(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、高輝度化が可能な、複数の光源を用いた照明光学部及びそれを用いた投射型表示装置を提供することである。【解決手段】  本発明の投射型表示装置は、複数個の光源と、複数個の光源からの光を合成する光合成部と、光合成部からの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、偏光変換素子からの光の照度を均一化し、且つ第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとで形成されるレンズアレイ群と、レンズアレイ群からの光をＲ光、Ｇ光及びＢ光の各色の光に分離する色分離部と、色分離部で分離された３原色の各々の色に対応して配置された複数個の映像表示素子と、複数個の映像表示素子からの光を合成する色合成部と、色合成部からの光を投射する投射レンズとで構成としている。【選択図】図１
2007163619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２個の光源と、
前記少なくとも２個の光源からの光を合成する光合成部と、
前記光合成部からの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光の照度を均一化し、且つ第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとで形成されるレンズアレイ群と、
前記レンズアレイ群からの光をＲ光、Ｇ光及びＢ光の各色の光に分離する色分離部と、
前記色分離部で分離された３原色の各々の色に対応して配置された複数個の映像表示素子と、
前記複数個の映像表示素子からの光を合成する色合成部と、
前記色合成部からの光を投射する投射レンズとを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
光源とリフレクタとで形成される第１及び第２の光源ユニットと、
前記第１及び第２の光源ユニットからの光を合成する光合成部と、
前記光合成部からの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光の照度を均一化し、且つ第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとで形成されるレンズアレイ群と、
前記レンズアレイ群からの光をＲ光、Ｇ光及びＢ光の各色の光に分離する色分離部と、
前記色分離部で分離された３原色の各々の色に対応して配置された複数個の映像表示素子と、
前記複数個の映像表示素子からの光を合成する色合成部と、
前記色合成部からの光を投射する投射レンズとを有し、
前記第１の光源ユニットの光源と前記第２の光源ユニットの光源とは、略直交するように配置されたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
略直交となるように配置された第１及び第２の光源と、
前記第１及び第２の光源から出射した光を集光し、且つ前記第１及び第２の光源の各々に対応して配置された第１及び第２のリフレクタと、
前記第１及び第２のリフレクタからの光を合成する光合成部と、
前記光合成部からの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光の照度を均一化し、且つ第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとで形成されるレンズアレイ群と、
前記レンズアレイ群からの光をＲ光、Ｇ光及びＢ光の各色の光に分離する色分離部と、
前記色分離部で分離された３原色の各々の色に対応して配置された複数個の映像表示素子と、
前記複数個の映像表示素子からの光を合成する色合成部と、
前記色合成部からの光を投射する投射レンズとを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載の投射型表示装置であって、
前記光合成部は、
前記第１及び第２の光源からの光の略半分の光量の光を透過し、略半分の光量の光を反射するハーフミラーと、
前記ハーフミラーを透過した光を反射する全反射ミラーとで形成されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】
請求項１から３の何れかに記載の投射型表示装置であって、
前記光合成部は、
前記光源からの光の何れかの偏光成分の光を透過し、もう一方の偏光成分の光を反射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を透過した光を反射する全反射ミラーとを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項６】
請求項５記載の投射型表示装置であって、
前記偏光ビームスプリッタの出射側に１／４波長板を配置したことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項７】
請求項２記載の投射型表示装置であって、
前記リフレクタは、略楕円面形状であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項８】
請求項７記載の投射型表示装置であって、
前記第１及び第２の光源ユニットからの光を略平行化し、且つ前記光合成部の入射側に凹レンズを配置したことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項９】
請求項３記載の投射型表示装置であって、
前記第１及び第２のリフレクタは、略楕円面形状であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１０】
請求項９記載の投射型表示装置であって、
前記第１及び第２のリフレクタからの光を略平行化し、且つ前記光合成部の入射側に凹レンズを配置したことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１１】
請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記光源は、ＬＥＤであることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１２】
請求項２から１０の何れかに記載の投射型表示装置であって、
前記光源は、高圧放電ランプであることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１３】
光源と楕円面形状であるリフレクタとで形成される第１及び第２の光源ユニットと、
前記第１及び第２の光源ユニットからの光を略平行化する凹レンズと、
前記凹レンズからの光の何れかの偏光成分の光を透過し、もう一方の偏光成分の光を反射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を透過した光を反射する全反射ミラーとで形成される光合成部と、
前記光合成部からの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光の照度を均一化し、且つ第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとで形成されるレンズアレイ群と、
前記レンズアレイ群からの光をＲ光、Ｇ光及びＢ光の各色の光に分離する色分離部と、
前記色分離部で分離された３原色の各々の色に対応して配置された複数個の映像表示素子と、
前記複数個の映像表示素子からの光を合成する色合成部と、
前記色合成部からの光を投射する投射レンズとを有し、
前記第１の光源ユニットの光源と前記第２の光源ユニットの光源とは、略直交するように配置されたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１４】
少なくとも２個の光源と、
前記少なくとも２個の光源からの光を合成する光合成部と、
前記光合成部からの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光の照度を均一化し、且つ第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとで形成されるレンズアレイ群と、
前記レンズアレイ群からの光を映像信号映像信号に応じた光学像を形成する映像表示素子と、
前記映像表示素子からの光を投射する投射レンズとを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１５】
第１の光源ユニットと、第２の光源ユニットと、前記第１の光源ユニットの光軸と前記第２の光源ユニットの光軸とが略直交するように配置された前記第１及び第２の光源ユニットからの光を映像表示素子に照射し映像信号の振幅により光学像を形成し、前記映像表示素子で変調された光をスクリーン上に投射して映像を表示する映像表示方法であって、
前記第１及び第２の光源ユニットからの光は、光合成部で合成されるステップと、
前記光合成部で合成された光は、偏光変換素子で偏光方向を揃えられるステップと、
前記偏光変換素子からの光は、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとで形成されるレンズアレイ群で照度を均一化されるステップと、
前記レンズアレイ群からの光は、前記映像表示素子に照射されるステップと、
前記映像表示素子からの光は、投射レンズでスクリーン上に投射されるステップとを有することを特徴とする映像表示方法。
【請求項１６】
少なくとも２個の光源と、
前記少なくとも２個の光源からの光を合成する光合成部と、
前記光合成部からの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光の照度を均一化し、且つ第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとで形成されるレンズアレイ群とを有することを特徴とする照明光学部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源を用いた照明光学部、これを用いた投射型表示装置及び映像表示方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、第１の振動方向を有して第１の入射面７ａから入射する直線偏光を透過させ、第１の入射面と対向する射出面７ｃに導く一方、第１の振動方向と直交する第２の振動方向を有して第１の入射面７ａとは異なる第２の入射面７ｂから入射する直線偏光を反射し、射出面７ｃに導く偏光ビームスプリッタ７と；偏光ビームスプリッタ７の第１および第２の入射面７ａ、７ｂにそれぞれ対向して配置される第１および第２の光源１Ａ、１Ｂと；第１の光源１Ａと偏光ビームスプリッタ７の第１の入射面７ａとの間に配置され、第１の光源１Ａから出射される光を第１の振動方向を有する直線偏光に変換する第１の偏光変換装置４Ａおよび５Ａと；第２の光源１Ｂと偏光ビームスプリッタ７の第２の入射面７ｂとの間に配置され、第２の光源１Ｂから出射される光を第２の振動方向を有する直線偏光に変換する第２の偏光変換装置４Ｂおよび５Ｂの構成が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１５５２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図８は、特許文献１に記載の照明光学部における偏光変換素子５０１上の２次光源像の一例である。偏光変換素子５０１は、入射光をＰ偏光とＳ偏光に分離するＰＢＳ５０１ａ、不要光を除去する遮光板５０１ｂ、一方の偏光方向を９０度回転させる１／２波長板５０１ｃとで構成される。
【０００５】
図８で、偏光変換素子５０１の入射端面５０１ｄ上に２次光源像５０１ｅが結像し、２次光源像５０１ｅのうち遮光板５０１ｂによって遮られない光成分がＰＢＳ５０１ａに入射する。入射光はＰＢＳの作用によってＰ偏光成分は透過し、Ｓ偏光成分は反射して出射する。その後、Ｐ偏光成分は、ＰＢＳ５０１ａの出射側に配置された１／２波長板５０１ｃによってＳ偏光に変換される。このようにして、偏光変換素子５０１は、入射光をＳ偏光に統一する。
【０００６】
特許文献１に記載の光合成部にインテグレータと偏光変換素子とを組み合せた照明光学部では、光合成部があるため、光源と偏光変換素子との間の距離が長く、且つその光路間に多くの部品が配置されている為、偏光変換素子５０１上の２次光源像５０１ｅにボケが発生しやすい。このボケにより２次光源像５０１ｅのサイズが大きくなると、遮光板５０１ｂによって遮られる光量の割合が増加するため、高輝度化に対して不利となる。
【０００７】
本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、高輝度化が可能な、複数の光源を用いた照明光学部及びそれを用いた投射型表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一面は、少なくとも２個の光源と、前記少なくとも２個の光源からの光を合成する光合成部と、前記光合成部からの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、前記偏光変換素子からの光の照度を均一化し、且つ第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとで形成されるレンズアレイ群と、前記レンズアレイ群からの光をＲ光、Ｇ光及びＢ光の各色の光に分離する色分離部と、前記色分離部で分離された３原色の各々の色に対応して配置された複数個の映像表示素子と、前記複数個の映像表示素子からの光を合成する色合成部と、前記色合成部からの光を投射する投射レンズとを有するように構成する。
【０００９】
この構成により、偏光変換素子における光の通過率を大幅に向上させることができる為、高輝度化が可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、高輝度化が可能な、複数の光源を用いた照明光学部及びこれを用いた投射型表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて、本発明の最良の形態について説明する。なお、各図において、共通な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、一度説明したものについてはその説明を省略する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、実施例１を示す照明光学部の概略構成図であり、図２は、図１の照明光学部の一部の斜視図である。また、図１の紙面の下図は、光合成部の光分離・合成機能を説明する図である。
【００１３】
図１、図２において、本実施例の照明光学部は、直交するように配置された２つの光源１Ａ，１Ｂと、各光源に対応して設けられたリフレクタ２Ａ，２Ｂと、各光源からの光を合成してその出射端面３ｃから出射する光合成部３と、光合成部３の出射端面３ｃから入射した光の偏光方向を揃える偏光変換素子５と、偏光変換素子５を出射した光の照度を均一化し、映像表示素子１０上に重畳結像する第１のレンズアレイ６と第２のレンズアレイ７とで形成されるレンズアレイ群１１と、集光レンズ８と、映像表示素子１０に入射する光線角度を略平行光とするコンデンサレンズ９とからなる。
【００１４】
光合成部３は、入射した光のうち、約半分の光を透過し、残りの半分の光を反射する光分離部であるハーフミラー３１と、全反射ミラー３２とからなる。詳細に述べるならば、光合成部３は、断面が直角三角形のブロック状の透光性部材と、断面が平行四辺形のブロック状の透光性部材とを貼り合わせたプリズムアレイ構成となっている。そして、それらの接合界面にハーフミラー膜としての作用面３１ａが形成され、また平行四辺形の透光性部材の外部斜面に全反射膜としての作用面３２ａが形成されている。
【００１５】
なお、記号Ａは第１の光源側の要素を示し、記号Ｂは第２の光源側の要素を示すもので、以下では説明を簡単とするために、疑義が生じない場合には、記号Ａ，Ｂを省略する。
【００１６】
ここで、以下の説明を容易とするために、右手直交座標系を導入する。すなわち、光源１Ａの光軸１００Ａの方向をＸ軸方向、光源１Ｂの光軸１００Ｂの方向をＺ軸方向とし、残りの軸方向をＹ軸方向とする。
【００１７】
まず、図２を用いて、各部品の配置角度について説明する。光合成部３を構成するハーフミラー３１と全反射ミラー３２は、Ｘ軸方向に沿って配列され、それらの作用面３１ａ，３２ａは対向して略平行に配置されており、且つ光軸１００（１００Ａ，１００Ｂ）に対し４５度傾斜している。
【００１８】
偏光変換素子５は、図２に示されるように、偏光ビームスプリッタ５１と、全反射ミラー５２と、偏光ビームスプリッタ５１の出射端面５１ｃに設けられた１／２波長板５３とからなる。偏光変換素子５を構成する偏光ビームスプリッタ５１と全反射ミラー５２は、Ｙ軸方向に沿って配列され、それらの作用面５１ａ，５２ａは対向して略平行に配置されており、Ｙ軸方向に対して４５度傾斜している。また、偏光ビームスプリッタ５１の入射端面５１ｂは、光合成部３の出射端面３ｃと対向して近接している。
【００１９】
光源１Ａ，１Ｂから出射した光は、各光源の略放物面形状のリフレクタ２Ａ，２Ｂで反射して略平行光となり、それぞれ光合成部３のハーフミラー３１に入射する。ハーフミラー３１は、入射した光のうち、約半分の光を透過し、残りの半分の光を反射する光分離部である。従って、２つの光源からの光は、図１紙面の下図のように、それぞれ、ハーフミラー３１で半分透過され、半分反射されて、直交する２つの光路に分離される。そして、分離された各光源からの光は、それぞれ各光路で重畳されて合成される。ハーフミラー３１で分離された一方の光路の光は、直接ハーフミラー３１の出射端面３１ｃから出射し、もう一方の光路の光は、全反射ミラー３２によって一方の光路の光の進行方向と略平行な方向に反射され、全反射ミラー３２の出射端面３２ｃから出射する。従って、光合成部３の出射端面３ｃは、出射端面３１ｃと出射端面３２ｃとからなる。
【００２０】
光合成部３の出射端面３ｃを出射した光は、偏光変換素子５の偏光ビームスプリッタ５１の入射端面５１ｂに入射する。まず入射光は、偏光ビームスプリッタ５１によってＰ偏光とＳ偏光に分離される。ここではＰ偏光が偏光ビームスプリッタ５１を透過し、Ｓ偏光が反射する場合について説明する。偏光ビームスプリッタ５１で反射したＳ偏光は、全反射ミラー５２によってＰ偏光と略平行な方向に反射される。一方偏光ビームスプリッタ５１を透過したＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ５１の出射端面５１ｃに位置する１／２波長板５３によってＳ偏光に変換される。上記の作用により、偏光変換素子５を出射した光は概略Ｓ偏光に揃えられる。
【００２１】
偏光変換素子５を出射した光は第１のレンズアレイ６に入射する。このとき、第１のレンズアレイ６上には、４つの光照射範囲６１（６１１，６１２，６１３，６１４）が生じる。すなわち、光合成部３の出射端面３１ｃと３２ｃを出射した光のうちＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ５１を直進して光照射範囲６１１と６１２にそれぞれ入射する。また、光合成部３の出射端面３１ｃと３２ｃを出射した光のうちＳ偏光は、偏光ビームスプリッタ５１で反射し、全反射ミラーで反射して光照射範囲６１３と６１４にそれぞれ入射する。
【００２２】
第１のレンズアレイ６を出射した４つの光照射範囲６１は、第２のレンズアレイ７、集光レンズ８によって、映像表示素子１０上に重畳結像され、コンデンサレンズ９によって映像表示素子１０に入射する光線角度を略平行光とされる。
【００２３】
以上述べたように、本実施例では、遮光板が不要となるため、偏光変換素子５の開口（入射端面５１ｂ）を、入射する光の照射範囲に対して十分大きくでき、光損失を低減できる。すなわち、図７に示すように、偏光変換素子における光の通過率を大幅に向上させることができ、高輝度化に有利である。また、ハーフミラー３１の角度が多少変化したとしても、偏光変換素子５の通過率は大きく変化せず、輝度ムラに関しても有利である。
【００２４】
なお、１つの光源を使用する場合でも、第１のレンズアレイ６上の光照射範囲６１は２つの光源を使用する場合と同様であり、１つの光源を使用する場合には、輝度は低下するが、輝度ムラは悪化しない。
【００２５】
以上説明した実施例１では、光合成部として、断面が直角三角形のブロック状の透光性部材と、断面が平行四辺形のブロック状の透光性部材とを貼り合わせ、それらの接合界面にハーフミラー膜としての作用面３１ａを、そして平行四辺形の透光性部材の外部斜面に全反射膜としての作用面３２ａを形成したプリズムアレイを用いたが、本実施例はこれに限定されるものではなく、例えば２つの直角プリズムの接合界面にハーフミラー膜を形成したハーフプリズムと、全反射プリズムとを組み合せた構成であってもよい。また、平板状のハーフミラーと平板状の全反射ミラーとを組み合せた構成でもよい。
【実施例２】
【００２６】
実施例１では、光合成部としてハーフミラーと全反射ミラーを用いたが、ハーフミラーの代わりに偏光ビームスプリッタを用いることも可能である。以下、このような構成を有する実施例２について説明する。
【００２７】
図３は、実施例２を示す照明光学部の一部の斜視図である。図３において、本実施例による光合成部３’は、偏光ビームスプリッタ３１’と全反射ミラー３２とで形成され、その出射側に偏光変換素子５が配置される。
【００２８】
投射型表示装置に用いられる光源１として、一般的に高圧水銀ランプやキセノンランプ等の高圧放電ランプ、又はＬＥＤ等の出射した光の偏光方向が乱れている光源が用いられるため、光の偏光成分におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分の割合は、略同量となる。この為、偏光ビームスプリッタを透過する光量と反射する光量は略同量となる。本実施例では、偏光ビームスプリッタ３１’を透過する偏光をＰ偏光、反射する偏光をＳ偏光とする。しかし、本実施例は、これに限られるものではなく、偏光ビームスプリッタ３１’を透過する偏光をＳ偏光、反射する偏光をＰ偏光としてもよいことは言うまでもない。
【００２９】
光源１Ａ，１Ｂから出射した光は、各光源のリフレクタ２Ａ，２Ｂで反射して、それぞれ光合成部３’の偏光ビームスプリッタ３１’に入射する。偏光ビームスプリッタ３１’に入射した光は、図３の下図のように、それぞれＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離され、直交する２つの光路に分けられる。そして、分離された各光源からの光は、それぞれ各光路側で重畳されて合成される。偏光ビームスプリッタ３１’で分離された一方の光路の光は、偏光ビームスプリッタ３１’の出射端面３１ｃ’から出射し、もう一方の光路を通過した光は、全反射ミラー３２によって、一方の光路と略平行な方向に反射され、全反射ミラー３２の出射端面３２ｃから出射する。従って、光合成部３’の出射端面３ｃ’は、出射端面３１ｃ’と出射端面３２ｃとからなる。
【００３０】
偏光ビームスプリッタ３１’及び全反射ミラー３２で反射した光は、偏光変換素子５に入射し、偏光変換素子５の作用によって、偏光変換素子５に対するＳ偏光方向に偏光方向が揃えられ、第１のレンズアレイ６に入射する。このとき第１のレンズアレイ６上に４つの光照射範囲６１ＡＰ、６１ＡＳ、６１ＢＰ、６１ＢＳが生じる。上記の４つの光照射範囲は、それぞれ、偏光ビームスプリッタ３１’に対する光源１ＡのＰ偏光成分の光照射範囲，光源１ＡのＳ偏光成分の光照射範囲，光源１ＢのＰ偏光成分の光照射範囲，光源１ＢのＳ偏光成分の光照射範囲を意味している。
【００３１】
第１のレンズアレイ６上に生じる４つの光照射範囲について、詳細に説明する。偏光ビームスプリッタ３１’に入射する光線と偏光ビームスプリッタ３１’の作用面３１ａ’の法線（図示せず）で形成される光学的入射面は、偏光ビームスプリッタ５１の光学的入射面とは直交している。つまり、偏光ビームスプリッタ３１’に対するＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ５１に対してはＳ偏光となり、Ｓ偏光はＰ偏光となる。従って、偏光ビームスプリッタ３１’に対する光源１ＡのＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ３１’を透過し、全反射ミラー３２で反射し、偏光ビームスプリッタ５１で反射し、全反射ミラー５２で反射して、光照射範囲６１ＡＰに入射する。また、光源１ＡのＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ３１’で反射し、偏光ビームスプリッタ５１を透過して、光照射範囲６１ＡＳに入射する。また、光源１ＢのＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ３１’を透過し、偏光ビームスプリッタ５１で反射し、全反射ミラー５２で反射して、光照射範囲６１ＢＰに入射する。また、光源１ＢのＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ３１’で反射し、全反射ミラー３２で反射し、偏光ビームスプリッタ５１を透過して、光照射範囲６１ＢＳに入射する。
【００３２】
本実施例では、光源１Ａからの光と光源１Ｂからの光が、図３に示されるように、それぞれ異なる位置に照射される。このため１つの光源のみを使用する場合には、第１のレンズアレイ６上の照度分布が上下左右対称でなくなるため、照度の均一性が低下し、若干の照度ムラが生じる。しかし、偏光ビームスプリッタ３１’は、一般的なハーフミラー３１と比較して、光を透過光路と反射光路に分離する際の光学特性が良く、透過光と反射光の強度を略均一にできるため、実施例１と比較して、２つの光源を使用する際の輝度ムラが更に小さい照明光学部を実現できる。
【００３３】
実施例１と同様に、本実施例においても、光合成部としては、プリズムアレイ構成に限定されるものではなく、平板状の偏光ビームスプリッタと平板状の全反射ミラーとを組み合せた構成であってもよい。
【実施例３】
【００３４】
実施例２における、１つの光源のみを使用する際の照度ムラは、光合成部３’の出射端面３ｃ’近傍に、１／４波長板を配置し、偏光ビームスプリッタ３１’の出射光を円偏光とすることで改善できる。以下、上記の構成をとった実施例３について図４を用いて説明する。
【００３５】
図４は、実施例３を示す照明光学部の一部の斜視図である。図４において、４１は、１／４波長板で、その他の要素は、図３に示す実施例２と同じである。
【００３６】
光源１（１Ａ，１Ｂ）から出射した光は、リフレクタ２（２Ａ，２Ｂ）で反射して、光合成部３’に入射する。ここで、例えば、光源１Ａのみを使用する場合、偏光ビームスプリッタ３１’で反射して出射する光はＳ偏光、偏光ビームスプリッタ３１’を透過して全反射ミラー３２で反射して出射する光はＰ偏光となる。光合成部３’を出射するこれらの光は、光合成部３’の出射側に位置する１／４波長板４１に入射する。１／４波長板４１は、各偏光方向に対して４５度傾斜した遅相軸４２を有しており、１／４波長板４１の作用によって、入射したＰ偏光，Ｓ偏光共に、円偏光へと変換される。両円偏光が偏光変換素子５に入射すると、偏光ビームスプリッタ５１の作用によって、円偏光のうちの偏光ビームスプリッタ５１に対するＰ偏光成分は偏光ビームスプリッタ５１を透過し、第１のレンズアレイ６上に光照射範囲６１Ｐを形成する。また、円偏光のうちの偏光ビームスプリッタ５１に対するＳ偏光成分は偏光ビームスプリッタ５１で反射し、さらに全反射ミラー５２で反射して、第１のレンズアレイ６上に光照射範囲６１Ｓを形成する。１／４波長板４１で直線偏光から変換された円偏光は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分を等量含むので、光照射範囲６１Ｐ，６１Ｓの間の照度ムラは低減される。なお、ここでいう光照射範囲６１のＰ，Ｓは、偏光ビームスプリッタ５１に対する偏光をいう。
【００３７】
以上の構成によると、１つの光源のみを使用する場合でも、照度ムラが小さく高輝度な、複数の光源からなる照明光学部を提供できる。
【実施例４】
【００３８】
次に、実施例４について、図５を用いて説明する。図５は、実施例４を示す照明光学部の一部の概略構成図である。
【００３９】
本実施例は、実施例１とは、略楕円面形状のリフレクタを用い、またリフレクタの出射側に凹レンズを配置した点で異なる。その他の構成は、実施例１と同じであるため、以下では、実施例１と異なる点について説明する。また、符号の後に添えた光源系を区分するＡ，Ｂは、疑義がない限り省略して説明する。なお、Ａは第１の光源側の要素を示し、Ｂは第２の光源側の要素を示す。
【００４０】
図５において、略楕円面形状のリフレクタ２’の焦点近傍に配置された光源１を出射した光は、リフレクタ２’で反射されて収束光となる。その後、凹レンズ２１により略平行光に変換される。これにより、リフレクタから出射される光の範囲を小さくすることができ、以降の光学部品の小型化が可能となる。以降の構成は実施例１と同様であり、凹レンズ２１を出射した光は、光合成部３で合成されて、偏光変換素子５に入射する。入射光は、偏光変換された上で第１のレンズアレイ６、第２のレンズアレイ７、集光レンズ８、コンデンサレンズ９を通過して、映像表示素子１０上に重畳結像される。
【００４１】
以上の構成により、複数の光源からなる高輝度化及び小型化に有利な照明光学部を提供できる。
【００４２】
なお、本実施例では、光合成部として、実施例１で述べた光合成部３を用いたが、これに限定されるものではなく、実施例２，実施例３で述べた光合成部を用いてもよいことは言うまでもない。
【実施例５】
【００４３】
実施例５では、実施例４の照明光学部を用いた投射型表示装置について、図６を用いて説明する。
【００４４】
図６は、３枚の透過型の映像表示素子を使用した場合の投射型表示装置の概略構成図である。図６で、２１３は照明光学部の光源に電源を供給する整流電源回路、２１４は映像表示素子を駆動する駆動回路である。
【００４５】
図６において、複数の光源１（１Ａ，１Ｂ）には其々対応した整流電源回路８０２が接続されている。整流電源回路８０２は、商用周波電力を直流に整流し、例えば、高圧放電ランプである光源１に対して、ランプの始動を行うとともに、駆動電流波形を生成して供給する。整流電源回路８０２より電圧を印加することにより、光源１から光が出射する。なお、発光している間、光源１は光源近傍に配置された図示しない冷却装置によって冷却される。
【００４６】
光源１を出射した光は、楕円リフレクタ２’（２Ａ’，２Ｂ’）で反射され、凹レンズ２１によって略平行光となり、光合成部３に入射する。光合成部３は、光源１Ａ，１Ｂからの光を合成して出射する。
【００４７】
光合成部３を出射した光は、偏光変換素子５に入射する。入射光は、偏光変換素子５を構成する偏光ビームスプリッタ５１によってＰ偏光とＳ偏光に分離される。ここではＰ偏光は偏光ビームスプリッタ５１を透過し、Ｓ偏光は反射する場合について説明する。偏光ビームスプリッタ５１で反射したＳ偏光は、全反射ミラー５２でＰ偏光と略平行な方向に反射される。一方偏光ビームスプリッタ５１を透過したＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ５１の出射側に位置する１／２波長板５３によってＳ偏光に変換される。
【００４８】
偏光変換素子５を出射した光は第１のレンズアレイ６に入射する。第１のレンズアレイ６上には、４つの光照射範囲６１が生じる。第１のレンズアレイ６を出射した４つの光照射範囲６１は、第２のレンズアレイ７、及び集光レンズ８によって、映像表示素子１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）上に重畳結像される。この際、コンデンサレンズ９（９Ｒ，９Ｇ，２０８）によって、映像表示素子に入射する光線角度が略平行光とされる。
【００４９】
この経路の途中で、光軸に対して４５度傾斜して配置された第１のダイクロイックミラー２０１によってＲ(赤色)光は反射し、Ｇ(緑色)光、Ｂ(青色)光は透過する。Ｒ光は全反射ミラー２０３で反射した後、コンデンサレンズ９Ｒによって略平行光とされ、入射側偏光板２０９Ｒによって不要偏光が吸収された上で、映像表示素子１０Ｒに入射する。入射光は映像表示素子１０Ｒで変調され、出射側偏光板２１０Ｒを経て、ダイクロイックプリズム２１１に入射する。
【００５０】
映像表示素子１０Ｒでは、駆動回路２１４より印加される映像信号（図示せず）に応じて、映像表示素子１０Ｒの各画素を形成するセル毎にその偏光方向が変わり、最終的に出射側偏光板２１０Ｒの偏光方向と一致する方向になった光は出射側偏光板２１０Ｒを通過し出射され、その偏光方向と直交方向になった光は出射側偏光板２１０Ｒで吸収される。このようにして、外部より入力する映像信号に応じて光の濃淡に変える光強度変調が行われて、光学像である画像が形成される。
【００５１】
一方、第１のダイクロイックミラー２０１を透過したＢ光とＧ光は、第２のダイクロイックミラー２０２に入射する。この第２のダイクロイックミラー２０２によりＧ光は反射し、入射側偏光板２０９Ｇを通過した上で、映像表示素子１０Ｇに入射する。そして、映像表示素子１０Ｇでは光強度変調されて、映像表示素子１０Ｇの光の出射側に設けられた出射側偏光板２１０Ｇを通過し、ダイクロイックプリズム２１１に入射する。
【００５２】
また、第２のダイクロイックミラー２０２を透過したＢ光は、第１リレーレンズ２０６を透過し、全反射ミラー２０４でその光路を９０°折り曲げられて第２リレーレンズ２０７を透過後、Ｂ光用全反射ミラー２０５によりその光路を９０°折り曲げられて、映像表示素子前に設けられている第３リレーレンズ２０８により略平行光とされる。その後、入射側偏光板２０９Ｂを通過し、透過型の映像表示素子１０Ｂに入射する。そして、映像表示素子１０Ｂでは光強度変調されて、映像表示素子１０Ｂを透過した後、映像表示素子１０Ｂの光の出射側に設けられた出射側偏光板２１０Ｂを通過し、ダイクロイックプリズム２１１に入射する。
【００５３】
ダイクロイックプリズム２１１では、Ｒ光，Ｂ光を反射し、Ｇ光を透過させて色合成し、投射レンズ２１２に出射する。そして、投射レンズ２１２はダイクロイックプリズム２１１で色合成された画像を図示しないスクリーンに拡大して投射する。
【００５４】
以上の構成により、複数の光源を有する高輝度化及び小型化に有利な、投射型表示装置を提供できる。また、本実施例では、３枚の透過型の映像表示素子を使用した場合について説明したが、反射型の映像表示素子を使用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例１を示す照明光学部の概略構成図。
【図２】実施例１を示す照明光学部の一部の概略斜視図。
【図３】実施例２を示す照明光学部の一部の概略斜視図。
【図４】実施例３を示す照明光学部の一部の概略斜視図。
【図５】実施例４を示す照明光学部の一部の概略構成図。
【図６】実施例５を示す投射型表示装置の概略構成図。
【図７】実施例１を示す照明光学部における偏光変換素子上の２次光源像の概略図。
【図８】特許文献１の照明光学部における偏光変換素子上の２次光源像の概略図。
【符号の説明】
【００５６】
１…光源、２…リフレクタ、３…光合成部、５…偏光変換素子、６…第１のレンズアレイ、７…第２のレンズアレイ、８…集光レンズ、９…コンデンサレンズ、１０…映像表示素子、１１…レンズアレイ群、２１…凹レンズ、３１…ハーフミラー、３１’…偏光ビームスプリッタ、３２…全反射ミラー、４１…１／４波長板、４２…遅相軸、５１…偏光ビームスプリッタ、５２…全反射ミラー、５３…１／２波長板、６１…光照射範囲、１００…光軸、２０１…第１のダイクロイックミラー、２０２…第２のダイクロイックミラー、２０３、２０４、２０５…全反射ミラー、２０６…第１リレーレンズ、２０７…第２リレーレンズ、２０８…第３リレーレンズ、２０９…入射側偏光板、２１０…出射側偏光板、２１１…ダイクロイックプリズム、２１２…投射レンズ、２１３…整流電源回路、２１４…駆動回路、５０１…偏光変換素子、５０１ａ…ＰＢＳアレイ、５０１ｂ…遮光板、５０１ｃ…１／２波長板、５０１ｄ…入射端面、５０１ｅ、５１１ｅ…２次光源像。
【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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