(57)【要約】【課題】射出光束の照度が低下することのない光源装置を提供すること。【解決手段】光源ランプユニット１０は、電極１１４間で放電発光が行われる発光部１１１を有する光源ランプ１１と、この光源ランプ１１から放射された光束を一定方向に揃えて射出する楕円リフレクタ１２と、光源ランプ１１を挟んで楕円リフレクタ１２の反対側に設けられる副反射鏡１３とを備え、電極１１４間の発光中心Ｃ２と楕円リフレクタ１２の第一焦点Ｆ１とは一致しておらず、副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１と楕円リフレクタ１２の第一焦点Ｆ１は一致しておらず、発光中心Ｃ２と第一焦点Ｆ１と反射光源の中心Ｃ１とは、楕円リフレクタ１２の第一焦点Ｆ１と第二焦点Ｆ２とをつなぐ直線に対して垂直な直線上に配置される。
2004104689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間で放電発光が行われる発光部を有する発光管と、前記発光管から放射された光束を一定方向に揃えて射出する第１反射鏡と、前記発光部を挟んで前記第１反射鏡の反対側に設けられる第２反射鏡とを備えた光源装置であって、
前記第１反射鏡は楕円曲面形状の反射面を備え、
前記第１反射鏡の反射面は第１焦点と第２焦点とを有し、
前記電極間の放電発光の中心と、前記第１反射鏡の第１焦点とは一致しておらず、
前記電極間の放電発光の中心から射出され前記第２反射鏡で反射された光束が形成する前記第２反射鏡の反射光源の中心は、前記電極間の放電発光の中心および前記第１反射鏡の第１焦点とは一致しておらず、
前記電極間の放電発光の中心、前記第１反射鏡の第１焦点および前記第２反射鏡の反射光源の中心は、前記第１反射鏡の第１焦点と第２焦点とをつなぐ直線に対して垂直な直線上に配置されることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記第１反射鏡の第１焦点は、前記第１反射鏡の第１焦点と第２焦点とをつなぐ直線に対して垂直な直線上において、前記電極間の放電発光の中心と前記第２反射光の反射光源の中心との間に配置されることを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光源装置において、
前記第１反射鏡の第１焦点は、前記第２反射光の反射光源の中心よりも前記電極間の放電発光の中心に近い位置に配置されることを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の光源装置において、
前記第２反射鏡は、前記発光部前面に反射材料を蒸着形成して構成されることを特徴とする光源装置。
【請求項５】
電極間で放電発光が行われる発光部を有する発光管、前記発光管から放射された光束を一定方向に揃えて射出する第１反射鏡、および、前記発光部を挟んで前記第１反射鏡の反対側に設けられる第２反射鏡を備えた光源装置と、前記光源装置から射出された光束を１種類の直線偏光光束に揃えて射出する偏光変換光学系とを備えた照明光学装置であって、
前記偏光変換光学系は、入射光束を２種類の直線偏光光束に分離し長手方向を有する形状の複数の偏光分離膜、および前記偏光分離膜の間に介在配置される複数の反射膜を備え、
前記光源装置は、請求項１ないし４のいずれかに記載の光源装置であって、
前記電極間の放電発光の中心と前記第２反射光の反射光源の中心とのずれ方向は、前記偏光分離膜の長手方向に対して平行であることを特徴とする照明光学装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の光源装置を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項７】
請求項５に記載の照明光学装置を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項８】
電極間で放電発光が行われる発光部を有する発光管と、前記発光管から放射された光束を一定方向に揃えて射出する第１反射鏡と、前記発光部を挟んで前記第１反射鏡の反対側に設けられる第２反射鏡とを備えた光源装置の製造方法であって、
前記電極と前記第２反射鏡で反射された前記電極の反射像とがずれるように前記発光管に対して前記第２反射鏡の位置を調整する工程と、
前記発光管に対して位置調整された前記第２反射鏡を前記発光管に固定する工程と、
基準軸上に配置された、前記発光管から放射された光束を平行化する平行化レンズと、前記平行化レンズ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、前記光束分割光学素子によって分割された光束を所定の位置で結像させる結像素子と、前記光束分割光学素子により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の偏光方向に揃え、長手方向を有する形状の偏光分離膜を備えた偏光変換光学系と、前記結像素子により結像され像が投写される投写スクリーンとが備えられた光学系の前記平行化レンズの光束入射側に、前記第１反射鏡の第１焦点と第２焦点とが前記基準軸上に配置されるように前記第１反射鏡を配置する工程と、
前記第２反射鏡が設けられた発光管を発光させるとともに、前記発光部から放射され直接前記第１反射鏡で反射された光束によって形成された第１アーク像と、前記発光部から放射され前記第２反射鏡を経て前記第１反射鏡で反射された光束によって形成された第２アーク像とを、前記投写スクリーン上に投写させる工程と、
前記投写スクリーン上に投写された前記第１アーク像と前記第２アーク像とが最も明るくなるように、前記基準軸に平行な方向及び前記基準軸に垂直な方向に前記第２反射鏡が固定された前記発光管の位置を前記第１反射鏡に対して調整する固定と、
前記第１アーク像の中心と前記第２アーク像の中心とのずれ方向が前記偏光分離膜の前記長手方向に対して平行になるように、前記第１反射鏡に対して前記発光管を回転させて、前記第２反射鏡が固定された前記発光管の位置を前記第１反射鏡に対して調整する工程と、前記第１反射鏡に対して位置調整された前記発光管を、前記第１反射鏡に対して固定する工程とを備えていることを特徴とする光源装置の製造方法。
【請求項９】
電極間で放電発光が行われる発光部を有する発光管と、前記発光管から放射された光束を一定方向に揃えて射出する第１反射鏡と、前記発光部を挟んで前記第１反射鏡の反対側に設けられる第２反射鏡とを備えた光源装置の製造方法であって、
前記電極と前記第２反射鏡で反射された前記電極の反射像とがずれるように前記発光管に対して前記第２反射鏡の位置を調整する工程と、
前記発光管に対して位置調整された前記第２反射鏡を前記発光管に固定する工程と、
基準軸上に配置された、前記発光管から放射された光束を平行化する平行化レンズと、前記平行化レンズ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、前記光束分割光学素子によって分割された光束を所定の位置で結像させる結像素子と、前記光束分割光学素子により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の偏光方向に揃え、長手方向を有する形状の偏光分離膜を備えた偏光変換光学系と、前記偏光変換光学系から射出された光束を光源装置の照明対象である照明領域上に重畳させる重畳レンズと、前記照明領域に相当する位置に配置され前記照明領域の範囲の形状の開口部を有する枠部材と、前記枠部材の前記開口部から射出された光束の照度を測定する照度計とが備えられた光学系の前記平行化レンズの光束入射側に、前記第１反射鏡の第１焦点と第２焦点とが前記基準軸上に配置されるように前記第１反射鏡を配置する工程と、
前記発光管に電圧を印加して発光させ、前記枠部材の前記開口部から射出された光束の照度を前記照度計で測定しながら、前記枠部材の前記開口部から射出された光束の照度がより高くなるように、前記基準軸に平行な方向及び前記基準軸に垂直な方向に前記第２反射鏡が固定された前記発光管の位置を前記第１反射鏡に対して調整する固定と、
前記枠部材の前記開口部から射出された光束の照度を前記照度計で測定しながら、前記枠部材の前記開口部から射出された光束の照度がより高くなるように、前記第１反射鏡に対して前記発光管を回転させて、前記第２反射鏡が固定された前記発光管の位置を前記第１反射鏡に対して調整する工程と、
前記第１反射鏡に対して位置調整された前記第２反射鏡が固定された前記発光管を、前記第１反射鏡に対して固定する工程とを備えていることを特徴とする光源装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】    本発明は、例えば、電極間で放電発光が行われる発光部を有する発光管と、この発光管から放射された光束を一定方向に揃えて射出する第１反射鏡と、前記発光部を挟んで前記第１反射鏡の反対側に設けられる第２反射鏡とを備えた光源装置、照明光学装置、プロジェクタおよび光源装置の製造方法に関する。
【背景技術】  従来より、例えば、特開平８−３１３８２号公報に記載されているように、発光部を有する発光管、発光部から放射された光束を一定方向に揃えて射出する第１反射鏡を備えた照明装置において、発光管を挟んで第１反射鏡と対向する位置に設けられた第２反射鏡を備え、発光管から放射されても迷光となって使用されていなかった光を有効に利用できるようにした技術がある。
このような照明装置において、照明装置から射出される光束の輝度および集光点の位置を所望の値にするために、発光管、第１反射鏡および第２反射鏡のそれぞれの相対位置の調整には高い精度が要求されている。
【発明の開示】
本発明の目的は、射出光束の照度が低下することのない光源装置、照明光学装置、プロジェクタ及び光源装置の製造方法を提供することにある。
本発明の光源装置は、電極間で放電発光が行われる発光部を有する発光管と、前記発光管から放射された光束を一定方向に揃えて射出する第１反射鏡と、前記発光部を挟んで前記第１反射鏡の反対側に設けられる第２反射鏡とを備えた光源装置であって、前記第１反射鏡は楕円曲面形状の反射面を備え、前記第１反射鏡の反射面は第１焦点と第２焦点とを有し、前記電極間の放電発光の中心と、前記第１反射鏡の第１焦点とは一致しておらず、前記電極間の放電発光の中心から射出され前記第２反射鏡で反射された光束が形成する前記第２反射鏡の反射光源の中心は、前記電極間の放電発光の中心および前記第１反射鏡の第１焦点とは一致しておらず、前記電極間の放電発光の中心、前記第１反射鏡の第１焦点および前記第２反射鏡の反射光源の中心は、前記第１反射鏡の第１焦点と第２焦点とをつなぐ直線に対して垂直な直線上に配置されることを特徴とする。
この発明によれば、電極間の放電発光の中心と第２反射鏡の反射光源の中心が一致していないから、第２反射鏡によって反射された光束は、電極間のアーク光源にほとんどプラズマ吸収されずに第１反射鏡に向かうことができ、第２反射鏡を経て第１反射鏡で反射されて形成されるアーク像の照度をより向上できる。
本発明では、前記第１反射鏡の第１焦点は、前記第１反射鏡の第１焦点と第２焦点とをつなぐ直線に対して垂直な直線上において、前記電極間の放電発光の中心と前記第２反射鏡の反射光源の中心との間に配置されることが好ましい。
これによれば、第１反射鏡の第１焦点および第２焦点をつなぐ直線に対して垂直な直線上に、第１反射鏡の第１焦点、電極間の放電発光の中心及び第２反射鏡の反射光源の中心を配置し、且つ、第１反射鏡の第１焦点が電極間の放電発光の中心と第２反射鏡の反射光源の中心との間に配置されているから、第１反射鏡の第２焦点付近に光束を収束させることができ、光源装置から射出される光束の照度を向上させることができる。
本発明では、前記第１反射鏡の第１焦点は、前記第２反射光の反射光源の中心よりも前記電極間の放電発光の中心に近い位置に配置されることが好ましい。
第２反射鏡の反射光源の中心と電極間の放電発光の中心との間に配置された第１反射鏡の第１焦点を、反射光源の中心よりも放電発光の中心の近くに配置させたから、反射光源の中心より光量の多い放電発光の中心から射出される光束によって形成される第１アーク像をより第１反射鏡の第２焦点付近に形成させることができるから、光量の多い第１アーク像を主とした光束を光源装置の照明対称へ射出させることができる。
本発明では、前記第２反射鏡は、前記発光部前面に反射材料を蒸着形成して構成されることが好ましい。
この発明によれば、第２反射鏡を容易に形成できるから、光源装置を簡単に製造できる。
本発明の照明光学装置は、電極間で放電発光が行われる発光部を有する発光管、前記発光管から放射された光束を一定方向に揃えて射出する第１反射鏡、および、前記発光部を挟んで前記第１反射鏡の反対側に設けられる第２反射鏡を備えた光源装置と、前記光源装置から射出された光束を１種類の直線偏光光束に揃えて射出する偏光変換光学系とを備えた照明光学装置であって、前記偏光変換光学系は、入射光束を２種類の直線偏光光束に分離し長手方向を有する形状の複数の偏光分離膜、および前記偏光分離膜の間に介在配置される複数の反射膜を備え、前記光源装置は、上述したいずれかの光源装置であって、前記電極間の放電発光の中心と前記第２反射光の反射光源の中心とのずれ方向は、前記偏光分離膜の長手方向に対して平行であることを特徴とする。
この発明によれば、光源装置の電極間の放電発光の中心と第２反射鏡の反射光源の中心とのずれ方向が、偏光変換光学系の偏光分離膜の長手方向に対して平行であるから、光源装置から射出される光束の第１アーク像と第２アーク像とがずれていても、第１アーク像と第２アーク像とがずれなかった場合と比較して偏光変換光学系の偏光分離膜に入射される光束の光量に変化は無い。従って、電極間の放電発光の中心と第２反射鏡の反射光源の中心とがずれたことによる、照明光学装置が射出する照明光の光量の損失を防止でき、より照度の高い照明光を射出させることができる。
本発明のプロジェクタは、上述した光源装置、もしくは、上述した照明光学装置を備えていることを特徴とする。
この発明のプロジェクタによれば、上述した光源装置または照明光学装置の効果と同様の効果を奏することができる。
本発明の光源装置の製造方法は、電極間で放電発光が行われる発光部を有する発光管と、前記発光管から放射された光束を一定方向に揃えて射出する第１反射鏡と、前記発光部を挟んで前記第１反射鏡の反対側に設けられる第２反射鏡とを備えた光源装置の製造方法であって、前記電極と前記第２反射鏡で反射された前記電極の反射像とがずれるように前記発光管に対して前記第２反射鏡の位置を調整する工程と、前記発光管に対して位置調整された前記第２反射鏡を前記発光管に固定する工程と、基準軸上に配置された、前記発光管から放射された光束を平行化する平行化レンズと、前記平行化レンズ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、前記光束分割光学素子によって分割された光束を所定の位置で結像させる結像素子と、前記光束分割光学素子により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の偏光方向に揃え、長手方向を有する形状の偏光分離膜を備えた偏光変換光学系と、前記結像素子により結像され像が投写される投写スクリーンとが備えられた光学系の前記平行化レンズの光束入射側に、前記第１反射鏡の第１焦点と第２焦点とが前記基準軸上に配置されるように前記第１反射鏡を配置する工程と、前記第２反射鏡が設けられた発光管を発光させるとともに、前記発光部から放射され直接前記第１反射鏡で反射された光束によって形成された第１アーク像と、前記発光部から放射され前記第２反射鏡を経て前記第１反射鏡で反射された光束によって形成された第２アーク像とを、前記投写スクリーン上に投写させる工程と、前記投写スクリーン上に投写された前記第１アーク像と前記第２アーク像とが最も明るくなるように、前記基準軸に平行な方向及び前記基準軸に垂直な方向に前記第２反射鏡が固定された前記発光管の位置を前記第１反射鏡に対して調整する固定と、前記第１アーク像の中心と前記第２アーク像の中心とのずれ方向が前記偏光分離膜の前記長手方向に対して平行になるように、前記第１反射鏡に対して前記発光管を回転させて、前記第２反射鏡が固定された前記発光管の位置を前記第１反射鏡に対して調整する工程と、前記第１反射鏡に対して位置調整された前記発光管を、前記第１反射鏡に対して固定する工程とを備えていることを特徴とする。
この発明によれば、投写スクリーンに投写された第１アーク像と第２アーク像とを観察しながら、第１アーク像と第２アーク像とが最も明るくなるように、第１反射鏡に対する発光管の位置を基準軸に平行な方向および基準軸に垂直な方向に調整し、且つ、第１アーク像の中心と第２アーク像の中心とのずれ方向が偏光変換光学系の偏光分離膜の長手方向と平行な方向になるように、第１反射鏡に対する発光管の位置調整したので、照度の高い照明光を射出する光源装置を精密に製造できる。
また、発光管に第２反射鏡を取り付け、発光管を回転させて第１反射鏡と第２反射鏡が固定された発光管との相対位置を調整したので、調整時に光源ランプ１１を回転させるだけで第１反射鏡の姿勢を変化させる必要がないから、照度の高い照明光を射出する光源装置を簡単に製造できる。また、調整時に楕円リフレクタ１２の姿勢を変化させる必要がないから、楕円リフレクタ１２の形状を回転させにくい形状、たとえば開口部付近が断面矩形の形状とすることもでき、汎用範囲が広がる。
本発明の他の光源装置の製造方法は、電極間で放電発光が行われる発光部を有する発光管と、前記発光管から放射された光束を一定方向に揃えて射出する第１反射鏡と、前記発光部を挟んで前記第１反射鏡の反対側に設けられる第２反射鏡とを備えた光源装置の製造方法であって、前記電極と前記第２反射鏡で反射された前記電極の反射像とがずれるように前記発光管に対して前記第２反射鏡の位置を調整する工程と、前記発光管に対して位置調整された前記第２反射鏡を前記発光管に固定する工程と、基準軸上に配置された、前記発光管から放射された光束を平行化する平行化レンズと、前記平行化レンズ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、前記光束分割光学素子によって分割された光束を所定の位置で結像させる結像素子と、前記光束分割光学素子により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の偏光方向に揃え、長手方向を有する形状の偏光分離膜を備えた偏光変換光学系と、前記偏光変換光学系から射出された光束を光源装置の照明対象である照明領域上に重畳させる重畳レンズと、前記照明領域の範囲の形状の開口部を有する枠部材と、前記枠部材の前記開口部から射出された光束の照度を測定する照度計とが備えられた光学系の前記平行化レンズの光束入射側に、前記第１反射鏡の第１焦点と第２焦点とが前記基準軸上に配置されるように前記第１反射鏡を配置する工程と、前記発光管に電圧を印加して発光させ、前記枠部材の前記開口部から射出された光束の照度を前記照度計で測定しながら、前記枠部材の前記開口部から射出された光束の照度がより高くなるように、前記基準軸に平行な方向及び前記基準軸に垂直な方向に前記第２反射鏡が固定された前記発光管の位置を前記第１反射鏡に対して調整する固定と、前記枠部材の前記開口部から射出された光束の照度を前記照度計で測定しながら、前記枠部材の前記開口部から射出された光束の照度がより高くなるように、前記第１反射鏡に対して前記発光管を回転させて、前記第２反射鏡が固定された前記発光管の位置を前記第１反射鏡に対して調整する工程と、前記第１反射鏡に対して位置調整された前記第２反射鏡が固定された前記発光管を、前記第１反射鏡に対して固定する工程とを備えていることを特徴とする。
この発明によれば、光源装置から射出される光束の照明対象である照明領域の形状と同一形状の枠部材の開口部から射出された光束の照度がより高くなるように、第２反射鏡が固定された発光管の位置が第１反射鏡に対して調整されているので、光源装置の照明対象である照明領域に照度がより高い照明光を射出する光源装置を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施形態に係る光源装置および照明光学装置が適用されたプロジェクタ１の光学系を表す模式図。
図２は、本発明の実施形態に係る光源装置の拡大断面図。
図３は、本発明の実施形態に係る発光管の拡大断面図。
図４は、本発明の実施形態に係る偏光変換光学系の分解斜視図。
図５は、本発明の実施形態に係る偏光変換光学系を部分拡大した平断面図。
図６は、本発明の実施形態に係る第２レンズアレイを光軸に沿った方向から見た図。
図７は、本発明の実施形態に係る光源装置によるアーク像を示す図。
図８は、本発明の実施形態に係る光源装置によるアーク像を示す図。
図９は、本発明の実施形態の比較例に係る第２レンズアレイを光軸に沿った方向から見た図。
図１０は、本発明の実施形態の比較例に係る光源装置によるアーク像を示す図。
図１１は、本発明の実施形態の比較例に係る光源装置によるアーク像を示す図。
図１２は、本発明の第１実施形態に係る光源装置または照明光学装置の製造方法を説明するための模式図。
図１３は、本発明の第２実施形態に係る光源装置または照明光学装置の製造方法を説明するための模式図。
図１４は、本発明の第３実施形態に係る光源装置の製造方法を説明するための模式図。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１には、本発明の第１実施形態に係る照明光学装置が適用されたプロジェクタ１の光学系を表す模式図が示されている。
このプロジェクタ１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、スクリーン上に拡大投写する光学機器であり、光源装置としての光源ランプユニット１０、均一照明光学系２０、色分離光学系３０、リレー光学系３５、光学装置４０、及び投写レンズ５０を備えて構成され、光学系２０〜３５を構成する光学素子は、所定の基準軸Ａが設定された光学部品用筐体２内に位置決め調整されて収納されている。
このうち、光源ランプユニット１０および均一照明光学系２０は、照明光学装置３を構成している。
光源ランプユニット１０は、光源ランプ１１から放射された光束を一定方向に揃えて射出し、光学装置４０を照明するものであり、詳しくは後述するが、光源ランプ１１、楕円リフレクタ１２、副反射鏡１３、及び平行化凹レンズ１４を備えている。
このように副反射鏡１３を用いることにより、光源ランプ１１から楕円リフレクタ１２とは反対側（前方側）に放射される光束が副反射鏡１３によって楕円リフレクタ１２側（後方側）に反射されるため、楕円リフレクタ１２の前方側の楕円曲面が少なくても、光源ランプ１１から射出された光束を殆どすべて楕円リフレクタ１２へ入射させて一定方向に揃えて射出でき、楕円リフレクタ１２の光軸方向寸法を小さくすることができる。
また、楕円リフレクタ１２の光軸方向長さ寸法は、光源ランプ１１の長さ寸法よりも小さくなっていて、光源ランプ１１を楕円リフレクタ１２に装着すると、光源ランプ１１の一部が楕円リフレクタ１２の光束射出開口部から突出する。
楕円リフレクタ１２により装置前方側に射出方向を揃えて収束光として射出された光束は、平行化凹レンズ１４によって平行化され、均一照明光学系２０に入射する。
この光源ランプユニット１０は、光学部品用筐体２に対して着脱可能となっていて、光源ランプ１１が破裂したり、寿命により輝度が低下した場合に交換できるようになっている。
均一照明光学系２０は、光源ランプユニット１０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り、第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ４１３、偏光変換光学系２３、及び重畳レンズ２４を備えている。
第１レンズアレイ２１は、光源ランプユニット１０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、基準軸Ａ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、各小レンズの輪郭形状は、後述する光学装置４０を構成する液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの画像形成領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。
第２レンズアレイ４１３は、重畳レンズ２４と共に前述した第１レンズアレイ２１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２１と同様に基準軸Ａ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２２１を備えた構成である。例えば、基準軸Ａに直交する面内に、４行６列の小レンズ２２１を備えて構成されている。また、第２レンズアレイ４１３は、集光を目的としているため、各小レンズの輪郭形状が液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの画像形成領域の形状と対応している必要はない。
偏光変換光学系２３は、第１レンズアレイ２１により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃えるものであり、詳しくは後述するが、偏光変換素子６１と、遮光板６２とを備える。このような偏光変換光学系２３を用いることにより、光学装置４０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２４は、第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ４１３、及び偏光変換光学系２３を経た複数の部分光束を集光して液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの画像形成領域である照明領域上に重畳させる光学素子である。この重畳レンズ２４は、本例では球面レンズであるが、非球面レンズを用いることも可能である。
色分離光学系３０は、２枚のダイクロイックミラー３１、３２と、反射ミラー３３、３４とを備え、ダイクロイックミラー３１、３２より均一照明光学系２０から射出された複数の部分光束を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する機能を具備する。
重畳レンズ２４から射出された光束は、反射ミラー３４で曲折されてダイクロイックミラー３１、３２に射出される。
ダイクロイックミラー３１、３２は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長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り、光路前段に配置されるダイクロイックミラー３１は、赤色光を透過し、その他の色光を反射するミラーである。光路後段に配置されるダイクロイックミラー３２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３５は、入射側レンズ３６と、リレーレンズ３８と、反射ミラー３７、３９とを備え、色分離光学系３０を構成するダイクロイックミラー３２を透過した青色光を光学装置４０まで導く機能を有している。尚、青色光の光路にこのようなリレー光学系３５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。なお、リレー光学系３５は、３つの色光のうち青色光を通す構成としたが、赤色光等の他の色光を通す構成としてもよい。
前述したダイクロイックミラー３１により分離された赤色光は、反射ミラー３３により曲折された後、フィールドレンズ４１を介して光学装置４０に供給される。また、ダイクロイックミラー３２により分離された緑色光は、そのままフィールドレンズ４１を介して光学装置４０に供給される。さらに、青色光は、リレー光学系３５を構成するレンズ３６、３８及び反射ミラー３７、３９により集光、曲折されてフィールドレンズ４１を介して光学装置４０に供給される。尚、光学装置４０の各色光の光路前段に設けられるフィールドレンズ４１は、第２レンズアレイ４１３から射出された各部分光束を、基準軸Ａに対して並行な光束に変換するために設けられている。
光学装置４０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り、照明光学装置３の照明対象となる光変調装置としての液晶パネル４２と、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム４３とを備えて構成される。尚、フィールドレンズ４１及び各液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの間には、入射側偏光板４４が介在配置され、図示を略したが、各液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ及びクロスダイクロイックプリズム４３の間には、射出側偏光板が介在配置され、入射側偏光板４４、液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ、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４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ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従って、入射側偏光板４４から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。この液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの変調を行う画像形成領域は、矩形状であり、その対角寸法は、例えば０．７インチである。
クロスダイクロイックプリズム４３は、射出側偏光板から射出された各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム４３は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、略Ｘ字状に誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の誘電体多層膜は、青色光を反射するものであり、これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。
そして、クロスダイクロイックプリズム４３から射出されたカラー画像は、投写レンズ５０によって拡大投写され、図示を略したスクリーン上で大画面画像を形成する。
〔１．光源ランプユニットの詳細な構造〕
図２には、光源ランプユニット１０の拡大断面図が示されている。
光源ランプユニット１０は、発光部１１１を有する発光管としての光源ランプ１１と、この光源ランプ１１に取り付けられて光束を一定方向に揃えて前方へ射出する第１反射鏡としての楕円リフレクタ１２と、光源ランプ１１の発光部１１１を挟んで楕円リフレクタ１２の反対側に設けられた第２反射鏡としての副反射鏡１３とを備えている。
光源ランプ１１は、中央部が球状に膨出した石英ガラス管から構成され、中央部分が発光部１１１、この発光部１１１の両側に延びる部分が封止部１１２１，１１２２とされる。
ここで、光源ランプ１１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。
発光部１１１の内部には、所定距離離間配置される一対のタングステン製の電極１１４１，１１４２と、水銀、希ガス、及び少量のハロゲンが封入されている。
封止部１１２１，１１２２の内部には、発光部１１１の電極１１４１，１１４２と電気的に接続されるモリブデン製の金属箔１１５１，１１５２が挿入され、ガラス材料等で封止されている。この金属箔１１５１，１１５２には、さらに電極引出線としてのリード線１１３１，１１３２が接続され、このリード線１１３１，１１３２は、光源ランプ１１の外部まで延出している。
そして、リード線１１３１，１１３２に電圧を印加すると、電極１１４１，１１４２間で放電が生じ、発光部１１１が発光して、放射状に光束を射出する。
尚、図２では図示を略したが、光源ランプ１１の前方側の封止部１１２２にニクロム線等を巻き付けておき、プロジェクタ１の起動時このニクロム線に電流を流し、発光部１１１の予熱を行うようにしてもよく、このような予熱装置を設けておけば、発光部１１１内のハロゲンサイクルが早期に生じるため、光源ランプ１１を早く点灯させることができる。
また、発光部１１１の外周面には、タンタル酸化膜、ハフニウム酸化膜、チタン酸化膜等を含む多層膜の反射防止コートを施しておくと、そこを通過する光の反射による光損出を低減することができる。
楕円リフレクタ１２は、光源ランプ１１の後方側の封止部１１２１が挿通される首状部１２１及びこの首状部１２１から拡がる楕円曲面状の反射部１２２を備えたガラス製の一体成形品である。
首状部１２１には、中央に挿入孔１２３が形成されている。この挿入孔１２３に、光源ランプ１１の封止部１１２１を挿入し、無機系接着剤ＡＤを充填させることより、光源ランプ１１は、楕円リフレクタ１２に固定されている。
反射部１２２の内側の面には、金属薄膜を蒸着形成することにより、可視光を反射して赤外線および紫外線を透過するコールドミラーとしての反射面１２４が形成されている。
図２に示すように、反射面１２４の楕円曲面形状の第１焦点Ｆ１および第２焦点Ｆ２は、基準軸Ａ上に配置されている。反射部１２２の内部に配置された光源ランプ１１の電極１１４１，１１４２間の中央である発光中心Ｃ２は、楕円リフレクタ１２の反射面１２４の第１焦点Ｆ１に対して基準軸Ａに垂直な方向にずれている。
副反射鏡１３は、光源ランプ１１の発光部１１１の前方側略半分を覆う反射部材である。また、副反射鏡１３は、封止部１１２２が挿通されており、接着剤により封止部１１２２に固定されている。副反射鏡１３は、低熱膨張材および／または高熱伝導材である、例えば石英、アルミナセラミックス等の無機系材料から構成されており、その反射面は、凹曲面状に形成され、楕円リフレクタ１２と同様にコールドミラーとされている。
図３に示すように、発光中心Ｃ２から放射され副反射鏡１３で反射された光束Ａ１は、発光中心Ｃ２には戻らず、副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１に向かう。副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１は、発光中心Ｃ２を通り基準軸Ａに垂直な直線上に配置されている。
これら楕円リフレクタ１２の第１焦点Ｆ１、発光中心Ｃ２および副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１は、基準軸Ａに垂直な直線上に配置され、かつ、反射光源の中心Ｃ１と発光中心Ｃ２の間に第１焦点Ｆ１が配置されている。なお、光源中心Ｃ２と反射光源の中心Ｃ１とのずれ量は、楕円リフレクタ１２から射出された光束が平行化凹レンズ１４に有効に入射できる光束となる範囲である。さらに、第１焦点Ｆ１が反射光源の中心Ｃ１よりも発光中心Ｃ２に近いほうが好ましい。
上述のように発光中心Ｃ２と反射光源の中心Ｃ１とがずれているため、副反射鏡１３によって反射された光束は、電極１１４１，１１４２の間で発生したアーク光源にほとんどプラズマ吸収されずに楕円リフレクタ１２に向かうことができ、光源ランプユニット１０から射出される。
以上の光源ランプユニット１０では、リード線１１３１，１１３２に電圧を印加すると、電極１１４１，１１４２間で放電が生じ、発光部１１１が発光して、発光部１１１の発光中心Ｃ２から放射状に光束が射出される。図２に示すように、発光中心Ｃ２から放射された光束のうち、楕円リフレクタ１２に直接向かった光束は、楕円リフレクタ１２の反射面１２４によって反射されて、第１アーク像７１へと収束する収束光となる。第１アーク像７１の中心Ｃ３は、楕円リフレクタ１２の第１焦点Ｆ１に対する発光中心Ｃ２のずれ方向とは反対方向に、楕円リフレクタ１２の第２焦点Ｆ２に対してずれている。
一方、発光中心Ｃ２から放射された光束のうち、楕円リフレクタ１２とは反対側（前方側）に射出される光束は、副反射鏡１３によって反射されて反射光源の中心Ｃ１を通過して楕円リフレクタ１２に向かい、楕円リフレクタ１２の反射面１２４によって再び反射されて、第２アーク像７２へと収束する収束光となる。第２アーク像７２の中心Ｃ４は、楕円リフレクタ１２の第１焦点Ｆ１に対する副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１のずれ方向とは反対方向に、楕円リフレクタ１２の第２焦点Ｆ２に対してずれている。
〔２．偏光変換光学系の詳細な構造〕
図４には、偏光変換光学系２３の分解斜視図が示されている。図５には、偏光変換光学系２３を部分拡大した断面図が示されている。
偏光変換光学系２３は、光源ランプユニット１０から射出されて第１レンズアレイで複数の部分光束に分割され、第２レンズアレイ４１３の各小レンズ２２１により集光された入射光束を、１種類の直線偏光光束に揃えて射出する偏光変換素子６１と、偏光変換素子６１の光束入射側に設けられた遮光板６２とを備える。
ここで、偏光変換素子６１は、板状の偏光分離素子アレイ６３と、この偏光分離素子アレイ６３の光束射出側に貼り付けられた位相差板６４とで構成されている。
偏光分離素子アレイ６３は、複数の偏光分離膜６３１と、これら偏光分離膜６３１の間に介在配置された複数の偏光分離膜６３１と、これら偏光分離膜６３１および反射膜６３２が形成されるガラス部材６３３とを備えている。偏光分離膜６３１は、入射光束に対して傾斜して配置され、該入射光束を２種類の直線偏光光束に分離する。反射膜６３２は、偏光分離膜６３１によって分離された直線偏光光束のうち一方を反射する。
偏光分離膜６３１および反射膜６３２は、光束入射方向および光束射出方向に対して平面視で略４５°に傾斜し、かつ、等しい配列ピッチで交互に配置されている。
偏光分離膜６３１は、基準軸Ａに直交する方向に長く形成されており、その長手方向は光源ランプ１１の発光中心Ｃ２と副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１とのずれ方向と平行である。また、偏光分離膜６３１は、ブリュースター角が略４５°に設定された誘電体多層膜等で構成され、ランダムな偏光光束を２種類の偏光光束に分離するものであり、該偏光分離膜６３１の入射面に対して、平行な偏光方向を有する光束（Ｓ偏光光束）を反射し、該Ｓ偏光光束と直交する偏光方向を有する光束（Ｐ偏光光束）を透過するものである。
反射膜６３２は、例えば、高反射性を有するＡｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｒ等の単一金属材料、これら複数種類の金属を含む合金等で構成され、上記偏光分離膜６３１で反射されるＳ偏光光束を反射するものである。
ガラス部材６３３は、光束が内部を通過するものであり、通常、白板ガラス等を加工して形成される。
位相差板６４は、偏光分離素子アレイ６３を構成するガラス部材６３３の光束射出側に設けられ、偏光分離素子アレイ６３から射出された２種類の光束のうち、一方の直線偏光光束の偏光方向を９０°回転させて他方の直線偏光光束の偏光方向と同一にするものである。具体的には、位相差板６４は、偏光分離素子アレイ６３の光束射出端面のうち偏光分離膜６３１を透過した光束が射出される部分に貼り付けられて、偏光分離膜６３１を透過するＰ偏光光束の偏光方向を９０°回転させる。
遮光板６２は、ステンレスまたはＡｌ合金で形成され、偏光分離素子アレイ６３の光束入射側に設けられる。この遮光板６２は、反射膜６３２に対応して設けられた板部材６２１と、偏光分離膜６３１に対応して形成された開口部６２２とを備える。これにより、遮光板６２は、反射膜６３２に入射する不要光を遮断し、第２レンズアレイ４１３から偏光分離膜６３１に入射する光束のみを通すようになっている。
以上の偏光変換光学系２３の動作について説明する。
第２レンズアレイ４１３から射出された光束のうち無効領域に進む光束は、遮光板６２の板部材６２１によって遮光される。しかし、第２レンズアレイ４１３は、偏光分離膜６３１のみに光束が入射するように光束を集光させているので、遮光板６２によって遮光される光量は極わずかである。
従って、第２レンズアレイ４１３から射出された光束の殆どは、遮光板６２の開口部６２２を通過して、偏光変換素子６１に入射する。この入射光束は、ランダムな偏光方向を有する光束であるため、偏光分離膜６３１により、Ｐ偏光光束およびＳ偏光光束に分離される。すなわち、Ｐ偏光光束は、該偏光分離膜６３１を透過し、Ｓ偏光光束は該偏光分離膜６３１で反射し、光路が略９０°変換される。偏光分離膜６３１で反射したＳ偏光光束は、反射膜６３２で反射され、再度、光路が略９０°変換され、偏光変換素子６１に入射した光と略同一方向に進む。
また、偏光分離膜６３１を透過したＰ偏光光束は、位相差板６４に入射し、偏光方向を９０°回転されることにより、Ｓ偏光光束として射出される。
これにより、偏光変換素子６１からは、略１種類のＳ偏光光束が射出され、重畳レンズ２４によって液晶パネル４２上で結像される。
〔３．照明光学装置の詳細な構造〕
図６は、図１において、基準軸Ａに沿って光路の後段側から見た第２レンズアレイ４１３と第２レンズアレイ４１３の各小レンズ２２１内に形成されるであろうアーク像７０を示している。アーク像７０は、楕円リフレクタ１２で直接反射された光束による第１アーク像７１（図６中実線で示す）と、副反射鏡１３を経て楕円リフレクタ１２で反射された光束による第２アーク像７２（図６中２点鎖線で示す）とで構成されている。
第２レンズアレイ４１３の面内における、光源ランプユニット１０の発光中心Ｃ２の基準軸Ａに対する垂直方向の位置を点Ｃ２’で示し、副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１の基準軸Ａに対する垂直方向の位置を点Ｃ１’で示す。第２レンズアレイ４１３の中心Ｒ１、点Ｃ２’および点Ｃ４’は、基準軸Ａに垂直な基準線Ｌ１上に並んでいる。また、基準線Ｌ２は、第２レンズアレイ４１３の中心Ｒ１を通り基準軸Ａおよび基準線Ｌ１に垂直な直線である。
第１アーク像７１及び第２アーク像７２は、下記のように各小レンズ２２１内に形成されると考えられる。
各小レンズ２２１内に形成された第１アーク像７１の中心は、第１焦点Ｆ１に対する発光中心Ｃ２のずれ方向と反対の方向に、各小レンズ２２１のレンズ光軸に対してずれている。また、各小レンズ２２１内に形成された第２アーク像７２の中心は、第１焦点Ｆ１に対する反射光源の中心Ｃ１のずれ方向と反対の方向に、各小レンズ２２１のレンズ光軸に対してずれている。各小レンズ２２１の光軸、第１アーク像７１の中心および第２アーク像７２の中心は、基準線Ｌ１に平行な直線上に配置されている。
各小レンズ２２１内の第１アーク像７１および第２アーク像７２は、中心Ｒ１と各小レンズ２２１の光軸中心とをつなぐ直線を略長手方向とする楕円形状である。また、各小レンズ２２１内において、第１アーク像７１の長手方向は、第２アーク像７２の長手方向に対して平行である。
このような第１アーク像７１および第２アーク像７２の長手方向は、基準線Ｌ１に近く基準線Ｌ２に遠い小レンズ２２１においては基準線Ｌ１にほぼ平行な方向であり、基準線Ｌ１に遠く基準線Ｌ２に近い小レンズにおいては基準線Ｌ１にほぼ直交する方向である。つまり、第２レンズアレイ４１３内において、第１アーク像７０は中心Ｒ１を中心として略放射状に点在する。
次に、第２レンズアレイ４１３を通過した光束の偏光変換光学系２３でのアーク像７０について説明する。
図７及び図８は、偏光変換光学系２３の遮光板６２の開口部６２２で形成されるであろうアーク像７０を示す。
上述したように、第１アーク像７１および第２アーク像７２の長手方向の基準線Ｌ１に対する傾きは、第２レンズアレイ４１３内の小レンズ２２１の位置によって異なるから、偏光変換光学系２３の開口部６２２を通過する時の部分光束の光量損失量が、その部分光束が通過した小レンズ２２１の位置によって異なる。
最初に、図７に示されるように、基準線Ｌ１により近く基準線Ｌ２により遠い小レンズ２２１を通過した光束のアーク像７０について説明する。第１アーク像７１と第２アーク像７２との長手方向は、開口部６２２の長手方向とほぼ平行な方向である。また、第１アーク像７１の中心に対する第２アーク像７２の中心のずれ方向は、開口部６２２の長手方向に対して平行な方向である。従って、アーク像７０の殆どは開口部６２２を通過する。
次に、図８に示されるように、基準線Ｌ１により遠く基準線Ｌ２により近い小レンズ２２１を通過した光束のアーク像７０について説明する。第１アーク像７１と第２アーク像７２との長手方向は、開口部６２２の長手方向とほぼ直交する方向であるから、第１アーク像７１および第２アーク像７２の長手方向の両端部分は板部材６２１によって遮られる。従って、アーク像７０の中央部だけが開口部６２２を通過する。しかし、第１アーク像７１の中心に対する第２アーク像７２の中心のずれ方向は開口部６２２の長手方向とほぼ平行な方向であるから、アーク像７０の板部材６２１によって遮られてしまう部分の量は、第１アーク像７１と第２アーク像７２とのずれ量とは関係なく、アーク像の長手方向の長さに応じて変化する。
すなわち、照明光学装置３は、発光中心Ｃ２と副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１とのずれ方向と、偏光変換光学系２３の開口部６２２の長手方向すなわち偏光分離膜６３１の長手方向とが平行であるから、光源ランプユニット１０から射出される光束の第１アーク像７１と第２アーク像７２とがずれていても、第１アーク像７１と第２アーク像７２とがずれなかった場合と比較して偏光変換光学系２３に入射される光束の光量に変化は無い。従って、発光中心Ｃ２と副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１とがずれたことによる、照明光学装置３が射出する照明光の光量の損失はない。
これについて、さらに図９、図１０および図１１を参照して説明する。
図６では発光中心Ｃ２と副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１のずれ方向が基準線Ｌ１に対して平行な方向であったが、図９、図１０および図１１に示す照明光学系４では、発光中心Ｃ２と副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１のずれ方向が基準線Ｌ１に直交する方向である。つまり、発光中心Ｃ２と副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１のずれ方向が偏光変換光学系２３の開口部６２２の長手方向すなわち偏光分離膜６３１の長手方向と直交する方向である。従って、照明光学装置３と照明光学装置４とでは、発光中心Ｃ２と副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１とのずれ方向が９０度異なる点が相違する。照明光学系４のその他の構成については照明光学装置３と同様であり、同じ部品は同じ符号にて示す。
図９は、基準軸Ａに沿って光路の後段側から見た第２レンズアレイ４１３と第２レンズアレイ４１３の各小レンズ２２１内に形成されるであろうアーク像８０とを示している。アーク像８０は、楕円リフレクタ１２で直接反射された光束による第１アーク像８１（図９中実線で示す）と、副反射鏡１３を経て楕円リフレクタ１２で反射された光束による第２アーク像８２（図９中２点鎖線で示す）とで構成されている。第２レンズアレイ４１３における、光源ランプユニット１０の発光中心Ｃ２の基準軸Ａに対する垂直方向の位置を点Ｃ２’で示し、副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１の基準軸Ａに対する垂直方向の位置を点Ｃ１’で示す。
第１アーク像８１及び第２アーク像８２は、下記のように各小レンズ２２１内に形成されると考えられる。
図９では、図６の照明光学装置３と異なり、第２レンズアレイ４１３の中心Ｒ１、点Ｃ２’および点Ｃ１’は、基準線Ｌ２上に並んでいる。また、各小レンズ２２１の光軸、第１アーク像８１の中心および第２アーク像８２の中心は、基準線Ｌ１に直交する直線上に配置されている。
次に、第２レンズアレイ４１３を通過した光束の偏光変換光学系２３でのアーク像８０について説明する。
図１０及び図１１は、偏光変換光学系２３の遮光板６２の開口部６２２で形成されるであろうアーク像８０を示す。
照明光学装置３と同様に照明光学装置４においても、第１アーク像８１および第２アーク像８２の長手方向の基準線Ｌ１に対する傾きは、第２レンズアレイ４１３内の小レンズ２２１の位置によって異なるから、偏光変換光学系２３の開口部６２２を通過する時の部分光束の光量損失量は、その部分光束が通過した小レンズ２２１の位置によって異なる。
最初に、図１０に示されるように、基準線Ｌ１により近く基準線Ｌ２により遠い小レンズ２２１を通過した光束のアーク像８０について説明する。第１アーク像８１と第２アーク像８２との長手方向は、開口部６２２の長手方向とほぼ平行な方向ではあるが、第１アーク像８１の中心に対する第２アーク像８２の中心のずれ方向は開口部６２２の長手方向に対して直交する方向であるため、第１アーク像８１と第２アーク像８２との長手方向に直行する方向の片側の側端部が板部材６２１によって遮られてしまう。従って、アーク像８０の片側の側端部以外だけが開口部６２２を通過できる。なお、アーク像８０の板部材６２１によって遮られる部分の量は、第１アーク像８１と第２アーク像８２とのずれ量により変化し、第１アーク像８１と第２アーク像８２とのずれ量が多くなればそれに伴い板部材６２１によって遮られる光量は増加する。
次に、図１１に示されるように、基準線Ｌ１により遠く基準線Ｌ２により近い小レンズ２２１を通過した光束のアーク像８０について説明する。第１アーク像８１と第２アーク像８２との長手方向は、開口部６２２の長手方向とほぼ直交する方向であり、第１アーク像８１と第２アーク像８２との長手方向の側端部が板部材６２１によって遮られてしまう。さちに、第１アーク像８１の中心に対する第２アーク像８２の中心のずれ方向は開口部６２２の長手方向に対して直交する方向であるため、アーク像８０の板部材６２１によって遮られる部分の量は、第１アーク像８１と第２アーク像８２とのずれ量により変化し、第１アーク像８１と第２アーク像８２とのずれ量が多くなればそれに伴い板部材６２１によって遮られる光量は増加する。
すなわち、照明光学装置４は、副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１と発光ランプ１１の発光中心Ｃ２とのずれ方向が、偏光変換光学系２３の開口部６２２の長手方向、すなわち偏光分離膜６３１の長手方向に対して直交する方向であるから、反射光源の中心Ｃ１と発光中心Ｃ２とのずれ量に応じて偏光変換光学系２３に入射される光束の光量が減少する。従って、反射光源の中心Ｃ１と発光中心Ｃ２とが偏光分離膜６３１の長手方向と直交する方向にずれている場合は、そのずれ量により照明光学装置４から射出される照明光の光量は損失する。
具体的な例を以下に説明する。発光中心Ｃ２が副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１に対して２０μｍずれると、第１アーク像７１の中心と第２アーク像７２の中心とのずれ量は４０μｍ程度となる。このような発光中心Ｃ２と副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１との相対位置において、スクリーン６５上に形成される照明光学装置４から射出された光学像の照度は、照明光学装置３から射出された光学像の照度よりも、１．３％程度低下する。
従って、投写スクリーン６５上の光学像の照度をより高くするために、照明光学装置３は、光源ランプユニット１０の発光中心Ｃ２と副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１とを基準軸Ａに垂直な方向にずらし、発光中心Ｃ２と副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１とのずれ方向と、偏光分離膜６３１の長手方向とが平行になるように、光源ランプユニット１０と偏光変換素子２３４とを配置させ、照明光学装置３が射出する光量の損失を防止している。
〔４．光源装置および照明光学装置の製造方法〕
前述した光源ランプユニット１０の製造方法を以下に説明する。
なお、光源ランプユニット１０は、図１２に示されるように、フィールドレンズ４１と、均一照明光学系２０の第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ４１３、偏光変換光学系２３，重畳レンズ２４とを備え、さらに第２レンズアレイ４１３によって結像された像が投写される投写スクリーン６５を備えた光学系１００を用いて製造する。
（２−Ａ）図１２に示すように、基準軸Ａ上に配置された、上述された光源ランプユニット１０の平行化凹レンズ１４、第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ４１３、偏光変換光学系２３，重畳レンズ２４、フィールドレンズ４１、および第２レンズアレイ４１３によって結像された像が投写される投写スクリーン６５を備えた光学系１００に、楕円リフレクタ１２の第１焦点と第２焦点が基準軸Ａ上に配置されるように楕円リフレクタ１２を平行化凹レンズ１４の光束入射側に配置する。
（２−Ｂ）光源ランプユニット１０の光源ランプ１１の発光部１１１と副反射鏡１３の反射面とが対向するように副反射鏡１３を一方の封止部１１２２に仮固定する。
（２−Ｃ）複数の異なる方向からＣＣＤカメラ等で、副反射鏡１３の反射面によって反射された電極１１４１，１１４２の反射像と、実物の電極１１４１，１１４２とを観察しながら、副反射鏡１３と光源ランプ１１との相対位置を調整して、副反射鏡１３の反射面によって反射された電極１１４１，１１４２の反射像が、実物の電極１１４１，１１４２に対して光源ランプ１１の封止部１１２１，１１２２の長手方向に垂直な方向に予め設定された寸法分、例えば２０μｍ程度、ずれる位置で、光源ランプ１１の一方の封止部１１２２に副反射鏡１３を接着剤で固定する。
（２−Ｄ）光源ランプ１１の長手方向が基準軸Ａに平行になるよう、光源ランプ１１の他方の封止部１１２１を楕円リフレクタ１２の挿入孔１２３に挿入して、楕円リフレクタ１２の反射部１２２内に発光部１１１を配置し、光源ランプ１１を治具等で保持する。
（２−Ｅ）光源ランプ１１に電圧を印加して発光させ、投写スクリーン６５に光源ランプユニット１０によるアーク像７０の光学像を投写する。
（２−Ｆ）投写スクリーン６５に形成された第１アーク像７１と第２アーク像７２とを観察しながら、光源ランプ１１を基準軸Ａに平行な方向および基準軸Ａに垂直な方向に移動させて、アーク像７０が最も明るくなるように、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１を楕円リフレクタ１２に対して位置調整する。
（２−Ｇ）投写スクリーン６５に形成された第１アーク像７１と第２アーク像７２とを観察しながら、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１を基準軸Ａを中心軸として回転させて、第１アーク像７１の中心と第２アーク像７２の中心とのずれ方向が偏光変換光学系２３の偏光分離膜６３１の長手方向と平行な方向になるように、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１の位置を楕円リフレクタ１２に対して調整する。
（２−Ｈ）副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１の楕円リフレクタ１２に対する位置調整が終了したら、挿入孔１２３内に耐熱無機系接着剤ＡＤを注入し、治具等で光源ランプ１１を保持して、接着剤ＡＤを硬化させる。これにより、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１を楕円リフレクタ１２に固定する。
（２−Ｉ）副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１が固定された楕円リフレクタ１２を光学系１００から取り外し、楕円リフレクタ１２から射出された光束が楕円リフレクタ１２の第１焦点と第２焦点とが配置された直線に平行な光束となるように、平行化凹レンズ１４を配置し、楕円リフレクタ１２と平行化凹レンズ１４との相対位置が保持されるように、楕円リフレクタ１２と平行化凹レンズ１４とを固定する。
なお、（２−Ｉ）の工程に続き、下記の（２−Ｊ）の工程を実施することにより、前述した第１実施形態の照明光学装置３を製造することできる。
（２−Ｊ）光学系１００と同様に、第１アーク像７１の中心と第２アーク像７２の中心とのずれ方向が偏光変換光学系２３の偏光分離膜６３１の長手方向と平行な方向になるように、照明光学装置３が備える均一照明光学系２０を光源ランプユニット１０に対して配置し、光源ランプユニット１０と均一照明光学系２０との相対位置が保持されるように、光源ランプユニット１０と均一照明光学系２０とを固定する。
前述のような第１実施形態によれば、次のような効果がある。
（１−１）楕円リフレクタ１２の第１焦点Ｆ１および第２焦点Ｆ２を通る基準軸Ａに垂直な直線上において、光源ランプ１１の発光中心Ｃ２と副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１とが、平行化凹レンズ１４に有効に入射できる光束となる範囲内でずれているから、副反射鏡１３によって反射された光束は、電極１１４１，１１４２の間で発生したアーク光源にほとんどプラズマ吸収されずに楕円リフレクタ１２に向かうことができ、副反射鏡１３を経て楕円リフレクタ１２で反射されて形成される第２アーク像７２の照度のより向上できる。
（１−２）楕円リフレクタ１２の第１焦点Ｆ１および第２焦点Ｆ２を通る基準軸Ａに垂直な直線上に、楕円リフレクタ１２の第１焦点Ｆ１、発光中心Ｃ２及び副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１を配置し、且つ、楕円リフレクタ１２の第１焦点Ｆ１が発光中心Ｃ２と副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１との間になるように配置されているから、楕円リフレクタ１２の第２焦点付近に光束を収束させることができ、光源ランプユニット１０から射出される光束の照度を向上させることができる。
（１−３）照明光学装置３は、光源ランプユニット１０の発光中心Ｃ２と副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１とのずれ方向が、偏光変換光学系２３の偏光分離膜６３１の長手方向と平行な方向であるから、発光中心Ｃ２と反射光源の中心Ｃ１とのずれに起因する照明光の光量の損失を防止でき、より照度の高い照明光を射出させることができる。
（１−４）副反射鏡１３の反射光源の中心Ｃ１と光源ランプ１１の発光中心Ｃ２との間に配置された楕円リフレクタ１２の第１焦点Ｆ１を、反射光源の中心Ｃ１よりも発光中心Ｃ２の近くに配置させたから、反射光源の中心Ｃ１より光量の多い発光中心Ｃ２からの光によって形成される第１アーク像７１をより基準軸Ａ上に配置された楕円リフレクタ１２の第２焦点Ｆ２付近に形成させて、光量の多い第１アーク像７１をより多く偏光変換装置２３の偏光分離膜６３１へと入射させることができるから、照明光学装置３から射出される照明光の照度をより向上できる。
（２−１）光源ランプ１１の電極１１４１，１１４２と、副反射鏡１３の反射面によって反射された電極１１４１，１１４２の反射像とを、予め設定された寸法分ずれるように、副反射鏡１３を光源ランプ１１に取り付けるから、光源ランプ１１の発光中心Ｃ２から射出されて副反射鏡１３に反射した光束は、再び発光中心Ｃ２を通過せず、発光中心Ｃ２で発生するプラズマ吸収現象に吸収される光束を低減できるから、副反射鏡１３を経て楕円リフレクタ１２で反射されて形成される第２アーク像７２の照度の低下を抑制できる光源ランプユニット１０を容易に製造できる。
（２−２）投写スクリーン６５に投写された第１アーク像７１と第２アーク像７２とを観察しながら、第１アーク像７１と第２アーク像７２とが最も明るくなるように、楕円リフレクタ１２に対する光源ランプ１１の位置を基準軸Ａに平行な方向および基準軸Ａに垂直な方向に調整し、且つ、第１アーク像７１の中心と第２アーク像７２の中心とのずれ方向が偏光変換光学系２３の偏光分離膜６３１の長手方向と平行な方向になるように、楕円リフレクタ１２に対する光源ランプ１１の位置調整したので、照度の高い照明光を射出する光源ランプユニット１０を精密に製造できる。
（２−３）均一照明光学系２０を備えた光学系１００を用いて光源ランプユニット１０を製造したから、光学系１００と同様に照明光学装置３が備える均一照明光学系２０を光源ランプユニット１０に対して配置するだけで、第１アーク像７１の中心と第２アーク像とのずれに起因する照明光の光量の損失を防止でき、より照度の高い照明光を射出させる照明光学装置３を容易に製造することができる。
（２−４）光源ランプ１１に副反射鏡１３を取り付け、光源ランプ１１を回転させて、第１アーク像７１の中心と第２アーク像７２の中心とのずれ方向が偏光変換光学系２３の偏光分離膜６３１の長手方向と平行な方向になるように、楕円リフレクタ１２と副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１との相対位置を調整したので、調整時に光源ランプ１１を回転させるだけで楕円リフレクタ１２の姿勢を変化させる必要がないから、照度の高い照明光を射出する光源ランプユニット１０を簡単に製造できる。また、調整時に楕円リフレクタ１２の姿勢を変化させる必要がないから、楕円リフレクタ１２の形状を回転させにくい形状、たとえば開口部付近が断面矩形の形状とすることもでき、汎用範囲が広がる。
〔第２実施形態〕
前述した第１実施形態では、光学系１００を用いて光源ランプユニット１０を製造したが、本実施形態では、光学系２００を用いて光源ランプユニット１０を製造する。
本実施形態では、図１３に示されるように、前述された第１実施形態と同様の、フィールドレンズ４１と、均一照明光学系２０の第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ４１３、偏光変換光学系２３，重畳レンズ２４とを備え、さらにフィールドレンズの光束射出側に配置され光源ランプユニット１０から射出された光束の照明対象である照明領域の範囲の形状と同一形状の開口部を有する枠部材４２１と、枠部材４２１の開口部から射出される光束の照度を測定する積分球６５ａを有する照度計とを備えた光学系２００を用いて、前述した第１実施形態の光源ランプユニット１０を製造する。
前述した第１実施形態では、光学系１００の投写スクリーン６５に形成されたアーク像７０を観察しながら、光源ランプ１１の楕円リフレクタ１２に対する位置調整を行ったが、本実施形態では、光学系２００の枠部材４２１の開口部から射出される光束の照度を照度計を用いて積分球６５ａで測定しながら、光源ランプ１１の楕円リフレクタ１２に対する位置調整を行う。
なお、本実施形態では、枠部材４２１と積分球６５ａとの間に投写レンズ５０を配置してもよい。
以下に、本実施形態の光源装置および照明光学装置の製造方法を説明する。
（３−Ａ）基準軸Ａ上に配置された、平行化凹レンズ１４、第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ４１３、偏光変換光学系２３，重畳レンズ２４、フィールドレンズ４１、枠部材４２１および枠部材４２１から射出される光束の照度を測定する積分球を備えた光学系２００に、楕円リフレクタ１２の第１焦点と第２焦点が基準軸Ａ上に配置されるように楕円リフレクタ１２を平行化凹レンズ１４の光束入射側に配置する。
（３−Ｂ）上述した第１実施形態の（２−Ｂ）〜（２−Ｄ）の工程と同様にして、光源ランプ１１に対して位置調整された副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１を、楕円リフレクタ１２の反射部１１２内に発光部１１１が配置されるように保持する。
（３−Ｃ）枠部材４２１の開口部から射出された光束の照度を積分球６５ａで測定しながら、光源ランプ１１を基準軸Ａに平行な方向及び基準軸Ａに垂直な面内方向に移動させて、積分球６５ａで測定された照度の値がより高くなるように、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１の楕円リフレクタ１２に対する位置を調整する。
（３−Ｄ）枠部材４２１の開口部から射出された光束の照度を積分球６５ａで測定しながら、光源ランプ１１を基準軸Ａを中心軸として回転させて、積分球６５ａで測定された照度の値がより高くなるように、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１の位置を楕円リフレクタ１２に対して調整する。
（３−Ｅ）副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１の楕円リフレタタ１２に対する位置調整が終了したら、挿入孔１２３内に耐熱無機系接着剤ＡＤを注入し、接着剤ＡＤを硬化させる。これにより、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１を楕円リフレクタ１２に固定する。
（３−Ｆ）前述した第１実施形態の（２−Ｉ）の工程と同様にして、楕円リフレクタ１２から射出された光束が楕円リフレクタ１２の第１焦点と第２焦点とが配置された直線に平行な光束となる用に配置された楕円リフレクタ１２と平行化凹レンズ１４との相対位置が保持されるように、楕円リフレクタ１２と平行化凹レンズ１４とを固定する。
なお、（３−Ｆ）の工程に続き、下記の（３−Ｇ）の工程を実施することにより、前述した第１実施形態の照明光学装置３を製造することできる。
（３−Ｇ）光学系２００と同様に照明光学装置３が備える均一照明光学系２０を光源ランプユニット１０に対して配置し、光源ランプユニット１０と均一照明光学系２０との相対位置が保持されるように、光源ランプユニット１０と均一照明光学系２０とを固定する。
前述のような第２実施形態によれば、第２実施形態で述べた（２−１）と同様の効果のほか、次のような効果がある。
（３−１）光源ランプユニット１０から射出される光束の照明対象である照明領域の形状と同一形状の枠部材４２１の開口部から射出された光束の照度がより高くなるように、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１の位置が楕円リフレクタ１２に対して調整されているので、光源ランプユニット１０の照明対象である照明領域に照度がより高い照明光を射出する光源ランプユニット１０を簡単に製造できる。
（３−２）均一照明光学系２０を備えた光学系２００を用いて光源ランプユニット１０を製造したから、光学系２００と同様に照明光学装置３が備える均一照明光学系２０を光源ランプユニット１０に対して配置するだけで、第１アーク像７１の中心と第２アーク像とのずれに起因する照明光の光量の損失を防止でき、より照度の高い照明光を射出させる照明光学装置３を容易に製造することができる。
（３−３）光源ランプ１１に副反射鏡１３を取り付け、光源ランプ１１を回転させて、枠部材４２１の開口部から射出された光束の照度がより高くなるように、楕円リフレクタ１２に対する副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１の位置が調整するので、調整時に光源ランプ１１を回転させるだけで楕円リフレクタ１２の姿勢を変化させる必要がないから、照度の高い照明光を射出する光源ランプユニット１０を簡単に製造できる。また、調整時に楕円リフレクタ１２の姿勢を変化させる必要がないから、楕円リフレクタ１２の形状を回転させにくい形状、たとえば開口部付近が断面矩形の形状とすることもでき、汎用範囲が広がる。
〔第３実施形態〕
前述した第１実施形態および第２実施形態の光源ランプユニット１０および照明光学装置３の製造方法では、第１アーク像７１の中心と第２アーク像とのずれ方向と偏光変換光学系２３の偏光分離膜６３１の長手方向とが平行になるように、、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１を楕円リフレクタ１２に対して回転させることによって、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１の位置を楕円リフレクタ１２に対して調整していたが、本実施形態では、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１とともに楕円リフレクタも回転させて、第１アーク像７１の中心と第２アーク像とのずれ方向と偏光変換光学系２３の偏光分離膜６３１の長手方向とが平行になるように、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１の位置を楕円リフレクタ１２に対して調整する。
以下に、前述した第１実施形態の光学系１００または第２実施形態の光学系２００を用いた、第１実施形態の光源ランプユニット１０および照明光学装置３の製造方法を説明する。
（４−Ａ）上述した第１実施形態の（２−Ａ）〜（２−Ｆ）の工程または第２実施形態の（３−Ａ）〜（３−Ｃ）と同様に、光学系１００または２００に楕円リフレクタ１２を配置し、光源ランプ１１に対して副反射鏡１３の位置を調整して固定し、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１の位置を楕円リフレクタ１２に対して基準軸Ａに平行な方向および基準軸Ａに垂直な方向に移動させて調整する。
（４−Ｂ）楕円リフレクタ１２の挿入孔１２３内に耐熱無機系接着剤ＡＤを注入し、治具等で光源ランプ１１を保持して、接着剤ＡＤを硬化させる。これにより、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１を楕円リフレクタ１２に取り付ける。
（４−Ｃ）光学系１００を用いて製造する場合は、投写スクリーン６５に形成された第１アーク像７１と第２アーク像７２とを観察しながら、楕円リフレクタ１２を基準軸Ａ（すなわち、第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２を通る直線）を中心軸として回転させて、第１アーク像７１の中心と第２アーク像７２の中心とのずれ方向が偏光変換光学系２３の偏光分離膜６３１の長手方向と平行な方向になるように、副反射鏡１３が固定された光源ランプ１１の位置を楕円リフレクタ１２に対して調整する。
光学系２００を用いて製造する場合は、枠部材４２１の開口部から射出された光束の照度を積分球６５ａで測定しながら、上述と同様に楕円リフレクタ１２を基準軸Ａを中心軸として回転させて、積分球６５ａで測定された照度の値がより高くなるように調整する。
（４−Ｄ）上述した第１実施形態の（２−Ｉ）の工程と同様にして、楕円リフレクタ１２から射出された光束が楕円リフレクタ１２の第１焦点と第２焦点とが配置された直線に平行な光束となる用に配置された楕円リフレクタ１２と平行化凹レンズ１４との相対位置が保持されるように、楕円リフレクタ１２と平行化凹レンズ１４とを固定する。
なお、（４−Ｄ）の工程に続き、第１実施形態の（２−Ｊ）または第２実施形態の（３−Ｇ）の工程を実施することにより、前述した第１実施形態の照明光学装置３を製造することできる。
以上のような第３実施形態によれば、第１実施形態および第２実施形態で述べた（２−１）〜（２−３）、（３−１）、（３−３）と同様の効果がある。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記各実施形態では、副反射鏡１３を光源ランプ１１に取り付けたが、これに限らず、光源ランプ前面に反射材料を蒸着形成して副反射鏡を構成してもよい。このようにすれば、副反射鏡を容易に形成できるから、光源ランプユニット１０を簡単に製造できる。
前記実施形態では、３つの液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを用いたプロジェクタ１の例のみを挙げたが、本発明は、１つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、２つの液晶パネルを用いたプロジェクタ、あるいは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。
前記実施形態では、光入射面と光射出面とが異なる透過型の液晶パネルを用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。
前記実施形態では、光変調装置として液晶パネルを用いていたが、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。この場合は、光束入射側および光束射出側の偏光板は省略できる。
前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投写を行うフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投写を行うリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
前記実施形態では、プロジェクタに本発明の光源ランプユニットまたは照明光学装置を採用していたが、本発明はこれに限らず、他の光学機器に本発明の光源ランプユニットまたは照明光学装置を適用してもよい。
その他、本発明の実施における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【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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【国際調査報告】
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