(57)【要約】【課題】光利用率を高めることができるとともに、照明光の光量変動を低減させること。【解決手段】第１の光源部１及び第２の光源部２からの各照明光をそれぞれ２つの偏光成分に分離し、分離した各照明光を射出する第１の偏光ビームスプリッタ３と、第１の偏光ビームスプリッタ３から射出された照明光がそれぞれ入射されるとともに、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な液晶セル９と、液晶セル９の射出端面の一部の領域から射出される照明光の光路を、射出端面の他の部分の領域から射出される照明光の光路と交差するように変更する三角プリズム１０と、三角プリズム１０からの照明光の光軸と液晶セル９の他の領域から射出された照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、液晶セル９の射出端面よりも小さい射出端面を有する第２の偏光ビームスプリッタ１１とを具備する照明装置を提供する。【選択図】図１
2008139707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点滅駆動可能な２つの光源部と、
各前記光源部から射出された照明光の光軸が交差する位置に設けられ、各光源部からの各照明光をそれぞれ２つの偏光成分に分離し、分離した各照明光の一方を第１の射出端面から射出するとともに、他方を第２の射出端面から射出する第１の偏光分離手段と、
前記第１の偏光分離手段から射出されたいずれか一方の照明光の光路を、前記第１の偏光分離手段から射出された他方の照明光の光路と平行にする第１の光路変更手段と、
前記光路変更手段からの照明光と前記第１の偏光分離手段から射出された前記他方の照明光とが入射されるとともに、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な位相変調素子と、
前記位相変調素子の射出端面の一部の領域から射出される照明光の光路を、前記射出端面の他の部分の領域から射出される照明光の光路と交差するように変更する第２の光路変更手段と、
前記第２の光路変更手段からの照明光の光軸と前記位相変調素子の他の領域から射出された照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、異なる入射端面から入射された照明光を合成して射出端面から射出する合成手段と、
前記光源部の点灯を点滅駆動と前記位相変調素子の偏光旋回駆動とを連携して制御する制御手段と
を備え、
前記第１の偏光分離手段の前記第１の射出端面、前記第２の射出端面、および前記合成手段の前記射出端面が略等しい照明装置。
【請求項２】
前記光源部は、複数の光源をそれぞれ備えている請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
各前記光源部から射出された各照明光を前記第１の偏光分離手段へ導く各導光路には、テーパロッドが設けられている請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光合成手段は、前記第２の光路変更手段からの照明光の偏光成分および前記位相変調素子の他の領域から射出された照明光の偏光成分に応じて、合成光の射出端面を異ならせる請求項１から請求項３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】
第１の照明ユニットと、前記第１の照明ユニットから射出される照明光が入射される第２の照明ユニットとを備える照明装置であって、
前記第１の照明ユニットは、
点滅駆動可能な２つの光源部と、
各前記光源部から射出された照明光の光軸が交差する位置に設けられ、各光源部からの各照明光をそれぞれ２つの偏光成分に分離し、分離した各照明光の一方を第１の射出端面から射出するとともに、他方を第２の射出端面から射出する第１の偏光分離手段と、
前記第１の偏光分離手段から射出された一方の照明光の光軸を、前記第１の偏光分離手段から射出された他方の照明光の光軸と平行になるように変更する第１の光路変更手段と、
前記第１の光路変更手段からの照明光と前記第１の偏光分離手段から射出された前記他方の照明光とが入射されるとともに、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な第１の位相変調素子と、
前記第１の位相変調素子の射出端面の一部の領域から射出される照明光の光軸を、前記射出端面の他の部分の領域から射出される照明光の光軸と交差させる第２の光路変更手段と、
前記第２の光路変更手段からの照明光の光軸と前記第１の位相変調素子の他の領域から射出された照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、異なる入射端面から入射された照明光を合成して射出端面から射出する第１の光合成手段と
を備え、
前記第２の照明ユニットは、
点滅駆動可能な１つの光源部と、
前記光源部から射出された照明光の光軸と前記第１の光合成手段から射出された前記照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、入射された各照明光をそれぞれ２つの偏光成分に分離し、分離した各照明光の一方を第１の射出端面から射出するとともに、他方を第２の射出端面から射出する第２の偏光分離手段と、
前記第２の偏光分離手段から射出された一方の照明光の光軸を、前記第２の偏光分離手段から射出された他方の照明光の光軸と平行にする第３の光路変更手段と、
前記第３の光路変更手段からの照明光と前記第２の偏光分離手段から射出された前記他方の照明光とが入射されるとともに、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な第２の位相変調素子と、
前記第２の位相変調素子の射出端面の一部の領域から射出される照明光の光軸を、前記射出端面の他の部分の領域から射出される照明光の光軸と交差させる第４の光路変更手段と、
前記第４の光路変更手段からの照明光の光軸と前記第２の位相変調素子の他の領域から射出された照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、異なる入射端面から入射された照明光を合成して射出端面から射出する第２の光合成手段と
各前記光源部の点滅駆動と前記第１の位相変調素子の偏光旋回駆動と前記第２の位相変調素子の偏光旋回駆動とを連携して制御する制御手段と
を備え、
前記第１の偏光分離手段及び前記第２の偏光分離手段が備える各前記第１の射出端面および各前記第２の射出端面並びに前記第１の光合成手段および前記第２の光合成手段が備える各射出端面が略等しい照明装置。
【請求項６】
入力される画像情報に基づいて画像を投影する画像投影装置であって、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の照明装置と、
前記照明装置から射出される照明光を入力された画像情報に基づいて変調する光変調手段と、
前記光変調手段で変調された照明光を投影する投影光学手段と
を具備する画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度な照明光を供給することのできる照明装置およびそれを用いた画像投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、複数のＬＥＤと、偏光ビームスプリッタと、液晶セルとを備えることにより、振動方向のそろった照明光を射出することのできる照明装置が提案されている（特許文献１、２参照）。この照明装置では、ＬＥＤを間欠的に駆動することにより、各ＬＥＤに対して定格よりも高めの電流を印加し、全体として輝度の高い照明光を出力している。
また、特開２００６−０３４３３０号公報には、２つの光源から射出された照明光を偏光ビームスプリッタに対して異なる入射方向から入射させ、偏光ビームスプリッタにおいて、これら照明光を合成して共通する射出端面から射出させる光源装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２５７８７２号公報
【特許文献２】特開２００５−２８３８１８号公報
【特許文献３】特開２００６−０３４３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したような従来の照明装置では、偏光ビームスプリッタへ入射する前段階での直線偏光化の効率が低いため、光の利用効率が低いという問題があった。
例えば、上述した特許文献１に開示されている発明では、光源部の反射による戻り光のリサイクルを前提としているため、偏光ビームスプリッタから射出される照明光の光量は、光源部における光の反射率に依存することとなり、光量の安定性に欠けるという問題がある。また、光源部の反射による戻り光がなければ、偏光ビームスプリッタから射出される照明光は所定の偏光方向の光に限られることから、光源部から射出される照明光の光量の１／２以下となり、光量の低下が著しい。
【０００４】
また、特許文献３に記載されている光源装置では、２つの光源の光路をビームスプリッタにより重ね合わせることが開示されているが、合成後の光束径が合成前の２倍となることから、エタンデュ(Etendue)の関係により光利用率が低減するという問題がある。
ここで、エタンデュとは、ＬＥＤ等の光源と液晶セル等の空間光変調装置とを含めた光学系において、有効に利用可能な光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角の積とで表したものである。つまり、光源から射出される照明光の光束径の面積と立体角との積が上記エタンデュを超えた場合には、超えた部分の光が有効利用されずに損失となり、光利用率が低減する。
【０００５】
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、光利用率を高めることができるとともに、照明光の光量変動を低減させることのできる照明装置およびそれを用いた画像投影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、点滅駆動可能な２つの光源部と、各前記光源部から射出された照明光の光軸が交差する位置に設けられ、各光源部からの各照明光をそれぞれ２つの偏光成分に分離し、分離した各照明光の一方を第１の射出端面から射出するとともに、他方を第２の射出端面から射出する第１の偏光分離手段と、前記第１の偏光分離手段から射出されたいずれか一方の照明光の光路を、前記第１の偏光分離手段から射出された他方の照明光の光路と平行にする第１の光路変更手段と、前記光路変更手段からの照明光と前記第１の偏光分離手段から射出された前記他方の照明光とが入射されるとともに、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な位相変調素子と、前記位相変調素子の射出端面の一部の領域から射出される照明光の光路を、前記射出端面の他の部分の領域から射出される照明光の光路と交差するように変更する第２の光路変更手段と、前記第２の光路変更手段からの照明光の光軸と前記位相変調素子の他の領域から射出された照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、異なる入射端面から入射された照明光を合成して射出端面から射出する合成手段と、前記光源部の点灯を点滅駆動と前記位相変調素子の偏光旋回駆動とを連携して制御する制御手段とを備え、前記第１の偏光分離手段の前記第１の射出端面、前記第２の射出端面、および前記合成手段の前記射出端面が略等しい照明装置を提供する。
【０００７】
このような構成によれば、２つの光源部から射出された各照明光は、第１の偏光分離手段へ導かれ、それぞれＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。分離された各偏光成分の照明光は、光路変更手段等の作用により、共通する位相変調素子に入射される。位相変調素子に入射された照明光は、偏光方向が調整され、第２の光路変更手段等の作用により、光合成手段へ導かれる。この場合において、制御手段により、上記液晶セルの駆動タイミングと各光源部の点滅タイミングとが連携して制御されるので、例えば、各光源部を間欠的に駆動することにより、各光源部に定格よりも高い電流を印加することが可能となる。これにより、輝度の高い照明光を射出させることができる。
更に、第１の偏光分離手段の第１の射出端面並びに第２の射出端面および合成手段の射出端面が略等しく構成されているので、合成手段により合成された照明光のエタンデュと合成前の各照明光のエタンデュとを略一定に保つことができる。
ここで、一般的に、光路を重畳するとエタンデュは略２倍となってしまう。例えば、特開２００６−３４３３０号公報の図３に示されている例では、Ｌ１（白色光）とＬ２（励起光）とを重畳しているが、偏光ビームスプリッタと反射ミラーの後段で光束径が略２倍（Ｌ１とＬ２の和）となっている。
本発明の構成によれば、エタンデュを増加させることなく、２つの光源からの光を重畳させるので、照明光の利用率を向上させることができ、更に明るい照明光を射出させることができる。
【０００８】
上記照明装置において、前記光源部は、複数の光源をそれぞれ備えていてもよい。
【０００９】
上記照明装置において、各前記光源部から射出された各照明光を前記第１の偏光分離手段へ導く各導光路には、テーパロッドが設けられていてもよい。
このような構成によれば、各光源部から射出された照明光は、指向性が高められて第１の偏光分離手段へ導かれることとなる。
【００１０】
上記照明装置において、前記光合成手段は、前記第２の光路変更手段からの照明光の偏光成分および前記位相変調素子の他の領域から射出された照明光の偏光成分に応じて、合成光の射出端面を異ならせることとしてもよい。
このような構成によれば、第２の光路偏光手段からの照明光の偏光成分及び位相変調素子の他の領域から射出された照明光の偏光成分に応じて、照明光の射出方向を異ならせるので、例えば、迅速に光の射出方向を切り替える光スイッチ等に適用することが可能となる。
【００１１】
本発明は、第１の照明ユニットと、前記第１の照明ユニットから射出される照明光が入射される第２の照明ユニットとを備える照明装置であって、前記第１の照明ユニットは、点滅駆動可能な２つの光源部と、各前記光源部から射出された照明光の光軸が交差する位置に設けられ、各光源部からの各照明光をそれぞれ２つの偏光成分に分離し、分離した各照明光の一方を第１の射出端面から射出するとともに、他方を第２の射出端面から射出する第１の偏光分離手段と、前記第１の偏光分離手段から射出された一方の照明光の光軸を、前記第１の偏光分離手段から射出された他方の照明光の光軸と平行になるように変更する第１の光路変更手段と、前記第１の光路変更手段からの照明光と前記第１の偏光分離手段から射出された前記他方の照明光とが入射されるとともに、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な第１の位相変調素子と、前記第１の位相変調素子の射出端面の一部の領域から射出される照明光の光軸を、前記射出端面の他の部分の領域から射出される照明光の光軸と交差させる第２の光路変更手段と、前記第２の光路変更手段からの照明光の光軸と前記第１の位相変調素子の他の領域から射出された照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、異なる入射端面から入射された照明光を合成して射出端面から射出する第１の光合成手段とを備え、前記第２の照明ユニットは、点滅駆動可能な１つの光源部と、前記光源部から射出された照明光の光軸と前記第１の光合成手段から射出された前記照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、入射された各照明光をそれぞれ２つの偏光成分に分離し、分離した各照明光の一方を第１の射出端面から射出するとともに、他方を第２の射出端面から射出する第２の偏光分離手段と、前記第２の偏光分離手段から射出された一方の照明光の光軸を、前記第２の偏光分離手段から射出された他方の照明光の光軸と平行にする第３の光路変更手段と、前記第３の光路変更手段からの照明光と前記第２の偏光分離手段から射出された前記他方の照明光とが入射されるとともに、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な第２の位相変調素子と、前記第２の位相変調素子の射出端面の一部の領域から射出される照明光の光軸を、前記射出端面の他の部分の領域から射出される照明光の光軸と交差させる第４の光路変更手段と、前記第４の光路変更手段からの照明光の光軸と前記第２の位相変調素子の他の領域から射出された照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、異なる入射端面から入射された照明光を合成して射出端面から射出する第２の光合成手段と、各前記光源部の点滅駆動と前記第１の位相変調素子の偏光旋回駆動と前記第２の位相変調素子の偏光旋回駆動とを連携して制御する制御手段とを備え、前記第１の偏光分離手段及び前記第２の偏光分離手段が備える各前記第１の射出端面および各前記第２の射出端面並びに前記第１の光合成手段および前記第２の光合成手段が備える各射出端面が略等しい照明装置を提供する。
【００１２】
本発明は、入力される画像情報に基づいて画像を投影する画像投影装置であって、上述のいずれかの照明装置と、前記照明装置から射出される照明光を入力された画像情報に基づいて変調する光変調手段と、前記光変調手段で変調された照明光を投影する投影光学手段とを具備する画像投影装置を提供する。
【００１３】
このような構成によれば、輝度の高い照明光を利用して画像投影を行うので、高輝度で視認性の高い画像を投影することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の照明装置によれば、光利用率を高めることができるとともに、照明光の光量変動を低減させることができるという効果を奏する。
本発明の画像投影装置によれば、高輝度で視認性の高い画像を投影することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る画像投影装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は本発明の第１の実施形態に係る照明装置の全体構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る照明装置１００は、点滅駆動可能な第１の光源部１及び第２の光源部２を備えている。第１の光源部１及び第２の光源部２は、１以上の光源を備えて構成されている。光源としては、例えば、ＬＥＤが挙げられる。
第１の光源部１から射出される照明光の光軸と、第２の光源部２から射出される照明光の光軸とが直交する位置には、第１の偏光ビームスプリッタ（偏光分離手段）３が設けられている。これにより、第１および第２の光源部から射出された各照明光は、異なる入射端面から第１の偏光ビームスプリッタ３に入射される。
第１の光源部１及び第２の光源部２から射出された照明光を第１の偏光ビームスプリッタ３へ導く導光路には、テーパロッド４が設けられている。これにより、各照明光は、指向性が高められた後に第１の偏光ビームスプリッタ３へ導かれることとなる。
【００１６】
第１の偏光ビームスプリッタ３は、２つの三角プリズム５，６を固着して構成されており、この固着面にはＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する偏光分離面７が形成されている。偏光分離面７は、いずれの照明光の光軸に対しても交差するように設けられており、偏光分離面７の裏面側に第１の光源部１からの照明光が入射され、表面側に第２の光源部２からの照明光が入射されるようになっている。
例えば、偏光分離面７の法線と各光軸とがなす角は、それぞれ４５°とされている。
【００１７】
偏光分離面７の裏面側から入射した第１の光源部１からの照明光は、Ｐ偏光成分が透過されて射出端面Ｆ１から射出されるとともに、Ｓ偏光成分が反射されて射出端面Ｆ２から射出される。一方、偏光分離面７の表面側から入射した第２の光源部２からの照明光は、Ｓ偏光成分が反射されて射出端面Ｆ１から射出されるとともに、Ｐ偏光成分が透過されて射出端面Ｆ２から射出される。
なお、上記偏光分離面７に代えて、フィルタ状のビームスプリッタを採用することとしてもよい。
【００１８】
第１の偏光ビームスプリッタ３の第２の射出端面Ｆ２から射出された照明光は、三角プリズム（第１の光路変更手段）８によって光軸が９０°変更され、第１の射出端面Ｆ１から射出された照明光と平行な光路とされる。
ここで、三角プリズム８の反射面に、ミラーコートを施してもよいし、プリズム部材に高屈折率硝材を用い無垢（ノンコート）としてもよい。これにより、照明光を全反射させることが可能となる。
第１の偏光ビームスプリッタ３の第１の射出端面Ｆ１から射出された照明光、及び、三角プリズム８からの照明光は、液晶セル９に入射される。
【００１９】
液晶セル（位相変調素子）９は、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な素子である。液晶セル９は、例えば、ＴＮ液晶であり、電圧無印加状態（以下、「オフ状態」という。）において入射光の偏光方向を９０°回転させ、電圧印加状態（以下、「オン状態」という。）において入射光の偏光方向を回転させずにそのまま透過させる特性を有している。
【００２０】
液晶セル９の射出端側、具体的には、液晶セル９を挟んで第１の偏光ビームスプリッタ３と対向する位置には、液晶セル９の透過光の光路を９０°変更する三角プリズム（第２の光路変更手段）１０が設けられている。更に、液晶セル９を挟んで三角プリズム８と対向する位置には、第２の偏光ビームスプリッタ（光合成手段）１１が設けられている。第２の偏光ビームスプリッタ１１は、上述した第１の偏光ビームスプリッタ３と同様の構成とされている。
【００２１】
これにより、第１の偏光ビームスプリッタ３の射出端面Ｆ１から射出されて液晶セル９を透過した照明光は、三角プリズム１０により光路が９０°変更されて、第２の偏光ビームスプリッタ１１の入射端面Ｆ３から入射され、三角プリズム８から射出されて液晶セル９を透過した照明光は、光路変更されることなく第２の偏光ビームスプリッタ１１の入射端面Ｆ４から入射される。第２の偏光ビームスプリッタ１１において、互いに異なる入射端面Ｆ３，Ｆ４から入射された各照明光は合成され、共通の射出端面Ｆ５から射出されることとなる。この場合において、第２の偏光ビームスプリッタ１１の射出端面Ｆ５は、第１の偏光ビームスプリッタ３の射出端面Ｆ１、Ｆ２と同等の大きさとされている。換言すると、第２の偏光ビームスプリッタ１１の射出端面Ｆ５は、第１の光源部１，第２の光源部２からの光を第１の偏光ビームスプリッタ３へそれぞれ導くテーパロッド４の射出端面と略同等の大きさとされている。
【００２２】
上述の構成において、第１の光源部１，第２の光源部２の点滅駆動、及び、液晶セル９の駆動は、制御装置２０により行われる。制御装置２０は、第１の光源部１，及び第２の光源部２を駆動する光源駆動回路２１と、液晶セル９を駆動する液晶セル駆動回路２２とを備えている。光源駆動回路２１と液晶セル駆動回路２２とは連携して第１の光源部１，第２の光源部２及び液晶セル９を駆動する。
【００２３】
具体的には、液晶セル駆動回路２２は、図２に示すように、映像信号の周期に基づいて、液晶セル９を交互にオン、オフさせる（図２のｂ参照）。
光源駆動回路２１は、上記液晶セルの駆動に同期して、第１の光源部１，第２の光源部２を交互に発光させる（図２のｄ，ｅ参照）。具体的には、光源駆動回路２１は、液晶セル９がオフ状態とされている期間においては、第１の光源部１を点灯させるとともに第２の光源部２を消灯させ、液晶セル９がオン状態とされている期間においては、第１の光源部１を消灯させるとともに、第２の光源部２を点灯させる。
【００２４】
ここで、液晶セル９は、ＬＥＤに比べて応答性が悪いため、図２のｂに示すように、液晶セル駆動信号がオンからオフ、或いは、オフからオンにパルス的に切り替えられても、図２のｃに示すように、液晶セル９の配向が安定するまでに所定の期間（以下、「遷移期間Ｔ」という。）を要する。この遷移期間Ｔにおいては、両偏光状態が共存しているため、液晶セル９を透過した光には、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との両方が含まれてしまうこととなる。従って、例えば、この照明装置１００の後段にＬＣＤパネルやＬＣＯＳパネルといった偏光性の変調デバイスが配置された場合には、一部の光が利用されないこととなり、光量変動が生じてしまうこととなる。
【００２５】
このような理由から、本実施形態では、この遷移期間Ｔにおいて、第１の光源部１と第２の光源部２の両方を点灯状態とする（図２のｄ及びｅ参照）。これにより、図２のｆに示すように、遷移期間Ｔにおいても一定の輝度の照明光を照明装置１００から射出することが可能となる。
なお、図２において、ａは照明装置１００を画像投影装置に適用した場合における映像信号、ｂは液晶セル９の駆動信号、ｃは液晶セル９の配向の状態を示す信号、ｄは第１の光源部１の駆動信号、ｅは第２の光源部２の駆動信号、ｆは照明装置１００から射出される照明光の光量である。
上述のように、本実施形態においては、制御装置２０が第１の光源部１および第２の光源部２を間欠的に駆動するので、第１の光源部１及び第２の光源部２に対して、定格よりも大きい電流を印加することができるので、図３に示すように、第１の光源部１及び第２の光源部２の発光量を大きくすることができる。
【００２６】
次に、上述したような構成を備える照明装置１００の作用について説明する。
まず、図４に示すように、液晶セル９がオフ状態とされている期間においては、第１の光源部１が点灯し、第２の光源部２が消灯する。第１の光源部１から射出された照明光は、テーパロッド４に入射され、指向性が高められた後、第１の偏光ビームスプリッタ３に導かれる。この照明光のＳ偏光成分は、偏光分離面７において反射され、Ｐ偏光成分は偏光分離面７を透過することにより、第１の光源部１からの照明光はＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。
【００２７】
Ｐ偏光成分は、第１の偏光ビームスプリッタ３の第１の射出端面Ｆ１から射出されて、液晶セル９に入射される。液晶セル９はオフ状態とされているので、入射されたＰ偏光成分は、偏光方向が９０°旋回されることによりＳ偏光成分に変換され、三角プリズム１０によって光路が９０°変更されて、第２の偏光ビームスプリッタの入射端面Ｆ３に導かれる。
一方、第１の偏光ビームスプリッタ３において、偏光分離面７により反射されたＳ偏光成分は、三角プリズム８により光路が９０°変更されて、液晶セル９に導かれる。この場合において、液晶セル９はオフ状態とされているので、当該Ｓ偏光成分は、偏光方向が９０°旋回されて、Ｐ偏光成分に変換され、第２の偏光ビームスプリッタ１１の入射端面Ｆ４に導かれる。第２の偏光ビームスプリッタ１１に入射したＰ偏光成分及びＳ偏光成分は合成され、共通の射出端面Ｆ５から射出される。
【００２８】
次に、図５に示すように、液晶セル９がオン状態とされている期間においては、第１の光源部１が消灯し、第２の光源部２が点灯する。第２の光源部２から射出された照明光は、テーパロッド４に入射され、指向性が高められた後、偏光ビームスプリッタ３に導かれる。この照明光のＳ偏光成分は、偏光分離面７において反射され、Ｐ偏光成分は偏光分離面７を透過することにより、第２の光源部２からの照明光はＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。
【００２９】
Ｓ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ３の第１の射出端面Ｆ１から射出されて、液晶セル９に入射される。液晶セル９はオン状態とされているので、入射されたＳ偏光成分は、偏光方向がそのまま維持され、その後、三角プリズム１０によって光路が９０°変更されて、第２の偏光ビームスプリッタ１１の入射端面Ｆ３に導かれる。
一方、第１の偏光ビームスプリッタ３の偏光分離面７を透過したＰ偏光成分は、三角プリズム８により光路が９０°変更されて、液晶セル９に導かれる。この場合において、液晶セル９はオン状態とされているので、当該Ｐ偏光成分は、偏光方向がそのまま維持されて、第２の偏光ビームスプリッタ１１の入射端面Ｆ４に導かれる。第２の偏光ビームスプリッタ１１に入射したＰ偏光成分及びＳ偏光成分は合成され、共通の射出端面Ｆ５から射出される。
【００３０】
以上、説明してきたように、本実施形態に係る照明装置１００によれば、制御装置２０が第１の光源部１及び第２の光源部２を間欠的に駆動するので、第１の光源部１および第２の光源部２に対して定格よりも大きい電流を印加することが可能となる。これにより、照明装置１００から射出する照明光量を高めることができる。
更に、本実施形態に係る照明装置１００によれば、第２の偏光ビームスプリッタ１１の射出端面Ｆ５と、第１の偏光ビームスプリッタ３の第１の射出端面Ｆ１および射出端面Ｆ２とが略等しいので、第１の偏光ビームスプリッタ３によって分離された照明光の光束径と、第２の偏光ビームスプリッタ１１により光合成された後の照明光の光束径とを略一定に保つことができる。即ち、光合成前と光合成後におけるエタンデュを一定に維持することができる。このように、エタンデュを増加させずに複数の光源部から射出された照明光を重畳させることができるので、例えば、後段に設けられているＬＣＤ等の空間変調素子に入射される照明光の光束径を小さくすることが可能となり、光利用率を向上させることが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態に係る照明装置によれば、液晶セル９がオン状態からオフ状態、或いは、オフ状態からオン状態に遷移する遷移期間Ｔにおいて、第１の光源部１及び第２の光源部２の両方を点灯させるので、照明装置１００から射出させる照明光量を安定させることができる。
【００３２】
なお、本実施形態に係る照明装置１００では、液晶セル９がオフ状態とされている期間に第１の光源部１を点灯させ、液晶セル９がオン状態とされている期間に第２の光源部２を点灯させたが、これに代えて、図６に示すように、液晶セル９がオフ状態とされている期間に第２の光源部２を点灯させ、液晶セル９がオン状態とされている期間に第１の光源部１を点灯させてもよい。この場合には、第２の偏光ビームスプリッタ１１に入力される偏光方向が反転するので、つまり、三角プリズム１０からはＰ偏光成分の照明光が、液晶セル９からはＳ偏光成分の照明光が第２の偏光ビームスプリッタ１１に入射されるので、第２の偏光ビームスプリッタ１１から射出される照明光は、上述した第１の実施形態に係る照明装置１００の照明光と異なる方向へ、具体的には、直交する方向へ射出されることとなる。
【００３３】
このように、第１の光源部１及び第２の光源部２の点灯タイミングと、液晶セル９の駆動の組み合わせを変化させることにより、照明装置１００から異なる方向へ照明光を射出させることが可能となる。例えば、これらの組み合わせを時分割で変化させることにより、照明光を異なる方向から交互に射出することが可能となる。このように組み合わせを変えることにより、光スイッチとして利用することができる。
【００３４】
なお、上述した実施形態において、液晶セル９と第２の偏光ビームスプリッタ１１の配置については、任意に変更することが可能である。つまり、第１の偏光ビームスプリッタ３により分離されたＳ偏光成分とＰ偏光成分とが、液晶セル９を透過した後に、互いに異なる入射端面から第２の偏光ビームスプリッタ１１に入射するような構成とされていればよい。
【００３５】
例えば、図７及び図８に示すように、第１の偏光ビームスプリッタ３において分離された一方の偏光成分の照明光を第２の偏光ビームスプリッタ１１の入射端面Ｆ４に導くとともに、他の偏光成分の照明光の光路をミラーや三角プリズム等の各種光学素子を用いて変更することにより、第２の偏光ビームスプリッタ１１の他の入射端面Ｆ３へ導く。
各照明光を第２の偏光ビームスプリッタ１１の各入射端面Ｆ３，Ｆ４へ導く光路上には、第１の液晶セル９ａおよび第２の液晶セル９ｂがそれぞれ設けられており、各液晶セル９ａ，９ｂを透過した後の照明光が第２の偏光ビームスプリッタ１１に入射されるようになっている。
【００３６】
このような構成に係る照明装置１００ａにおいて、第１の光源部１及び第２の光源部２の点灯駆動、並びに、第１の液晶セル９ａおよび第２の液晶セル９ｂの駆動制御は、制御装置（図示略）により行われる。
例えば、図９に示すように、第１の液晶セル９ａ及び第２の液晶セル９ｂがオフ状態とされている期間において（図９のｂ及びｄ参照）、第１の光源部１を点灯させ（図９のｆ参照）、第２の光源部２を消灯させる（図９のｇ参照）。一方、第１の液晶セル９ａ及び第２の液晶セル９ｂがオン状態とされている期間において（図９のｂ及びｄ参照）、第１の光源部１を消灯させ（図９のｆ参照）、第２の光源部２を点灯させる（図９のｇ参照）。
なお、遷移期間Ｔについては、第１の光源部１及び第２の光源部２を点灯させる。
【００３７】
これにより、第１の光源部１が点灯している期間においては、図７に示すように、第１の光源部１から射出された照明光は、第１の偏光ビームスプリッタ３においてＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離される。分離後のＳ偏光成分は、その光路上に設けられている第１の液晶セル９ａを透過した後に、第２の偏光ビームスプリッタ１１の入射端面Ｆ４に導かれる。この場合において、第１の液晶セル９ａは、オフ状態とされているので、Ｓ偏光成分は、偏光方向が９０°旋回されることにより、Ｐ偏光成分に変換されて、第２の偏光ビームスプリッタ１１に導かれる。
【００３８】
一方、Ｐ偏光成分は、光路上に置かれているミラー、三角プリズム等の各種光学素子により、分離後における光路が１８０°変更されるとともに、この光路上に設けられた第２の液晶セル９ｂを透過した後に、第２の偏光ビームスプリッタ１１の入射端面Ｆ３に導かれる。この場合において、第２の液晶セル９ｂはオフ状態とされているので、Ｐ偏光成分は偏光方向が９０°旋回されることにより、Ｓ偏光成分に変換されて、第２の偏光ビームスプリッタ１１に導かれる。
第２の偏光ビームスプリッタ１１において、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分は合成され、共通の射出端面Ｆ５から射出されることとなる。
【００３９】
同様に、第２の光源２から射出された照明光は、図８に示すように、第１のビームスプリッタ３においてＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。分離後のＰ偏光成分は、その光路上に設けられている第１の液晶セル９ａを透過した後に、第２の偏光ビームスプリッタ１１の入射端面Ｆ４に導かれる。この場合において、第１の液晶セル９ａは、オン状態とされているので、Ｐ偏光成分は、偏光方向が維持された状態で、第２の偏光ビームスプリッタ１１に導かれる。
【００４０】
一方、Ｓ偏光成分は、光路上に置かれているミラー、三角プリズム等の各種光学素子により、分離後における光路が１８０°変更されるとともに、この光路上に設けられた第２の液晶セル９ｂを透過した後に、第２の偏光ビームスプリッタ１１の入射端面Ｆ３に導かれる。この場合において、第２の液晶セル９ｂはオン状態とされているので、Ｓ偏光成分は偏光方向が維持された状態で、第２の偏光ビームスプリッタ１１の入射端面Ｆ３に導かれる。第２の偏光ビームスプリッタ１１において、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分は合成され、共通の射出端面Ｆ５から射出されることとなる。
【００４１】
なお、上述した構成において、第１の光源部１及び第２の光源部２の点灯タイミングと第１の液晶セル９ａ及び第２の液晶セル９ｂの駆動タイミングとの組み合わせを異ならせることとしてもよい。例えば、第１の液晶セル９ａ及び第２の液晶セル９ｂがオフ状態とされている期間において、第２の光源部２を点灯させ、第１の液晶セル９ａ及び第２の液晶セル９ｂがオン状態とされている期間において、第１の光源部１を点灯させてもよい。
この場合には、第２の偏光ビームスプリッタ１１に入力される偏光方向が反転するので、第２の偏光ビームスプリッタ１１から射出される照明光は、上述した図７及び図８に示される射出方向とは異なる方向、具体的には、直交する方向へ射出されることとなる。
このように、第１の光源部１及び第２の光源部２の点灯タイミングと、第１の液晶セルと第２の液晶セルとの駆動の組み合わせを変化させることにより、照明装置１００ａから異なる方向へ照明光を射出させることが可能となる。なお、これらの組み合わせを時分割で変化させることにより、異なる方向へ交互に照明光を射出させることが可能となる。
【００４２】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る照明装置について説明する。
図１０から図１２は、本実施形態に係る照明装置１００ｂの構成を示す図である。
図１０から図１２に示すように、照明装置１００ｂは、第１の照明ユニット３０ａと、第１の照明ユニット３０ａから射出される照明光が入射される第２の照明ユニット３０ｂとを備えている。
ここで、第１の照明ユニット３０ａは、上述した第１の実施形態に係る照明装置１００と同様の構成を有するので、詳細な説明を省略する。
【００４３】
第２のユニット３０ｂは、第１の実施形態に示した照明装置１００と略同様の構成を示している。
具体的には、第１の照明ユニット３０ａからの照明光および第３の光源部３１から射出された照明光が入射される第３の偏光ビームスプリッタ３２、第３の偏光ビームスプリッタ３２において分離された各照明光が入射され、その偏光方向を旋回可能な第３の液晶セル３３、液晶セル３３を透過した照明光を合成して射出する第４の偏光ビームスプリッタ３４を主な構成として備えている。
第２の照明ユニット３０ｂにおいて、第３の偏光ビームスプリッタ３２は、第１の照明ユニット３０ａにおける第１の偏光ビームスプリッタ３に、第３の液晶セル３３は、液晶セル９に、第４の偏光ビームスプリッタ３４は、第２の偏光ビームスプリッタ１１にそれぞれ対応する構成である。
【００４４】
このような構成を備える照明装置１００ｂにおいて、第１の光源部１、第２の光源部２、第３の光源部３１の各点灯駆動および液晶セル９、第３の液晶セル３３の駆動は、例えば、図１３に示されるように行われる。
まず、液晶セル９及び第３の液晶セルは、図１３のｂ及びｄに示すように、映像信号の周期に応じて交互にオン状態とされる。また、液晶セル９がオン状態とされる手前に、液晶セル９及び第３の液晶セル３３がともにオフ状態となる期間が設けられている。
【００４５】
第１の光源部１は、液晶セル９及び第３の液晶セル３３がともにオフ状態とされる期間において点灯され、第２の光源部２は、液晶セル９がオン状態とされ、第３の液晶セル３３がオフ状態とされる期間において点灯され、第３の光源部３１は、液晶セル９がオフ状態とされ、第３の液晶セル３３がオン状態とされる期間において点灯される。
このように、第１の光源部１、第２の光源部２、第３の光源部３１は、交互に順次点灯させられる。なお、遷移期間Ｔにおいては、今まで点灯していた光源部と次に点灯される光源部とを点灯させる。
なお、第３の光源部３１から射出された照明光については、液晶セル９を透過しないため、第３の光源部３１が点灯している期間において、液晶セル９はオン状態及びオフ状態のいずれの状態でもよい。
【００４６】
第１の光源部１が点灯している期間においては、図１０に示すように、第１の偏光ビームスプリッタ３により分離されたＰ偏光成分およびＳ偏光成分は、オフ状態とされている液晶セル９により偏光方向がともに９０°旋回されることにより、Ｐ偏光成分はＳ偏光成分に変換され、Ｓ偏光成分はＰ偏光成分に変換される。その後、これらの各偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッタ１１に入射されて合成され、第３の偏光ビームスプリッタ３２に導かれる。
第３の偏光ビームスプリッタ３２では、合成光が再度Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とに分離され、分離されたＰ偏光成分およびＳ偏光成分は、オフ状態とされている第３の液晶セル３３により偏光方向がともに９０°旋回されることにより、Ｐ偏光成分はＳ偏光成分に変換され、Ｓ偏光成分はＰ偏光成分に変換される。その後、これらの各偏光成分は、第４の偏光ビームスプリッタ３４に入射されて合成され、射出端面から射出される。
【００４７】
第２の光源部２が点灯している期間においては、図１１に示すように、第１の偏光ビームスプリッタ３により分離されたＰ偏光成分およびＳ偏光成分は、オン状態とされている液晶セル９を透過することにより、偏光方向が維持されたまま第２の偏光ビームスプリッタ１１に入射されて合成され、第３の偏光ビームスプリッタ３２に導かれる。
第３の偏光ビームスプリッタ３２では、合成光が再度Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とに分離され、分離されたＰ偏光成分およびＳ偏光成分は、オフ状態とされている第３の液晶セル３３により偏光方向がともに９０°旋回されることにより、Ｐ偏光成分はＳ偏光成分に変換され、Ｓ偏光成分はＰ偏光成分に変換される。その後、これらの各偏光成分は、第４の偏光ビームスプリッタ３４に入射されて合成され、射出端面から射出される。
【００４８】
第３の光源部３１が点灯している期間においては、図１２に示すように、第３の偏光ビームスプリッタ３２により分離されたＰ偏光成分およびＳ偏光成分は、オン状態とされている第３の液晶セル３３を透過することにより、偏光方向が維持されたまま第４の偏光ビームスプリッタ３４に入射されて合成され、射出端面から射出される。
【００４９】
以上説明してきたように、本実施形態に係る照明装置１００ｂによれば、３つの光源部を備え、これらの光源部を順次点灯させるので、照明光の輝度を高めることができる。また、照明装置１００ｂの射出端面、つまり、第４の偏光ビームスプリッタ３４の射出端面は、各光源部１，２にそれぞれ接続されるテーパロッド４の射出端面と略等しいので、エタンデュを増加させることなく、複数の光源部から射出された光を合成して照明装置１００ｂから射出することができる。これにより、例えば、後段に設けられているＬＣＤ等の空間変調素子における光利用率を向上させることが可能となる。
なお、本実施形態では、３つの光源を使用する場合について例示したが、第２の照明ユニットと同様の構成のユニットを重ねることにより、エタンデュを増加させることなく、３つ以上の光源からの光路を重畳させることが可能となる。
【００５０】
〔応用例〕
次に、上述した第１の実施形態に係る照明装置１００を適用した画像投影装置について説明する。
図１４は、第１の実施形態に係る照明装置１００を適用した画像投影装置の一構成例を示した図である。
図１４に示すように、画像投影装置５０は、第１の実施形態に係る照明装置１００と、照明装置１００から射出される照明光の光量分布を均一化させるインテグレートロッド５１と、インテグレートロッド５１から射出される照明光を画像情報に基づいて変調する空間変調デバイス（光変調手段）５２と、空間変調デバイス５２で変調された照明光をスクリーンに対して投影する投影光学部（投影光学手段）５３とを備えている。図１４において、空間変調デバイス５２は、例えば、ＤＭＤ（Digital micro Mirror Device）である。
【００５１】
このような構成において、照明装置１００から射出された照明光は、インテグレートロッド５１に入射されることにより、光分布の略均一な射出面形状を有する照明光とされる。この射出面形状は、空間変調デバイス５２の表面形状と略相似形状とされている。
インテグレートロッド５１からの照明光は、リレーレンズ、ミラー等により空間変調デバイス５２に導かれ、映像信号に応じて、空間変調デバイス５２によって、有効な光が投影光学部５３へ反射され、投影光学部５３の投影レンズによって拡大されてスクリーンに投影される。
【００５２】
以上説明したように、第１の実施形態に係る照明装置１００を画像投影装置５０の照明装置として利用することで、輝度の高い照明光を得ることが可能となるので、スクリーンに投影される画像を明るくすることができる。
なお、上述した応用例では、空間変調デバイス５２としてＤＭＤを用いたが、これに代えて、透過型液晶パネルまたは反射型液晶パネルを用いることとしてもよい。
【００５３】
また、上記画像投影装置５０においてカラー映像を投影する場合には、照明装置１００における第１の光源部１及び第２の光源部２として、図１５に示すように、赤、緑、青の各ＬＥＤをアレイ状に配置したＬＥＤチップを用いるとよい。
通常、白色ランプを用いた場合には、カラーフィルタを回転させることにより、白色を各色に変換し、各色の画面を順次、空間変調デバイス５２に表示することによりカラー化するが、本実施形態では、空間変調デバイス５２に面順次に表示される各色の画像に合わせて、対応する色のＬＥＤを順次発光させることによってカラーフィルタを設けることなく、カラー画像を投影することが可能となる。この場合のカラーシーケンスの一例を図１６に示す。
なお、上述の画像投影装置５０は、本発明の第１の実施形態に係る照明装置を備えていたが、これに代えて、上述したいずれかの照明装置を利用することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る照明装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る照明装置の液晶セル及び光源部の駆動制御タイミングについて説明するためのタイミングチャートである。
【図３】光源部を常時点灯させた場合の光量と、各光源部を交互に点灯させた場合の光量とを比較して示した図である。
【図４】図１に示した照明装置において、第１の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。
【図５】図１に示した照明装置において、第２の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。
【図６】図１に示した照明装置において、液晶セルと光源部の駆動制御タイミングの組み合わせを変更したときの照明光の光路を示した図である。
【図７】図１に示した照明装置の変形例を示した図であり、第１の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。
【図８】図７に示した照明装置において、第２の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。
【図９】図７及び図８に示した照明装置の液晶セル及び光源部の駆動制御タイミングについて説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る照明装置の全体構成を示す図であり、第１の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。
【図１１】図１０に示した照明装置において、第２の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。
【図１２】図１０に示した照明装置において、第３の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る照明装置の液晶セル及びＬＥＤの駆動制御タイミングについて説明するためのタイミングチャートである。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る照明装置を適用した画像投影装置の概略構成を示した図である。
【図１５】カラー画像を投影する場合の光源部の一構成例を示した図である。
【図１６】カラー画像を投影する場合の光源部の発光シーケンスの一例を示した図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  第１の光源部
２  第２の光源部
３  第１の偏光ビームスプリッタ
４  テーパロッド
５，６，８，１０  三角プリズム
７  偏光分離面
９  液晶セル
９ａ  第１の液晶セル
９ｂ  第２の液晶セル
１１  第２の偏光ビームスプリッタ
２０  制御装置
２１  光源駆動回路
２２  液晶セル駆動回路
２０  ＬＥＤ駆動制御部
２１  液晶セル駆動制御部
３０ａ  第１の照明ユニット
３０ｂ  第２の照明ユニット
３１  第３の光源部
３２  第３の偏光ビームスプリッタ
３３  第３の液晶セル
３４  第４の偏光ビームスプリッタ
５０  画像投影装置
１００、１００ａ、１００ｂ  照明装置
【図１】
2008139707.tif 000003
【図２】
2008139707.tif 000004
【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】
2008139707.tif 000009
【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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