(57)【要約】本発明の照明装置は、楕円面リフレクタ１３０と、発光管１２０と、補助ミラー１２２と、平行化レンズ１４０Ａとを備えた照明装置１００Ａであって、平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉには、発光管１２０の発光中心Ｐから放射される光のうち楕円面リフレクタ側に照明光軸１００Ａｘから６０°〜８０°のいずれかの角度で放射される光が楕円面リフレクタ１３０で反射された後に平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉに入射する光に対応して最適化された減反射膜１４２Ａが形成されてなることを特徴とする。  このため、本発明の照明装置によれば、平行化レンズの光入射面又は光射出面における反射率を全体としてさらに低減して、光利用効率をさらに向上するとともに不要な迷光をさらに低減することが可能となる。  また、本発明のプロジェクタによれば、上記のように光利用効率をさらに向上するとともに不要な迷光をさらに低減することが可能な照明装置を備えているため、高輝度で高画質のプロジェクタとなる。
2005036256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
楕円面リフレクタと、前記楕円面リフレクタの一方の焦点近傍に配置された発光管と、前記発光管の被照明領域側に配置され前記発光管から被照明領域側に放射された光を前記楕円面リフレクタに反射する補助ミラーと、前記楕円面リフレクタからの光を略平行化するための平行化レンズとを備えた照明装置であって、
前記平行化レンズの光入射面には、前記発光管の発光中心から放射される光のうち前記楕円面リフレクタ側に照明光軸から６０°〜８０°のいずれかの角度で放射される光が前記楕円面リフレクタで反射された後に前記平行化レンズの光入射面に入射する所定角度の入射光に対応して最適化された減反射膜が形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記平行化レンズは、光入射面が凹面である凹レンズからなり、前記所定角度の入射光が前記平行化レンズの光入射面における法線となす角度が３０°〜５０°であることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の照明装置において、
前記平行化レンズは、光入射面が平面かつ光射出面が凹面である凹レンズからなり、前記所定角度の入射光が前記平行化レンズの光入射面における法線となす角度が０°〜２０°であることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
楕円面リフレクタと、前記楕円面リフレクタの一方の焦点近傍に配置された発光管と、前記発光管の被照明領域側に配置され前記発光管から被照明領域側に放射された光を前記楕円面リフレクタに反射する補助ミラーと、前記楕円面リフレクタからの光を略平行化するための平行化レンズとを備えた照明装置において、
前記平行化レンズの光射出面には、前記発光管の発光中心から放射される光のうち前記楕円面リフレクタ側に照明光軸から６０°〜８０°のいずれかの角度で放射される光が前記楕円面リフレクタで反射された後に前記平行化レンズを通過して前記平行化レンズの光射出面から射出する所定角度の射出光に対応して最適化された減反射膜が形成されている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、
前記平行化レンズは、光入射面が平面かつ光射出面が凹面である凹レンズからなり、前記所定角度の射出光が前記平行化レンズの光射出面における法線となす角度が３０°〜５０°であることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置において、
前記減反射膜は、３００℃以上の耐熱性を有する誘電体多層膜からなることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項６に記載の照明装置において、
前記誘電体多層膜は、低屈折率膜としてのＳｉＯ２と高屈折率膜としてのＴｉＯ２及び／又はＴａ２Ｏ５との積層膜からなることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の照明装置において、
前記平行化レンズの基材は、硼珪酸ガラス又は石英ガラスからなることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置と、前記照明装置からの照明光を画像信号に応じて変調する電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置で変調された光を投写する投写光学系とを備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、照明装置及びプロジェクタに関する。
【背景技術】  一般に、プロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、この照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、この電気光学変調装置からの変調光を投写画像として投写表示する投写光学系とを備えている。そして、このようなプロジェクタにおいては、近年、プロジェクタの小型化を図ることができる照明装置として、楕円面リフレクタを用いた照明装置が提案されている（例えば、特開２０００−３４７２９３号公報（図１５）参照。）。
図１１は、従来の照明装置９００を説明するために示す図である。この照明装置９００は、図１１に示すように、楕円面リフレクタ９３０と、楕円面リフレクタ９３０の一方の焦点Ｆ１近傍に配置された発光管９２０と、楕円面リフレクタ９３０からの光を略平行化するための平行化レンズ９４０とを備えている。
このため、このような照明装置９００によれば、発光管９２０からの光を楕円面リフレクタ９３０で一旦集束させた後に平行化レンズ９４０で略平行光として後段の光学系に向けて射出することができるため、後段の光学系の小型化、ひいてはプロジェクタの小型化を図ることができるようになる。
ところで、従来の照明装置９００においては、平行化レンズ９４０の光射出面９４０ｏには紫外線反射膜９４４が形成されている。このため、発光管９２０から放射された紫外線は紫外線反射膜９４４で反射されて楕円面リフレクタ９３０内部に戻るので照明装置９００から紫外光が射出されてしまうことを防止できる。
一方、一般に、平行化レンズ９４０の光入射面９４０ｉには可視光の反射率を低減するための減反射膜（図示せず。）が形成されている。そして、この減反射膜は、照明光軸９００ａｘに平行な光に対して反射率が最も低くなるように構成されており、発光管から放射されて平行化レンズに入射される光の全体としての有効利用が図られている。
【発明の開示】
しかしながら、従来の照明装置９００のように、発光管の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面リフレクタの大きさを設定した場合には、楕円面リフレクタの第２焦点に向けて集束するビームの集束角が大きくなってしまうため、平行化レンズの光入射面に入射する光の入射角度範囲が大きくなることになる。このため、従来のように減反射膜が照明光軸に平行な光に対して反射率が最も低くなるように構成されたものを用いることが、平行化レンズの光入射面における反射率を全体として低減させるのに適切な手段とはならず、そのため、光利用効率をさらに低減させるとともに不要な迷光をさらに低減させるのが容易ではないという問題があった。なお、この問題は、平行化レンズの光入射面のみならず、平行化レンズの光射出面でも起こる問題でもある。
そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、平行化レンズの光入射面又は光射出面における反射率を全体としてさらに低減して、光利用効率をさらに向上するとともに不要な迷光をさらに低減することが可能な照明装置を提供することを目的とする。また、このような照明装置を備えた高輝度で高画質のプロジェクタを提供することを目的とする。
本発明者らは、上述した目的を達成すべく鋭意努力を重ねた結果、発光管から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタに反射する補助ミラーを照明装置に用いるとともに、平行化レンズの光入射面又は光射出面に所定の減反射膜を形成することにより本発明の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明の照明装置は、楕円面リフレクタと、前記楕円面リフレクタの一方の焦点近傍に配置された発光管と、前記発光管の被照明領域側に配置され前記発光管から被照明領域側に放射された光を前記楕円面リフレクタに反射する補助ミラーと、前記楕円面リフレクタからの光を略平行化するための平行化レンズとを備えた照明装置であって、前記平行化レンズの光入射面には、前記発光管の発光中心から放射される光のうち前記楕円面リフレクタ側に照明光軸から６０°〜８０°のいずれかの角度で放射される光が前記楕円面リフレクタで反射された後に前記平行化レンズの光入射面に入射する所定角度の入射光に対応して最適化された減反射膜が形成されていることを特徴とする。
このため、本発明の照明装置によれば、発光管から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタに反射する補助ミラーを有しているため、楕円面リフレクタから楕円面リフレクタの第２焦点に向けて集束するビームの集束角を小さくすることができる。その結果、平行化レンズの光入射面に入射する光の角度範囲を小さくすることができるようになり、平行化レンズの光入射面における反射率を全体として低減させるように減反射膜を最適化するのが容易になる。
また、後述の「発明を実施するための最良の形態」で詳細に説明するが、本発明者らの解析により、補助ミラーを用いた照明装置においては、発光管の発光中心から放射される光のうち楕円面リフレクタ側に照明光軸から６０°〜８０°の角度に放射される光の強度が他の角度範囲に放射される光の強度に比べて強いことが明らかになった。このことは、前記６０°〜８０°の角度で発光管から放射され平行化レンズに入射する前記所定角度の入射光の光強度が、平行化レンズの光入射面に他の入射角度で入射する光の光強度よりも強いことを意味する。
そこで、本発明の照明装置においては、この所定角度の入射光に対応して減反射膜を最適化して構成することとしている。このため、本発明の照明装置によれば、光強度の強い前記所定角度の入射光の、平行化レンズの光入射面における反射率を低減させることで、平行化レンズの光入射面における反射率を全体としてさらに低減させることができるようになり、その結果、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。
なお、本発明の照明装置によれば、発光管から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタに反射する補助ミラーを有しているため、以下のような効果も得られる。すなわち、発光管の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面リフレクタの大きさを設定することを必要とせず、楕円面リフレクタの小型化を図ることができ、結果として照明装置の小型化を図ることができる。また、楕円面リフレクタの小型化を図ることができることにより、楕円面リフレクタから楕円面リフレクタの第２焦点に向けて集束するビームの集束角やビームスポットの径を小さくすることができるため、平行化レンズの大きさなどをさらに小さくすることができる。
本発明の照明装置においては、前記平行化レンズは、光入射面が凹面である凹レンズからなり、前記所定角度の入射光が前記平行化レンズの光入射面における法線となす角度が３０°〜５０°であることが好ましい。
本発明者らの解析によって、補助ミラーを用いた照明装置においては、前記所定角度の入射光が平行化レンズの光入射面に入射するとき、平行化レンズの光入射面が凹面（例えば、回転双曲面）である場合には、所定角度の入射光が前記平行化レンズの光入射面における法線となす角度が約４０°となることが明らかになった。このため、所定のマージンを見込んで、この角度を３０°〜５０°とすることとすれば、平行化レンズの光入射面における反射率を全体としてさらに低減させることができるようになるからである。
また、本発明の照明装置においては、前記平行化レンズは、光入射面が平面かつ光射出面が凹面である凹レンズからなり、前記所定角度の入射光が前記平行化レンズの光入射面における法線となす角度が０°〜２０°であることが好ましい。
本発明者らの解析によって、補助ミラーを用いた照明装置においては、前記所定角度の入射光が平行化レンズの光入射面に入射するとき、平行化レンズの光入射面が平面かつ光射出面が凹面（例えば、回転楕円面）である場合には、所定角度の入射光が前記平行化レンズの光入射面における法線となす角度が約１０°となることが明らかになった。このため、所定のマージンを見込んで、この角度を０°〜２０°とすることとすれば、平行化レンズの光入射面における反射率を全体としてさらに低減させることができるようになるからである。
本発明の他の照明装置は、楕円面リフレクタと、前記楕円面リフレクタの一方の焦点近傍に配置された発光管と、前記発光管の被照明領域側に配置され前記発光管から被照明領域側に放射された光を前記楕円面リフレクタに反射する補助ミラーと、前記楕円面リフレクタからの光を略平行化するための平行化レンズとを備えた照明装置であって、前記平行化レンズの光射出面には、前記発光管の発光中心から放射される光のうち前記楕円面リフレクタ側に照明光軸から６０°〜８０°のいずれかの角度で放射される光が前記楕円面リフレクタで反射された後に前記平行化レンズを通過して前記平行化レンズの光射出面から射出する所定角度の射出光に対応して最適化された減反射膜が形成されていることを特徴とする。
このため、本発明の他の照明装置によれば、発光管から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタに反射する補助ミラーを有しているため、楕円面リフレクタから楕円面リフレクタの第２焦点に向けて集束するビームの集束角を小さくすることができる。その結果、平行化レンズの光入射面に入射する光の角度範囲を小さくすることができるようになり、平行化レンズの光入射面における反射率を全体として低減させるように減反射膜を最適化するのが容易になる。
また、上述したように、補助ミラーを用いた照明装置においては、発光管の発光中心から放射される光のうち楕円面リフレクタ側に照明光軸から６０°〜８０°の角度に放射される光の強度が他の角度範囲に放射される光の強度に比べて強い。このことは、前記６０〜８０°の角度で発光管から放射され平行化レンズに入射し平行化レンズの光射出面から射出される前記所定角度の射出光の光強度が、平行化レンズの光射出面から他の射出角度で射出される光の光強度よりも強いことを意味する。
そこで、本発明の他の照明装置においては、この所定角度の射出光に対応して減反射膜を最適化して構成することとしている。このため、本発明の他の照明装置によれば、光強度の強い前記所定角度の射出光の、平行化レンズの光射出面における反射率を低減させることで、平行化レンズの光射出面における反射率を全体としてさらに低減させることができるようになり、その結果、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。
なお、本発明の他の照明装置によれば、発光管から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタに反射する補助ミラーを有しているため、以下のような効果も得られる。すなわち、発光管の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面リフレクタの大きさを設定することを必要とせず、楕円面リフレクタの小型化を図ることができ、結果として照明装置の小型化を図ることができる。また、楕円面リフレクタの小型化を図ることができることにより、楕円面リフレクタから楕円面リフレクタの第２焦点に向けて集束するビームの集束角やビームスポットの径を小さくすることができるため、平行化レンズの大きさなどをさらに小さくすることができる。
本発明の他の照明装置においては、前記平行化レンズは、光入射面が平面かつ光射出面が凹面である凹レンズからなり、前記所定角度の射出光が前記平行化レンズの光射出面における法線となす角度が３０°〜５０°であることが好ましい。
本発明者らの解析によって、補助ミラーを用いた照明装置においては、所定角度の射出光が平行化レンズの光射出面にから射出するとき、平行化レンズの光入射面が平面かつ光射出面が凹面（例えば、回転楕円面）である場合には、所定角度の射出光が前記平行化レンズの光射出面における法線となす角度が約４０°となることが明らかになった。このため、所定のマージンを見込んで、この角度を３０°〜５０°とすることとすれば、平行化レンズの光射出面における反射率を全体としてさらに低減させることができるようになるからである。
本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置においては、前記減反射膜は、３００℃以上の耐熱性を有する誘電体多層膜からなることが好ましい。
平行化レンズは、発光管や楕円面リフレクタに近接して配置されるため、これら発光管や楕円面リフレクタからの熱により３００℃近くの高温になる。このため、このような平行化レンズに形成される減反射膜としても、３００℃以上の耐熱性を有する誘電体多層膜からなることが好ましい。
本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置においては、前記誘電体多層膜は、低屈折率膜としてのＳｉＯ２と高屈折率膜としてのＴｉＯ２及び／又はＴａ２Ｏ５との積層膜からなることが好ましい。
このように構成することにより、３００℃以上の耐熱性を実現できるようになる。低屈折率膜としてのＳｉＯ２と高屈折率膜としてのＴｉＯ２及び／又はＴａ２Ｏ５との積層膜としては、低屈折率膜としてのＳｉＯ２と高屈折率膜としてのＴａ２Ｏ５との積層膜や、低屈折率膜としてのＳｉＯ２と高屈折率膜としてのＴｉＯ２及びＴａ２Ｏ５との積層膜を好適に用いることができる。
本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置においては、前記平行化レンズの基材は、硼珪酸ガラス又は石英ガラスからなることが好ましい。
このように構成することにより、平行化レンズに必要な光学的性能と耐熱性とが得られるようになる。
本発明のプロジェクタは、上記した本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置と、前記照明装置からの照明光を画像信号に応じて変調する電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置で変調された光を投写する投写光学系とを備えたことを特徴とする。
このため、本発明のプロジェクタは、上記のように光利用効率をさらに向上するとともに不要な迷光をさらに低減することが可能な照明装置を備えているため、高輝度で高画質のプロジェクタとなる。
【図面の簡単な説明】  図１は、実施形態１に係る照明装置１１０Ａを示す図である。
図２は、発光管１２０の発光中心Ｐからの放射光の強度分布を示す図である。
図３は、従来の照明装置９００における発光管９２０の配光特性を示す図である。
図４は、減反射膜１４２Ａの構成を示す図である。
図５は、減反射膜１４２Ａの反射特性を示す図である。
図６は、別の減反射膜１４２Ａの構成を示す図である。
図７は、別の減反射膜１４２Ａの反射特性を示す図である。
図８は、実施形態１に係るプロジェクタ１Ａの光学系を示す図である。
図９は、実施形態２に係る照明装置１１０Ｂを示す図である。
図１０は、実施形態３に係る照明装置１１０Ｃを示す図である。
図１１は、従来の照明装置９００を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の照明装置及びプロジェクタについて図に示す実施の形態に基づいて説明する。
［実施形態１］
まず、実施形態１に係る照明装置及びプロジェクタついて説明する。
図１は、実施形態１に係る照明装置１１０Ａを説明するために示す図である。実施形態１に係る照明装置１１０Ａは、図１に示すように、楕円面リフレクタ１３０と、楕円面リフレクタ１３０の一方の焦点Ｆ１近傍に配置された発光管１２０と、発光管１２０の被照明領域側に配置され発光管１２０から被照明領域側に放射される光を楕円面リフレクタ１３０に反射する補助ミラー１２２と、楕円面リフレクタ１３０からの光を略平行化するための平行化レンズ１４０Ａとを備えている。
平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉには、発光管１２０の発光中心Ｐから放射される光のうち楕円面リフレクタ１３０側に照明光軸１１０Ａａｘから６０°〜８０°のいずれかの角度で放射される光Ｌ１が楕円面リフレクタ１３０で反射された後に平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉに入射する所定角度の入射光Ｌ２に対応して最適化された減反射膜１４２Ａが形成されている。平行化レンズ１４０Ａの光射出面１４０Ａｏには紫外線反射膜１４４Ａが形成されている。
図２は、補助ミラー１２２が取り付けられた発光管１２０の発光中心Ｐからの放射光の強度分布を示す図である。図３は、従来の照明装置９００における、補助ミラーが取り付けられていない発光管９２０の配光特性を示す図である。図２及び図３において、周方向の軸は発光管１２０，９２０の発光中心Ｐからの放射光が照明光軸１１０Ａａｘ，９１０ａｘとなす角度のうち、楕円面リフレクタ１３０，９３０側から測った角度を示す。径方向の軸は、光強度を示す。
図２及び図３からも明らかなように、実施形態１に係る照明装置１１０Ａによれば、発光管１２０から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタ１３０に反射する補助ミラー１２２を有しているため、発光中心Ｐから楕円面リフレクタ１３０側に照明光軸１１０ａｘから１００°以上の角度で放射される光はほとんどない。従って、楕円面リフレクタ１３０から楕円面リフレクタの第２焦点Ｆ２に向けて集束するビームの集束角を小さくすることができる。その結果、平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉに入射する光の角度範囲を小さくすることができるようになり、平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉにおける反射率を全体として低減させるように減反射膜１４２Ａを最適化するのが容易になる。
また、本発明者らの解析により、補助ミラー１２２を用いた照明装置においては、図２に示すように、発光管１２０の発光中心Ｐから放射される光のうち楕円面リフレクタ１３０側に照明光軸１１０Ａａｘから６０°〜８０°の角度に放射される光の強度が他の角度範囲に放射される光の強度に比べて強いことが明らかになった。このことは、前記所定角度の入射光Ｌ２の光強度が、平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉの他の部分に入射する光の光強度よりも強いことを意味する。
そこで、実施形態１に係る照明装置１１０Ａにおいては、この所定角度の入射光Ｌ２に対応して減反射膜１４２Ａを最適化して構成することとしている。このため、実施形態１に係る照明装置１１０Ａによれば、平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉにおける反射率を全体としてさらに低減させることができるようになり、その結果、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。
なお、実施形態１に係る照明装置１１０Ａによれば、発光管１２０から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタ１３０に反射する補助ミラー１２２を有しているため、以下のような効果も得られる。すなわち、発光管１２０の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面リフレクタ１３０の大きさを設定することを必要とせず、楕円面リフレクタ１３０の小型化を図ることができ、結果として照明装置１１０Ａの小型化を図ることができる。また、楕円面リフレクタ１３０の小型化を図ることができることにより、楕円面リフレクタ１３０から楕円面リフレクタ１３０の第２焦点Ｆ２に向けて集束するビームの集束角やビームスポットの径を小さくすることができるため、平行化レンズ１４０Ａの大きさなどをさらに小さくすることができる。
実施形態１に係る照明装置１１０Ａにおいては、平行化レンズ１４０Ａは、光入射面１４０Ａｉが回転双曲面であり光射出面が平面である凹レンズからなる。このような平行化レンズ１４０Ａを用いる場合、本発明者らの解析によれば、所定角度の入射光Ｌ２が平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉに入射するとき、所定角度の入射光Ｌ２が平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉにおける法線となす角度βが約４０°となることが明らかになった。このため、実施形態１に係る照明装置１１０Ａにおいては、所定のマージンを見込んで、この角度βを３０°〜５０°とすることとしている。このため、実施形態１に係る照明装置１１０Ａによれば、平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉにおける反射率を全体としてさらに低減させることができるようになる。
なお、「所定角度の入射光Ｌ２」としては、例えば、発光管１２０の発光中心Ｐから放射される光のうち楕円面リフレクタ１３０側に照明光軸１１０Ｃａｘから６０°〜８０°のいずれかの角度で放射される光Ｌ１のうち最も強く放射される角度で放射される光が楕円面リフレクタ１３０で反射された後に平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉに入射する所定角度の入射光」を用いることが好ましい。また、例えば、発光管１２０の発光中心Ｐから放射される光のうち楕円面リフレクタ１３０側に照明光軸１１０Ｃａｘから６０°〜８０°のいずれかの角度で放射される光Ｌ１のうち中心の角度（７０°）で放射される光が楕円面リフレクタ１３０で反射された後に平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉに入射する所定角度の入射光」を用いることも好ましい。
減反射膜１４２Ａの最適化は、減反射膜の構成（例えば、減反射膜を構成する膜の材料や構成）を工夫することにより減反射膜１４２Ａの反射率が低くなるようにして行う。図４は、そのようにして最適化された減反射膜の構成を示す図である。図５は、減反射膜１４２Ａの反射特性を示す図である。
減反射膜１４２Ａは、図４に示すように、４層構造を有する誘電体多層膜である。平行化レンズ１４０Ａの基板側から１層目が高屈折率膜としてのＴａ２Ｏ５（膜厚は０．０５λ）、２層目が低屈折率膜としてのＳｉＯ２（膜厚は０．１λ）、３層目が高屈折率膜としてのＴａ２Ｏ５（膜厚は０．５λ）と、４層目が低屈折率膜としてのＳｉＯ２（膜厚は０．２５λ）により形成されている。
上記構成の減反射膜１４２Ａは、図５に示すように、上記した角度βが４０°の光（Ｓ偏光及びＰ偏光）に対して反射率が十分に低減されていることがわかる。このため、実施形態１に係る照明装置１１０Ａは、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。
また、上記構成の減反射膜１４２Ａは、十分高い耐熱性を有しており、平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉの温度が３００℃近くになっても劣化することがない。
図６は、実施形態１に用いられる別の減反射膜の構成を示す図である。図７は、別の減反射膜の反射特性を示す図である。
この別の減反射膜も、図６に示すように、４層構造を有する誘電体多層膜である。平行化レンズ１４０Ａの基板側から１層目が高屈折率膜としてのＴｉＯ２（膜厚は０．０５λ）、２層目が低屈折率膜としてのＳｉＯ２（膜厚は０．１λ）、３層目が高屈折率膜としてのＴａ２Ｏ５（膜厚は０．５λ）と、４層目が低屈折率膜としてのＳｉＯ２（膜厚は０．２５λ）により形成されている。
上記構成の別の減反射膜も、図７に示すように、上記した角度βが４０°の光（Ｓ偏光及びＰ偏光）に対して反射率が十分に低減されていることがわかる。このため、実施形態１に係る照明装置１１０Ａにおいては、減反射膜１４２Ａに代えて、このような別の減反射膜を用いた場合であっても、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。
また、上記構成の別の減反射膜も、十分高い耐熱性を有しており、平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉの温度が３００℃近くになっても劣化することがない。
実施形態１に係る照明装置１１０Ａにおいては、平行化レンズ１４０Ａの基材として、硼珪酸ガラスを用いている。このため、平行化レンズ１４０Ａに必要な光学的性能と耐熱性とが得られる。また、上記した減反射膜１４２Ａとの密着性も良好である。
なお、平行化レンズ１４０Ａの基材としては、硼珪酸ガラスに代えて石英ガラスを用いることもできる。この場合には、さらに耐熱性が向上する。
次に実施形態１に係るプロジェクタ１Ａについて詳細に説明する。
実施形態１に係るプロジェクタ１Ａは、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、スクリーンＳＣＲ上に拡大投写する光学機器である。
実施形態１に係るプロジェクタ１Ａは、図８に示すように、照明光学系１００と、色光分離光学系２００と、リレー光学系３００と、光学装置５００と、投写光学系６００とを備えている。
照明光学系１００は、照明装置１１０Ａと、インテグレータ光学系１５０とを備えている。
照明装置１１０Ａは、上述したように、楕円面リフレクタ１３０と、楕円面リフレクタ１３０一方の焦点Ｆ１近傍に発光中心を有する発光管１２０とを備えている。
発光管１２０は、管球と、この管球の両側に延びる封止部とを有している。管球は、球状に形成された石英ガラス製であって、この管球内に配置された一対の電極と、管球内に封入された水銀、希ガス及び少量のハロゲンとを有する。
発光管１２０の管球内の一対の電極は、アーク像を形成するためのものである。一対の電極に電圧を印加すると、電極間に電位差が発生し、放電が生じ、アーク像が生成される。
ここで、発光管としては、高輝度発光する種々の発光管を採用でき、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ等を採用できる。
楕円面リフレクタ１３０は、発光管１２０から放射された光を一定方向に揃えて射出する凹面を有している。この楕円面リフレクタ１３０の凹面は、可視光を反射して赤外線を透過するコールドミラーとなっている。なお、楕円面リフレクタ１３０の光軸は、照明装置１１０Ａから射出される光束の中心軸である照明光軸１１０Ａａｘと一致している。
インテグレータ光学系１５０は、照明装置１１０Ａから射出された光束を複数の部分光束に分割し、照明領域の面内照度を均一化する光学系である。このインテグレータ光学系１５０は、第１レンズアレイ１６０、第２レンズアレイ１７０、偏光変換素子１８０、重畳レンズ１９０を備えている。
第１レンズアレイ１６０は、照明装置１１０Ａから射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明装置１１０Ａから射出された光束の中心軸である照明光軸１１０Ａａｘと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えて構成される。
第２レンズアレイ１７０は、上述した第１レンズアレイ１６０により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ１６０と同様に照明光軸１１０Ａａｘに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えた構成を有している。
偏光変換素子１８０は、第１レンズアレイ１６０により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子である。
この偏光変換素子１８０は、図示を略したが、照明光軸１１０Ａａｘに対して傾斜配置される偏光分離膜及び反射膜を交互に配列した構成を具備する。偏光分離膜は、各部分光束に含まれるＰ偏光光束及びＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、反射膜によって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわち照明光軸１１０Ａａｘに沿った方向に射出される。射出された偏光光束のいずれかは、偏光変換素子１８０の光射出面に設けられる位相差板によって偏光変換され、略全ての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このような偏光変換素子１８０を用いることにより、照明装置１１０Ａから射出される光を、略一方向の偏光光に揃えることができるため、光学装置５００で利用する光源光の利用率を向上することができる。
重畳レンズ１９０は、第１レンズアレイ１６０、第２レンズアレイ１７０及び偏光変換素子１８０を経た複数の部分光束を集光して光学装置５００の後述する３つの液晶装置の画像形成領域上に重畳させる光学素子である。
照明光学系１００から射出された光は、色分離光学系２００に射出され、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。
色分離光学系２００は、２枚のダイクロイックミラー２１０，２２０と、反射ミラー２３０とを備え、ダイクロイックミラー２１０，２２０によりインテグレータ光学系１５０から射出された複数の部分光束を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３色の色光に分離する機能を有している。
ダイクロイックミラー２１０，２２０は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長領域の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子である。そして、光路前段に配置されるダイクロイックミラー２１０は、赤色光を反射し、その他の色光を透過するミラーである。また、光路後段に配置されるダイクロイックミラー２２０は、緑色光を反射し、青色光を透過するミラーである。
リレー光学系３００は、入射側レンズ３１０と、リレーレンズ３３０と、反射ミラー３２０，３４０とを備え、色分離光学系２００を構成するダイクロイックミラー２２０を透過した青色光を光学装置５００まで導く機能を有している。なお、青色光の光路にこのようなリレー光学系３００が設けられているのは、青色光の光路長が他の色光の光路長よりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。実施形態１に係るプロジェクタ１Ａにおいては、青色光の光路長が長いのでこのような構成とされているが、赤色光の光路長を長くしてリレー光学系３００を赤色光の光路に用いる構成も考えられる。
上述したダイクロイックミラー２１０により分離された赤色光は、反射ミラー２３０により曲折された後、フィールドレンズ２４０Ｒを介して光学装置５００に供給される。また、ダイクロイックミラー２２０により分離された緑色光は、フィールドレンズ２４０Ｇを介して光学装置５００に供給される。さらに、青色光は、リレー光学系３００を構成する入射側レンズ３１０、リレーレンズ３３０及び反射ミラー３２０，３４０により集光、曲折されてフィールドレンズ３５０を介して光学装置５００に供給される。なお、光学装置５００の各色光の光路前段に設けられるフィールドレンズ２４０Ｒ，２４０Ｇ，３５０は、照明光学系１００から射出された各部分光束を、照明光軸１１０Ａａｘに対して平行な光に変換するために設けられている。
分離された各色光は、電気光学変調装置としての液晶装置４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂにおいて画像情報に対応して変調される。
光学装置５００は、入射した光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものである。この光学装置５００は、液晶装置４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂ（赤色光側の液晶装置を液晶装置４２０Ｒ、緑色光側の液晶装置を液晶装置４２０Ｇ、青色光側の液晶装置を液晶装置４２０Ｂとする。）と、クロスダイクロイックプリズム５１０とを備えて構成される。
液晶装置４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂの入射側には入射側偏光板９１８Ｒ，９１８Ｇ，９１８Ｂが配置され、射出側には射出側偏光板９２０Ｒ，９２０Ｇ，９２０Ｂが配置されている。液晶装置４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂとしては、透過の液晶パネルが用いられる。入射側偏光板、液晶パネル及び射出側偏光板によって入射する各色光の光変調が行われる。
液晶パネルは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号にしたがって、入射側偏光板から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。
液晶装置４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂにおいて変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム５１０で合成される。
クロスダイクロイックプリズム５１０は、液晶装置４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂとともに光学装置５００を構成し、液晶装置４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂから射出される各色光の変換光を合成する色合成光学系としての機能を有している。そして、赤色光を反射する赤色光反射ダイクロイック面５１０Ｒと、青色光を反射する青色光反射ダイクロイック面５１０Ｂとを有している。赤色光反射ダイクロイック面５１０Ｒ及び青色光反射ダイクロイック面５１０Ｂは、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とを４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成することにより設けられている。これら両反射ダイクロイック面５１０Ｒ，５１０Ｂによって３色の変換光が合成され、カラー画像を表示する光が生成される。クロスダイクロイックプリズム５１０において生成された合成光は、投写光学系６００に向かって射出される。
投写光学系６００は、クロスダイクロイックプリズム５１０からの合成光を表示画像としてスクリーンＳＣＲに投写するように構成されている。
実施形態１に係るプロジェクタ１Ａは、上記したように、照明装置１１０Ａと、照明装置１１０Ａからの照明光束を画像信号に応じて変調する電気光学変調装置としての液晶装置４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂと、液晶装置４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂで変調された光を投写する投写光学系６００とを有している。
このため、実施形態１に係るプロジェクタ１Ａによれば、上記のように光利用効率をさらに向上するとともに不要な迷光をさらに低減することが可能な照明装置１１０Ａを備えているため、高輝度で高画質のプロジェクタとなる。
［実施形態２］
次に、実施形態２に係る照明装置１１０Ｂについて説明する。図９は、実施形態２に係る照明装置１１０Ｂを説明するために示す図である。
実施形態２に係る照明装置１１０Ｂが実施形態１に係る照明装置１１０Ａと異なるのは、平行化レンズの構成である。すなわち、実施形態１に係る照明装置１１０Ａにおいては、平行化レンズ１４０Ａは、光入射面１４０Ａｉが回転双曲面であり光射出面が平面である凹レンズからなるのに対して、実施形態２に係る照明装置１１０Ｂにおいては、平行化レンズ１４０Ｂは、光入射面１４０Ｂｉが平面であり光射出面１４０Ｂｏが回転楕円面である凹レンズからなる。光射出面１４０Ｂｏには紫外線反射膜１４４Ｂが形成されている。
このように、実施形態２に係る照明装置１１０Ｂは、実施形態１に係る照明装置１１０Ａとは平行化レンズの構成が異なるが、実施形態１に係る照明装置１１０Ａの場合と同様に、上記した所定角度の入射光Ｌ２に対応して減反射膜１４２Ｂが最適化されているため、実施形態２に係る照明装置１１０Ｂにおいても、平行化レンズ１４０Ｂの光入射面１４０Ｂｉにおける反射率を全体としてさらに低減させることができるようになり、その結果、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。
本発明者らの解析によれば、所定角度の入射光Ｌ２が平行化レンズ１４０Ｂの光入射面１４０Ｂｉに入射するとき、所定角度の入射光Ｌ２が平行化レンズ１４０Ｂの光入射面１４０Ｂｉにおける法線となす角度γが約１０°となることが明らかになった。このため、実施形態２に係る照明装置１１０Ｂにおいては、所定のマージンを見込んで、この角度γを０°〜２０°とすることとしている。このため、実施形態２に係る照明装置１１０Ｂによれば、平行化レンズ１４０Ｂの光入射面１４０Ｂｉにおける反射率を全体としてさらに低減させることができるようになる。
［実施形態３］
次に、実施形態３に係る照明装置１１０Ｃついて説明する。図１０は、実施形態３に係る照明装置１１０Ｃを説明するために示す図である。
実施形態３に係る照明装置１１０Ｃが実施形態２に係る照明装置１１０Ｂと異なるのは、平行化レンズの構成である。すなわち、実施形態２に係る照明装置１１０Ｂにおいては、平行化レンズ１４０Ｂの光入射面１４０Ｂｉには減反射膜１４２Ｂが形成され、光射出面１４０Ｂｏには紫外線反射膜１４４Ｂが形成されているのに対して、実施形態３に係る照明装置１１０Ｃにおいては、平行化レンズ１４０Ｃの光入射面１４０Ｃｉには紫外線反射膜１４４Ｃが形成され、光射出面１４２Ｃｏには減反射膜１４２Ｃが形成されている。
このように、実施形態３に係る照明装置１１０Ｃは、実施形態２に係る照明装置１１０Ｂとは平行化レンズの構成が異なるが、所定角度の射出光Ｌ３に対応して減反射膜１４２Ｃが最適化されているため、実施形態３に係る照明装置１１０Ｃにおいても、平行化レンズ１４０Ｃの光射出面１４０Ｃｏにおける反射率を全体としてさらに低減させることができるようになり、その結果、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。
ここで、「所定角度の射出光Ｌ３」とは、発光管１２０の発光中心Ｐから放射される光のうち楕円面リフレクタ１３０側に照明光軸１１０Ｃａｘから６０°〜８０°のいずれかの角度で放射される光Ｌ１が楕円面リフレクタ１３０で反射された後に平行化レンズ１４０Ｃを通過して平行化レンズ１４０Ｃの光射出面１４０Ｃｏから射出する所定角度の射出光Ｌ３」をいう。
本発明者らの解析によれば、所定角度の射出光Ｌ３が平行化レンズ１４０Ｃの光射出面１４０Ｃｏから射出するとき、所定角度の射出光Ｌ３が平行化レンズ１４０Ｃの光射出面１４０Ｃｏにおける法線となす角度δが約４０°となることが明らかになった。このため、実施形態３に係る照明装置１１０Ｃにおいては、所定のマージンを見込んで、この角度δを３０°〜５０°とすることとしている。このため、実施形態３に係照明装置１１０Ｃによれば、平行化レンズ１４０Ｃの光射出面１４０Ｃｏにおける反射率を全体としてさらに低減させることができるようになる。
なお、「所定角度の射出光Ｌ３」としては、例えば、発光管１２０の発光中心Ｐから放射される光のうち楕円面リフレクタ１３０側に照明光軸１１０Ｃａｘから６０°〜８０°のいずれかの角度で放射される光Ｌ１のうち最も強く放射される角度で放射される光が楕円面リフレクタ１３０で反射された後に平行化レンズ１４０Ｃを通過して平行化レンズ１４０Ｃの光射出面１４０Ｃｏから射出する所定角度の射出光」を用いることが好ましい。また、例えば、発光管１２０の発光中心Ｐから放射される光のうち楕円面リフレクタ１３０側に照明光軸１１０Ｃａｘから６０°〜８０°のいずれかの角度で放射される光Ｌ１のうち中心の角度（７０°）で放射される光が楕円面リフレクタ１３０で反射された後に平行化レンズ１４０Ｃを通過して平行化レンズ１４０Ｃの光射出面１４０Ｃｏから射出する所定角度の射出光」を用いることも好ましい。
以上、本発明の照明装置及びプロジェクタを上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各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。
上記実施形態１においては、本発明の照明装置を、３つの液晶装置を用いたプロジェクタに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の照明装置を、１つの液晶装置のみを用いたプロジェクタ、２つの液晶装置を用いたプロジェクタ、又は４つ以上の液晶装置を用いたプロジェクタに適用することも可能である。
上記実施形態１においては、本発明の照明装置を、光入射面と光射出面とが異なる面となる透過型の液晶装置を用いたプロジェクタに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の照明装置を、光入射面と光射出面とが同一の面となる透過型の液晶装置を用いたプロジェクタに適用することも可能である。
上記実施形態１においては、本発明の照明装置を、電気光学変調装置として液晶装置を用いたプロジェクタに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の照明装置を、電気光学変調装置としてマイクロミラー型変調装置を用いたプロジェクタに適用することも可能である。
上記実施形態１においては、本発明の照明装置をプロジェクタに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の照明装置を他の光学機器に適用することも可能である。
本発明を実施するための最良の形態は以上のように開示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関しに図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記のように形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではない。それらの形状、材質などの限定の一部又は全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【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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【国際調査報告】
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