JP3610835B2

JP3610835B2 - 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置

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Publication number: JP3610835B2
Application number: JP23092499A
Authority: JP
Inventors: 正一内山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2019-08-17
Also published as: JP2001056451A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置およびそれを用いた投写型表示装置に関し、特に液晶を利用した電気光学装置の画像を拡大投写する投写型表示装置に好適なものである。
【０００２】
【背景技術】
最近、液晶を利用したこの種の投写型表示装置（液晶プロジェクタ）は、投写画像の明るさとその均一性を示す照度比の改善に注目が集まっている。これらを同時に実現する技術としては、フライアイレンズの組み合わせにより光束を分割し液晶パネル上で重畳させるとともに、その光路上で偏光分離および偏光変換をする、いわゆるインテグレータ偏光変換光学系が主流になってきている。この光学系は明るさと照度比の２つの特性を両立させる一つの解ではあるが、液晶パネルへの入射光線の発散角が広がるため、一方では、それを低減させるための照明系も望まれている。
【０００３】
液晶パネルへの入射光線の発散角を低減しつつ照度比を改善する技術としては、特開平９−１６００３４号公報のようなロッドレンズを用いた照明系が提案されている。これらは、ロッドレンズ出射端面で複数の光源像を重畳し、その出射端面の照明情報を液晶パネル上に結像する光学系であるため、比較的小型の液晶パネルに対しても入射光線の発散角を低減することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したロッドレンズを用いた照明系は、比較的小型の液晶パネルをターゲットにして入射光線の発散角を低減することを目的とした光学系であるが、偏光変換光学系を併用しながら本来の特徴を維持する照明系は実現されていない。従って、後述するような例えばマイクロレンズを利用した単板型の投写型表示装置のように入射光線の平行性が重要視される光学系では明るさと照度比とがトレードオフの関係にあった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的とするところは、比較的小型の光学系により、被照射面への入射光線の平行性を維持しながら、明るく照度比の高い照明光を得られる棒状の光学部材を用いた照明装置を実現することにある。また、その照明装置を用いることによって、明るく照度比の高い画像投写の可能な投写型表示装置を実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）前記目的を達成するため、本発明の照明装置は、
光源手段からの光束を偏光軸が互いに略直交する第１及び第２の直線偏光光束に分離し、棒状の光学部材の入射面より入射しその内部にて反射させて出射面から出射し、前記出射光束を被照射面に対して照射する照明装置において、
前記第１及び第２の直線偏光光束の偏光軸が前記棒状の光学部材の側面と略直交するように、前記第１及び第２の直線偏光光束を前記棒状の光学部材の入射面より入射させることを特徴とする。
【０００７】
さらに、本発明の照明装置は、
棒状の光学部材と、
光源手段からの光束を偏光軸が互いに略直交する第１及び第２の直線偏光光束に分離し、棒状の光学部材の入射面より入射する入射光学系と、
前記棒状の光学部材内で反射させて出射面から出射される出射光束を被照射面に対して照射する出射光学系とを含み、
前記入射光学系は、
前記第１及び第２の直線偏光光束の直線偏光軸が前記棒状の光学部材の側面と略直交するように、前記第１及び第２の直線偏光光束を前記棒状の光学部材の入射面より入射させることを特徴とする。
【０００８】
光源手段からの光束を、棒状の光学部材の前段で、偏光軸が互いに略直交する第１及び第２の直線偏光光束に分離することは、照明装置の小型化を図る上で有効である。その反面、前記直線偏光光束の偏光軸と棒状の光学部材の反射面の相対的な位置関係を厳重に管理しておかなければ、棒状の光学部材内にて反射を繰り返し伝搬する途中で楕円偏光が発生するため、光の利用効率が悪いという問題がある。
【０００９】
本発明者は、棒状の光学部材内を直線偏光光束が反射を繰り返しながら伝搬する際に、楕円偏光成分が発生する原因を検討した。その結果、棒状の光学部材内で光線が反射する際の全反射により、Ｐ偏光とＳ偏光の間に位相差が生じ、前記楕円偏光が発生することを見出した。
【００１０】
この現象を最小に抑えるためには、棒状の光学部材内で反射する光線が反射面に対してＰ偏光もしくはＳ偏光成分のみを有する必要がある。この条件を全ての光線に適用する事は不可能であるが、統計的に見た場合に前記楕円偏光の発生を最小に抑え得る構成が存在する。
【００１１】
本発明によれば、第１及び第２の直線偏光光束の直線偏光軸が、棒状の光学部材の側面（反射面）と略直交するように、第１及び第２の直線偏光光束を棒状の光学部材の入射面より入射させる構成を採用する。
【００１２】
これにより、第１及び第２の偏光光束が、棒状の光学部材内を反射を繰り返しながら伝搬する場合でも、統計的に見た場合、直線偏光光束が棒状の光学部材内で反射する際のＰ偏光とＳ偏光の混在率を最も低く抑える事が可能となり、発生する楕円偏光成分が極めて少なく、この結果、棒状の光学部材からの出射光は高い直線偏光特性を維持することになる。
【００１３】
このように、本発明によれば、棒状の光学部材の前段側において光源手段からの光を第１及び第２の直線偏光光束に分離し、棒状の光学部材に入射した場合でも、光の利用効率を低下させることが無いため、比較的小型の光学系により、被照射面の入射光線の平行性を維持しながら、明るく照度の高い照明光を得ることができる棒状の光学部材型の照明装置を実現できる。
【００１４】
（２）また、本発明の照明装置は、
前記棒状の光学部材内を伝播する前記第１及び第２の直線偏光光束の光軸を中心軸として、前記偏光軸を時計方向及び反時計方向の少なくとも一方に角度調整する角度調整手段を含むことが好ましい。
【００１５】
ここにおいて、前記角度調整手段は、
前記中心軸を中心として、時計方向及び反時計方向の少なくとも一方に前記入射光学系と棒状の光学部材との相対角度を調整するように形成することが好ましい。
【００１６】
例えば、棒状の光学部材の出射面側にスクリーンを設け、このスクリーン上に照射される出射光の輝度をモニタしながら、第１及び第２の直線偏光光束の直線偏光軸を時計方向及び反時計方向の少なくとも一方に角度調整し、その輝度が最大となる角度位置を見つけ出し、その角度に第１及び第２の直線偏光光束の偏光軸を固定する。
【００１７】
このようにすることにより、第１及び第２の直線偏光光束を、その直線偏光軸が棒状の光学部材の側面と略直交するように棒状の光学部材の入射面より入射させるように光学系を調整することができる。
【００１８】
（３）また、本発明の照明装置は、前記棒状の光学部材に入射あるいは出射される一方の光束を他方の光束の直線偏光軸に変換する偏光変換手段を含むように形成することが好ましい。
【００１９】
（４）また、本発明において、前記入射光学系は、
光源手段と、
該光源手段からの光束を偏光軸が互いに略直交する第１及び第２の直線偏光光束に分離する偏光分離手段と、
前記第１及び第２の直線偏光光束を空間的に２つの異なる位置に集光する第１の集光手段と、
前記第１及び第２の直線偏光光束の偏光軸を揃える偏光変換手段と、
を含み、
前記棒状の光学部材は、
２つの異なる位置の一方に集光された光を入射面より入射しその内部にて反射させて出射面に出射する第１の棒状の光学部材と、
前記２つの異なる位置の他方に集光された光を入射面より入射しその内部にて反射させて出射面に出射する第２の棒状の光学部材と、
を含み、
前記出射光学系は、
前記２つの棒状の光学部材からそれぞれ出射され偏光軸が互いに合わされた２つの光束を被照射面に対して集光する第２の集光手段を含むように形成することが好ましい。
【００２０】
本発明の構成によれば、光源手段からの光束を偏光分離した２つの光束を棒状の光学部材によって拡散させないように重畳（インテグレーション）してそれぞれ射出し、偏光軸を合わせた状態でその２つの光束により照明する構成であるので、被照射面の照明に対する光利用効率を向上でき、その照射面での輝度むらも低減することができる。棒状の光学部材の面での反射を利用した棒状の光学部材により光拡散を少なくしてその出射面に重畳した光を射出するので、光束の広がりが少なく小型の照射面に対して比較的平行性の高い照明を行うことができる。
【００２１】
さらに、本発明の照明装置において、前記第２の集光手段は、前記第１および第２の棒状の光学部材の出射面からの光束を被照射面に集光する際に、該各出射面から出射された光束を前記被照射面上で互いに重畳するように形成することが好ましい。
【００２２】
以上の構成によれば、２つの棒状の光学部材の断面形状を被照射面と相似形にすることができるため、十分な大きさの入射面が確保可能となり、棒状の光学部材への集光効率を高めることができる。また、棒状の光学部材からの２つの光束を重畳することによって被照射面内の照度比を高めることができる。
【００２３】
また、本発明の照明装置において、前記第２の集光手段は、前記第１および第２の棒状の光学部材の出射面からの光束を被照射面に集光する際に、該各出射面から出射された光束を被照射面上の異なる位置に集光する、あるいは前記第２の集光手段は、前記第１および第２の棒状の光学部材の出射面の照明情報を被照射面に結像する際に、該２つの照明情報を互いに並列の関係で被照射面上に結像するように形成してもよい。
【００２４】
以上の構成によれば、棒状の光学部材からの２つの光束を重畳せずに被照射面上に集光させるため、被照射面への入射光線の平行性を高めることができる。また、重畳することによる光量損失がなくなり効率を高めることができる。
【００２５】
さらに、本発明において、前記偏光分離手段は、前記光源手段からの光束を前記２つの直線偏光光束に分離する偏光分離面と、該偏光分離面を透過した直線偏光光束を反射する反射面とを有し、該偏光分離面と反射面とが互いに傾いて配置されることが好ましい。
【００２６】
以上の構成によれば、偏光分離面により反射された光束とそれを透過し反射面により反射された光束とが異なる方向に出射されるため、２つの光束を確実に分離した状態で集光することができ、その後の偏光変換の効率を高めることができる。
【００２７】
さらに、本発明において、前記第１および第２の棒状の光学部材は、断面形状が互いに等しく形成することが好ましい。
【００２８】
以上の構成によれば、２つの棒状の光学部材からの出射光の状態をおおむね合わせることができるため、被照射面上での照度比を高めることができる。また、棒状の光学部材の製造も容易で、２つの棒状の光学部材を近接して配置することができる。
【００２９】
さらに、本発明において、前記第１および第２の棒状の光学部材の入射面のうちの少なくとも一方に、入射する光束の偏光軸を回転させる偏光変換手段をさらに設けることが好ましい。
【００３０】
以上の構成によれば、偏向手段によって入射光束の入射方向を変化させることによって棒状の光学部材の各内面と入射光束との関係を各内面間で揃えることができるため、被照射面上での照度比を高めることができる。
【００３１】
前記偏光変換手段として１／２波長板を用いることができる。
【００３２】
以上の構成によれば、偏光変換手段を棒状の光学部材の比較的小型の入射または出射面に容易に配置可能で、確実な偏光変換が可能である。
【００３３】
（５）また、本発明の照明装置において、
前記入射光学系は、
光源手段と、
該光源手段からの光束を偏光軸が互いに略直交する第１及び第２の直線偏光光束に分離する偏光分離手段と、
前記第１の直線偏光光束の直線偏光軸を前記第２の直線偏光光束の直線偏光軸に揃えるように変換して前記偏光分離手段に出射する偏光変換手段と、
前記偏光分離手段を透過する前記第１及び第２の直線偏光光束の進行方向を同一方向に揃えて出射する偏向手段と、
該偏向手段により進行方向が揃えられた前記第１及び第２の直線偏光光束を集光し、前記棒状の光学部材の入射面より入射する集光手段と、
を含むように形成することが好ましい。
【００３４】
以上のように、光源手段からの光束を偏光変換し、その後棒状の光学部材により光束を拡散させずに拡散するはずの光成分を重畳させて出射する構成を採用し、この重畳された光を被照射面に照射するので、光束の広がりが少なく小型の照射面に対して比較的平行性の高い照明を行うことができる。
【００３５】
さらに、本発明の照明装置において、前記偏向手段は複数の略三角形形状の凸部が形成されたプリズムアレイであり、前記偏光分離手段を出射した前記第１及び第２の直線偏光光束が前記略三角形状の凸部に対して略対称に入射するように配置される、あるいは前記偏向手段はプリズム列が形成されたプリズムアレイであり、前記偏光分離手段を出射された２つの直線偏光光束が前記プリズム列に対して略対称に入射するように配置されることが好ましい。
【００３６】
以上の構成によれば、非常に狭い空間の中で入射する２つの直線偏光光束の進行方向を揃え合成することができる。
【００３７】
また、前記入射光学系は、
該光源手段からの光束を平行化する反射手段を含み、前記偏光分離手段を用いて該反射手段からの光束を振動方向が互いに略直交する２つの直線偏光光束に分離するように形成することが好ましい。
【００３８】
上記構成を採用することにより、光源手段からの比較的平衡性の高い光束を偏光変換し、その後棒状の光学部材によってインテグレーションして消滅する構成であるので、偏光分離の際の効率及び偏光変換の効率を高めることができる。
【００３９】
さらに、前記入射光学系は、
前記第１及び第２の直線偏光光束を収束させ前記棒状の光学部材の入射面に一次光源像を結像させ、
前記棒状の光学部材は、
入射面に入射される一次光源像からの光束を内面反射によって複数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成し、
前記出射光学系は、
前記複数の二次光源像を集光し被照射面に照射するように形成することが好ましい。
【００４０】
このような構成とすることにより、棒状の光学部材の面での反射を利用したインテグレーションにより、光束の広がりが少なく、小型の照射面に対して比較的平衡性の高い効率のよい照明を行うことができる。
【００４１】
さらに、前記偏光分離手段は、前記光源手段からの光束を前記第１及び第２の直線偏光光束に分離する偏光分離膜を斜面に有する直角プリズムを用い、該直角プリズムの一側面側に前記光源手段が配置され、他の側面側に前記偏光変換手段が配置されるように形成することが好ましい。
【００４２】
以上の構成によれば、偏光分離手段から出射される２つの直線偏光光束を偏光分離手段の同一の面から出射させることができるため、以後の光束合成が容易であり、従って偏光変換のための光学系全体が小型化される。
【００４３】
さらに、前記偏光分離手段は、前記偏光分離膜の出射側に前記偏光分離膜から出射される光束の方向を制御するための光束方向制御手段を有するように形成することが好ましい。
【００４４】
以上の構成によれば、光束方向制御手段から出射される光束の、偏向手段に対する入射角を調整することができるため、入射光束の透過効率を高めるとともに、偏光分離膜によって光束の出射方向を調整する必要がなくなるため、偏光分離膜を形成する多層膜の構成の自由度が向上する。さらに、その偏光分離膜の出射側に光束方向制御手段を配置するため偏光分離膜の保護を兼ねることもできる。
【００４５】
また、本発明の照明装置において、
前記偏向手段はプリズム列が形成されたプリズムアレイであり、前記偏光分離手段を出射された２つの直線偏光光束が前記プリズム列に対して略対称に入射するように配置されるように形成することが好ましい。
【００４６】
（６）また、本発明の投写型表示装置は、上記の照明装置と、該照明装置からの光束を複数の色光に分離する分光手段と、該分光手段からの光束を変調する電気光学装置と、該電気光学装置によって形成された光を投写する投写手段とを備えることを特徴とする。
【００４７】
本発明の構成によれば、比較的平行性が高く照度比の高い照明光を用いることにより、照度比が高く明るい投写画像を得ることができる。また、照明光に平行性が要求される例えば単板型の投写型表示装置を高輝度、高照度比で実現することができる。
【００４８】
さらに、本発明は、上記本発明の投写型表示装置において、前記分光手段は、前記照射手段あるいは前記結像手段と前記電気光学装置との間に配置されることを特徴とする。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、図面などを参照しながら、本発明の実施の形態をあげて、さらに詳細に説明する。
【００５０】
（照明装置の第１の実施形態）
図１は、本発明による照明装置の第１の実施形態を示す図である。
【００５１】
本実施の形態の照明装置は、光束インテグレーション機能である棒状の光学部材として、例えばロッドレンズを用いる。
【００５２】
そして、本実施の形態の照明装置は、ロッドレンズ５と、前記ロッドレンズ５に直線偏光光束を入射する入射光学系１００と、ロッドレンズから出射される出射光束を被照射面に対して照射する出射光学系２００とを含む。
【００５３】
前記ロッドレンズ５は透明な導光材料、例えばガラス材によって形成された柱状の中実ロッドであり、光束が入射する入射端面と、光束を反射させて伝達する４つの反射面と、伝達された光束が射出される射出端面と、を有する６面体である。この場合、４つの反射面では光損失を伴わない全反射を生じ、それを利用して光の伝達を行うため、中実ロッドを用いたロッドレンズでは高い光伝達効率を実現できる。なお、前記ロッドレンズ５は光反射性材料、例えば反射ミラー（表面反射ミラーが望ましい）によって形成された筒状の中空ロッドであっても良い。その場合には、中空ロッドの内側に向けられた光反射性部材の反射面で光は表面反射され、屈折率が低い空気中を光は伝達する。そのため、先の中実ロッドに比べて光伝達効率はやや低下するものの、ロッドレンズの長さ（Ｚ軸方向の寸法）を短くできる特徴がある。
【００５４】
本実施の形態において、前記ロッドレンズ５は、第１のロッドレンズ５ａと、第２のロッドレンズ５ｂとを含んで構成され、両ロッドレンズ５ａ、５ｂは、それぞれが図２に示すように、同一の断面形状に形成され、互いに隣接配置されている。ここでは、断面が長方形状に形成されている。
【００５５】
前記入射光学系１００は、光源手段１からの光束を直線偏光軸が互いにほぼ直交する第１及び第２の直線偏光光束に分離し、この第１及び第２の直線偏光光束を、前記ロッドレンズ５に入射するように構成されている。
【００５６】
ロッドレンズ５は、入射面より入射された光をその内部で反射させて出射面から出射する。
【００５７】
このとき、ロッドレンズ５は、入射された光束を反射によって複数の光束に分割して出射し複数の二次光源像を形成するように機能する。
【００５８】
前記出射光学系２００は、ロッドレンズ５から出射される光束を集光し被照射面を有する液晶パネル９を照明する。
【００５９】
本実施の形態では、被照射面を有する電気光学装置として液晶パネルを例にとって説明している。
【００６０】
以下に、前記各部材の構成をより詳細に説明する。
【００６１】
前記入射光学系１００は、光源手段であるランプ１と、反射手段であるリフレクタ２と、偏光分離手段である偏光ビームスプリッタ３と、第１の集光手段である集光レンズ４と、偏光変換手段である１／２波長板７とを含む。
【００６２】
ランプ１から出射された光束は、パラボラ形状のリフレクタ２によって反射され略平行光束となって偏光ビームスプリッタ３に入射される。
【００６３】
偏光ビームスプリッタ３は、斜面に偏光分離膜（偏光分離面）３ｃが形成された直角プリズム３ａ（断面が直角三角形の角柱プリズム）と、断面くさび形状のくさび形プリズム３ｂとが偏光分離面３ｃを介して接着剤にて接合されてなる。この偏光分離面３ｃはプリズム３ａと３ｂの接合面のどちらに形成してから接合しても構わない。
【００６４】
従って、偏光ビームスプリッタ３に入射された平行光束は、偏光分離面３ｃによって振動方向が互いに略直交するＰ偏光光束（紙面と水平方向の偏光軸を有する第１の直線偏光光束）とＳ偏光光束（紙面と垂直方向の偏光軸を有する第２の直線偏光光束）とに分離され、Ｓ偏光光束は反射されて偏光ビームスプリッタ３の出射面から出射される。
【００６５】
偏光分離面３ｃを透過したＰ偏光光束はくさび形プリズム３ｂの斜面によって全反射され、くさび形状の頂角に応じた角度だけＳ偏光とは異なった方向に偏光ビームスプリッタ３の出射面から出射される。
【００６６】
図には光源１からの光の光軸が偏光分離面３ｃで分離されてＳ偏光光束とＰ偏光光束で異なる方向に反射されることが、一点鎖線で図示される。偏光ビームスプリッタ３に入射する光束は、リフレクタ２によって平行化された直後の平行性の高い光束であるため、偏光ビームスプリッタ３による偏光分離の効率を高められる構成となっているが、光源１からの光を平行化する集光レンズを設けて平行化した光を偏光ビームスプリッタ３に入射しても構わない。なお、くさび形プリズム３ｂは、プリズムでなくミラー等の反射面を同様の角度で配置しても構わないし、また、くさび形プリズム３ｂの斜面に反射膜を形成して全反射させても構わない。
【００６７】
集光レンズ４は、互いに異なる方向から入射するＳ偏光光束とＰ偏光光束とを集光し、２つの光束をロッドレンズ５ａ，５ｂに入射するように射出する。そして、集光レンズ４からその焦点距離隔てた位置近傍で空間的に異なる位置に、Ｓ偏光光束による一次光源像Ｇ１ａとＰ偏光光束による一次光源像Ｇ１ｂとが形成される。この際、Ｓ偏光光束は、ロッドレンズ５ａの入射面に配置される偏光変換手段としての１／２波長板７を通過することによってその偏光面が略９０゜回転され、ロッドレンズ５ａに入射する際はほぼＰ偏光光束に変換されている。このように偏光変換手段として１／２波長板７を使うことは、簡易な方法で確実な偏光変換を行う上で有効である。従って、ロッドレンズ５ａ，５ｂからの出射光は、偏光面（偏光軸）を同じ方向に揃えたＰ偏光の２つの光束とされる。なお、１／２波長板７を配置する位置は、本実施形態ではグラスロッド５の入射面に配置したが、出射面に配置しても構わない。また、実施の形態に限らず、上記１／２波長板７をロッドレンズ５ｂの入射面に配置して、Ｐ偏光光束の偏光面を略９０゜回転させて、ロッドレンズ５ａ，５ｂからの出射光をＳ偏光に揃えた２つの光束として出射するように構成しても構わない。
【００６８】
ロッドレンズ５ａ，５ｂは、断面形状が互いに略等しい柱状のガラス製の中実ロッドであり、互いに近接して平行に配置される。ロッドレンズ５ａ，５ｂに入射された２つのＰ偏光光束は、ロッドレンズ５ａ，５ｂ内で内面反射を繰り返し、例えば図３に示すような、複数の二次光源像Ｇ２、Ｇ３、…を形成する。
【００６９】
図２は、ロッドレンズ５ａ，５ｂによる光束分割作用の説明図である。ロッドレンズ５ａ，５ｂの断面形状はそれぞれ図２（Ａ）に示すように横ａ、縦ｂの大きさの四角形であり、それぞれ互いに対向する側面の内面は反射面として機能し、互いには平行である。図では、２つのロッドレンズ５ａ，５ｂの近接面が接するように図示されているが、間隙を開けてもよい。すなわち、図において、縦方向の４反射面は互いに平行で、横方向の４反射面は互いに平行である。また、ａとｂの比は被照射面である液晶パネル９の画素領域（表示領域）の形状の比と略等しく、それらは相似形である。このようにロッドレンズ５ａ，５ｂの形状を互いに合わせることは両者の出射面における照明情報を合わせる点でも、両方のロッドレンズを共通に製造できる製造の容易さの点でも有利である。
【００７０】
同図において、光の進行方向がＺ軸の正方向、光の進行方向（Ｚ軸の正方向側）から見て３時の方向をＸ軸の正方向、１２時の方向をＹ軸の正方向とする。
【００７１】
ロッドレンズ５ａ，５ｂの長さは、二次光源像Ｇ２、Ｇ３、…からの光束の中心光線（一点鎖線で図示される光軸）がロッドレンズの出射面の中心を通るように設定されている。この際、この断面形状を、ロッドレンズの入射面へ集光レンズ４によって集光される入射光束がロッドレンズが無い状態の場合に生じ得る光束の広がりより十分に小さくなるように設定すると、光束の一部がロッドレンズの内面で反射されて一次光源像の虚像となる二次光源像Ｇ２、Ｇ３、…が複数生成される。各二次光源像は内面反射によるものである。図示される一次光源像はＧ１であり、これはロッドレンズの内面での反射無しに出射面に出射される光成分の虚像である。このように、内面反射回数毎に二次光源像が形成され、複数の二次光源像からの光束がロッドレンズ５ａ，５ｂの出射面上で重畳され、その出射面に対するロッドレンズ内からの光出射方向も様々な方向からの重畳された光となるため、その出射面上には明るさのムラが低減され照度比を高められた照明情報が形成されることになる。そしてこのロッドレンズ５ａ，５ｂの出射面に射出された光束は、それぞれ結像レンズ８によって被照射面である液晶パネル９に照射される。
【００７２】
本実施の形態の特徴は、図２（Ａ）に示すように、ロッドレンズ５ａ，５ｂの入射端面に、集光レンズ４を介して入射される第１の直線偏光光束の直線偏光軸６００ａと、第２の直線偏光光束の直線偏光軸６００ｂとが、ロッドレンズ５ａ，５ｂの相対向する側面と略直交するように、これら各直線偏光光束をロッドレンズ５ａ，５ｂの入射端面より入射させるという構成を採用したことにある。
【００７３】
言い換えると、四角柱形状をしたロッドレンズ５ａ，５ｂに入射される直線偏光光束の偏光軸６００ａ，６００ｂが、ロッド５ａ，５ｂの相対向する側面と直交するように、第１の入射光学系１００とロッドレンズ５との相対的な位置関係が設定される。
【００７４】
なお、直線偏光光束の一方であるＳ偏光光束は、１／２波長板７によれ９０゜回転され、Ｐ偏光光束に揃えた光束として入射されることとなるが、直線偏光軸がロッド５ａの相対向する側面と略直交する、という関係は維持される。
【００７５】
これにより、直線偏光光束がロッドレンズ５ａ，５ｂ内を、全反射しながら伝搬する場合でも、楕円偏光成分が発生することはない。
【００７６】
この結果、ロッドレンズ５ａ，５ｂ内で、直線偏光光束が全反射を繰り返しながら伝搬し、ロッドレンズ５ａ，５ｂの出射面から出射される場合でも、図２（Ｂ）に示すように出射される直線偏光光束の偏光軸６００ａ，６００ｂは直線性を維持し、楕円偏光成分を含むことがないため、入射光と同じ絶対値、具体的には同一の振幅を持つことになる。
【００７７】
以上説明したように、本実施の形態では、ロッドレンズ５の前段側において、ランプ１から供給された光を第１及び第２の直線偏光光束に分離した場合でも、これら各直線偏光光束をロッドレンズ５内において楕円偏光を発生させることなく伝搬させることができるため、ランプ１から供給される有効に利用し、照度比の高い照明装置を実現することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態において、液晶パネル９は電気光学装置の一例であって、ツイステッドネマチック型、強誘電型など偏光板を必要とする液晶を用いた場合は、図示しない一対の偏光板の間に液晶パネル９を介在させて構成する。また、高分子分散型などの光散乱型の液晶の場合は、偏光板を用いずに液晶パネルだけ配置する。液晶パネル９は、複数の画素がマトリクス状に配置されており、各画素毎にその画素の表示情報に応じた電圧を印加して、各画素毎に出射光量を可変させて入射光の変調を行う。液晶パネル９が透過型液晶パネルである場合には、入射側と反対側から光出射され、その変調光により画像表示がなされる。先に述べたように、ロッドレンズの断面形状は液晶パネル９の画素領域に応じた相似形状であるため、この出射面での光束の断面形状も画素領域と相似形状となり、結像レンズ８により照射された光は液晶パネル９の画像領域とほぼ一致又は包含するように照射すると、光の利用効率は高くできる。また、２つのロッドレンズ５ａ，５ｂからの出射光を、偏光面を同一に揃えて液晶パネル９に対して重畳しており、さらに各ロッドレンズからの出射光束も本来は拡散する光をロッドレンズ内部で反射させて重畳して光利用効率を上げ尚且つ光束の断面において明るさのムラを低減した光束であるため、液晶パネル９の画像領域には非常に明るい光照射を行うことができる。
【００７９】
なお、図１に示すように、ロッドレンズ５ｂに入射する光束の中心光線はくさび形プリズム３ｂの頂角に応じて傾いている。一方ロッドレンズ５ａ，５ｂは図１のように平行に配置されるため、前記の中心光線とロッドレンズ５ｂの反射面とは角度をなしてしまう。そこで本実施形態においては、ロッドレンズ５ｂの入射面に入射光束を偏向する偏向手段であるテーパ構造を設け、ロッドレンズ５ｂの入射面にテーパを付け、入射する中心光線（実線で示す光軸）の方向をテーパ部の屈折作用によってロッドレンズ５ｂの出射面の中心側に変化させている。これにより入射光束とロッドレンズ５ｂの反射面との関係をおおむね対称な形に揃えることができるため、グラスロッ５ｂの出射面上においてもロッドレンズ５ａのそれと同様に照度比の高い照明情報を形成することができる。
【００８０】
結像レンズ８は、２つのレンズとから形成される。各レンズは両者の結合部の境界線に対して対称形状であり、それぞれの光軸中心Ｃ１はロッドレンズ５ａ，５ｂから出射される光束の光軸Ｃ２、Ｃ３に対して平行で、結合部側に偏心している。この結像レンズ光軸中心Ｃ１の偏心量および結像レンズ８の焦点距離は、図１に示すように、ロッドレンズ５ａ，５ｂのからの光束の中心の照明情報を液晶パネル９の画素領域の中心にほぼ結像するように設定されている。以上の構成であるので、ロッドレンズ５ａ，５ｂの出射面上の照明情報は、結像レンズ８の屈折作用によって液晶パネル９上に互いに重畳される形で結像される。従って、ロッドレンズ５ａ，５ｂの内面反射による出射面への光の重畳に、結像レンズ８による２つのロッドレンズからの出射光束の重畳が加わるため、液晶パネル９上の照明光の照度比を高めることができる。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態によれば、ロッドレンズ５ａ，５ｂが有する面（反射面）での反射を利用することによってインテグレーションをするため、光束の広がりが少なく小型の液晶パネル等の電気光学装置に対しても比較的平行性の高い照明を、高効率かつ高照度比で行うことができる。
【００８２】
このとき、第１及び第２のロッドレンズ５ａ，５ｂの入射端面に集光レンズ４介して入射される直線偏光光束は、図２（Ａ）のようにその偏光軸はほぼ直交している。本実施の形態では、前述したように一方のロッドレンズ５ａ入射する直線偏光光束を、自分の１／２波長板７を用いて９０゜回転させ、他方の直線偏光光束とその偏光軸を揃えるように構成されている。具体的には、各ロッド５ａ，５ｂの入射される各直線偏光光束は、図２（Ｂ）に示すように、その偏光軸が揃えられたものとなる。
【００８３】
前述したように、本実施の形態は、このように偏光軸が揃えられた第１及び第２の直線偏光光束を、図２（Ｂ）に示すように、ロッドレンズ５ａ，５ｂの側面とその直線偏光面が略直交するように、これら各直線偏光光束をロッドレンズ５ａ，５ｂの入射面より入射させ、伝搬させるという構成を採用している。
【００８４】
従って、ロッドレンズ５ａ，５ｂの内面反射面と直交する仮想平面内において、各直線偏光光束が反射面での反射を繰り返しながらロッドレンズ内を伝搬する。このため、直線偏光光束は反射面での反射を行う場合に、楕円偏光成分が発生することはなく、この結果各直線偏光光束は、直線偏光を保持しながら伝搬されることになる。この結果、ロッドレンズ５ａ，５ｂからの出射光の、各直線偏光光束の直線偏光特性が損なわれることがない。
【００８５】
このように本実施の形態によれば、ロッドレンズ５ａ，５ｂの前段側において、光源からの光束を偏光軸が互いにほぼ直交する第１、第２の直線偏光に分離した場合でも、光の利用効率が高いロッドレンズ型の照明装置を実現することができる。
【００８６】
（照明装置の第２の実施形態）
図４には、本発明に係る照明装置の第２の実施の形態が示されている。なお、前記第１の実施の形態と対応する部材には同一を付しその説明は省略する。
【００８７】
前記実施の形態では２本のロッドレンズ５ａ，５ｂを用いているが、本実施の形態では、１本のロッドレンズ５を用いる。
【００８８】
入射光学系１００は、光源手段であるランプ１と、反射手段であるリフレクタ２と、偏光分離手段である偏光ビームスプリッタ２０と、偏光変換手段として機能する１／４波長板１０と、反射ミラー１１と、偏光手段としてのプリズムアレイ１２と、集光レンズ４とを含んで構成される。
【００８９】
ランプ１から出射された光束は、パラボラ形状のリフレクタ２によって反射され略平行光束となって偏光ビームスプリッタ２０に入射される。
【００９０】
偏光ビームスプリッタ２０は、斜面に偏光分離膜（偏光分離面）２０ａが形成された直角プリズム（断面が直角三角形の角柱プリズム）であり、その一方の側面２０Ｂ側にランプ１およびリフレクタ２が配置され、他方の側面２０ｃに近接または接触あるいは接着して１／４波長板１０および反射ミラー１１が配置される。従って、偏光ビームスプリッタ２０に入射された平行光束は、偏光分離面２０ａによって振動方向が互いに略直交するＰ偏光光束（紙面と水平方向の偏光軸を有する）とＳ偏光光束（紙面と垂直方向の偏光軸を有する）とに分離され、Ｓ偏光光束は反射されて偏光ビームスプリッタ２０の側面２０ｃから出射されて１／４波長板１０に入射される。一方、Ｐ偏光光束Ｐ１は偏光分離面２０ａを透過されて偏光ビームスプリッタ２０から出射される。図には光源１からの光の光軸が偏光分離面２０ｃで分離されてＳ偏光光束とＰ偏光光束で異なる方向に反射されることが、一点鎖線で図示される。なお、偏光ビームスプリッタ２０に入射する光束は、リフレクタ２によって平行化された直後の平行性の高い光束であるため、偏光ビームスプリッタ２０による偏光分離の効率を高められる構成となっているが、光源１からの光を平行化する集光レンズを設けて平行化した光を偏光ビームスプリッタ２０に入射しても構わない。
【００９１】
偏光変換手段である１／４波長板１０は位相差板であり、その光学軸を入射する直線偏光光束の振動方向と４５゜傾斜させて配置することにより、入射する直線偏光光束（実施例の構成ではＳ偏光光束）を円偏光光束に変換し、逆に入射する円偏光光束を直線偏光光束に変換する。従って、前述のようにして１／４波長板１０に入射されたＳ偏光光束は反射ミラー１１への出射時には円偏光光束に変換され、反射ミラー１１で反射されることによって円偏光光束の回転方向が逆転され、再び１／４波長板１０に入射される。１／４波長板１０に再び入射された円偏光光束は偏光ビームスプリッタ２０側へ出射されるときにはＰ偏光光束の直線偏光に変換される。その後この変換されたＰ偏光光束Ｐ２は偏光ビームスプリッタ２０の偏光分離面２０ａを透過して出射される。
【００９２】
プリズムアレイ１２は、偏光ビームスプリッタ２０の偏光分離面２０ａの外側に、面２０ａと平行になるように配置され、面２０ａに対向する平面とは反対側に略鋸歯形状の凸部を一次元方向（紙面に垂直な方向）に有するレンズである。このプリズムアレイ１２により、偏光ビームスプリッタ２０から出射された２つの直線偏光光束Ｐ１，Ｐ２を略平行光に偏向して出射する。なお、出射される２つのＰ偏光光束Ｐ１，Ｐ２は光軸１３に対して対称な幅を持った光束となっている。
【００９３】
集光レンズ４は、２つの直線偏光光束Ｐ１，Ｐ２を、光軸１３の延長線上に集光し、２つの光束をロッドレンズ５に入射するように射出し、ロッドレンズ５の入射面に光源像Ｇ１を形成する。
【００９４】
ロッドレンズ５は、入射される光を内部で反射しながらその出射面に光を伝播する柱状グラスである。ロッドレンズ５の出射面には、入射面から入射された光が拡散するのではなく、反射面で１回反射されて出射される光や反射面で２回反射されて出射される光やそのより多数回反射されて出射される光となって重畳されて出射される。したがって、ロッドレンズ５では、入射面の光源像Ｇ１が反射の回数に応じて分割され、それが出射面で重畳されるので、出射面形状に応じた断面形状で、その光束内の光分布が重畳によってほぼ均一化された光束として出射される。この出射光束は、集光レンズ８により液晶パネル９に対して照射される。ロッドレンズ５の出射面の断面形状は液晶パネル９と相似形状であることが好ましい。
【００９５】
このように、本発明では、ランプ１から出射し平行化された直後の平行性の高い光束に対して偏光分離および偏光変換を行うため、偏光分離および偏光変換の効率が高められている。また、２つの直線偏光光束Ｐ１，Ｐ２を同一の面である偏光分離面２０から出射させることができるため、後述する光束合成が容易であり、従って偏光変換のための光学系が小型化されている。
【００９６】
以上の説明から明らかなように、偏光ビームスプリッタ２０の偏光分離面２０ａから出射された２つのＰ偏光光束Ｐ１，Ｐ２は、光軸１３を含み図１の紙面に直交する面に対して対称な関係にある。従って、その面あるいはそれに平行な面に対して対称な断面形状のプリズム列からなるプリズムアレイ１２を透過させることにより、その出射方向を揃え合成させることができる。
【００９７】
プリズムアレイ１２は、透明な樹脂またはガラスより形成され、その入射面は平面形状であり、出射面は前述のような対称関係にあるプリズム列が多数形成されたアレイである。すなわち、プリズムアレイ１２のプリズム列の各凸部は、光軸１３の方向に対してそれぞれ左右対称の斜面形状である。なお、プリズム列の数は適宜設定可能である。Ｐ偏光光束Ｐ１およびＰ２はプリズムアレイ１２の入射面で屈折され、対応するプリズム列の面で再度屈折されて、それぞれＰ偏光光束となって互いに平行な関係で出射される。このとき、各プリズム列の頂角は下式の関係を満たすように設定される。
【００９８】
ｓｉｎα＝ｎ・ｓｉｎβ
ｎ・ｃｏｓ（β＋θ）＝ｃｏｓθ
【００９９】
なお、ここでｎはプリズムアレイ１２の屈折率、αはプリズムアレイ１２への光線の入射角、βはプリズムアレイ１２内の光線の屈折角、θはプリズムアレイ１２の頂角の半角を示す。例えば、仮に入射角αを４５゜、プリズムアレイ１２の屈折率を１．５とすれば、θは約２４．５゜となる。
【０１００】
なお、偏光ビームスプリッタ２０を構成する直角プリズムは、偏向手段であるプリズムアレイ１２の入射面となる平面に接着させて構成してもよい。その場合、偏光分離膜（偏光分離面）２０ａは、直角プリズムの斜面ではなく、プリズムアレイ１２の入射面に形成しても構わない。また、偏光分離膜（偏光分離面）２０ａをプリズムアレイ１２の入射面に形成した場合は、直角プリズムを無くし、反射ミラー１１の反射面に１／４波長板１０を配置した構成だけにしても構わない。
【０１０１】
このプリズムアレイ１２から略平行光に揃えられて出射される２つの直線偏光光束は、集光レンズ４に入射され、そこでおおよそ平行に入射された２つのＰ偏光光束を集光し、集光レンズ４からその焦点距離隔てた位置に配置されたロッドレンズ５の入射面近傍に１つの一次光源像Ｇ１を形成されることになる。
【０１０２】
ロッドレンズ５は、透明なガラスまたは樹脂製の中実ロッドである。ロッドレンズ５に入射されたＰ偏光光束は、ロッドレンズ５内で反射を繰り返し前記実施の形態と同様に複数の二次光源像を形成する。
【０１０３】
本実施の形態の特徴は、このようにして入射光学系１００からロッドレンズ５へ入射される２つのＰ偏光光束Ｐ１，Ｐ２を、この偏光光束の直線偏光軸がロッドレンズ５の相対向する側面と略直交するように、入射光学系１００とロッドレンズ５との相対的な位置関係を設定したことにある。これにより、ロッドレンズ５に入射する偏光光束Ｐ１，Ｐ２は、ロッドレンズ５の反射面と直交する面内において反射を行うため、この反射時に楕円偏光成分が発生するとはない。これにより、ロッドレンズ５の前段において、光源からの光束を互いに略直交するＰ偏光光束、Ｓ偏光光束に分離した場合でも、ロッドレンズ５内の伝搬時における楕円偏光の発生を効果的に防止し、光の利用効率の高い小型で高性能の照明装置を実現することができる。
【０１０４】
なお、ロッドレンズ５内における反射回数毎に二次光源像が形成され、複数の二次光源像からの光束がロッドレンズ５の出射面上で重畳され、その出射面に対するロッドレンズ内からの光出射方向もいろいろな方向からの重畳された光となるため、この出射面上には明るさのむらが低減され照度比が高められた照明情報が得られることになる。
【０１０５】
そして、本実施の形態の出射光学系２００では、ロッドレンズ５の出射面上に射出された光束は、結像レンズ８によって被照射面である液晶パネル９上に結像されるので、液晶パネル９には照度比が高められた照明光により照明されることになる。
【０１０６】
（照明装置の第３の実施形態）
図５は、本発明による照明装置の第３の実施形態を示す図である。
【０１０７】
なお、前記各実施形態と同様の構成要素については同一符号を付けて説明を省略する。
【０１０８】
本実施の形態の特徴は、前記ロッドレンズ５と、入射光学系１００との相対的な位置関係を制御し、直線偏光光束の直線偏光軸が、ロッドレンズ５の相対向する側面と略直交するように、入射光学系１００からロッドレンズ５へ入射する直線偏光光束の角度調整を行う角度調整手段４００を設けた点にある。
【０１０９】
このため、本実施の形態の入射光学系１００は、全体として１つの入射光学系ユニット３１０として形成され、その外周にはセクタ状の歯車４２０が設けられている。
【０１１０】
そして、本実施の形態の角度調整手段４００は、モータ４１０を有し、その回転軸に、前記歯車４２０とかみ合うように歯車４１２が設けられている。
【０１１１】
そして、図示しない制御手段により、モータ４１０を駆動することにより、ロッドレンズ５へ入射する直線偏光光束の振動面（偏光軸）の角度を、ロッドレンズ５内を伝搬する直線偏光光束の光軸を中心軸として、時計方向及び反時計方向に角度調整する。
【０１１２】
そして、図示しない制御手段を用いてモータ４１０を回転駆動し、液晶パネル９上における輝度（または液晶パネル９を介してスクリーン上に照射した画像の輝度）が最も高くなるように、前記角度θを調整する。前記輝度が最も高くなる位置が、ロッドレンズ５内を伝搬する直線偏光光束の直線偏光軸が、ロッドレンズ５の内面反射面と略直交する角度となる。このようにすることにより、ロッドレンズ５の相対向する側面と直線偏光面とが直交するように、入射光学系１００からロッドレンズ５へ直線偏光光束を確実に入射させることができる。
【０１１３】
（投写型表示装置の実施形態）
図６は、本発明による投写型表示装置の実施形態の全体の構成を示す図である。本実施形態の投写型表示装置は、前述した照明装置の各実施形態のいずれかの照明装置を用いることができるが、図６には一例として第２の実施形態を用いて示している。従って、以上の照明装置の実施形態において説明した事項は、本実施形態でも同様であるので、共通する事項についての説明は省略する。
【０１１４】
すでに説明したように、本発明の照明装置ではロッドレンズ５の出射面上の照明情報（出射面の形状に沿って出射される光束）が結像レンズ８により相似拡大されて液晶パネル９を照明することになる。従って、液晶パネル９の大きさにもよるが、結像レンズ８と液晶パネル９または集光レンズ６２（集光レンズ６２は入射光を平行化して液晶パネル９に照射する）との間には、拡大率に応じた空間が生じる。当然のことながら、この距離が大きくなるほど液晶パネル９への入射光線の平行性は高まることになる。本実施形態においては、この空間を利用し分光手段であるダイクロイックミラー６０を配置した。
【０１１５】
ダイクロイックミラー６０は、赤色光、緑色光、青色光を選択的に反射または透過する互いに異なる波長選択反射膜がそれぞれ形成された３枚のダイクロイックミラー６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂを備えている。例えば、ダイクロイックミラー６０Ｒは、赤色光を反射し、緑色光、青色光を透過するミラーである。ダイクロイックミラー６０Ｇは、ダイクロイックミラー６０Ｒを透過した緑色光、青色光をさらに分離するミラーであって、緑色光を反射して、青色光を透過する。ダイクロイックミラー６０Ｂは、ダイクロイックミラー６０Ｇを透過した青色光を反射するミラーである。各ダイクロイックミラー６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂは、互いに所定の角度を持って配置されており、反射された光はそれぞれ異なる方向から液晶パネル９に入射する。本実施形態では液晶パネル９入射前に集光レンズ６２を透過しその屈折作用を受けるが、光束の分離状態は保たれる。なお、ダイクロイックミラー６０は３枚のダイクロイックミラーとしているが、光学的に最後のミラー（６０Ｂ）は全反射ミラーでもよく、少なくとも２つのダイクロイックミラーを用いれば分光手段は構成できる。また、ダイクロイックミラーでなくとも波長選択反射膜が形成されたプリズムに置き換えてもよい。また、赤色光、緑色光、青色光の色光の分光の順序はいずれでも構わない。
【０１１６】
図７は、図６における液晶パネル９の拡大図である。液晶パネル９は、上記の各光束をそれぞれ対応する画素に集光するためのマイクロレンズアレイ７１を備えたアクティブマトリクス液晶パネルであり、それらの前後には不図示の一対の偏光板が配置される。液晶パネル９は、２枚の硝子等の透明基板７２、７３の間にツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶７４が封入され、一方の基板７４には共通電極７５および不要光を遮光するためのブラックマトリクス７６等が形成され、他方の基板７３には画素電極７７、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）７８等が形成され、ＴＦＴ７８を介して画素電極７７に電圧が印加されると共通電極７５との間に挟まれた液晶７４が駆動される構成である。なお、他方の基板７３には、複数の走査線と複数のデータ線が交差して配置され、その交差部付近にＴＦＴ７８がゲートを走査線、ソースをデータ線、ドレインを画素電極７７に接続して配置される。そして、走査線には順次選択電圧が印加され、それに応じてオンした水平方向の画素のＴＦＴ７８を介して各画素の駆動電圧が画素電極７７に書き込まれる。ＴＦＴ７８は非選択電圧の印加によりオフとなり印加された駆動電圧を図示されない蓄積容量等に保持する。液晶パネルの開口部（ブラックマトリクス７６の開口部）に相当する領域に画素電極７７は配置され、ＴＦＴ７８と画素電極７７（必要に応じて画素電極に接続された蓄積容量）よにより各画素が構成される。なお、液晶７４はＴＮ型だけでなく、強誘電型や反強誘電型、この他水平配向型、垂直配向型など種々用いることが可能である。なお、共通電極７５は各画素電極７７に対して共通の全面電極として形成されている。
【０１１７】
また、エッチング等により硝子板上に形成されたマイクロレンズアレイ７１と一方の基板７４とが、マイクロレンズや一方の基板より低屈折率の樹脂層３１を介して互いに接着されている。マイクロレンズアレイ７１の単位レンズ（レンズの凸部または凹部）は、液晶パネル９の水平方向（走査線方向）の画素ピッチの３倍に相当するピッチを有し、ダイクロイックミラー６０を異なる角度で反射して出射する赤色光、緑色光、青色光がマイクロレンズアレイ７１の各単位レンズに異なる角度で入射し、この各単位レンズにより赤色光、緑色光、青色光がそれぞれ水平方向に隣接して単位レンズと対応する３つの画素の画素電極７７付近で集光されるようになる。マイクロレンズアレイ７１の各単位レンズは、各色光をこのレンズと対応する３つの隣接画素の画素電極に入射光を集光するような焦点距離を有する。図においては、液晶パネルに対して略直進して入射される緑色光Ｇはマイクロレンズアレイ７１の単位レンズにより画素電極７７Ｇに集光されてそのまま出射される。一方、ダイクロイックミラー６０Ｒと６０Ｂが６０Ｇに対して有する角度に対応した角度で、緑色光Ｇに対して互いに対称に入射される赤色光Ｒと青色光Ｂは、単位レンズにより画素電極７７Ｒと２９Ｂにそれぞれ集光され、緑色光Ｇと対称な角度をもって出射される。なお、ダイクロイックミラー６０での分光の順序が異なれば、それに応じて図７に示される液晶パネル９への色光の入射位置も異なる。
【０１１８】
上記のようにして液晶パネル９の画素電極７７近傍で集光した各光束は、液晶パネル９に印加された信号に応じた変調を受けて出射し、投写手段である投写レンズ２１によって前方のスクリーン２２上に拡大投写される。隣接する３つの画素により変調された３つの色光は、投写レンズ２１によりスクリーン２２上において同位置に重なるように投写される。なお、本投写型表示装置は、スクリーン２２を背面から投写するリア型でも、前面から投写するフロント型でも構わない。
【０１１９】
本実施形態によれば、比較的平行性が高く照度比の高い照明光を用いることにより、照度比が高く明るい投写画像を得ることができる。また、本実施形態で説明したような、照明光に高い平行性が要求される単板型の投写型表示装置を高輝度、高照度比で実現することができる。その際、ダイクロイックミラー６０を結像レンズ８と液晶パネル９との間に配置したので、インテグレーション（重畳）の終わった照明光に対して原色光への分離が確実に行われその後の分光の乱れも少ない。さらに、ダイクロイックミラー６０によって光路を折り曲げるため、図７に示すように光学系を小型化することができる。
【０１２０】
なお、本実施形態は単板型の投写型表示装置に限られるものではなく、液晶パネルを３枚用いた３板式の投写型表示装置に対しても適応可能である。また、液晶パネルは透過型に限定されず反射型の液晶パネルでも構わない。
【０１２１】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形や変更が可能である。
【０１２２】
例えば、画素の配列順序はマイクロレンズの中心に緑色光の画素を配置する場合について説明したが、その中心に赤色光または青色光の画素を配置しても構わない。また、ロッドレンズは中実のものについて説明したが、中空（外枠が硝子で中心が空洞の円柱。この場合は硝子内面で光反射する。）のライトパイプでも構わない。また、各図で説明したＳ偏光とＰ偏光は、逆であっても構わない。
【０１２３】
なお、本発明におけるロッドレンズは、硝子や樹脂からなる柱状（棒状）の光伝播材を指す。
【０１２４】
以上詳しく説明したように、本発明の照明装置によれば、比較的小型の光学系により、被照射面への入射光線の平行性を維持しながら、明るく照度比の高い照明光を得ることができる。また、その照明装置を用いることによって、明るく照度比の高い画像投写の可能な投写型表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による照明装置の第１の実施形態を示す図。
【図２】本発明による照明装置のプリズムアレイの説明図。
【図３】本発明による照明装置のロッドレンズによる光束分割の説明図。
【図４】本発明による照明装置の第２の実施形態を示す図。
【図５】本発明による照明装置の第３の実施形態を示す図。
【図６】本発明による投写型表示装置の実施形態を示す図。
【図７】本発明による投写型表示装置の液晶パネルの説明図。
【符号の説明】
１ランプ
２リフレクタ
３偏光ビームスプリッタ
４集光レンズ
５、５ａ、５ｂロッドレンズ
７１／２波長板
８集光レンズ
９液晶パネル
１０１／４波長板
１１反射ミラー
１２プリズムアレイ
２０偏光ビームスプリッタ
１００入射光学系
２００出射光学系
４００角度調整手段

Claims

光源手段からの光束を偏光軸が互いに略直交する第１及び第２の直線偏光光束に分離し、棒状の光学部材の入射面より入射しその内部にて反射させて出射面から出射し、前記出射光束を被照射面に対して照射する照明装置において、
前記棒状の光学部材は、第１の棒状の光学部材及び第２の棒状の光学部材を含んで構成され、
前記第１及び第２の直線偏光光束の偏光軸が前記棒状の光学部材を構成する第１の棒状の光学部材及び第２の棒状の側面と略直交するように、前記第１及び第２の直線偏光光束を前記第１の棒状の光学部材及び第２の棒状の光学部材の各入射面より入射させるように形成されたことを特徴とする照明装置。
棒状の光学部材と、
光源手段からの光束を偏光軸が互いに略直交する第１及び第２の直線偏光光束に分離し、棒状の光学部材の入射面より入射する入射光学系と、
前記棒状の光学部材内にて反射させて出射面から出射される出射光束を被照射面に対して照射する出射光学系とを含み、
前記入射光学系は、
前記光源手段と、
該光源手段からの光束を偏光軸が互いに略直交する前記第１及び第２の直線偏光光束に分離する偏光分離手段と、
前記第１及び第２の直線偏光光束を空間的に２つの異なる位置に集光する第１の集光手段と、
を含み、
前記第１及び第２の直線偏光光束の直線偏光軸が前記棒状の光学部材の側面と略直交するように、前記第１及び第２の直線偏光光束を前記棒状の光学部材の入射面より入射させるように形成され、
前記棒状の光学部材は、
２つの異なる位置の一方に集光された光を入射面より入射しその内部にて反射させて出射面に出射する第１の棒状の光学部材と、
前記２つの異なる位置の他方に集光された光を入射面より入射しその内部にて反射させて出射面に出射する第２の棒状の光学部材と、
を含み、
前記出射光学系は、
前記２つの棒状の光学部材からそれぞれ出射された２つの光束を被照射面に対して集光する第２の集光手段を含むことを特徴とする照明装置。
請求項１、２のいずれかにおいて、
前記棒状の光学部材内を伝播する前記第１及び第２の直線偏光光束の光軸を中心軸として、前記偏光軸を時計方向及び反時計方向の少なくとも一方に角度調整する角度調整手段を含むことを特徴とする照明装置。
請求項３において、
前記角度調整手段は、
前記中心軸を中心として、時計方向及び反時計方向の少なくとも一方に前記入射光学系と棒状の光学部材との相対角度を調整することを特徴とする照明装置。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記棒状の光学部材に入射あるいは出射される一方の光束を他方の光束の直線偏光軸に変換する偏光変換手段を含むことを特徴とする照明装置。
請求項２、請求項２に従属する請求項３〜５のいずれかにおいて、
前記第２の集光手段は、
前記第１および第２の棒状の光学部材の出射面からの光束を被照射面に集光する際に、該各出射面から出射された光束を前記被照射面上で互いに重畳することを特徴とする照明装置。
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記第１および第２の棒状の光学部材は、断面形状が互いに等しいことを特徴とする照明装置。
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記偏光分離手段は、
前記光源手段からの光を前記第１及び第２の直線偏光光束に分離する偏光分離面と、
該偏光分離面を透過した直線偏光光束を反射する反射面とを有し、
該偏光分離面と反射面とが互いに傾いて配置されることを特徴とする照明装置。
請求項５、請求項５に従属する請求項６〜８のいずれかにおいて、
前記偏光変換手段は１／２波長板であることを特徴とする照明装置。
請求項１〜９のいずれかに記載の照明装置と、
該照明装置からの光束を複数の色光に分離する分光手段と、
該分光手段からの光束を変調する電気光学装置と、
該電気光学装置によって形成された光を投写する投写手段と、
を備えることを特徴とする投写型表示装置。
請求項１０に記載の投写型表示装置において、
前記分光手段は、
前記結像手段あるいは前記照射手段と前記電気光学装置との間に配置されることを特徴とする投写型表示装置。