(57)【要約】【課題】照明光学系を構成する光学要素の省略化、簡略化を図る。【解決手段】偏光発生部は、ｙ方向の大きさがｘ方向の大きさよりも短い略矩形状の光入射面１３２を有しており、光入射面１３２に入射した略平行な光線束を、偏光方向が互いに直交する２種類の偏光光線束に分離する。２種類の偏光光線束をｙ方向に沿って並べることにより、射出する光線束の断面形状をｙ方向に沿って略平行なままで拡大する。２種類の偏光光線束のうちの一方の偏光方向を他方の偏光方向に揃えることにより、ほぼ１種類の偏光光線束を生成する。光源装置１１０のリフレクタ１１４は、反射凹面の焦点位置に配置された発光管１１２の発光部１１２ｃから射出された光を反射する。発光管には、光源装置から射出される光線束の断面形状が偏光発生部の光入射面に近い形状となるように、発光部１１２ｃの管面上の一部に反射面１１２ｍが形成されている。【選択図】        図２
2004191796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光学系であって、
集光光を射出する光源装置と、
前記集光光を平行化するレンズと、
前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で互いに直交する２つの方向を第１および第２の方向とした場合に、前記第２の方向の大きさが前記第１の方向の大きさよりも短い略矩形状の光入射面を有しており、前記レンズから射出されて前記光入射面に入射した略平行な光線束を、偏光方向が互いに直交する２種類の偏光光線束に分離し、分離された２種類の偏光光線束を前記第２の方向に沿って並べることにより、射出する光線束の断面形状を前記第２の方向に沿って略平行なままで拡大するとともに、分離された２種類の偏光光線束のうちの一方の偏光方向を他方の偏光方向に揃えることにより、所定の偏光方向を有するほぼ１種類の偏光光線束を生成する偏光発生部と、
前記偏光発生部から射出された略平行な偏光光線束を、複数の部分偏光光線束に分割するためのレンズアレイと、
前記複数の部分偏光光線束を所定の照明領域に重畳するための重畳光学系と、を備え、
前記光源装置は、
発光管と、
回転楕円面形状の反射凹面を有し、前記反射凹面の焦点位置に配置された前記発光管の発光部から射出された光を反射するリフレクタと、を備え、
前記発光管には、前記光源装置から射出される光線束の断面形状が前記光入射面に近い形状となるように、前記発光部の管面上の一部に反射面が形成されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
請求項１記載の照明光学系であって、
前記反射面は、前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で前記発光部の中心を含む面よりも、前記光線束の進行方向側に位置する半分の管面上であって、前記半分の管面上を４つの領域に区分した区分領域のうちの、前記第１の方向に沿って対向する２つの区分領域には形成されず、前記第２の方向に沿って対向する他の２つの区分領域に形成されている、照明光学系。
【請求項３】
請求項２記載の照明光学系であって、
前記リフレクタは、前記反射面が形成されている２つの区分領域から光が射出されると仮定した場合に、前記２つの区分領域から射出され得る光を反射するために要する前記反射凹面の領域が削除されている、照明光学系。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の照明光学系であって、
前記偏光発生部は、前記光入射面の前記第１の方向の大きさと前記第２の方向の大きさとの比がほぼ２：１であり、前記射出する光線束の断面形状の前記第１の方向の大きさと前記第２の方向の大きさとの比がほぼ１：１となるように、前記光入射面から入射した略平行な光線束を前記第２の方向に沿って２倍に拡大する、照明光学系
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の照明光学系であって、
前記偏光発生部は、
前記光入射面を有し、前記光入射面から入射した略平行な光線束を、第２の方向に沿って互いに直交する２種類の偏光光線束に分離するとともに、略平行なままで射出する光線束の断面形状が前記第２の方向に沿って拡大された偏光光線束を射出する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタから射出される２種類の偏光光線束のうちの一方の偏光方向を他方の偏光方向に揃えるための位相差板と、
を備える、照明光学系。
【請求項６】
プロジェクタであって、
請求項１ないし５のいずれかに記載の照明光学系と、
前記照明光学系からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置で得られる変調光を投写する投写光学系と、
を備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項７】
光源装置であって、
発光管と、
回転楕円面形状の反射凹面を有し、前記反射凹面の焦点位置に配置された前記発光管の発光部から射出された光を反射するリフレクタと、を備え、
前記発光管は、前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で互いに直交する２つの方向を第１および第２の方向とした場合に、前記光源装置から射出される光線束の断面形状が、前記第１の方向に比べて前記第２の方向が小さい形状となるように、前記発光部の管面上の一部に反射面が形成されていることを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項７記載の光源装置であって、
前記反射面は、前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で前記発光部の中心を含む面よりも、前記光線束の進行方向側に位置する半分の管面上であって、前記半分の管面上を４つの領域に区分した区分領域のうちの、前記第１の方向に沿って対向する２つの区分領域には形成されず、前記第２の方向に沿って対向する他の２つの区分領域に形成されており、
前記リフレクタは、前記反射面が形成されている２つの区分領域から光が射出されると仮定した場合に、前記２つの区分領域から射出され得る光を反射するために要する前記反射凹面の領域が削除されている、光源装置。
【請求項９】
発光管であって、
所定の中心軸に垂直で光を射出する発光部の中心を含む面によって区分される前記発光部のいずれか一方の半分の管面上であって、前記一方の半分の管面上を４つの領域に区分した区分領域のうちの、対向する２つの区分領域には反射面が形成されず、対向する他の２つの区分領域に反射面が形成されていることを特徴とする発光管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プロジェクタに含まれる光変調装置を照明する照明光学系に関し、特に、特定の偏光方向を有する偏光光を効率良く射出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタでは、照明光学系から射出された光を液晶パネルなどを用いた光変調装置（ライトバルブとも呼ばれる）を用いて画像情報（画像信号）に応じて変調し、変調された光をスクリーン上に投写することにより画像表示を実現している。
【０００３】
液晶パネルを用いたライトバルブ（以下、「液晶ライトバルブ」とも呼ぶ）は、通常、液晶パネルの入射側および射出側に偏光板を備えており、特定の偏光光が利用される。このため、照明光学系としては、液晶パネルを照明する光が効率良く利用されるために、ランプから射出される偏りのない光（以下、単に「非偏光光」と呼ぶ）を液晶パネルで利用可能な偏光方向を有する偏光光に変換する偏光発生光学系を有するものが利用される。また、偏光発生光学系としては、ランプから射出される非偏光光を、より効率良く偏光光に変換するものが利用される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−６２６０号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９２７４０号公報
【特許文献３】
特開平５−３２３２３６号公報
【０００５】
図６は、従来の照明光学系９００を示す説明図である。この照明光学系９００は、光源装置９２０と、偏光発生光学系９３０と、第１および第２のレンズアレイ９７０，９８０と、重畳レンズ９９０とを備えている。照明光学系９００から射出された光は、システム光軸Ｌａｘを中心軸として射出される。なお、図６において照明光学系９００が照明する照明領域ＬＡは、プロジェクタの光変調装置に対応する。
【０００６】
光源装置９２０は、略平行な光線束を射出する機能を有している。光源装置９２０は、ランプ（発光管）９２２と、回転楕円面形状の凹面を有するリフレクタ９２４と、平行化レンズ９２６とを備えている。ランプ９２２から射出された光は、リフレクタ９２４によって反射され、反射光は、平行化レンズ９２６によってほぼ平行な光に変換される。
【０００７】
ランプ９２２としては、メタルハライドランプや高圧水銀ランプなどが用いられている。平行化レンズ９２６として、非球面レンズが用いられており、具体的には、入射面に回転双曲面形状の凹面を有し、射出面に平面を有する非球面レンズが用いられている。
【０００８】
偏光発生光学系９３０は、２つの光線束拡大部９４０，９５０とλ／２位相差板９６０とを備えている。偏光発生光学系９３０は、入射する光線束の断面形状をほぼ４倍の大きさに拡大して射出する機能を有している。すなわち、第１の光線束拡大部９４０は、入射する光線束の断面形状をｘ方向にほぼ２倍に拡大する機能を有しており、第２の光線束拡大部９５０は、入射する光線束の断面形状をｙ方向にほぼ２倍に拡大する機能を有している。また、偏光発生光学系９３０は、入射する非偏光光から所定の偏光方向を有するほぼ１種類の偏光光を生成する機能を有している。
【０００９】
図７は、図６の偏光発生光学系９３０を拡大して示す拡大斜視図である。図示するように、第１および第２の光線束拡大部９４０，９５０は、略直角三角形の底面を有する略柱状の透光性部材（「直角プリズム」と呼ばれる）が複数個組み合わされて構成されている。なお、透光性部材としては、例えば、ガラスが用いられる。
【００１０】
第１の光線束拡大部９４０は、３つの透光性部材９４１〜９４３を備えている。第１の透光性部材９４１は、第２および第３の透光性部材９４２，９４３と接合されている。第１および第２の透光性部材９４１，９４２の界面には、半透鏡膜（ビームスプリッタ）９４０ａが形成されており、第３の透光性部材９４３には、半透鏡膜９４０ａとほぼ平行に反射膜９４０ｂが形成されている。ここで、半透鏡膜は、入射光量の一部を透過させ、他の一部を反射させる薄膜であり、金属膜や誘電体多層膜で形成されている。本例の半透鏡膜９４０ａは、入射光量のほぼ５０％を透過し、ほぼ５０％を反射する光学特性を有しており、いわゆるハーフミラーとして機能する。また、反射膜９４０ｂは、入射光量をほとんど反射する薄膜であり、誘電体多層膜や金属膜で形成されている。
【００１１】
第１の透光性部材９４１に入射した光は、半透鏡膜９４０ａで２つの光に分離される。半透鏡膜９４０ａを透過した光は、第２の透光性部材９４２を通過して射出される。一方、半透鏡膜９４０ａで反射された光は、第３の透光性部材９４３に入射して、反射膜９４０ｂで反射されて射出される。すなわち、第１の透光性部材９４１に入射した光は分離されて、分離された光は第２および第３の透光性部材９４２，９４３から射出される。これにより、第１の光線束拡大部９４０は、入射する光線束の断面形状をｘ方向にほぼ２倍に拡大する。
【００１２】
第２の光線束拡大部９５０は、６つの透光性部材９５１〜９５６を備えている。第１の透光性部材９５１は、第２および第３の透光性部材９５２，９５３と接合されている。第１および第２の透光性部材９５１，９５２の界面には、偏光分離膜（偏向ビームスプリッタ）９５０ａが形成されており、第３の透光性部材９５３には、偏光分離膜９５０ａとほぼ平行に反射膜９５０ｂが形成されている。ここで、偏光分離膜９５０ａは、入射する非偏光光（ｓ＋ｐ）をｐ偏光光とｓ偏光光とに分離する薄膜であり、誘電体多層膜で形成されている。なお、分離されたｐ偏光およびｓ偏光は、入射光量のほぼ５０％の光量を有している。
【００１３】
第１の透光性部材９５１に入射した非偏光光（ｓ＋ｐ）は、偏光分離膜９５０ａでｐ偏光光とｓ偏光光とに分離される。偏光分離膜９５０ａを透過したｐ偏光光は、第２の透光性部材９５２を通過して射出される。一方、偏光分離膜９５０ａで反射されたｓ偏光光は、第３の透光性部材９５３に入射して、反射膜９５０ｂで反射されて射出される。すなわち、第１の透光性部材９５１に入射した非偏光光（ｓ＋ｐ）は、ｐ偏光光とｓ偏光光とに分離され、それぞれ、第２の透光性部材９５２と第３の透光性部材９５３とから射出される。
【００１４】
なお、第４ないし第６の透光性部材９５４〜９５６は、第１ないし第３の透光性部材９５１〜９５３と同じである。すなわち、第４の透光性部材９５４に入射した非偏光光（ｓ＋ｐ）は、ｐ偏光光とｓ偏光光とに分離され、それぞれ、第５の透光性部材９５５と第６の透光性部材９５６とから射出される。これにより、第２の光線束拡大部９５０は、入射する光線束の断面形状をｙ方向にほぼ２倍に拡大する。
【００１５】
λ／２位相差板９６０は、入射する直線偏光光を、偏光方向が直交する直線偏光光に変換する偏光変換素子としての機能を有している。本例においては、図３に示すように、λ／２位相差板９６０は、第２の光線束拡大部９５０の第２および第５の透光性部材９５２，９５５の射出面に設けられている。第２および第５の透光性部材９５２，９５５から射出されたｐ偏光光は、λ／２位相差板９６０において、ｓ偏光光に変換されて射出される。なお、第３および第６の透光性部材９５３，９５６からは、ｓ偏光光が射出されている。このように、偏光発生光学系９３０に入射した非偏光光（ｓ＋ｐ）は、ｓ偏光光に変換されて射出される。
【００１６】
なお、ｓ偏光光が射出される第３および第６の透光性部材９５３，９５６の射出面にλ／２位相差板を配置すれば、偏光発生光学系９３０に入射する非偏光光をｐ偏光光に変換して射出することができる。
【００１７】
偏光発生光学系９３０は、上記のようにして、入射する非偏光光をｓ偏光光に変換するとともに、入射する光線束の断面形状をほぼ４倍に拡大する。偏光発生光学系１３０から射出された光は、第１のレンズアレイ９７０（図６）に入射する。
【００１８】
第１のレンズアレイ９７０は、マトリクス状に配列された複数の小レンズ９７２を有している。各小レンズ９７２は平凸レンズであり、ｚ方向から見たときの外形形状は、照明領域ＬＡ（光変調装置）と相似形となるように設定されている。第１のレンズアレイ９７０は、偏光発生光学系９３０から射出された略平行なｓ偏光光線束を複数のｓ偏光部分光線束に分割して射出する。
【００１９】
第２のレンズアレイ９８０は、マトリクス状に配列された複数の小レンズ９８２を有しており、第１のレンズアレイ９７０と同様のものが用いられている。第２のレンズアレイ９８０と重畳レンズ９９０とは、第１のレンズアレイ９７０の各小レンズ９７２の像を照明領域ＬＡ上に結像させる機能を有している。
【００２０】
重畳レンズ９９０は、偏光方向の揃った複数のｓ偏光部分光線束を、図６に示すように照明領域ＬＡ上で重畳させる機能を有している。このとき、照明領域ＬＡを照射する光の強度分布は、ほぼ均一となっている。
【００２１】
以上説明したように、従来の照明光学系９００においては、略平行な非偏光光を偏光発生光学系９３０に入射させることにより、光源装置９２０から射出された非偏光光を効率良く偏光光に変換することができる。
【００２２】
また、光源装置９２０から射出された略平行な光線束の大きさを、平行化レンズ９２６の配置位置を調整することによって、かなり小さくできる。これにより、偏光発生光学系９３０を小型化することができ、この結果、照明光学系９００を小型化することが可能となる。
【００２３】
また、照明領域である光変調装置が、例えば、液晶パネルを用いたものである場合、その光学特性は入射光の角度（「呑み込み角」と呼ばれる）に大きく依存する。従来の照明光学系９００においては、偏光発生光学系９３０から射出される光線束について、ｘ方向の大きさとｙ方向の大きさとの比がほぼ１：１となるように設定されている。これにより、照明領域ＬＡのｘ方向とｙ方向とにおける呑み込み角θｘ，θｙは、ほぼ同じ大きさとなっている。従って、プロジェクタにおいて、このような照明光学系９００を用いて光変調装置を照明すれば、色むらや明るさむらのない画像を投写することができる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の照明光学系９００では、偏光発生光学系９３０を２つの光線束拡大部９４０，９５０により構成している。また、第１の光線束拡大部９４０は、直角プリズムと呼ばれる透光性部材を３個組み合わせることにより構成し、第２の光線束拡大部９５０は、６個組み合わせることにより構成している。すなわち、偏光発生光学系９３０は、多くの透光性部材により構成されている。
【００２５】
また、上述したように、平行化レンズ９２６の位置を調整して光源装置９２０から射出される光線束の大きさを小さくすることにより、２つの光線束拡大部９４０，９５０を照明領域である光変調装置と同等の大きさまで小型とすることは可能である。しかしながら、光変調装置と同程度の大きさを有する直角プリズムは比較的高価である。
【００２６】
従って、プロジェクタのさらなる小型化、低価格化のためには、従来の照明光学系９００を構成する光学要素の省略化、簡略化、より具体的には、従来の照明光学系９００を構成する偏光発生光学系９３０の省略化、簡略化が望まれている。
【００２７】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、従来の照明光学系に比べて、照明光学系を構成する光学要素の省略化、簡略化を図ることが可能な技術を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の装置は、照明光学系であって、
集光光を射出する光源装置と、
前記集光光を平行化するレンズと、
前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で互いに直交する２つの方向を第１および第２の方向とした場合に、前記第２の方向の大きさが前記第１の方向の大きさよりも短い略矩形状の光入射面を有しており、前記レンズから射出されて前記光入射面に入射した略平行な光線束を、偏光方向が互いに直交する２種類の偏光光線束に分離し、分離された２種類の偏光光線束を前記第２の方向に沿って並べることにより、射出する光線束の断面形状を前記第２の方向に沿って略平行なままで拡大するとともに、分離された２種類の偏光光線束のうちの一方の偏光方向を他方の偏光方向に揃えることにより、所定の偏光方向を有するほぼ１種類の偏光光線束を生成する偏光発生部と、
前記偏光発生部から射出された略平行な偏光光線束を、複数の部分偏光光線束に分割するためのレンズアレイと、
前記複数の部分偏光光線束を所定の照明領域に重畳するための重畳光学系と、を備え、
前記光源装置は、
発光管と、
回転楕円面形状の反射凹面を有し、前記反射凹面の焦点位置に配置された前記発光管の発光部から射出された光を反射するリフレクタと、を備え、
前記発光管には、前記光源装置から射出される光線束の断面形状が前記光入射面に近い形状となるように、前記発光部の管面上の一部に反射面が形成されていることを特徴とする。
【００２９】
この照明光学系の偏光発生部は、第２の方向の大きさが第１の方向の大きさよりも短い略矩形状の入射面から入射した略平行な光線束を、偏光方向が互いに直交する２種類の偏光光線束に分離し、分離された２種類の偏光光線束を前記第２の方向に沿って並べることにより、射出する光線束の断面形状を前記第２の方向に沿って略平行なままで拡大するとともに、分離された２種類の偏光光線束のうちの一方の偏光方向を他方の偏光方向に揃えることにより、所定の偏光方向を有するほぼ１種類の偏光光線束を生成する。このように、偏光発生部に略平行な光線束を入射させる場合には、光源装置から射出された光を効率よく偏光発生部で処理することができるので、従来の照明光学系と同様に、ほぼ１種類の偏光光を効率よく射出することが可能となる。
【００３０】
また、この照明光学系の光源装置は、偏光発生部の入射面の形状に近い断面形状を有する光線束を射出する。このように、光源装置から射出される光線束が、偏光発生部の入射面の形状に近い断面形状を有している場合には、光源装置から射出された光を効率よく偏光発生部の入射面に入射させて処理することができるので、従来の照明光学系と同様に、ほぼ１種類の偏光光を効率よく射出することが可能となる。
【００３１】
さらに、この照明光学系の偏光発生部は、光源装置から射出される光線束の断面形状を偏光発生部の入射面に近い形状とすることにより、射出する光線束の断面形状を第２の方向にのみ拡大するようにしている。これにより、偏光発生部の省略化、簡略化を図ることが可能であり、照明光学系を構成する光学要素の省略化、簡略化を図ることが可能である。
【００３２】
ここで、前記反射面は、前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で前記発光部の中心を含む面よりも、前記光線束の進行方向側に位置する半分の管面上であって、前記半分の管面上を４つの領域に区分した区分領域のうちの、前記第１の方向に沿って対向する２つの区分領域には形成されず、前記第２の方向に沿って対向する他の２つの区分領域に形成されていることが好ましい。
【００３３】
こうすれば、光源装置から射出される光線束の断面形状を光入射面に近い形状とすることができる。
【００３４】
また、前記リフレクタは、前記反射面が形成されている２つの区分領域から光が射出されると仮定した場合に、前記２つの区分領域から射出され得る光を反射するために要する前記反射凹面の領域が削除されていることが好ましい。
【００３５】
こうすれば、照明光学系の光源装置を小型化することが可能であり、結果として照明光学系を小型化することが可能である。
【００３６】
なお、上記の照明光学系において、前記偏光発生部は、前記光入射面の前記第１の方向の大きさと前記第２の方向の大きさとの比がほぼ２：１であり、前記射出する光線束の断面形状の前記第１の方向の大きさと前記第２の方向の大きさとの比がほぼ１：１となるように、前記光入射面から入射した略平行な光線束を前記第２の方向に沿って２倍に拡大することも好ましい。
【００３７】
この照明光学系をプロジェクタに適用して液晶ライトバルブのような光変調装置を照明すれば、投写表示される画像の色むらや明るさむらを低減することが可能となる。
【００３８】
上記の照明光学系において、
前記偏光発生部は、
前記光入射面を有し、前記光入射面から入射した略平行な光線束を、第２の方向に沿って互いに直交する２種類の偏光光線束に分離するとともに、略平行なままで射出する光線束の断面形状が前記第２の方向に沿って拡大された偏光光線束を射出する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタから射出される２種類の偏光光線束のうちの一方の偏光方向を他方の偏光方向に揃えるための位相差板と、
を備えるようにしてもよい。
【００３９】
このようにすれば、照明光学系は、光線束を略平行なまま第２の方向に拡大させることができるとともに、ほぼ１種類の偏光光を効率よく射出することが可能となる。
【００４０】
本発明の第２の装置は、プロジェクタであって、
上記のいずれかに記載の照明光学系と、
前記照明光学系からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置で得られる変調光を投写する投写光学系と、
を備えることを特徴とする。
【００４１】
このプロジェクタは、上記の照明光学系を備えているので、照明光学系において、ほぼ１種類の偏光光を効率よく射出することが可能となる。照明光学系を構成する光学要素の省略化、簡略化を図ることが可能となる。これにより、プロジェクタによって投写表示される画像の明るさを向上させることが可能となる。また、プロジェクタを構成する光学要素の省略化、簡略化を図ることが可能となり、プロジェクタの小型化を図ることが可能である。
【００４２】
本発明の第３の装置は、光源装置であって、
発光管と、
回転楕円面形状の反射凹面を有し、前記反射凹面の焦点位置に配置された前記発光管の発光部から射出された光を反射するリフレクタと、を備え、
前記発光管は、前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で互いに直交する２つの方向を第１および第２の方向とした場合に、前記光源装置から射出される光線束の断面形状が、前記第１の方向に比べて前記第２の方向が小さい形状となるように、前記発光部の管面上の一部に反射面が形成されていることを特徴とする。
【００４３】
この光源装置を、上記照明光学系に適用すれば、従来の照明光学系と同様に、ほぼ１種類の偏光光を効率よく射出することが可能となるとともに、照明光学系を構成する光学要素の省略化、簡略化を図ることが可能となり、照明光学系の小型化を図ることが可能である。
【００４４】
本発明の第４の装置は、発光管であって、
所定の中心軸に垂直で光を射出する発光部の中心を含む面によって区分される前記発光部のいずれか一方の半分の管面上であって、前記一方の半分の管面上を４つの領域に区分した区分領域のうちの、対向する２つの区分領域には反射面が形成されず、対向する他の２つの区分領域に反射面が形成されていることを特徴とする。
【００４５】
この発光管を、上記光源装置に適用すれば、光源装置から射出される光線束の断面形状を前記第１の方向に比べて前記第２の方向が小さい形状となるように第２の方向に沿ってつぶれた形状とすることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．プロジェクタ：
Ｂ．照明光学系：
Ｃ．光源装置：
Ｄ．変形例：
【００４７】
Ａ．プロジェクタ：
図１は、本発明を適用したプロジェクタの一例を示す概略構成図である。なお、以下の説明においては、互いに直交する３つの方向を便宜的にｘ方向（横方向）、ｙ方向（縦方向）、ｚ方向（システム光軸と平行な方向）とする。
【００４８】
プロジェクタ１０００は、照明光学系１００と、色光分離光学系２００と、３枚の液晶ライトバルブ（光変調装置）３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム（光合成光学系）４００と、投写レンズ（投写光学系）５００とを備えている。
【００４９】
照明光学系１００は、ほぼ偏光方向の揃った１種類の直線偏光光を射出する。照明光学系１００から射出された光は、色光分離光学系２００において赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離される。分離された各色光は、各色に対応する液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂを照明する。なお、照明光学系１００については、さらに後述する。
【００５０】
色光分離光学系２００は、２枚のダイクロイックミラー２２０，２４０と、２枚の反射ミラー２１０，２３０と、リレー光学系２５０とを備えている。照明光学系１００から射出された光は、第１の反射ミラー２１０で反射して、第１のダイクロイックミラー２２０に入射される。なお、照明光学系１００の向きを時計回りに９０度回転させて配置することにより、反射ミラー２１０を省略することもできる。
【００５１】
色光分離光学系２００は、２枚のダイクロイックミラー２２０，２４０によって、照明光学系１００から射出される光線束を、青（約４３５ｎｍ〜約５００ｎｍ）に対応する第１波長領域と第１波長領域よりも短い波長領域とを含む波長領域（以下、「第１波長領域以下の波長領域」と呼ぶ）の光と、緑（約５００ｎｍ〜約５９０ｎｍ）に対応する第２波長領域の光と、赤（約５９０ｎｍ〜約７００ｎｍ）に対応する第３波長領域の光とに分離する波長分離光学系としての機能を有する。なお、第１波長領域以下の波長領域の光は、後述するフィールドレンズ２８０の光射出面上に設けられた光フィルタ２９０によって青に対応する第１波長領域の光（青色光）に制限される。ここでは、第１波長領域以下の波長領域の光も青色光であるとして説明する。
【００５２】
第１のダイクロイックミラー２２０は、青色光を反射するとともに、青色光よりも長波長側の緑色光成分および赤色光成分を透過する。第１のダイクロイックミラー２２０で反射された青色光（Ｂ）は、さらに、反射ミラー２３０でクロスダイクロイックプリズム４００へ向けて反射され、フィールドレンズ２８０とフィールドレンズ２８０の光射出面上に形成された光フィルタ２９０を介して青色光用の液晶ライトバルブ３００Ｂの光入射面に照射される。このフィールドレンズ２８０は、照明光学系１００から射出された光線束をそれぞれの中心光線（主光線）が相互にほぼ平行となるように変換する機能を有している。なお、他の液晶ライトバルブ３００Ｇ，３００Ｒの前に設けられたフィールドレンズ２７０，２６０も同様である。
【００５３】
第１のダイクロイックミラー２２０を透過した緑色光（Ｇ）と赤色光（Ｒ）のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー２４０によって反射され、フィールドレンズ２７０を介して緑色光用の液晶ライトバルブ３００Ｇの光入射面に照射される。一方、赤色光は、第２のダイクロイックミラー２４０を透過し、入射側レンズ２５２、リレーレンズ２５６、射出側レンズ（フィールドレンズ）２６０、および反射ミラー２５４，２５８を有するリレー光学系２５０を介して、赤色光用の液晶ライトバルブ３００Ｒの光入射面に照射される。赤色光にリレー光学系２５０が用いられているのは、赤色光の経路が他の色光の経路よりも長いため、光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ２５２に入射した光の像をそのまま、射出側レンズ２６０に伝えるためである。なお、２枚のダイクロイックミラー２２０，２４０は、それぞれガラス板等の透明板に対応する誘電体多層膜をコーティングすることにより形成される。
【００５４】
色光分離光学系２００で分離された各色光は、対応する各色光用の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂの光入射面上に照射される。液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂは、光透過型の液晶パネルと、その光入射面側および光射出面側に配置された偏光板とを備えている。液晶パネルの光の入射面側に配置されている偏光板は、照明光の偏光度をさらに高めるためのものであり、照明光学系１００から射出される直線偏光光の偏光方向が、偏光板の透過軸方向となるように配置されている。このようにすれば、照明光学系１００から射出された照明光に含まれる直線偏光光の純度（偏光度）をより高めることができる。なお、照明光学系１００から射出される照明光の偏光度が著しく高い場合には、この光入射面側に配置される偏光板を省略することもできる。
【００５５】
なお、各液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂには、液晶パネルに画像情報を供給して駆動させるための図示しない駆動部が接続されている。液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて画像情報に応じて変調された変調光線束は、各色の画像を表す画像光として射出される。
【００５６】
液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂから射出された３色の画像光（変調光線束）は、クロスダイクロイックプリズム４００に入射される。クロスダイクロイックプリズム４００は、３色の画像光ご合成する光合成光学系としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム４００には、赤色光を反射する誘電体多層膜４１０Ｒと、青色光を反射する誘電体多層膜４１０Ｂとが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。３色の画像光は、これらの誘電体多層膜によって合成されて、投写レンズ５００に向けて射出される。
【００５７】
投写レンズ５００は、クロスダイクロイックプリズム４００から射出された合成光を投写して、図示しないスクリーン上にカラー画像を表示する。なお、投写レンズ５００としてはテレセントリックレンズを用いることができる。
【００５８】
なお、本実施例のプロジェクタ１０００は、以下に説明する照明光学系１００に特徴を有している。
【００５９】
Ｂ．照明光学系：
図２は、図１の照明光学系１００を拡大して示す説明図である。この照明光学系１００は、光源装置１１０と、平行化レンズ１２０と、偏光発生光学系１３０と、第１および第２のレンズアレイ１７０，１８０と、重畳レンズ１９０とを備えている。照明光学系１００から射出された光線束は、システム光軸Ｌａｘを中心軸として射出される。なお、図２において照明光学系１００が照明する照明領域ＬＡは、プロジェクタ１０００（図１）の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに対応する。
【００６０】
光源装置１１０は、ランプ１１２と、ランプ１１２から射出された放射光を反射するリフレクタ１１４とを備えている。この光源装置１１０は、後述するように平行化レンズ１２０へ向けて集光光を射出する機能を有している。光源装置１１０から射出された光線束は、光源光軸１１０ａｘを中心軸として射出される。
【００６１】
光源装置１１０から射出された集光光は、平行化レンズ１２０で略平行な光に変換される。本実施例では、平行化レンズ１２０として、非球面レンズが用いられており、具体的には、入射面に回転双曲面形状あるいは回転楕円面形状の凹面を有し、射出面に平面を有する非球面レンズが用いられている。平行化レンズ１２０によって平行化された光線束は、偏光発生光学系１３０の入射面１３２に向けて射出さされる。
【００６２】
偏光発生光学系１３０は、偏光ビームスプリッタ１５０と、λ／２位相差板１６０とを備えている。偏光発生光学系１３０は、入射面１３２から入射する光線束をｙ方向に沿ってほぼ２倍の大きさの光線束に拡大して射出面１３４から射出する機能を有している。また、偏光発生光学系１３０は、入射する偏りのない光線束（非偏光な光線束）から所定の偏光方向を有するほぼ１種類の偏光光線束を生成する機能を有している。
【００６３】
図３は、図２の偏光発生光学系１３０を拡大して示す説明図である。偏光ビームスプリッタ１５０は、略直角二等辺三角形の底面を有する略柱状の透光性部材１５１〜１５３が３個組み合わされて構成されている。なお、透光性部材としては、例えば、ガラスが用いられる。
【００６４】
第１の透光性部材１５１は、ｙ方向に沿って第２および第３の透光性部材１５２，１５３と接合されている。第１および第２の透光性部材１５１，１５２の界面には、偏光分離膜１５０ａが形成されており、第３の透光性部材１５３には、偏光分離膜１５０ａとほぼ平行に反射膜１５０ｂが形成されている。
【００６５】
ここで、偏光分離膜１５０ａは、入射する非偏光な光（ｓ＋ｐ）をｐ偏光光とｓ偏光光とに分離する薄膜であり、誘電体多層膜で形成されている。なお、分離されたｐ偏光およびｓ偏光は、入射光量のほぼ５０％の光量を有している。
【００６６】
第１の透光性部材１５１の入射面１５１ａが偏光発生光学系１３０の入射面１３２に対応する。入射面１５１ａから入射した非偏光な光線束（ｓ＋ｐ）は、偏光分離膜１５０ａでｐ偏光光線束とｓ偏光光線束とに分離される。偏光分離膜１５０ａを透過したｐ偏光光線束は、第２の透光性部材１５２を通過して射出面１５２ａから射出される。一方、偏光分離膜１５０ａで反射されたｓ偏光光線束は、第３の透光性部材１５３に入射して、反射膜１５０ｂで反射されて射出面１５３ａから射出される。すなわち、第１の透光性部材１５１に入射した非偏光な光線束（ｓ＋ｐ）は、ｙ方向に沿ってｐ偏光光線束とｓ偏光光線束とに分離され、それぞれ、第２の透光性部材１５２の射出面１５２ａと第３の透光性部材１５３の射出面１５３ａとからｚ方向に向けて射出される。なお、第２の透光性部材１５２の射出面１５２ａと第３の透光性部材１５３の射出面１５３ａとが偏光発生光学系１３０の射出面１３４に対応する。
【００６７】
λ／２位相差板１６０は、入射する直線偏光光を、偏光方向が直交する直線偏光光に変換する偏光変換素子としての機能を有している。本実施例においては、図３に示すように、λ／２位相差板１６０は、第２の透光性部材１５２の射出面１５２ａに設けられている。第２の透光性部材１５２から射出されたｐ偏光光線束は、λ／２位相差板１６０において、ｓ偏光の光線束に変換されて射出される。なお、第３の透光性部材１５３からは、ｓ偏光の光線束が射出されている。このように、偏光発生光学系１３０に入射した非偏光な光線束（ｓ＋ｐ）は、ｓ偏光の光線束に変換されて射出される。
【００６８】
なお、ｓ偏光光線束が射出される第３の透光性部材１５３の射出面にλ／２位相差板を配置すれば、偏光発生光学系１３０に入射する非偏光な光線束をｐ偏光光線束に変換して射出することができる。
【００６９】
ここで、第１の透光性部材１５１の入射面１５１ａは、ｘ方向の大きさｘ１とｙ方向の大きさｙ１との比がほぼ２：１の略矩形状を有している。また、ｐ偏光光線束が射出される第２の透光性部材１５２の射出面１５２ａのｘ方向およびｙ方向の大きさｘ２，ｙ２は、それぞれ入射面１５１ａのｘ方向およびｙ方向の大きさｘ１，ｙ１とほぼ等しい。さらに、ｓ偏光光線束が射出される第３の透光性部材１５３の射出面１５３ａのｘ方向およびｙ方向の大きさｘ３，ｙ３も、それぞれ入射面１５１ａのｘ方向およびｙ方向の大きさｘ１，ｙ１にほぼ等しい。従って、第２の透光性部材１５２の射出面１５２ａおよび第３の透光性部材１５３の射出面１５３ａに対応する偏光発生光学系１３０の射出面１３４は、第１の透光性部材１５１の入射面１５１ａに対応する偏光発生光学系１３０の入射面１３２に対してｙ方向に２倍の大きさを有しており、ｘ方向の大きさとｙ方向の大きさとの比はほぼ１：１となるように設定されている。
【００７０】
以上の説明からわかるように、偏光発生光学系１３０は、ｘ方向の大きさとｙ方向の大きさとの比がほぼ２：１の入射面１３２から入射する非偏光な光線束を、ｘ方向の大きさとｙ方向の大きさとの比がほぼ１：１の略正方形状を有する光線束となるようにｙ方向に沿ってほぼ２倍の光線束に拡大するとともに、ｓ偏光光線束に変換して射出面１３４から射出する。
【００７１】
偏光発生光学系１３０から射出された光線束は、第１のレンズアレイ１７０（図２）に入射する。
【００７２】
第１のレンズアレイ１７０は、マトリクス状に配列された複数の小レンズ１７２を有している。各小レンズ１７２は平凸レンズであり、ｚ方向から見たときの外形形状は、照明領域ＬＡ（液晶ライトバルブ）と相似形となるように設定されている。第１のレンズアレイ１７０は、偏光発生光学系１３０から射出された略平行なｓ偏光光線束を複数のｓ偏光部分光線束に分割して射出する。
【００７３】
第２のレンズアレイ１８０は、マトリクス状に配列された複数の小レンズ１８２を有しており、第１のレンズアレイ１７０と同様のものが用いられている。第２のレンズアレイ１８０と重畳レンズ１９０とは、第１のレンズアレイ１７０の各小レンズ１７２の像を照明領域ＬＡ上に結像させる機能を有している。
【００７４】
重畳レンズ１９０は、偏光方向の揃った複数のｓ偏光部分光線束を、図２に示すように照明領域ＬＡ上で重畳させる機能を有している。このとき、照明領域ＬＡを照射する光の強度分布は、ほぼ均一となっている。
【００７５】
上記の説明から分かるように、本実施例における第１のレンズアレイ１７０が本発明のレンズアレイに相当し、重畳レンズ１９０が本発明の重畳光学系に相当する。なお、第２のレンズアレイ１８０は、省略可能である。
【００７６】
Ｃ．光源装置：
図４は、図２の光源装置１１０を拡大して示す説明図である。図４（Ａ）は概略平面図であり、図４（Ｂ）は概略側面図である。図４（Ｃ）は光の射出方向からみた概略正面図である。
【００７７】
ランプ１１２としては、メタルハライドランプや高圧水銀ランプなどを用いることができる。リフレクタ１１４としては、回転楕円面形状の反射凹面を有する凹面鏡が用いられる。ランプ１１２の発光部１１２ｃは、その中心Ｐｃが回転楕円面の第１焦点位置となるように配置され、リフレクタ１１４で反射された光は、回転楕円面の第２焦点位置で集束する集光光となる。
【００７８】
ここで、発光部１１２ｃの管面上には、図示するように反射面１１２ｍが形成されている。具体的には、ｘｙ平面に平行で発光部１１２ｃの中心Ｐｃを含む平面（光源装置１１０から射出される光線束の中心軸である光源光軸１１０ａｘに垂直な面）よりも、＋ｚ方向側（光源装置１１０から射出される光の進行方向側）に位置する略半分の管面上の一部に反射面１１２ｍが形成されている。さらに、より具体的には、図４（ｃ）に示すように、発光部１１２ｃの略半分の管面上を４つの領域に区分した区分領域のうち、ｙ方向に沿って対向する２つの区分領域に反射面１１２ｍが形成されている。なお、ｘ方向に沿って対向する２つの区分領域には反射面は形成されていない。この反射面１１２ｍは、例えば、Ｔａ2Ｏ5とＳｉＯ2との多層膜により形成することができる。ただし、これに限定されるものではなく、発光部１１２ｃの管面上に反射面１１２ｍを形成することができればどのように形成してもかまわない。
【００７９】
反射面１１２ｍは、図４（Ｂ）に太い破線で示すように反射面１１２ｍに入射する光を反射する。そして、反射面１１２ｍで反射された光は、反射面の形成されていない発光部１１２ｃの他の管面上の領域から射出される。そして、反射面１１２ｍに入射する光が仮に反射面１１２ｍで反射されずに射出されたとした場合に、この光がリフレクタ１１４の反射凹面で反射されるｙ方向の位置よりも、光源光軸１１０ａｘに近い中心側のｙ方向の位置で反射される。
【００８０】
これにより、光源装置１１０から射出されて平行化レンズ１２０に入射する光線束の断面形状Ｌａは、反射面１１２ｍが形成されていないと仮定した場合において略円形形状であるのに対して、図５に示すようにｘ方向に比べてｙ方向に沿ってつぶれた形状となる。なお、図５に示した光線束の断面形状Ｌａは、その光量分布が等高線で示されている。
【００８１】
なお、反射面１１２ｍに入射する光が仮に反射面１１２ｍで反射されずに射出されたとした場合に、この光が反射されるリフレクタ１１４の反射凹面は不要である。そこで、図４に示すように、リフレクタ１１４の不要な反射凹面、具体的には、ｙ方向の両端部の反射凹面がカットされている。これにより、光源装置１１０の小型化が可能であり、これを用いた照明光学系およびプロジェクタの小型化が可能である。
【００８２】
ところで、本例のようなランプ１１２ではなく、反射面が形成されていないランプの場合であっても、本例のリフレクタ１１４のようにｙ方向の両端部の反射凹面をカットしたリフレクタを用いれば、本例の光源装置１１０と同様な集光光を射出することは可能である。しかしながら、カットされたリフレクタの反射凹面で反射されるはずの光を集光光として利用することができないため、この利用できない光の分だけ集光光の光量が低下することになる。一方、本例の光源装置１１０では、射出される集光光の光量を低下させることなく、光源装置１１０から射出される光線束の断面形状を、図５に示すようにｘ方向に比べてｙ方向の大きさが小さな形状とすることができる。これにより、光源装置１１０から射出される光線束の断面形状を、平行化レンズ１２０から射出する略並行な光線束の断面形状が偏光発生光学系１３０の入射面１３２の形状に近づくようにして、光源装置１１０から射出される光線束が偏光発生光学系１３０の入射面１３２に効率良く入射するようにすることができる。
【００８３】
以上説明したように、本例の照明光学系１００では、上述の光源装置１１０を用いることにより、従来例の照明光学系９００で用いられた偏光発生光学系９３０に比べて、光の利用効率を低下させることなく、偏光発生光学系の省略化、簡略化を図ることが可能である。また、本例の照明光学系１００を用いることにより、プロジェクタの小型化、低価格化を図ることができる。
【００８４】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８５】
（１）上記実施例の照明光学系１００は、光源装置１１０から射出される光線束の断面形状をｘ方向に比べてｙ方向の大きさが小さな形状とし、偏光発生光学系１３０が入射した略平行な光線束を、略平行なままｙ方向に沿って拡大する場合を示しているが、光源装置から射出される光線束の断面形状をｙ方向に比べてｘ方向の大きさが小さな形状とし、偏光発生光学系が入射した略平行な光線束を、略平行なままｘ方向に沿って拡大するようにしてもよい。
【００８６】
（２）上記実施例では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合を例に説明しているが、本発明は反射型のプロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、透過型液晶パネルのように光変調手段としての電気光学装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型液晶パネルのように光変調手段としての電気光学装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクタにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタとほぼ同様の効果を得ることができる。
【００８７】
（３）上記実施例では、プロジェクタ１０００は、光変調装置として液晶パネルを用いた液晶ライトバルブを備えているが、これに代えて、マイクロミラー型光変調装置を備えるようにしてもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。光変調装置としては、一般に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよい。
【００８８】
（４）上記実施例においては、カラー画像を表示するプロジェクタ１０００を例に説明しているが、モノクロ画像を表示するプロジェクタにおいても同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したプロジェクタの一例を示す概略構成図である。
【図２】図１の照明光学系１００を拡大して示す説明図である。
【図３】図２の偏光発生光学系１３０を拡大して示す説明図である。
【図４】図２の光源装置１１０を拡大して示す説明図である。
【図５】光源装置１１０から射出されて平行化レンズ１２０に入射する光線束の断面形状を示す説明図である。
【図６】従来の照明光学系９００を示す説明図である。
【図７】図６の偏光発生光学系９３０を拡大して示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
１０００…プロジェクタ
１００…照明光学系
１１０…光源装置
１１０ａｘ…光源光軸
１１２…ランプ（発光管）
１１２ｃ…発光部
１１２ｍ…反射面
１１４…リフレクタ
１２０…平行化レンズ
１３０…偏光発生光学系
１３２…入射面
１３４…射出面
１５０…偏光ビームスプリッタ
１５０ａ…偏光分離膜
１５０ｂ…反射膜
１５１…第１の透光性部材
１５１ａ…入射面
１５２…第２の透光性部材
１５２ａ…射出面
１５３…第３の透光性部材
１５３ａ…射出面
１６０…λ／２位相差板
１７０…第１のレンズアレイ
１７２…小レンズ
１８０…第２のレンズアレイ
１８２…小レンズ
１９０…重畳レンズ（重畳光学系）
２００…色光分離光学系（波長分離光学系）
２２０，２４０…ダイクロイックミラー
２１０，２３０…反射ミラー
２５０…リレー光学系
２５２…入射側レンズ
２５６…リレーレンズ
２５４，２５８…反射ミラー
２６０…フィールドレンズ（射出側レンズ）
２７０…フィールドレンズ
２８０…フィールドレンズ
２９０…光フィルタ
３００Ｂ，３００Ｇ，３００Ｒ…液晶ライトバルブ（光変調装置）
４００…クロスダイクロイックプリズム
４１０Ｒ…誘電体多層膜
４１０Ｂ…誘電体多層膜
５００…投写レンズ（投写光学系）
ＬＡ…照明領域
Ｌａ…断面形状
Ｌａｘ…システム光軸
Ｐｃ…中心
９００…照明光学系
９２０…光源装置
９２２…ランプ
９２４…リフレクタ
９２６…平行化レンズ
９３０…偏光発生光学系
９４０…第１の光線束拡大部
９４０ａ…半透鏡膜
９４０ｂ…反射膜
９４１〜９４３…透光性部材
９５０…第２の光線束拡大部
９５０ａ…偏光分離膜
９５０ｂ…反射膜
９５１〜９５６…透光性部材
９６０…λ／２位相差板
９７０…第１のレンズアレイ
９８０…第２のレンズアレイ
９７２，９８２…小レンズ
９９０…重畳レンズ
【図１】
2004191796.tif 000003
【図２】
2004191796.tif 000004
【図３】
2004191796.tif 000005
【図４】
2004191796.tif 000006
【図５】
2004191796.tif 000007
【図６】
2004191796.tif 000008
【図７】
2004191796.tif 000009