JP2004309667A

JP2004309667A - 照明装置及び画像表示装置

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Publication number: JP2004309667A
Application number: JP2003100871A
Authority: JP
Inventors: Atsuhiko Wajiki; 敦彦和食
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】２つ光源からの光を効率よく合成して発光面積を大きくすることなく光量を増大させ、コンパクト化する。
【解決手段】照明装置１は、２つの光源１１，１２から発せられた光の偏光方向を揃えて合成し出射するものであり、光源１１から発せられた光をＰ偏光とするＰ偏光出射手段１０と、光源１２から発せられた光をＳ偏光とするＳ偏光出射手段２０とを備え、これらＰ偏光、Ｓ偏光の光軸が直交し、且つこれらのＰ偏光及びＳ偏光が後段の偏光ビームスプリッタ３２を経て同軸方向とされ偏光変換板３３に入射する際、Ｐ偏光による第１のフライアイ光源像の隙間にＳ偏光による第２のフライアイ光源像が形成されるよう配置される。偏光変換板３３には、ガラス等の平行平板上の、第２のフライアイ光源像が形成される領域に対応してＳ偏光をＰ偏光に変換するλ／２板が形成され、偏光変換板３３を透過したＰ偏光及びＳ偏光は、偏光方向が揃えられた光とされる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプなどの光源からの光の偏光方向を所定の偏光方向に揃え、液晶パネル等を照明するのに好適な照明装置及びこれを使用した画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶パネル（ＬＣＤパネル）やいわゆるＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）などの空間光変調素子を照明装置によって照明し、この空間光変調素子からの透過光、もしくは、反射光を投影レンズによってスクリーン上に投影するように構成された画像表示装置（光学式プロジェクタ）が、各種プレゼンテーションや娯楽用機器等として使用されている。
【０００３】
ＬＣＤパネルなどの空間光変調素子は、ライトバルブとして働き、別に高輝度光源（照明装置）を必要とするため、表示映像の明るさは、照明装置の光量（エテンドュ（ｅｔｅｎｄｕｅ＝利用できる光源の面積×立体角）当たりの光束）に依存することになり、より明るい映像を得るためには、光量を上げることが必要である。
【０００４】
照明装置の光源としては、現在、主にメタルハライドランプや高圧水銀ランプなどの高輝度放電ランプが用いられているが、照明装置の光量はこの光源ランプがボトルネックになっている。即ち、このような光源ランプの光量は、ワット数が大きいほど、またアーク長が短いほど大きくなり、照明装置の光量を大きくし、明るい画像表示を可能にすることができるが、使用できるランプのワット数、アーク長によってランプの光量、即ち照明装置の光量が特定されてしまう。一方、光源ランプの光量の利用効率を向上し装置の光量を上げる方法としては、ｅｔｅｎｄｕｅの関係から、発散角（照明系のＬＣＤパネル入射角）を大きくとることも考えられる。しかし、発散角を大きくして光量を上げようとすると、ＬＣＤパネルのコントラストが下がり、また、回路に光が当たりやすくなるため、耐光量の面から不利になる。このように、発散角を大きくすることはデメリットが伴うため、光量の大きさはランプの開発トレンドに依存することが多かった。
【０００５】
即ち、発散角を大きくするとパネルに大きな角度の光が入射することになり、コントラストが悪くなったり、画素開口以外の部分に光が照射することでパネルの画質に影響を与えたりする等の問題が生じる。その一方で、ｅｔｅｎｄｕｅの法則のため、光量を増大させるためには、どうしても発散角を大きくしなければならず、光量を上げたいが、発散角は小さくしたいという、光量と発散角の要求を同時に満たすことは困難である。
【０００６】
そこで、２つの光源からの光を重ね合わせて使用する投射型表示装置が例えば、下記特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載の投射型表示装置は、光源部と、この光源部からの光の光量均一化を図るインテグレータ部と、インテグレータ部からの光束に画像情報を担持させスクリーンに投射する投射部とを有し、図９に示すように、光源部２１０は、２つの光源部２１０Ａ、２１０Ｂを光軸対称に、かつ互いにやや内側を向くように傾けて配置されてなり、インテグレータ部は、光源２１０からの光が入射する第２フライアイレンズアレイ２１１Ａ及び第１フライアイレンズアレイ２１１Ｂと、第１フライアイレンズアレイ２１１Ｂからの各光束の偏光方向を所定の方向に統一する偏光変換素子２１１Ｃと、凸型フィールドレンズ（図示せず）とを備えている。
【０００７】
この２灯は光軸に対し角度を持って重なって入射しているので、後段の第１フライアイレンズアレイ２１１Ｂ上においても光源部２１０Ａ、２１０Ｂからの光束はその一部が互いに重なる。そのため、第１フライアイレンズアレイ２１１Ｂの光軸付近（後述する図１０のＹ軸付近）では、その両側のレンズアレイ素子２４１の幅１ピッチに相当する部分に左右に２灯分の光量が集まる。
【０００８】
そこで、このＹ軸付近の光量を有効に利用するために、第１フライアイレンズアレイ２１１Ｂにおいては、図１０のようにＹ軸付近の各レンズアレイ素子２４２はＹ軸方向に長い矩形状とされ、一方その両側の各レンズアレイ素子２４１はＸ軸方向に長い矩形状とされ、Ｙ軸付近の各レンズアレイ素子２４２におけるＸ軸方向（光源部配列方向）のピッチが、その両側のレンズアレイ素子２４１に比べ２分の１の幅と相対的に小さくされ、１つのレンズアレイ素子につき１つのフライアイ光源像が結像されるように構成されている。
【０００９】
また、図１１に示すように、偏光変換素子２１１Ｃは、この第１フライアイレンズアレイ２１１Ｂに対応したものであって、各々の射出面側に配設されたλ／２位相差板２６１、２６２からなる２つの櫛形偏光分離プリズムアレイ２５１、２５２が、図１０に示すＹ軸付近の各レンズアレイ素子２４２のＸ軸方向ピッチが相対的に小さい領域においては、Ｙ軸方向にプリズムペア２８３が配列された櫛形偏光分離プリズムアレイ２５２が配設され、その両側の図１０に示す各レンズアレイ素子２４１のＸ軸方向ピッチが相対的に大きい領域においては、Ｘ軸方向にプリズムペアが配列された櫛形偏光分離プリズムアレイ２５１が配設されている。
【００１０】
これにより、２つの光源部２１０Ａ、２１０Ｂからの光束が互いに重なり合う領域において、それぞれのフライアイ光源像の中心部の明るい部分をできるだけ有効に活用し、光の利用効率を良好にすることができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−１３４６２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１においては、フライアイ光源像の中心部の明るい部分の利用効率を向上したとしても、第１フライアイレンズアレイ２１１Ｂ及び偏光変換素子２１１Ｃのような特殊な部品が必要になり、製造コストが増大してしまう上、１灯よりも発光面積が大きくなってしまって発散角が増大してしまうという問題点がある。なお、発光面から照明されるＬＣＤパネルまでの距離を大きくすれば発散角を小さくすることができるものの、装置が大型化してしまう。
【００１３】
このように、複数ランプの光を同軸上に重ね合わせたり、偏光方向が異なる光束を重ね合わせた後で、同一の偏光面を有する偏光に変換したりすることは難しい。従って、光量を増大させる目的で複数のランプを使用すれば、ランプ１つのときと同様、発散角が増大してしまい、従って発散角の増大に伴って、フリッカー現象、ざらざら感、むら感等の投影した映像の質が悪くなるという問題が生じてしまう。
【００１４】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、２つ光源からの光を効率よく合成して発光面積を大きくすることなく光量を増大させることができるコンパクトな照明装置及びこのような照明装置を使用することで発散角の増大を防ぎつつ光量増加を図ることが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、光源から発せられた光の偏光方向を揃えて出射する照明装置において、第１の光源と、該第１の光源から発せられた光束内の光強度分布を均一化する第１の照明光学系と、該第１の照明光学系を経た光を第１の偏光に変換する第１の偏光変換手段とを有する第１の偏光出射手段と、第２の光源と、該第２の光源から発せられた光束内の光強度分布を均一化する第２の照明光学系と、該第２の照明光学系を経た光を上記第１の偏光とは偏光面が直交する第２の偏光に変換する第２の偏光変換手段とを有し、該第２の偏光が上記第１の偏光の光軸とは直交する光軸となるよう配置された第２の偏光出射手段と、上記第１の偏光及び第２の偏光のうち、一方を透過し他方を反射して上記第１の偏光及び第２の偏光の光軸を同一方向とする偏光合成手段と、上記偏光合成手段を経た上記第１及び第２の偏光の偏光面を一致させる第３の偏光変換手段とを有し、上記第１の照明光学系及び第２の照明光学系は、夫々第１のフライアイインテグレータ及び第２のフライアイインテグレータを有し、上記第３の偏光変換手段は、上記第１の偏光を透過する第１の領域と、上記第２の偏光の偏光面を回転させ該第１の偏光と同一の偏光とする第２の領域とを有し、上記第１の偏光及び第２の偏光により夫々形成される第１のフライアイ光源像及び第２のフライアイ光源像は、上記第３の偏光変換手段上の夫々上記第１の領域及び第２の領域内に形成され、上記第３の偏光変換手段の上記第２の領域を透過した上記第２の偏光は、上記第１の領域を透過した上記第１の偏光と同一の偏光方向を有する光となることを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、２つの光源を用意し、光学系を工夫して第３の偏光変換手段上に形成される一方の偏光によるフライアイ光源像の隙間にもう一方の偏光によるフライアイ光源像を作り、フライアイ光源像の隙間を少なくすることで第３の偏光変換手段の面積を大きくすることなく、２つの光源からの光を合成することができ、夫々のフライアイ光源像が形成される位置に合わせ、いずれか一方の偏光を他方の偏光方向に揃えるための領域を形成しておくことで、この第３の偏光変換手段から出射される同一偏光方向を有する偏光の光量を増加させることができる。
【００１７】
上記第１及び第２の照明光学系は、夫々上記第１及び第２の光源から発せられた光束の拡がり角度を均一化する夫々第１及び第２の光学素子を有し、該第１及び第２の光学素子は、光軸からの距離に応じて分割された領域毎に該光軸からの距離に応じて上記拡がり角度を異なる割合で変化させるエキスパンダー光学系を構成するものとすることができ、このように、光源の後段に、光束の拡がり角を均一化するための光学素子を設けることで、従来に比して光の利用効率を向上することができる。
【００１８】
本発明に係る画像表示装置は、光源から発せられた光の偏光方向を揃えて出射する照明装置と、上記照明装置によって照明される空間光変調素子と、上記空間光変調素子の像を結像させる投射レンズとを備えた画像表示装置であって、上記照明装置は、第１の光源と、該第１の光源から発せられた光束内の光強度分布を均一化する第１の照明光学系と、該第１の照明光学系を経た光を第１の偏光に変換する第１の偏光変換手段とを有する第１の偏光出射手段と、第２の光源と、該第２の光源から発せられた光束内の光強度分布を均一化する第２の照明光学系と、該第２の照明光学系を経た光を上記第１の偏光とは偏光面が直交する第２の偏光に変換する第２の偏光変換手段とを有し、該第２の偏光が上記第１の偏光の光軸とは直交する光軸となるよう配置された第２の偏光出射手段と、上記第１の偏光及び第２の偏光のうち、一方を透過し他方を反射して上記第１の偏光及び第２の偏光の光軸を同一方向とする偏光合成手段と、上記偏光合成手段を経た上記第１及び第２の偏光の偏光面を一致させる第３の偏光変換手段とを有し、上記第１の照明光学系及び第２の照明光学系は、夫々第１のフライアイインテグレータ及び第２のフライアイインテグレータを有し、上記第３の偏光変換手段は、上記第１の偏光を透過する第１の領域と、上記第２の偏光の偏光面を回転させ該第１の偏光と同一の偏光とする第２の領域とを有し、上記第１の偏光及び第２の偏光により夫々形成される第１のフライアイ光源像及び第２のフライアイ光源像は、上記第３の偏光変換手段上の夫々上記第１の領域及び第２の領域内に形成され、上記第３の偏光変換手段の上記第２の領域を透過した上記第２の偏光は、上記第１の領域を透過した上記第１の偏光と同一の偏光方向を有する光となることを特徴とする。
【００１９】
本発明においては、２つの光源からの光を合成することで、同一偏光方向を有する偏光を出射する照明装置の光量を増加させることができるので、画像表示装置の空間光変調素子に対する入射される光の発散角を増大させることなく、大きな光量を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、２つの光源を利用して光量の増加を図った照明装置、及びこれを使用した例えば液晶プロジェクタ等の画像表示装置に適用したものである。
【００２１】
図１は、本実施の形態における照明装置を示す側面図である。図１に示すように、本実施の形態の照明装置１は、光源１１と、光源からの光束を均一にする均一照明光学系を構成する光学素子１２、並びに第１フライアイレンズアレイ１３ａ及び第２フライアイレンズアレイ１３ｂ（以下、フライアイインテグレータ１２ともいう。）と、第２フライアイレンズアレイ１３ｂを経た光をＰ偏光とする偏光変換部（偏光変換手段）１４とからなるＰ偏光出射手段１０と、光源２１と、光源からの光束を均一にする均一照明光学系を構成する光学素子２２、並びに第１フライアイレンズアレイ２３ａ及び第２フライアイレンズアレイ２３ｂ（以下、フライアイインテグレータ２２ともいう。）と、第２フライアイレンズアレイ２３ｂを経た光をＳ偏光とする偏光変換部２４とからなるＳ偏光出射手段２０とを有している。
【００２２】
これらＰ偏光出射手段１０及びＳ偏光出射手段２０は、Ｐ偏光出射手段１０から出射されるＰ偏光の光軸と、Ｓ偏光出射手段２０から出射されるＳ偏光の光軸とが直交するよう配置されている。
【００２３】
この照明装置１は、更に、光軸が直交する２つの偏光の光軸が同一方向になるよう合成する偏光合成手段としての偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３２と、ＰＢＳ３２の前段及びＰＢＳ３２の後段に設けられたリレーレンズ３１ａ〜３１ｃからなるリレー光学系３１と、ＰＢＳ３２を経たＰ偏光及びＳ偏光のうち、一方の偏光面を回転させ他方の偏光と同一の偏光状態の偏光とする偏光変換板（第３の偏光変換手段）３３とを有する。偏光変換板３３を経て同一偏光面とされた光、即ち、この照明装置１から出射された光は、コンデンサレンズ３４を経て、例えば縦横サイズ比４：３のＬＣＤパネル３５等の透過型デバイス（空間光変調素子）を照明し、その後段に設けられる投射レンズ（図示せず）によりＬＣＤパネルによる変調された光の像を結像させることで画像を表示することができ、これら照明装置１、ＬＣＤパネル３５及び投射レンズ等から画像表示装置が構成される。
【００２４】
光源１１、２１は、ＵＨＰランプ（超高圧水銀ランプ）の如き放電ランプ（図示せず）と、放電ランプから出射された放射光を直径Ｄの略平行な光束として出射する放物面鏡又は楕円面鏡（リフレクタ）とからなる。
【００２５】
光源からの光束を均一にする均一照明光学系を構成する光学素子１２、２２は、光源から発せられる光束の拡がり角度を平均化するものであり、その詳細は後述する。また、第１フライアイレンズアレイ１２ａ、２２ａ及び第２フライアイレンズアレイ１２ｂ、２２ｂは、相互にフライアイレンズ面が外側になるように距離ｆ１を隔てて平行に配置されている。この第１フライアイレンズアレイ１２ａ、２２ａ、第２フライアイレンズアレイ１２ｂ、２２ｂにおけるフライアイコマの曲率半径（フライアイ間隔）は、光量の損失を最小限にするために、光源から発せられる光束のＦ値の平均値を取り込むことが可能なように設計される。
【００２６】
偏光変換部１４は、夫々フライアイインテグレータ１３により所定のパターンに変換された光（自然偏光）を互いに偏光面が直交する２つの直線偏光（Ｐ偏光及びＳ偏光）に分離し、２つの直線偏光のうち、一方の直線偏光であるＳ偏光の偏光面を回転させ、他方の直線偏光であるＰ偏光の偏光面と一致させてこれら２つの直線偏光を合成することにより、偏光面が揃えられた光とする。また、偏光変換部２４は、同様に構成されるが、自然偏光から分離された２つの直線偏光のうち、Ｐ偏光の偏光面を回転させＳ偏光に揃えられた光とするものである。
【００２７】
このような偏光変換部１４、２４としては、例えば図２に示すようなものが挙げられる。以下では、偏光変換部１４について説明するが、偏光変換部２４も同様にして構成可能である。
【００２８】
偏光変換部１４は、複数の平行平板１１４を有し、平行平板１１４は、断面が例えば平行四辺形からなる四角柱のガラス部材１４ａの２つの斜面に、断面が該平行四辺形の半分の大きさの三角形からなる三角柱の夫々ガラス部材１４ｅ_１、１４ｅ_２の斜面が隣接されている。更に、断面平行四辺形のガラス部材１４ａの２つの斜面上には、自然偏光Ｌｓｐを２つの直線偏光に分離してその一方の偏光Ｌｐ_１を透過し、他方の偏光Ｌｓを反射する偏光分離反射膜１４ｂ、１４ｃが形成されている。また、ガラス部材１４ａの光の出射面上には二分の一波長板（λ／２板）１４ｄが形成され、ガラス部材１４ａに隣接するガラス部材１４ｅ_２の光の入射面上には遮光板１４ｆが形成され、これらが１以上隣接されて偏光変換部１４が構成される。
【００２９】
このように構成された偏光変換部１４においては、ガラス部材１４ａに入射される自然偏光Ｌｓｐのうち、Ｐ偏光Ｌｐ_１は、ガラス部材１４ｅ_２との隣接面上に形成された偏光分離反射膜１４ｂを透過し、Ｓ偏光Ｌｓは偏光分離反射膜１４ｂにより反射される。反射されたＳ偏光Ｌｓは、ガラス部材１４ａの反対側の斜面上に形成された、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する偏光分離反射膜１４ｃにより反射されて偏光Ｌｐ_１と同一方向とされ、更に出射面上に形成されてた二分の一波長板１４ｄにより偏光面が回転されＰ偏光Ｌｐ_２となって出射される。このように、この平行平板１１４においては、フライアイインテグレータ１３から光が入射できる入射領域となるのは、遮光板１４ｆが形成されていない、図中Ａで示すガラス部材１４ａ_２のみであり、一方、光が出射する出射領域は図中Ｂで示す２つのガラス部材１４ｂ_１、１４ｂ_２となり、入射領域Ａに形成されるフライアイ光源像は、出射される際には出射領域Ｂにおいて２つに分離されたものとなる。
【００３０】
ここで、偏光変換部１４は、自然偏光をＰ偏光に揃えて出射するものであるが、偏光変換部２４においては、自然偏光をＳ偏光に揃えて出射するものであるため、例えば、図２に示す平行平板１１４において、反射されたＳ偏光をＰ偏光とするためのλ／２板１４ｄを、透過したＰ偏光が出射される位置、即ち、ガラス部材１４ｅ_１上に形成すれば、自然偏光をＳ偏光とすることができる。
【００３１】
また、図２の例では、ガラス部材１４ａの斜面に形成するのは、いずれも同じ偏光分離反射膜としたが、例えば断面が平行四辺形のガラス部材１４ａにおいて、出射面を有するガラス部材１４ｅ_１と隣接する面（１４ｂ）上には同様の偏光分離反射膜を形成し、入射面を有するガラス部材１４ｅ_２と隣接する面（１４ｃ）上には、例えばアルミニウム等を蒸着し、光を全反射する反射膜を形成してもよい。また、断面平行四辺形のガラス部材１４ａは、ガラス部材１４ｅ_１、１４ｅ_２と同様の２つの断面三角形のガラス部材から構成してもよい。
【００３２】
このようにして構成された偏光変換部１４により、第２フライアイレンズアレイ１３ｂからの光が、入射面の略入射領域Ａに入射され、第２フライアイレンズアレイ１３ｂからのフライアイ光源像が２つに分離された状態でいずれもＰ偏光からなる光として後段のリレーレンズ３１ａに入射される。即ち、第２フライアイレンズアレイ１３ｂからのフライアイ光源像が上記入射領域Ａに形成されるようフライアイインテグレータ１３及び偏光変換部１４が構成・配置される。また、偏光変換部２４も同様に、第２フライアイレンズアレイ２３ｂからの光が２つに分離された状態でいずれもＳ偏光からなる光として後段にリレーレンズ３１ｂに入射される。なお、偏光変換部は、自然偏光をＰ偏光又はＳ偏光に揃え、光源像を形成できるようなものであれば上記に限らず、また単にＰ偏光又はＳ偏光のみを透過するような偏光板としてもよい。
【００３３】
こうして自然偏光から偏光方向が略同一方向とされたＰ偏光又はＳ偏光は、互いにその光軸の向きが直交するように各光源及び照明光学系が配置され、夫々リレーレンズ３１ａ及び３１ｂを経て偏光ビームスプリッタ３２に照射される。偏光ビームスプリッタ３２は、Ｐ偏光をそのまま透過し、Ｓ偏光を反射することで、両者を略同一方向の光として合成する。こうして偏光ビームスプリッタ３２により光軸方向が揃えられたＰ偏光及びＳ偏光は、リレーレンズ３１ｃを経て偏光変換板３３に入射する。
【００３４】
ここで、リレー光学系３１は、Ｐ偏光出射手段１０及びＳ偏光出射手段２０に共役な同一平面上（偏光変換板３３上）に、Ｐ偏光出射手段１０及びＳ偏光出射手段２０からの２つのフライアイ光源像を少しずらして重ならない位置に形成されるよう倍率１倍の配置をとり、２つのフライアイ光源像を偏光変換板３３上に形成する。
【００３５】
偏光変換板３３は、後述するように、Ｐ偏光、Ｓ偏光のうち、何れか一方の偏光を透過する第１の領域と、他方の偏光の偏光面を回転させ上記一方の偏光と同一の偏光状態とする第２の領域とを有しており、例えば第１の領域に入射したＰ偏光をそのまま透過し、第２の領域に入射したＳ偏光の偏光状態を変化させてＰ偏光とすることで、偏光方向が同一方向を有する光とするものである。
【００３６】
即ち、偏光変換板３３に入射するＰ偏光により形成されるフライアイ光源像とＳ偏光により形成されるフライアイ光源像とが重ならず、且つ、各フライアイ光源像が第１の領域又は第２の領域内に形成されるよう、上記Ｐ偏光出射手段、Ｓ偏光出射手段、偏光ビームスプリッタ３２、リレーレンズ３１ａ〜３１ｃからなるリレー光学系が配置されることで、偏光変換板３３に入射するＰ偏光及びＳ偏光はその偏光状態が揃えられる。
【００３７】
次に、２つの光源からの光の光軸を略同一方向にし、且つ同一の偏光面を有する偏光とする照明装置１の構成について更に詳細に説明する。本実施の形態においては、フライアイインテグレータ１３を経た光は偏光変換部１４によりＰ偏光とされ、リレーレンズ３１ａを経て偏光ビームスプリッタ３２に入射する。偏光ビームスプリッタ３２は、このＰ偏光を透過し、更にリレーレンズ３１ｃを経て偏光変換板３３に入射する。
【００３８】
これに対し、フライアイインテグレータ１３と同様のフライアイインテグレータ２３を経た光は偏光変換部２４によりＳ偏光とされ、リレーレンズ３１ｂを経て偏光ビームスプリッタ３２に入射する。偏光ビームスプリッタ３２は、このＳ偏光を反射し、更にリレーレンズ３１ｂを経て偏光変換板３３に入射する。
【００３９】
このとき、偏光ビームスプリッタ３２によりＰ偏光及びＳ偏光を合成するため、Ｐ偏光を出射する光源１１からリレーレンズ３１ａまでと、Ｓ偏光を出射する光源２０からリレーレンズ３１ｂまでとが直交するように配置されるだけでなく、偏光ビームスプリッタ３２を経て光軸方向が同一方向に揃えられたＰ偏光により偏光変換板３３上に形成される第１のフライアイ光源像の隙間に、Ｓ偏光により形成される第２のフライアイ光源像が形成されるよう配置される。なお、フライアイインテグレータ１３、２３からの各フライアイアイ光源像は、偏光変換部１４、２４により２つにされるため、偏光変換部１４、２４と偏光変換板３３とを略同一の大きさとする場合は、偏光変換板３３上に形成するフライアイ光源像の大きさは、隣接するフライアイレンズの光軸のピッチの１／２以下とされる。
【００４０】
例えば、図３（ａ）に示すように、第１のフライアイ光源像１５が、第２のフライアイ光源像２５に対し、偏光変換板３３上で垂直方向（又は水平方向）に隣接するレンズの光軸のピッチ（フライアイコマ寸法）の１／２ずらした位置に形成される。
【００４１】
なお、図３（ａ）に示す例では、フライアイインテグレータ１３、２３のピッチ（フライアイコマ寸法）をＰ１としたとき、１／２ピッチだけ矢印Ｙで示す垂直方向にずらしたもので、かつフライアイコマ寸法Ｐ１の１／２の半径を有するフライアイ光源像１５、２５が形成される例を示している。Ｘ方向に隣接するフライアイ光源像は、１つの第２フライアイレンズアレイの１つのフライアイコマにより形成されるものである。即ち、照明光学系における偏光変換部１４、２４に形成されたフライアイ光源像が、上述した如く偏光方向を揃えられる際に２つのフライアイ光源像に分離されるため、偏光変換板３３上には、１つのフライアイコマから２つのフライアイ光源像が形成される。このようなフライアイ光源像１５、２５の大きさは、フライアイインテグレータ１３と偏光変換部１４、フライアイインテグレータ２３と偏光変換部１４との配置関係、及びフライアイインテグレータを構成する凸レンズの形状・大きさにより適宜設定することができ、第１のフライアイ光源像１５と第２のフライアイ光源像２５とが重ならないようにすればよい。
【００４２】
例えば、上述の図３に示す例では、正方形の頂点に各レンズの光軸が位置するよう、即ち垂直及び水平方向にてレンズが隣接配置されて構成されたフライアイレンズアレイにより形成される光源像を示すものであるが、図４（ａ）に示すように、正三角形Ｓの頂点に光軸がくるように例えば円形又は正六角形型のレンズが配置され最密充填とされたフライアイレンズアレイ５３ａを使用することもできる。例えば最も近くに位置する３つの光軸により形成される正三角形Ｓの一辺をフライアイピッチＰ２とすると、図４（ｂ）に示すように、偏光変換板３３上にて、例えば水平方向Ｘから６０°の方向（正三角形Ｓの辺の方向）へ、図３（ａ）に示す場合と同じく、第１のフライアイ光源像５５ａを、第２のフライアイ光源像６５ａに対して１／２ピッチずらして形成すれば、更に図１に示す偏光変換板３３上における光源像の隙間を小さくすることができる。この際、図２に示す偏光変換部１４、２４における上述した入射領域Ａのピッチ、即ち偏光変換素子の遮光板が形成されるピッチは、上記正三角形Ｓの高さ（√３／２Ｐ２）となる。
【００４３】
また、図５（ａ）に示すように、例えば、垂直方向Ｙのフライアイコマ寸法がＰ３、水平方向Ｘのフライアイコマ寸法がＰ４であって、Ｐ４がＰ３の二倍となるような楕円形（長軸がＰ_４、短軸がＰ_３）のフライアイレンズ５２を配列したフライアイレンズアレイ５３ｂを使用することもできる。この場合は、第１のフライアイ光源像５５ｂを、第２のフライアイ光源像６５ｂに対して、長軸となる水平方向Ｘに１／４ピッチ（Ｐ_４／４）、垂直方向Ｘに１／２ピッチ（Ｐ_３／２）ずらして形成するものとする。
【００４４】
このようなフライアイ光源像が形成される図１に示す偏光変換板３３は、第１のフライアイ光源像１５及び第２のフライアイ光源像２５に対応したものとなっている。図３（ｂ）は、図３（ａ）のようなフライアイ光源像が形成される場合に適用される偏光変換板３３を示す平面図である。図３（ｂ）に示すように、偏光変換板３３は、透明なガラス等からなる平行平板３３ａ上に、第２のフライアイ光源像１５が形成される位置に対応して帯状の複数の二分の一波長板（λ／２板）３３ｂがストライプ状に平行に配置されたものである。このように第２のフライアイ光源像２５が形成される位置、即ちＳ偏光が入射する位置にλ／２板３３ｂが形成され、従って、λ／２板３３ｂを透過したＳ偏光はＰ偏光に変換され、Ｐ偏光は、λ／２板３３ｂが形成されていない領域である平板３３ａをそのまま透過し、これにより、偏光変換板３３に入射される２つの光源からの光の互いに直交した偏光方向を一致させて、共にＰ偏光とし、コンデンサレンズ３４を経て後段のＬＣＤパネル３５にこのＰ偏光を入射することができる。
【００４５】
また、図４（ｂ）のような場合においても、図４（ｃ）に示すように、複数の正六角形のλ／２板５７ａを、平行平板５６ａ上に隣接させて配置されたような偏光変換板を使用することができる。この場合においても、同様に第１のフライアイ光源像１５を形成するＰ偏光を平行平板５６ａに入射させ、第２のフライアイ光源像２５を形成するＳ偏光をλ／２板５７ａに入射させ、両者の偏光方向を揃えることができる。
【００４６】
更に、上述の図５（ｂ）のような場合においては、図５（ｃ）に示すように、平行平板５６ｂ上にひし形のλ／２板５７ｂを第１のフライアイ光源像５５ｂ又は第２のフライアイ光源像６５ｂが形成される位置に合わせて配置しておけばよい。
【００４７】
なお、図３において、偏光変換板３３から出射する光を共にＳ偏光とする場合は、第１のフライアイ光源像１５が形成される位置に、λ／２板３３ｂを形成すればよい。図４及び図５においても同様である。
【００４８】
このように、両者に共役な偏光変換板３３の面上に、第１のフライアイ光源像の隙間に第２のフライアイ光源像が形成されるように各部材を配置すると共に、第１のフライアイ光源像又は第２のフライアイ光源像の何れか一方の対応する位置に、λ／２板を形成しておくことで、この偏光変換板３３を経た光の偏光方向を揃えることができる。
【００４９】
次に、光学素子１２、２２について説明する。上述したように、照明装置１には、光源から発せられる光束の拡がり角度を平均化するための光学素子１２及び２２は、例えば夫々光源１１と第１フライアイレンズアレイ１３ａとの間、及び光源２１と第１フライアイレンズアレイ２３ａとの間に配置される。この光学素子１２、２２は、従来、フライアイインテグレータ１３、２３において、第２フライアイレンズアレイ１３ｂ、２３ｂに形成するフライアイ光源像の大きさの不均一性が光量の損失の原因になっていることに着目し、フライアイ光源像の大きさを均一に近づけることで、光の利用効率を向上させるためのものである。
【００５０】
図６は、アーク長が１．３ｍｍ、リフレクタの放物面焦点距離が７ｍｍとして計算した１灯フライアイ光源像の例であり、光源のランプ光軸からの距離と、光源から出射する光束が第２フライアイレンズアレイに作るフライアイ光源像の大きさとの関係を示すグラフ図である。なお、この際のフライアイ光源像は、その大きさの平均値が５．５ｍｍであった。
【００５１】
図６に示すように、光源から出射する光束により第２フライアイレンズアレイに形成されるフライアイ光源像は、光軸からの距離（光線高さ）に応じて大きくなり、極大点をとってまた小さくなるというように、その光線高さに応じて大きさが変化する。このように光線高さによって第２フライアイレンズアレイに形成されるフライアイ光源像が不均一であると、第２フライアイレンズアレイにおいて、フライアイコマからはみ出した光が隣接するフライアイコマに入ってしまうため、光の利用効率が低下する。従って、このような不均一なフライアイ光源像を均一にするため、光学素子１１は、ランプの光軸高さをいくつかに分割し、分割された光軸高さに応じた夫々の領域を通過する光束の拡がり角度が平均的になるよう、各部に凸レンズと凹レンズとを組み合わせたエキスパンダー光学系を構成する。
【００５２】
図７は、照明装置の光源から第１フライアイレンズアレイまでの部分を拡大して示す図である。図７に示す光学素子１２、２２は、図６に示すような算出結果を参照するか、又は実際に測定する等して、光軸高さとフライアイ光源像の大きさに基づき、光学素子１２、２２の領域を複数の領域に分割し、各々の領域毎に、光軸高さに応じて適切な倍率のエキスパンダー光学系を形成する。光学素子１２、２２は、光源（ランプ）１１、２１からの直径Ｄの光束に合わせた大きさに形成され、光源１１、２１の光軸高さに応じて、例えば光学素子１２、２２の半径Ｄ／２を中心からの位置に応じてＳＡ〜ＳＥの５つに分割する。そして、厚さｄ_１のガラス板をこの中心からの位置に応じた領域ＳＡ〜ＳＥに分け、光学素子１２、２２の光源１１、２１側上と、第１フライアイレンズアレイ１３ａ、２３ａ側上とに、凹レンズ又は凸レンズからなる夫々１面レンズ４１ａ〜４１ｅ及び２面レンズ４２ａ〜４２ｅを重ねることにより、各領域毎にエキスパンダー光学系が構成される。具体的には、このエキスパンダー光学系は、例えば、光源１１、２１からのＦ値の計算値をもとに、光源１１、２１から発せられる光束の拡がり角が平均化するように、例えば、光軸に近いところ（光軸高さが小さいところ）、即ち、図７においては、領域ＳＥから領域ＳＡの順に、夫々倍率３／４、７／４、５／４、３／４、１／２となる円環状の凹凸又は凸凹レンズ（１面レンズ４１ａ〜４１ｅ及び２面レンズ４２ａ〜４２ｅ）を使用して形成することができる。
【００５３】
下記表１は、光軸高さに応じて分割された領域ＳＡ〜ＳＥにおける１面レンズ４１ａ〜４１ｅ及び２面レンズ４２ａ〜４２ｅの焦点距離を示す。なお、これらのエキスパンダーを凸凸レンズからなるエキスパンダーで構成することも可能である。
【００５４】
【表１】

【００５５】
即ち、各領域におけるエキスパンダー光学系の倍率は、光源から発せられる光束のＦ値が大きい部分（相対的に暗い部分）は縮小系を構成し、Ｆ値が小さい部分（相対的に明るい部分）は拡大系を構成する。これにより、縮小系では出射光束のＦ値は反対に大きくし、拡大系では、出射光束のＦ値は逆に小さくすることができ、光源からの光束のＦ値を平均化することができる。即ち、光源からの光束の拡がり角度を均一化することができる。
【００５６】
上述したように、従来は、光源（ランプ）１１、２１から出射される光束の拡がり角度が不揃いであるために、第２フライアイレンズアレイ１３ｂ、２３ｂに形成されるフライアイ光源像が不揃いになり、第２フライアイレンズアレイ１２ｂ、２３ｂにおいて、本来入射すべきフライアイコマからはみ出した光が、隣接するフライアイコマに入ってしまい、これが損失になっていたのに対し、本実施の形態のように、光源１１、２１からの光束の拡がり角度を平均化し、フライアイ光源像を平均化するための光学素子１２、２２を、光源１１、２１とフライアイインテグレータ１３、２３との間に配置することにより、従来損失になっていたフライアイ光源像がフライアイレンズアレイのコマ内に収まり、光学系の光利用効率を向上することができる。
【００５７】
更に、光源１１、２１を構成するランプは、光束が大きく、アーク長が短いランプを用いるほど、光量が増大し、発散角を小さくすることができる。従って、光源１１、２１から偏光ビームスプリッタ３２までのユニット（Ｐ偏光出射手段１０、Ｐ偏光出射手段２０）を交換可能なユニットとしておくとよい。また、光源１１、２１から偏光ビームスプリッタ３２までのユニット（光学系）は、適宜配置変更してコンパクト化することができる。図８は、本実施の形態における照明装置の変形例を示す図である。なお、図８に示す変形例において、図１に示す照明装置１と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００５８】
本変形例は、第１フライアイレンズアレイと第２フライアイレンズアレイとの間にミラーを挿入し、光学系を曲げて構成することによりコンパクト化を図るものであり、図８に示すように、照明装置１０１は、第１フライアイレンズアレイ１３ａからの光を直交する方向に反射するミラー１３ｃと、ミラー１３ｃにより反射された光が入射する第２フライアイレンズアレイ１３ｂとからなる第１のフライアイインテグレータ１１３を有するＰ偏光出射手段を備える。また、Ｓ偏光出射手段における第２のフライアイインテグレータ１２３も同様に、第１フライアイレンズアレイ２３ａからの光を反射して第フライアイレンズアレイ２３ｂに入射させるミラー２３ｃを配置する。その他の構成は、図１に示す照明装置１と同様であり、光源１１と第１フライアイレンズアレイ１３ａとの間、光源２１と第１フライアイレンズアレイ２３ａとの間には、夫々光源からの光束の拡がり角を平均化する光学素子１２、２２を配置し、各光源から発せられた光の光軸が直交し、且つ偏光方向が揃えられたＰ偏光及びＳ偏光を偏光ビームスプリッタ３２により合成する。そして、両者に共役な点を含む平面上に配置される偏光変換板３３上の異なる領域に入射させるようにして、一方の領域にλ／２波長板を形成しておくことで、いずれか一方の偏光方向を他方の偏光方向に揃えるものである。
【００５９】
このように、図１及び図８に示すいずれの照明装置においても、ＬＣＤデバイス３５を照明する均一照明光学系において、光源（ランプ）を２灯使用することで、同一サイズｄ_２のＬＣＤパネル３５に対して、発散角θ２の増加を抑えながら、光量を増加させることが可能となる。即ち、２灯式としても発光面積が１灯式とほぼ変わらないため、照射装置１からＬＣＤデバイス３５までの距離ｆ２を大きくしなくても発散角が増大せず、且つ光量が増加する。以下、このような本実施の形態における効果について更に詳細に説明する。下記表２は、通常の１灯光学系に対する本発明の２灯光学系の明るさ増加の見積値を示す。
【００６０】
【表２】

【００６１】
上記表２に示すように、光量見積例として、図１に示すＬＣＤパネル３５を０．９インチＬＣＤパネル（０．９型パネル）とし、光学系の発散角θ２（＝第１フライアイレンズアレイ１３ｂのフライアイコマから出射される光の出射角θ１）が照明系のパネル入射角度θ３の半分となるような装置において、その発散角θ２＝９°及び１２°となるような場合の見積値を示す。発散角θ２＝９°の見積値１及び発散角θ２＝１２°の見積値２においては、２灯式にすることにより、フライアイインテグレータ及び偏光ビームスプリッタを経て偏光変換板３３から照射されるために、光の取り込み効率が１灯式に比して夫々０．５６及び０．７４倍と小さくなるものの、光量は、２灯式とすることにより、各々１．４倍、１．９倍程度と増大する。また、ここでは、アーク長が１．３ｍｍのランプを光源として使用した場合に対して見積もっているが、例えば１ｍｍ等、より短いアーク長のランプを用いれば、現状実機と同程度の発散角（θ２＝９°）でフライアイインテグレータ及びＰＳ合成取り込み効率を低下させることなく、光量を２倍にすることが可能となる。
【００６２】
また、ＬＣＤパネル３５を１．３インチＬＣＤパネル（１．３型パネル）とし、発散角を９°について見積もった見積値３においては、光源を２灯式とし、光源１灯式の現状実機と同程度の発散角としても、光量損失を同程度とすることができ、従って発散角を大きくすることなく、２灯式にすることで光量を２倍に増加させることができる。即ち、１．３型パネルにおいては、ランプのアーク長が１．３ｍｍのままで２灯式にしても現状の発散角で、現状とほぼ同じ光利用効率が得られる。
【００６３】
このように、本実施の形態においては、通常のランプを横に並べた２灯式の光学系では発光面積が大きくなるために、ｅｔｅｎｄｕｅの関係からパネルへ入射する光の入射角（又は照明装置から出射される光の発散角）が、例えば２倍程度に大きくなってしまうのに対し、２灯式としても、一方の光源からの光によって、偏光変換板３３上に形成されるフライアイ光源像の隙間に、他方の光源からの光にるフライアイ光源像を形成することで、発光面となる偏光変換板３３の面積を大きくすることなく、従って２つの光源からの光を合成する照明装置から照明される光の発散角を増大することなく、光量を増大させることができる。
【００６４】
即ち、２つの光源１１、２１からのフライアイ光源像を重ねる光学系は、光源からの光を偏光として出射する光学系を２つ（Ｐ偏光出射手段１０、Ｓ偏光出射手段２０）用意し、これらのから出射される偏光の偏光面が互いに直交するようにし、且つその光軸が直交するように配置し、各々の偏光を、偏光ビームスピリッタ３２及び倍率１倍の配置をとるリレー光学系３１によって両者に共役な同一平面上である偏光変換板３３上に例えばフライアイコマ寸法の１／２ずらせて重ね合わせ、一方の光源からの偏光のフライアイ光源像が形成される領域にのみにλ／２板を設け、もう一方の光源からの偏光と偏光方向を一致させるようにすることで、フライアイ光源像の隙間を減少させて光量を増大させることができる。
【００６５】
また、フライアイ光源像を均一にするための光学素子１２、２２として、光源の光軸高さをいくつかの部分に分割し、各々を通過する光束の拡がり角度が平均的になるように、各部の倍率を光源からの光束のＦ値が大きい部分は縮小系、Ｆ値が小さい部分は拡大系を構成するような凸と凹の組み合わせのエキスパンダー光学系を構成することで、光源からの光束の拡がり角を平均化することができ、均一照明光学系の光利用効率を向上することで、更に照明装置の光量を大きくすることができる。
【００６６】
このように、照明装置を２灯式とし、均一照明光学系の光利用効率を向上することで、発散角を増大させることなく光量を増加させることができるので、プロジェクタ等の画像表示装置に使用すれば、投影した映像の質を劣化させることなく、且つ蛍光灯をつけた明るい室内において会議等を行う際に違和感なく使用することができる明るい映像を表示することができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、２つの光源からの光をＰ偏光とＳ偏光とし、偏光変換手段上にこれらＰ偏光及びＳ偏光からのフライアイ光源像を形成し、一方の偏光の偏光面を回転させ他方の偏光と一致させる際に、一方の偏光によるフライアイ光源像の隙間に他方の偏光によるフライアイ光源像が形成されるよう光源系を配置し、上記偏光変換手段上に形成されるフライアイ光源像の位置に合わせて偏光方向を揃える領域を形成しておくことで、偏光変換手段上に形成されるフライアイ光源像の隙間を少なくすることで発光面積を大きくすることなく、２つの光源からの光を合成することができ、出射される偏光の光量を増加させることができる照明装置を提供することができる。
【００６８】
また、本発明によれば、発光面積を大きくすることなく２灯式として光量を増大させることができる上記照明装置を適用することで、投影した映像の質を劣化させることなく、且つ蛍光灯をつけた明るい室内において会議等を行う際にも違和感なく使用可能な明るい映像を表示することができる画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の照明装置を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態における照明装置の偏光変換部を示す図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、夫々偏光変換板上に形成されるフライアイ光源像及びそのフライアイ光源像に対応する偏光変換板の一例を示す模式図である。
【図４】（ａ）乃至（ｃ）は、夫々フライアイレンズアレイ、偏光変換板上に形成されるフライアイ光源像及びそのフライアイ光源像に対応する偏光変換板の他の例を示す模式図である。
【図５】同じく、（ａ）乃至（ｃ）は、夫々フライアイレンズアレイ、偏光変換板上に形成されるフライアイ光源像及びそのフライアイ光源像に対応する偏光変換板の他の例を示す模式図である。
【図６】アーク長が１．３ｍｍ、リフレクタの放物面焦点距離が７ｍｍとして計算した１灯フライアイ光源像の例であり、光源のランプ光軸からの距離と、光源から出射する光束が第２フライアイレンズアレイに作るフライアイ光源像の大きさとの関係を示すグラフ図である。
【図７】照明装置の光源から第１フライアイレンズアレイまでの部分を拡大して示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における照明装置の変形例を示す図である。
【図９】特許文献１に記載の投射型表示装置における光源部から偏光ビームスプリッタまでの構成を示す図である
【図１０】特許文献１に記載の投射型表示装置における第１フライアイレンズアレイを示す図である。
【図１１】特許文献１に記載の投射型表示装置における偏光変換素子を示す図である。
【符号の説明】
１，１０１照明装置、１０Ｐ偏光出射手段、１１，２１，１１０光源、１２，２２光学素子、１３ａ，２３ａ，１１１Ｂ第１フライアイレンズアレイ、１３ｂ，２３ｂ，１１１Ａ第２フライアイレンズアレイ、１３ｃ，２３ｃミラー、１３，２３フライアイインテグレータ、１４，２４偏光変換部、１５，２５フライアイ光源像、２０Ｓ偏光出射手段、３１リレー光学系、３１ａ〜３１ｃリレーレンズ、３２偏光ビームスプリッタ、３３偏光変換板、３３ａ平行平板、３３ｂ λ／２板、３４コンデンサレンズ、３５ＬＣＤパネル、４１ａ〜４１ｅ１面レンズ、４２ａ〜４２ｅ２面レンズ、１１０Ａ，１１０Ｂ光源部、１１１Ｃ偏光変換素子、１４１レンズアレイ素子、１４２レンズアレイ素子、１５１、１５２櫛形偏光分離プリズムアレイ

Claims

光源から発せられた光の偏光方向を揃えて出射する照明装置において、
第１の光源と、該第１の光源から発せられた光束内の光強度分布を均一化する第１の照明光学系と、該第１の照明光学系を経た光を第１の偏光に変換する第１の偏光変換手段とを有する第１の偏光出射手段と、
第２の光源と、該第２の光源から発せられた光束内の光強度分布を均一化する第２の照明光学系と、該第２の照明光学系を経た光を上記第１の偏光とは偏光面が直交する第２の偏光に変換する第２の偏光変換手段とを有し、該第２の偏光が上記第１の偏光の光軸とは直交する光軸となるよう配置された第２の偏光出射手段と、
上記第１の偏光及び第２の偏光のうち、一方を透過し他方を反射して上記第１の偏光及び第２の偏光の光軸を同一方向とする偏光合成手段と、
上記偏光合成手段を経た上記第１及び第２の偏光の偏光面を一致させる第３の偏光変換手段とを有し、
上記第１の照明光学系及び第２の照明光学系は、夫々第１のフライアイインテグレータ及び第２のフライアイインテグレータを有し、
上記第３の偏光変換手段は、上記第１の偏光を透過する第１の領域と、上記第２の偏光の偏光面を回転させ該第１の偏光と同一の偏光とする第２の領域とを有し、
上記第１の偏光及び第２の偏光により夫々形成される第１のフライアイ光源像及び第２のフライアイ光源像は、上記第３の偏光変換手段上の夫々上記第１の領域及び第２の領域内に形成され、
上記第３の偏光変換手段の上記第２の領域を透過した上記第２の偏光は、上記第１の領域を透過した上記第１の偏光と同一の偏光方向を有する光となる
ことを特徴とする照明装置。
上記第１のフライアイ光源像は、上記第２のフライアイ光源像に対し、上記第３の偏光変換手段上にて、少なくとも垂直又は水平方向のいずれか一方にフライアイコマ寸法の１／２ずらした位置に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
上記第１及び第２の照明光学系は、上記第１及び第２の光源から発せられた光束の拡がり角度を均一化する第１及び第２の光学素子を有し、
該第１及び第２の光学素子は、光軸からの距離に応じて分割された領域毎に該光軸からの距離に応じて上記拡がり角度を異なる割合で変化させるエキスパンダー光学系が構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
上記第１及び第２の光学素子は、夫々上記第１の光源と上記第１のフライアイインテグレータとの間及び上記第２の光源と上記第２のフライアイインテグレータとの間に配置される
ことを特徴とする請求項２記載の照明装置。
上記第１及び第２の偏光変換手段は、夫々上記第１及び第２の光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する２つの直線偏光に分離し、該２つの直線偏光のうち、一方の偏光面を回転させ他方の偏光面と一致させて上記２つの直線偏光を合成する
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
上記第３の偏光変換手段は、一方の偏光を透過する平行平板上に、上記第２の領域として、他方の偏光の偏光面を回転させ上記一方の偏光面と一致させる複数の二分の一波長板がストライプ状に配置されたものである
ことを特徴とする請求項２記載の照明装置。
光源から発せられた光の偏光方向を揃えて出射する照明装置と、
上記照明装置によって照明される空間光変調素子と、
上記空間光変調素子の像を結像させる投射レンズとを備えた画像表示装置であって、
上記照明装置は、
第１の光源と、該第１の光源から発せられた光束内の光強度分布を均一化する第１の照明光学系と、該第１の照明光学系を経た光を第１の偏光に変換する第１の偏光変換手段とを有する第１の偏光出射手段と、
第２の光源と、該第２の光源から発せられた光束内の光強度分布を均一化する第２の照明光学系と、該第２の照明光学系を経た光を上記第１の偏光とは偏光面が直交する第２の偏光に変換する第２の偏光変換手段とを有し、該第２の偏光が上記第１の偏光の光軸とは直交する光軸となるよう配置された第２の偏光出射手段と、
上記第１の偏光及び第２の偏光のうち、一方を透過し他方を反射して上記第１の偏光及び第２の偏光の光軸を同一方向とする偏光合成手段と、
上記偏光合成手段を経た上記第１及び第２の偏光の偏光面を一致させる第３の偏光変換手段とを有し、
上記第１の照明光学系及び第２の照明光学系は、夫々第１のフライアイインテグレータ及び第２のフライアイインテグレータを有し、
上記第３の偏光変換手段は、上記第１の偏光を透過する第１の領域と、上記第２の偏光の偏光面を回転させ該第１の偏光と同一の偏光とする第２の領域とを有し、
上記第１の偏光及び第２の偏光により夫々形成される第１のフライアイ光源像及び第２のフライアイ光源像は、上記第３の偏光変換手段上の夫々上記第１の領域及び第２の領域内に形成され、
上記第３の偏光変換手段の上記第２の領域を透過した上記第２の偏光は、上記第１の領域を透過した上記第１の偏光と同一の偏光方向を有する光となる
ことを特徴とする画像表示装置。