(57)【要約】【課題】偏光変換手段を使用しながら、光利用効率をさらに向上させ得る照明装置およびプロジェクタを提供する。【解決手段】光源１０’からの光束が光束分割手段６００によって複数の部分光束に分割され、偏光変換手段４０にて略同一の偏光方向に揃えられると共に、重畳光学系６２０にて所定の被照明領域１０００上に伝達される照明装置である。偏光変換手段４０は、所定の方向に沿って複数配置され部分光束を偏光方向に応じて透過光と反射光に分離する偏光分離膜４２と、各偏光分離膜４２に対応して配置され各偏光分離膜４２からの反射光を透過光と略同じ方向に反射する複数の反射膜４４を有する。光束分割手段６００はレンズアレイであって、複数の光源像が各偏光分離膜４２上に位置し得る間隔で形成されるように、複数のレンズの集光特性が設定される。【選択図】　　　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束分割手段の略中心を通る仮想の照明光軸と略直交する仮想面内に複数の光源像を形成するように、光源からの光束が前記光束分割手段によって複数の部分光束に分割され、この複数の部分光束について、それぞれの偏光方向が偏光変換手段にて略同一方向に揃えられると共に、リレー光学系にて所定の被照明領域上に伝達される照明装置において、
前記偏光変換手段は、
前記複数の光源像が形成される位置またはその近傍に配置され、前記部分光束を透過光と反射光に分離することにより偏光方向が異なる２つの偏光光束に分離する偏光分離膜と、前記反射光を前記透過光の進行方向と略同じ方向に向けて反射する反射膜と、前記透過光及び前記反射光の内の一方を他方の偏光光束の偏光方向に合せる手段と、を含む偏光変換部を、前記仮想面内において前記複数の光源像が形成される少なくとも第１の方向に沿って複数配置してなり、
前記光束分割手段は、
入射端面から入射した前記光源からの光束を反射面にて反射させて前記複数の部分光束に分割し射出端面から射出する棒状の導光体であって、少なくとも前記第１の方向に沿って並ぶ前記複数の光源像が前記第１の方向に沿って配置された各偏光変換部の前記偏光分離膜上に位置し得る間隔で形成されるように、前記第１の方向に向けて対向する一対の前記反射面を少なくとも前記照明光軸または前記射出端面に対して傾斜させて形成したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光束分割手段は、前記第１の方向に沿って位置する一対の前記反射面間の間隔が前記入射端面から前記射出端面に向って狭まるように形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記光束分割手段は、前記仮想面内において前記第１の方向と略直交する第２の方向に向って対向する他の一対の前記反射面間の間隔が前記入射端面から前記射出端面に向って広がるように形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記光束分割手段は、前記第１の方向に向って対向する一対の前記反射面間の間隔が前記入射端面から前記射出端面に向って狭まるように形成され、前記第１の方向と略直交する第２の方向に向って対向する他の一対の前記反射面間の間隔が前記入射端面から前記射出端面に向って広がるように傾斜させて形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかにおいて、
前記光束分割手段は、正方形状の前記入射端面を有することを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれかにおいて、
前記光束分割手段は、前記入射端面の端部において前記光源光束の入射許容開口を制限する遮蔽手段を有することを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれかにおいて、
前記光束分割手段は、前記被照明領域の形状と略相似形をなす前記射出端面を有することを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれかにおいて、
前記光束分割手段は、導光性を有する材料の塊として形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７までのいずれかにおいて、
前記光束分割手段は、筒状に形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
光束分割手段の略中心を通る仮想の照明光軸と略直交する仮想面内に複数の光源像を形成するように、光源からの光束が前記光束分割手段によって複数の部分光束に分割され、この複数の部分光束について、それぞれの偏光方向が偏光変換手段にて略同一方向に揃えられると共に、重畳光学系にて所定の被照明領域上に重畳される照明装置において、
前記偏光変換手段は、
前記複数の光源像が形成される位置またはその近傍に配置され、前記部分光束を透過光と反射光に分離することにより偏光方向が異なる２つの偏光光束に分離する偏光分離膜と、前記反射光を前記透過光の進行方向と略同じ方向に向けて反射する反射膜と、前記透過光及び前記反射光の内の一方を他方の偏光光束の偏光方向に合せる手段と、を含む偏光変換部を、前記仮想面内において前記複数の光源像が形成される少なくとも第１の方向に沿って複数配置してなり、
前記光束分割手段は、
複数のレンズを少なくとも前記第１の方向に配置してなるレンズアレイであって、少なくとも前記第１の方向に沿って並ぶ複数の前記光源像が前記第１の方向に沿って配置された各偏光変換部の前記偏光分離膜上に位置し得る間隔で形成されるように、複数の前記レンズの集光特性が設定されたことを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記光束分割手段を形成する複数の前記レンズは、前記被照明領域の形状と略相似形をなすことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１において、
前記光束分割手段を形成する複数の前記レンズは、偏心レンズを含むことを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２までのいずれかにおいて、
複数の前記部分光束により形成される前記光源像の位置に対応させて配置された複数の集光レンズからなる集光レンズアレイが前記偏光変換手段の入射側に配置されたことを特徴とする照明装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記集光レンズアレイを形成する複数の前記集光レンズは、複数の前記部分光束の主光線が前記偏光変換手段の入射側の面に対して略垂直となるような集光特性に設定されることを特徴とする照明装置。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４において、
前記集光レンズアレイを形成する複数の前記集光レンズは、偏心レンズを含むことを特徴とする照明装置。
【請求項１６】
請求項１０から請求項１２までのいずれかにおいて、
複数の集光レンズからなる集光レンズアレイが、前記偏光変換手段と前記重畳光学系の間に配置されたことを特徴とする照明装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記集光レンズアレイは、前記重畳光学系と一体的に形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１８】
請求項１３から請求項１５までのいずれかにおいて、
前記仮想面内における前記第１の方向と略直交する第２の方向に前記複数の部分光束を含む入射光全体の断面寸法を狭める縮小光学系が前記光源と前記被照明領域の間に配置されたことを特徴とする照明装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記縮小光学系は、前記光束分割手段の入射側または射出側の一方に配置された凸レンズと、前記集光レンズアレイの入射側または射出側の一方に配置された凹レンズを含むことを特徴とする照明装置。
【請求項２０】
請求項１０から請求項１２までのいずれかにおいて、
前記仮想面内における前記第１の方向と略直交する第２の方向に前記複数の部分光束を含む入射光全体の断面寸法を狭める凹レンズが前記偏光変換手段と前記被照明領域の間に配置されたことを特徴とする照明装置。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記凹レンズは、複数のレンズを組合せた組レンズで形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項２２】
請求項１９乃至請求項２１のいずれかにおいて、
前記凸レンズあるいは前記凹レンズは、シリンドリカル状のレンズであることを特徴とする照明装置。
【請求項２３】
請求項１から請求項２２までのいずれかにおいて、
前記光束分割手段は、複数の前記光源像を前記第１の方向及び前記仮想面内における前記第１の方向と略直交する第２の方向に略マトリクス状に形成し、かつ、前記第２の方向で隣接する複数の前記光源像を同一の前記偏光分離膜上に形成することを特徴とする照明装置。
【請求項２４】
請求項１から請求項２３までのいずれかにかかる照明装置を使用したことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２５】
光束分割手段の略中心を通る仮想の照明光軸と略直交する仮想面内に複数の光源像を形成するように、光源からの光束が前記光束分割手段によって複数の部分光束に分割され、この複数の部分光束について、それぞれの偏光方向が偏光変換手段にて略同一方向に揃えられると共に、リレー光学系にて所定の被照明領域上に伝達される照明装置において、
前記偏光変換手段は、
前記複数の光源像が形成される位置またはその近傍に配置され、前記部分光束を透過光と反射光に分離することにより偏光方向が異なる２つの偏光光束に分離する偏光分離膜と、前記反射光を前記透過光の進行方向と略同じ方向に向けて反射する反射膜と、前記透過光及び前記反射光の内の一方を他方の偏光光束の偏光方向に合せる手段と、を含む偏光変換部を、前記仮想面内において前記複数の光源像が形成される少なくとも第１の方向に沿って複数配置してなり、
前記光束分割手段は、
入射端面から入射した前記光源からの光束を反射面にて反射させて前記複数の部分光束に分割し射出端面から射出する棒状の導光体であって、前記複数の光源像の配置間隔が前記第１の方向にのみ広くなるように、前記第１の方向に向けて対向する一対の前記反射面を少なくとも前記照明光軸または前記射出端面に対して傾斜させて形成したことを特徴とする照明装置。
【請求項２６】
請求項２５において、
前記光束分割手段は、前記第１の方向に沿って位置する一対の前記反射面間の間隔が前記入射端面から前記射出端面に向って狭まるように形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項２７】
請求項２６において、
前記光束分割手段は、前記仮想面内において前記第１の方向と略直交する第２の方向に向って対向する他の一対の前記反射面間の間隔が前記入射端面から前記射出端面に向って広がるように形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項２８】
請求項２５において、
前記光束分割手段は、前記第１の方向に向って対向する一対の前記反射面間の間隔が前記入射端面から前記射出端面に向って狭まるように形成され、前記第１の方向と略直交する第２の方向に向って対向する他の一対の前記反射面間の間隔が前記入射端面から前記射出端面に向って広がるように傾斜させて形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項２９】
請求項２５から請求項２８までのいずれかにおいて、
前記光束分割手段は、正方形状の前記入射端面を有することを特徴とする照明装置。
【請求項３０】
請求項２５から請求項２９までのいずれかにおいて、
前記光束分割手段は、前記入射端面の端部において前記光源光束の入射許容開口を制限する遮蔽手段を有することを特徴とする照明装置。
【請求項３１】
請求項２５から請求項３０までのいずれかにおいて、
前記光束分割手段は、前記被照明領域の形状と略相似形をなす前記射出端面を有することを特徴とする照明装置。
【請求項３２】
請求項２５から請求項３１までのいずれかにおいて、
前記光束分割手段は、導光性を有する材料の塊として形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項３３】
請求項２５から請求項３１までのいずれかにおいて、
前記光束分割手段は、筒状に形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項３４】
光束分割手段の略中心を通る仮想の照明光軸と略直交する仮想面内に複数の光源像を形成するように、光源からの光束が前記光束分割手段によって複数の部分光束に分割され、この複数の部分光束について、それぞれの偏光方向が偏光変換手段にて略同一方向に揃えられると共に、重畳光学系にて所定の被照明領域上に重畳される照明装置において、
前記偏光変換手段は、
前記複数の光源像が形成される位置またはその近傍に配置され、前記部分光束を透過光と反射光に分離することにより偏光方向が異なる２つの偏光光束に分離する偏光分離膜と、前記反射光を前記透過光の進行方向と略同じ方向に向けて反射する反射膜と、前記透過光及び前記反射光の内の一方を他方の偏光光束の偏光方向に合せる手段と、を含む偏光変換部を、前記仮想面内において前記複数の光源像が形成される少なくとも第１の方向に沿って複数配置してなり、
前記光束分割手段は、
複数のレンズを少なくとも前記第１の方向に配置してなるレンズアレイであって、前記複数の光源像の配置間隔が前記第１の方向にのみ広くなるように、複数の前記レンズの集光特性が設定されたことを特徴とする照明装置。
【請求項３５】
請求項３４において、
前記光束分割手段を形成する複数の前記レンズは、前記被照明領域の形状と略相似形をなすことを特徴とする照明装置。
【請求項３６】
請求項３４または請求項３５において、
前記光束分割手段を形成する複数の前記レンズは、偏心レンズを含むことを特徴とする照明装置。
【請求項３７】
請求項３４から請求項３６までのいずれかにおいて、
複数の前記部分光束により形成される前記光源像の位置に対応させて配置された複数の集光レンズからなる集光レンズアレイが前記偏光変換手段の入射側に配置されたことを特徴とする照明装置。
【請求項３８】
請求項３７において、
前記集光レンズアレイを形成する複数の前記集光レンズは、複数の前記部分光束の主光線が前記偏光変換手段の入射側の面に対して略垂直となるような集光特性に設定されることを特徴とする照明装置。
【請求項３９】
請求項３７または請求項３８において、
前記集光レンズアレイを形成する複数の前記集光レンズは、偏心レンズを含むことを特徴とする照明装置。
【請求項４０】
請求項３４から請求項３６までのいずれかにおいて、
複数の集光レンズからなる集光レンズアレイが、前記偏光変換手段と前記重畳光学系の間に配置されたことを特徴とする照明装置。
【請求項４１】
請求項４０において、
前記集光レンズアレイは、前記重畳光学系と一体的に形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項４２】
請求項３７から請求項３９までのいずれかにおいて、
前記仮想面内における前記第１の方向と略直交する第２の方向に前記複数の部分光束を含む入射光全体の断面寸法を狭める縮小光学系が前記光源と前記被照明領域の間に配置されたことを特徴とする照明装置。
【請求項４３】
請求項４２において、
前記縮小光学系は、前記光束分割手段の入射側または射出側の一方に配置された凸レンズと、前記集光レンズアレイの入射側または射出側の一方に配置された凹レンズを含むことを特徴とする照明装置。
【請求項４４】
請求項３４から請求項３６までのいずれかにおいて、
前記仮想面内における前記第１の方向と略直交する第２の方向に前記複数の部分光束を含む入射光全体の断面寸法を狭める凹レンズが前記偏光変換手段と前記被照明領域の間に配置されたことを特徴とする照明装置。
【請求項４５】
請求項４４において、
前記凹レンズは、複数のレンズを組合せた組レンズで形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項４６】
請求項４３乃至請求項４５のいずれかにおいて、
前記凸レンズあるいは前記凹レンズは、シリンドリカル状のレンズであることを特徴とする照明装置。
【請求項４７】
請求項２５から請求項４６までのいずれかにおいて、
前記光束分割手段は、複数の前記光源像を前記第１の方向及び前記仮想面内における前記第１の方向と略直交する第２の方向に略マトリクス状に形成し、かつ、前記第２の方向で隣接する複数の前記光源像を同一の前記偏光分離膜上に形成することを特徴とする照明装置。
【請求項４８】
請求項２５から請求項４６までのいずれかにかかる照明装置を使用したことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置およびプロジェクタに関し、特に、光利用効率を向上させ得る照明装置およびプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶装置の画像を投写表示するプロジェクタにおいて、投写画像の明るさとその均一性を示す照度比を如何にして改善するかという点に注目が集まっている。そして、これらを同時に実現する技術として、複数のレンズを並べて構成したレンズアレイや棒状の導光体を用い、光源からの光束を一旦分割してから液晶パネル上で重畳すると共に、その光路上で偏光分離及び偏光変換を行うことによって偏光方向を揃える、いわゆるインテグレータ偏光変換光学系が主流になってきている。
【０００３】
ここで、本出願人は、分割された光束のそれぞれについて偏光分離及び偏光変換を行うための手段として、偏光方向が略直交する２つの偏光光束の一方（Ｐ偏光光束）を透過し他方（Ｓ偏光光束）を反射する偏光分離膜と、この偏光分離膜と平行に配置され、偏光分離膜によって反射されたＳ偏光光束を、偏光分離膜を透過したＰ偏光光束の射出方向と同じ方向に反射する反射膜と、を有する複数の偏光分離部を組み合わせ、偏光分離膜を透過した偏光光束又は反射膜にて反射された偏光光束の内のいずれか一方の偏光光束の偏光方向をλ／２板等によって略９０度回転させて、他方の偏光光束の偏光方向にそろえる偏光変換手段を用いることを提案している（特開平１０−１７０８６９号公報）。この提案によれば、光源光の利用効率を高めながら、照明装置の小型化を図ることが可能になる上、口径の小さな投写レンズを採用した場合でも、明るく表示ムラのない投写画像を形成できる小型のプロジェクタを実現することが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような偏光変換手段を使用する場合において、偏光分離膜を経ずに反射膜に直接入射する光束が存在すると、偏光変換手段の異なる位置から射出される直線偏光光束の分離性が低下する。すなわち、反射膜を経て偏光分離膜に入射した光束と、偏光分離膜に直接入射した光束とでは、偏光分離膜に入射する幾何学的な方向が略９０度異なるため、偏光分離膜から直接射出されるＰ偏光光束の中に（偏光分離膜を経ずに反射膜に直接入射する光束に起因する）Ｓ偏光光束が混入し、同時に、偏光分離膜を経て反射膜から射出されるＳ偏光光束の中に（偏光分離膜を経ずに反射膜に直接入射する光束に起因する）Ｐ偏光光束が混入してしまう。その結果、偏光分離膜を経ずに反射膜に直接入射した光束に起因するこれらの偏光光束は、液晶パネルの前段に設けられた偏光板に吸収され、液晶パネルで変調のために利用できない無駄な光となるばかりでなく、偏光板を帯熱させる要因にもなる。
【０００５】
この問題を解決するため、偏光変換手段の入射面側にスリット状の遮蔽板を取り付け、偏光変換手段の反射膜に直接入射する光束を予め遮蔽する方法が提案されているが、光利用効率の向上という観点からは、更なる改善が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、偏光変換手段を使用しながら、光利用効率をさらに向上させ得る照明装置、および、それを用いたプロジェクタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記課題を解決するため、本発明は、光束分割手段の略中心を通る仮想の照明光軸と略直交する仮想面内に複数の光源像を形成するように、光源からの光束が前記光束分割手段によって複数の部分光束に分割され、この複数の部分光束について、それぞれの偏光方向が偏光変換手段にて略同一方向に揃えられると共に、リレー光学系にて所定の被照明領域上に伝達される照明装置において、
前記偏光変換手段は、
前記複数の光源像が形成される位置またはその近傍に配置され、前記部分光束を透過光と反射光に分離することにより偏光方向が異なる２つの偏光光束に分離する偏光分離膜と、前記反射光を前記透過光の進行方向と略同じ方向に向けて反射する反射膜と、前記透過光及び前記反射光の内の一方を他方の偏光光束の偏光方向に合せる手段と、を含む偏光変換部を、前記仮想面内において前記複数の光源像が形成される少なくとも第１の方向に沿って複数配置してなり、
前記光束分割手段は、
入射端面から入射した前記光源からの光束を反射面にて反射させて前記複数の部分光束に分割し射出端面から射出する棒状の導光体であって、少なくとも前記第１の方向に沿って並ぶ前記複数の光源像が前記第１の方向に沿って配置された各偏光変換部の前記偏光分離膜上に位置し得る間隔で形成されるように、前記第１の方向に向けて対向する一対の前記反射面を少なくとも前記照明光軸または前記射出端面に対して傾斜させて形成したことを特徴とする。
【０００８】
また、光束分割手段の略中心を通る仮想の照明光軸と略直交する仮想面内に複数の光源像を形成するように、光源からの光束が前記光束分割手段によって複数の部分光束に分割され、この複数の部分光束について、それぞれの偏光方向が偏光変換手段にて略同一方向に揃えられると共に、リレー光学系にて所定の被照明領域上に伝達される照明装置において、
前記偏光変換手段は、
前記複数の光源像が形成される位置またはその近傍に配置され、前記部分光束を透過光と反射光に分離することにより偏光方向が異なる２つの偏光光束に分離する偏光分離膜と、前記反射光を前記透過光の進行方向と略同じ方向に向けて反射する反射膜と、前記透過光及び前記反射光の内の一方を他方の偏光光束の偏光方向に合せる手段と、を含む偏光変換部を、前記仮想面内において前記複数の光源像が形成される少なくとも第１の方向に沿って複数配置してなり、
前記光束分割手段は、
入射端面から入射した前記光源からの光束を反射面にて反射させて前記複数の部分光束に分割し射出端面から射出する棒状の導光体であって、前記複数の光源像の配置間隔が前記第１の方向にのみ広くなるように、前記第１の方向に向けて対向する一対の前記反射面を少なくとも前記照明光軸または前記射出端面に対して傾斜させて形成したことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、所定の第１の方向に沿って並ぶ複数の光源像が偏光変換手段の反射膜を避けて偏光分離膜上に位置し得る間隔で形成されるように、あるいは、前記複数の光源像の配置間隔が前記第１の方向にのみ広くなるように、第１の方向に向けて対向する一対の反射面を少なくとも照明光軸または射出端面に対して傾斜させて光束分割手段が形成されることから、光束分割手段によって形成された複数の光束を偏光分離手段の偏光分離膜の部分に一致するように選択的に入射させることが可能となる。よって、光入射率の向上により偏光変換手段における偏光変換効率を向上させつつ、照明装置における光利用効率の向上を図ることが可能となる。
【００１０】
一般に、棒状の導光体からなる光束分割手段において、一対の反射面が入射端面から射出端面に向ってその間隔が狭まるように傾斜させて形成されると、複数の光源像が形成される間隔が、傾斜した一対の反射面の対向する方向において広くなる。これとは逆に、入射端面から射出端面に向ってその間隔が広がるように傾斜させて一対の反射面が形成されると、複数の光源像が形成される間隔は、傾斜した一対の反射面の対向する方向において狭くなる。
【００１１】
また、一般に、複数の偏光分離膜を有する偏光変換手段は、入射した非偏光光束を２種類の偏光光束に空間的に分離するために、入射する光束の大きさに合わせた偏光分離膜を、所定の間隔をおいて複数配列して形成されている。
【００１２】
よって、本発明において、光束分割手段は、第１の方向に向けて対向する一対の反射面間の間隔が入射端面から射出端面に向って狭まるように形成されることが好ましい。
【００１３】
これにより、複数の光源像が形成される間隔を偏光変換手段の偏光分離膜の配列間隔に合せて十分に広げ、偏光分離膜への光の入射効率を向上させることができる。その結果、偏光変換手段における偏光変換効率を確実に向上させつつ、照明装置における光利用効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
また、実用的な偏光分離膜は、その偏光分離性能が入射光束に対して大きな入射角依存性を有する。特に、入射光線の略中心軸と偏光分離膜の法線とを含む入射面（第１の方向に平行な面）に対して直交する平面を規定した場合、その平面を含む方向において光束の入射角が大きくなると、偏光分離性能が著しく低下する特徴を有する。
【００１５】
このため、本発明において、光束分割手段は、第１の方向と略直交する第２の方向に向って対向する他の一対の反射面間の間隔が入射端面から射出端面に向って広がるように形成されることが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、光束分割手段によって形成される複数の光源像の間隔が、第２の方向において狭くなる。このため、偏光分離膜への部分光束の入射角が第２の方向において小さくなり、偏光分離膜における偏光分離性能が向上する。さらに、複数の光源像が形成される空間を縮小することができることから、偏光変換手段を小型化でき、照明装置全体の小型化・軽量化を一層推進することが可能となる。また、例えば偏光ビームスプリッターのように、偏光分離膜と同様な入射角依存性を有する光学素子を用いた光学系（例えば反射型光学系）に本発明の照明装置を適用した場合にも、入射角依存性が大きい方向に並ぶ光源像の間隔を狭めることにより光学系全体の光利用効率を向上させることが可能となる。もちろん、第１の方向に向けて対向する一対の反射面の間隔が入射端面から射出端面に向かって狭められ、同時に、第２の方向に向けて対向する一対の反射面の間隔が入射端面から射出端面に向かって広がるように形成されてなる光束分割手段を採用することもできる。その場合には、光学系全体の光利用効率をさらに向上させることが可能となる。
【００１７】
このような本発明において、光束分割手段は、少なくとも第１及び第２の方向に向けて対向する２組の反射面を備えていれば良く、したがって、その断面形状は４角形以上の多角形で有ればよい。例えば、断面形状が８角形や１２角形をなしていても良い。しかし、照明装置における光利用効率を考慮すると、光束分割手段は、正方形状の入射端面を有することが好ましい。一般に、光源からの光束の強度分布は、光源ランプの略中心を通る軸を中心とした点対称性を有するため、入射端面を正方形状に形成することにより、光束分割手段への光の入射効率を向上させることが可能となる。
【００１８】
また、このような光束分割手段は、入射端面の端部において光源光束の入射許容開口を制限する遮蔽手段を有することが好ましい。このような遮蔽手段を用いれば光束分割手段により形成される複数の光源像の各々の大きさを小さく、かつ隣接する光源像との間隔を拡げることができるので、偏光分離手段の偏光分離膜のみに光束を入射させられ、その結果、偏光分離手段における偏光変換効率を向上させることができる。また、電気光学装置（例えば液晶装置）や偏光板にとっては不要である光束を予め遮断できるので、電気光学装置や偏光板をより効率的に冷却することができる。
【００１９】
さらに、本発明において、光束分割手段は、被照明領域の形状と相似形をなす射出端面を有することが好ましい。これにより、照明効率の向上を図ることが可能となる。
【００２０】
また、発明に使用される棒状の光束分割手段は、入射光束を反射面で反射させることによって複数の光束に分割可能である限り、導光性の材料の塊として形成されてもよいし、筒状に形成されてもよい。光束分割手段が、反射面を有する部材を筒状に形成した中空ロッドである場合は、内部の空間と当該部材との界面が反射面（表面反射面であることが好ましい）となるので、入射光は中空ロッドの内側の反射面で反射される。導光性材料の棒状の塊からなる中実ロッドである場合には、導光部材の表面が全反射面となるので、入射光は中実ロッドの表面で全反射されることになる。後者のような導光性の材料の塊として形成された光束分割手段によれば、光損失がほとんど無い表面反射により光束を伝達するので伝達効率が高いという特徴がある。一方、前者のような反射面を有する筒状の光束分割手段によれば、入射端面から射出端面までの寸法を比較的短く設定しても均一な照明光束を実現することができ、さらに、前者の光束分割手段よりも製造が容易であることから、前者の場合よりも照明装置の低コスト化を図ることが可能となる。
【００２１】
（２）また、本発明は、光束分割手段の略中心を通る仮想の照明光軸と略直交する仮想面内に複数の光源像を形成するように、光源からの光束が前記光束分割手段によって複数の部分光束に分割され、この複数の部分光束について、それぞれの偏光方向が偏光変換手段にて略同一方向に揃えられると共に、重畳光学系にて所定の被照明領域上に重畳される照明装置において、
前記偏光変換手段は、
前記複数の光源像が形成される位置またはその近傍に配置され、前記部分光束を透過光と反射光に分離することにより偏光方向が異なる２つの偏光光束に分離する偏光分離膜と、前記反射光を前記透過光の進行方向と略同じ方向に向けて反射する反射膜と、前記透過光及び前記反射光の内の一方を他方の偏光光束の偏光方向に合せる手段と、を含む偏光変換部を、前記仮想面内において前記複数の光源像が形成される少なくとも第１の方向に沿って複数配置してなり、
前記光束分割手段は、
複数のレンズを少なくとも前記第１の方向に配置してなるレンズアレイであって、少なくとも前記第１の方向に沿って並ぶ複数の前記光源像が前記第１の方向に沿って配置された各偏光変換部の前記偏光分離膜上に位置し得る間隔で形成されるように、複数の前記レンズの集光特性が設定されたことを特徴とする。
【００２２】
また、光束分割手段の略中心を通る仮想の照明光軸と略直交する仮想面内に複数の光源像を形成するように、光源からの光束が前記光束分割手段によって複数の部分光束に分割され、この複数の部分光束について、それぞれの偏光方向が偏光変換手段にて略同一方向に揃えられると共に、重畳光学系にて所定の被照明領域上に重畳される照明装置において、
前記偏光変換手段は、
前記複数の光源像が形成される位置またはその近傍に配置され、前記部分光束を透過光と反射光に分離することにより偏光方向が異なる２つの偏光光束に分離する偏光分離膜と、前記反射光を前記透過光の進行方向と略同じ方向に向けて反射する反射膜と、前記透過光及び前記反射光の内の一方を他方の偏光光束の偏光方向に合せる手段と、を含む偏光変換部を、前記仮想面内において前記複数の光源像が形成される少なくとも第１の方向に沿って複数配置してなり、
前記光束分割手段は、
複数のレンズを少なくとも前記第１の方向に配置してなるレンズアレイであって、前記複数の光源像の配置間隔が前記第１の方向にのみ広くなるように、複数の前記レンズの集光特性が設定されたことを特徴とする。
【００２３】
このように、光束分割手段としてレンズアレイを使用する場合でも、各レンズの集光特性を調節することにより、光束分割手段によって形成された複数の光束を偏光分離手段の偏光分離膜の部分のみに選択的に入射させることが可能となる。よって、偏光変換手段における偏光変換効率を向上させつつ、照明装置における光利用効率の向上を図ることが可能となる。なお、レンズアレイを構成するレンズは、表面を曲面状に成形してなる一般的なレンズに加えて、ホログラフィー効果や回折により光を集光するホログラムレンズや回折レンズであっても良い。
【００２４】
レンズアレイからなる光束分割手段を使用する場合において、光束分割手段を形成する複数のレンズは、被照明領域の形状と略相似形をなすことが好ましい。光束分割手段を形成するレンズ上に形成されたイメージは、重畳光学系によって１ヶ所の被照明領域上で重畳されるため、レンズの形状と被照明領域の形状とを相似形とすることにより、照明効率を向上させることができる。
【００２５】
また、光束分割手段を形成する複数のレンズは、偏心レンズを含むことが好ましい。このような構成によれば，各レンズの略中心軸以外の位置に光源像を形成できるため、光源像の形成間隔を自在に制御することが可能となる。
【００２６】
本発明においてレンズアレイからなる光束分割手段を使用する場合には、さらに、複数の部分光束により形成される光源像の位置に対応させて配置された複数の集光レンズからなる集光レンズアレイが偏光変換手段の入射側に配置されることが好ましい。これにより、光束分割手段により形成された複数の部分光束が偏光変換手段の偏光分離膜に効率よく導入され、偏光変換手段における光利用効率が向上する。
【００２７】
また、このような集光レンズアレイを形成する複数の集光レンズは、複数の部分光束の主光線が偏光変換手段の入射側の面に対して略垂直となるような集光特性に設定されることが好ましい。このような構成によれば、複数の部分光束の主光線が偏光分離膜の入射面に対して略垂直な状態で偏光分離膜に入射することから、偏光変換手段における偏光変換効率が向上する。
【００２８】
このような機能を発揮し得る集光レンズアレイは、偏心レンズを含む複数の集光レンズによって形成されることで、容易に実現される。
【００２９】
なお、光束分割手段から射出される部分光束の特性が優れている場合には、複数の集光レンズからなる集光レンズアレイは、偏光変換手段と重畳光学系の間に配置されてもよい。この場合には、特に、集光レンズアレイが重畳光学系と一体的に形成されることが好ましい。これにより、部材点数の削減による照明装置の低コスト化が可能となる。
【００３０】
また、偏光変換手段の入射側に集光レンズアレイが配置される場合には、仮想面内における第１の方向と略直交する第２の方向に複数の部分光束を含む入射光全体の断面寸法、例えば直径、を狭める縮小光学系が光源と被照明領域の間に配置されることが好ましい。
【００３１】
このような構成によれば、光束分割手段によって偏光分離膜の部分に一致するように光源像を位置させつつ、複数の光源像の偏光分離膜の配列方向と略直交する第２の方向における光源像の形成間隔を狭めることができる。このため、光束分割手段を形成する複数のレンズの集光特性を複雑に設定することなく、偏光分離膜における偏光分離性能を向上させられると共に、照明装置における光利用効率の向上と小型化を実現することが可能となる。また、被照明領域を照明する光束全体の光束径を小さくできるため、電気光学装置（例えば液晶装置）によって被照明領域が形成されるプロジェクタに本発明の照明装置を適用した場合に、液晶装置の射出面側に配置される投写光学系における光利用効率も向上できる効果がある。さらに、例えば偏光ビームスプリッターのように、偏光分離膜と同様な入射角依存性を有する光学素子を用いた光学系（例えば反射型光学系）に本発明の照明装置を適用した場合にも、入射角依存性の高い方向に並ぶ光源像の間隔を狭めることにより光学系全体の光利用効率を向上させることが可能となる。
【００３２】
このような縮小光学系は、光束分割手段の入射側または射出側の一方に配置された凸レンズと、集光レンズアレイの入射側または射出側の一方に配置された凹レンズによって容易に実現可能である。
【００３３】
また、偏光変換手段の入射側に集光レンズアレイが配置される場合において、仮想面内における第１の方向と略直交する第２の方向に複数の部分光束を含む入射光全体の断面寸法、例えば直径、を狭める凹レンズが偏光変換手段と被照明領域の間に配置されてもよい。
【００３４】
このような構成によれば，偏光変換手段から射出された光束の射出角が第１の方向と略直交する第２の方向において小さくなる。このため、例えば偏光分離膜と同様の入射角依存性を有する偏光ビームスプリッターを使用するプロジェクタに本発明の照明装置が使用された場合に、偏光変換手段における偏光変換効率が向上すると共に、投写光学系における光利用効率も向上する。
【００３５】
なお、光学収差を低減するためには、このような凹レンズが複数のレンズを組合せた組レンズで形成されることが好ましい。
【００３６】
なお、このような凸レンズあるいは凹レンズは、シリンドリカル状のレンズであることが好ましい。
【００３７】
また、棒状の導光体またはレンズアレイのいずれの形態の光束分割手段を用いる場合であっても、光束分割手段は、複数の光源像を第１の方向及び仮想面内における第１の方向と略直交する第２の方向に略マトリクス状に形成し、かつ、第２の方向で隣接する複数の光源像を同一の偏光分離膜上に形成することが好ましい。より具体的には、第２の方向に沿って列ぶ光源像は、隣接する光源像同士が重なり合うことなく、密接した状態で形成されることが望ましい。
【００３８】
これにより、偏光変換手段の構成を簡略化・小型化することが可能となる。また、第２の方向に偏光分離膜同士の仕切り部がないことから、第２の方向に光源像間の間隔を狭める場合に、偏光変換手段の構成を考慮する必要がない。
【００３９】
（３）また、本発明は、プロジェクタにおいて、上述した照明装置のいずれかを使用したことを特徴とする。
【００４０】
本発明によれば、照明装置そのものにおける光利用効率が高いことから、明るくコントラスト比の高い投写画像を実現することが可能となる。また、偏光変換手段から射出される光束の射出角が小さくなる照明装置が使用される場合には、投写光学系における光利用効率が向上し、より鮮明な投写画像の実現が可能となる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００４２】
まず、投写型液晶表示装置に使用される本発明に係る照明装置の実施の形態を、図１〜図１３に基づき第１の実施の形態〜第９の実施の形態として説明し、その後、本発明に係るプロジェクタの実施の形態を図１４〜図２１に基づき説明する。
【００４３】
Ａ．照明装置
１．照明装置の第１の実施の形態
図１は、本発明の照明装置の第１の実施の形態を示す概略平面図である。
【００４４】
本実施の形態において、照明装置は、仮想の照明光軸Ｌに沿って配置された光源１０と、光源１０からの光束を複数の光源像を形成する複数の部分光束に分割する棒状（あるいは柱状ともいう）の光束分割手段２０と、光束分割手段２０の射出端面２６上の像を被照明領域に伝達するリレー光学系３０と、そのリレー光学系３０の中に配置されて偏光分離及び偏光変換を行う偏光変換手段４０とを備えている。被照明領域は、光変調により画像を生成する電気光学装置の一例としての液晶装置１０００によって形成されている。また、本実施の形態における液晶装置１０００の表示面の形状は、Ｘ軸方向の寸法とＹ軸方向の寸法が等しい正方形状を想定している。
【００４５】
なお、本実施の形態及び以下の全ての実施の形態において、Ｚ軸方向は光２の進行方向を、Ｙ軸方向は光２の進行方向に向って１２時又は６時の方向を（図１では紙面と直交する方向）、Ｘ方向は光２の進行方向に向って３時または９時の方向を示す。照明光軸ＬはＺ軸と略平行な関係にあり、照明光軸Ｌに直交する仮想面は、Ｘ−Ｙ平面として規定される。
【００４６】
１−１　光源
光源１０は、放射状に光線を放射する光源ランプ１１と、光源ランプ１１から放射された光を集める楕円リフレクタ１２とを備えており、楕円リフレクタ１２の２つの焦点の内の一方は光源ランプ１１またはその近傍に、また、他方は光束分割手段２０の入射端面２２またはその近傍に位置するように設定されている。光源ランプ１１から放射された光束は楕円リフレクタ１２によって光束分割手段２０の入射端面２２付近に集光され、集光された状態で光束分割手段２０に入射する。なお、楕円リフレクタ１２に代えてパラボラリフレクタや球面リフレクタを使用することもできる。但し、その場合にはリフレクタの射出側にリフレクタから出射される略平行光束を光束分割手段２０の入射端面２２に向けて集光するための集光レンズを設置する必要がある。
【００４７】
１−２　光束分割手段
光束分割手段２０は、光源１０からの光束を複数の部分光束に分割して、Ｘ−Ｙ平面内に略マトリクス状に位置する複数の光源像を形成するための部材である。
【００４８】
本実施の形態において、光束分割手段２０は透明な導光材料、例えばガラス材によって形成された棒状（柱状）の導光体であり、図２（光束分割手段２０の形状と光源像の形成位置及び偏光変換手段４０の構成との関係を示す概略斜視図）に示すように、光束が入射する入射端面２２と、光束を伝達する４つの反射面２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄと、伝達された光束が射出される射出端面２６と、を有する６面体である。このような導光体は、導光性の材料の塊からなる中実ロッドあるいは導光性材料を筒状に形成した中空ロッドによって構成することができ、中実ロッドの場合は全反射、中空ロッドの場合は一般的な反射によって、光束を伝達する。中空ロッドの場合、反射面には一般的な反射ミラーやその反射ミラーの表面に誘電体多層膜により増反射膜を形成したものなどを使用できる。中空ロッドは中実ロッドよりも製造が容易であることから、中実ロッドを使用する場合よりも照明装置の低コスト化を図ることが可能となる。さらに、中空ロッドの内部は空気（屈折率≒１）であるため、中実ロッド（屈折率＞１）を使用する場合よりも光束分割手段２０のＺ軸方向の寸法を短くでき、照明装置の小型化を図ることが可能となる。光束分割手段２０においての入射光の反射は、導光性材料の棒状の塊からなる中実ロッドである場合には、導光部材の表面が全反射面となるので、入射光は中実ロッドの表面で全反射されることになる。導光性材料を筒状に形成した中空ロッドである場合は、内部の空間と導光性部材との界面が反射面となるので、入射光は中空ロッドの内側の反射面で反射される。入射端面２２と射出端面２６のＸ―Ｙ平面における断面形状はいずれも矩形状であり、特に、本実施の形態の場合には、入射端面２２はＸ軸方向に細長い矩形形状に、射出端面２６は被照明領域である液晶装置１０００の表示面の形状と相似形となるように、すなわち正方形状に、各々形成されている。この光束分割手段２０に入射した光束は、反射面２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄにおける反射回数の違いに応じて、射出端面２６からの射出角度が異なる複数の部分光束に分割される。
【００４９】
光束分割手段２０から異なる角度で射出された複数の部分光束は集光レンズ３１によって集光され、光束分割手段２０から所定の距離を隔てた位置で、射出端面２６と略平行なＸ−Ｙ平面内に略マトリクス状に複数の光源像を形成する。ここで、これらの光源像の形成間隔は、射出端面２６あるいは照明光軸Ｌに対する反射面２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの形成角度を調節することによって、任意に制御することができる。すなわち、対面して配置される一対の反射面を光が進行する方向に、言い換えれば入射端面から射出端面に向かって、その間隔を狭く（以下では、このような一対の反射面の配置状態を「テーパー状態」と呼称する）していけば、一対の反射面が配置されている方向に並ぶ光源像の間隔を拡げることができ、逆に、その間隔を拡げ（以下では、このような一対の反射面の配置状態を「逆テーパー状態」と呼称する）ていけば、光源像の間隔を狭めることができる。尚、本実施の形態では、集光レンズ３１を集光レンズ３１ａと集光レンズ３１ｂの２枚のレンズによって構成しているが、この構成に限定されるものではない。但し、後述する偏光変換手段４０において、高い偏光変換効率を得るためには小さな光源像を形成することが必要であり、それを実現するための一つの手段として、複数のレンズによって集光レンズ３１を構成し、集光レンズ３１において発生する各種の収差を低減する構成を採用することができる。
【００５０】
ここで、４つの反射面２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの内、Ｙ軸方向で対向する一対の反射面２４ｃ，２４ｄは、図２に示すように射出端面２６に対して略垂直に形成され、Ｘ軸方向で対向する他の一対の反射面２４ａ，２４ｂは、図１及び図２に示すように入射端面２２から射出端面２６に向うにしたがってその間隔が狭まるように、すなわちテーパー状態を成すように射出端面２６に対して或いは照明光軸（Ｚ軸）に対して傾斜させて形成されている。このため、複数の光源像は図２及び図４（ａ）に示すような配置となり、各光源像の間隔は、テーパーのない光束分割手段を用いた場合（図２中に点線で示す）よりも、テーパー状態を成す一対の反射面２４ａ，２４ｂの配置方向に対応するＸ軸方向に広くなる。このように光源像の配置間隔を設定した理由については、さらに後述する。
【００５１】
複数の光源像が形成される位置またはその近傍には、第１の伝達レンズ５０、偏光変換手段４０、第２の伝達レンズ５２が配置されている。
【００５２】
１−３　偏光変換手段
偏光変換手段４０は、入射した光束を所定の直線偏光光束に変換する機能を有しており、図３はその構成を示す説明図である。なお、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は外観斜視図である。この偏光変換手段４０は、偏光分離膜４２と反射膜４４とが交互に複数配列された偏光ビームスプリッタアレイ４３と、その光出射面の偏光分離膜４２に対応する位置に設けられた偏光回転手段である位相差板４８を備えている。
偏光分離膜４２と反射膜４４の間隔は、断面形状が平行四辺形である柱状の複数の透光性部材（例えばガラス材）を介して維持されている。このような偏光変換手段４０は、例えば、偏光分離膜４２及び反射膜４４が形成された複数の透光性板材と、これらの膜が形成されていない透光性板材を交互に接着剤で貼り合わせて透光性板材のブロックを形成し、これを当該ブロックの面に対して所定の角度で切断することによって形成することが可能である。なお、偏光変換手段４０は、偏光分離膜４２と、反射膜４４と、位相差板４８とを含んで構成される偏光変換部４１を、所定方向（本実施形態ではＸ軸方向）に沿って、複数配置したものと考えることができる。
【００５３】
なお、偏光分離膜４２及び反射膜４４がＹ−Ｚ平面を対称面として互い違いに向かい合うように、複数の偏光ビームスプリッタアレイ４３を配置することもできる。
【００５４】
ここで、便宜上、偏光変換手段４０の光束が入射する側の面において、偏光分離膜４２に直接対応する面を「入射面４５Ａ」、反射膜４４に直接対応する面を「入射面４５Ｂ」と呼称し、同様に、光束が射出される側の面において、偏光分離膜４２に直接対応する面を「射出面４６Ａ」、反射膜４４に直接対応する面を「射出面４６Ｂ」と呼称する。偏光変換部４１が上述のように配置されることから，図３（ａ），（ｂ）に示すように、入射面４５Ａ及び入射面４５Ｂは、偏光分離膜４２における偏光分離方向、すなわちＸ軸方向に沿って交互に所定間隔をおいて複数形成されている。同様に、射出面４６Ａ及び射出面４６Ｂも、Ｘ軸方向に沿って交互に所定間隔をおいて複数形成されている。
【００５５】
偏光分離膜４２は、入射光に含まれる略直交する直線偏光光束（Ｐ偏光光束及びＳ偏光光束）の一方（例えばＰ偏光光束）を透過し、他方（例えばＳ偏光光束）を反射する。本実施の形態では、偏光分離膜４２は、反射光（Ｓ偏光光束）をＸ軸方向と略平行に反射するような性質及び角度に形成される。この偏光分離膜４２の機能は、誘電体多層膜により実現することができる。なお、偏光分離面４２を透過する偏光光束と反射する偏光光束は、上記の例の逆でも構わない。
【００５６】
反射膜４４は、偏光分離膜４２からの反射光を再度反射し、その進行方向を透過光の進行方向と略同一方向に向ける機能を有する。この反射膜４４の機能は、透光部材に形成された誘電体多層膜やアルミニウム膜等で実現することができる。
【００５７】
位相差板４８は、透過光または反射光の内の一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に略一致させて、透過光と反射光の偏光方向を揃えるために設けられる。本実施の形態では、位相差板４８としてλ／２板が使用され、図３（ａ）（ｂ）に示すように、射出面４６Ｂを避けて射出面４６Ａに選択的に設置されている。これにより、透過光の偏光方向が略９０度回転され、その結果、偏光変換手段４０から射出される光束のほとんどが反射光と同じ偏光方向を有する１種類の偏光光束に変換される。この位相差板４８は透光部材の射出面に対して配置される。
【００５８】
なお、偏光分離膜４２にて分離された２つの偏光光束の偏光方向を１種類の偏光光束に統一可能である限り、位相差板の種類および配置は特に限定されない。たとえば、λ／２板に代えて、入射光束の偏光方向を４５度回転させるλ／４を２枚重ねて使用してもよい。あるいは、射出面４６Ａ及び射出面４６Ｂのそれぞれに位相差の異なる２種類の位相差板を各々配置して、各位相差板を通過する偏光光束の偏光方向を揃えるような構成とすることもできる。
【００５９】
このような偏光変換手段４０が用いられることから、１種類の直線偏光光束しか利用できない電気光学装置（液晶装置）１０００において、光源１０からの光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００６０】
なお、入射面４５Ｂを通って入射した光束は反射膜４４を経て偏光分離膜４２に入射するため、偏光分離膜４２において、透過光がＸ軸方向に透過され、反射光がＺ軸方向に透過されてしまう。このような透過光と反射光の関係は、偏光分離膜４２に直接入射して分離された透過光と反射光の関係と比べると、幾何学的に９０度ずれた状態にある。そのため、入射面４５Ｂに入射する光束があると、例えば射出面４６Ａからは、入射面４６Ａから偏光分離膜４２に直接入射してこの偏光分離膜４２を透過したＰ偏光光束と、入射面４６Ｂから反射膜４４を経て偏光分離膜４２に入射しこの偏光分離膜４２にて反射されたＳ偏光光束とが射出されてしまう。すなわち、偏光分離膜４２における偏光分離性能が低下することになる。従って、偏光変換手段４０において高い偏光変換効率を得るためには、入射面４５Ａあるいは入射面４５Ｂの内の、どちらか片方の入射端面のみに選択的に光束を入射させることが極めて重要となる。
【００６１】
１−４　リレー光学系
図１に戻ってリレー光学系３０について説明する。リレー光学系３０は、棒状の導光体からなる光束分割手段２０の射出端面２６の像を被照射面である電気光学装置（液晶装置）１０００に伝達するための伝達光学系である。本実施の形態において、リレー光学系３０は、集光レンズ３１と、第１及び第２の伝達レンズ５０、５２と、平行化レンズ３２とを含んで構成されている。
【００６２】
このうち、集光レンズ３１は、第１の伝達レンズ５０のレンズ瞳に光束分割手段２０からの部分光束を導き入れるためのものであり、光束分割手段２０の射出端面２６の近傍に配置されている。また、この集光レンズ３１は、集光レンズ３１ａ，３１ｂの２枚の集光レンズを組合せた組みレンズで形成されている。このため、部分光束を第１の伝達レンズ５０に導く際の光学収差の発生が低減される。
【００６３】
第１の伝達レンズ５０は、光束の中心軸が照明光軸Ｌに対してある角度を伴って入射した場合に、その中心軸を照明光軸Ｌと平行になるように変換すると共に偏光変換手段４０に入射する光束を更に絞り込むためのものであり、偏光変換手段４０の入射側に配置されている。また、この第１の伝達レンズ５０は、複数の矩形状の微小レンズ５１を略マトリックス状に組合せたレンズアレイで形成される。微小レンズ５１の数とその配置は、部分光束により形成される光源像の数とその形成位置に対応させて決定される。一般に、偏光分離膜４２における偏光分離性能を向上させるためには、偏光分離膜４２に対して４５度の入射角度で、すなわち、偏光変換手段４０の入射端面に対して０度（垂直）の入射角度で光束を入射させることが望ましい。従って、第１の伝達レンズ５０を用いることにより、偏光分離膜４２における偏光分離性能を向上させられると共に、光束分割手段２０にて所定の間隔をおいて形成された複数の部分光束のそれぞれを、偏光変換手段４０の入射面４５Ａに効率的に導き入れることが可能となる。
【００６４】
なお、微小レンズ５１の形状は限定されないが、本実施の形態のように平面的に矩形状の微小レンズをアレイ化して板状に形成したものが利用し易い。また、本実施の形態のように複数の微小レンズ５１を用いて構成すれば、各々の微小レンズ５１の集光特性を最適化できるため、光束を伝達する際に発生し易い光学収差の低減に有効である。なお、光束分割手段２０から射出される光束の特性（例えば放射角が小さい場合）によっては、複数の微小レンズを用いずに１枚のレンズによって第１の伝達レンズ５０を構成しても良く、さらには、省略することも可能である。
【００６５】
第２の伝達レンズ５２は、偏光変換手段４０から射出される複数の部分光束を被照明領域である液晶装置１０００上に伝達し、それらの部分光束を一カ所の被照明領域上で重畳させるためのものであり、偏光変換手段４０の射出側に配置されている。この第２の伝達レンズ５２は、１枚のレンズによって形成されているが、先の第１の伝達レンズ５０と同様に複数のレンズによって構成されてもよい。また、光束分割手段２０から射出される光束の特性（例えば放射角が小さい場合）によっては、第１の伝達レンズ５０を偏光変換手段４０の射出側に配置した構成とすることも可能である。特にこの場合には、第１の伝達レンズ５０に第２の伝達レンズ５２の機能を併せ持たせられるため、第２の伝達レンズ５２を省略し、照明装置の低コスト化を図ることができる。
【００６６】
平行化レンズ３２は、第２の伝達レンズ５２から液晶装置１０００に入射する部分光束を各々の中心軸に平行な光束に変換して、光束を効率的に液晶装置１０００に導き入れるためのものである。このため、平行化レンズ３２は液晶装置１０００の入射側に設置されている。
【００６７】
このようなリレー光学系３０を配置していることから、光束分割手段２０の射出端面２６上に形成された像は、拡大されて（リレー系を構成する光学要素の光学設定値によっては縮小されて）被照明領域である液晶装置１０００上に伝達される。その場合、光束分割手段２０から射出した非偏光な光束は、その射出角度に応じて複数の部分光束に分割された後、偏光変換手段４０で偏光方向がほぼ揃った１種類の偏光光束に変換され、リレー光学系３０によって液晶装置１０００上で重畳される。その結果、液晶装置１０００等からなる被照明面は明るさムラが少なく、光強度が一様で、偏光方向がほぼ揃った照明光束にて均一に照明される。
【００６８】
１−５　電気光学装置
本発明の照明装置によって照明される被照明領域を構成する電気光学装置としては、液晶装置１０００が例示される。液晶装置１０００は外部からの電気信号に応じて透過する光の偏光状態を変化させる電気光学装置の一例であり、光を変調して画像を生成するために使用される。この液晶装置１０００は、透過型液晶パネルの場合には液晶装置１０００の前後に図示しない一対の偏光手段を介在させて、また、反射型液晶パネルの場合には液晶装置１０００の入射側と射出側とを兼ねる一面に偏光手段を配置して構成される。
【００６９】
なお、電気光学装置としては、液晶装置の他に、入射光の偏光状態を変調することのできる種々のデバイスを用いることができる。さらには、被照明領域としては、電気光学装置ではなく、光照射されるスクリーン領域やスライド・映画・ＯＨＰ・写真等のフィルム、等の各種の被照明部材でも構わない。
【００７０】
１−６　本実施の形態の特徴
本実施の形態の特徴は、上述した光束分割手段２０のテーパー形状が、偏光変換手段４０における偏光分離膜４２と反射膜４４との配列の構造を考慮して設定されている点にある。すなわち、偏光変換手段４０の入射面４５Ａの部分のみに光束分割手段２０からの光束が入射するように、別の言い方をすれば、光束分割手段２０からの光束が偏光変換手段４０の入射面４５Ａの部分に一致するように、また、複数の光源像の配置間隔がＸ方向にのみ広くなるように、光束分割手段２０においてＸ軸方向で対向する一対の反射面２４ａ，２４ｂの傾斜角度（反射面２４ａ、２４ｂのＸ―Ｙ平面に対する角度）は設定されている。その結果、図４（ｂ）（光源像と偏光変換手段の位置関係を示す図）に示すように、偏光変換手段４０を光が入射する側の面から見れば、反射膜４４に対応する入射面４５Ｂの部分を避けるように、偏光分離膜４２に対応する入射面４５Ａ、あるいは、入射面４５Ａと対応する偏光分離膜４２（図示せず）の近傍の部分に複数の光源像（実線円Ｓで示す）が形成されることが判る。
【００７１】
１−７　作用効果
上記のように光束分割手段２０と偏光分離手段４０を構成し、なおかつ、それらの配置関係を設定することにより、本実施の形態では、光束分割手段２０によって形成された複数の光束を偏光分離手段４０の偏光分離膜４２の部分のみに選択的に入射させ、偏光変換を行うことができる。その結果、偏光変換手段４０における偏光変換効率を向上させつつ、照明装置における光利用効率の向上を図ることができる。
【００７２】
また、本実施の形態の照明装置では、効率よく１種類の偏光光束を発生できるので、偏光モードを利用した電気光学装置に対する照明装置として好適である。
【００７３】
なお、本実施の形態では、偏光変換手段４０における偏光分離膜４２と反射膜４４の間隔は、すべて同じにしているが、光源像の大きさに合わせてこれらの間隔を調整しても良い。この場合、光束の中心軸から見たこれらの配置間隔は不均一となる。このようにすれば、より確実に光源像を偏光分離手段４０の偏光分離膜４２のみに導き入れることが可能となるため、偏光分離手段４０における偏光変換効率を一層高めることが可能となる。ここで、偏光分離膜４２の配置間隔は、光束分割手段２０によって形成される一連の光源像の大きさに基づいて決定されるものである。具体的には入射面４５Ａの寸法が光源像を包含できる最小の寸法となるように、設定されることが望ましい。
【００７４】
さらに、被照明領域の形状（液晶装置１０００の表示面の形状）が一方向に長い矩形状の場合には、その細長い方向に合わせて偏光分離手段４０の偏光分離膜４２と反射膜４４とを配列すれば、被照明領域（液晶装置）１０００を照明する場合に光束の照明角を比較的小さくすることができる。一般に電気光学装置である液晶装置の表示性能は、入射光に対して大きな入射角依存性を示すため、上記のような構成とすれば、液晶装置の表示性能を向上できるという点で都合がよい。また、本実施の形態では、反射を利用して光束を分割する光束分割手段２０を用いているため、被照明領域である液晶装置１０００を照明する光束の平行性が比較的高い。従って、本例の照明装置は被照明領域が小さい場合、電気光学装置の場合は表示領域の狭い小型の電気光学装置（液晶装置）を照明する際に都合がよい。
【００７５】
２．照明装置の第２の実施の形態
次に、本発明の照明装置の第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態の要部を示す斜視図を図５に示す。
【００７６】
この第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態において光束分割手段によりＸ軸方向の形成間隔が制御された複数の光源像の間隔を、さらにＹ軸方向において狭めることを目的とする。Ｙ軸方向における光源像の間隔を狭めるための構成以外の部分は第１の実施の形態と同じように構成することが可能であることから、以下においては、同じ構成要素には第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。なお、以降の実施の形態においても、先の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素に付いては、同一の符号を付してその説明を省略する。なお、図５において、点線は、図２の場合と同様、テーパーのない光束分割手段と、これを用いた場合の光源像の位置を示している。
【００７７】
本実施の形態において、光束分割手段２０’は第１の実施の形態における光束分割手段２０とほぼ同様の構成を有する。ただし、図５に示すように、Ｘ軸方向で対面する一対の反射面２４ａ，２４ｂのみならず、Ｙ軸方向で対面する他の一対の反射面２４ｃ，２４ｄもＸ−Ｙ平面に対して或いは光軸であるＸ軸に対して傾斜させて形成されている点が光束分割手段２０とは異なる。これらの反射面２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄのうち、Ｘ軸方向で対向する一対の反射面２４ａ，２４ｂは、第１の実施の形態の光束分割手段２０と同様に形成されている。一方、Ｙ軸方向で対向する一対の反射面２４ｃ，２４ｄは、相互の間隔が入射端面２２から射出端面２６に向うにしたがって拡がるように形成されている。すなわち、一対の反射面２４ｃ，２４ｄは、逆テーパー形状をなす。なお、第１の実施の形態と同様に、この光束分割手段２０’は、導光性の材料の塊からなる中実ロッドあるいは導光性材料を筒状に形成した中空ロッドによって構成することができ、中実ロッドの場合は全反射、中空ロッドの場合は一般的な反射によって、光束を伝達する。
【００７８】
このような構成により、複数の部分光束によって、図６（ａ）に示すようにＸ軸方向の間隔が広く、Ｙ軸方向の間隔が図４（ａ）と比較して極めて狭い複数の光源像が形成される。Ｘ軸方向で対向する一対の反射面２４ａ，２４ｂが第１の実施の形態の場合と同様な角度で設定されていることから、Ｘ軸方向で隣接する複数の光源像は、図６（ｂ）に示すように、偏光分離膜４２に対応する入射面４５Ａ内、あるいは、入射面４５Ａと対応する偏光分離膜４２（図示せず）の近傍にのみ位置するように形成される。
【００７９】
ここで、誘電体多層膜で形成される実用的な偏光分離膜４２は、その偏光分離性能が入射光束に対して大きな入射角依存性を有し、特に、入射光線の略中心軸（図１の照明光軸Ｌ）と偏光分離膜４２の法線とを含んで規定される入射面（図６のＸ―Ｚ平面）と直交する平面（図６のＹ―Ｚ平面）内において光束の入射角が大きくなると、その偏光分離性能が著しく低下する傾向にある。
【００８０】
本実施の形態では、Ｙ軸方向において光源像の間隔が狭められることから、偏光分離膜４２への光束の入射角がＹ軸方向において小さくなる。その結果、偏光分離膜４２の偏光分離性能が向上し、偏光変換手段４０の偏光変換効率も向上する。したがって、第１の実施の形態の場合よりも、偏光変換手段４０における光利用効率を一層高めることが可能となる。また、後に説明する偏光ビームスプリッター６０（図１４）のように、偏光分離膜４２と同様な入射角依存性を有する光学素子を用いた光学系に本実施の形態の照明装置を適用した場合にも、Ｙ軸方向に並ぶ光源像の間隔を狭めることにより光学系全体の光利用効率を向上させることが可能となる。さらに、Ｙ軸方向に並ぶ光源像の間隔を狭めた結果、偏光分離手段４０のＹ軸方向の寸法も小さくでき、照明装置の小型化と低コスト化を達成することができる。さらにまた、このような照明装置を用いてプロジェクタを構成した場合には、偏光分離手段４０の寸法を小型化した結果、投写光学系の寸法も小型化でき、口径の小さなレンズを用いても明るい投写画像を実現することができる。
【００８１】
なお、Ｙ軸方向で隣接する複数の光源像は、図６に示すように同一の偏光分離膜４２に対応する同一の入射面４５Ａ内に位置することから、Ｙ軸方向に並ぶ光源像の間隔を詰める際に偏光変換手段４０の構成を変更する必要はない。
【００８２】
３．照明装置の第３の実施の形態
次に、本発明の照明装置の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、棒状の光束分割手段により形成される複数の光源像の個々の輪郭を明確にすると共に、光源像の寸法を小さくして、偏光変換手段において不要となる光を予め除去することで、液晶装置の前に配された偏光板の帯熱防止を図ることを目的とする。そのために、以下に説明するように、光束分割手段の入射端面の端部に光を遮蔽する遮蔽手段を配置することで、光源からの光束の入射を許容する入射許容開口を設けている。それ以外の部分については、第１の実施の形態と同じように構成することが可能である。本実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成要素には第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
先の実施の形態で説明したように、光束分割手段２０によって形成された光源像を偏光分離手段４０の入射面４５Ａの部分のみに導き入れるために、光束分割手段２０の反射面の配置角度や偏光分離手段４０の入射面４５Ａの配置間隔を調整しているが、光源像の寸法がかなり大きい場合にはそれに応じて偏光分離手段４０の寸法も大きくなる場合がある。ここで、光束分割手段２０によって形成される光源像に着目すると、光源像の輪郭部分は不鮮明でありその光強度も小さいことが判る。その理由は、光源１０からの光束の強度分布は光源ランプ１１の略中心を通る軸を中心とした点対称性を有し、その軸から径方向に離れるに従って光強度は小さくなるためである。従って、光源像の輪郭部分を形成する光強度の小さい光束を予め除去することにより光源像の寸法を小さくしておけば、偏光分離手段４０の入射面４５Ａへの入射効率をほとんど低下させることなく、偏光分離手段４０の小型化を実現できると共に、電気光学装置（液晶装置）１０００の入射側に配置される偏光板（図示せず）の帯熱を防止することができる。
【００８４】
この目的を達成するため、図７（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態では、光束分割手段２０の入射端面２２Ａ，２２Ｂの端部に光を遮蔽する遮蔽手段２８Ａ，２８Ｂを配置し、光源１０からの光束の入射を許容する入射許容開口を設けている。なお、図７は、第３の実施の形態の要部を示す図であり、（ａ）は遮蔽手段２８Ａにより長方形の入射端面２２Ａの中央部に略正方形状の入射許容開口２７Ａが形成された例を、（ｂ）は遮蔽手段２８Ｂにより正方形状の入射端面２２Ｂの中央部に円形の入射許容開口２７Ｂが形成された例を、それぞれ示す。
【００８５】
このように光束分割手段２０の入射端面２２に遮蔽手段２８Ａ，２８Ｂを設けて入射光の輪郭が画されることから、本実施の形態では、くっきりとした輪郭の複数の光源像が形成される。これにより、偏光変換手段４０の入射面４５Ａ上に形成したはずの光源像の輪郭部分の光が余分なところ、すなわち偏光変換手段４０の入射面４５Ｂにまで入射してしまうことが防止できる。したがって、液晶装置１０００（図１参照）の手前に配置される図示しない偏光板での光吸収を防止して、偏光板の帯熱を抑制することが可能となる。
【００８６】
なお、遮蔽手段としては、光束分割手段２０の面に形成または貼り付けられた金属膜や金属板、遮光性を有する各種膜、各種板材でもよいし、遮光性の膜を印刷することでもよく、種々用いることができる。
【００８７】
光束分割手段２０により形成される複数の光源像の大きさとその間隔は、入射端面２２上に形成される光源像の大きさと入射端面２２の縁から光源像までの距離に依存する。従って、光束分割手段２０の入射端面２２Ａ，２２Ｂに遮蔽手段２８Ａ，２８Ｂを設けることは、形成される光源像を小さくし、隣接する光源像との間に光の存在しない空間を形成することになる。すなわち、本実施の形態によれば、光束分割手段２０により形成される複数の光源像の各々の大きさを小さく、かつ隣接する光源像との間隔を拡げることができる。したがって、偏光分離手段４０の偏光分離膜４２に対応する入射面４５Ａの部分のみに光束を入射させられ、その結果、偏光分離手段４０における偏光変換効率を向上させることができる。また、電気光学装置（液晶装置）や偏光板にとっては不要である光束を予め遮断しているので、電気光学装置（液晶装置）や偏光板の帯熱をより効率的に抑制することができる。
【００８８】
さらに、上述したように光源からの光束の強度分布は、一般に、光源ランプの略中心を通る軸を中心とした点対称性を有するため、図７（ｂ）のように円形状の入射許容開口を入射端面２２に形成したり、入射端面２２自体を正方形状に形成することによって、光束分割手段２０への光の入射効率を向上させることが可能となる。
【００８９】
また、光束分割手段２０の入射端面２２あるいは入射許容開口の形状は、偏光分離手段４０の偏光分離膜４２に対応する入射面４５Ａの形状と略相似形をなすように設定しても良い。その場合には、偏光分離手段４０への入射効率を向上させることが可能となる。
【００９０】
なお、ここでは、第１実施形態の光束分割手段２０に入射許容開口２７Ａ，２７Ｂを設けることについて説明したが、第２実施形態の光束分割手段２０’にこのような入射許容開口を設けても構わない。
【００９１】
４．照明装置の第４の実施の形態
図８は、本発明の照明装置の第４の実施の形態の概略的構成を示す平面図である。この第４の実施の形態は、柱状の導光体に代えて、複数の小レンズからなるレンズアレイを光束分割手段として使用することにより、第１の実施の形態と同様に、図４（ａ）、（ｂ）に示すような位置関係の複数の光源像を形成する点に特徴を有する。また、これ以下に示す照明装置の実施の形態は、いずれもレンズアレイからなる光束分割手段を採用したものである。なお、以下、第１の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。第１の実施の形態と同じ構成要素の部分は、第１の実施形態で説明したのと同様に構成することが可能である。
【００９２】
光源１０’のリフレクターは、パラボラリフレクター１４である。このパラボラリフレクター１４は、光源ランプ１１から放射された非偏光な光束を略平行化しつつ一方向に向ける機能を有する。パラボラリフレクター１４の代わりに、球面リフレクタや楕円リフレクタを使用することも可能である。但し、その場合にはリフレクタの射出面にリフレクタから射出される集光光を略平行化するためのレンズを設置する必要がある。
【００９３】
光束分割手段６００は、複数の小レンズ６００ａを略マトリクス状に配置してなるレンズアレイで構成される。各小レンズ６００ａの外形形状は、被照明領域を形成する液晶装置１０００の表示面の形状（被照明領域の形状）と略相似形をなすように設定される。光源１０から光束分割手段６００に入射した光束は、各小レンズ６００ａの集光作用により複数の部分光束に分割され、照明光軸Ｌに対して垂直なＸ−Ｙ平面内に小レンズ６００ａの数と同数の光源像を略マトリクス状に形成する。
【００９４】
ここで、各小レンズ６００ａは、図４（ａ）に示すようにＸ軸方向の間隔が相対的に広い複数の光源像が、図４（ｂ）に示すように偏光変換手段４０の入射面４５Ａ上にのみ形成されるような集光特性に設定される。本実施の形態では、複数の小レンズ６００ａの一部に、光学的中心が幾何学的中心と一致していない、いわゆる偏心レンズを採用することにより、光源像の形成間隔の制御を容易に達成している。
【００９５】
また、レンズアレイからなる光束分割手段６００を使用したことに伴い、リレー光学系３０に代えて、分割された部分光束を電気光学装置の一例である液晶装置１０００上で重畳するための重畳光学系として重畳レンズ６２０が用いられている。
【００９６】
重畳レンズ６２０は、１枚の重畳レンズで形成され、偏光変換手段４０の射出側に設置されている。この重畳レンズ６２０は軸対称の球面レンズで形成されているが、これに限定されるものではなく、他の形態のレンズで形成することも可能である。例えば、フレネルレンズのように、中央部と周辺部とで分割された形態のレンズや、複数のレンズからなる組レンズを重畳レンズ６２０として使用することができる。中央部と周辺部とで分割された形態のレンズや組レンズを用いた場合には、各種の光学収差を低減することが可能である。また、前者の場合にはレンズの中心厚を薄くすることができ、照明装置の軽量化に都合がよい。
【００９７】
さらに、本実施の形態では、伝達レンズ５０に代えて集光レンズアレイ６１０が偏光変換手段４０の入射側に設置されている。この集光レンズアレイ６１０は、第１〜第３の実施の形態における伝達レンズ５０とほぼ同様の機能を有するものであり、光束分割手段６００を形成する小レンズ６００ａと同数の集光レンズ６１０ａにより構成されている。また、この集光レンズアレイ６１０は、複数の部分光束により形成される光源像の位置に各集光レンズ６１０ａを対応させて、偏光分離手段４０の入射側に配置される。集光レンズ６１０ａの形状には制約はないが、矩形形状や６角形状などに設定すれば、アレイ化し易いため都合がよい。
【００９８】
各集光レンズ６１０ａは、光束分割手段６００からの複数の部分光束を偏光変換手段４０の入射面４５Ａに対して略垂直に入射させるような集光特性に設定される。本実施の形態では、このような集光特性に設定するために、集光レンズ６１０ａの一部を偏心レンズで構成しているが、集光レンズ６１０ａの全部を偏心レンズで構成することによっても上記集光特性に設定することが可能である。このように構成されることから、集光レンズアレイ６１０によれば、偏光変換手段４０の入射面４５Ａに対して光束を略垂直に入射させることが可能となる。その結果、偏光変換手段４０における偏光変換効率を向上させることが可能となる。
【００９９】
なお、集光レンズアレイ６１０は必ずしも必要なものではなく、光源からの光束の平行性が高い場合には省略することができる。さらに、光束分割手段６００から射出される光束の特性（例えば平行性が高い場合）によっては、集光レンズアレイを偏光変換手段４０の射出側に配置した構成としても良い。特にこの場合には、集光レンズアレイに重畳レンズ６２０の機能を併せ持たせられるため、重畳レンズ６２０を省略し、照明装置の簡素化と低コスト化を図ることができる。この構成については、後述の第５の実施の形態で具体例を示す。
【０１００】
このような構成を有することから、本実施の形態でも、第１の実施の形態における作用効果と同様の作用効果を達成することができる。すなわち、複数の光源像の配置間隔をＸ方向にのみ広げ、複数の光源像を偏光分離膜４２にのみ選択的に入射させることにより、偏光変換手段４０における偏光変換効率を向上させつつ、照明装置全体の光利用効率の向上を図ることが可能となる。また、第１〜第３の実施の形態とは異なり、光束分割手段２０がレンズアレイで構成されることから、照明装置の小型化を図ることができる。
【０１０１】
なお、本実施の形態においても、第１の実施形態で説明したのと同様、光源像の大きさに合わせて偏光変換手段４０における偏光分離膜４２と反射膜４４の配置間隔を調整しても良い。このようにすれば、より確実に光源像を偏光分離手段４０の偏光分離膜４２のみに導き入れることが可能となるため、偏光分離手段４０における偏光変換効率を一層高めることが可能となる。
【０１０２】
さらに、光束分割手段６００と集光レンズアレイ６１０の集光特性を工夫して、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向に列ぶ複数の光源像が互いに重なり合わない状態で密接して配置されるような構成を採用することができる。この場合には、集光レンズアレイ６１０、偏光変換手段４０、重畳レンズ６２０等のＹ軸方向の寸法を小型化できるため、照明装置の小型化に都合がよい。
【０１０３】
５．照明装置の第５の実施の形態
図９は、本発明の照明装置の第５の実施の形態の概略的構成を示す平面図である。この第５の実施の形態は、上述した第４の実施の形態の変形例であって、特に複数の集光レンズからなる集光レンズアレイが偏光変換手段４０と重畳レンズ６２０の間に配置されている点が第４の実施の形態と異なっている。このような構成は、光束分割手段６００から射出される光束の特性が優れている場合（例えば平行性が高い場合）に採用し易い。以下の説明において、第４の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。第４の実施の形態と同じ構成要素の部分は、第４の実施形態で説明したのと同様に構成することが可能である。
【０１０４】
本実施の形態の基本的な作用効果は、第４の実施の形態の作用効果と同様であるが、本実施の形態によれば、さらに、集光レンズアレイ６１２と重畳レンズ６２０を一体化できるという効果がある。また、集光レンズアレイ６１２に重畳レンズ６２０の機能を併せ持たせられるため、重畳レンズ６２０を省略し、照明装置の低コスト化を図ることも可能である。
【０１０５】
なお、図９では、偏光分離手段４０の射出面４６Ａと射出面４６Ｂの２つに対して１つの集光レンズ６１２ａが対応する形態となっているが、偏光分離手段４０の射出面４６Ａと射出面４６Ｂの各々に１対１で対応するように集光レンズ６１２ａを配置すれば、すなわち、図９の集光レンズ６１０ａの２倍の数の集光レンズ６１２ａを用いて集光レンズアレイ６１２を形成すれば、集光レンズアレイ６１２における光利用効率を一層向上させることができる。
【０１０６】
６．照明装置の第６の実施の形態
図１０は、本発明の照明装置の第６の実施の形態の概略的構成を示し、（ａ）はＸ軸方向から見た断面図、（ｂ）はＹ軸方向から見た断面図である。
【０１０７】
この第６の実施の形態は、レンズアレイからなる光束分割手段６００によって略マトリクス状に形成される複数の光源像のＸ軸方向の形成位置を制御し、さらに縮小光学系としてのアフォーカル光学系７００によってＹ軸方向の形成位置を制御して、図６（ａ），（ｂ）に示すような配置及び位置関係の光源像を形成する点に特徴を有する。以下の説明において、第４の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。第４の実施の形態と同じ構成要素の部分は、第４の実施形態で説明したのと同様に構成することが可能である。
【０１０８】
アフォーカル光学系７００は、通過する光束の平行性をあまり悪化させることなく全体の光束径を縮小化する機能を有する。本実施の形態では、一方向のみにレンズパワー（レンズ曲率）を有するシリンドリカル状凸レンズ７１０とシリンドリカル状凹レンズ７１２によってアフォーカル光学系７００が形成されている。
【０１０９】
アフォーカル光学系７００のうち、シリンドリカル状凸レンズ７１０は、レンズアレイからなる光束分割手段６００の射出側に設置され、シリンドリカル状凸レンズ７１０を通過する光束をＹ軸方向にのみ屈折させて照明光軸Ｌの方向に内向させる。一方、シリンドリカル状凹レンズ７１２は、集光レンズアレイ６１０の入射側に設置され、シリンドリカル状凸レンズ７１０からの光束を光軸Ｌに対して略平行化する。ここで、これらのシリンドリカル状凸レンズ７１０及びシリンドリカル状凹レンズ７１２は、それらのレンズパワーを有する方向が、偏光変換手段４０における複数の偏光分離膜４２が配列される方向に対して略直交するように配置される。このような配置関係をとる理由は、偏光分離膜４２が配列する方向（Ｘ軸方向）においては偏光分離を行うための空間を確保する必要があるが、偏光分離膜４２が配列される方向と略直交する方向（Ｙ軸方向）においては偏光分離を行わないため、光源像をより密接して配置し易いためである。その結果、アフォーカル光学系７００を通過した光束は、光束全体の広がり幅が一方向（Ｙ軸方向）に縮小化されている。
【０１１０】
このような構成によっても、上述した第２の実施の形態の作用効果と同様の作用を達成することが可能である。すなわち、Ｙ軸方向において光源像の間隔が狭められることから、偏光分離膜４２への光束の入射角がＹ軸方向において小さくなり、偏光分離膜４２での偏光分離性能、及び偏光変換手段４０での偏光変換効率が向上する。したがって、偏光変換手段４０における光利用効率を一層高めることが可能となる。また、後に説明する偏光ビームスプリッター６０（図１４）のように、偏光分離膜４２と同様な入射角依存性を有する光学素子を用いた光学系に本実施の形態の照明装置を適用した場合にも、Ｙ軸方向に並ぶ光源像の間隔を狭めることにより光学系全体の光利用効率を向上させることが可能となる。さらに、Ｙ軸方向に並ぶ光源像の間隔を狭めた結果、偏光分離手段４０のＹ軸方向の寸法も小さくでき、照明装置の小型化と低コスト化を達成することができる。さらにまた、このような照明装置を用いてプロジェクタを構成した場合には、偏光分離手段４０の寸法を小型化した結果、投写光学系の寸法も小型化でき、口径の小さなレンズを用いても明るい投写画像を実現することができる。特に、本実施の形態の場合は、光束分割手段６００を形成する複数の小レンズ６００ａの集光特性を複雑に設定することなく、偏光分離膜４２における偏光分離性能を向上させられると共に、偏光分離手段４０のＹ軸方向における寸法を小さくできるので、照明装置における光利用効率の向上と小型化を実現することが可能となる。
【０１１１】
なお、光束分割手段６００とシリンドリカル状凸レンズ７１０との位置関係、及び、シリンドリカル状凹レンズ７１２と集光レンズアレイ６１０との位置関係については、本実施の形態に限定されない。すなわち、光束分割手段６００はシリンドリカル状凸レンズ７１０の射出側に配置することができ、同様に集光レンズアレイ６１０もシリンドリカル状凹レンズ７１２の入射側に配置することができる。これらの変形例については、第７の実施の形態で具体例を示す。
【０１１２】
さらに、本実施の形態においても、光源像が形成される間隔と一致するように偏光変換手段４０における偏光分離膜４２と反射膜４４の配置間隔を調整しても良い。これらを上記の構成と併用すれば、より確実に光源像を偏光分離手段４０の偏光分離膜４２のみに導き入れることが可能となるため、偏光分離手段４０における偏光変換効率を一層高めることが可能となる。ここで、偏光分離膜４２の配置間隔は光束分割手段２０によって形成される光源像の大きさに基づいて決定されるものであり、具体的には入射面４５Ａの寸法が光源像を包含できる最小の寸法となるように、偏光分離膜４２の配置間隔は設定されることが望ましい。
【０１１３】
さらにまた、光束分割手段６００によって形成される光源像の寸法が小さい場合には、シリンドリカル状凸レンズ７１０とシリンドリカル状凹レンズ７１２の両方を、２方向にレンズパワーを有する一般的な凸レンズと凹レンズ、あるいはトーリックレンズに代えた構成を採用することができる。
【０１１４】
７．照明装置の第７の実施の形態
図１１は、本発明の照明装置の第７の実施の形態の概略的構成を示す断面図である。この第７の実施の形態は、上述した第６の実施の形態の変形例であり、アフォーカル光学系７００を構成するシリンドリカル状凸レンズ７１０が、レンズアレイからなる光束分割手段６００の入射側に配設される点に特徴を有する。以下の説明において、第６の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。第６の実施の形態と同じ構成要素の部分は、第６の実施形態で説明したのと同様に構成することが可能である。
【０１１５】
本実施の形態によれば、光源１０からの光束は、シリンドリカル状凸レンズ７１０によって集光されつつ光束分割手段６００に入射し、複数の部分光束に分割された後、シリンドリカル状凹レンズ７１２と集光レンズアレイ６１０によって各集光レンズ６１０ａを通過する光束の主光線は略平行化される。すなわち、光束全体の径はＹ軸方向において圧縮される。したがって、このような構成配置によっても、第６の実施の形態と同様の作用効果を達成することが可能である。
【０１１６】
なお、シリンドリカル状凹レンズ７１２を集光レンズアレイ６１０の射出側に配置した構成としてもよい。さらに、図１０及び図１１に示す実施の形態において、複数の光源像の形成間隔を調節する機能を、アフォーカル光学系のみによって実現することも可能である。その場合には、偏光変換手段４０で複数の偏光分離膜４２が配列する方向（Ｘ軸方向）においては、反射膜４４と対応する入射面４５Ｂを避けて偏光分離膜４２と対応する入射面４５Ａ内に各光源像が形成されるように複数の光源像の形成間隔を拡げ、同時に、複数の偏光分離膜４２が配列する方向とは略直交する方向（Ｙ軸方向）においては、複数の光源像の形成間隔を狭めるように、アフォーカル光学系を構成すればよい。これにより、特別な集光特性を有するレンズを用いてレンズアレイ状の光束分割手段を形成する必要がなくなるため、照明装置の簡略化、軽量化、小型化及び低コスト化等を実現することができる。
【０１１７】
８．照明装置の第８の実施の形態
図１２は、本発明の照明装置の第８の実施の形態の概略的構成を示す図であり、（ａ）はＸ軸方向から見た断面図、（ｂ）はＹ軸方向から見た断面図である。この第８の実施の形態は、レンズアレイからなる光束分割手段を使用しながら、アフォーカル光学系を別途用いることなく、図６（ａ），（ｂ）に示すような配置の光源像を形成する点に特徴を有する。以下の説明において、第４の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。第４の実施の形態と同じ構成要素の部分は、第４の実施形態で説明したのと同様に構成することが可能である。
【０１１８】
光束分割手段８００は、複数の光源像がＸ軸方向に広い間隔をあけつつＹ軸方向に狭い間隔で配列して偏光変換手段４０の入射面４５Ａ内にのみ位置するような集光特性に設定されている。このような集光特性を容易に実現するため、光束分割手段８００を形成する複数の小レンズ８００ａのほとんどが偏心レンズで構成されている。
【０１１９】
一方、集光レンズアレイ８１０の集光特性は、各集光レンズ８１０ａを通過した光束の主光線が照明光軸Ｌと略平行となるように設定されている。その結果、本実施の形態では、上述したアフォーカル光学系７００を通過した光束のように、光束全体の広がり幅が一方向（Ｙ軸方向）に縮小化される。このような機能を容易に実現するため、集光レンズアレイ８１０を形成する複数の集光レンズ８１０ａも、そのほとんどが偏心レンズで形成されている。
【０１２０】
これにより、上述の第６及び第７の実施の形態と同様の作用効果を達成することが可能となる。さらに、レンズアレイからなる光束分割手段及び集光レンズアレイによって、アフォーカル光学系と同様の機能を実現できることから、部材点数の省略による照明装置の小型化、軽量化、及び低コスト化等を実現することが可能となる。
【０１２１】
９．照明装置の第９の実施の形態
図１３は、本発明の照明装置の第９の実施の形態の概略的構成を示す断面図である。
【０１２２】
この第９の実施の形態では、さらに、光束径をＸ軸及びＹ軸方向に圧縮する作用を有する凹レンズ９００が重畳レンズ６２０と液晶装置１０００の間に配設されている点に特徴を有する。その他の部分については、第４の実施形態と同様に構成することが可能である。第４の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。凹レンズ９００は光学収差を低減するため、複数枚のレンズ（本実施の形態では２枚の凹レンズ９００ａ，９００ｂ）を組み合わせて形成された組レンズとすることが望ましい。
【０１２３】
このような構成を有することから、本実施の形態では、第４の実施の形態、あるいは、第８の実施の形態で説明した作用効果に加えて、被照明領域である液晶装置１０００に入射する光束の入射角を小さくできると共に、同じ入射角を設定した場合には、照明装置のＺ軸方向の大きさを小型化することができる。特に前者の効果は、偏光ビームスプリッターのように、偏光分離膜４２と同様な入射角依存性を有する光学素子を用いた光学系（例えば反射型光学系）に本実施の形態の照明装置を適用した場合に、光束の入射角を小さくすることにより光学系全体の光利用効率を向上させることが可能となる。
【０１２４】
なお、凹レンズ９００を一方向にのみレンズパワーを有するシリンドリカル状凹レンズとし、被照明領域である液晶装置１０００に入射する光束の入射角を一方向においてのみ小さくした構成とすることも可能である。
【０１２５】
Ｂ．プロジェクタ
次に、本発明に係るプロジェクタの例について、図１４〜図１８を参照しつつ説明する。
【０１２６】
１．第１の実施の形態
図１４は、本発明に係るプロジェクタの第１の実施の形態を示す概略平面図である。本実施の形態のプロジェクタは、照明装置１と、照明装置１から射出された光束に画像情報を付して表示画像を形成するための手段（偏光ビームスプリッター６０、偏光板７０，７２、電気光学装置の一例としての反射型の液晶装置１０００’）と、形成された表示画像を投写する投写光学系（投写レンズ３００）とによって大略構成されている。
【０１２７】
照明装置１は、図５及び図６を参照しつつ説明した照明装置（照明装置の第２の実施の形態）と同一のものである。照明装置１から射出された光束は、予めほぼ１種類の直線偏光光束（本実施の形態ではＳ偏光光束）に変換されて後述する偏光ビームスプリッター６０に導かれる。なお、前述した照明装置の他の実施の形態にかかるものを本実施の形態の照明装置１として使用することも可能である。
【０１２８】
偏光ビームスプリッター６０は、２つの直角プリズムの斜面同士を、その間に偏光分離面６２を挟んで接合したものであり、入射した非偏光光束を偏光方向が略直交する２種類の直線偏光光束に空間的に分離する機能を有する光学素子である。
【０１２９】
偏光分離面６２は、偏光変換手段４０を形成する偏光分離膜４２と同様に誘電体多層膜で形成され、偏光方向が略直交する２つの直線偏光光束（Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束）の一方を透過し、他方を反射する。本実施の形態の偏光分離面６２はＳ偏光光束を反射するように形成されているが、Ｓ偏光光束を透過するように形成されていてもよい。
【０１３０】
照明装置１から射出されたＳ偏光光束は、偏光板７０を経て偏光ビームスプリッター６０に入射し、偏光分離面６２で反射され、その進行方向を略９０度曲げられ液晶装置１０００’に入射する。
【０１３１】
液晶装置１０００’は、図示しない外部からの画像信号に応じて入射した光を変調し、具体的には偏光状態を変え、入射側と同じ側から射出する。
【０１３２】
ところで、前記偏光分離面６２は、その偏光分離性能が入射光束に対して大きな入射角依存性を有する。
【０１３３】
図１８には、前記偏光分離面６２と、照明装置１から入射されるＳ偏光光束（入射光２）との関係が示されている。入射光束２の進行方向（入射光束の光中心軸方向）をＺ軸方向とする。そして、この入射光束２の中心軸が偏光分離面６２と交差する位置における、この偏光分離面６２の法線をＲとする。そして前記入射光束２の中心軸Ｚと法線Ｒとを含む面を入射面４と定義する。
【０１３４】
また、前記入射光束２のＺ軸に対し、１２時の方向をＹ軸方向とし、３時の方向をＸ軸方向と定義する。このＺ軸、Ｙ軸、Ｘ軸の関係は、前述した図１に示すＺ軸、Ｙ軸、Ｘ軸の関係と何ら変わるところはない。
【０１３５】
偏光分離面６２の偏光分離性能は、入射面４と直交するＹ方向においてその入射角が大きくなると、著しく低下する特徴を有する。具体的には、入射光束２のＸＹ断面形状が、入射面４と直交するＹ方向に大きくなると、偏光分離面６２の偏光分離性能が著しく低下する。
【０１３６】
前記入射光束２の断面形状は、前述した図３〜図５に示すように、光束分割手段２０により仮想面内に形成される部分光束全体の断面形状とほぼ相似形となる。
【０１３７】
しかも、本実施の形態においては、図３〜図５に示すように、偏光変換手段４０において偏光分離膜４２が並ぶ方向がＸ軸方向となるように設定されているため、前記部分光束群は、前述したリレー光学系３０により入射光束２のＸ軸方向が前記入射面４と平行になるように偏光分離面４２に入射される。もちろん、光束分割手段としてレンズアレイを使用した他の照明装置を用いた場合でも、前記部分光束群は、重畳光学系６２０により、その入射光束２のＸ軸方向が前記入射面４と平行になるように偏光分離面４２に入射される。
【０１３８】
本実施の形態で使用される照明装置１では、光束分割手段２０から射出された部分光束によって図６（ａ）、（ｂ）に示す位置に複数の光源像を形成する構成を採用している。具体的には、複数の光源像を形成する部分光束全体の断面寸法が、Ｙ軸方向が狭くＸ軸方向に長くなるように形成されている。従って、図１８に示す入射光束２の断面形状も、入射面４と直交するＹ軸方向には狭く入射面４と平行なＸ軸方向に広い形状となる。
【０１３９】
この結果、偏光分離面６２へ入射する入射光束２のＹ軸方向における入射角度を小さくすることができ、入射光束２に対する偏光分離面６２の偏光分離性能が向上し、明るくコントラスト比の高い投写画像を実現することが可能となる。しかも、投写光学系における光利用効率が向上するため、より鮮明な投写画像の生成が可能となる。
【０１４０】
次に、液晶装置１０００’の構成例を図１５及び図１６に示す。図１５は液晶装置１０００’を形成する反射型基板の平面図、図１６は液晶装置１０００’の部分拡大断面図である。
【０１４１】
これらの図において、液晶装置１０００’は、ガラス基板等の透明基板からなる入射側基板１０１０及び反射側基板１０２０の間に、ＴＮ型等の液晶１０３０をシール材１０３１にて封入して形成される。
【０１４２】
反射側基板１０２０には、図１５に示すように、中央部に画素電極１０２１がマトリクス状に形成されてなる画素領域１０２２が設けられ、その周囲に、信号線に画像データを供給する信号線駆動回路１０２３や上記信号線上の電圧を画素電極に印加するスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のゲートが接続された走査線１０４２を順番に選択する選択走査線駆動回路１０２４、パッド領域１０２５を介して外部から入力される画像データを取り込む入力回路１０２６、これらの回路を制御するタイミング制御回路１０２７等からなる周辺回路が設けられている。
【０１４３】
また、反射側基板１０２０の表面には、ＴＦＴの動作領域となるポリシリコン等の半導体層１０４１が島状に形成され、この半導体層１０４１の上にはゲート絶縁膜を介して２層目のポリシリコンまたはポリシリコンと高融点金属の多層からなる走査線兼ゲート電極１０４２が形成され、この走査線兼ゲート電極１０４２の上方から入射側基板１０２０の表面にかけてはＰＳＧ膜のような層間絶縁膜１０４３が形成されている。また、この層間絶縁膜１０４３の上にはアルミニウム等の金属層からなる信号線１０４４が形成され、この信号線１０４４は層間絶縁膜１０４３に形成されたコンタクトホールにて半導体層１０４１のゲート電極１０４２の側方に位置するソース（もしくはドレイン）領域に接続されている。
【０１４４】
そして、信号線１０４４及び層間絶縁膜１０４３の上には二酸化シリコンのような絶縁物からなるＬＴＯ（Ｌｏｗ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｏｘｉｄｅ）膜あるいはスピンコートにより形成されたＳＯＧ膜などからなる平坦化膜１０４５が形成され、この平坦化膜１０４５の上に２層目のアルミニウム層等の金属からなる画素電極１０２１が形成され，この画素電極１０２１の一部が平坦化膜１０４５及び層間絶縁膜１０４３に形成されたコンタクトホールにてＴＦＴのドレイン（もしくはソース）領域に電気的に接続されている。
【０１４５】
このように、液晶装置１０００’がＴＮ型液晶を採用した反射型液晶装置であることから、液晶層１０３０への印加電圧がほぼ０の画素（ＯＦＦ状態）では、入射した光は液晶層１０３０にて楕円偏光され、画素電極１０２１により反射され、液晶層１０３０により再度楕円偏光されるので、入射した光の偏光軸とほぼ９０度ずれた偏光軸の光として反射・射出される。一方、液晶層１０３０に電圧印加された画素（ＯＮ状態）では、入射した光のまま画素電極に至り、反射されて，入射時と同一方向の偏光軸のまま反射・射出される。また、画素電極１０２１に印加された電圧に応じてＴＮ型液晶の液晶分子の配列角度が変化するので、入射光に対する反射光の偏光軸の角度は、画素のトランジスタを介して画素電極に印加する電圧に応じて可変される。
【０１４６】
例えば、液晶装置１０００’にＰ偏光の光が入射されると、ＯＦＦ状態画素はＳ偏光に変換して反射・射出し、ＯＮ状態画素はＰ偏光のまま反射・射出する。
【０１４７】
なお、単結晶シリコンのような半導体基板の上にＭＯＳＦＥＴや画素電極などを形成したものを液晶装置１０００’の反射型基板として用いることもできる。
【０１４８】
また、画素電極へ電圧を印加する素子として、ＭＩＭ（Ｍｅｔａ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）等の２端子型非線形素子を使用することも可能である。さらに、ＴＮ型液晶に代えて、垂直配向型やねじれの無い水平配向型、強誘電型等、種々用いることができる。
【０１４９】
本実施の形態において、液晶装置１０００’は、図１４に示すように偏光ビームスプリッター６０の偏光分離面６２にて反射された光の進行方向に設置されている。なお、偏光ビームスプリッター６０の偏光分離面６２が照明装置１からの直線偏光光束を透過するように形成されている場合には、透過光の進行方向に液晶装置１０００’を設置した構成とすることができる。
【０１５０】
また、液晶装置１０００’から射出された光は、上述のように画像信号に応じて部分的にＰ偏光光束に変換されているため、再び偏光ビームスプリッター６０に入射したこれらの偏光光束は偏光分離面６２を透過し、偏光板７２を経て、投写光学系である投写レンズ３００によりスクリーン２０００上に拡大投影される。
【０１５１】
なお、偏光ビームスプリッター６０の入射側及び射出側に配置された２つの偏光板７０、７２は、それらの偏光板を通過する偏光光束の偏光度をさらに高める機能を有している。したがって、照明装置１から射出される偏光光束の偏光度が十分に高い場合には偏光板７０を、同様に、偏光ビームスプリッター６０から投写光学系に向けて射出される偏光光束の偏光度が十分に高い場合には偏光板７２を省略することができる。
【０１５２】
以上説明したように、本実施の形態のプロジェクタに使用している照明装置１では、光束分割手段２０から射出された部分光束によって図６（ａ）、（ｂ）に示すような位置に複数の光源像を形成する構成を採用しているため、照明装置１における光利用効率が高く、照明装置１から偏光ビームスプリッター６０の偏光分離面に入射する光束のＹ軸方向（入射面４と直交する方向）における入射角度を小さくすることができる。そのため、偏光ビームスプリッター６０への光入射率と偏光ビームスプリッター６０における光利用効率を向上させることができ、光学系全体の光利用効率も向上させることができる。さらに、光束分割手段２０によってＹ軸方向に並ぶ光源像の間隔が狭められた結果、偏光分離手段４０のＹ軸方向の寸法を小さくできるため、照明装置１の小型化・低コスト化によるプロジェクタの小型化・低コスト化を達成することが可能となる。
【０１５３】
このように、本実施の形態では、プロジェクタにおける光学系全体の光利用効率が向上することから、極めて明るく、コントラスト比の高い投写画像を実現することが可能となる。
【０１５４】
２．第２の実施の形態
図１７は、本発明に係るプロジェクタの第２の実施の形態の要部を示す概略平面図である。本実施の形態は、上記第１の実施の形態の変形例であり、偏光ビームスプリッター６０から射出された光束を、分光手段としてのくさび型プリズムを用いて赤色光、青色光、緑色光に分離し、各色光毎に対応して設けられた３枚の液晶装置に各色光を入射させてカラー画像を実現する点に特徴を有する。よって、第１の実施の形態と共通の部材に付いては、同一の符号を付してその説明を省略する。第１の実施形態と共通の部分については、第１の実施形態と同様に構成することが可能である。
【０１５５】
さらに、この第２の実施の形態では、偏光分離面６２へ入射する入射光束２は、図１８を用いて説明した前記第１の実施の形態と同様に、偏光分離面６２の入射面４と直交するＹ軸方向には狭く、入射面４と平行なＸ軸方向には広くなるような断面形状に形成されている。従って、前記第１の実施の形態と同様に、偏光分離面６２の偏光分離性能が向上し、明るくコントラスト比の高い投写画像を生成することができる。なお、その構成は前記第１の実施の形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【０１５６】
図１７において、分光手段１００は、３つのくさび型プリズム１００ａ，１００ｂ，１００ｃを組合せて形成されている。くさび型プリズム１００ａは、直角三角形の断面形状を有する角柱状を成し、直角を挟む辺の一方に相当する面に赤色光を反射し他の色光を透過する赤色用ダイクロイック膜Ｒが形成され、斜辺に相当する面を偏光ビームスプリッター６０に間隔をおいて対面させて設置されている。また、くさび型プリズム１００ｂは、くさび型プリズム１００ａとほぼ同様の構成を有するが、赤色用ダイクロイック膜Ｒの代わりに青色を反射し他の色を透過する青色用ダイクロイック膜Ｂが形成され、斜辺に相当する面をくさび型プリズム１００ａの赤色用ダイクロイック膜Ｒに間隔を置いて対面させて設置されている。さらに、くさび型プリズム１００ｃは、一辺が斜辺として形成された略台形状の断面形状を有する角柱状を成し、斜辺に相当する面をくさび型プリズム１００ｂの青色用ダイクロイック膜Ｂに当接させて設置されている。
【０１５７】
なお、本実施の形態において、分光手段１００は、偏光ビームスプリッター６０の偏光分離面６２にて反射された光の進行方向に設置されているが、偏光ビームスプリッター６０の偏光分離面６２が照明装置１からの直線偏光光束を透過するように形成されている場合には、透過光の進行方向に分光手段１００を設置した構成とすることができる。
【０１５８】
液晶装置１０００Ｒ’は、赤色光を変調する反射型液晶装置であり、くさび型プリズム１００ａの直角を挟む面の内赤色用ダイクロイック膜Ｒが形成されていない面に対面させて設置されている。また、液晶装置１０００Ｂ’は、青色光を変調する反射型液晶装置であり、くさび型プリズム１００ｂの直角を挟む面の内青色用ダイクロイック膜Ｂが形成されていない面に対面させて設置されている。さらに、液晶装置１０００Ｇ’は、緑色光を変調する反射型液晶装置であり、くさび型プリズム１００ｃの斜辺の対辺に相当する面に対面させて設置されている。各液晶装置１０００Ｒ’、１０００Ｂ’、１０００Ｇ’は、上述した第１の実施の形態に使用される液晶装置１０００’と同一の構成を有している。
【０１５９】
本実施の形態において照明装置１から射出され偏光ビームスプリッター６０の偏光分離面６２にて反射された直線偏光光束は、まずくさび型プリズム１００ａに入射し、赤色用ダイクロイック膜Ｒにて赤色光とその他の光に分離される。上述のように、くさび型プリズム１００ａと偏光ビームスプリッター６０の間には間隔が形成されていることから，くさび型プリズム１００ａにおける偏光ビームスプリッター６０との界面が全反射面となる。同様に、くさび型プリズム１００ｂにおいてくさび型プリズム１００ａに対面する面も、全反射可能な界面となる。このため、赤色用ダイクロイック膜Ｒにて反射された赤色光は、くさび型プリズム１００ａの界面で全反射して赤色専用の液晶装置１０００Ｒ’に入射し、変調されて、同一光路を戻る。赤色用ダイクロイック膜Ｒを透過してくさび型プリズム１００ｂ入射した光の内、青色光は青色用ダイクロイック膜Ｂにて反射され、くさび型プリズム１００ｂの界面において全反射して青色専用の液晶装置１０００Ｂ’に入射し、変調されて、同一光路を戻る。青色用ダイクロイック膜Ｂを透過した緑色光は、くさび型プリズム１００ｃ内を略直進して緑色専用の液晶装置１０００Ｇ’に入射し、変調されて、同一光路を戻る。
【０１６０】
各液晶装置１０００Ｒ’、１０００Ｂ’、１０００Ｇ’にて変調され、同一光路を戻って偏光ビームスプリッター６０に再度入射した各色光は、今度は偏光分離面６２を透過し、投写手段である投写レンズ３００によって前方のスクリーン２０００上に拡大投写される。３枚の液晶装置１０００Ｒ’、１０００Ｂ’、１０００Ｇ’により変調された３つの色光は、以上の過程においてスクリーン２０００上では同位置に重なるように投写される。
【０１６１】
本実施の形態によれば、カラー画像を実現可能な３板型のプロジェクタにおいて、光学系全体の光利用効率の向上並びに、小型化・低コスト化を達成することが可能となる。
【０１６２】
なお、本実施の形態では、図１７に示すように、各液晶装置１０００Ｒ’、１０００Ｂ’、１０００Ｇ’の寸法に比べて、偏光ビームスプリッター６０等の寸法が相対的に大きくなっている。このため、偏光ビームスプリッター６０の光源側に光束を細くするための集光レンズを配置することが好ましい。
【０１６３】
３．第３の実施の形態
図１９は、本発明に係るプロジェクタの実施の形態を示す概略平面図である。本実施の形態のプロジェクタは、照明装置２と、照明装置２から射出された光束を赤色光、青色光、緑色光に分離する分光手段としてのダイクロイックミラー１１０と、ダイクロイックミラー１１０にて分離された各色光を略平行化して液晶装置１１００に導く平行化レンズ１２０と、液晶装置１１００で変調された光をスクリーン２０００に拡大投写する投写光学系としての投写レンズ３００によって大略構成されている。
【０１６４】
照明装置２は、図１０を参照しつつ説明した照明装置（第６の実施の形態）と同一のものである。なお、前述した照明装置の他の実施の形態にかかるものを本実施の形態の照明装置２として使用することも可能である。
【０１６５】
ダイクロイックミラー１１０は、赤色光、緑色光、青色光を選択的に反射または透過する互いに異なる波長選択反射膜がそれぞれ形成され、互いに所定の角度を有して配置された３枚のダイクロイックミラー１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂを備えている。これら３枚のダイクロイックミラー１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂは誘電体多層膜によって形成できる。例えば、ダイクロイックミラー１１０Ｒは、赤色光を反射し、緑色光、青色光を透過するミラーである。ダイクロイックミラー１１０Ｇは、ダイクロイックミラー１１０Ｒを透過した緑色光、青色光をさらに分離するミラーであって、緑色光を反射して、青色光を透過する。ダイクロイックミラー１１０Ｂは、ダイクロイックミラー１１０Ｇを透過した青色光を反射するミラーである。各ダイクロイックミラー１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂは、互いに所定の角度を持って配置されており、反射された光は平行化レンズ１２０を経て、それぞれ異なる方向から液晶装置１１００に入射する。なお、ダイクロイックミラー１１０は３枚のダイクロイックミラー１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂによって構成されているが、光路上で最も後ろ側に配置されたミラー（１１０Ｂ）は一般的な全反射ミラーでもよく、少なくとも２つのダイクロイックミラーを用いれば分光手段を構成することができる。また、ダイクロイックミラーでなくとも波長選択反射膜が形成されたプリズムに置き換えてもよい。また、赤色光、緑色光、青色光の各色光の分光の順序はいずれでも構わない。
【０１６６】
図２０は、図１９における液晶装置１１００の部分断面図（ＺＹ平面で切断した部分断面図）である。液晶装置１１００は、ダイクロイックミラー１１０により分光された各色光束のそれぞれに対応する３種類（３色分）のサブ画素１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂとμレンズアレイ１１３３を有しており、３つのサブ画素１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂに対して１つのマイクロレンズ１１３３ａが対応するように構成されている。液晶装置１１００は、ダイクロイックミラー１１０により分光された各色光束をそれぞれ対応する画素に集光するためのマイクロレンズアレイ１１３３を備えたアクティブマトリクス液晶パネル（以下「液晶パネル」という）１１１０を含んで成り、それらの前後には不図示の一対の偏光板が配置される。液晶パネル１１１０は、２枚の硝子等の透明基板１１３４、１１３５の間にＴＮ型液晶１１３６が封入され、一方の基板１１３４には共通電極１１３７および不要光を遮蔽する遮光マトリクス部として機能するブラックマトリクス１１３８等が形成され、他方の基板１１３５には画素電極１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂ、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１１４０等が形成され、ＴＦＴ１１４０を介して画素電極１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂに電圧が印加されると共通電極１１３７との間に挟まれた液晶１１３６が駆動される構成である。なお、他方の基板１１３５には、複数の走査線と複数のデータ線が交差して配置され、その交差部付近にＴＦＴ１１４０がゲートを走査線、ソースをデータ線、ドレインを画素電極１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂに接続して配置される。そして、走査線には順次選択電圧が印加され、それに応じてオンした水平方向の画素のＴＦＴ１１４０を介して各画素の駆動電圧が画素電極１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂに書き込まれる。ＴＦＴ１１４０は非選択電圧の印加によりオフとなり印加された駆動電圧を図示されない蓄積容量等に保持する。液晶パネルの画素開口部（ブラックマトリクス１１３８の画素開口部）に相当する領域に画素電極１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂは配置され、ＴＦＴ１１４０と画素電極１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂ（必要に応じて画素電極に接続された蓄積容量）により各画素が構成される。本実施の形態において、透過型液晶パネル１１１０の詳細な断面構成の説明は割愛するが、図１６における反射型液晶パネルにおける反射型画素電極１０２１をＩＴＯ等の透明導電膜に置き換えた構造となる。
【０１６７】
なお、画素電極へ電圧を印加する素子としては、ＭＩＭ（Ｍｅｔａ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）等の２端子型非線形素子を使用することも可能である。さらに、ＴＮ型液晶に代えて、垂直配向型やねじれの無い水平配向型、強誘電型等、種々用いることができる。
【０１６８】
ここで、３色分のサブ画素を１枚の液晶装置に形成する場合には、一般に、液晶装置の大型化を避けるため、単色の液晶装置における１画素分のスペース内に３色分のサブ画素が形成される。また、３色分のサブ画素の各々は縦長に形成され、人間の視覚特性を考慮して、人間の目から見て横方向に３色に対応したサブ画素が並ぶように配置される。このため、サブ画素１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂの開口部は、図２１に示すように、Ｘ軸方向に長い矩形をなす。図２１は、サブ画素の開口部の形状及び配置を示す概略正面図である。
【０１６９】
ダイクロイックミラー１１０で分光されると共に射出方向が分離された３種類の赤色光、緑色光、青色光は、マイクロレンズ１１３３ａによって集光され、対応するサブ画素１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂの開口部に入射する。サブ画素１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂに入射した各色光は、図示しない外部からの画像情報に応じて変調され、投写光学系である投写レンズ３００によりスクリーン上２０００に拡大投影される。この形態の液晶装置１１００では、大きな光損失を伴うカラーフィルターを用いることなくカラー画像を形成できるので、液晶装置における光利用効率が高いという特徴がある。
【０１７０】
このようにサブ画素１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂの開口部がＸ軸方向に長い矩形をなすことから、液晶装置１１００における光の利用効率を向上させ、混色を防止する上では、照明装置２から射出される光束の平行性をサブ画素の形状異方性に合わせた特性とすることが重要である。すなわち、光束の平行性をサブ画素の長手方向に対応する（図２１の）Ｘ軸方向でよりも、サブ画素の短手方向に対応する（図２１の）Ｙ軸方向でより高めることが重要となる。このため、本実施の形態における照明装置２は、例えば図３に示すように、偏光変換手段４０の偏光分離膜４２が列ぶ方向（図３、図１９ではＸ軸方向）が液晶装置１１００のサブ画素１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂが列ぶ方向（図１９ではＹ軸方向）に対して略直交するように、配置される。
【０１７１】
すなわち、前述したように、光束分割手段２０、６００によって偏光分離手段４０の偏光分離膜４２上に結像される光束群は、例えば図６に示すようにＹ軸方向に狭くＸ軸方向に広がったほぼ長方形状に形成される。本実施の形態では、前記光束分割手段２０、６０により仮想平面内に形成される光束群全体の形状が、図２１に示す開口部１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂとほぼ相似形をした長方形状となるように形成する。そして、このように全体形状が長方形状に形成された光束群を、前述した光学系を用いて３種類の赤色光、緑色光、青色光に分離し、マイクロレンズ１１３３ａを介して対応するサブ画素１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂの開口部に入射する。このとき入射される各赤色光、緑色光、青色光の断面形状は、断面が前記長方形状をした前記開口部１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂとほぼ同一の断面形状とすることができる。このため、各原色光を対応する開口部１１３９内をはみ出すことなく通過させ、対応するサブ画素に入射させることが可能となる。この結果、光の利用効率が向上し、しかも原色光が隣接する他の開口部へ侵入することがないため、混色等が効果的に防止され、色のにじみのないきれいなカラー画像を生成することができる。
【０１７２】
また、エッチング等により硝子板上に形成されたマイクロレンズアレイ１１３３と一方の基板１１３４とが、低屈折率の樹脂層（接着剤）１１４１を介して互いに接着されている。マイクロレンズアレイ１１３３の単位レンズ（レンズの凸部または凹部）は、液晶装置１１００の水平方向（走査線方向）の画素ピッチの３倍に相当するピッチを有し、ダイクロイックミラー１１０にて異なる角度で反射して出射する赤色光、緑色光、青色光がマイクロレンズアレイ１１３３の各単位レンズに異なる角度で入射し、この各単位レンズにより赤色光、緑色光、青色光がそれぞれ水平方向に隣接して単位レンズと対応する３つの画素の画素電極１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂ付近に集光されるようになる。マイクロレンズアレイ１１３３の各単位レンズは、各色光をこのレンズと対応する３つの隣接画素の画素電極に入射光を集光するような焦点距離を有する。図においては、液晶装置１１００に対して略直進して入射される緑色光Ｇはマイクロレンズアレイ１１３３の単位レンズにより画素電極１１３９Ｇに集光されてそのまま出射される。一方、ダイクロイックミラー１１０Ｒと１１０Ｂが１１０Ｇに対して有する角度に対応した角度で、緑色光Ｇに対して互いに対称に入射される赤色光Ｒと青色光Ｂは、単位レンズにより画素電極１１３９Ｒと１１３９Ｂにそれぞれ集光され、緑色光Ｇと対称な角度をもって出射される。なお、ダイクロイックミラー１１０での分光の順序が異なれば、それに応じて図２０に示される液晶装置１１００への色光の入射位置も異なる。
【０１７３】
上記のようにして液晶装置１１００の画素電極１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂに対して集光した各光束は、液晶装置１１００に印加された信号に応じた変調を受けて出射し、投写手段である投写レンズ３００によって前方のスクリーン２０００上に拡大投写される。隣接する３つの画素により変調された３つの色光は、以上の過程においてスクリーン２０００上では同位置に重なるように投写される。
【０１７４】
本実施の形態のプロジェクタによれば、光利用効率の高い照明装置２が使用されることから、ダイクロイックミラー１１０への光入射率が向上する。また、上述のように、サブ画素１１３９Ｒ、１１３９Ｇ、１１３９Ｂの開口部の形状及びその配列の仕方と、照明装置２から射出される光束の平行性との関係を考慮して照明装置２を配置していることから、マイクロレンズアレイ１１３３にて集光された色光を所定の画素のみに効率よく入射させることができる。その結果、本実施の形態では、隣接する他の画素への色光の入射が防止され、混色や色のにじみのない鮮明な投写画像を実現することが可能となる。さらに、レンズアレイからなる光束分割手段が使用されていることから、照明装置２の小型化・軽量化による投射型表示装置の小型化・軽量化が可能となる。
【０１７５】
なお、本発明の実施の形態は、上述の例に限定されるものではなく、発明の範囲内において種々変更することができる。例えば、図１、図５に示す照明装置に代えて、図７〜図１３のいずれかの照明装置を使用してもよい。また、プロジェクタは、スクリーンを背面から投写するリア型でも、前面から投写するフロント型でもかまわない。図１４、図１７、図１９等に示す本発明のプロジェクタにおける被照明領域を、液晶に代えて、光照射されるスクリーン領域やスライド・映画・ＯＨＰ・写真等のフィルム、等の各種の被照明部材に置き換えて、プロジェクタを構成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の照明装置の第１の実施の形態を示す概略平面図である。
【図２】光束分割手段の形状と光源像の形成位置及び偏光変換手段の構成との関係を示す概略斜視図である。
【図３】偏光変換手段の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は外観斜視図である。
【図４】本実施の形態における光源像の形成位置と偏光変換手段の関係を示す正面図であり、（ａ）は光源像相互の位置関係を示し、（ｂ）は光源像と偏光変換手段の関係を示している。
【図５】本発明の照明装置の第２の実施の形態の要部を示す斜視図である。
【図６】本実施の形態における光源像の形成位置と偏光変換手段の関係を示す正面図であり、（ａ）は光源像相互の位置関係を示し、（ｂ）は光源像と偏光変換手段の関係を示している。
【図７】本発明の照明装置の第３の実施の形態の要部を示す図であり、（ａ）は長方形の入射端面の中央部に略正方形状の入射許容開口が形成された例を、（ｂ）は正方形状の入射端面の中央部に円形の入射許容開口が形成された例を、それぞれ示す。
【図８】本発明の照明装置の第４の実施の形態の概略的構成を示す平面図である。
【図９】本発明の照明装置の第５の実施の形態の概略的構成を示す平面図である。
【図１０】本発明の照明装置の第６の実施の形態の概略的構成を示し、（ａ）はＸ軸方向から見た断面図、（ｂ）はＹ軸方向から見た平面図である。
【図１１】本発明の照明装置の第７の実施の形態の概略的構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の照明装置の第８の実施の形態の概略的構成を示す図であり、（ａ）はＸ軸方向から見た断面図、（ｂ）はＹ軸方向から見た断面図である。
【図１３】本発明の照明装置の第９の実施の形態の概略的構成を示す断面図である。
【図１４】本発明に係るプロジェクタの第１の実施の形態を示す概略平面図である。
【図１５】本実施の形態に使用される液晶装置を形成する反射型基板の平面図である。
【図１６】本実施の形態に使用される液晶装置の部分拡大断面図である。
【図１７】本発明に係るプロジェクタの第２の実施の形態の要部を示す概略平面図である。
【図１８】本実施の形態における入射光束と偏光分離膜との関係の説明図である。
【図１９】本発明に係るプロジェクタの第３の実施の形態を示す概略平面図である。
【図２０】図１９における液晶装置の部分断面図である。
【図２１】ブラックマトリクスの開口部の形状及び配置を示す概略正面図である。
【符号の説明】
２　入射光束
４　入射面
１０，１０’　光源
１２　楕円リフレクター
１４　パラボラリフレクタ−
２０，２０’，６００　光束分割手段
２２　入射端面
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ　反射面
２６　射出端面
２８　遮蔽手段
３０，３２，５０，５２　リレー光学系
４０　偏光変換手段
４１　偏光変換部
４２　偏光分離膜
４４　反射膜
４５　入射部
４６　位相差板
６０　偏光ビームスプリッター
６２　偏光分離面
６２０　重畳光学系
７００　アフォーカル光学系（縮小光学系）
７１０　シリンドリカル状凸レンズ
７２０　シリンドリカル状凹レンズ
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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