JP2007011179A - 照明装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 均一性の高い照明光を照射することができる小型の照明装置、並びに、これを用いたプロジェクタを提供すること。
【解決手段】 光源ユニット５１ａ，５１ｂで発生した青色の光源光は、ともに直線偏光に変換されつつ均一化され、極めて均一な偏光として射出され、液晶表示パネル３１の被照射領域を照明する。同様に光源ユニット５３ａ，５３ｂ，５５ａ，５５ｂで発生した緑色及び赤色の光源光は、ともに直線偏光に変換されつつ均一化され、極めて均一な偏光として射出され、液晶表示パネル３３，３５の被照射領域を照明する。液晶表示パネル３１，３３，３５を通過した像光は、投射光学系である投射レンズ４０に入射してスクリーンに適当な拡大率で投影される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶ライトバルブその他の光変調装置を照明するための照明装置、及びこれを組み込んだプロジェクタに関する。

第１のプロジェクタとして、光源ランプに対向する偏光ビームスプリッタから射出される２つの偏光成分を集光してロッドインテグレータの一端に入射させ、他端側からの射出光のうち一方の偏光成分が通過する周期的な位置に位相差板を配置することによって、単一偏光成分の均一な照明光を得るものが存在する（特許文献１参照）。

第２のプロジェクタとして、光源ランプから射出される光源光を集光してロッドインテグレータの一端に入射させ、他端側からの射出光を偏光ビームスプリッタ等からなる偏光変換装置で偏光変換することによって、単一偏光成分の均一な照明光を得るものも存在する（特許文献２参照）。

第３のプロジェクタとして、光源ランプからの光源光を集光し、反射鏡の中心に設けた開口を介してロッドインテグレータの一端に入射させ、他端に設けた偏光分離素子を介して単一偏光成分の照明光を得るものが存在する（特許文献３参照）。この場合、偏光分離素子からの反射光を反射鏡によって往復させる際に、光路上に設けた波長板で偏光方向を変化させることによって偏光分離素子を透過させる。
特開２０００−５６２６６号公報の図１ 特開２０００−５６２６６号公報の図１４ 特開２００３−２０５５２３号公報

しかし、上記のうち第１や第２のプロジェクタでは、ロッドインテグレータによって照明光を均一化するので、ロッドインテグレータを長くしなければ目標の均一化を達成することができず、照明装置部分が大型化し易い。しかも、第１のプロジェクタでは、ロッドインテグレータの入射端の共役位置に位相差板をストライプ状に配列する必要があり、照明装置部分の作製が困難になりコストが増大する。

また、第３のプロジェクタでは、偏光分離素子を最初に通過する約半分の成分に関して十分な均一化が達成されない。

そこで、本発明は、均一性の高い照明光を照射することができる小型の照明装置、並びに、これを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る第１の照明装置は、（ａ）光源光を第１偏光に変換する偏光変換装置と、（ｂ）偏光変換装置からの第１偏光と、第１偏光と異なる第２偏光とを反射及び透過によって分離する偏光分離部材と、（ｃ）偏光分離部材を経た第１偏光を反射するとともに第２偏光に偏光する偏光切換部材と、（ｄ）偏光変換装置及び偏光分離部材間に配置される第１のロッド部と、偏光分離部材及び偏光切換部材間に配置される第２のロッド部と、偏光分離部材によって分離される第２偏光の光路上に配置される第３のロッド部とを有する導光手段とを備える。

上記照明装置では、第１のロッド部において偏光変換装置からの第１偏光を伝搬させ、第２のロッド部において偏光分離部材を経た第１偏光を往復させ、第３のロッド部において偏光分離部材によって分離される第２偏光を外部に導くことができる。よって、第１〜第３のロッド部を含む導光手段を比較的狭い空間に収めることができ、省スペースで均一化を達成した小型の照明装置を提供することができる。

また、本発明の具体的な態様又は観点では、上記照明装置において、偏光変換装置と偏光切換部材とが、偏光分離部材を挟んで直線上に配置され、第３のロッド部が、偏光分離部材側から、直線上に配置される第１及び第２のロッド部に直交する方向に延びる。この場合、直線上の第１及び第２のロッド部間に挟まれた偏光分離部材から分岐するように配置された第３のロッド部から照明光を取り出すことができる。

本発明の別の態様では、偏光変換装置と偏光切換部材とが、偏光分離部材を挟んで直交する方向に配置され、第３のロッド部は、偏光分離部材側から、第２のロッド部の延長方向に延びる。この場合、Ｌ字状の第１及び第２のロッド部間に挟まれた偏光分離部材から分岐するように配置された第３のロッド部から照明光を取り出すことができる。

本発明のさらに別の態様では、偏光分離部材が、第１のロッド部の延在方向に対して傾斜して配置される偏光分離膜であり、偏光切換部材が、偏光分離膜を経た第１偏光に相当する光束を第２のロッド内で往復させるミラーと、第２のロッド内で往復する光束を第１偏光から第２偏光に偏光する位相素子とを有する。この場合、偏光分離膜、ミラー、及び位相素子を第１及び第２のロッド部の境目や端部等に適宜配置するだけで、光源光を第２のロッド内で往復させることができ、簡単な構成で照明光の効率的均一化を図ることができる。

本発明のさらに別の態様では、偏光変換装置が、ランダム偏光である光源光を第１偏光と第２偏光とにそれぞれ分離する偏光分離膜と、第２偏光の偏光方向を第１偏光に揃える位相素子とを備える。この場合、光源光を省スペースで単一偏光成分の光束とすることができる。

本発明に係る第１の照明装置は、（ａ）第１光源光を第１偏光に変換する第１偏光変換装置と、（ｂ）第１偏光変換装置からの第１偏光と、第１偏光と異なる第２偏光とを反射及び透過によって分離する第１偏光分離部材と、（ｃ）第１偏光分離部材を経た第１偏光を反射するとともに第２偏光に偏光する第１偏光切換部材と、（ｄ）第１偏光変換装置及び第１偏光分離部材間に配置される第１のロッド部と、第１偏光分離部材及び第１偏光切換部材間に配置される第２のロッド部とを有する第１導光部と、（ｅ）第２光源光を第１偏光に変換する第２偏光変換装置と、（ｆ）第１偏光切換部材に近接して配置されるとともに、第２偏光変換装置からの第１偏光と、第１偏光と異なる第２偏光とを反射及び透過によって分離する第２偏光分離部材と、（ｇ）第２偏光分離部材を経た第１偏光を反射するとともに第２偏光に偏光する第２偏光切換部材と、（ｈ）第２偏光変換装置及び第２偏光分離部材間に配置される第３のロッド部と、第２偏光分離部材及び第２偏光切換部材間に配置される第４のロッド部とを有する第２導光部と、（ｉ）第１及び第２偏光分離部材によって分離される第２偏光の光路上に配置される合成用の第５のロッド部とを備える。

上記照明装置では、第１のロッド部において第１偏光変換装置からの第１偏光を伝搬させ、第２のロッド部において第１偏光分離部材を経た第１偏光を往復させることができ、さらに、第３のロッド部において第２偏光変換装置からの第１偏光を伝搬させ、第４のロッド部において第２偏光分離部材を経た第１偏光を往復させることができる。そして、第５のロッド部において第１及び第２偏光分離部材によって分離される第２偏光を外部に導くことができる。よって、第１及び第２の導光部や第５のロッド部を含む導光手段を比較的狭い空間に収めることができ、省スペースで均一化を達成した小型の照明装置を提供することができる。

本発明に係るプロジェクタは、（ａ）上述のいずれかの照明装置と、（ｂ）照明装置からの照明光を、画像情報に応じて変調する光変調装置と、（ｃ）光変調装置光で形成された像光を投射する投射光学系とを備える。

上記プロジェクタでは、上述の特徴を有する照明装置を用いているので、省スペースで均一化を達成できる小型で簡単な構造の照明装置によって、小型で安価なプロジェクタを提供することができる。

本発明に係る別のプロジェクタは、（ａ）各色光を照明光としてそれぞれ発生する上述のいずれかの各色用の照明装置と、（ｂ）各色用の照明装置からの各色光を、画像情報に応じてそれぞれ変調する各色用の光変調装置と、（ｃ）各色用の光変調装置でそれぞれ変調された各色の像光を合成して射出する光合成光学系と、（ｄ）光合成光学系を経て合成された像光を投射する投射光学系とを備える。

上記プロジェクタでは、上述の特徴を有する照明装置を用いているので、省スペースで均一化を達成できる小型で簡単な構造の各色用の照明装置によって、小型で安価なプロジェクタを提供することができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の照明装置を組み込んだ第１実施形態に係るプロジェクタの構造を概念的に説明するブロック図である。

このプロジェクタ１０は、照明部２０と、光変調部３０と、投射レンズ４０と、制御装置８０とを備える。ここで、照明部２０は、青色光照明装置２１と、緑色光照明装置２３と、赤色光照明装置２５と、光源駆動装置２７とを有する。また、光変調部３０は、光変調装置である３つの液晶表示パネル３１，３３，３５と、光合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム３７と、各液晶表示パネル３１，３３，３５に駆動信号を出力する素子駆動装置３８とを有する。

上述の照明部２０において、青色光照明装置２１は、一対の青色光用光源ユニット５１ａ，５１ｂと、一対の偏光変換装置６１ａ，６１ｂと、一対の導光部７１ａ，７１ｂと、合成ロッド部７８とを備える。ここで、各青色光用光源ユニット５１ａ，５１ｂは、青色の光源光を射出する青色用の光源であり、各偏光変換装置６１ａ，６１ｂは、青色の光源光を特定偏光成分に変換するための青色用の偏光変換装置であり、各導光部７１ａ，７１ｂ及び合成ロッド部７８は、青色の光源光を均一化するための青色用の均一化光学系である。

図２は、図１に示す青色光照明装置２１の平面図であり、図３は、青色光照明装置２１の側面図である。

青色光照明装置２１のうち、第１の青色光用光源ユニット５１ａは、固体光源或いは半導体光源と呼ばれる発光素子である複数のＬＥＤ２２ｆを回路基板２２ｇ上に適当な２次元的配列（例えばマトリックス状配列）で取り付けたものからなり、各ＬＥＤ２２ｆの正面にビーム整形用のレンズエレメントを個別に配置した集光レンズアレイ２２ｂを有している。各ＬＥＤ２２ｆは、３原色のうち青（Ｂ）の範疇に含まれる青色光をそれぞれ発生する。ＬＥＤ２２ｆから取り出された青色光、つまり第１光源光ＬＢは、集光レンズアレイ２２ｂを経た後、第１の偏光変換装置６１ａの入射端すなわち入射ポートＩＰａに入射する。この際、各ＬＥＤ２２ｆからの青色光は、集光レンズアレイ２２ｂを構成する各レンズエレメントによってそれぞれ適宜発散するとともに所定位置に集まる楕円或いは矩形断面のビームにされる。つまり、各ＬＥＤ２２ｆからの青色光は、第１の偏光変換装置６１ａに設けた矩形の入射ポートＩＰａに全体として集められ、この入射ポートＩＰａに重畳した状態でそれぞれ漏れなく入射する。

第２の青色光用光源ユニット５１ｂは、第１の青色光用光源ユニット５１ａと配置が異なるだけで、同一の構造を有している。詳細な説明は省略するが、第２の青色光用光源ユニット５１ｂにおいて、回路基板２２ｇ上の各ＬＥＤ２２ｆからの青色光は、集光レンズアレイ２２ｂによってそれぞれ集光され、第２の偏光変換装置６１ｂに設けた矩形の入射ポートＩＰｂに、重畳した状態でそれぞれ漏れなく入射する。

第１の偏光変換装置６１ａは、第１の青色光用光源ユニット５１ａの射出側にこれに対向して配置されており、入射ポートＩＰａから入射した第１光源光ＬＢの偏光方向を揃える。この第１の偏光変換装置６１ａは、直角三角形プリズムと平行四辺形プリズムとを貼り合わせることにより形成されており、両プリズムに挟まれた偏光分離膜６２ａと、平行四辺形プリズムを挟んで偏光分離膜６２ａの反対側に形成された反射膜６２ｂと、この平行四辺形プリズムの導光部７１ａ側に配置された波長板６２ｄとを備える。

偏光分離膜６２ａと反射膜６２ｂとは、各プリズムの斜面上に蒸着によって形成された誘電体多層膜からなる偏光分離部材であり、システム光軸ＳＡに対して４５°傾斜した状態で配置されている。前者の偏光分離膜６２ａは、第１の青色光用光源ユニット５１ａからのランダム偏光である青色光のうち特定方向の直線偏光成分（例えばＰ偏光）を透過させるとともにこれに直交する方向の直線偏光成分（例えばＳ偏光）を反射させ、結果的に直交する２つの直線偏光成分を効率よく分離する。また、後者の反射膜６２ｂは、偏光分離膜６２ａで反射された一方の直線偏光成分（上記の場合Ｓ偏光）を反射して光路を折り曲げる。この反射膜６２ｂは、金属膜の蒸着ミラーに置き換えることもできる。以上により、偏光分離膜６２ａを通過した第１の直線偏光成分（上記の場合Ｐ偏光）が直角三角形プリズム側に設けた射出ポートＯＰ１から射出され、偏光分離膜６２ａ及び反射膜６２ｂで反射された第２の直線偏光成分（上記の場合Ｓ偏光）が平行四辺形プリズム側に設けた射出ポートＯＰ２から射出される。射出ポートＯＰ２に対向して配置される波長板６２ｄは、１／２波長板で形成された位相素子であり、上記反射膜６２ｂで反射され平行四辺形プリズムからシステム光軸ＳＡ方向に射出された第２の直線偏光成分（上記の場合Ｓ偏光）をこれに直交する第１の直線偏光成分（つまりＰ偏光）に変換する。結果的に、第１の偏光変換装置６１ａは、入射ポートＩＰａに入射した第１光源光ＬＢを第１の直線偏光（この場合、Ｐ偏光）のみに効率良く変換して両射出ポートＯＰ１，ＯＰ２’から射出させることができる。

第２の偏光変換装置６１ｂは、第１の偏光変換装置６１ａと配置が異なるだけで、同一の構造を有しているので、詳細な説明は省略する。第２の偏光変換装置６１ｂは、入射ポートＩＰｂに入射した第２光源光ＬＢを第１の直線偏光（この場合、Ｐ偏光）のみに効率良く変換して第２の導光部７１ｂ側に射出させることができる。

第１の導光部７１ａは、第１ロッド部７２ａと、第２ロッド部７２ｂと、偏光分離膜７２ｄと、１／４波長板７２ｅと、反射ミラー７２ｆとを備える導光手段である。第１ロッド部７２ａは、ガラス材、プラスチック材等で形成された角柱状のロッドインテグレータである。この第１ロッド部７２ａは、第１の偏光変換装置６１ａの射出ポートＯＰ１，ＯＰ２’に対向する入射ポートＩＰ２を有し、その射出側の端面ＥＦ１は、システム光軸ＳＡに対して４５°傾斜した状態となっている。第２ロッド部７２ｂも、ガラス材、プラスチック材等で形成された角柱状のロッドインテグレータである。この第２ロッド部７２ｂは、第１ロッド部７２ａの射出側の端面ＥＦ１に対向する第１の端面ＥＦ２を有しており、この端面ＥＦ２は、システム光軸ＳＡに対して４５°傾斜した状態となっている。この第２ロッド部７２ｂは、第１の端面ＥＦ２の反対側に第２の端面ＥＦ３を有しており、この端面ＥＦ３は、システム光軸ＳＡに対して直交した状態となっている。

第１ロッド部７２ａの端面ＥＦ１と、第２ロッド部７２ｂの端面ＥＦ２との間には、偏光分離膜７２ｄが挿入されている。偏光分離膜７２ｄは、第１の偏光変換装置６１ａからの第１の直線偏光成分（上記の場合Ｐ偏光）を透過させるとともに、これに直交する方向の第２の直線偏光成分（上記の場合Ｓ偏光）を反射させ、結果的に直交する２つの直線偏光成分を効率よく分離する。第２ロッド部７２ｂの端面ＥＦ３には、偏光切換部材として、１／４波長板７２ｅと反射ミラー７２ｆとが貼り付けられており、偏光分離膜７２ｄを透過し第２ロッド部７２ｂ内を伝搬して端面ＥＦ３に至った第１の直線偏光を折り返して偏光分離膜７２ｄに戻す。つまり、反射ミラー７２ｆによって、第２ロッド部７２ｂ内に往復経路が形成される。この往復経路には、１／４波長板７２ｅが設けられているので、第２ロッド部７２ｂの端面ＥＦ２に入射した第１の直線偏光成分（上記の場合Ｐ偏光）は、端面ＥＦ３で折り返されて再度端面ＥＦ３から射出する際に第２の直線偏光成分（上記の場合Ｓ偏光）となっている。ここで、第２ロッド部７２ｂの端面ＥＦ２には偏光分離膜７２ｄが形成されているので、第２ロッド部７２ｂを経た戻り光すなわち第２の直線偏光成分（上記の場合Ｓ偏光）は、偏光分離膜７２ｄで反射されて、合成ロッド部７８に入射する。なお、１／４波長板７２ｅは、反射ミラー７２ｆの近傍に限らず第２ロッド部７２ｂ内の適所に配置することができる。

第２の導光部７１ｂは、第１の導光部７１ａと配置が異なるだけで、同一の構造を有しているので、詳細な説明は省略する。第２の導光部７１ｂは、導光手段として、第２の偏光変換装置６１ｂからの第１光源光ＬＢを、第１ロッド部７２ａを介して第２ロッド部７２ｂで往復させ、偏光分離部材である偏光分離膜７２ｄで反射させて合成ロッド部７８に入射させる。

合成ロッド部７８は、ガラス材、プラスチック材等で形成された角柱状のロッドインテグレータである。この合成ロッド部７８は、第１及び第２の導光部７１ａ，７１ｂに設けた第１の偏光分離膜７２ｄに近接して端面ＥＦ４を有しており、この端面ＥＦ４を介して第２ロッド部７２ｂに接合されている。合成ロッド部７８は、第１及び第２ロッド部７２ａ，７２ｂに直交する方向に延びており、偏光分離膜７２ｄで反射された第２の直線偏光成分（上記の場合Ｓ偏光）を第１照明光ＬＢ２として射出ポートＯＰ４から射出させることができる。

青色光照明装置２１における光の作用について説明すると、第１の青色光用光源ユニット５１ａで発生した第１光源光ＬＢは、第１の偏光変換装置６１ａを経ることによって特定方向の直線偏光とされ、第１の導光部７１ａの内側面で全反射されながら進行する。この際、第１光源光ＬＢは、第１ロッド部７２ａを片路、第２ロッド部７２ｂを往復、合成ロッド部７８を片路と均一化されつつ伝搬し、射出ポートＯＰ４から元に対して直交する方向の直線偏光として射出される。一方、第２の青色光用光源ユニット５１ｂで発生した第１光源光ＬＢは、第２の偏光変換装置６１ｂを経ることによって特定方向の直線偏光とされ、第２の導光部７１ｂの内側面で全反射されながら進行する。この際、第１光源光ＬＢは、第１ロッド部７２ａを片路、第２ロッド部７２ｂを往復、合成ロッド部７８を片路と均一化されつつ伝搬し、射出ポートＯＰ４から元に対して直交する方向の直線偏光として射出される。つまり、第１及び第２の青色光用光源ユニット５１ａ，５１ｂで発生した第１光源光ＬＢは、ともに直線偏光に変換されつつ均一化され、射出ポートＯＰ４から極めて均一な偏光の第１照明光ＬＢ２として射出される。

図１に戻って、緑色光照明装置２３は、一対の緑色光用光源ユニット５３ａ，５３ｂと、一対の偏光変換装置６３ａ，６３ｂと、一対の導光部７３ａ，７３ｂと、合成ロッド部７８とを備える。このうち、緑色光用光源ユニット５３ａ，５３ｂは、青色光用光源ユニット５１ａ，５１ｂと同様の構造を有するが、内蔵するＬＥＤが３原色のうち緑（Ｇ）の範疇に含まれる緑色光をそれぞれ発生し、この緑色光からなる第２光源光ＬＧは、図示を省略する集光レンズアレイを経て偏光変換装置６３ａ，６３ｂの入射ポートＩＰａ，ＩＰｂに漏れなく重畳して入射する。各偏光変換装置６３ａ，６３ｂは、図２の偏光変換装置６１ａと同様の構造を有しており、この偏光変換装置６３ａ，６３ｂを経た第２光源光ＬＧは、偏光変換装置６１ａ，６１ｂの場合と同様、偏光分離、光路折り曲げ、及び偏光切換によって効率良く単一成分の直線偏光に変換されており、導光部７３ａ，７３ｂに導入されさらに合成ロッド部７８に結合される。導光部７３ａ，７３ｂ及び合成ロッド部７８を経た第２照明光ＬＧ２は、ロッド内面での反射を利用した波面分割及び重畳によってロス無く均一化されており、合成ロッド部７８の射出ポートＯＰ４に対向配置された第１偏光フィルタ２６ｂを介して光変調部３０のうち緑色光用の液晶表示パネル３３に入射する。これにより、液晶表示パネル３３上の被照射領域が緑色の偏光によって均一に照明される。

赤色光照明装置２５は、一対の赤色光用光源ユニット５５ａ，５５ｂと、一対の偏光変換装置６５ａ，６５ｂと、一対の導光部７５ａ，７５ｂと、合成ロッド部７８とを備える。このうち、赤色光用光源ユニット５５ａ，５５ｂは、青色光用光源ユニット５１ａ，５１ｂと同様の構造を有するが、内蔵するＬＥＤが３原色のうち赤（Ｒ）の範疇に含まれる赤色光をそれぞれ発生し、この赤色光からなる第２光源光ＬＲは、図示を省略する集光レンズアレイを経て偏光変換装置６５ａ，６５ｂの入射ポートＩＰａ，ＩＰｂに漏れなく重畳して入射する。各偏光変換装置６５ａ，６５ｂは、図２の偏光変換装置６１ａと同様の構造を有しており、この偏光変換装置６５ａ，６５ｂを経た第３光源光ＬＲは、偏光変換装置６１ａ，６１ｂの場合と同様、偏光分離、光路折り曲げ、及び偏光切換によって効率良く単一成分の直線偏光に変換されており、導光部７５ａ，７５ｂに導入されさらに合成ロッド部７８に結合される。導光部７５ａ，７５ｂ及び合成ロッド部７８を経た第３照明光ＬＲ２は、ロッド内面での反射を利用した波面分割及び重畳によってロス無く均一化されており、合成ロッド部７８の射出ポートＯＰ４に対向配置された第１偏光フィルタ２６ｃを介して光変調部３０のうち赤色光用の液晶表示パネル３５に入射する。これにより、液晶表示パネル３５上の被照射領域が赤色の偏光によって均一に照明される。

各液晶表示パネル３１，３３，３５は、光透過型の光変調装置であり、外部から入力された画像信号に応じて照明光の偏光方向を画素単位で切替えることにより、各液晶表示パネル３１，３３，３５に入射した各色光照明装置２１，２３，２５からの照明光をそれぞれ２次元的に変調する。各液晶表示パネル３１，３３，３５の入射側には、その入射面に対向して第１偏光フィルタ２６ａ，２６ｂ，２６ｃが配置されており、各液晶表示パネル３１，３３，３５を偏光度を高めた偏光成分によって照明することができる。また、各液晶表示パネル３１，３３，３５の射出側には、その射出面に対向して第２偏光フィルタ３６ａ，３６ｂ，３６ｃが配置されており、各液晶表示パネル３１，３３，３５を通過した特定方向に直交する方向の偏光成分のみを読み出すことができる。ここで、第１偏光フィルタ２６ａ、液晶表示パネル３１、及び第２偏光フィルタ３６ａは、青色用の液晶ライトバルブを構成し、第１偏光フィルタ２６ｂ、液晶表示パネル３３、及び第２偏光フィルタ３６ｂは、緑色用の液晶ライトバルブを構成し、第１偏光フィルタ２６ｃ、液晶表示パネル３５、及び第２偏光フィルタ３６ｃは、赤色用の液晶ライトバルブを構成する。つまり、各液晶表示パネル３１，３３，３５にそれぞれ入射した各色光照明装置２１，２３，２５からの照明光ＬＢ２，ＬＧ２，ＬＲ２は、これら液晶表示パネル３１，３３，３５によってそれぞれ２次元的に強度変調される。各液晶表示パネル３１，３３，３５を通過した各色の像光は、光合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム３７で合成されて、その一側面から射出する。クロスダイクロイックプリズム３７から射出した合成光の像は、投射光学系である投射レンズ４０に入射してスクリーン（不図示）に適当な拡大率で投影される。つまり、プロジェクタ１０によって、各液晶表示パネル３１，３３，３５に形成された各色（青色、緑色、及び赤色）の画像を合成した画像が、動画又は静止画としてスクリーン上に投射される。

〔第２実施形態〕
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態のプロジェクタの基本構成は、第１実施形態と同様であるが、第１実施形態とは、照明装置の構成が異なっている。

図示の青色光照明装置２１は、青色光用光源ユニット５１ａと、偏光変換装置６１ａと、導光部１７１ａと、合成ロッド部７８とを備える。このうち、導光部１７１ａは、第１ロッド部１７２ａと、第２ロッド部１７２ｂと、一対のプリズム部１７２ｃと、偏光分離膜７２ｄと、１／４波長板７２ｅと、反射ミラー７２ｆとを備える。第１ロッド部１７２ａの射出端側に設けられている一対のプリズム部１７２ｃの間には、システム光軸ＳＡに対して４５°傾斜した状態の偏光分離膜７２ｄが偏光分離部材として挿入されている。第２ロッド部１７２ｂは、偏光分離膜７２ｄ側から第１ロッド部１７２ａに直交する方向に延びている。第２ロッド部１７２ｂの端面には、１／４波長板７２ｅと反射ミラー７２ｆとが貼り付けられており、偏光分離膜７２ｄで反射され第２ロッド部１７２ｂ内を伝搬する直線偏光を折り返すとともに直交する直線偏光に変換して偏光分離膜７２ｄに戻す。つまり、導光部１７１ａは、偏光変換装置６１ａからの第１光源光ＬＢを、第１ロッド部１７２ａを介して第２ロッド部１７２ｂで往復させ、偏光分離膜７２ｄを透過させて合成ロッド部７８に入射させる。

なお、上述した青色光用光源ユニット５１ａと偏光変換装置６１ａと導光部１７１ａとからなる均一化光学系については、これと同等の機能を有するもう一つの均一化光学系をさらに設け、図２の場合と同様に、これら均一化光学系５１ａ，６１ａ，１７１ａからの光束を合成ロッド部７８で結合することもできる。

以上は、青色光照明装置２１の説明であったが、図１の緑色光照明装置２３や赤色光照明装置２５も、図４の青色光照明装置２１と同様の構造を有する。

〔第３実施形態〕
次に、図５を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態のプロジェクタの基本構成は、第１実施形態と同様であるが、第１実施形態とは、照明装置の構成が異なっている。

図示の青色光照明装置２１は、青色光用光源ユニット５１ａと、偏光変換装置６１ａと、導光部２７１ａと、合成ロッド部７８とを備える。このうち、導光部２７１ａは、第１ロッド部２７２ａと、第２ロッド部２７２ｂと、第３ロッド部２７２ｃと、偏光分離膜７２ｄと、１／４波長板７２ｅ，２７２ｅと、反射ミラー７２ｆ，２７２ｆとを備える。第１ロッド部２７２ａと第２ロッド部２２７ｂとの間には、システム光軸ＳＡに対して４５°傾斜した状態の偏光分離膜７２ｄが偏光分離部材として挿入されている。第３ロッド部２７２ｃは、偏光分離膜７２ｄ側から第１ロッド部２７２ａや第２ロッド部２７２ｂに対して直交する方向に延びている。第２ロッド部７２ｂの端面には、１／４波長板７２ｅと反射ミラー７２ｆとが貼り付けられており、偏光分離膜７２ｄを透過し第２ロッド部７２ｂ内を伝搬する直線偏光を折り返しつつ直交する直線偏光に変換して偏光分離膜７２ｄに戻す。また、第３ロッド部２７２ｃの端面には、１／４波長板２７２ｅと反射ミラー２７２ｆとが貼り付けられており、第２ロッド部２７２ｂを経て偏光分離膜７２ｄで反射され第３ロッド部２７２ｃ内を伝搬する直線偏光を折り返しつつ直交する直線偏光に変換して偏光分離膜７２ｄに戻す。このように偏光分離膜７２ｄに戻された直線偏光は、偏光分離膜７２ｄを透過して合成ロッド部７８に導かれる。

なお、上述した青色光用光源ユニット５１ａと偏光変換装置６１ａと導光部２７１ａとからなる均一化光学系均一化光学系については、これと同等の機能を有するもう一つの均一化光学系をさらに設け、図２の場合と同様に、これら均一化光学系５１ａ，６１ａ，２７１ａからの光束を合成ロッド部７８で結合することもできる。

以上は、青色光照明装置２１の説明であったが、図１の緑色光照明装置２３や赤色光照明装置２５も、図５の青色光照明装置２１と同様の構造を有する。

〔第４実施形態〕
次に、図６を参照して第４実施形態について説明する。本実施形態のプロジェクタは、図１に示すプロジェクタ１０において、第１実施形態の照明部２０と、光変調部３０等を適宜変更したものであり、所謂単板式のプロジェクタとなっている。

このプロジェクタ３１０は、照明部３２０と、光変調部３３０と、投射レンズ４０とを備える。ここで、照明部３２０は、略白色の光源光を発生する照明装置３２１と、光源駆動装置２７とを有する。また、光変調部３３０は、光変調装置である液晶表示パネル３３１と、液晶表示パネル３３１に駆動信号を出力する素子駆動装置３８とを有する。

照明装置３２１は、一対の白色光用光源ユニット３５１ａ，３５１ｂと、一対の偏光変換装置６１ａ，６１ｂと、一対の導光部７１ａ，７１ｂと、合成ロッド部７８とを備える。ここで、白色光用光源ユニット３５１ａ，３５１ｂは、白色の光源光ＬＷを射出する光源であり、各偏光変換装置６１ａ，６１ｂは、光源光ＬＷを特定偏光成分に変換するための偏光変換装置であり、導光部７１ａ，７１ｂ及び合成ロッド部７８は、光源光ＬＷを均一化するための均一化光学系である。

白色光用光源ユニット３５１ａ，３５１ｂは、波長に関する仕様を除き図２の青色光用光源ユニット５１ａと同様の構造を有している。詳細な説明は省略するが、各白色光用光源ユニット３５１ａ，３５１ｂにおいて、ＬＥＤからの白色光は、集光レンズアレイによってそれぞれ集光され、各偏光変換装置６１ａ，６１ｂに設けた入射ポートＩＰａ，ＩＰｂに、重畳した状態でそれぞれ漏れなく入射する。偏光変換装置６１ａ，６１ｂや導光部７１ａ，７１ｂについては、図１、２等に示すものと同様であるので説明を省略する。

図示の照明装置３２１により、白色光用光源ユニット３５１ａ，３５１ｂで発生した光源光ＬＷは、ともに直線偏光に変換されつつ均一化され、極めて均一な偏光として射出され、液晶表示パネル３３１の被照射領域を照明する。液晶表示パネル３３１を通過した像光は、投射光学系である投射レンズ４０に入射してスクリーン（不図示）に適当な拡大率で投影される。つまり、本プロジェクタ３１０によって、液晶表示パネル３３１に形成された画像が、動画又は静止画としてスクリーン上に投射される。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、液晶表示パネル３１，３３，３５を用いて光変調を行っているが、液晶表示パネル３１，３３，３５に代えてマイクロミラーデバイスを用いて光変調を行うこともできる。

また、偏光変換装置６１ａ，６１ｂ，６３ａ，６３ｂ，６５ａ，６５ｂも例示のものに限らず、ランダム偏光等から直線偏光を得ることができる限り、様々な構造の偏光変換手段を用いることができる。

また、導光部７１ａ，７１ｂ等に組み込まれる偏光分離膜７２ｄについては、誘電体多層膜に限らず、有機偏光膜やワイヤグリッド偏光子等を用いることもできる。

また、第１実施形態において、照明部２０は、青色光照明装置２１、緑色光照明装置２３、及び赤色光照明装置２５に限らず、他の波長を用いた２色以上の色光照明装置とすることができ、各色光照明装置において、上述の各色光用光源ユニット５１ａ，５１ｂ，５３ａ，５３ｂ，５５ａ，５５ｂ等に対応するものとして、使用波長に適合させたものを用いることにより、所望の照明光を得ることができる。

第１実施形態のプロジェクタを概念的に説明するブロック図である。 図１に示す青色光照明装置の平面図である。 図１に示す青色光照明装置の側面図である。 第２実施形態のプロジェクタの照明装置部分を説明する図である。 第３実施形態のプロジェクタの照明装置部分を説明する図である。 第４実施形態のプロジェクタを説明する図である。

符号の説明

１０…プロジェクタ、 ２０…照明部、 ２１，２３，２５…各色光照明装置、 ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…第１偏光フィルタ、 ２７…光源駆動装置、 ３０…光変調部、 ３１，３３，３５…液晶表示パネル、 ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ…第２偏光フィルタ、 ３７…クロスダイクロイックプリズム、 ３８…素子駆動装置、 ４０…投射レンズ、 ５１ａ，５１ｂ…青色光用光源ユニット、 ５３ａ，５３ｂ…緑色光用光源ユニット、 ５５ａ，５５ｂ…赤色光用光源ユニット、 ６１ａ，６１ｂ，６３ａ，６３ｂ，６５ａ，６５ｂ…偏光変換装置、 ７１ａ，７１ｂ，７３ａ，７３ｂ，７５ａ，７５ｂ…導光部、 ７２ａ…第１ロッド部、 ７２ｂ…第２ロッド部、 ７２ｄ…偏光分離膜、 ７２ｅ…波長板、 ７２ｆ…反射ミラー、 ７８…合成ロッド部、 ８０…制御装置、 ＳＡ…システム光軸

Claims (8)

1. 光源光を第１偏光に変換する偏光変換装置と、
   前記偏光変換装置からの前記第１偏光と、前記第１偏光と異なる第２偏光とを反射及び透過によって分離する偏光分離部材と、
   前記偏光分離部材を経た前記第１偏光を反射するとともに前記第２偏光に偏光する偏光切換部材と、
   前記偏光変換装置及び前記偏光分離部材間に配置される第１のロッド部と、前記偏光分離部材及び偏光切換部材間に配置される第２のロッド部と、前記偏光分離部材によって分離される前記第２偏光の光路上に配置される第３のロッド部とを有する導光手段と
   を備える照明装置。
2. 前記偏光変換装置と前記偏光切換部材とは、前記偏光分離部材を挟んで直線上に配置され、前記第３のロッド部は、前記偏光分離部材側から、直線上に配置される前記第１及び第２のロッド部に直交する方向に延びることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記偏光変換装置と前記偏光切換部材とは、前記偏光分離部材を挟んで直交する方向に配置され、前記第３のロッド部は、前記偏光分離部材側から、前記第２のロッド部の延長方向に延びることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
4. 前記偏光分離部材は、前記第１のロッド部の延在方向に対して傾斜して配置される偏光分離膜であり、前記偏光切換部材は、前記偏光分離膜を経た前記第１偏光に相当する光束を前記第２のロッド内で往復させるミラーと、前記第２のロッド内で往復する光束を前記第１偏光から前記第２偏光に偏光する位相素子とを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の照明装置。
5. 前記偏光変換装置は、ランダム偏光である光源光を前記第１偏光と前記第２偏光とにそれぞれ分離する偏光分離膜と、前記第２偏光の偏光方向を前記第１偏光に揃える位相素子とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の照明装置。
6. 第１光源光を第１偏光に変換する第１偏光変換装置と、
   前記第１偏光変換装置からの前記第１偏光と、前記第１偏光と異なる第２偏光とを反射及び透過によって分離する第１偏光分離部材と、
   前記第１偏光分離部材を経た前記第１偏光を反射するとともに前記第２偏光に偏光する第１偏光切換部材と、
   前記第１偏光変換装置及び前記第１偏光分離部材間に配置される第１のロッド部と、前記第１偏光分離部材及び前記第１偏光切換部材間に配置される第２のロッド部とを有する第１導光部と、
   第２光源光を第１偏光に変換する第２偏光変換装置と、
   前記第１偏光切換部材に近接して配置されるとともに、前記第２偏光変換装置からの前記第１偏光と、前記第１偏光と異なる第２偏光とを反射及び透過によって分離する第２偏光分離部材と、
   前記第２偏光分離部材を経た前記第１偏光を反射するとともに前記第２偏光に偏光する第２偏光切換部材と、
   前記第２偏光変換装置及び前記第２偏光分離部材間に配置される第３のロッド部と、前記第２偏光分離部材及び前記第２偏光切換部材間に配置される第４のロッド部とを有する第２導光部と、
   前記第１及び第２偏光分離部材によって分離される前記第２偏光の光路上に配置される第５のロッド部と
   を備える照明装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項記載の照明装置と、
   前記照明装置からの照明光を、画像情報に応じて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置光で形成された像光を投射する投射光学系と
   を備えるプロジェクタ。
8. 各色光を照明光としてそれぞれ発生する請求項１から請求項６のいずれか一項記載の各色用の照明装置と、
   前記各色用の照明装置からの各色光を、画像情報に応じてそれぞれ変調する各色用の光変調装置と、
   前記各色用の光変調装置でそれぞれ変調された各色の像光を合成して射出する光合成光学系と、
   前記光合成光学系を経て合成された像光を投射する投射光学系と
   を備えるプロジェクタ。
   
   

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