(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、偏光方向を変換する機能を有したライトバルブと、該ライトバルブに前記光源からの光を効率よく照明する照明手段と、偏光変換器と、前記ライトバルブによって変調された映像光を投影する手段とで構成される投影装置に用いられ、前記光源と照明手段と偏光変換器からなる照明装置において、
光源からの光のうち、第一の直線偏光方向の光のみ通過し、第一の直線偏光方向とは直交する第二の直線偏光方向の光を反射する偏光分離機能を有する複数の偏光子を、前記偏光変換器通過後の照明光路内に配置し、
前記複数の偏光子はそれぞれ、平行平板に偏光分離膜を形成した構成であり、
前記複数の偏光子の第一の偏光子からの反射光の光路上に第二の偏光子が配置されていることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置と、その照明装置を用いた投影装置に関するものであり、特に、偏光方向を制御する手段、例えば液晶素子を駆動することで液晶を通過する際に偏光方向を変換して光のスイッチング制御を行うことができるライトバルブを備えた投影装置に用いられ、ランプ等の光源からの偏光していない光を用いて光路中で偏光方向を一方向に揃えてからライトバルブを照明する照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投影装置として、明るく、照度が均一で、色再現性の優れた像を投影できる液晶プロジェクタが知られており、この液晶プロジェクタを、より小さく、低コストで実現するために様々な光学系の工夫がなされている。これまでは、透過型液晶素子を用いて改良が重ねられていたが、より高解像で高効率な反射型液晶素子を用いた液晶プロジェクタも実用化されている。
従来の投影装置の概略は、光源からでた光が液晶素子（ＬＣＤ）からなるライトバルブの直前のコンデンサーレンズで投射レンズの絞りに集光されるように配置された照明系を用いたものが一般的であり、この照明系からの照明光は、カラー表示のためにダイクロイックミラーで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の光に分離され、ライトバルブの３枚の液晶素子で変調を受けた後、再びダイクロイックミラーで合成されて投射レンズ（投影レンズ）で投影される光学系となっている。
【０００３】
従来、液晶素子をライトバルブとして使う場合、偏光を利用している。照明光は自然偏光で様々な方向の偏光成分を含んでいるが、一方向の偏光方向に揃えて偏光度を向上させた後、照明光を３色分離させ、各色それぞれを色と対応したパネル状の液晶素子（液晶パネル）へ照射している。
ここで、従来の反射型液晶投影装置（反射型液晶プロジェクター）における液晶素子を用いたライトバルブ（液晶ライトバルブ）の動作原理を図９に示す。図９に示すように、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３０で選択されたＳ偏光は全反射の場合、反射型液晶素子３１でＰ偏光となって偏光ビームスプリッタ３０を透過し、図示しない投射レンズに導かれ、反射させない全黒の場合は偏光ビームスプリッタ３０により光源に戻ることになる。従って、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に対応した３つの液晶ライトバルブを用い、それぞれの反射光を再びダイクロイックミラーなどを用いて色合成を行い、投射レンズでスクリーン上に像形成するのが従来の反射型液晶プロジェクターの一般的な構成である。
【０００４】
また、従来の透過型液晶素子を用いた色合成方法の一例を図１０に示す。図１０においては、３組の液晶パネル４１，４２，４３とコンデンサレンズ４４，４５，４６を、クロスのダイクロイック膜４０ａ，４０ｂが形成されたプリズム４０の３面に対向して配置し、残る１面に対向して投射レンズ４７を配置する。そして、一方向の偏光成分の照明光を３色分離して、それぞれを透過型の液晶パネル４１，４２，４３を透過させ、その際に光のスイッチングを行い、クロスのダイクロイック膜４０ａ，４０ｂが形成されたプリズム４０を通して３色の光を合成し、投射レンズ４７で投影する方式である。
【０００５】
さらにまた、新しいカラー分離の方法を用いた液晶プロジェクターの方式が提案されている（日経マイクロデバイス  ２０００年８月号  １８４頁）。
この方式の液晶プロジェクターの概略を図１１に示す。図１１に示すように、この液晶プロジェクターは、図示しない照明装置と、４つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５１，５２，５３，５４と、緑、赤、青用の３枚の反射型液晶パネル５５，５６，５７と、２種のカラー偏光子５８，５９と、偏光板６０と、投射レンズ６１を備えた構成である。図示しない照明装置からの照明光はまず、第一のカラー偏光子５８に入射し、緑の帯域だけが９０度偏光方向を変換され、第一のＰＢＳ５１により、緑と、緑の補色（マゼンタ）が分離され、緑は第二のＰＢＳ５２で反射され緑用の液晶パネル５５で変調される。マゼンタは第二のカラー偏光子５９により赤の波長帯域のみ９０度偏光方向を変えられて、第三のＰＢＳ５３で反射され、赤用の液晶パネル５６へ入射されて変調される。青は第三のＰＢＳ５３では透過し、青用の液晶パネル５７に照射され変調される。そして、各色用の液晶パネル５５，５６，５７で変調された各色の光は第四のＰＢＳ５４を介して合成され、偏光板６０を通過して投射レンズ４７で投影される。
ここで、図９を参照して説明したように、白あるいは黒表示は、投射レンズ側へ向かうか、照明光源側に戻すかを、各液晶パネル５５，５６，５７により偏光方向を制御することにより制御する構成である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような、従来からある液晶素子を用いた投影装置（液晶プロジェクター）は、偏光を扱うため、照明光の偏光度の向上が必須となる。光源は自然偏光の光源であるため、一方向の偏光成分を抽出したとして、理想的な偏光板と検光子を組み合わせても原理的に５０％の光量しか利用できない。実際には透過率を考慮すると光量の利用率はさらに低下する。そこで光源から供給された光を単一偏光に変換することが行われている。この光源から供給された光を単一偏光に変換する上場としては、複数の方法が提案されているが、現在は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と１／２波長板を組み合わせた方法が採用されている（特開平１１−１４２７９２号公報等）。
その従来の偏光変換器の原理図を図１２に示す。図１２において、偏光ビームスプリッタアレイ（ＰＢＳアレイ）７０の中には複数の偏光分離膜７１が設けられており、偏光分離膜７１ではＳ波（Ｓ偏光）のみが反射され、透過したＰ波（Ｐ偏光）は１／２波長板７２に入射し、振動方向を９０°回すことでＳ波（Ｓ偏光）となり、従来は捨てていたＰ波（Ｐ偏光）を有効に利用することができるようになる。
【０００７】
ところが、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の特性としては可視光領域全体で広い入射角に対して良い分離特性を得ることが困難であったり、アレイ状のＰＢＳとフライアイレンズなどを用いた偏光変換器では、ＰＢＳへの入射角が大きくなり、偏光分離特性が低下する。また、小型化のために、照明光束そのものに角度がつくなどにより、ＰＢＳの偏光分離特性がますます低下する。そのため実際は一方向の偏光成分以外の成分が多少なりとも照明光に混ざってしまう。
【０００８】
実用化されている液晶プロジェクターは、前述したような偏光変換器を用いているので、直線偏光の割合は１００％にはならず、一方向の偏光成分以外の成分が多少なりとも照明光に混ざってしまう。このような、偏光成分はカラーバランスを低下させたり、コントラストを低下させる要因となっている。従ってカラーバランスを良くしたり、コントラストを向上したりするためには、一方向の偏光成分のみを照明光として利用することが望ましい。
【０００９】
図１１に示したようなカラー偏光子を用いた構成の従来の投影装置（液晶プロジェクター）では、ランダムな偏光方向を持った照明光を使った場合、第一のＰＢＳ５１により分離される２色の互いの色純度が低下する課題がある。この課題を解決した従来例として、例えば特表平１１−５０４４４１号公報にあるような、カラー偏光子を使うことが提案されている。
【００１０】
ここで、カラー偏光子の構成例として、特表平１１−５０４４４１号公報記載の従来例を図１３に従って説明すると、カラー偏光子は、単一の偏光フィルム８１と、これに続く２またはそれ以上のリターダのスタック８２とで構成されている。リターダスタックは、積層リターデーションフィルムと呼ばれる色選択性の偏光子である。このカラー偏光子は、直線偏光子と積層リターデーションフィルムが組み合わされて、直交する方向に偏光した補色原色を生成する機能を有している。また、特表平１１−５０４４４１号公報においては、図１３に示すように、第１の直線偏光子８１と、２つまたはそれ以上のリターダを有し、前記偏光子８１に対して連続して配置される第１のリターダスタック８２とを具備し、前記リターダの数Ｎと、前記リターダのリターダンスおよび配向を選択することにより、第１の加法混合原色スペクトルが第１の偏光軸に沿って透過され、且つ補色の第１の減法混合原色スペクトルが第２の直交する偏光軸に沿って透過されるようになっていることを特徴とするカラー偏光子を提案しており、このカラー偏光子は、直線偏光子が入射前に配置されている構成を採用しており、より色純度を向上させている。
【００１１】
ところが、一方向の偏光度をより向上させるために、直線偏光子を挿入することは、今後の投影装置のより高出力、照度向上のための実用上に際して大きな課題を生じることとなる。
それは、近年、プロジェクターの明るさはより高いものが要求されており、光源としては、キセノンランプ、メタルハライドランプが実用化されたが、近年は、超高圧水銀ランプなどが開発され、より高効率な照明光源が採用されている。また、より消費電力を上げて出力を向上させて明るさを向上させている。このため、これらのランプから発する熱はかなりの高温となるので、照明光源に近い位置に配置される光学部品には耐熱性のあるものが要求されるが、直線偏光子は照明光源に比較的近い位置に配置されているため、偏光子に熱的なダメージを被ることになる。一般に直線偏光子としては、偏光フィルターと呼ばれる一方向の偏光方向のみを透過させるフィルターとして数多く提案されているが、いずれも、光吸収タイプの偏光子であるために、照明光を熱として蓄積し、素子の機能を破壊する恐れがあり、高品質で、尚且つ大光量の投影装置を実現するためには解決すべき課題となっている。
【００１２】
また、特許第３０３９５７号公報、特開平１１−３１６３５６号公報等に記載されている従来例などでは、偏光変換素子の後に、偏光ビームスプリッタを配置し、ライトバルブを照明しているが、これらの従来例の構成では、照明光と投影光とを分離させるために偏光ビームスプリッタを用いているので、偏光ビームスプリッタ内で生じるガラス部材の密度ムラなどで偏光成分が変化したりする場合や、偏光ビームスプリッタの表面反射でもって、照明光が直接投射レンズへと到達する場合があり、コントラストの低下を招きやすいという問題がある。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、偏光方向の変換を利用した液晶素子（ライトバルブ）を備えた構成の投影装置に用いられる照明装置において、照明光の偏光方向を一方向に揃える機能と、吸収発熱することのない機能を合わせ持った照明方式の照明装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１に係る発明は、光源と、偏光方向を変換する機能を有したライトバルブと、該ライトバルブに前記光源からの光を効率よく照明する照明手段と、偏光変換器と、前記ライトバルブによって変調された映像光を投影する手段とで構成される投影装置に用いられ、前記光源と照明手段と偏光変換器からなる照明装置において、光源からの光のうち、第一の直線偏光方向の光のみ通過し、第一の直線偏光方向とは直交する第二の直線偏光方向の光を反射する偏光分離機能を有する複数の偏光子を、前記偏光変換器通過後の照明光路内に配置し、前記複数の偏光子はそれぞれ、平行平板に偏光分離膜を形成した構成であり、前記複数の偏光子の第一の偏光子からの反射光の光路上に第二の偏光子が配置されていることを特徴としたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る参考例と実施例の構成、動作および作用について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は参考例を示す照明装置の概略構成図である。図１に示す照明装置は、光源１と、偏光方向を直線偏光に効率よく変換する偏光変換器３と、ライトバルブ（図示せず）に効率よく照明する照明用集光素子４と、偏光分離機能を有した直線偏光子５で構成されている。直線偏光子５は、第一の直線偏光方向の光（例えばＰ偏光成分）を通過し、第一の直線偏光方向と直交する第二の直線偏光方向の光（例えばＳ偏光成分）は反射する非吸収型の偏光子である。
【００２２】
図１において、光源１としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどが用いられるが、効率よく照度を得られるように、光源１の背面側に放物面や楕円面を有するリフレクター２を配置し、リフレクター２で光源１の光を反射集光させる構成としてもよい。
偏光変換器３は、図１２の従来例に示したようなＰＢＳアレイと波長板を組み合わせた偏光変換器で構成され、光源１からの光は、一方向の偏光方向に効率よく変換される。また、必要に応じてＰＢＳアレイのピッチに合わせたレンズアレイと組み合わせた構成などが採用される。
【００２３】
照明用集光素子４は、インテグレータと呼ばれるフライアイレンズの組み合わせで、ライトバルブへ照射される照明光の照度ムラを低減させる集光素子であったり、コンデンサーレンズと組み合わせて照明光をライトバルブへ効率よく導く集光素子であったりする。
非吸収型の直線偏光子５の機能は、第一の直線偏光方向の光を通過し、第一の直線偏光方向と直交する第二の直線偏光方向の成分の光は反射する機能を有しており、図１に示した直線偏光子５は、紙面平面上の偏光成分であるＰ偏光成分は透過し、それと直交する方向（紙面の法線方向）のＳ偏光成分は反射する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）で構成されている。
【００２４】
また、図１に示す構成の照明装置においては、偏光変換器３を用いて一方向の偏光成分に変換した後、変換されなかった偏光成分、すなわち、コントラストを低下させてしまう偏光成分の光は、本発明の偏光子５を偏光変換器３の後に配置することよって、照明光から取り除くことを可能にしている。すなわち、図１の構成では、光源１からの光を偏光変換器３によりＰ偏光成分の光に変換した後、照明用集光素子４を介して偏光子５に入射させ、Ｐ偏光成分の光は照明光として偏光子５を透過させ、変換しきれなかったＳ偏光成分の光を偏光子５で反射して照明光から取り除くようにしたものである。
【００２５】
ここで、第一の直線偏光方向の光（Ｐ偏光成分）を透過し、第一の直線偏光方向とは直交する第二の直線偏光方向の光（Ｓ偏光成分）を反射する偏光分離機能を有した偏光子５としては、複屈折性光学材料、例えばカルサイトを用いたウォラストンプリズムや、グラン−レーザプリズムなどの偏光子を用いることができる。これらの結晶材料を用いた偏光ビームスプリッタはその特性に応じて透過光、反射光の出射する角度が定められており、必ずしも図に示したような４５度面で構成されていないが、それぞれの出射方向に合わせた照明系レイアウトを設定する。
図１に示す参考例では、一例として透過光と反射光が互いに９０度の方向に分離する図を描いている。そして照明光には、偏光子５を透過したＰ偏光成分の透過光を用いるようにしている。
【００２６】
尚、図１に示す構成の照明装置に用いる偏光子５としては、結晶材料はコストが高く大量生産には向かないため、誘電体材料や金属材料を用いて真空プロセスを用いた薄膜形成技術により光学薄膜（例えば偏光分離膜）を形成した偏光ビームスプリッタなどで構成すれば、より低コストで大量生産に向いた偏光子が実現できる。
【００２７】
以上のような構成により、偏光変換器３で一方向の偏光成分に完全に揃えられなかった偏光成分、すなわち、コントラストを低下させてしまう偏光成分の光を本発明の偏光子５によって照明光から取り除くことが可能となる。また、本発明の偏光子５は、必要な照明光の偏光成分を透過し、他の偏光成分は反射する機能を有しているため、従来の偏光シートや偏光フィルターで代表されるような一方向の偏光成分を吸収するタイプの選択性偏光子では問題となる光エネルギー吸収による発熱を極力抑えることが可能となり、より光源の出力を上げることが可能となるので、より明るい照明を行うことができる。
【００２８】
尚、図９の従来例では、反射型液晶投影装置における液晶素子の機能として、反射型液晶素子の前面に偏光ビームスプリッタを配置し、偏光ビームスプリッタによって、より偏光度の高い光を液晶素子に入射させているが、このような構成だと、液晶素子毎に偏光ビームスプリッタが必要となり、コスト高や、重量も重くなるという欠点があるが、本発明の構成では、色分解前の白色光の照明光路に偏光子５である偏光ビームスプリッタを配置することで、各色に対応した偏光ビームスプリッタを用意しなくてもよいという利点がある。
【００２９】
図１に示す照明装置の構成は、偏光変換器３を用いた構成であるが、勿論、偏光変換器がない場合も構成可能である。すなわち、偏光分離機能を有した偏光子５には、偏光していない光源１からの光を入射させることによって、第一の直線偏光方向の光と第二の直線偏光方向の光とを分離することができるので、効率は半分以下になるが、偏光変換器３を用いなくても直交する偏光成分強度に対して高い消光比を有する偏光成分を得ることができ、これによりライトバルブに対して一方向の偏光成分をもった照明が可能となる。
【００３０】
また、偏光子５により照明光のみを通過させ、照明光以外は通過させないようにし、投射レンズの光路には偏光ビームスプリッタ等を配置しない構成にすることにより、従来例で問題となる、偏光ビームスプリッタ内で生じる部材の密度ムラなどで偏光成分が変化したりすることや、偏光ビームスプリッタの表面反射などにより照明光が直接投射レンズへと到達することなどの問題をなくすことが可能となり、よりコントラストの低下を防ぐことが可能となる。
【００３１】
ところで、図１に示す参考例では、偏光子５は、誘電体材料や金属材料などを使った真空プロセスを用いた薄膜形成技術により偏光分離膜を形成した偏光ビームスプリッタなどで構成するという説明を行ったが、従来からある薄膜製膜技術と偏光分離膜設計技術により平行平板に偏光分離膜を形成した構成の偏光分離素子も偏光子として用いることができる。
ここで、図３、図４はそれぞれ別の参考例を示す照明装置の概略構成図であり、図１と同符号を付したものは同じ構成部材である。図３に示す参考例では、偏光子として、平行平板の表面に偏光分離膜を形成したプレート型偏光ビームスプリッタ６を用い、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する構成としたものである。また、薄膜設計技術の如何によっては、図４に示す参考例のように、２枚のガラス平面部材で偏光分離膜を挟み込んだ構成のプレート型偏光ビームスプリッタ７を偏光子として用いた構成も可能である。このような構成にすることで、極力低コストなガラス基板で偏光ビームスプリッタを構成することが可能となる。また、平板ガラスを用いていることにより、ガラス部材の密度ムラなどの影響を極力少なくすることが可能となり、偏光成分が変化したりすることも防ぐことが可能となる。
【００３２】
以上の参考例の説明では、偏光子５（または６または７）によって分離された透過光（Ｐ偏光偏光成分）を照明光とする参考例を説明してきたが、複数の偏光子を設けることより、これまでの参考例にまして、さらに偏光純度の高い照明光を得ることが可能となる。
【００３３】
次に図２は別の参考例を示す照明装置の概略構成図であり、図１と同符号を付したものは同じ構成部材である。この参考例では、照明装置の光学系を縦方向に配設したレイアウトとし、偏光子５である偏光ビームスプリッタにより反射させて得られるＳ偏光の偏光成分のみを照明光として用いるようにしたことを特徴としている。尚、その他の構成部材の機能や作用は前述の参考例と同様であるが、図２の構成では、偏光変換器３は光源１からの光をＳ偏光に変換するように機能する。
【００３４】
次に図５はさらに別の参考例を示す照明装置の概略構成図であり、照明用集光素子４の後に、複数の偏光子（偏光ビームスプリッタ）８，９を設け、複数の偏光ビームスプリッタ８，９により反射されて得られるＳ偏光の偏光成分のみを照明光として用いるようにした例である。
次に図６は本発明の実施例を示す照明装置の概略構成図であり、照明用集光素子４の後に、平行平板に偏光分離膜を形成した構成の複数の偏光子（プレート型偏光ビームスプリッタ）１０，１１を設け、複数のプレート型偏光ビームスプリッタ１０，１１により反射されて得られるＳ偏光の偏光成分のみを照明光として用いるようにした例である。図５、図６において、その他の構成部材の機能や作用は前述の参考例と同様であるが、図５，６の構成では、偏光変換器３は光源１からの光をＳ偏光に変換するように機能する。尚、偏光子により反射された偏光成分の光を照明光として用いる構成の場合に、図５、図６に示すように複数の偏光子を用い、複数の偏光子により複数回反射させることにより、さらに偏光度を向上させることが可能となる。
【００３５】
図２、図５または図６に示すような構成を採用することにより、光路の折り曲げによって、より光学系の体積を小さくすることが可能となり、より小型な光学系が可能となる。それにより投影装置の小型化を図ることができる。また、図５、図６の構成では、同一紙面上で光路を折り曲げた構成を示しているが、複数の反射により光学系を立体的な配置にし、容積を小さくすることも可能となる。また、透過と反射を組み合わせた構成として、より高い偏光度を有した照明を行うことも可能である。
【００３６】
以上、本発明に係る構成の照明装置の参考例と実施例について説明したが、この照明装置を用い、偏光方向を変換する機能を有したライトバルブと、ライトバルブによって変調された映像光を投影する投射レンズを組み合わせて投影装置を構成することにより、コントラストの高い投影装置が実現できる。また、カラー投影装置に用いる場合、カラーバランスの良い投影装置を実現できる。また、照明装置に用いる偏光子は、一方向のみ以外の偏光方向成分の光を吸収するタイプの偏光子ではないため、光エネルギーが熱へと変換される部分が少なくてすみ、その分、照明光源の出力を上げることが可能となる。それにより、より明るい投影装置が実現できる。さらにまた、図２、図５または図６のような、偏光子による反射光を利用する照明装置を適用することにより、反射ミラーの機能が付加されることになる。したがって、装置の小型化に大変有利になる。
【００３７】
次に本発明に係る別の参考実施形態を図７，８の参考例に基づいて説明する。
この参考実施形態では、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプなどの光源と、偏光方向を変換する機能を有したライトバルブ（例えば、液晶素子など）と、該ライトバルブに光源からの光を効率よく照明する手段（例えば、インテグレータ光学系や、コンデンサーレンズなど）と、投影用の投射レンズとで構成される投影装置において、光源からの偏光していない光のうち第一の直線偏光方向の光を透過し第一の直線偏光方向とは直交する第二の直線偏光方向の光を反射させる偏光分離機能を有した偏光子（例えば、金属や誘電体多層膜などで構成した偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタなど）と、該偏光子を透過することによって得られるＰ偏光成分、あるいは、偏光子を反射することによって得られるＳ偏光成分、のいずれかの偏光成分を用いて照明光とし、この照明光を色選択性の偏光子（リターダースタックあるいは積層リターデーションフィルム）に入射させ、この色選択性の偏光子を通過した後には、偏光方向が変化する波長帯域の成分と、偏光方向が変化しない波長帯域の成分光が生じるが、この光を、第二の偏光ビームスプリッタにより光路を分割する色分解手段を用いて、それぞれの光束をライトバルブへの照明光とすることを特徴としている。
【００３８】
図７は参考例を示す投影装置の概略構成図であり、符号１２は金属や誘電体多層膜などで構成した偏光分離膜（ＰＢＳ膜）１２ａを有する第一の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳプリズム）、１３は色選択性の偏光子（リターダースタックあるいは積層リターデーションフィルム）、１４は金属や誘電体多層膜などで構成した偏光分離膜（ＰＢＳ膜）１４ａを有する第二の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳプリズム）、１５はエアギャップ、１６はダイクロイック膜１６ａを有するダイクロイックプリズム、１７はグリーン（Ｇ）用のライトバルブ（液晶素子）、１８はレッド（Ｒ）用のライトバルブ（液晶素子）、１９はブルー（Ｂ）用のライトバルブ（液晶素子）、２０は投射レンズであり、高純度なＰ偏光成分を照明光として使い、色選択性の偏光子１３に入射させ、例えば、グリーンの帯域のみ９０度直交するＳ偏光成分に変換する素子を用いた場合の構成例を示す。尚、光源や照明手段の図示は省略しているが、第一のＰＢＳプリズム１２を含む照明系の構成は例えば図１と同様である。
【００３９】
また、図８は別の参考例を示す投影装置の概略構成図であり、符号２１は金属や誘電体多層膜などで構成した偏光分離膜（ＰＢＳ膜）２１ａを有するプレート型偏光ビームスプリッタ（プレート型ＰＢＳ）、２２は色選択性の偏光子（リターダースタックあるいは積層リターデーションフィルム）、２３は金属や誘電体多層膜などで構成した偏光分離膜（ＰＢＳ膜）２３ａを有する第二の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳプリズム）、２４はダイクロイック膜２４ａを有するダイクロイックプリズム、２５はグリーン（Ｇ）用のライトバルブ（液晶素子）、２６はレッド（Ｒ）用のライトバルブ（液晶素子）、２７はブルー（Ｂ）用のライトバルブ（液晶素子）、２８は投射レンズであり、プレート型ＰＢＳ２１によりＳ偏光を反射させ、色選択性の偏光子２２に入射させ、例えば、グリーンの帯域のみ透過してＰ偏光成分に変換する素子を用いた場合の構成例を示す。尚、光源や照明手段の図示は省略しているが、プレート型ＰＢＳ２１を含む照明系の構成は例えば図６と同様である。
【００４０】
図７（または図８）の構成では、グリーン（Ｇ）の光は、グリーン用のライトバルブ１７（２５）を照射することになる。また、色選択性の偏光子１３（２２）により、偏光変換されずに透過してきた光は、グリーン以外のマゼンタ色の成分となっているので、この光束をダイクロイックプリズム１６（２４）のダイクロイック膜１６ａ（２４ａ）により、レッド（Ｒ）とブルー（Ｂ）の波長帯域に分離し、それぞれを各色に対応したライトバルブ１８，１９（２６，２７）を照射させている。Ｒ，Ｇ，Ｂの各ライトバルブに反射型の液晶素子などを使えば、各色の反射光は照明光路を逆にした複路を進み、ライトバルブで偏光方向を変化させない場合は照明光源側に戻っていくが、ライトバルブで偏光方向を変化されると、各色の反射光（映像光）は第二のＰＢＳプリズム１４（２３）で合成されて投射レンズ２０（２８）側へ向かうこととなり、投射レンズ２０（２８）によりスクリーン上に投影される。このようにして、投影装置（液晶プロジェクター）が構成される。
【００４１】
ここで、図７は３０度の角度のダイクロイック膜１６ａを有するダイクロイックプリズム１６を用いた構成の投影装置の実施例を示している。また、図８は４５度の角度のダイクロイック膜２４ａを有するダイクロイックプリズム２４を用いた構成の参考例を示している。尚、ダイクロイックプリズムの替わりに、平板タイプのダイクロイックミラーや、フィルターなどを用いた構成としてもよい。
【００４２】
図７（または図８）において、色選択性の偏光子１３（２２）はグリーン（Ｇ）の帯域の偏光方向を変換する機能で構成したが、色選択性の偏光子１３（２２）をブルー（Ｂ）の帯域を変換する素子で構成した場合には、参考例のダイクロイック膜１６ａ（２４ａ）は、レッド（Ｒ）とグリーン（Ｇ）を分離する膜とすればよい。また、色選択性の偏光子１３（２２）をレッド（Ｒ）の帯域を変換する素子で構成した場合には、ダイクロイック膜１６ａ（２４ａ）はブルー（Ｂ）とグリーン（Ｇ）の帯域を分離する膜とすればよい。
また、図７（または図８）に示すＧ用ライトバルブ１７（２５）と、他の色のライトバルブ１８，１９（２６，２７）の投射レンズ２０（２８）のバックフォーカスを正確に合わせるために、ダイクロイックプリズム１６（２４）の厚み相当の平行平板をＧ用ライトバルブ１７（２５）の前に挿入して、色収差をより低減するなどの構成とすれば、より高品質な投影装置を実現できる。
【００４３】
色選択性の偏光子１３（２２）を用いる際には、入射光の偏光度が低いと、色分離性能が低減し、色バランスが低下したり、コントラストの低下を引き起こすが、上記の参考例の構成では、第一の直線偏光方向の光を透過させ第一の直線偏光方向とは直交する第二の直線偏光方向の光を反射させる偏光分離機能を有した偏光子を照明光路に挿入することによって、該偏光子によって得られる第一もしくは第二の直線偏光方向のみの偏光成分を用いて照明光としたので、非常に高い偏光度を有した照明が行われるので、色純度の高い照明が実現できる。また、偏光変換器の後に、本構成を採用することで、より効率のよい照明が可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、偏光方向の変換を利用した液晶素子（ライトバルブ）を備えた構成の投影装置に用いられる照明装置において、照明光の偏光方向を一方向に揃える機能と、吸収発熱することのない機能を合わせ持った照明方式の照明装置を実現することができる。従って、光源の出力を上げることが可能となり、より明るい照明を行うことができる照明装置を提供できる。
また、本発明によれば、照明光の偏光方向を一方向に揃える機能と、吸収発熱することのない機能を合わせ持った照明方式の照明装置を用い、高品質で大光量の映像を投影することができる投影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例を示す照明装置の概略構成図である。
【図２】  別の参考例を示す照明装置の概略構成図である。
【図３】  さらに別の参考例を示す照明装置の概略構成図である。
【図４】  さらに別の参考例を示す照明装置の概略構成図である。
【図５】  さらに別の参考例を示す照明装置の概略構成図である。
【図６】  本発明の実施例を示す照明装置の概略構成図である。
【図７】  さらに別の参考例を示す投影装置の概略要部構成図である。
【図８】  さらに別の参考例を示す投影装置の概略要部構成図である。
【図９】  従来技術の一例を示す図であって、反射型液晶投影装置における反射型液晶素子の機能の説明図である。
【図１０】  従来技術の別の例を示す図であって、透過型液晶素子を用いた色合成方法の説明図である。
【図１１】  従来技術のさらに別の例を示す図であって、カラー偏光子を用いた投影装置の概略要部構成図である。
【図１２】  従来技術のさらに別の例を示す図であって、偏光変換器の構成説明図である。
【図１３】  従来技術のさらに別の例を示す図であって、補色カラー偏光子の構成説明図である。
【符号の説明】
１      光源
２      リフレクター
３      偏光変換器
４      照明用集光素子
５      偏光ビームスプリッタ（偏光子）
６      プレート型偏光ビームスプリッタ（偏光子）
７      プレート型偏光ビームスプリッタ（偏光子）
８      第一の偏光ビームスプリッタ（偏光子）
９      第二の偏光ビームスプリッタ（偏光子）
１０    第一のプレート型偏光ビームスプリッタ（偏光子）
１１    第二のプレート型偏光ビームスプリッタ（偏光子）
１２    第一の偏光ビームスプリッタ（偏光子）
１３    色選択性の偏光子
１４    第二の偏光ビームスプリッタ
１５    エアギャップ
１６    ダイクロイックプリズム
１７    グリーン用ライトバルブ
１８    レッド用ライトバルブ
１９    ブルー用ライトバルブ
２０    投射レンズ
２１    プレート型偏光ビームスプリッタ（偏光子）
２２    色選択性の偏光子
２３    偏光ビームスプリッタ
２４    ダイクロイックプリズム
２５    グリーン用ライトバルブ
２６    レッド用ライトバルブ
２７    ブルー用ライトバルブ
２８    投射レンズ
【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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