(57)【要約】【課題】光利用効率を向上させる。【解決手段】無偏光照明装置１０Ｂでは、放物面鏡１２の光軸ＡＸに対しメタルハライドランプ１１のアークギャップの方向が傾斜している。アークギャップの方向と光軸ＡＸとを含む面は、偏光変換素子２５の偏光変換要素の長手方向と平行になっている。この傾斜により、放物面鏡１２上の点Ｐ１から発光部を見た見込角が傾斜しない場合よりも小さくなるので、レンズアレイ２２に形成される最も大きい発光像が小さくなる。これに対し、点Ｐ２から発光部を見た見込角が傾斜しない場合よりも大きくなるが、点Ｐ２で反射された光の強度は点Ｐ１でのそれよりも小さいので、レンズアレイ２２での発光像が少し大きくなっても光利用効率上問題ない。【選択図】図１３
2007086802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向の長さが該一方向と直角な方向の長さよりも大きい発光部を有する光源と、
該光源からの放射光を反射又は屈折させて略一方向へ揃える光整列手段と、
該光整列手段の出射光が入射するように配置された第１レンズアレイと、
該第１レンズアレイの各レンズの略焦点位置に、該各レンズに対応したレンズが形成されている第２レンズアレイと、
該第２レンズアレイに対し該第１レンズアレイと反対側に配置された集光レンズと、
該第２レンズアレイと該集光レンズとの間に配置された偏光変換素子と、
を有し、
該偏光変換素子は、複数並列された偏光変換要素を有し、
該偏光変換要素は、帯状有効入射領域と、この領域と隣り合う帯状無効入射領域とを有し、該有効入射領域に入射した無偏光を直線偏光に変換し、該無効入射領域に入射した無偏光を該直線偏光と偏光面が９０゜異なる直線偏光に変換し又はこの無偏光を透過させ、
該光整列手段の光軸に対し該一方向が傾斜し、
該光整列手段の光軸と該発光部の一方向とを含む面が、該帯状有効入射領域の長手方向と略平行である、
ことを特徴とする偏光照明装置。
【請求項２】
一方向の長さがこの一方向と直角な方向の長さよりも大きい発光部を有する光源と、
該光源からの放射光を反射又は屈折させて略一方向へ揃え、出射面内の第１方向の幅がこの第１方向と直角な第２方向の幅より広い光整列手段と、
該光整列手段の出射光が入射するように配置された第１レンズアレイと、
該第１レンズアレイの各レンズの略焦点位置に、該各レンズに対応したレンズが形成されている第２レンズアレイと、
該第２レンズアレイに対し該第１レンズアレイと反対側に配置された集光レンズと、
該第２レンズアレイと該集光レンズとの間に配置された偏光変換素子と、
をさらに有し、
該偏光変換素子は、複数並列された偏光変換要素を有し、
該偏光変換要素は、帯状有効入射領域と、この領域と隣り合う帯状無効入射領域とを有し、該有効入射領域に入射した無偏光を直線偏光に変換し、該無効入射領域に入射した無偏光を該直線偏光と偏光面が９０゜異なる直線偏光に変換し又はこの無偏光を透過させ、
該帯状有効入射領域の長手方向が該第１方向と略平行であることを特徴とする偏光照明装置。
【請求項３】
上記光源に接続されて該光源の一方の電極と導通したリード線が、上記光整列手段の光軸を通り上記第２方向に略平行な面に沿って延びていることを特徴とする請求項２に記載の偏光照明装置。
【請求項４】
上記光源は、バルブと、該バルブの中心部に形成された発光部と、該バルブの外側に形成された口金とを備え、
上記光整列手段は、該口金が挿入されて取り付けられる孔が光軸上に形成されたネック部を有する放物面鏡であり、
該放物面鏡の反射面のネック部側端点から該発光部の中心と該発光部の口金側端点とを見た見込角が、該ネック部側端点を通り該光軸と平行な直線と、該ネック部側端点を通り該直線及び該光軸を含む面内で該バルブと接する直線とのなす角度に略等しいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の偏光照明装置。
【請求項５】
上記光源は、チップが形成されたバルブ内に発光部を備え、
上記光整列手段は、該光源からの放射光を略一方向へ反射する凹面鏡であり、
該発光部の凹面鏡開口側端点と該凹面鏡の開口端とを結んだ錐体の内側に該チップが存在することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の偏光照明装置。
【請求項６】
上記光源は、バルブと、該バルブ内に形成された発光部と、該バルブから突出した突出部とを備え、
上記光整列手段は、中心に該発光部を一致させて該光源が配置された球面鏡と、該球面鏡の開口端側に該球面鏡と同心に配置された凸レンズとを備え、
該突出部が該球面鏡の光軸と略直角な方向であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の偏光照明装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の偏光照明装置と、
該偏光照明装置からの直線偏光が入射され、映像信号に応答して画素透過率が変化する液晶ライトバルブと、
該液晶ライトバルブからの光をスクリーン上に投写させるための投写レンズと、
を有することを特徴とする液晶投写装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光照明装置及びこれを用いた液晶投写装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶投写装置では、より明るい投写画像を得るために、光源から放射された光の利用効率を向上させることが要求されている。
【０００３】
図１８に示す無偏光照明装置１０では、メタルハライドランプ１１のアークギャップ中心が放物面鏡１２の焦点に一致され、放物面鏡１２の開口側にＵＶ−ＩＲカットフィルター１３が配置されている。メタルハライドランプ１１から放射された無偏光は、放物面鏡１２で反射されて実質的に平行光となり、白色光のみＵＶ−ＩＲカットフィルター１３を通る。
【０００４】
例えば液晶投写装置では、直線偏光のみ用いる液晶パネルでの吸熱量を低減するために、ＵＶ−ＩＲカットフィルター１３を通った光が、図１９に示す偏光変換装置２０のレンズアレイ２１に入射される。レンズアレイ２１と同一形状のレンズアレイ２２は、レンズアレイ２１との間隔Ａをレンズアレイ２１のレンズ焦点距離に一致させて、レンズアレイ２１と対向して配置されている。レンズアレイ２２と被照射面２４との間のレンズアレイ２２側には、集光レンズ２３が配置されている。レンズアレイ２２の焦点距離はレンズアレイ２１のそれと同じである必要はない。
【０００５】
レンズアレイ２１の例えばレンズ２１０に入射した平行光束は、レンズアレイ２２の対応するレンズ２２０の中心に収束し、集光レンズ２３を通って被照射面２４の全域に照射される。同様に、レンズアレイ２１のレンズ２１１に入射した平行光束は、レンズアレイ２２の対応するレンズ２２１の中心に収束し、集光レンズ２３を通って被照射面２４の全域に照射される。無偏光照明装置１０の出射光強度は中央部で高く周辺部で低くなっているが、レンズアレイ２１、２２及び集光レンズ２３のこのような作用により、被照射面２４での照明スポットの照度分布が略均一になる。
【０００６】
レンズアレイ２２と集光レンズ２３との間には、偏光変換素子２５が配置されている。
【０００７】
偏光変換素子２５は、断面が平行四辺形で紙面垂直方向に延びた互いに同一形状の四角柱のプリズム２５０がＸ方向に配列され、プリズム間及びＸ方向端部のプリズムのＸ方向端面に、誘電体多層膜で形成された偏光ビームスプリッタ２５１とミラー２５２とが交互に形成され、１つおきのプリズムの出射面に１／２波長板２５３が形成されている。この平行四辺形は、一対の対向する入射面及び出射面の幅が、レンズアレイ２２のレンズの幅ＣＸの半分であり、他の一対の対向辺の長さが２-0.5ＣＸであり、一対の対向角が４５゜である。レンズアレイ２２の各レンズ中心が偏光ビームスプリッタ２５１のＺ方向中心と一致するように、偏光変換素子２５が配置されている。
【０００８】
例えばレンズ２１１の光軸に沿って進む光は、そのＰ偏光成分が偏光ビームスプリッタ２５１を透過し、Ｓ偏光成分が偏光ビームスプリッタ２５１で反射される。このＳ偏光成分は、さらにミラー２５２で反射され、１／２波長板２５３を通ってＰ偏光に変換される。これにより、偏光変換素子２５から出射した光はＰ偏光となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１８のメタルハライドランプ１１は、発光部が点光源でないために、無偏光照明装置１０からの放射光は完全な平行光ではない。図１９に示すように非平行光の大部分は光線Ｌ１のように、ミラー２５２で反射された後さらに偏光ビームスプリッタ２５１でそのＳ偏光成分が反射されて偏光変換素子２５から出射し、一部は光線Ｌ２のように、無偏光のまま偏光変換素子２５を透過する。このため、光利用効率が低減して投写画像が暗くなる原因となる。
【００１０】
図１８において、光強度が平行光のそれの１／２以上である非平行光の発散角φは、放物面鏡１２上の点から見たメタルハライドランプ１１の発光部の見込角に依存する。無偏光照明装置１０の出射光の平行度は、メタルハライドランプ１１が高出力になるほど低下する。例えば、無偏光照明装置１０の光出力として１５００ｌｍを得るためには、３５０Ｗ以上のメタルハライドランプを用いる必要があり、この場合、非平行光の発散角φは最大約８゜になる。
【００１１】
図１９において、レンズアレイ２１の任意のレンズから見た偏光変換素子２５の対応する偏光変換要素の入射面の見込み角θは、次式で表される。
【００１２】
θ＝ａｔａｎ（ＣＸ／２Ａ）  ・・・（１）
被照射面２４の長さをＤＸ、レンズアレイ２２から被照射面２４までの距離をＢで表すと、相似関係から次式が成立する。
【００１３】
ＣＸ：ＤＸ＝Ａ：Ｂ          ・・・（２）
これらの関係からθは、
θ＝ａｔａｎ（ＤＸ／２Ｂ）・・・（３）
と表され、ＤＸとＢの値で定まる。
【００１４】
光利用効率を向上させるためには、φ＜θの関係を満たす必要がある。
【００１５】
対角５０ｍｍの液晶パネルを用いた場合、Ｂ及びＤＸは通常それぞれ２５０ｍｍ及び４０ｍｍ程度であるので、θは約４．６゜である。したがって、上記光源の場合、光利用効率はφが最大となる部分で約半分となり、全体としても６５％程度になる。
【００１６】
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、光利用効率を向上させることが可能な偏光照明装置及びこれを用いた液晶投写装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１態様の偏光照明装置では、例えば図１３に示す如く、
一方向の長さが該一方向と直角な方向の長さよりも大きい発光部を有する光源と、
該光源からの放射光を反射又は屈折させて略一方向へ揃える光整列手段と、
該光整列手段の出射光が入射するように配置された第１レンズアレイと、
該第１レンズアレイの各レンズの略焦点位置に、該各レンズに対応したレンズが形成されている第２レンズアレイと、
該第２レンズアレイに対し該第１レンズアレイと反対側に配置された集光レンズと、
該第２レンズアレイと該集光レンズとの間に配置された偏光変換素子と、
を有し、
該偏光変換素子は、複数並列された偏光変換要素を有し、
該偏光変換要素は、帯状有効入射領域と、この領域と隣り合う帯状無効入射領域とを有し、該有効入射領域に入射した無偏光を直線偏光に変換し、該無効入射領域に入射した無偏光を該直線偏光と偏光面が９０゜異なる直線偏光に変換し又はこの無偏光を透過させ、
該光整列手段の光軸に対し該一方向が傾斜し、
該光整列手段の光軸と該発光部の一方向とを含む面が、該帯状有効入射領域の長手方向と略平行である。
【００１８】
この照明装置によれば、光源をこのように傾斜させるという簡単な構成で、傾斜していない場合よりも光利用効率が向上する。
【００１９】
本発明の第２態様の偏光照明装置では、例えば図１５に示す如く、一方向の長さがこの一方向と直角な方向の長さよりも大きい発光部を有する光源と、
該光源からの放射光を反射又は屈折させて略一方向へ揃え、出射面内の第１方向の幅がこの第１方向と直角な第２方向の幅より広い光整列手段と、
該光整列手段の出射光が入射するように配置された第１レンズアレイと、
該第１レンズアレイの各レンズの略焦点位置に、該各レンズに対応したレンズが形成されている第２レンズアレイと、
該第２レンズアレイに対し該第１レンズアレイと反対側に配置された集光レンズと、
該第２レンズアレイと該集光レンズとの間に配置された偏光変換素子と、
をさらに有し、
該偏光変換素子は、複数並列された偏光変換要素を有し、
該偏光変換要素は、帯状有効入射領域と、この領域と隣り合う帯状無効入射領域とを有し、該有効入射領域に入射した無偏光を直線偏光に変換し、該無効入射領域に入射した無偏光を該直線偏光と偏光面が９０゜異なる直線偏光に変換し又はこの無偏光を透過させ、
該帯状有効入射領域の長手方向が該第１方向と略平行である。
【００２０】
この偏光照明装置によれば、出射面内の第１方向の幅を第２方向の幅より狭くした場合よりも、偏光照明装置の光利用効率が向上する。
【００２１】
本発明の第３態様の偏光照明装置では、第２態様において例えば図１５に示す如く、上記光源に接続されて該光源の一方の電極と導通したリード線が、上記光整列手段の光軸を通り上記第２方向に略平行な面に沿って延びている。
【００２２】
この偏光照明装置によれば、第２レンズアレイ上に形成されるリード線の影が、帯状有効入射領域及び帯状無効入射領域の長手方向と略直角になるので、この影の略半分は無効領域を通ることになる。したがって、リード線をこの状態から光軸の回りに９０゜回転させて第２レンズアレイ上の有効入射領域に影を形成した場合よりも、偏光照明装置の光利用効率が向上する。また、この回転によりリード線の影の殆どが無効領域に形成されるようにしたとしても、リード線の位置ずれによりその影が帯状有効入射領域に入る割合が製品毎にばらつく。これに対し、本偏光照明装置によれば、このようなばらつきが無くなる。
【００２３】
本発明の第４態様の偏光照明装置では、第１〜３態様のいずれかにおいて例えば図１６に示す如く、
上記光源は、バルブと、該バルブの中心部に形成された発光部と、該バルブの外側に形成された口金とを備え、
上記光整列手段は、該口金が挿入されて取り付けられる孔が光軸上に形成されたネック部を有する放物面鏡であり、
該放物面鏡の反射面のネック部側端点から該発光部の中心と該発光部の口金側端点とを見た見込角が、該ネック部側端点を通り該光軸と平行な直線と、該ネック部側端点を通り該直線及び該光軸を含む面内で該バルブと接する直線とのなす角度に略等しい。
【００２４】
この偏光照明装置によれば、光利用効率を殆ど低下させずに光源から放物面鏡への熱伝導を低減することができる。
【００２５】
本発明の第５態様の偏光照明装置では、第１〜３態様のいずれかにおいて例えば図１６に示す如く、
上記光源は、チップが形成されたバルブ内に発光部を備え、
上記光整列手段は、該光源からの放射光を略一方向へ反射する凹面鏡であり、
該発光部の凹面鏡開口側端点と該凹面鏡の開口端とを結んだ錐体の内側に該チップが存在する。
【００２６】
バルブ封止時に形成されるチップを透過した放射光は、チップで屈折して平行度が悪く、無効光となるが、この偏光照明装置によれば、これが防止されて光利用効率が向上する。
【００２７】
本発明の第６態様の偏光照明装置では、第１〜３態様のいずれかにおいて例えば図１７に示す如く、
上記光源は、バルブと、該バルブ内に形成された発光部と、該バルブから突出した突出部とを備え、
上記光整列手段は、中心に該発光部を一致させて該光源が配置された球面鏡と、該球面鏡の開口端側に該球面鏡と同心に配置された凸レンズとを備え、
該突出部が該球面鏡の光軸と略直角な方向である。
【００２８】
本発明の第７態様の液晶投写装置では、第１〜６態様のいずれかの偏光照明装置と、
該偏光照明装置からの直線偏光が入射され、映像信号に応答して画素透過率が変化する液晶ライトバルブと、
該液晶ライトバルブからの光をスクリーン上に投写させるための投写レンズとを有する。
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明の特徴的な偏光照明装置３０を備えた液晶投写装置を示す。偏光照明装置３０以外の構成は従来と同一である。
【００３１】
偏光照明装置３０の出射光は、収束している白色の直線偏光であり、その青色光Ｂがダイクロイックミラー３１を透過し、緑色光Ｇ及び赤色光Ｒがダイクロイックミラー３１で反射される。この反射光は、ダイクロイックミラー３２で、透過光の赤色光Ｒと反射光の緑色光Ｇとに分割される。ダイクロイックミラー３１を通った青色光Ｂは、全反射ミラー３３で反射され、フィールドレンズ３４Ｂを通って液晶ライトバルブ３５Ｂに入射する。ダイクロイックミラー３２で反射された緑色光Ｇは、フィールドレンズ３４Ｇを通って液晶ライトバルブ３５Ｇに入射する。ダイクロイックミラー３１を通った赤色光Ｒは、フィールドレンズ３４Ｒを通って液晶ライトバルブ３５Ｒに入射する。
【００３２】
液晶ライトバルブ３５Ｂ、３５Ｇ及び３５Ｒの液晶パネルの位置は、図１９中の被照射面２４の位置に対応している。液晶ライトバルブ３５Ｂ、３５Ｇ及び３５Ｒはいずれも、液晶パネルと、その両側に配置され透過軸方向が互いに９０゜異なる偏光板とを備え、該液晶パネルに供給される映像信号に応答して、液晶ライトバルブの各画素の透過率が変化する。
【００３３】
液晶ライトバルブ３５Ｂからの出射光は、ダイクロイックミラー３６及び３７を通って投写レンズ３８に入射する。液晶ライトバルブ３５Ｇからの出射光はダイクロイックミラー３６で反射され、ダイクロイックミラー３７を通って投写レンズ３８に入射する。液晶ライトバルブ３５Ｒからの出射光は、全反射ミラー３９で反射され、さらにダイクロイックミラー３７で反射されて投写レンズ３８に入射する。これにより、スクリーン４０上に拡大画像が得られる。
【００３４】
フィールドレンズ３４Ｂ、３４Ｇ及び３４Ｒは、周辺部の光を光軸側へ曲げて投写レンズ３８に入射させることにより、投写画像の明るさを向上させるためのものである。
【００３５】
図２は、偏光照明装置３０の、光軸を通る横断面概略図であり、図３は、偏光照明装置３０の、光軸を通る縦断面概略図である。
【００３６】
偏光照明装置３０は、無偏光照明装置１０と、その前方に配置された偏光変換装置２０Ａとからなる。この偏光変換装置２０Ａは、偏光変換素子２５Ａ以外は図１９の偏光変換装置２０と同一であり、被照射面２４での照明スポットの照度分布を改善するとともに、無偏光を直線偏光に変換する。
【００３７】
図４は、偏光変換素子２５Ａの斜視図である。図示のように、Ｙ軸が光軸に平行なＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系を考える。
【００３８】
偏光変換素子２５Ａは、互いに構成及びサイズが同一の偏光変換素子２５Ｕ及び２５Ｄと、これらの間に配置された偏光変換素子２５Ｍとからなる。偏光変換素子２５Ｕ及び２５Ｄの各偏光変換要素の長手方向がＺ軸に平行であるのに対し、偏光変換素子２５ＭのそれはＸ軸に平行である。偏光変換素子２５Ｕは、Ｚ方向の長さ以外は図１９の偏光変換素子２５と同一である。偏光変換素子２５Ｕと２５Ｄの間隔は、レンズアレイ２１及び２２の各レンズのＺ方向長さＣＺの１．２５倍である。
【００３９】
偏光変換素子２５Ｍは、偏光変換素子２５Ｕの要素とサイズ以外は同一構成であり、Ｙ−Ｚ面に平行な断面が平行四辺形でＸ方向に延びた四角柱のプリズム２５Ｍ０と、このプリズム２５Ｍ０の対向する一方及び他方の面に形成された偏光ビームスプリッタ２５Ｍ１及びミラー２５Ｍ２と、一面が偏光ビームスプリッタ２５Ｍ１の面に接合された３角柱プリズム２５Ｍ５と、入射面２５Ｍ４と対向する３角柱プリズム２５Ｍ５の出射面に形成された１／２波長板２５Ｍ３（図３）とを備えている。入射面２５Ｍ４及びミラー２５Ｍ２のＸ軸と直角な方向の幅はそれぞれ、ＣＺ／２及びその√２倍であり、偏光ビームスプリッタ２５Ｍ１と入射面２５Ｍ４のなす角度は４５゜である。入射面２５Ｍ４は、偏光変換素子２５Ｕ及び２５Ｄの入射面と同一平面内に存在し又は平行である。
【００４０】
偏光変換素子２５Ｕ及び２５Ｄに入射した光の経路は、図１９について上述したものと同一である。偏光変換素子２５Ｍに入射した光は、そのＰ偏光が偏光ビームスプリッタ２５Ｍ１を透過し、１／２波長板２５Ｍ３を通ってＳ偏光に変換され、Ｓ偏光が偏光ビームスプリッタ２５Ｍ１で反射されさらにミラー２５Ｍ２で反射されてプリズム２５Ｍ０から出射する。これにより、偏光変換素子２５Ｕ、２５Ｍ及び２５Ｄから出射した直線偏光の偏光面が同一になる。
【００４１】
図３において、メタルハライドランプ１１の発光部は、矩形レンズがマトリックス状に形成されたレンズアレイ２１の各レンズにより、レンズアレイ２２の対応するレンズの位置に結像される。図５は、レンズアレイ２２上に結像されるこの像の等輝度ラインを示す。メタルハライドランプ１１の発光部が、アーク方向の方がこれに直角な方向よりも長く、かつ、放物面鏡１２が光軸に関し回転対称形であるので、各発光部像は、レンズアレイ２２の中心からそのレンズの中心への方向を長軸とする楕円形になっており、また、放物面鏡１２の開口端の光強度が光軸から離れるに従って小さくなるので、レンズアレイ２２の中心から離れるほどこの楕円形も小さくなっている。
【００４２】
図６は、図４の偏光変換素子２５Ａの前面に図５のレンズアレイ２２を配置したものであり、レンズアレイ２２を平面で簡略記載している。２点鎖線のハッチングを施した領域は、偏光変換素子２５Ａに対する有効入射領域である。すなわち、この領域に入射した光は偏光変換素子２５ＡでＰ偏光に変換されるが、この領域から外れた位置に入射した光の殆どはそのＳ偏光成分が偏光変換素子２５Ａから出射する。
【００４３】
図７（Ａ）は、図６中のレンズアレイ２２のレンズ２２２上に形成された発光部の等輝度ラインと有効入射領域（ハッチング部）との関係を示す。図３に示すメタルハライドランプ１１の対向する電極端部で最も明るいので、図７（Ａ）において、ＢＲ１の輝度はＢＲ２のそれよりも大きく、ＢＲ２の輝度はＢＲ３のそれよりも大きい。
【００４４】
図７（Ｂ）は、図１９に示す従来例での図７（Ａ）に対応した図である。
【００４５】
従来では、偏光変換素子２５の偏光変換要素の長手方向が全て同一方向であったので、図７（Ｂ）に示すように最も光利用効率が悪い部分では発光部像の明るい両端部が有効入射領域から外れて無駄な光となっていたが、本第実施例１ではこの部分に対応する偏光変換素子２５Ｍが発光部像の長手方向と同一方向となっているので、発光部像の殆どが有効入射領域に入射して偏光変換素子２５ＡでＰ偏光に変換され、光利用効率が向上する。
【００４６】
図３の偏光照明装置３０の数値例は、以下の通りである。
【００４７】
メタルハライドランプ１１  ：アーク長３ｍｍ
放物面鏡１２  ：焦点距離１３ｍｍ
レンズアレイ２１  ：横８ｍｍ×縦６ｍｍで焦点距離Ａ＝６０ｍｍのレンズが横１２個×縦１６個形成されたもの
レンズアレイ２２  ：レンズアレイ２１と同一
偏光変換素子２５Ａ  ：偏光変換素子２５Ｕ及び偏光変換素子２５Ｄはいずれも１２個の偏光変換要素と要素間に接合されたプリズムを有し、偏光変換素子２５Ｍは６個の偏光変換要素と要素間に接合されたプリズムを有するもの
なお、ミラー２５Ｍ２は少なくともＳ偏光を反射できればよく、偏光ビームスプリッタであってもよい。また、偏光変換素子２５Ａは偏光面が１方向の直線偏光に変換することができればよく、１／２波長板２５Ｍ３の位置を３角柱プリズム２５Ｍ５の出射面に配置してＳ偏光にするものであってもよい。
【実施例２】
【００４８】
図８は、本発明の第実施例２に係る偏光照明装置３０Ａの、光軸を通る縦断面概略図である。
【００４９】
レンズアレイ２２のレンズのＺ方向長さＣＺに対し、偏光変換素子２５Ｍの入射面２５Ｍ４（有効入射領域）のＺ方向幅及びその隣の無効入射領域のＺ方向幅がいずれもＣＺ／２であり、かつ、この有効入射領域のＺ方向中心位置が偏光変換素子２５Ｍと対向したレンズ２２０のＺ方向中心位置と同じであるので、偏光変換素子２５Ｍの無効入射領域がレンズ２２０のＺ方向の端からＺ方向へ長さＣＺ／４だけ突出している。このため、レンズ２２０の隣のレンズ２２３に入射した光束のうち、レンズ２２０側の一部が偏光変換素子２５Ｍの無効入射領域に入射する。
【００５０】
そこで、これを防止するために、偏光変換装置２０Ｂでは、レンズアレイ２２と偏光変換素子２５Ｕとの間に光路補正板２６が、レンズアレイ２２に対し傾斜して配置されている。光路補正板２６は紙面垂直方向に延びており、その長さはレンズアレイ２２の紙面垂直方向長さに等しい。
【００５１】
レンズ２２３を通ってＹ方向に進む光は、光路補正板２６を通りながらＺ方向へずれ、光路補正板２６から出射するとＹ方向と平行になる。レンズアレイ２２に対する光路補正板２６の傾斜角及び光路補正板２６の厚みを適当に選定してこのずれをＣＺ／４以上にすることにより、レンズ２２３を通った光はミラー２５Ｍ２に入射せずに光路補正板２６、偏光変換素子２５Ｕ及び集光レンズ２３を通る。例えばＣＺ＝６ｍｍの場合、光路補正板２６の傾斜角を４８゜、光路補正板２６の厚みを１０ｍｍとすることにより、上記ずれをＣＺ／４に等しい１．５ｍｍにする。
【００５２】
他の点は上記第実施例１と同一である。
【００５３】
本第実施例２によれば、偏光変換素子２５Ｍの無効入射領域に入射しようとする光が光路補正板２６で屈折されてこの無効入射領域に入射するのが防止されるので、光利用効率が第実施例１の場合よりも向上する。
【実施例３】
【００５４】
図９は、本発明の第実施例３に係る偏光照明装置３０Ｂの、光軸を通る縦断面概略図である。
【００５５】
この無偏光照明装置１０Ａでは、メタルハライドランプ１１からの放射光に対する反射面が、半放物面鏡１２Ａと球面鏡１２Ｂとで形成されている。半放物面鏡１２Ａは、図８の放物面鏡１２を、光軸を通る面で２分割したものの一方のみである。球面鏡１２Ｂの半径は、半放物面鏡１２Ａの焦点距離に等しく、球面鏡１２Ｂの球中心と半放物面鏡１２Ａの焦点とが一致している。この一致点にメタルハライドランプ１１のアークギャップ中心が一致するように、メタルハライドランプ１１が配置されている。
【００５６】
メタルハライドランプ１１からの放射光のうち、球面鏡１２Ｂに入射した光は逆進してメタルハライドランプ１１を通り、半放物面鏡１２Ａで反射されるので、光放出面積は図８の場合の半分になり、光強度は図８の場合の約２倍になる。これに対応して無偏光照明装置１０ＡのＵＶ−ＩＲカットフィルター１３Ａ並びに偏光変換装置２０Ｃのレンズアレイ２１Ａ、２２Ａ及び集光レンズ２３ＡのＺ方向長さは、図８の対応するものの約半分になっている。偏光変換素子２５Ｂは、図８の偏光変換素子２５Ｄに対応するものが無く、偏光変換素子２５Ｕと２５Ｍとからなる。
【００５７】
他の点は上記第実施例１と同一である。
【実施例４】
【００５８】
図１０は、本発明の第実施例４に係る偏光照明装置３０Ｃの、光軸を通る縦断面概略図である。図１１は、偏光変換素子２５Ｃの斜視図である。
【００５９】
偏光変換装置２０Ｄは、レンズアレイ２１ＢのＺ方向中央部のレンズサイズが、他の部分のそれよりも大きくなっている。レンズアレイ２１Ｂ内のレンズの焦点距離は互いに等しい。レンズアレイ２１Ｂ内の大きいレンズと小さいレンズのＹ−Ｚ面は相似形であり、大きいレンズのＹ方向及びＺ方向長さをそれぞれＥＹ及びＥＺで表すと、
ＣＸ：ＣＺ＝ＥＸ：ＥＺ
が成立している。例えば、ＣＺ＝６ｍｍ、ＣＸ＝８ｍｍに対しＥＺ＝９ｍｍ、ＥＸ＝１２ｍｍである。レンズアレイ２１Ｂと対向して配置されたレンズアレイ２２Ｂは、レンズアレイ２１Ｂと同一形状である。但し、レンズアレイ２２Ｂの焦点距離はレンズアレイ２１Ｂのそれと同じである必要はない。
【００６０】
偏光変換素子２５Ｃは、レンズアレイ２２Ｂのレンズのサイズと対応して、中央部の偏光変換素子２５ＣＭとその両側の偏光変換素子２５ＣＵ及び２５ＣＤとからなる。偏光変換素子２５ＣＵと２５ＣＤとは互いに同一形状であり、偏光変換素子２５ＣＭの偏光変換要素の横断面は偏光変換素子２５ＣＵのそれと相似形である。偏光変換素子２５ＣＭの入射面のＸ方向及びＺ方向の長さはそれぞれ、ＥＸ／２及びＥＺである。
【００６１】
図１２は、レンズアレイ２２Ｂ中に偏光変換素子２５Ｃの有効入射領域をハッチングで表したものである。
【００６２】
本第実施例４では、レンズアレイ２１Ｂ及び２２Ｂの中央行のレンズのサイズが他の部分のそれよりも大きく、これに対応して偏光変換素子２５ＣＭの各偏光変換要素のＸ方向幅が大きくなっているので、レンズアレイ２１Ｂの大きいレンズの中心から見た偏光変換素子２５ＣＭの対応する有効入射領域のＸ方向見込角が、小さいレンズについてのそれよりも大きくなり、これにより有効入射領域に入射する割合が従来よりも大きくなって、光利用効率が向上する。また、中央行のみ大きいレンズを用いているので、偏光照明装置３０Ｃで被照射面を照明したときの輝度分布が略均一になることを確保することができる。
【００６３】
レンズアレイ２２Ｂとして焦点距離６０ｍｍの上記寸法のレンズが形成され、大きいレンズが中央に４行、小さいレンズが上下にそれぞれ５行形成されたものを用いた結果、全て小さいレンズで形成されたレンズアレイを用いた場合よりも光利用効率が約１５％増加した。
【実施例５】
【００６４】
図１３は、本発明の第実施例５に係る偏光照明装置３０Ｄの、光軸を通る縦断面概略図である。
【００６５】
無偏光照明装置１０Ｂでは、放物面鏡１２の光軸ＡＸに対しメタルハライドランプ１１のアークギャップの方向が傾斜している。アークギャップの方向と光軸ＡＸとを含む面は、偏光変換素子２５の偏光変換要素の長手方向と平行になっている。
【００６６】
この傾斜により、図１３において、放物面鏡１２上の点Ｐ１から発光部を見た見込角が傾斜しない場合よりも小さくなるので、レンズアレイ２２に形成される最も大きい発光像が図１４に示す如く図７（Ｂ）の場合よりも小さくなる。これに対し、点Ｐ２から発光部を見た見込角が傾斜しない場合よりも大きくなるが、点Ｐ２で反射された光の強度は点Ｐ１でのそれよりも小さいので、レンズアレイ２２での発光像が少し大きくなっても光利用効率上問題ない。
【００６７】
横８ｍｍ×縦６ｍｍで焦点距離が６０ｍｍのレンズが１２個×１６個形成されたレンズアレイ２１及び２２、焦点距離が１３ｍｍの放物面鏡１２及びアークギャップが３．０ｍｍのメタルハライドランプ１１を用い、該傾斜角を１５度にすることにより偏光変換装置２０から出射する光量を約１０％向上させることができた。
【００６８】
本第実施例５によれば、メタルハライドランプ１１のアークギャップの方向と光軸ＡＸとを含む面が偏光変換素子２５の偏光変換要素の長手方向と平行になるようにアークギャップの方向を傾斜させるという簡単な構成で、光利用効率が向上する。
【実施例６】
【００６９】
図１５（Ａ）は、本発明の第実施例６に係る偏光照明装置３０Ｅの、光軸を通る縦断面概略図である。図１５（Ｂ）は放物面鏡１２Ｃの正面図である。
【００７０】
放物面鏡１２Ｃは、空冷効率を向上させるために放物面鏡１２ＣのＸ方向端部が切除されている。これにより、放物面鏡１２ＣのＸ方向の幅は、Ｚ方向の幅よりも狭くなっている。例えば放物面鏡１２Ｃは、開口端直径１００ｍｍ、Ｘ方向の幅７８ｍｍである。
【００７１】
放物面鏡１２Ｃの開口端長手方向は、偏光変換素子２５の偏光変換要素の長手方向と平行にされている。これにより、レンズアレイ２２上に形成される光源発光部像のＸ方向の幅が、図５のそれよりも狭くなる。したがって、放物面鏡１２Ｃの開口端長手方向をＸ方向と平行にした場合よりも、偏光照明装置３０Ｅの光利用効率が向上する。
【００７２】
また、メタルハライドランプ１１内において陰極がリード棒に接続され、このリード棒の端部１１１がメタルハライドランプ１１の外側のリード線１４に接続されている。リード線１４は例えば、直径約２ｍｍの裸線である。リード線１４は、Ｘ−Ｙ面に平行な面内を通って、放物面鏡１２Ｃに形成された孔１５を貫通している。
【００７３】
これにより、レンズアレイ２２上に形成されるリード線１４の影は、Ｘ方向に平行、すなわち偏光変換素子２５の偏光変換要素の長手方向と直角になるので、この影の半分は無効入射領域を通ることになる。したがって、リード線１４を放物面鏡１２Ｃの光軸の回りに９０゜回転させてレンズアレイ２２上の有効入射領域に影を形成した場合よりも、偏光照明装置３０Ｅの光利用効率が向上する。また、この回転によりリード線１４の影の殆どが無効入射領域に形成されるようにしたとしても、リード線１４の位置ずれによりその影が有効入射領域に入る割合が製品毎にばらつく。これに対し、本第実施例６によれば、このようなばらつきが無くなる。
【実施例７】
【００７４】
図１６は、本発明の第実施例７に係る無偏光照明装置の、光軸を通る縦断面概略図である。
【００７５】
メタルハライドランプ１１は、その口金１１２が接着剤１６を介して放物面鏡１２のネック部１２１に固定されている。放物面鏡１２の焦点距離は例えば１３ｍｍであり、メタルハライドランプ１１の発光部はネック部１２１に接近している。メタルハライドランプ１１の陽極から口金１１２及び接着剤１６を介して放物面鏡１２に伝導する熱量を低減するためには、ネック部１２１の直径ｄを大きくしたほうが好ましい。他方、メタルハライドランプ１１からの放射光が放物面鏡１２で反射された後、メタルハライドランプ１１に入射すると、メタルハライドランプ１１のガラス球で屈折して放物面鏡１２の光軸に対する平行度が悪くなり、無効光となる。この無効光の割合はネック部直径ｄを小さくするほど多くなる。
【００７６】
アークギャップ中心Ｆから鏡面ネック側端点Ｈへ進む光は、点Ｈで反射されて、光軸に平行な直線Ｌ３を通る。陽極端Ｇから点Ｈへ進む光は、点Ｈで反射されて直線Ｌ４を通る。したがって、∠ＦＨＧ＝θ１は、直線Ｌ３と直線Ｌ４のなす角度に等しい。直線Ｌ３と光軸を通る面内で点Ｈを通りメタルハライドランプ１１のバルブ面と接する直線ＬＴと直線Ｌ３とのなす角度をθ２とすると、θ１が略θ２になるようにネック部直径ｄを定めている。
【００７７】
このようにすれば、光利用効率を殆ど低下させずにメタルハライドランプ１１から放物面鏡１２への熱伝導を低減することができる。
【００７８】
アークギャップの長さをｇ、メタルハライドランプ１１の光軸に垂直な断面でのバルブ直径をＲ、放物面鏡１２の焦点距離をｆとすると、θ１及びθ２は次式で表される。
【００７９】
θ１＝ａｒｃｔａｎ（０．５ｄ／（ｆ−ｇ／２））−ａｒｃｔａｎ（０．５ｄ／ｆ）
θ２＝ａｒｃｔａｎ（（Ｒ−ｄ）／（２ｆ））
また、管封止時に形成されるチップ１１３を透過した放射光は、チップ１１３で屈折して平行度が悪く、無効光となる。そこで、これを防止して光利用効率を向上するために、メタルハライドランプ１１の陰極端Ｊと放物面鏡１２の開口端Ｋとを結んでできる錐体の内側にチップ１１３が位置するようにしている。
【実施例８】
【００８０】
図１７は、本発明の第実施例８に係る偏光照明装置３０Ｆの、光軸を通る縦断面概略図である。
【００８１】
無偏光照明装置１０Ｄは、図１６の放物面鏡１２の替わりに、球面鏡１２Ｄと、球面鏡１２ＤとＵＶ−ＩＲカットフィルター１３との間に配置された凸レンズ１７とを用いている。メタルハライドランプ１１は、そのアークギャップ中心が球面鏡１２Ｄの中心に位置するように配置されている。
【００８２】
このような構成は公知であるが、本第実施例８の特徴は、メタルハライドランプ１１の電極方向をＺ軸と平行にしてメタルハライドランプ１１の突出部で放射光及び放物面鏡１２からの反射光が妨げられないようにすることにより、図１６の場合よりも光利用効率を向上させている。
【００８３】
なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。
【００８４】
例えば、上述の無偏光照明装置、偏光照明装置及び偏光変換装置の用途は液晶投写装置に限定されない。
【００８５】
液晶投写装置は図１のものに限定されず、液晶ライトバルブを１つのみ用いる単板式であってもよい。
【００８６】
また、光源はメタルハライドランプに限定されず、用途に応じて各種のものを用いることができる。
【００８７】
さらに、用途や使用目的に応じて、光源発光部を放物面鏡の焦点位置からずらして配置することにより、照明装置の出射光を収束光又は発散光にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の特徴的な偏光照明装置を備えた液晶投写装置を示す概略図である。
【図２】図１中の偏光照明装置の構成例を示す、光軸を通る横断面概略図である。
【図３】図１中の偏光照明装置の構成例を示す、光軸を通る縦断面概略図である。
【図４】図３中の偏光変換素子の斜視図である。
【図５】レンズアレイによりこれと対向するレンズアレイの位置に結像された光源発光部像の等輝度ラインを示す図である。
【図６】図４の偏光変換素子の前面に図５の、平面で簡略記載したレンズアレイを配置し、入射有効入射領域をハッチングで示した図である。
【図７】（Ａ）は、図６中のレンズアレイのレンズ２２２上に形成された発光部の等輝度ラインと有効入射領域（ハッチング部）との関係を示す図であり、（Ｂ）は図１９に示す従来例での（Ａ）に対応した図である。
【図８】本発明の第実施例２に係る偏光照明装置の、光軸を通る縦断面概略図である。
【図９】本発明の第実施例３に係る偏光照明装置の、光軸を通る縦断面概略図である。
【図１０】本発明の第実施例４に係る偏光照明装置の、光軸を通る縦断面概略図である。
【図１１】図１１中の偏光変換素子の斜視図である。
【図１２】図１０のレンズアレイ中に偏光変換素子の有効入射領域をハッチングで表した図である。
【図１３】本発明の第実施例５に係る偏光照明装置の、光軸を通る縦断面概略図である。
【図１４】図１３中のレンズアレイのレンズ上に形成された発光部の等輝度ラインと有効入射領域（ハッチング部）との関係を示す、図７（Ｂ）に対応した図である。
【図１５】本発明の第実施例６に係る偏光照明装置の、光軸を通る縦断面概略図である。
【図１６】本発明の第実施例７に係る無偏光照明装置の、光軸を通る縦断面概略図である。
【図１７】本発明の第実施例８に係る偏光照明装置の、光軸を通る縦断面概略図である。
【図１８】従来の無偏光照明装置の、光軸を通る断面概略図である。
【図１９】従来の偏光変換装置の、光軸を通る断面概略図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０、１０Ａ〜１０Ｄ  無偏光照明装置
２０、２０Ａ〜２０Ｄ  偏光変換装置
３０、３０Ａ〜３０Ｆ  偏光照明装置
１１  メタルハライドランプ
１１２  口金
１１３  チップ
１２、１２Ｃ  放物面鏡
１２Ａ  半放物面鏡
１２Ｂ、１２Ｄ  球面鏡
１３  ＵＶ−ＩＲカットフィルター
１４  リード線
１５  孔
１６  接着剤
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２２、２２Ａ、２２Ｂ  レンズアレイ
２１０、２１１、２２０〜２２２  レンズ
２３、２３Ａ  集光レンズ
２４  被照射面
２５、２５Ａ〜２５Ｃ、２５Ｕ、２５Ｄ、２５ＣＵ、２５ＣＤ、２５Ｍ、２５ＣＭ  偏光変換素子
２５０、２５Ｍ０  プリズム
２５１、２５Ｍ１  偏光ビームスプリッタ
２５２、２５Ｍ２  ミラー
２５３、２５Ｍ３  １／２波長板
２５Ｍ４  入射面
２６  光路補正板
３１、３２、３６、３７  ダイクロイックミラー
３３、３９  全反射ミラー
３４Ｂ、３４Ｇ、３４Ｒ  フィールドレンズ
３５Ｂ、３５Ｇ、３５Ｒ  液晶ライトバルブ
３８  投写レンズ
４０  スクリーン
【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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【図１５】
2007086802.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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