域に投影することにより、無駄な照明領域がほとんど生じることなく、効率よく表示素子２１を照明する。なお、光源装置１のロッドインテグレータ５の光出射側の開口形状は、表示素子２１の表示領域とほぼ同じ形状であり、リレーレンズ１４は等倍のリレーを行っている。
【００７６】
偏光分離素子１５は、互いに直交する直線偏光のうち、一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射させる。したがって、光源装置１からの照明光は偏光分離素子１５を透過し、第２のコンデンサレンズ１６を介して表示素子２１に入射する。第２のコンデンサレンズ１６は、表示素子２１への照明光をテレセントリックな状態にし、表示素子２１のどの表示領域も同じような角度で照明されるので、表示素子２１ではどの表示領域でも均質な変調を行うことができる。
【００７７】
表示素子２１は、画像として投影される光（投影光）の偏光状態を照明光とは直交する直線偏光に変換する。したがって、表示素子２１で変調された光のうち、画像表示に必要な投影光は、偏光分離素子１５で反射されて投影レンズ３１に入射する一方、画像表示に不必要な光は、偏光分離素子１５を透過し、投影レンズ３１には入射しない。投影レンズ３１に入射した投影光は、被投影面に投影画像として結像され、画像が表示される。
【００７８】
光源装置１からはＲＧＢの各色光が順次出力され、それに対応して、表示素子２１には、時分割で、Ｒの画像、Ｇの画像、Ｂの画像が順次表示され、順次被投影面に投影される。この色の切り替えは高速で行われるため、投影画像の観察者には、被投影面上の画像は、各色光の画像が合成されたカラー画像として認識される。
【００７９】
このように、小型で効率よく偏光リサイクルができる光源装置１を用いてプロジェクタを構成することにより、コンパクトで光利用効率が高く、投影画像の明るいプロジェクタを実現することができる。また、時分割によるカラー表示を行うことにより、１つの表示素子２１でプロジェクタを構成することができ、さらにコンパクトなプロジェクタを実現できる。
【００８０】
また、第１のコンデンサレンズ１２とリレーレンズ１４との間に反射ミラー１３を配置することにより、図８に示すように、投影レンズ３１と光源装置１とを並列配置とすることができ、プロジェクタをよりコンパクトに構成することができる。
【００８１】
また、表示素子２１からの投影光を偏光分離素子１５で反射させる構成とすることで、光路上に斜めに配置される偏光分離素子１５を透過することにより生じる非点隔差の影響を受けず、良好な投影像を得ることができる。
【００８２】
また、投影光を第２のコンデンサレンズ１６によって収束させて、偏光分離素子１５に入射させているので、偏光分離素子１５や投影レンズ３１を小さく構成することができる。
【００８３】
（第２のプロジェクタ）
図９は、本実施形態のプロジェクタの他の構成を示す断面図である。このプロジェクタは、図４で示した光源装置１と、表示素子２２と、吸収型偏光板２３と、投影レンズ３１とを備えている。
【００８４】
表示素子２２は、透過型の液晶パネルで構成されている。透過型の表示素子２２は、反射型の表示素子２１に比べて、表示画素の開口率が低いため、各画素にマイクロレンズ２２ａが設けられており、より多くの光が表示画素を透過できるようになっている。また、光源装置１のロッドインテグレータ５の光出射側の開口形状は、表示素子２２の表示領域とほぼ同じ形状をしている。
【００８５】
光源装置１は、表示素子２２に隣接させて配置され、表示素子２２を直接照明する。表示素子２２で変調された光のうち、投影に必要な光は、吸収型偏光板２３を透過し、投影レンズ３１を介して被投影面に導かれる一方、投影に不要な光は、吸収型偏光板２３で吸収される。
【００８６】
このように、表示素子２２として透過型の液晶パネルを用い、光源装置１が表示素子２２を直接照明する構成とすることで、リレー光学系や折り返しミラーなどの光学部品が不要であり、非常にシンプルでコンパクトなプロジェクタを実現することができる。また、光源装置１が表示素子２２を直接照明することで、途中の光学系による光量損失もなく、非常に効率よく表示素子２２を照明することができ、明るい投影画像を得ることができる。
【００８７】
（第３のプロジェクタ）
図１０（ａ）は、本実施形態のプロジェクタのさらに他の構成を示す断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のプロジェクタに用いられる導光体４１の断面図である。上記プロジェクタは、図４で示した光源装置１と、反射型のＬＣＯＳからなる表示素子２１と、投影レンズ３１と、導光体４１と、コンデンサレンズ４２とを備えており、リレーレンズを用いずに導光体４１を用いることにより、表示素子２１を照明している。以下、詳細に説明する。
【００８８】
光源装置１のロッドインテグレータ５の光出射側の開口形状は、表示素子２１の表示領域とほぼ同じ開口形状となっている。
【００８９】
導光体４１は、両端に表示素子２１の表示領域と同じ形状の開口部４１ａ1・４１ａ2を有する断面四角形の中空構造をしている。光源装置１は、導光体４１の一方の開口部４１ａ1側に配置されており、表示素子２１は、他方の開口部４１ａ2側に配置されている。また、導光体４１は、側面に少なくとも１面の偏光分離面を有している。より詳しくは、導光体４１の４つの側面のうちの１つは、ワイヤグリッドからなる偏光分離面４１ｂで構成されており、他の３面は反射面４１ｃで構成されている。そして、導光体４１の内部には、ワイヤグリッドからなる偏光分離素子４１ｄが配置されている。
【００９０】
コンデンサレンズ４２は、導光体４１の開口部４１ａ2と同じ形状の外形を有しており、表示素子２１の表面に近接して開口部４１ａ2内に配置されている。
【００９１】
投影レンズ３１は、導光体４１内の偏光分離素子４１ｄによって投影光が反射される側に配置されており、導光体４１は、偏光分離素子４１ｄと投影レンズ３１との間に偏光分離面４１ｂが位置するように配置されている。
【００９２】
上記の構成において、光源装置１から、導光体４１の偏光分離素子４１ｄの偏光分離面に対して例えばＰ偏光となる光が出力され、導光体４１の一方の開口部４１ａ1を介して導光体４１の内部に入射する。導光体４１の偏光分離面４１ｂは、このＰ偏光に対しては反射面として機能し、導光体４１を構成する４つの側面は全て反射面となる。偏光分離素子４１ｄは、このＰ偏光に対しては透過面として機能し、導光体４１は、光源装置１の出力光を開口部４１ａ2を介してそのまま表示素子２１に導く。したがって、図９の構成のプロジェクタと同様に、非常に効率よく表示素子２１を照明することができる。
【００９３】
Ｐ偏光で照明された表示素子２１は、投影に必要な光束をＳ偏光に変調し、投影に不要な光束はＰ偏光のまま反射させる。投影に必要なＳ偏光は、コンデンサレンズ４２で収束された後、偏光分離素子４１ｄで反射され、偏光分離面４１ｂを透過して投影レンズ３１に入射し、被投影面に導かれる。一方、投影に不要なＰ偏光は、偏光分離素子４１ｄを透過するため、投影レンズ３１には入射しない。
【００９４】
以上のように、導光体４１の偏光分離素子４１ｄは、導光体４１の一方の開口部４１ａ1を介して入射する光源装置１からの照明光を透過させ、他方の開口部４１ａ2を介して表示素子２１に導く一方、表示素子２１からの投影光を反射させて、偏光分離面４１ｂを介して投影レンズ３１に導く。このように、２つの開口部４１ａ1・４１ａ2と偏光分離面４１ｂと偏光分離素子４１ｄとを有する導光体４１を用いることにより、表示素子２１が反射型の場合でも、リレーレンズを用いずに、光源装置１で表示素子２１を直接照明することができ、非常にコンパクトで光利用効率の高いプロジェクタを実現することができる。
【００９５】
また、導光体４１が側面に反射面を有していることにより、光源装置１からの照明光を反射面で反射させて、表示素子２１を効率よく照明することができる。なお、上記の反射面は、反射面４１ｃのほかに、特定の直線偏光に対して反射面として機能する偏光分離面４１ｂも含む。
【００９６】
また、表示素子２１からの投影光は、コンデンサレンズ４２によって収束して導光体４１に入射するので、この投影光が導光体４１の側面の反射面４１ｃで反射されるのを回避して、鏡像が被投影面に投影されるのを回避することができる。
【００９７】
なお、以上では、図４で示した光源装置１を用いてプロジェクタを構成した例について説明したが、図１（ａ）や図５で示した光源装置１を用いてプロジェクタを構成することも勿論可能である。
【００９８】
なお、以上では、反射型の表示素子２２として液晶パネルを用いた例について説明したが、例えば３Ｄ画像を観察者に観察させる場合には、左右の眼に対応する画像を、左右で偏光状態の異なる光を利用して投影する。このような用途では、表示素子２２としてＤＭＤ（Digital Micromirror Device；米国テキサスインスツルメント社製）を用いた構成とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、例えばデジタルカメラや携帯電話等の機器に搭載される超小型のプロジェクタに利用可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１      光源装置
２      光源部
２Ｒ    発光部
２Ｇ    発光部
２Ｂ    発光部
２Ｙ    発光部
３      ダイクロイックミラー
３Ｒ    領域
３Ｇ    領域
３Ｂ    領域
３Ｙ    領域
４      １／４波長板
５      ロッドインテグレータ
５ａ    反射面
５ｂ1   開口部
５ｂ2   開口部
６      反射型偏光板
２１      表示素子
２２      表示素子
３１      投影レンズ
４１      導光体
４１ａ1   開口部
４１ａ2   開口部
４１ｂ    偏光分離面
４１ｃ    反射面
４１ｄ    偏光分離素子
４２      コンデンサレンズ
【図１】
2011221260.tif 000003
【図２】
2011221260.tif 000004
【図３】
2011221260.tif 000005
【図４】
2011221260.tif 000006
【図５】
2011221260.tif 000007
【図６】
2011221260.tif 000008
【図７】
2011221260.tif 000009
【図８】
2011221260.tif 000010
【図９】
2011221260.tif 000011
【図１０】
2011221260.tif 000012
【図１１】
2011221260.tif 000013