(57)【要約】      （修正有）【課題】偏光変換素子の光通過率を改善し、光利用効率の高い投射型表示装置を提供する。【解決手段】アーク型のランプと、アレイレンズ群と、遮光部と、開口部と、偏光ビームスプリッタ膜と、反射膜と、偏光変換素子と、映像表示素子と、投射レンズとを有した投射型表示装置で、該ランプのアーク型の長手方向は、偏光変換素子の開口部の長手方向と平行である。【選択図】図１
2007309963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射するアーク型のランプと、
前記ランプからの光を反射するリフレクタと、
第１及び第２のアレイレンズとで形成され、前記リフレクタからの光の照度を均一化するアレイレンズ群と、
前記アレイレンズ群からの光を遮光する遮光部と、前記アレイレンズ群からの光を通過させる開口部と、前記開口部からの光を偏光方向が異なる２種類の光に分離する偏光ビームスプリッタ膜と、前記偏光ビームスプリッタ膜で反射した光を反射する反射膜と、前記偏光ビームスプリッタ膜を透過した光の偏光方向を変換するλ／２位相差板とで形成された偏光変換部を複数個有し、光の偏光方向を統一する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光を変調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し、
前記アーク型のランプの長手方向は、前記開口部の長手方向と同じ方向であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記リフレクタは、前記ランプの前方に配置され、回転放物面形状である第１のリフレクタと、前記ランプの後方に配置され、球面形状である第２のリフレクタとで形成され、前記ランプからの光を反射する第１及び第２のリフレクタと、
前記ランプから前記第１及び第２のリフレクタ以外に出射した光及び前記第２のリフレクタで反射した光を平行化する平行化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３】
請求項２記載の投射型表示装置であって、
前記ランプに近い側の前記第１のリフレクタの直径と前記平行化レンズの直径は、同じであることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】
請求項３記載の投射型表示装置であって、
前記ランプの中心から平行化レンズまでの距離をＬ、前記ランプの中心から平行化レンズまでの距離をＬ、前記ランプから出射した光の光軸から前記第１のリフレクタの最外有効範囲で反射する光の角度をθ、平行化レンズの直径φとした場合、
Ｌ＝(φ/２)÷tan(π−θ)
の関係を満たすことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】
請求項４記載の投射型表示装置であって、
前記平行化レンズの曲率半径をＲ、屈折率をＮ、前記ランプの中心から第１のリフレクタまでの距離をＬとした場合、
Ｒ＝(Ｎ−１)×Ｌ
の関係を満たすことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項６】
請求項２記載の投射型表示装置であって、
前記第１のリフレクタと前記第２のリフレクタとは一体であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項７】
光を出射するアーク型のランプと、
前記ランプからの光を反射する回転放物面形状である第１のリフレクタと、
前記ランプからの光を反射する球面形状である第２のリフレクタと、
前記ランプから前記第１及び第２のリフレクタ以外に出射した光及び前記第２のリフレクタで反射した光を平行化する平行化レンズと、
第１及び第２のアレイレンズとで形成され、前記第１のリフレクタ及び前記平行化レンズからの光の照度を均一化するアレイレンズ群と、
前記アレイレンズ群からの光を遮光する遮光部と、前記アレイレンズ群からの光を通過させる開口部と、前記開口部からの光を偏光方向が異なる２種類の光に分離する偏光ビームスプリッタ膜と、前記偏光ビームスプリッタ膜で反射した光を反射する反射膜と、前記偏光ビームスプリッタ膜を透過した光の偏光方向を変換するλ／２位相差板とで形成された偏光変換部を複数個有し、光の偏光方向を統一する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光を変調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し、
前記アーク型のランプの長手方向は、前記開口部の長手方向と同じ方向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、
前記ランプに近い側の前記第１のリフレクタの直径と前記平行化レンズの直径は、同じであることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項９】
請求項８記載の投射型表示装置であって、
前記ランプの中心から平行化レンズまでの距離をＬ、前記ランプの中心から平行化レンズまでの距離をＬ、前記ランプから出射した光の光軸から前記第１のリフレクタの最外有効範囲で反射する光の角度をθ、平行化レンズの直径φとした場合、
Ｌ＝(φ/２)÷tan(π−θ)
の関係を満たす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、
前記平行化レンズの曲率半径をＲ、屈折率をＮ、前記ランプの中心から第１のリフレクタまでの距離をＬとした場合、
Ｒ＝(Ｎ−１)×Ｌ
の関係を満たすことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１１】
請求項７記載の投射型表示装置であって、
前記第１のリフレクタと前記第２のリフレクタとは一体であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１２】
光を出射するアーク型のランプと、
前記ランプからの光を反射する回転放物面形状である第１のリフレクタと、
前記ランプからの光を反射する球面形状である第２のリフレクタと、
前記ランプから前記第１及び第２のリフレクタ以外に出射した光及び前記第２のリフレクタで反射した光を平行化する平行化レンズと、
第１及び第２のアレイレンズとで形成され、前記第１のリフレクタ及び前記平行化レンズからの光の照度を均一化するアレイレンズ群と、
前記アレイレンズ群からの光を遮光する遮光部と、前記アレイレンズ群からの光を通過させる開口部と、前記開口部からの光を偏光方向が異なる２種類の光に分離する偏光ビームスプリッタ膜と、前記偏光ビームスプリッタ膜で反射した光を反射する反射膜と、前記偏光ビームスプリッタ膜を透過した光の偏光方向を変換するλ／２位相差板とで形成された偏光変換部を複数個有し、光の偏光方向を統一する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光を複数色の光に分離する色分離部と、
前記複数色の各々に対応して配置された複数個の透過型映像表示素子と、
前記複数個の映像表示素子からの光を合成する光合成プリズムと、
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し、
前記アーク型のランプの長手方向は、前記開口部の長手方向と同じ方向であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の投射型表示装置であって、
前記ランプに近い側の前記第１のリフレクタの直径と前記平行化レンズの直径は、同じであることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の投射型表示装置であって、
前記ランプの中心から平行化レンズまでの距離をＬ、前記ランプの中心から平行化レンズまでの距離をＬ、前記ランプから出射した光の光軸から前記第１のリフレクタの最外有効範囲で反射する光の角度をθ、平行化レンズの直径φとした場合、
Ｌ＝(φ/２)÷tan(π−θ)
の関係を満たすことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の投射型表示装置であって、
前記平行化レンズの曲率半径をＲ、屈折率をＮ、前記ランプの中心から第１のリフレクタまでの距離をＬとした場合、
Ｒ＝(Ｎ−１)×Ｌ
が成り立つことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１６】
請求項１２記載の投射型表示装置であって、
前記第１のリフレクタと前記第２のリフレクタとは一体であることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像表示素子により映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像をスクリーン等に投射する投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１の図２には、リフレクター１０と、このリフレクター１０の水平方向に伸びる光軸Ｌとアーク方向が直交するよう配置されたショートアーク型放電ランプ２０と、このショートアーク型放電ランプ２０の前方において、光軸Ｌ上に配置されたコンデンサレンズ３０とにより構成された光源装置１と、コンデンサレンズ３０を支持するための支持板３１と、前面ガラス４０と、第１オプティカルインテグレータレンズ４１ａと、第２オプティカルインテグレータレンズ４１ｂと、偏光ビームスプリッター４２と、第２のコンデンサレンズ４３と、１／２位相差板４４と、第１のアルミミラー４５ａと、第２のアルミミラー４５ｂと、第３のアルミミラー４５ｃと、第１のダイクロイックミラー４６ａと、第２のダイクロイックミラー４６ｂと、リレーレンズ４７と、フィールドレンズ４８と、液晶表示パネル４９と、色合成クロスプリズム５０と、投写レンズ５１と、スクリーン５２とを備えてなる液晶プロジェクターが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−９２０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
まず、上記引用文献１の液晶プロジェクターが有する課題を述べる前に、偏光変換素子について説明する。
【０００５】
偏光変換素子は、例えば、平行四辺形柱である透光性部材が、照明光軸方向に対して直交する面に平行に複数アレイ状に配列され、透光性部材間の界面に交互に偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」と省略する）膜と反射膜が形成されている。また、偏光変換素子の入射側の開口部を通り、ＰＢＳ膜を透過した光が出射する出射面にはλ／２位相差板が配置されている。
【０００６】
以上のように形成された偏光変換素子に、第１オプティカルインテグレータレンズ（以下、第１のアレイレンズと云う。），第２オプティカルインテグレータレンズ（以下、第２のアレイレンズと云う）を通って開口部の１つに入射した光のうち、例えば、Ｓ偏光の光はＰＢＳ膜で反射され、対向する反射ミラーで反射されてＳ偏光で出射する。また、Ｐ偏光の光はＰＢＳ膜を透過し、出射面のλ／２位相差板によりＳ偏光に変換されて出射する。偏光変換素子は、このような基本となる偏光変換部が複数個で形成され、入射した光の偏光方向を所定の偏光方向（ここではＳ偏光）の光に統一して出射させる機能を有している。
【０００７】
ところで、開口部と開口部との間に光が入射した場合、このときの出射光は、前記所定の偏光方向とは９０度回転した偏光（ここではＰ偏光）となる。つまり、偏光変換効率が低下してしまう。そのため、開口部と開口部との間には、通常、アルミの板等を配置し、光を遮光する遮光部がある。
【０００８】
次に、上記引用文献１の液晶プロジェクターが有する課題を説明する。
【０００９】
ランプのアークの中心からリフレクタまでの距離をＡ、第１のアレイレンズと第２のアレイレンズ間の距離をＢとする。このとき、ランプのアークの中心は、回転放物面形状のリフレクタの焦点位置なので、距離Ａは、リフレクタの焦点距離となる。従って、距離Ａは、リフレクタの放物面上の位置関数となる。また、第２のアレイレンズは第１のアレイレンズの略焦点位置近傍に設けられるので、距離Ｂは第１のアレイレンズの焦点距離となる。
【００１０】
ここで、第１のアレイレンズはアークと第２のアレイレンズの各レンズセルとが互いに物体と像の関係（共役関係）になるように設計されており、第２のアレイレンズの各レンズセル上に、アーク像が形成される。第２のアレイレンズと偏光変換素子は近接して配置されているので、第２のアレイレンズの各レンズセル上に形成されたアーク像は、偏光変換素子上にも同様に形成される。このアーク像の倍率βは、距離Ａ，Ｂを用いて近似的に数１で示される。
【００１１】
β＝Ｂ／Ａ・・・（数１）
ここで、偏光変換素子の開口部を通過する光の通過率を考えた場合、アークより出射して、リフレクタの中心付近で反射した光は距離Ａが短いため、アーク像の倍率βは大きくなる。また、上記引用文献１の液晶プロジェクターでは、ランプのアーク型の方向と偏光変換素子の開口部の長手方向とが垂直である。そのため、偏光変換素子の遮光部に入射する光が増え、光の通過率は低下するため、光利用効率が低下してしまう。
【００１２】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、偏光変換素子の光通過率を改善し、光利用効率の高い投射型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一面は、ランプのアーク型の方向は、偏光変換素子の開口部の長手方向と平行である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光利用効率の高い投射型表示装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、最良の形態について、図を参照して説明する。なお、各図において、同一な部分には同一符号を付して、一度説明したものについては、その説明を省略する。
【００１６】
実施例１では、偏光変換素子の光の通過率を改善するために、アーク型のランプの長手方向が、偏光変換素子の開口部の長手方向と略平行となるようにランプを配置し、かつ、第２のアレイレンズ近傍に結像するアーク像の光軸近傍倍率を下げるようにすることに特徴を有する。
【００１７】
図４は、実施例１の照明光学ユニットを用いた投射型表示装置の光学系の概略図である。
【００１８】
図４において、実施例１の光源２００は、アーク型のランプ１と、ランプ１の前方に配置された回転放物面形状の第１のリフレクタ２０２と、ランプ１の後方に配置された球面形状の第２のリフレクタ２０３と、ランプ１の前方光軸側に所定距離をおいて配置された平行化レンズ２２８と、ランプ１の破裂時に破片の飛散を防止する防爆ガラス２３とを含む。なお、光源２００の詳細な説明については、後述する。
【００１９】
ランプ１の後方には、ランプ１を近接して背面側から覆うように、球面形状の反射面を有する略半球状の第２のリフレクタ２０３が配置されている。また、ランプ１の前方には、回転放物面形状の反射面を有する第１のリフレクタ２０２が配置されている。第１のリフレクタ２０２の反射面は、第２のリフレクタ２０３の開口位置近傍から形成されている。
【００２０】
ランプ１から後方に出射した光は、球面形状の反射面を有する第２のリフレクタ２０３で反射して、前方に反射される。前方に反射された光の内、一部は第１のリフレクタ２０２で反射して、照明光軸１００に平行となり、防爆ガラス２３を通過後、照明光学ユニットに入射する。また、前方に反射された光の内、第１のリフレクタ２０２で反射しなかった光は、平行化レンズ２２８を通過後、照明光軸１００に平行となり、防爆ガラス２３を通過後、照明光学ユニットに入射する。勿論、ランプ１から第２のリフレクタ２０３を経ずに直接前方に出射した光も、一部は第１のリフレクタ２０２に向かい、一部は平行化レンズ２２８に向かい、照明光軸に平行な平行光とされる。
【００２１】
なお、照明光学ユニットは、第１のアレイレンズ３と第２のアレイレンズ４とで形成され、光の照度の均一化を行うアレイレンズ群と、光の偏光方向を統一する偏光変換素子５とで形成される。
【００２２】
第１のアレイレンズ３は、照明光軸方向から見て映像表示素子と略相似な矩形形状を有する複数のレンズセルがマトリクス（２次元）状に配設されたもので、光源から入射した光を複数のレンズセルで複数の光に分割して、効率よく第２のアレイレンズ４と偏光変換素子５を通過するように導く。即ち、第１のアレイレンズ３はランプ１と第２のアレイレンズ４の各レンズセルとが光学的に共役な関係になるように設計されている。
【００２３】
第１のアレイレンズ３と同様に、照明光軸方向から見て矩形形状の複数のレンズセルがマトリクス状に配設された第２のアレイレンズ４は、複数のレンズセルの各々が対応する第１のアレイレンズ３のレンズセルの形状を映像表示素子１８（１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂ）に投射する。
【００２４】
この時、偏光変換素子５で第２のアレイレンズ４からの光は所定の偏光方向に統一され、そして、第１のアレイレンズ３の各レンズセルの投射像は、それぞれ集光レンズ６、およびコンデンサレンズ１３（１３Ｂ，１３Ｇ），第１のリレーレンズ１５，第２のリレーレンズ１６，第３のリレーレンズ１７により各映像表示素子１８（１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂ）上に重ね合わせられる。
【００２５】
なお、第２のアレイレンズ４とこれに近接して配設される集光レンズ６とは、第１のアレイレンズ３の各レンズセルと映像表示素子１８（１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂ）とが、光学的に共役な関係になるように設計されているので、第１のアレイレンズ３で複数に分割された光は、第２のアレイレンズ４と集光レンズ６によって、映像表示素子１８（１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂ）上に重畳して投射され、実用上問題のないレベルの均一性の高い照度分布の照明が可能となる。
【００２６】
その過程で、ダイクロイックミラー１１により、例えばＢ光(青色帯域の光)は反射され、Ｇ光(緑色帯域の光)およびＲ光(赤色帯域の光)は透過されて２色の光に分離され、更に、Ｇ光とＲ光はダイクロイックミラー１２によりＧ光とＲ光に分離される。例えば、Ｇ光はダイクロイックミラー１２で反射され、Ｒ光はダイクロイックミラー１２を透過して３色の光に分離される。この光の分離の仕方は種々考えられ、ダイクロイックミラー１１でＲ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させてもよいし、Ｇ光を反射させ、Ｒ光及びＢ光を透過させてもよい。
【００２７】
ダイクロイックミラー１１で反射したＢ光は、反射ミラー１０で反射し、コンデンサレンズ１３Ｂを透過し、Ｂ光用の映像表示素子１８Ｂを透過して光合成プリズム２１に入射する。一方、ダイクロイックミラー１１を透過したＧ光及びＲ光の内、Ｇ光はダイクロイックミラー１２で反射し、コンデンサレンズ１３Ｇを透過し、Ｇ光用映像表示素子１８Ｇに入射し、この映像表示素子１８Ｇを透過して光合成プリズム２１に入射する。また、Ｒ光はダイクロイックミラー１２を透過し、第１のリレーレンズ１５で集光され、更に反射ミラー８で反射し、第２のリレーレンズ１６で更に集光され、反射ミラー９で反射した後、第３のリレーレンズ１７で更に集光されてＲ光用の映像表示素子１８Ｒに入射する。映像表示素子１８Ｒを透過したＲ光は光合成プリズム２１に入射する。
【００２８】
各映像表示素子を透過したＢ光、Ｇ光、Ｒ光は、光合成プリズム２１によってカラー映像として合成された後、例えばズームレンズであるような投射レンズ２２を通過し、スクリーン７に到達する。映像表示素子１８（１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂ）上に光強度変調で形成された光学像は、投射レンズ２２によりスクリーン７上に拡大投射され投射型表示装置として機能するものである。
【００２９】
なお、第１の光路（Ｂ光）と第２の光路（Ｇ光）にはリレーレンズは使用されていないが、第３の光路（Ｒ光）にはＢ光，Ｇ光と光路長を等しくするためのリレーレンズが使用されている。
【００３０】
以下、実施例１により、光利用効率が向上した投射型表示装置を提供できる理由を、図１と図３を用いて説明する。ここでは、説明を容易とするために、照明光軸をＺ軸とする直交座標を導入する。すなわち、Ｚ軸に直交する面内で、映像表示素子の矩形照射有効領域の長辺に平行な方向の軸をＹ軸とし、矩形有効表示領域の短辺に平行な方向の軸をＸ軸とする。このＸ軸方向は偏光変換素子の開口部長手方向と略平行で、Ｙ軸方向は開口部の短手方向に略平行である。
【００３１】
図１は、実施例１に係わるランプから偏光変換素子までの要部を抜き出した図であり、Ｙ軸方向から見た照明光軸を含むＸＺ断面図である。また、図３は、実施例１における偏光変換素子上でのアーク像を示した図である。
【００３２】
実施例１では、偏光変換素子５の光の通過率を改善するために、ランプ１の発光部の長手方向が、照明光軸１００（Ｚ軸方向）と垂直、且つ偏光変換素子５の開口部長手方向（Ｘ軸方向）と略平行に配置されている。まず、この配置により、偏光変換素子５の光の通過率が改善する理由を説明する。
【００３３】
図１において、アーク型のランプ１の発光部の長手方向は照明光軸１００に略垂直、かつ、偏光変換素子５の開口部５５の長手方向と略平行に配置されている。つまり、細長い発光部となるアーク１２５は照明光軸１００に垂直で、偏光変換素子５の開口部５５と平行な輝度分布を有する（詳細は後述する）。ランプ１の後方には球面形状の反射面を有する第２のリフレクタ２０３を配置している。第２のリフレクタ２０３の反射面形状が球面であるため、ランプ１の中心から後方に出射した光は第２のリフレクタ２０３で反射した後、再び、ランプ１の中心を通過し、前方に出射する。反射光はランプ１の中心を通過するため、電極棒１２４でのケラレはほとんど発生しないため、光の損失は非常に少ない。
【００３４】
仮に第２のリフレクタ２０３を、回転放物面形状を有するリフレクタである場合、ランプ１から後方に出射された光が放物面形状を有するリフレクタで反射後、照明光軸１００に平行となり前方に出射される。この際、反射光が電極棒１２４に直撃してしまうため、光を大きく損失してしまう。そこで、実施例１においては、ランプ１の後方に配置された第２のリフレクタ２０３の形状を球面形状とした。
【００３５】
第２のリフレクタ２０３で反射し前方に出射した光、及び、ランプ１から直接前方に出射した光の内、一部は第１のリフレクタ２０２で反射し、照明光軸１００と平行な光となり、防爆ガラス２３を通過後、第１のアレイレンズ３に入射する。また、前方に出射した光の内、第１のリフレクタ２０２で反射しない光は、ランプ１の前方にランプ１から所定距離をおいて配置された平行化レンズ２２８を通過後、照明光軸１００に平行な光となり、防爆ガラス２３を通過後、第１のアレイレンズ３に入射する。なお、ランプ１から平行化レンズ２２８に入射した光を照明光軸１００に平行とするため、ランプ１の発光中心位置は平行化レンズ２２８の焦点位置とされている。
【００３６】
平行化レンズ２２８に入射する光の内の大部分は、平行化レンズ２２８がなければ、第１のリフレクタ２０２の開口部から斜め前方に逸散して、利用できず、損失となるものである。この意味で、実施例１の光源２００は、光利用効率を向上させることができる。
【００３７】
第１のアレイレンズ３は、入射した光をマトリクス状に配設された複数のレンズセルで複数の光に分割して、効率よく第２のアレイレンズ４と偏光変換素子５を通過するように導く。
【００３８】
このときに偏光変換素子５面上に形成されるアーク像２６の様子を図３に示す。アーク１２５の長手方向は照明光軸１００に垂直で偏光変換素子５の開口部５５の長手方向に略平行である。従って、図３に示すように、アーク１２５は偏光変換素子５の開口部と平行な輝度分布を有することになる。このため、偏光変換素子５上に形成されるアーク像２６の内、第１のリフレクタ２０２で反射し、光軸面Ｓ１００近傍の偏光変換素子５の中心開口部５５３，５５４に形成されるアーク像は、略円形の分布を持った像となる。これは、第１のアレイレンズの各レンズセルの位置に目を置き、第１のリフレクタ２０２を介してアーク１２５を見たとき、アーク１２５を略長手方向（Ｘ軸方向）側から見ることとなることから理解できる。また、偏光変換素子５上に形成されるアーク像２６の内、平行化レンズ２２８を通過し、光軸面Ｓ１００近傍の偏光変換素子５の中心開口部５５３，５５４に形成されるアーク像は、偏光変換素子５の開口部の長手方向に沿った長い像となる。これは、第１のアレイレンズの各レンズセルの位置に目を置き、平行化レンズ２２８を介してアーク１２５を見たとき、アーク１２５が拡大されて見えることから理解でき、平行化レンズが虫めがねの役割を果たすと考えればよい。
【００３９】
通常、開口部５５３，５５４の照明光軸から離れた周縁部側ではアーク像の倍率が小さく光の損失は少ないが、照明光軸側では倍率が大きくなり、アーク像が開口部５５３，５５４に隣接する遮光部にかかり、光の損失を招く。そこで、実施例１では、ランプ１から所定距離をおいた照明光軸側前方位置に平行化レンズ２２８を配置する。ランプ１の発光中心は平行化レンズ２２８の焦点位置であり、この焦点距離を所定距離とすれば、開口部５５３，５５４の照明光軸側のアーク像の倍率を小さくすることができる。尚、ランプ１から直接平行化レンズ２２８に向かう光のアーク像は、数１のＡをランプ１のアークの中心から平行化レンズ２２８までの距離とすることに求められる。これにより、中心開口部５５３，５５４では、そのアーク像２６３，２６４がその開口部内に納まり、光の損失を低減できる。
【００４０】
また、偏光変換素子５上に形成されるアーク像２６の内、偏光変換素子５の中心（光軸面Ｓ１００）から離れた開口部５５１，５５６では、偏光変換素子５の開口部の長手方向に沿った長い像となる。これは、第１のアレイレンズの各レンズセルの位置に目を置き、第１のリフレクタ２０２を介してアーク１２５を見たとき、アーク１２５を略短手方向（Ｙ軸方向）側から見ることとなることから理解できる。その上、開口部５５１，５５６に入射する光は、照明光軸１００から離れた第１のリフレクタ２０２の開口部２１０近傍で反射された光なので、そのアーク像２６１，２６６の倍率は小さい。従って、開口部５５１，５５６でも、そのアーク像２６１，２６６がその開口部内に納まり、光の損失を低減できる。
【００４１】
以上を鑑みて、偏光変換素子５の光の通過率を考える。
【００４２】
まず、偏光変換素子５の中心開口部５５３，５５４に形成されるアーク像２６３，２６４について考える。アーク像２６３，２６４は、上記したように、略円形の非常に狭い分布を持った像であるため、偏光変換素子５の遮光部６０３、６０４に入射する光の量は低減され、光の通過率は上昇する。
【００４３】
次に、偏光変換素子５の中心から離れた開口部５５１、５５６に形成されるアーク像２６１、２６６について考える。アーク像２６１、２６６は、その大きさが小さく、かつ、偏光変換素子５の開口部の長手方向に沿った細長い像であるため、偏光変換素子５の遮光領域６０１，６０２，６０５，６０６に入射する光が低減され、光の通過率は上昇する。
【００４４】
以上のように、実施例１によれば、光源からの光利用効率を高め、かつ、偏光変換素子の光通過率を改善することで、光利用効率の高い投射型表示装置の提供すること可能となる。
【００４５】
次に、光源からの光利用効率を高めることができる球面形状リフレクタ、回転放物面形状リフレクタ、平行化レンズの位置、形状、曲率を決定する例について、図２を用いて述べる。
【００４６】
図２は、光源の要部図であり、Ｘ軸方向から見た照明光軸を含むＹＺ断面図である。
【００４７】
まず、第２のリフレクタ２０３の位置、形状を求める。光が電極棒１２４に直撃するのを防ぐために、第２のリフレクタ２０３の球面中心は、ランプ１の中心と同一となるように配置し、ランプ後面全域（立体角２π）を覆う形状とする。つまり、第２のリフレクタ２０３は半球状である。
【００４８】
第２のリフレクタ２０３の半径に関しては、大きすぎると、第２のリフレクタ２０３で反射した光が、ランプ１の中心から離れた位置を通過し、電極棒に直撃する可能性が高くなる。これは、管球の形状が、内部も外部も純粋な球形状ではないためである。また、ランプ１の発光部つまりアークがある有限の大きさを有しているためでもある。逆に、第２のリフレクタ２０３の半径が小さすぎると、管球と接近しすぎ冷却できなくなる。従って、第２のリフレクタ２０３の半径としては、管球半径より１〜２ｍｍ大きいサイズとする。
【００４９】
次に、第１のリフレクタ２０２の位置、形状を求める。第１のリフレクタ２０２は、回転放物面形状であって、放物面の焦点位置とランプ中心が一致するように配置されている。第１のリフレクタ２０２の照明光軸１００を含む断面形状は、頂点側（ランプ１側）を切断した放物曲線である。そして、第１のリフレクタ２０２の反射面は、第２のリフレクタ２０３の開口位置近傍から形成されている。なお、第２のリフレクタ２０３と第１のリフレクタ２０２は一体型のリフレクタでも良いし、それぞれ別体のリフレクタでも良いことは言うまでもない。
【００５０】
最後に、平行化レンズ２２８の位置、形状、大きさを求める。
【００５１】
平行化レンズ２２８の大きさは、第１のリフレクタ２０２で反射した光が平行化レンズ２２８を通過しないような大きさに決められる。第１のリフレクタ２０２で反射した平行光が平行化レンズ２２８に入射すると、第１のアレイレンズに入射する光が垂直ではなくなるため、光が映像表示素子に到達しなくなり、光利用効率が低下してしまうためである。従って、第１のリフレクタ２０２のランプに近い側の有効直径をφとすると、平行化レンズ２２８の直径も略φとすればよい。
【００５２】
次に、平行化レンズ２２８の位置を求める。平行化レンズ２２８は、第２のリフレクタ２０３で反射した光及びランプ１から直接平行化レンズ２２８に向かう光を平行化レンズ２２８で取り込める位置に配置する。つまり、ランプ１の中心から平行化レンズ２２８までの距離をＬ、照明光軸１００から第１のリフレクタ２０２の最外有効範囲で反射する光の角度をθとすると、平行化レンズ２２８の直径φを用いて、近似的に数２の関係が成り立つ。
【００５３】
tan(π−θ)＝(φ/２)÷Ｌ・・・（数２）
数２を変形し、平行化レンズ２２８の位置Ｌは数３として求められる。
【００５４】
Ｌ＝(φ/２)÷tan(π−θ)・・・（数３）
また、平行化レンズ２２８の曲率は、ランプ中心から出射した光が、照明光軸１００に平行な光となるため、ランプ１の中心から平行化レンズ２２８の位置までの距離が焦点距離となるように決められる。平行化レンズ２２８の曲率半径をＲ、屈折率をＮとすると、数４の関係が成り立つ。
【００５５】
(１/Ｌ)＝(Ｎ−１)×(１/Ｒ)・・・（数４）
数４を変形し、平行化レンズ２２８の曲率半径Ｒは数５として求められる。
【００５６】
Ｒ＝(Ｎ−１)×Ｌ・・・（数５）
硝子の屈折率は略１．５前後であるから、平行化レンズ２２８の曲率半径は、ランプ１の中心から平行化レンズ２２８までの距離Ｌの略半分とすればよい。
【００５７】
また、実施例１では、３枚の透過型の映像表示素子を用いた投射型表示装置について説明したが、１枚の透過型の映像表示素子を用いた投射型表示装置に適用しても良いことは言うまでもない。
【００５８】
実施例２は、実施例１の光源２００及び照明光学ユニットを図６の投射型表示装置に適用した場合の実施例である。以下、図６を用いて実施例２を説明する。実施例２は、実施例１に対し、映像表示素子が透過型ではなく、反射型である点で異なる。なお、実施例２では、実施例１と同じ点については、説明の簡略化のため、図示及び説明を省略する。
【００５９】
実施例１と同様に、ランプ１から出射した光は、照明光学ユニットを通過し、クロスダイクロイックミラーである色分離部３１に入射する。色分離部３１において、例えば、光はＢ光以外の光路と、Ｂ光の光路とに分離される。Ｂ光以外の光路は反射ミラー３２で反射し、色分離ミラー３３に入射する。そして、色分離ミラー３３において、Ｂ光以外の光路は、例えば、Ｇ光とＲ光に分離される。例えば、反射分離されたＧ光は、選択反射部３４で反射され、反射型映像表示素子８５０Ｇに入射する。Ｇ光は、反射型映像表示素子３８Ｇで反射され、その際偏光状態を変化させる。偏光の変化したＧ光は、選択反射部３４を透過し、光合成プリズム３９に入射する。
【００６０】
また、ダイクロイックミラー３３において、例えば、透過分離されたＲ光は、選択反射部３５で反射され、反射型映像表示素子３８Ｒに入射する。Ｒ光は、反射型映像表示素子３８Ｒで反射され、その際、偏光状態を変化させる。偏光の変化したＲ光は、選択反射部３５を透過し、光合成プリズム３９に入射する。
【００６１】
また、色分離部３１で分離されたＢ光は、反射ミラー３６で反射され、選択反射部３７で反射し、反射型映像表示素子３８Ｂに入射する。Ｂ光は、反射型映像表示素子３８Ｂで反射し、その際偏光状態を変化させる。偏光の変化したＢ光は、選択反射部３７を透過し、光合成プリズム３９に入射する。
【００６２】
光合成プリズム３９に入射したＧ光は、光合成プリズム３９を透過し、光合成プリズム３９に入射したＲ光及び光合成プリズム３９に入射したＢ光は、光合成プリズム３９の有する反射面で反射し、Ｇ光、Ｒ光、Ｂ光は合成され、投射レンズ２２を通過し、スクリーン７に到達する。
【００６３】
以上、実施例２によれば、実施例１と同様に、光利用効率の高い投射型表示装置を提供することが可能となる。また、実施例２では、３枚の反射型の映像表示素子を用いた投射型表示装置について説明したが、例えば、ＤＬＰ等の１枚の反射型の映像表示素子を用いた投射型表示装置に適用しても良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例１のランプから偏光変換素子までの要部拡大図。
【図２】実施例１の光源の要部図。
【図３】実施例１の偏光変換素子上でのアーク像。
【図４】実施例１の投射型表示装置の光学系の概略図。
【図５】実施例２の投射型表示装置の光学系の概略図。
【符号の説明】
【００６５】
１・・・ランプ、３・・・第１のアレイレンズ、４・・・第２のアレイレンズ、５・・・偏光変換素子、６・・・集光レンズ、７・・・スクリーン、８，９，１０・・・反射ミラー、１１，１２・・・ダイクロイックミラー、１３・・・コンデンサレンズ、１５・・・第１のリレーレンズ、１６・・・第２のリレーレンズ、１７・・・第３のリレーレンズ、１８・・・映像表示素子、２１・・・光合成プリズム、２２・・・投射レンズ、２３・・・防爆ガラス、２６・・・アーク像、３１・・・色分離部、３２・・・反射ミラー、３３・・・ダイクロイックミラー、３４，３５・・・選択反射部、３６・・・反射ミラー、３７・・・選択反射部、３８・・・反射型映像表示素子、３９・・・光合成プリズム、５０・・・偏光変換部、５１・・・透光性部材、５２・・・ＰＢＳ膜、５３・・・反射膜、５４・・・λ／２位相差板、５５・・・開口部、６０・・・遮光部、１００・・・照明光軸、Ｓ１００・・・光軸面、１２４・・・電極棒、１２５・・・アーク、２００・・・光源、２０２・・・第１のリフレクタ、２０３・・・第２のリフレクタ、２１０・・・開口部、２２８・・・平行化レンズ。
【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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