(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調素子を照明する照明光学系と、
拡散素子と、固体光源と、前記固体光源からの光束を前記拡散素子に導く導光光学系と、を備える複数の光源ユニットと、
前記複数の光源ユニットからの光束を前記照明光学系に導く光路合成系と、を備える照明装置であって、
前記光路合成系は、前記複数の光源ユニットからの光束を反射する反射面を前記複数の光源ユニット毎に有し、
前記反射面からの光束を用いて前記照明光学系による光源像が形成される領域のうち所定の領域を有効領域とし、前記複数の光源ユニットの個数をＮとするとき、
前記有効領域における前記光源像の長辺方向に沿って、前記有効領域をＮ個に分割した領域の長辺方向と前記有効領域における前記光源像の長辺方向が平行である、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
光変調素子を照明する照明光学系と、
拡散素子と、固体光源と、前記固体光源からの光束を前記拡散素子に導く導光光学系と、を備える複数の光源ユニットと、
前記複数の光源ユニットからの光束を前記照明光学系に導く光路合成系と、を備える照明装置であって、
前記光路合成系は、前記複数の光源ユニットからの光束を反射する反射面を前記複数の光源ユニット毎に有し、
前記反射面からの光束を用いて前記照明光学系による光源像が形成される領域のうち所定の領域を有効領域とし、前記複数の光源ユニットの個数をＮとするとき、
前記有効領域における前記光源像の長辺方向に沿って、前記有効領域をＮ個に分割した領域の第１の辺方向の寸法をＸ１とし、前記第１の辺方向と直交する第２の辺方向の寸法をＹ１とし、前記有効領域における前記光源像の前記第１の辺方向の寸法をＸ２とし、前記第２の辺方向の寸法をＹ２とするとき、
０．７≦Ｘ１／Ｙ１・Ｙ２／Ｘ２≦１．３
を満足する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
前記光変調素子は、液晶表示素子であって、
前記照明光学系は、前記光路合成系からの光束を分割する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズからの光束を受光する第２のフライアイレンズと、偏光変換素子と、を備え、
前記有効領域は、前記偏光変換素子のうち前記偏光変換素子に入射した光の偏光方向が所定の偏光方向に変換される複数の領域の各々であって、
前記照明光学系の光軸と前記拡散素子の法線とに平行な断面を第１の断面とし、前記照明光学系の光軸と平行で前記第１の断面に直交する断面を第２の断面とし、
前記第１の断面における前記第１のフライアイレンズの幅をＤ１ｘとし、前記第２のフライアイレンズの幅をＤ２ｘとし、前記第２の断面における前記第１のフライアイレンズの幅をＤ１ｙとし、前記第２のフライアイレンズの幅をＤ２ｙとし、
前記第１の断面における圧縮率α及び前記第２の断面における圧縮率βを、
α＝Ｄ２ｘ／Ｄ１ｘ
β＝Ｄ２ｙ／Ｄ１ｙ
とし、
前記光変調素子の前記第１の断面における幅をＸ´とし、前記第２の断面における幅をＹ´とするとき、
前記有効領域のアスペクト比は、
（αＸ´／２）／βＹ´
あるいは、
αＸ´／（βＹ´／２）
である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光変調素子は、反射面の角度を調節可能な複数のマイクロミラーを備えたマイクロミラーアレイであって、
前記照明光学系は、前記光路合成系からの光束を分割する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズからの光束を受光する第２のフライアイレンズと、を備え、
前記有効領域は、前記第２のフライアイレンズが備える複数のレンズセル上の領域であって、
前記照明光学系の光軸と前記拡散素子の法線とに平行な断面を第１の断面とし、前記照明光学系の光軸と平行で前記第１の断面に直交する断面を第２の断面とし、
前記第１の断面における前記第１のフライアイレンズの幅をＤ１ｘとし、前記第２のフライアイレンズの幅をＤ２ｘとし、前記第２の断面における前記第１のフライアイレンズの幅をＤ１ｙとし、前記第２のフライアイレンズの幅をＤ２ｙとし、
前記第１の断面における圧縮率α及び前記第２の断面における圧縮率βを、
α＝Ｄ２ｘ／Ｄ１ｘ
β＝Ｄ２ｙ／Ｄ１ｙ
とし、
前記光変調素子の前記第１の断面における幅をＸ´とし、前記第２の断面における幅をＹ´とするとき、
前記有効領域のアスペクト比は、
αＸ´／βＹ´
である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光変調素子は、反射面の角度を調節可能な複数のマイクロミラーを備えたマイクロミラーアレイであって、
前記照明光学系は、ロッドインテグレータを備えており、
前記有効領域は、前記ロッドインテグレータの入射面上の領域である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項６】
前記導光光学系は、インテグレータ光学系として、前記固体光源からの光束を分割する複数の第１のレンズ面を備える第１のレンズ面アレイと、複数の第２のレンズ面を備えるとともに前記第１のレンズ面アレイからの光束を受光する第２のレンズ面アレイと、を備え、
前記Ｎ個に分割した領域の短辺方向の寸法をＸとし、長辺方向の寸法をＹとし、前記第１のレンズ面の短辺方向の寸法をｘとし、長辺方向の寸法をｙとするとき、
【数１】
0006783545.tif 000003
を満足する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記固体光源は、青色光または紫外光を射出し、
前記拡散素子は、前記固体光源からの光束の一部を前記固体光源からの光束と波長が異なる変換光に変換する波長変換素子である、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記複数の光源ユニットは、
前記固体光源として、赤色光を射出する第１の固体光源と、緑色光を射出する第２の固体光源と、青色光を射出する第３の固体光源と、
前記拡散素子として、前記第１の固体光源と前記第２の固体光源と前記第３の固体光源からの光束を拡散する拡散板と、を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記複数の光源ユニットは第１の光源ユニットと第２の光源ユニットとを備え、
前記光路合成系は、
第１の反射面と第２の反射面とを有する第１の反射素子と、
前記第１の光源ユニットからの光束を用いて前記第１の反射面上に第１の光源像を形成する第１の集光光学系と、
前記第２の光源ユニットからの光束を用いて前記第２の反射面上に第２の光源像を形成する第２の集光光学系と、を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記照明光学系の光軸方向視において、前記第１の光源像のうち少なくとも最大強度の８０％までの領域は前記第１の反射面上に位置しており、前記第２の光源像のうち少なくとも最大強度の８０％までの領域は前記第２の反射面上に位置している、
ことを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記照明光学系の光軸方向視において、前記第１の光源像と前記第２の光源像との間の距離をｄ１とし、前記第１の光源像の幅のうち前記第１の光源像と前記第２の光源像が並んでいる方向の幅をｄ２とするとき、
０．７≦ｄ１／ｄ２≦１．３
を満足する、
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記導光光学系は、前記固体光源からの光束を反射して前記拡散素子に導く第２の反射素子と、
前記第２の反射素子からの光束を前記拡散素子に導く第３の集光光学系と、を備える、ことを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記第２の反射素子の法線と前記第３の集光光学系の光軸とを含む断面での前記第３の集光光学系の光軸と直交する方向において、前記第２の反射素子の幅は前記第３の集光光学系の幅よりも狭い、
ことを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記固体光源は複数の固体光源であって、
前記導光光学系は、前記複数の固体光源からの光束が入射し、前記拡散素子に導くミラーアレイを備え、
前記ミラーアレイが有する複数のミラーは互いに形状の異なる放物面の一部である、
ことを特徴とする請求項６乃至１３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１５】
光変調素子を照明する照明光学系と、
第１の拡散素子と、第１の固体光源と、前記第１の固体光源からの光束を前記第１の拡散素子に導く第１の導光光学系と、を備える第１の光源ユニットと、
第２の拡散素子と、第２の固体光源と、前記第２の固体光源からの光束を前記第２の拡散素子に導く第２の導光光学系と、を備える第２の光源ユニットと、
前記第１の光源ユニットからの光を反射して前記照明光学系に導く第１の反射面と、前記第２の光源ユニットからの光を反射して前記照明光学系に導く第２の反射面とを備える光路合成系と、を備える照明装置であって、
前記第１の光源ユニット及び第２の光源ユニットは、前記第１の固体光源からの光束を用いて前記第１の導光光学系が前記第１の拡散素子上に形成する第１のスポットの像が前記第１の反射面に向けて投影され、前記第２の固体光源からの光束を用いて前記第２の導光光学系が前記第２の拡散素子上に形成する第２のスポットの像が前記第２の反射面に向けて投影されるように構成してあり、
前記第１の導光光学系は、前記第１の拡散素子上の前記第１のスポットの光強度分布を均一化するための第１のインテグレータ光学系を備え、前記第２の導光光学系は、前記第２の拡散素子上の前記第２のスポットの光強度分布を均一化するための第２のインテグレータ光学系を備えている、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項１６】
前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットは、それぞれ、前記第１のスポット及び前記第２のスポットとして長方形のスポットを前記第１の拡散素子及び前記第２の拡散素子上に形成し、
前記第１の光源ユニットから前記第１の反射面に向けて投影される前記長方形のスポットの像と、前記第２の光源ユニットから前記第２の反射面に向けて投影される前記長方形のスポットの像とは、前記長方形のスポットの短辺方向に並んでいる、
ことを特徴とする請求項１５に記載の照明装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記光変調素子として、互いに異なる色光である第１の色光用の光変調素子と、第２の色光用の光変調素子と、第３の色光用の光変調素子と、
前記照明装置からの光束を前記第１の色光用の光変調素子と前記第２の色光用の光変調素子と前記第３の色光用の光変調素子に導くとともに、前記第１の色光用の光変調素子からの光束と前記第２の色光用の光変調素子からの光束と前記第３の色光用の光変調素子からの光束を受光する色分離合成系をさらに備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１８】
前記色分離合成系からの光束を被投射面に導く投射光学系をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１７に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及びこれを用いた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザーダイオード（以後、ＬＤと記す）が発する光を励起光として蛍光体に照射し、波長変換された蛍光光を光源光として用いるいわゆる固体光源プロジェクターが開発されている。従来の水銀ランプを光源とするプロジェクターと同様に固体光源プロジェクターにも明るさが求められており、より明るい固体光源プロジェクターを実現する技術として特許文献１に記載の技術が知られている。
【０００３】
特許文献１は、青色ＬＤと蛍光体を備えることで単体でも白色光を射出可能な光源ユニットを２つ設け、２つの光源ユニットからの白色光をロッドインテグレータの光入射側にある台形プリズム対で合成して光変調素子に導く構成を開示している。このような構成によって、より明るい固体光源プロジェクターを実現している。また、この２つの光源ユニットは、蛍光体上のスポットの像である光源像が台形プリズム対付近に形成されるように構成してある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１６０２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固体光源プロジェクターおいて、明るさをより上げるために蛍光体への入射光の強度を高めると、蛍光体面上に入射光が形成するスポットの光密度が高くなる。なお、ここでいう光密度とは単位面積当たりの光強度のことをいう。その結果、輝度飽和現象によって光変換効率が下がるといった問題が生じ、ＬＤの出力上昇に比例した明るさを得ることができないおそれがある。
【０００６】
このため、特許文献１では、ＬＤと蛍光体の間に拡散板を設けることで、蛍光体面上に形成するスポットをぼかすことにより光密度が高くなり過ぎないようにしている。拡散板を用いてスポットをぼかした場合、スポットの内部における光強度分布は中心部から周辺部に行くにかけて光強度が低くなるガウス分布になる。そのため、２つの光源ユニットによって台形プリズム対付近に光強度分布がガウス分布を持つ２つの光源像が形成されることになる。
【０００７】
特許文献１の台形プリズム対は、ロッドインテグレータの光入射面の半分の厚みであって入射側の先端が４５度の反射面になっている台形プリズムを反射面が互いに逆向きになるように２つ重ねて構成されている。
【０００８】
このような光路合成系内に光強度分布がガウス分布の２つの光源像を形成すると、合成された光源像が大きくなって台形プリズム対に入射しない光が増えるため、光の利用効率が低下する。そこで、合成された光源像を小さくするために、２つの光源像が重なるまで両者の間隔を狭めることが考えられる。しかしながら、２つの光源像が重なっている領域の光は本来入射すべき反射面とは別の反射面に入射してしまい光変調素子とは異なる方向に導かれてしまい、光の利用効率が低下する。
【０００９】
そこで、本発明は、複数の光源ユニットからの光を合成することによって生じる光の利用効率の低下を従来よりも小さくすることが可能な照明装置及びこれを用いた投射型表示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】
【００１０】
上記課題の解決のために、本発明における照明装置は、
光変調素子を照明する照明光学系と、
拡散素子と、固体光源と、前記固体光源からの光束を前記拡散素子に導く導光光学系と、を備える複数の光源ユニットと、
前記複数の光源ユニットからの光束を前記照明光学系に導く光路合成系と、を備える照明装置であって、
前記光路合成系は、前記複数の光源ユニットからの光束を反射する反射面を前記複数の光源ユニット毎に有し、
前記反射面からの光束を用いて前記照明光学系による光源像が形成される領域のうち所定の領域を有効領域とし、前記複数の光源ユニットの個数をＮとするとき、
前記有効領域における前記光源像の長辺方向に沿って、前記有効領域をＮ個に分割した領域の長辺方向と前記有効領域における前記光源像の長辺方向が平行である、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の光源ユニットからの光を合成することによって生じる光の利用効率の低下を従来よりも小さくすることが可能な照明装置及びこれを用いた投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例で示す照明装置の構成説明図
【図２】第２フライアイレンズのレンズセルと偏光変換素子が形成する有効領域の模式図
【図３】第１実施例における有効領域及び光源像の形状の関係を示す図
【図４】従来技術に対する本発明の効果を表わす図
【図５】ＬＤの模式図
【図６】第１レンズアレイ面のレンズセル形状とＬＤの発光面分布の関係図
【図７】第２実施例で示す照明装置の構成説明図
【図８】第２実施例における有効領域及び光源像の形状の関係を示す図
【図９】第３実施例で示す照明装置の構成説明図
【図１０】第３実施例における有効領域及び光源像の形状の関係を示す図
【図１１】第４実施例で示す照明装置の構成説明図
【図１２】第４実施例における有効領域及び光源像の形状の関係を示す図
【図１３】各実施例で示す照明装置を搭載した投射型表示装置の構成説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、本発明は後述の実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
〔第１実施例〕
図１から図６を用いて本発明の第１実施例としての照明装置及び投射型表示装置の構成について説明する。
【００１６】
（照明装置及び投射型表示装置の構成）
図１は、本実施例における照明装置の構成を示す構成図である。
【００１７】
なお、各図においては、後述のコリメータレンズ２（２ａ、２ｂ）の光軸と平行な方向をＺ軸方向としている。そして、後述の集光レンズユニット８（８ａ、８ｂ）の光軸とＺ軸に平行な断面がＸＺ断面となるようなＺ軸方向と直交する方向をＸ軸方向としている。つまり、コリメータレンズ２の光軸と集光レンズユニット８の光軸は直交していなくてもよい。そして、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向としている。図１は、図面内に図示されている座標軸にあるようにＸＺ断面の図になっている。
【００１８】
本発明の各実施例における照明装置は、第１の光源ユニットＡａ及び第２の光源ユニットＡｂを含む複数の光源ユニットＡと、合成プリズム１１（光路合成素子）を含む光路合成系Ｂと、照明光学系Ｃとを備えている。照明光学系Ｃは光変調素子１７を照明するための複数の光学素子の集まりである。また、図１３に示すように照明装置１００と色分離合成系Ｄとを備える装置を投射型表示装置Ｐという。
【００１９】
（光源ユニットの構成）
各光源ユニットは、光源１（第１の固体光源１ａ、第２の固体光源１ｂ）、コリメータレンズ２（２ａ、２ｂ）、放物ミラーアレイ３（３ａ、３ｂ）、平面ミラー４（４ａ、４ｂ）、凹レンズ５（５ａ、５ｂ）を備えている。さらに、後述の蛍光体９上（拡散素子上）のスポットの光強度分布を均一化するためのインテグレータ光学系として第１のレンズ面アレイ６１（６１ａ、６１ｂ）、第２のレンズ面アレイ６２（６２ａ、６２ｂ）を備えている。さらに、ダイクロイックミラー７（７ａ、７ｂ）、集光レンズユニット８（８ａ、８ｂ）、蛍光体９（第１の拡散素子９ａ、第２の拡散素子９ｂ）と、を備えている。
【００２０】
そして、蛍光体９が反射した蛍光光（変換光）を集光レンズユニット８が取込んで平行光化して射出する構成になっている。本発明の各実施例ではこの光源ユニットを２つ有し、第１の光源ユニットＡａ及び第２の光源ユニットＡｂから射出された平行光は、凸レンズ１０、合成プリズム１１、平行化レンズ１２を備える光路合成系Ｂに入射する。
【００２１】
光源１（固体光源）は青色ＬＤであり、光源１から射出された発散光束は直後に配置されたコリメータレンズ２によって平行光束となる。コリメータレンズ２は光源１つに対して１つ配置されており、光源１と同数設けられている。コリメータレンズ２からのレーザー光束はＺ方向に向けて進行したのち放物面ミラーアレイ３によって反射及び集光される。
【００２２】
放物面ミラーアレイ（ミラーアレイ）３が有する複数のミラーは互いに形状の異なる放物面の一部になっており、放物面ミラーアレイ３によって反射されたレーザー光束は集光しながら平面ミラー４によって反射され、凹レンズ５に入射する。凹レンズ５の焦点位置と放物面ミラーアレイ３が備える各ミラーの焦点位置とを一致させているため、凹レンズ５は平行光束を射出する。このような構成は、一枚の放物面鏡と比較してより小型な照明装置を実現することができる。
【００２３】
凹レンズ５を射出した平行光束は第１のレンズ面アレイ６１に入射して分割光束にされた後、第２のレンズ面アレイ６２に入射する。第２のレンズ面アレイ６２を射出した分割光束は、ダイクロイックミラー７により反射されて集光レンズユニット８に向かう。なお、本発明の各実施例においては、これらの放物面ミラーアレイ３、平面ミラー４、凹レンズ５、第１のレンズ面アレイ６１、第２のレンズ面アレイ６２、ダイクロイックミラー７、集光レンズユニット８を第１及び第２の導光光学系とする。
【００２４】
ダイクロイックミラー（第２の反射素子）７は第２のレンズ面アレイ６２からの光束を反射するのに必要な最小限の大きさになっている。そして、その表面には光源１からの光束は反射するが、蛍光体９からの蛍光光は透過する特性の誘電体多層膜がコーティングされている。
【００２５】
集光レンズユニット８（第３の集光光学系）はダイクロミラー７で反射された光束を集光及び重畳して蛍光体９上にスポットを形成する。
【００２６】
蛍光体（拡散素子、波長変換素子）９は第２のレンズ面アレイ６２と集光レンズユニット８について第１のレンズ面アレイ６１が備える複数のレンズ面と略共役になる位置に配置されている。凹レンズ５によって平行光化された光束は第１のレンズ面アレイ６１に入射した時点ではムラのある光密度分布である。しかしながら、上記の経路により分割及び重畳されることによって、蛍光体９上では第１のレンズ面アレイ６１のレンズ面形状と相似形の均一な光密度分布のスポットを形成する。
【００２７】
すなわち個々のレンズ面を物体とし、これらが重畳された像を蛍光体９上に形成している。従って、蛍光体９上においてレーザー光が１点へ集中して局所的に光密度が高い分布になって輝度飽和現象による光変換効率の低下を抑制することができる。
【００２８】
蛍光体９に入射した光束の一部は、赤及び緑色のスペクトルを主とする蛍光光に変換されて反射され、残りは波長が変換されずに青色光のまま反射される。反射された赤、緑、青の３原色で構成される白色光束は再び集光レンズユニット８によって平行光化され、光路合成系Ｂに向かう。この白色光束はダイクロイックミラー７を経由するが、前述のとおりダイクロイックミラー７は蛍光光を透過させるが、レーザー光束と同じ波長である青色光は反射する。つまり、白色光束のうちダイクロイックミラー７を通過する光束に含まれる青色光は光源１側へ戻ってしまって光の利用効率が低下してしまう。
【００２９】
このような光の利用効率の低下を抑制するためには、ダイクロイックミラー７の面積をできるだけ小さくする必要がある。具体的には、ダイクロイックミラー７の法線と集光レンズユニット８の光軸とを含む断面での集光レンズユニット８の光軸と直交する方向において、ダイクロイックミラー７の幅は集光レンズユニット８の幅よりも狭いことが好ましい。このような構成によって小型及び軽量であるとともに、光利用効率の低下を抑制することが可能光源ユニットを実現している。
【００３０】
（光路合成系の構成）
蛍光体９からの蛍光光は集光レンズユニット８によって集光及び平行化され、光路合成系Ｂに入射する。光路合成系Ｂでは、各光源ユニットからの平行光が、凸レンズ（第１の集光光学系、第２の集光光学系）１０によって合成プリズム（第１の反射素子）１１の頂点近傍に集光される。合成プリズム１１の頂点近傍は、集光レンズユニット８と凸レンズ１０について蛍光体９と略共役の位置に配置されている。したがって、合成プリズム１１の頂点近傍には蛍光体９上に形成されるスポットと相似形状の光源像が形成される。なお、２つの光源ユニットの光源像は合成プリズム１１の頂点近傍において近接配置されており、近接配置された２つの光源ユニットからの光源像はあわせて１つの光源像として考えることもできる。
【００３１】
より好ましくは、複数の光源像が次の条件を満たすとよい。すなわち、合成プリズム１１が備える複数の反射面のうち、光源ユニットＡａ（第１の光源ユニット）側の反射面を第１の反射面とし、光源ユニットＡｂ（第２の光源ユニット）側の反射面を第２の反射面とする。さらに、凸レンズ１０のうち光源ユニットＡａからの光束を用いて第１の反射面上に第１の光源像を形成するものを第１の集光光学系とし、光源ユニットＡｂからの光束を用いて第２の反射面上に第２の光源像を形成するものを第２の集光光学系とする。
【００３２】
このとき、照明光学系Ｃの光軸方向視において、第１の光源像のうち少なくとも最大強度の８０％までの領域は第１の反射面上に位置している。さらに、第２の光源像のうち少なくとも最大強度の８０％までの領域は第２の反射面上に位置していることが好ましい。つまり、各光源ユニットからの光束のうち第１の反射面及び第２の反射面に入射しない光束が少ないことが好ましい。
【００３３】
さらに好ましくは、第１の光源像と第２の光源像との間の距離をｄ１とし、第１の光源像の幅のうち第１の光源像と第２の光源像が並んでいる方向の幅をｄ２とする。このとき、
０．７≦ｄ１／ｄ２≦１．３        （１）
を満足するとよい。この条件式（１）は後述の図４（ｃ）に示すように、第１の光源像と第２の光源像がほぼ隣接して配置されていることを意味している。条件式（１）を満たすと合成プリズム１１で合成された光源像を小さくして後段の光学素子でけられる光束を減らすことで光の利用効率の低下を抑制することができるため好ましい。もちろんｄ１／ｄ２の値は０．８以上１．２以下あるいは０．９以上１．１以下であれば、なお好ましい。
【００３４】
合成プリズム１１の反射面によって反射された光は平行化レンズ１２によって平行光化され照明光学系Ｃに入射する。
【００３５】
（照明光学系の構成）
照明光学系Ｃに入射した光が第１のフライアイレンズ１３によって分割光束にされることで、第２のフライアイレンズ１４近傍に再び光源像が形成される。第２のフライアイレンズ１４は平行化レンズ１２と第１のフライアイレンズ１３について光路合成系Ｂの合成プリズム１１の頂点近傍と略共役の位置に配置されている。このため、第２のフライアイレンズ１４の近傍に形成される光源像は合成プリズム１１の頂点近傍に形成される光源像と相似形状である。
【００３６】
なお、これまでの各素子の共役関係を整理すると第２のフライアイレンズ１４が配置される位置は合成プリズム１１の頂点近傍を介して蛍光体９及び第１のレンズ面アレイ６１とも略共役関係である。したがって、第２のフライアイレンズ１４近傍に形成される光源像の形状は第１のレンズ面アレイ６１の各レンズ面と相似形状である。
【００３７】
第１のフライアイレンズ１３からの分割光束は第２のフライアイレンズ１４及びコンデンサレンズ１６を介して光変調素子１７上に集光及び重畳される。本実施例における光変調素子１７は１６：９のアスペクト比をもつ液晶パネルであり、各画素へ入射する光線の偏光状態を制御することで画像を形成する。
【００３８】
光源ユニットからの蛍光光は非偏光光なので、光の利用効率を高めるために偏光変換素子１５を第２のフライアイレンズ１４の直後に配置している。偏光変換素子１５は第２のフライアイレンズ１４を構成するレンズセルの約半分の幅を有する細長の偏光ビームスプリッタを複数並べ、偏光ビームスプリッタの射出面に一つおきに半波長板を配した構造をしている。なお、偏光変換素子１５の構成は、前述の半波長板とはずれた位置に遮光部を一つおきに設けた構成であってもよい。
【００３９】
偏光変換素子に入射した光は偏光分離膜でＰ偏光とＳ偏光に分離され、Ｓ偏光は隣接する偏光分離膜でＰ偏光と同じ方向に反射され、Ｐ偏光の射出側に配された半波長板でＳ偏光と同じ偏光状態に変換することで、所定の偏光状態に光が揃えられる。なお、Ｓ偏光の射出側に半波長板を配置してＰ偏光に揃えられるような構成であってもよい。偏光変換素子１５からの光束はコンデンサレンズ１６によって光変調素子１７へ導かれる。
【００４０】
（色分離合成系の構成）
前述の照明光学系Ｃが備えるコンデンサレンズ１６からの光束は、図１３に示す色分離合成系Ｄに入射する。
【００４１】
色分離合成系Ｄは、偏光板１６０、ダイクロイックミラー１７０、波長選択性位相差板１８０、赤色用λ／４板１９０ｒ、緑色用λ／４板１９０ｇ、青色用λ／４板１９０ｂを備えている。さらに、第１の偏光ビームスプリッタ２１０ａ、第２の偏光ビームスプリッタ２１０ｂ、合成プリズム２２０を備えている。なお、赤色用λ／４板１９０ｒ、緑色用λ／４板１９０ｇ、青色用λ／４板１９０ｂをまとめてλ／４板１９０とする。
【００４２】
このような構成の色分離合成系Ｄは、照明光学系Ｃからの光束を前述の光変調素子１７互いに異なる色光である第１の色光、第２の色光、第３の色光用の光変調素子に導く。具体的には、赤色用液晶パネル１７ｒ（第１の色光用の光変調素子）、緑色用液晶パネル１７ｇ（第２の色光用の光変調素子）、青色用液晶パネル１７ｂ（第３の色光用の光変調素子）に導く。さらに、光変調素子１７からの光束を受光して後述の投射光学系Ｅに導く。
【００４３】
偏光板１６０は偏光変換素子１５によって整えられた所定の偏光方向の光のみを透過する偏光板である。ダイクロイックミラー１７０は、偏光板１６０からの光のうち青色光および赤色光を第２の偏光ビームスプリッタ２１０ｂの方向に導き、緑色光を第１の偏光ビームスプリッタ２１０ａの方向へ導くように構成されている。
【００４４】
第１の偏光ビームスプリッタ２１０ａおよび第２の偏光ビームスプリッタ２１０ｂは偏光方向に応じてダイクロイックミラー１７０からの光を光変調素子１７に導くとともに、光変調素子１７からの光を合成プリズム２２０へ導くように構成されている。また、λ／４板１９０は、光変調素子１７での反射による往復においてλ／２の位相差を与えることで、検光効果を高める作用を有する。
【００４５】
合成プリズム２２０は、第２の偏光ビームスプリッタ２１０ｂからの青色光および赤色光と、第１の偏光ビームスプリッタ２１０ａからの緑色光を合成して投射光学系Ｅへ導く。
【００４６】
（投射光学系の構成）
投射光学系Ｅは、投射レンズ２３０を備えており、色分離合成系Ｄからの光を被投射面Ｓに導く。なお、投射レンズ２３０は図１３に示す投射型表示装置Ｐに対して着脱可能であってもよく、投射光学系Ｅは投射レンズ２３０をその光軸と直交する方向に移動させるシフト機構をさらに備えていても良い。
【００４７】
このような構成によって、投射型表示装置Ｐは被投射面Ｓに画像を表示することが可能となる。
【００４８】
（有効領域の説明）
前述の偏光変換素子１５のうち偏光変換素子１５に入射した光の偏光方向が所定の偏光方向に変換される領域とは異なる領域に入射した光束は所望の偏光方向とは異なる偏光方向となってしまう。そのような偏光方向の光束は前述の偏光板１６０に吸収あるいは反射されて光変調素子１７へ入射しないため、光の利用効率が低下してしまう。つまり、偏光変換素子１５上で所望の偏光方向に変換される領域を有効領域としたとき、この有効領域を通過する光束を多くすることが好ましい。
【００４９】
図２に本実施例において第２のフライアイレンズ１４のレンズセルと偏光変換素子１５が形成する有効領域の模式図を示す。本実施例における有効領域は、偏光変換素子１５が備える複数の偏光ビームスプリッタのうち上から１、３、５、７、９番目の偏光ビームスプリッタと第２のフライアイレンズ１４の各レンズセルとが重なる領域である。
【００５０】
本実施例のように光変調素子１７として液晶表示素子を用い、照明光学系Ｃが偏光変換素子と２つのフライアイレンズを備える構成における有効領域のアスペクト比は次のように求めることができる。
【００５１】
まず、照明光学系Ｃの光軸と蛍光体９の法線とに平行な断面を第１の断面とし、照明光学系Ｃの光軸と平行で第１の断面に直交する断面を第２の断面とする。さらに、第１の断面における第１のフライアイレンズ１３の幅をＤ１ｘとし、第２のフライアイレンズの幅をＤ２ｘとし、第２の断面における第１のフライアイレンズ１３の幅をＤ１ｙとし、第２のフライアイレンズ１４の幅をＤ２ｙとする。
【００５２】
このとき、第１の断面における圧縮率αおよび前記第２の断面における圧縮率βを、α＝Ｄ２ｘ／Ｄ１ｘ、β＝Ｄ２ｙ／Ｄ１ｙとなる。そして、光変調素子１７の第１の断面における幅をＸ´とし、第２の断面における幅をＹ´とするとき、有効領域のアスペクト比は、（αＸ´／２）／βＹ´、あるいは、αＸ´／（βＹ´／２）となる。
【００５３】
本実施例ではＤ１ｘ＝Ｄ２ｘ、Ｄ１ｙ＝Ｄ２ｙで、Ｘ´：Ｙ´＝１６：９となっており、第１のフライアイレンズ１３が備える複数のレンズセルは光変調素子１７と相似形になっているので、Ｄ２ｘ（Ａ）：Ｄ２ｙ（Ｂ）＝１６：９となる。そして、有効領域のアスペクト比はＡ／２：Ｂとなり、有効領域はアスペクト比が８：９の矩形形状になる。
【００５４】
このような有効領域の近傍で形成される光源像のうち、有効領域内を通過する成分のみが最終的に光変調素子に到達できる。言い換えれば、有効領域は通過した光束が光変調素子に導かれる領域である。
【００５５】
（有効領域と光源像の関係）
図３に本実施例における有効領域及び光源像の形状の関係を示す。図３（ａ）は本実施例における第１のレンズ面アレイ６１を正面からみた図である。第１のレンズ面アレイが備える複数のレンズ面（第１のレンズ面）の短辺方向の寸法をｘとし、長辺方向の寸法をｙとするとき、本実施例では第１のレンズ面のアスペクト比はｘ：ｙ＝４：９になっている。前述のように蛍光体９上に形成されるスポットは第１のレンズ面アレイ６１が備える複数のレンズ面と相似形になるため、蛍光体９上にはアスペクト比が４：９の長方形状のスポット（第１のスポット及び第２のスポット）が形成される。
【００５６】
このようなスポットを新たな光源と捉えたときには、第１のスポット及び第２のスポットの像が合成プリズム１１の第１及び第２の反射面に向かって投影される、といえる。その結果、合成プリズム１１の頂点近傍にアスペクト比が４：９の光源像（第１のスポットの像及び第２のスポットの像）が２つ隣接して形成される。これらの光源像は合成プリズム１１の頂点近傍において近接配置されているので、図３（ｂ）のように２つの光源像を合わせて全体として２ｘ：ｙ＝８：９のアスペクト比をもつ光源像が合成プリズムの頂点近傍に形成される。したがって、このような場合には、図３（ｃ）のように有効領域とそこで形成される光源像の形状が完全な相似形状となっており、照明光学系の照明効率を最大限高めて、光の利用効率の低下を抑制することができる。
【００５７】
このように、本実施例で示す照明装置は、照明光学系の有効領域を複数分割した領域の形状と相似形状のレンズセル形状をもつレンズアレイを光源と蛍光体の間に配置した光源ユニットを複数有している。そして、各光源ユニットからの光束を合成することによって有効領域に形成される光源像の集合体の形状を有効領域の形状と相似にすることによって、光の利用効率の低下を抑制することができる。
【００５８】
言い換えれば、光源ユニットの個数をＮとし、有効領域を有効領域の第１の辺の方向あるいは第１の辺と直交する第２の辺の方向に沿ってＮ個に分割した領域の形状と光源像の形状が相似である。もちろん、両者が厳密に相似である必要はなく、少なくとも前述のＮ個に分割した領域の長辺方向と、有効領域における光源像の長辺方向が平行であればよい。ここでいう有効領域における光源像とは、光源像が形成される領域が光学素子上ではない場合において、光源像が形成される領域の近傍の光学素子上の面に光源像を垂直に投影したものをいう。また、第１のスポット及び第２のスポットは前述のようにアスペクト比がｘ：ｙ＝４：９の長方形のスポットであり、これら長方形スポットが合成プリズム１１の反射面上あるいは有効領域において長方形の短辺方向に並んでいればよい。
【００５９】
さらに、前述のＮ個に分割した領域の短辺方向の寸法をＸとし、長辺方向の寸法をＹとし、第１のレンズ面の短辺方向の寸法をｘとし、長辺方向の寸法をｙとする。このとき、
【００６０】
【数１】
0006783545.tif 000002
【００６１】
を満足すればよい。この条件式（２）は有効領域を光源ユニットの数で分割した領域の形状と、光源像の形状とが略相似であることを意味している。この条件を満たせば、１つの光源ユニットを用いた場合に対して２つの光源ユニットを用いた際の明るさを１．４倍程度にすることができる。もちろん、条件式（２）の下限値及び上限値が０．８以上１．２以下、０．９以上１．１以下であればより好ましい。
【００６２】
上述の条件式（２）は第１のレンズ面の寸法を用いた条件式であったが、光源像の大きさを用いると次のように言い換えることができる。すなわち、本実施例における照明装置は、光変調素子を照明する照明光学系と、拡散素子と、固体光源と、固体光源からの光束を拡散素子に導く導光光学系と、を備える複数の光源ユニットを備えている。さらに、複数の光源ユニットからの光束を照明光学系に導く光路合成系と、を備えている。
【００６３】
そして、光路合成系からの光束を用いて照明光学系が形成する光源像が形成される領域のうち所定の領域を有効領域とし、複数の光源ユニットの個数をＮとする。さらに、有効領域を有効領域の第１の辺の方向あるいは第１の辺と直交する第２の辺の方向に沿ってＮ個に分割した領域の第１の辺方向の寸法をＸ１とし、第２の辺方向の寸法をＹ１とする。さらに、有効領域における光源像の第１の辺方向の寸法をＸ２とし、第２の辺方向の寸法をＹ２とする。
【００６４】
このとき、
０．７≦Ｘ１／Ｙ１・Ｙ２／Ｘ２≦１．３      （３）
を満足すればよい。上記の第１の辺方向及び第２の辺方向は一方が短辺方向、もう一方が長辺方向となってもよい。つまり、第１の辺方向が短辺方向の場合には、条件式（３）におけるＸ１は前述の条件式（２）におけるＸと同義であり、Ｙ１はＹと同義である。また、有効領域をＮ個に分割した領域が正方形の場合には第１の辺と第２の辺が同じ長さになってもよい。
【００６５】
また、上記の光源像の第１の辺方向の大きさとは、ある光源像が形成されている領域のうち最大強度の８０％以上の強度になる領域の第１の辺方向の幅としてもよい。なお、最大強度の９０％以上あるいは５０％以上としてもよい。つまり、ある光源像が形成されている領域の強度分布における第１の辺方向の半値全幅を光源像の第１の辺方向の大きさとしてもよい。光源像の第２の辺方向の大きさについても同様である。
【００６６】
さらに、条件式（２）と同様に条件式（３）の下限値及び上限値も０．８以上１．２以下、０．９以上１．１以下であればより好ましい。
【００６７】
（従来技術との比較）
図４に従来技術に対する本発明の効果を表わす図を示す。上段及び中段は合成プリズム１１上での光束及び光源像の振る舞いを示しており、下段は照明光学系の有効領域と光源像との関係を示す。
【００６８】
前述の従来技術のように拡散板を用いて蛍光体９上にスポットを形成する場合の光密度の空間分布は図４（ａ）（ｂ）のように円形形状且つ光密度はガウシアンのような不均一な分布となる。この場合、合成プリズム１１の頂点近傍で２つの光源ユニットからの光束を合成する際、光源像の空間的な広がりが大きいため、図４（ａ）のように光源像を近接配置しようとすると一部の光束が合成プリズム１１の反射面で反射できなくなる。あるいは、一部の光束が照明光学系に導かれなくなる。このため、光の利用効率が低下する。
【００６９】
一方で、図４（ｂ）のように２つの光源像を離して配置して合成プリズム１１上での損失を少なくしようとすると、有効領域に入射しない光束が増えるため、光の利用効率が低下する。特に、本実施例のように有効領域のアスペクト比が８：９の略正方形形状である場合に光源像の形状が円形形状であると合成時の光源像が全体としてＸ方向に長くなるので、有効領域においてＸ方向にはみ出る光束が増えてしまう。
【００７０】
このような拡散板を用いて蛍光体９上にスポットを形成する場合と比較して、本実施例のようにレンズ面アレイを用いた場合には、光源像の形状を任意の形状に成型でき、且つその光密度は均一な分布とすることができる。光源像の光密度分布を均一にできる特徴を活用すれば、図４（ｃ）のように合成プリズム１１の頂点近傍において各光源ユニットからの光源像をぎりぎりまで近接配置をしても光源像のケラレを抑制し、損失を低減することができる。また、光源像の形状を任意の形状に成型できる特徴を活用することによって、２つの光源像を合成した際の全体としての光源像の形状を照明光学系の有効領域の形状に対して、容易に相似形状とすることができる。
【００７１】
発明者らの検討によれば、本実施例の構成においてレンズ面アレイの代わりに拡散板を用いて光源像を形成する光源ユニットを２つ用いた場合は、１つの光源ユニットを用いた場合に対して約１．３倍程度の明るさを得ることができた。これに対して本実施例のようにレンズ面アレイを用いた場合には約１．８倍程度の明るさを得ることができ、大幅な照明効率の改善が実現できた。
【００７２】
（ＬＤの構成）
ここで、第１のレンズ面アレイ６１のレンズ面形状と、光源である青色ＬＤの発光面分布の関係について述べる。図５は本発明の各実施例において光源１として用いるＬＤの模式図である。図５（ａ）は図１と同じＸＺ断面についてその内部構造を描いた図である。
【００７３】
ＬＤはそのパッケージ１８の内部にダブルヘテロ構造の光学半導体を備えている。光学半導体はクラッド層１９が活性層２０を挟む構造になっており、電界が加えられることにより原子が活性化されて誘導放射を行い、活性層２０内で共振状態になった光が、ハーフミラーとなっている側のへき開面から放射される。２１は光が放射される側のへき開面であり、光源としてはその形状が発光分布となる。図５（ｂ）は同じＬＤのＹＺ断面の模式図であり、図５（ｃ）は同じＬＤをＺ方向から見たＸＹ断面における模式図であり、両図はＬＤの発光面分布がＹ方向に細長く伸びた形状であることを示している。
【００７４】
（ＬＤの発光面形状とレンズ面アレイとの関係）
図６は第２のレンズ面アレイ６２のレンズセル形状と光源１であるＬＤの発光面分布の関係を示した概略図である。本実施例における第２のレンズ面アレイ６２が備える各レンズ面（第２のレンズ面）６２Ａの形状は第１のレンズ面アレイが備える第１のレンズ面と同様に４：９のアスペクト比を持つ形状である。
【００７５】
前述のように第１のレンズ面アレイ６１によって分割された平行光束は、第１のレンズ面アレイ６１の各レンズ面によってそれぞれ対応した第２のレンズ面アレイ６２の各レンズ面６２Ａに集光する。この結果、第２のレンズ面アレイ６２の各レンズ面には光源１の光源像が形成される。この光源像が対応したレンズ面とは違うレンズ面に入射した場合、有効に利用されない光となり光の利用効率が低下する。
【００７６】
このため、本実施例では図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２のレンズ面の長辺方向と、図５に示した活性層２０（ＬＤの発光面分布）の長辺方向とが平行になるようにしている。つまり、図６（ｂ）に示すように、光源像に対してレンズ面６２ＡがＸ方向及びＹ方向ともに余裕があるようにしている。このような構成によれば、例えばコリメータレンズ２の設置ばらつきによって光源像の位置がずれたとしても、所定のレンズ面内に光源像を納めやすくなり、光の利用効率の低下を抑制しやすくなる。
【００７７】
〔第２実施例〕
図７は、本発明の第２実施例としての照明装置の構成を示す図である。前述の第１実施例との違いは、照明光学系の有効領域を分割する方向と、これに対応して第１のレンズ面アレイ２２１及び第２のレンズ面アレイ２２２の各レンズ面の形状が異なる点である。さらに、合成プリズム１１の代わりに合成ミラー２３を用いている点も異なる。
【００７８】
本実施例においても、照明光学系の有効領域は８：９のアスペクト比を有する。第１実施例では有効領域を横方向に分割して４：９の分割領域として、これに対応して第１のレンズ面アレイは縦長なレンズ面を有している。これに対して本実施例では有効領域を縦方向に分割して８：４．５の横長な分割領域を有し、第１のレンズ面アレイ２２１が備える各レンズ面も横長な形状になっている。光源１の活性層２０の長辺方向は第１実施例ではＹ方向であったのに対して、本実施例ではＸ方向になっている。このような構成にする理由は前述の第１実施例と同様である。
【００７９】
有効領域をＹ方向に分割する本実施例では合成プリズム１１を用いることができないため、合成プリズム１１の代わりに合成ミラー２３を用いている。合成ミラー２３は、互い逆向きを向いた４５度の反射面をＹ方向の位置が異なるように設けられた２枚のミラーで構成されている。このような合成ミラー２３を用いれば、２つの光源ユニットからの光束をＹ方向に合成することができる。また、合成ミラー２３の構成に合わせて第１の光源ユニットＡａと第２の光源ユニットＡｂのＹ方向の位置を適宜調整している。
【００８０】
図８に本実施例における有効領域及び光源像の形状の関係を示す。図８（ａ）は本実施例における第１のレンズ面アレイ２２１を正面からみた図であり、各レンズ面は、ｘ：ｙ＝８：４．５のアスペクト比をもつ長方形形状である。このため、蛍光体９上に形成されるスポットと合成ミラー２３上に形成される光源像のアスペクト比も８：４．５の長方形形状となる。
【００８１】
２つの光源ユニットからの光束で形成される光源像は合成ミラー２３が備える２つのミラーの境界近傍においてぎりぎりまで近接配置されている。このため、図８（ｂ）のように２つの光源像をＹ方向で合成して全体としてｘ：２ｙ＝８：９のアスペクト比をもつ光源像が形成される。その結果、図８（ｃ）のように照明光学系の有効領域とそこで形成される光源像の形状が完全な相似形状となっており、照明光学系の照明効率を最大限高めることができる。もちろん、本実施例においても前述の第１実施例と同様に有効領域を分割した領域と光源像とが完全に相似である必要はない。少なくとも有効領域を分割した領域の長辺方向と有効領域における光源像の長辺方向が平行であればよい。
【００８２】
以上より、本実施例においても、第１実施例と同様に照明光学系の有効領域を複数分割した領域の形状と相似形状のレンズ面形状をもつレンズ面アレイを光源と蛍光体の間に配置した光源ユニットを複数設けている。そして、各光源ユニットからの光束を合成することによって最終的に有効領域とここで形成される光源像の集合体の形状を相似形状とすることによって、光の利用効率の低下を抑制することができる。
【００８３】
〔第３実施例〕
図９は、本発明の第３実施例としての照明装置の構成を示す図である。前述の第１実施例との違いは偏光変換素子１５を用いていない点である。さらに、液晶表示素子である光変調素子１７の代わりに、反射面の角度を調節可能な複数のマイクロミラーを備えたマイクロミラーアレイである光変調素子１７１を用いた点も異なる。
【００８４】
本実施例のように、照明光学系に偏光変換素子を用いず、マイクロミラーアレイを光変調素子とする場合には照明光学系の有効領域は第２のフライアイレンズ１４の各レンズセル上の領域になる。なお、第２のフライアイレンズ１４の各レンズセルは光変調素子と相似形状の１６：９のアスペクト比を有する。また、これに合わせて第１のレンズ面アレイ２４１及び第２のレンズ面アレイ２４２のレンズ面の形状は第１実施例と異なる。
【００８５】
図１０に本実施例における有効領域及び光源像の形状の関係を示す。図１０（ａ）は本実施例における第１のレンズ面アレイ２４１を正面からみた図である。各レンズ面は、横・縦の長さをｘ、ｙとするとｘ：ｙ＝８：９のアスペクト比をもつ略正方形形状である。したがって、蛍光体９上に形成されるスポットは８：９のアスペクト比をもつ略正方形形状となる。
【００８６】
ここで２つの光源ユニットからの光束によって形成される光源像は合成プリズム１１の頂点近傍においてぎりぎりまで近接配置されている。このため、図１０（ｂ）のように２つの光源像を合わせて全体として２ｘ：ｙ＝１６：９のアスペクト比をもつ光源像が合成プリズムの頂点近傍に形成される。したがって、図１０（ｃ）のように照明光学系の有効領域とそこで形成される光源像の形状が完全な相似形状となっており、照明光学系の照明効率を最大限高めることができる。もちろん、本実施例においても前述の第１実施例と同様に有効領域を分割した領域と光源像とが完全に相似である必要はない。少なくとも有効領域を分割した領域の長辺方向と有効領域における光源像の長辺方向が平行であればよい。
【００８７】
以上より、本実施例においても、第１実施例と同様に照明光学系の有効領域を複数分割した領域の形状と相似形状のレンズ面形状をもつレンズ面アレイを光源と蛍光体の間に配置した光源ユニットを複数設けている。そして、各光源ユニットからの光束を合成することによって最終的に有効領域とここで形成される光源像の集合体の形状を相似形状とすることによって、光の利用効率の低下を抑制することができる。
【００８８】
〔第４実施例〕
図１１は、本発明の第４実施例としての照明装置の構成を示す図である。さらに、液晶表示素子である光変調素子１７の代わりに、反射面の角度を調節可能な複数のマイクロミラーを備えたマイクロミラーアレイである光変調素子１７１を用いた点も異なる。また、これらの違いに合わせて第１のレンズ面アレイ２５１及び第２のレンズ面アレイ２５２のレンズセルの形状も第１実施例と異なる。
【００８９】
本実施例では、光路合成系Ｂの合成プリズム１１の直後にロッドインテグレータ２６を配置している。このため、２つの光源ユニットからの光束によって形成される光源像が合成プリズムの頂点近傍に形成され、そのままロッドインテグレータ２６の光入射面２６１に入射する。ロッドインテグレータ２６はガラス製で長方形の断面を持つ角柱状の素子であり、入射した光が内部で全反射を繰り返し、光射出面上２６２で均一な照度分布を形成する。なお、誘電体多層膜や金属膜を蒸着した反射ミラーで側面部が構成された中空タイプのロッドインテグレータを用いてもよい。
【００９０】
ロッドインテグレータ２６の光射出面２６２から射出した光束はリレーレンズ系２７によって光変調素子１７１上に照射される。ここで、光変調素子１７１は１６：９の長方形のアスペクト比を有しており、ロッドインテグレータ２６の光入射面２６１と光射出面２６２の断面形状は光変調素子と相似形状の１６：９のアスペクト比の長方形となっている。本実施例のように、ロッドインテグレータを用いた照明光学系における有効領域は、ロッドインテグレータの光入射面上の領域となる。
【００９１】
図１２に本実施例における有効領域及び光源像の形状の関係を示す。図１２（ａ）は本実施例における第１のレンズ面アレイ２５１を正面からみた図である。各レンズ面は、横・縦の長さをｘ、ｙとするとｘ：ｙ＝８：９のアスペクト比をもつ略正方形形状である。したがって、蛍光体９上に形成されるスポットは８：９のアスペクト比をもつ略正方形形状となる。ここで２つの光源ユニットからの光束によって形成される光源像は合成プリズム１１の頂点近傍においてぎりぎりまで近接配置されている。このため、図１２（ｂ）のように２つの光源像を合わせて全体として２ｘ：ｙ＝１６：９のアスペクト比をもつ光源像が合成プリズムの頂点近傍に形成される。
【００９２】
したがって、図１２（ｃ）のように照明光学系の有効領域とそこで形成される光源像の形状が完全な相似形状となっており、照明光学系の照明効率を最大限高めることができる。もちろん、本実施例においても前述の第１実施例と同様に有効領域を分割した領域と光源像とが完全に相似である必要はない。少なくとも有効領域を分割した領域の長辺方向と有効領域における光源像の長辺方向が平行であればよい。
【００９３】
以上より、本実施例においても、第１実施例と同様に照明光学系の有効領域を複数分割した領域の形状と相似形状のレンズ面形状をもつレンズ面アレイを光源と蛍光体の間に配置した光源ユニットを複数設けている。そして、各光源ユニットからの光束を合成することによって最終的に有効領域とここで形成される光源像の集合体の形状を相似形状とすることによって、光の利用効率の低下を抑制することができる。
【００９４】
上述のように、本発明の各実施例においては、有効領域を光源ユニットの数だけ分割した領域と光源像の形状の少なくとも長辺方向を一致させることで光の利用効率の低下を抑制することが可能な照明装置の構成を開示した。
【００９５】
前述のように有効領域の位置は各実施例によって異なるが、有効領域は、光源像が形成される領域のうち所定の領域と共通して表現することもできる。また、光源像が照明光学系に含まれる光学素子と別の光学素子との間に形成される場合には、有効領域を次のように定義してもよい。つまり、照明光学系が備える光学素子のうち光源像が形成される領域の近傍の光学素子が備える面上の所定の領域を有効領域としてもよい。ここでいう所定の領域とは、光変調素子へ導かれる光束が入射する領域のことをいう。
【００９６】
また、前述の光源像が形成される領域の近傍の光学素子とは、光源像が形成される領域を挟んでいる２つの光学素子のうち近い方、つまり光源像が形成される領域に最も近い光学素子としてもよい。しかしながら、他方の光学素子上で有効領域を定義してもよい。
【００９７】
あるいは、有効領域外に入射した光束は最終的には光変調素子に導かれないため、光変調素子に導かれる光束が入射する領域を有効領域としてもよい。さらに、不要な光束が光変調素子へ導かれないように光源からの光束あるいは光源像を規制する領域を有効領域としてもよい。
【００９８】
（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、光源ユニットＡの個数は２つに限定されるものではなく３つや４つ以上であってもよい。
【００９９】
また、レンズ面アレイを介してレーザー光を照射する素子としては蛍光体に限定されるものではない。例えば光源として青色、緑色、赤色の３色のＬＤ（第１の固体光源、第２の固体光源、第３の固体光源）を用いて、蛍光体の代わりに拡散板を配置することでスペックルノイズを低減する構成としてもよい。つまり、波長成分を変換する蛍光体の代わりに角度成分を変換する拡散板として光特性変換素子にレーザー光を照射してもよい。あるいは、蛍光体も入射した光を拡散させる作用を併せ持つと解釈すると、蛍光体あるいは拡散板といった拡散素子にレーザー光を照射する構成であればよい。
【０１００】
また、前述の各実施例においては光源１として青色ＬＤを用い、蛍光体９として青色光を励起光として黄色光を発する黄色蛍光体を用いたが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、光源１としては紫外光を発する固体光源を用い、蛍光体９は紫外光を励起光として青色光及び黄色光を発する蛍光体を用いてもよい。
【０１０１】
また、前述の各実施例においては第１のレンズ面アレイと第２のレンズ面アレイが備える各レンズ面の形状が同じ構成であったが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、第１のレンズ面アレイと第２のレンズ面アレイの各レンズ面の形状が互いに異なっていてもよい。
【０１０２】
また、前述の第１〜第３実施例においては第１のフライアイレンズと第２のフライアイレンズが備える各レンズセルの形状が同じであったが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、第１のフライアイレンズと第２のフライアイレンズの各レンズセルの形状が互いに異なっていてもよく、このような場合の有効領域のアスペクト比は前述のように圧縮率α及びβを用いて求めることができる。
【０１０３】
なお、前述の第３実施例のようにフライアイレンズを用いるが偏光変換素子は用いない場合には、有効領域のアスペクト比は第２のフライアイレンズの各レンズセルのアスペクト比と等しくなる。４ａ及び４ｂのように圧縮率及び光変調素子のアスペクト比を用いると、αＸ´／βＹ´となる。
【０１０４】
また、前述の各実施例においては第１の光源ユニットＡａと第２の光源ユニットＡｂの構成が照明光学系Ｃの光軸を軸として対称になっている。より具体的には、第１の光源ユニットＡａにおいては複数の光源１ａが配列している領域に対して、蛍光体９ａが図１中の右側にずれているのに対して、第２の光源ユニットＡｂにおいては左側にずれている。その結果、ダイクロイックミラー７ａ及び７ｂとの間には空間が生まれるため、各実施例ではその間に光路合成系Ｂを設けている。その結果、照明装置全体として小型にすることができる。
【０１０５】
また、前述の各実施例においては光源ユニットＡがインテグレータ光学系として第１のレンズ面アレイと第２のレンズ面アレイを備える構成を例示した。具体的には、第１のレンズ面アレイと第２のレンズ面アレイが各図に示したように一体になっている構成を例示したが、第１のフライアイレンズと第２のフライアイレンズのように別体になっている構成であってもよい。
【０１０６】
また、第１のレンズ面アレイと第２のレンズ面アレイの代わりにインテグレータ光学系としてロッドインテグレータを用いた構成であってもよい。この場合、ロッドインテグレータの光出射面が蛍光体上のスポットと相似なるため、少なくともロッドインテグレータの光出射面の長手方向と、Ｎ個に分割した領域の長辺方向とを一致させればよい。
【０１０７】
また、第２のフライアレンズが無く、フライアイレンズとして第１のフライアイレンズのみ備える構成も可能である。さらに、フライアイレンズの代わりに、互いのシリンドリカルレンズ面の母線方向が直交するように重ねた一対のシリンドリカルレンズアレイ（レンチキュラーレンズ）を用いてもいい。
【符号の説明】
【０１０８】
Ａａ、Ａｂ  光源ユニット
Ｂ  光路合成系
Ｃ  照明光学系
１ａ、１ｂ  光源（固体光源）
９ａ、９ｂ  蛍光体（拡散素子）
１５  偏光変換素子
６１ａ、６１ｂ  第１のレンズ面アレイ
６２ａ、６２ｂ  第２のレンズ面アレイ
【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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