(57)【要約】【目的】複数光源の光軸を一致させつつこれらの光源の出射光を合成することができる照明装置を提供する。【構成】第１の光源１１のＳ偏光は偏光ビームスプリッタ１３の光出射面に導かれて出射されＰ偏光はミラー１６にて反射して第１の光源１１側に戻り、放物凹面鏡１１ａに反射されて偏光ビームスプリッタ１３へと戻るが、行きと戻の２回に渡って１／４λ板１４を通り、Ｓ偏光となって偏光ビームスプリッタ１３に入射するため、光出射面に導かれて出射される。同様に、第２の光源１２のＰ偏光は光出射面に導かれて出射されＳ偏光はミラー１６にて反射して第２の光源１２側に戻り、行きと戻りの２回に渡って１／４λ板１５を通り、Ｐ偏光となって偏光ビームスプリッタ１３に入射するため、光出射面に導かれて出射される。【選択図】                図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入射面から入射された光のうち第１成分の偏光を透過して反射用面に導き第２成分の偏光を９０°光路変更して光出射面に導く一方、第２の入射面から入射された光のうち第１成分の偏光を透過して光出射面に導き第２成分の偏光を９０°光路変更して反射用面に導く偏光ビームスプリッタと、前記反射用面に対面して設けられた反射体と、反射部材を有し前記第１の入射面に設けられた第１の光源と、反射部材を有し前記第２の入射面に設けられた第２の光源と、各光源と各入射面との間にそれぞれ設けられた１／４位相差板と、を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
第１の入射面から入射された光のうち第１成分の偏光を透過して反射用面に導き第２成分の偏光を９０°光路変更して光出射面に導く一方、第２の入射面から入射された光のうち第１成分の偏光を透過して光出射面に導き第２成分の偏光を９０°光路変更して反射用面に導く偏光ビームスプリッタと、前記反射用面に対面して設けられた反射体と、反射部材を有し前記第１の入射面に設けられた第１の光源と、前記第１の光源と第１の入射面との間に設けられた１／４位相差板と、前記第２の入射面に設けられた第２の光源と、この第２の光源と第２の入射面との間に設けられ、光を第１成分の偏光に揃える偏光変換装置と、を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項２に記載の照明装置において、第２の光源は請求項１に記載の照明装置であることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
第１の入射面から入射された光のうち第１成分の偏光を透過し、第２成分の偏光を９０°光路変更して光出射面に導く一方、第２の入射面から入射された光のうち第１成分の偏光を透過して光出射面に導き第２成分の偏光を９０°光路変更する偏光ビームスプリッタと、反射部材を有し前記第１の入射面に設けられた第１の光源と、この第１の光源と前記第１の入射面との間に設けられ、光を第２成分の偏光に揃える偏光変換装置と、反射部材を有し前記第２の入射面に設けられた第２の光源と、この第２の光源と前記第２の入射面との間に設けられ、光を第１成分の偏光に揃える偏光変換装置と、を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項４に記載の照明装置において、前記第１の光源及び第２の光源のうちの少なくとも一方は、請求項１に記載の照明装置であることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の照明装置において、偏光変換装置は偏光変換非有効利用部に反射体を備えていることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の照明装置において、光源は放物凹面反射体又は楕円凹面反射体を備えていることを特徴とする投照明装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の照明装置を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、照明装置及び投写型映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、大画面映像を表示する手段として、光源からの光束を照明光学系によって液晶パネルに導き、この液晶パネルで光を変調して映像光を生成し、この映像光を投写光学系にてスクリーン上に拡大投写する投写型映像表示装置が知られている。かかる装置の構成として照明装置には一般には１灯の光源が用いられるが、近年、明るさ向上のために多灯光源から成る照明装置が用いられるようになっている。このような照明装置としては、二つの光源から出射された略平行光を、二つの反射面を有する光路変更部材により合成するものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２１９９６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の多灯式照明装置では、各々の光源からの光を照射対象（例えば、インテグレータレンズ）の全面に導くことはできず、各光源からの光束は分割されて照射対象に導かれることになる。このため、各光源において光量にばらつきがあると、たとえ、インテグレータレンズによる光インテグレートを行なったとしても、画面上での明るさにむらが生じてしまう。また、一方の光源が切れてしまうと、上記明るさのむらは更に大きくなる。
【０００５】
この発明は、上記の事情に鑑み、複数光源の光軸を一致させつつこれらの光源の出射光を合成することができる照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の照明装置は、上記の課題を解決するために、第１の入射面から入射された光のうち第１成分の偏光を透過して反射用面に導き第２成分の偏光を９０°光路変更して光出射面に導く一方、第２の入射面から入射された光のうち第１成分の偏光を透過して光出射面に導き第２成分の偏光を９０°光路変更して反射用面に導く偏光ビームスプリッタと、前記反射用面に対面して設けられた反射体と、反射部材を有し前記第１の入射面に設けられた第１の光源と、反射部材を有し前記第２の入射面に設けられた第２の光源と、各光源と各入射面との間にそれぞれ設けられた１／４位相差板と、を備えたことを特徴とする（以下、この項において第１の構成という）。
【０００７】
上記の構成であれば、第１の光源の第２の成分の偏光は偏光ビームスプリッタの光出射面に導かれて出射され、第１の成分の偏光は反射体にて反射して第１の光源側に戻り、第１の光源の反射部材に反射されて偏光ビームスプリッタへと戻るが、行きと戻の２回に渡って１／４位相差板を通り、第２の成分の偏光となって偏光ビームスプリッタに入射するため、光出射面に導かれて出射される。同様に、第２の光源の第１の成分の偏光は光出射面に導かれて出射され、第２の成分の偏光は反射体にて反射して第２の光源側に戻り、第２の光源の反射部材に反射されて偏光ビームスプリッタへと戻るが、行きと戻の２回に渡って１／４位相差板を通り、第１の成分の偏光となって偏光ビームスプリッタに入射するため、光出射面に導かれて出射される。これにより、二つの光源の光軸を一致させつつこれらの光源の出射光を合成することができる。
【０００８】
また、この発明の照明装置は、第１の入射面から入射された光のうち第１成分の偏光を透過して反射用面に導き第２成分の偏光を９０°光路変更して光出射面に導く一方、第２の入射面から入射された光のうち第１成分の偏光を透過して光出射面に導き第２成分の偏光を９０°光路変更して反射用面に導く偏光ビームスプリッタと、前記反射用面に対面して設けられた反射体と、反射部材を有し前記第１の入射面に設けられた第１の光源と、前記第１の光源と第１の入射面との間に設けられた１／４位相差板と、前記第２の入射面に設けられた第２の光源と、この第２の光源と第２の入射面との間に設けられ、光を第１成分の偏光に揃える偏光変換装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記の構成であれば、第１の光源からの光については前述した第１の構成における作用と同様の作用にて光出射面から出射され、第２の光源からの光については偏光変換されて光出射面から出射されることになる。かかる構成において、第２の光源は前述した第１の構成の照明装置としてもよい。
【００１０】
また、この発明の照明装置は、第１の入射面から入射された光のうち第１成分の偏光を透過し、第２成分の偏光を９０°光路変更して光出射面に導く一方、第２の入射面から入射された光のうち第１成分の偏光を透過して光出射面に導き第２成分の偏光を９０°光路変更する偏光ビームスプリッタと、反射部材を有し前記第１の入射面に設けられた第１の光源と、この第１の光源と前記第１の入射面との間に設けられ、光を第２成分の偏光に揃える偏光変換装置と、反射部材を有し前記第２の入射面に設けられた第２の光源と、この第２の光源と前記第２の入射面との間に設けられ、光を第１成分の偏光に揃える偏光変換装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記の構成であれば、第１の光源からの光及び第２の光源からの光は偏光変換されて光出射面から出射されることになる。かかる構成において、前記第１の光源及び第２の光源のうちの少なくとも一方を上述した第１の構成の照明装置としてもよい。
【００１２】
偏光変換装置は偏光変換非有効利用部に反射体を備えていてもよい。光源は放物凹面反射体又は楕円凹面反射体を備えていてもよい。
【００１３】
また、この発明の投写型映像表示装置は、上述したいずれかの照明装置を備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態の照明装置及びこれを備える投写型映像表示装置を図１乃至図７に基づいて説明する。図１は投写型映像表示装置の光学系の説明図であり、図２は図１の投写型映像表示装置で用いられた照明装置の構成図であり、図３は照明装置の変形例を示した構成図であり、図４は図３の照明装置等に用いられる偏光変換装置の一例を示した説明図であり、図５乃至図７は照明装置の変形例を示した構成図である。
【００１５】
図１に示しているように、かかる投写型映像表示装置において、照明装置１Ａから出射された光はインテグレータレンズ２へと導かれる。インテグレータレンズ２は一対のレンズ群から成り、個々のレンズ対が照明装置１Ａから出射された光を液晶ライトバルブ３１，３２，３３の全面へ導くようになっている。インテグレータレンズ２を経た光は偏光変換装置３に導かれる。
【００１６】
偏光変換装置３は、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成されている。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜と位相差板（１／２λ板）とを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜は、インテグレータレンズ２からの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更する。光路偏光されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射されてそのまま出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光はその前側（光出射側）に設けてある前記位相差板によってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、ほぼ全ての光はＳ偏光に変換されるようになっている。偏光変換装置３を経た光は集光レンズ４及びミラー５を経て第１ダイクロイックミラー６へと導かれる。
【００１７】
第１ダイクロイックミラー６は、赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー６を透過した赤色波長帯域の光は、ミラー７にて反射されて光路を変更される。ミラー７にて反射された赤色光は赤色光用の透過型の液晶ライトバルブ３１を透過することによって光変調される。一方、第１ダイクロイックミラー６にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー８に導かれる。
【００１８】
第２ダイクロイックミラー８は、青色波長帯域の光を透過し、緑色波長帯域の光を反射する。第２ダイクロイックミラー８にて反射した緑色波長帯域の光は緑色光用の透過型の液晶ライトバルブ３２に導かれ、これを透過することによって光変調される。また、第２ダイクロイックミラー８を透過した青色波長帯域の光は、ミラー９，１０（リレーレンズ等は図示せず）を経て青色光用の透過型の液晶ライトバルブ３３に導かれ、これを透過することによって光変調される。
【００１９】
液晶ライトバルブ３１，３２，３３は、入射側偏光板と、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部と、出射側偏光板とを備えて成る。液晶ライトバルブ３１，３２，３３を経ることで変調された変調光（各色映像光）は、ダイクロイックプリズム２１によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ２２によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投影表示される。
【００２０】
照明装置１Ａは、図２にも示すように、第１の光源１１、第２の光源１２、偏光ビームスプリッタ１３、１／４λ板１４，１５、及びミラー１６を備えて成る。第１の光源１１は放物凹面鏡１１ａと発光部１１ｂとから成り、略平行光を出射する。第２の光源１２も同様に放物凹面鏡１２ａと発光部１２ｂとから成っており、略平行光を出射する。前記発光部は超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成る。
【００２１】
偏光ビームスプリッタ１３は、第１の入射面から入射された第１の光源１１からの光のうちＰ偏光を透過して反射用面に導きＳ偏光を偏光膜１３ａにて９０°光路変更して光出射面に導く一方、第２の入射面から入射された第２の光源１２からの光のうちＰ偏光を透過して光出射面に導きＳ偏光を９０°光路変更して反射用面に導くようになっている。
【００２２】
偏光ビームスプリッタ１３の前記反射用面に対面してミラー１６が設けられており、前記反射用面に到来した光を反射する。なお、ミラー１６は偏光ビームスプリッタ１３の反射用面に蒸着等により形成されるものでもよい。１／４λ板１４，１５は、それぞれ各光源１１，１２と各入射面との間に設けられている。
【００２３】
上記照明装置１Ａにおいては、第１の光源１１のＳ偏光は偏光ビームスプリッタ１３の光出射面に導かれて出射され、Ｐ偏光はミラー１６にて反射して第１の光源１１側に戻り、第１の光源１１の放物凹面鏡１１ａに反射されて偏光ビームスプリッタ１３へと戻るが、行きと戻の２回に渡って１／４λ板１４を通り、Ｓ偏光となって偏光ビームスプリッタ１３に入射するため、光出射面に導かれて出射される。同様に、第２の光源１２のＰ偏光は光出射面に導かれて出射され、Ｓ偏光はミラー１６にて反射して第２の光源１２側に戻り、第２の光源１２の放物凹面鏡１２ａに反射されて偏光ビームスプリッタ１３へと戻るが、行きと戻りの２回に渡って１／４λ板１５を通り、Ｐ偏光となって偏光ビームスプリッタ１３に入射するため、光出射面に導かれて出射される。
【００２４】
これにより、二つの光源１１，１２の光軸を一致させつつこれらの光源の出射光を合成することができる。そして、一つの光源においてランプ切れが生じたとしても、光軸が一致しているため、暗くはなるものの、明るさの偏りは防止されることになる。
【００２５】
図３には照明装置１Ｂを示している。この照明装置１Ｂは、偏光ビームスプリッタ４０の一方の入射面に前述した照明装置１Ａを備える。照明装置１Ａと入射面との間には偏光変換装置４２が設けられている。偏光ビームスプリッタ４０の他方の入射面には光源４１が設けられている。光源４１は放物凹面鏡４１ａと発光部４１ｂとから成り、略平行光を出射する。この光源４１と入射面との間には１／４λ板４３が設けられている。そして、偏光ビームスプリッタ４０の反射用面にはミラー１６が設けられている。
【００２６】
前記偏光変換装置４２は、図４に示すように、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成されている。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜４２ａと位相差板（１／２λ板）４２ｂとを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜４２ａは、照明装置１Ａからの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更する。光路偏光されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜４２ａにて反射され、前記位相差板４２ｂによってＰ偏光に変換されて出射される。また、偏光変換装置４２は偏光変換非有効利用部に反射体４２ｃを備えている。反射体４２ｃにて反射された光は照明装置１Ａに戻り放物凹面鏡１１ａ，１２ａにて反射して再び偏光変換装置４２に至ることになるが、この再び到来した光のうち偏光変換有効利用部に到来した光は当該偏光変換装置４２によって偏光変換されて偏光ビームスプリッタ４０へと進むことになる。
【００２７】
なお、かかる照明装置１Ｂにおける照明装置１Ａに代えて、光源４１を配置した構成としてもよい。
【００２８】
図５には照明装置１Ｃを示している。この照明装置１Ｃは、偏光ビームスプリッタ４０の一方の入射面及び他方の入射面の両方に前述した照明装置１Ａを備える。照明装置１Ａと入射面との間には前記偏光変換装置４２と偏光変換装置４４が設けられている。偏光変換装置４４は偏光変換装置４２と同様の構造を有するがＳ偏光に揃える機能を持つように構成される。
【００２９】
図６には照明装置１Ｄを示している。この照明装置１Ｄは、偏光ビームスプリッタ４０の一方の入射面及び他方の入射面の両方に前述した光源４１を備えている。偏光変換装置４２は光をＰ偏光に揃え、偏光変換装置４４は光をＳ偏光に揃えることになり、光源４１・４１の光は合成されて偏光ビームスプリッタ４０から出射される。
【００３０】
図７には照明装置１Ｅを示している。この照明装置１Ｅは、偏光ビームスプリッタ４０の一方の入射面及び他方の入射面の両方に光源４５を備えている。光源４５は楕円凹面鏡４５ａと発光部４５ｂとから成り、集光を出射する。この集光はレンズ４８によって平行光化されて偏光ビームスプリッタ４０に至る。光源４５とレンズ４８との間の光路上には偏光変換装置４６，４７が設けられている。偏光変換装置４６，４７は各々一対のＰＢＳを備えて構成されており、偏光変換装置４６は光をＰ偏光に揃え、偏光変換装置４７は光をＳ偏光に揃えるようになっている。これにより、光源４５・４５の光は合成されて偏光ビームスプリッタ４０から出射される。なお、偏光変換装置４６，４７の偏光変換非有効利用部には遮光体を備えているが、この遮光体は無くてもよい。また、楕円凹面鏡に代えて、放物凹面鏡と集光レンズとを備える構成としてもよい。
【００３１】
また、以上の例では凹面反射部材を有する光源を例示したが、平面鏡を備える平面光源を用いてもよいものである。
【００３２】
また、この実施形態においては、透過型の液晶表示パネルを３枚用いた液晶プロジェクタとしたが、このような映像生成光学系に限るものではなく、他の映像生成光学系を用いる場合にも適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、複数光源の光軸を一致させつつこれらの光源の出射光を合成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の投写型映像表示装置の光学系を示した図である。
【図２】図１の投写型映像表示装置で用いられた照明装置の構成図である。
【図３】照明装置の変形例を示した構成図である。
【図４】照明装置に用いられる偏光変換装置の一例を示した説明図である。
【図５】照明装置の変形例を示した構成図である。
【図６】照明装置の変形例を示した構成図である。
【図７】照明装置の変形例を示した構成図である。
【符号の説明】
１Ａ  １Ｂ  １Ｃ  １Ｄ  １Ｅ  照明装置
１１  １２  ４１  ４５    光源
１４  １５  ４３  １／４λ板
４２  ４４  ４６  ４７  偏光変換装置
１３  ４０  偏光ビームスプリッタ
【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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