JP3642190B2 - 偏光照明装置および投写型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源ランプからの発散光をリフレクタで反射することにより略平行な出射光として出射する照明装置、偏光照明装置および投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置としては、平行光を出射する照明装置と、照明装置から出射された平行光を変調する液晶ライトバルブ等の光変調素子と、この光変調素子によって変調された光束を投写面上に拡大投写する投写レンズとを有するものが知られている。中でも、反射型液晶ライトバルブを光変調素子として用いた投写型表示装置では、反射型液晶ライトバルブを照明する照明光と、反射型液晶ライトバルブで変調され画像情報を含んだ投写光とを、偏光状態の違いを利用して空間的に合成あるいは分離する必要があるため、一般的には大型の偏光ビームスプリッタがその目的のために利用される。
【０００３】
さらに、光の利用効率を高めるために、液晶ライトバルブで利用できない偏光光束を、当該液晶ライトバルブで利用可能な偏光光束に変換するための偏光変換装置が組み込まれることも多く、特に、透過型液晶ライトバルブや反射型液晶ライトバルブを光変調素子として用いた投写型表示装置では一般的である。尚、偏光変換装置にも、やはり偏光ビームスプリッタが使用される場合が多い。
【０００４】
図９には反射型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の典型的な例を示してある。この図に示すように、投写型表示装置１０００は、照明装置１００と、照明装置１００から出射された照明光を反射型液晶ライトバルブ２００に導く偏光ビームスプリッタ３００と、反射型液晶ライトバルブ２００によって変調された光をスクリーン４００に拡大投写する投写光学系５００とを有している。照明装置１００は、光源ランプ１１０と、この光源ランプ１１０からの発散光を反射するリフレクタ１２０とを備え、当該発散光をリフレクタ１２０で反射することにより略平行な照明光を出射する。
【０００５】
投写型表示装置１０００において、照明装置１００から出射された照明光は、偏光ビームスプリッタ３００の偏光分離面３００ａに入射し、そこでＰ偏光光束とＳ偏光光束に分離される。分離後の一方の偏光光束（例えば、Ｓ偏光光束）は、その進行方向が９０度折り曲げられて反射型液晶ライトバルブ２００に導かれ、他方の偏光光束は偏光分離面３００ａを透過する。この液晶ライトバルブ２００に導かれた偏光光束は、そこで画像情報に基づいて変調された後、同一の光路を戻り再び偏光ビームスプリッタ３００の偏光分離面３００ａに入射する。反射型液晶ライトバルブ２００で変調された光は、変調時に偏光面の回転作用を受けて他方の偏光光束（Ｐ偏光光束）に変化している。このため、この変調された光は偏光分離面３００ａを透過して投写光学系５００に到り、この投写光学系５００によってスクリーン４００に拡大投写される。
【０００６】
ここで、偏光ビームスプリッタ３００の偏光分離面３００ａは、誘電体多層膜等から構成され、その偏光分離特性は大きな入射角依存性を有している。図１０に拡大して示すように、この偏光分離面３００ａは光路（Ｚ方向）に対して４５度傾斜した状態となるように配置され、偏光分離面３００ａに入射した光のうち、例えば、Ｐ偏光光束Ｐをそのまま透過し、Ｓ偏光光束Ｓを直角に反射する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、照明装置の光源は完全な点光源ではないので、照明装置からの出射光は、完全な平行光ではなく、所定の拡がりをもった非平行光となる。このため、投写型表示装置に組み込まれた偏光ビームスプリッタ３００の偏光分離面３００ａには、Ｘ方向（横方向）およびＹ方向（縦方向）に拡がりを持つ光（非平行光）が入射することになる。このような非平行光の入射に起因して次のような問題が発生する。
【０００８】
偏光分離面３００ａの偏光分離特性は一般に光の入射角に依存する。特に、Ｘ方向における入射角依存性は、偏光分離面３００ａとなる偏光分離膜の膜特性を工夫することによってある程度小さくすることが出来るが、Ｙ方向における入射角依存性を小さくすることは非常に難しい。その理由は、入射角がＹ方向に傾くに従って、偏光分離面３００ａの法線と入射光によって規定される平面と、偏光分離面３００ａとのなす角度が９０度からずれるため、偏光分離面３００ａから出射される２つの直線偏光（Ｐ偏光光束ＰとＳ偏光光束Ｓ）の偏光方向が回転するためである。これは偏光ビームスプリッタ３００の偏光分離面３００ａとそこに入射する光の立体的な位置関係により決まる本質的な現象であり、偏光分離膜の膜特性を工夫することでは回避出来ない現象である。
【０００９】
このため、偏光分離面３００ａでは、特にＹ方向に広がりを持つ非平行光をＰ偏光光束ＰとＳ偏光光束Ｓとに完全に偏光分離することができない。この結果、偏光ビームスプリッタから出射されるＰ偏光光束ＰおよびＳ偏光光束Ｓには、それぞれＳ偏光成分およびＰ偏光成分の光が混在する。このように偏光状態の分離が不完全な偏光光束を投写型表示装置における画像形成用の光として用いると、投写画像の明るさ及びコントラストが低下してしまう。
【００１０】
勿論、この現象は偏光ビームスプリッタを用いて構成した偏光変換装置に対しても当てはまり、投写画像の明るさを低下させる原因となる。
【００１１】
上記の点に鑑みて、本発明の課題は、偏光ビームスプリッタによって偏光分離が精度良く行われる形態の光束を出射可能な照明装置を提案することにある。
【００１２】
また、本発明の課題は、偏光変換装置が組み込まれた投写型表示装置において、光の利用効率が高い照明装置を提案することにある。
【００１３】
さらに、本発明の課題は、この新規な構成の照明装置を光源として備えた偏光照明装置および投写型表示装置を提案することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明では、光源ランプと、この光源ランプの発散光を反射して略平行光として出射するためのリフレクタとを有する照明装置において、前記発散光のランプ光軸に直交する直交平面内における光強度の分布曲線は、前記ランプ光軸を中心とする縦長あるいは横長の非円形形状であり、前記光源ランプの発光管は、当該非円形形状の光強度分布曲線が得られるように、前記直交平面に沿って切断した場合の肉厚が当該発光管の円周方向に沿って変化していることを特徴としている。
【００１５】
本発明の照明装置では、光源ランプの発光管からは非円形形状の光強度分布曲線を持った光が発光されるので、リフレクタで反射して得られる光の光強度分布曲線も、ランプ光軸を中心とする縦長あるいは横長の非円形形状となる。すなわち、本発明の照明装置によれば、従来の照明装置の出射光に比べ、所定の方向の拡がりが大きく、その方向に直交する方向の拡がりが小さい光束を出射できる。従って、光の拡がりが大きな方向（非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向）と偏光ビームスプリッタの偏光分離方向とが一致するように照明装置を配置することによって、照明装置からの出射光を偏光ビームスプリッタで２種類の偏光光束（Ｓ偏光光束とＰ偏光光束）に精度良く偏光分離できる。また、本発明の照明装置を、光の広がりが大きな方向と、偏光ビームスプリッタを用いて構成した偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置することによって、偏光変換装置において照明装置からの出射光を他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束に変換できる。
【００１６】
ここで、前記発光部としては、当該発光部を前記直交平面に沿って切断した場合に、その内側輪部およびその外側輪部の一方の断面形状が円により実現され、他方の輪部の断面形状が楕円により実現されるものを採用できる。また、前記直交平面内に沿って切断した場合の肉厚が均一な円形発光部と、この円形発光部の外周面に取り付けられた肉厚調整部材とを備えたものであっても良い。
【００１７】
本発明の照明装置は、一種類の偏光光束のみを出射可能な偏光照明装置の光源として利用することができる。すなわち、照明装置と、この照明装置から出射された光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束と前記Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換装置とを有する偏光照明装置の照明装置として利用できる。
【００１８】
この場合、本発明の照明装置を、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置すれば、前述したように、偏光変換装置において照明装置からの出射光を他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束に変換できる。
【００１９】
また、本発明の照明装置は、次の偏光照明装置の光源として利用することも可能である。すなわち、照明装置と、当該照明装置から出射された光束を複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記中間光束が集束する位置付近に配置された第２の光学要素とを有し、前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束と前記Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換装置と、それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを備えている偏光照明装置の照明装置として利用できる。
【００２０】
この場合においても、本発明の照明装置を、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置すれば、偏光変換装置において照明装置からの出射光を他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束に変換できる。
【００２１】
本発明の照明装置は、投写型表示装置の照明装置として用いることが可能である。すなわち、照明装置と、この照明装置から出射された光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離する偏光分離素子と、当該偏光分離素子によって分離された一方の偏光光束を変調する反射型光変調素子と、当該反射型光変調素子によって変調された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有する投写型表示装置の前記照明装置として本発明の照明装置を用いることができる。
【００２２】
この場合、本発明の照明装置を、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光分離素子の偏光分離方向とが一致するように配置すれば、前述したように、照明装置からの出射光を偏光ビームスプリッタ（偏光分離素子）でＰ偏光光束とＳ偏光光束とに精度良く偏光分離できる。このため、本発明の投写型表示装置の光学系においては、他の偏光光束の混入の少ない高精度のＰ偏光光束およびＳ偏光光束を得ることができる。これにより、これらの偏光光束を画像形成用の光として用いることが可能となるので、投写画像のコントラスト及び明るさを向上できる。
【００２３】
また、本発明の照明装置は、次の投写型表示装置の照明装置として適用できる。その投写型表示装置は、照明装置と、当該照明装置から出射された光束を複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記中間光束が集束する位置付近に配置された第２の光学要素と、前記第２の光学要素から出射された光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離する偏光分離素子と、前記偏光分離素子によって分離された一方の偏光光束を変調する反射型光変調素子と、前記反射型光変調素子によって変調された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有し、前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束と前記Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換装置と、それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを備えたものである。
【００２４】
この場合、本発明の照明装置を、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向及び前記偏光分離素子の偏光分離方向とが一致するように配置すれば、偏光変換装置によって分離された偏光光束の双方を画像形成用の光として利用できるので、投写型表示装置における光の利用効率を向上できる。
【００２５】
さらに、本発明の照明装置は、次の投写型表示装置の照明装置としても適用可能である。その投写型表示装置は、照明装置から出射された光束を複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記中間光束が集束する位置付近に配置された第２の光学要素と、この光学要素から出射された光を変調する透過型光変調素子と、前記透過型光変調素子により変調が施された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有し、前記第２の光学要素は、前記中間光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換装置と、それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを備えたものである。
【００２６】
このような構成の場合も、本発明の照明装置を、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置すると、前述したように、偏光変換装置で他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束に変換できる。このため、この偏光光束を画像形成用の光として利用できるため、コントラストと明るさに優れた投写画像を得ることができる。
【００２７】
なお、第１および第２の光学要素を備えた構成の投写型表示装置の場合、第１の光学要素と第２の光学要素との間、あるいは第２の光学要素の内部に、集光レンズアレイを配置することによって、偏光変換装置における偏光変換効率を向上できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（照明装置）
以下に図面を参照して本発明を適用した照明装置を説明する。図１（Ａ）は照明装置の概略断面構成図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。図１に示す照明装置１は、光源ランプ２からの発散光をリフレクタ３によって反射して、ランプ光軸Ｍに略平行な出射光として出射する形式のものである。なお、以下の説明においては、特にことわりのない限り、互いに直交する３方向を便宜的にＸ方向（横方向）、Ｙ方向（縦方向）、Ｚ方向（ランプ光軸Ｍの方向）とする。
【００２９】
光源ランプ２としては、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ等を使用できる。光源ランプ２の発光管４は、その中央には断面が楕円形状をした球状の発光部５が形成されている。この発光部５の両側には外側（Ｚ方向）に細長く直線的に伸びる封止部６、７が一体形成されている。発光部５の内部には、電極芯棒が所定の位置に配置されている。また、例えば、沃化ジスプロシウム、沃化ネオジム、沃化セシウム等の金属ハロゲン化物が封入されている。
【００３０】
リフレクタ３には、放物面状の反射面８が備わっており、この反射面８の前端縁によって前面開口９が規定されている。反射面８に照射された光源ランプ２からの発散光はランプ光軸Ｍに略平行な出射光として反射される。反射面８からはその背面側に向けて筒型のランプ取付け部１０が延びている。このランプ取付け部１０に、光源ランプ２の一方の封止部７が挿入されている。
【００３１】
なお、光源ランプ２は、封止部７に口金が取り付けられ、この口金を介してランプ取付け部１０に挿入された後、耐熱性の接着剤等によって固定される。また、光源ランプ２は、管軸とランプ光軸Ｍが水平となるようにリフレクタ３に取り付けられ、発光部５が取付け部の底部中央から所定の量だけ前方に突き出た状態で固定される。
【００３２】
ここで、発光部５から発光された発散光におけるランプ光軸Ｍに直交する直交平面（ＸＹ平面）での光強度の分布曲線は、ランプ光軸Ｍを中心としてＸ方向に長い非円形形状をしている。発光管４の発光部５は、当該非円形形状の光強度分布曲線が得られるように、直交平面（ＸＹ平面）に沿って切断した場合の肉厚が当該発光管４の円周方向に沿って変化している。
【００３３】
詳しく説明すると、発光部５の内側輪部１１は、直交平面（ＸＹ平面）に沿って切断した場合の断面形状が真円形をしている。また、発光部５の外側輪部１２は直交平面（ＸＹ平面）に沿って切断した場合の断面形状がＸ方向に長い楕円形をしている。この内側輪部１１および外側輪部１２によって規定されている肉厚部分１３の断面形状は、ランプ光軸Ｍから見て短軸方向（Ｙ方向）の厚さ１３ａが最も薄く、ランプ光軸Ｍから見て長軸方向（Ｘ方向）の厚さ１３ｂが最も厚くなるように徐々に変化する形状となっている。このような形状をしている肉厚部分１３にはレンズと同じ効果が生じる。
【００３４】
このような発光部５では、内部で発光した光は、図１（Ｂ）に実線で示すように、肉厚部分１３のレンズ効果による屈折を受けて、その出射角度がＹ方向からＸ方向にそのレンズ効果の程度に応じた角度だけ傾く。この結果、図１（Ｃ）に示すように、発光部５からの発散光における直交平面（ＸＹ平面）での光強度分布プロファイルＨは、ランプ光軸Ｍを中心としたＸ方向に長い非円形形状となる。この強度分布曲線Ｈの意味するところは、照明装置１から出射される光の内、Ｘ軸の近傍を通過する光線の割合が大きく（つまり光線密度が大きい）、Ｘ軸から離れた位置を通過する光線の割合は小さい（つまり光線密度が小さい）ということである。この発散光は、リフレクタ３の反射面８に照射され、そこで反射されてランプ光軸Ｍに略平行な光に変換される。
【００３５】
照明装置１の出射光のプロファイルは、従来の照明装置の出射光のそれに比べて、光線密度がＸ軸の近傍に局在化したものとなる。従って、照明装置１で光線密度の高い領域が分布する方向（Ｘ方向）と偏光ビームスプリッタ（偏光分離素子）の偏光分離方向（横方向）とが一致するように、照明装置１と偏光ビームスプリッタとを配置すれば、縦方向に大きな角度を伴って偏光ビームスプリッタに入射する光が少なくなるため、偏光ビームスプリッタから出射される２つの直線偏光（Ｐ偏光光束ＰとＳ偏光光束Ｓ）の偏光方向が回転する程度とその光束量を小さく抑え込むことが出来る。従って、照明装置１からの出射光を偏光ビームスプリッタでＰ偏光光束ＰおよびＳ偏光光束Ｓに精度良く偏光分離できる。また、当該照明装置１を、そこから出射される光の光強度分布プロファイルにおける光線密度の高い領域が分布する方向（Ｘ方向）と偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置することにより、光量低下を招くことなく、効率良く偏光変換を行うことが可能である。
【００３６】
なお、偏光ビームスプリッタの偏光分離方向とは、図１０に示す偏光ビームスプリッタ３００の入射面３００ｂにおける横方向（Ｘ方向）である。また、偏光ビームスプリッタを用いて構成した偏光変換装置の偏光分離方向も、偏光ビームスプリッタの入射面における横方向である。
【００３７】
照明装置１においては、発光管４の代わりに、図２（Ａ）に示すように、Ｙ方向に長い楕円形断面をした内側輪部１４と、円形断面をした外側輪部１５とを備えた発光部５Ａを有する発光管を採用することも可能である。また、図２（Ｂ）に示すように、直交平面（ＸＹ平面）に沿って切断した場合の肉厚が均一の円形発光部１６と、この円形発光部１６の外周面に肉厚調整部材１７ａ、１７ｂとを備えた構成の発光部５Ｂを有する発光管４であっても良い。肉厚調整部材１７ａ、１７ｂとしては、例えば、円形発光部１６の左右の側部に取り付けた状態で発光部５Ｂの直交平面（ＸＹ平面）における断面形状が発光部５と同じ形状になるものを使用すれば良い。
【００３８】
これらの発光部５Ａ、５Ｂを備えた発光管であっても、実質的な肉厚部分１３は、前述した発光部５を備えた発光管４と同様に、肉厚部分１３の断面形状は、ランプ光軸Ｍから見て短軸方向（Ｙ方向）の厚さ１３ａが最も小さく、ランプ光軸Ｍから見て長軸方向（Ｘ方向）の厚さ１３ｂが最も大きくなるように徐々に変化する形状となる。このため、肉厚部分１３のレンズ効果によって、発光管の発散光における直交平面（ＸＹ平面）での光強度分布曲線は、図１（Ｃ）に示したような非円形形状となる。
【００３９】
（偏光照明装置の第１の例）
次に、この照明装置１を備えた偏光照明装置を説明する。図３（Ａ）にはその偏光照明装置の一例を示してある。この図に示す偏光照明装置１Ａは、基本的には、照明装置１と、この照明装置１から出射された光束をＳ偏光光束ＳとＰ偏光光束Ｐとに分離する偏光分離素子としての２つの偏光ビームスプリッタ３５、３６と、この偏光ビームスプリッタ３５、３６によって分離された２つの偏光光束のうち、Ｐ偏光光束ＰをＳ偏光光束Ｓに変換する偏光変換素子としてのλ／２位相差板３９とから構成されている。
【００４０】
照明装置１から出射された光束のほぼ全成分は２つの偏光ビームスプリッタ３５、３６の入射面３５ｂ、３６ｂに入射する。各偏光ビームスプリッタ３５、３６はランプ光軸Ｍに対して４５度傾斜した偏光分離面３５ａ、３６ａを備えており、これらの偏光分離面３５ａ、３６ａは互いに直交するように設定されている。偏光ビームスプリッタ３５、３６の入射面３５ｂ、３６ｂに入射した照明装置１からの光束のうち、その光束に含まれるＰ偏光光束Ｐはそれぞれの偏光分離面３５ａ、３６ａを透過し、Ｓ偏光光束Ｓはそれぞれの偏光分離面３５ａ、３６ａで外側に向けて折り曲げられる。これらのＳ偏光光束Ｓは、偏光ビームスプリッタ３５、３６における出射面３５ｃ、３６ｃから出射する。
【００４１】
出射面３５ｃの外側には、偏光分離面３５ａと平行な反射面を有する反射ミラー３７が配置され、出射面３６ｃの外側には、偏光分離面３６ａと平行な反射面を有する反射ミラー３８が配置されている。出射面３５ｃから出射したＳ偏光光束Ｓは反射ミラー３７で直角に反射されて、ランプ光軸Ｍに平行な光束になる。また、出射面３６ｃから出射したＳ偏光光束Ｓは反射ミラー３８で直角に反射されて、ランプ光軸Ｍに平行な光束になる。
【００４２】
各偏光分離面３５ａ、３６ａを透過したＰ偏光光束Ｐは入射面３５ｂ、３６ｂと対峙している出射面３５ｄ、３６ｄから出射する。これらの出射面３５ｄ、３６ｄにはλ／２位相差板３９が設置されている。出射面３５ｄ、３６ｄから出射したＰ偏光光束Ｐは、λ／２位相差板３９を通過する際に偏光面の回転作用を受けＳ偏光光束Ｓへと変換される。この結果、照明装置１から出射された光束は一種類の偏光光束（Ｓ偏光光束Ｓ）に変換されて照明領域９０を照射する。
【００４３】
ここで、図３（Ｂ）に示すように、偏光照明装置１Ａにおいては、照明装置１を、そこから出射される光の光の強度分布プロファイルにおける光線密度の高い領域が分布する方向（Ｘ方向）が偏光ビームスプリッタ３５、３６の偏光分離方向（Ｘ方向）に一致するように配置してある。照明装置１と偏光ビームスプリッタ３５、３６をこのような配置関係にすると、前述したように、偏光ビームスプリッタ３５、３６において、照明装置１からの出射光を他の偏光成分の混入の少ないＳ偏光光束ＳおよびＰ偏光光束Ｐに偏光分離できる。この偏光分離されたＰ偏光光束ＰにはＳ偏光成分がほとんど含まれていないので、λ／２位相板３９によって変換されたＳ偏光光束ＳにもＰ偏光成分はほとんど存在しない。このため、偏光照明装置１Ａによって、他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束（本例では、Ｓ偏光光束）を得ることができる。
【００４４】
（偏光照明装置の第２の例）
図４（Ａ）には偏光照明装置の異なる例を示してある。この図に示す偏光照明装置１Ｂは、照明装置１と、この照明装置１から出射された光束を複数の中間光束に分割する第１の光学要素６１と、中間光束が集光する位置付近に配置された第２の光学要素６２とを有している。
【００４５】
照明装置１は、ランプ光軸Ｍがシステム光軸Ｎに対して一定の距離ＤだけＸ方向に平行シフトした状態となるように配置されている。照明装置１から出射された光束は、第１の光学要素６１に入射する。
【００４６】
第１の光学要素６１は、ＸＹ平面上で矩形状の外形を有する複数の光束分割レンズ６１ａをマトリクス状に配列して構成されており、ランプ光軸Ｍが第１の光学要素６１の中心に来るように、照明装置１と第１の光学要素６１との位置関係が設定されている。第１の光学要素６１に入射した光は、光束分割レンズ６１ａにより複数の中間光束６１ｂに分割され、同時に光束分割レンズ６１ａの集光作用により、システム光軸Ｎと垂直な平面内（ＸＹ平面内）の中間光束が集束する位置に光束分割レンズの数と同数の集光像６１ｃを形成する。光束分割レンズ６１ａのＸＹ平面上における外形形状は、照明領域９０の形状と相似形をなすように設定される。本例では、ＸＹ平面上でＸ方向に長い横長の照明領域９０を想定しているため、光束分割レンズ６１ａのＸＹ平面上における外形形状も横長である。なお、この照明領域９０は、後述する投写型表示装置においては、その装置内の液晶ライトバルブにおける画像形成領域に相当する。
【００４７】
集光像６１ｃが形成される位置近傍には、システム光軸Ｎに対して垂直な平面内（ＸＹ平面内）に第２の光学要素６２が配置されている。この第２の光学要素６２は、集光レンズアレイ６３、遮光板６４、偏光変換装置６８および結合レンズ６７から大略構成される複合体である。なお、第１の光学要素６１に入射する光束の平行性が極めて良い場合には、第２の光学要素６２から集光レンズアレイ６３を省略した構成としても良い。この第２の光学要素６２は、中間光束６１ｂのそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに空間的に分離した後、一方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃え、偏光方向がほぼ揃ったそれぞれの光束を照明領域に導くような機能を有している。
【００４８】
集光レンズアレイ６３は、第１の光学要素６１とほぼ同様な構成となっており、即ち、第１の光学要素６１を構成する光束分割レンズ６１ａと同数の集光レンズ６３ａをマトリクス状に配列したものであり、それぞれの中間光束６１ｂを後述する偏光変換装置６８の偏光分離ユニットアレイ６５の特定の場所に集光しながら導く機能を有している。
【００４９】
従って、第１の光学要素６１により形成された中間光束６１ｂの特性に合わせて、また、偏光分離ユニットアレイ６５に入射する光はその主光線の傾きがシステム光軸Ｎと平行であることが理想的である点を考慮して、各集光レンズ６３ａのレンズ特性は各々最適化されることが望ましい。
【００５０】
ただし、一般的には、光学系の低コスト化および設計の容易さを考慮して、第１の光学要素６１と全く同じものを集光レンズアレイ６３として用いるか、或いは、光束分割レンズ６１ａとＸＹ平面での形状が相似形である集光レンズを用いて構成した集光レンズアレイを用いても良いことから、本例の場合には、第１の光学要素６１を集光レンズアレイ６３として用いている。
【００５１】
なお、集光レンズアレイ６３が配置される位置は第２の光学要素６２の入射側には限定されず、遮光板６４や偏光変換装置６８から離れた位置（第１の光学要素６１に近い側）に配置してもよい。また、集光レンズアレイ６３を結合レンズ６７と一体化して偏光変換装置６８の出射側に配置することも可能である。
【００５２】
遮光板６４は複数の遮光面６４ａと複数の開口面６４ｂが配列して構成されたものであり、遮光面６４ａと開口面６４ｂの配列の仕方は後述する偏光分離ユニットの配列の仕方に対応している。遮光板６４の遮光面６４ａに入射した光束は遮られ、開口面６４ｂに入射した光束は遮光板６４をそのまま透過する。従って、遮光板６４は、遮光板６４上の位置に応じて透過する光束を制御する機能を有しており、遮光面６４ａと開口面６４ｂの配列の仕方は、第１の光学要素６１による集光像６１ｃが後述する偏光分離ユニットの偏光分離面上のみに形成されるように設定されている。
【００５３】
遮光板６４としては、ガラス板等の平板状の透明体に、クロムやアルミニウム等からなる遮光性の膜を部分的に形成したものや、アルミニウム板のような遮光性の平板に開口部を設けたもの等を使用することができる。特に、遮光性を有する膜を利用する場合には、遮光性を有する膜を集光レンズアレイ６３や後述する偏光分離ユニットアレイ６５上に直接形成しても同様の機能を発揮させることができる。
【００５４】
次に、偏光変換装置６８は偏光分離ユニットアレイ（偏光分離素子）６５と、この偏光分離ユニットアレイ６５の出射面の側に取り付けられた選択位相差板（偏光変換素子）６６とを有している。
【００５５】
偏光分離ユニットアレイ６５は、複数の偏光分離ユニット６５ａがマトリクス状に配列した構成をなしている。偏光分離ユニット６５ａの配列の仕方は、第１の光学要素６１を構成する光束分割レンズ６１ａのレンズ特性およびそれらの配列の仕方に対応している。本例においては、全て同じレンズ特性を有する同心系の光束分割レンズ６１ａを用いて、それらの光束分割レンズ６１ａを直交マトリクス状に配列することで第１の光学要素６１を構成しているため、偏光分離ユニットアレイ６５も全て同じ偏光分離ユニット６５ａを全て同じ向きに直交マトリクス状に配列することにより構成されている。
【００５６】
なお、Ｙ方向に並ぶ同一列の偏光分離ユニットが全て同じ偏光分離ユニットである場合には、Ｙ方向に細長い偏光分離ユニットをＸ方向に配列して構成した偏光分離ユニットアレイ６５を用いた方が、偏光分離ユニット間の界面における光損失を低減できると共に偏光分離ユニットアレイの製造コストを低減できるという利点がある。
【００５７】
偏光分離ユニット６５ａは内部に偏光分離面６５ｂと反射面６５ｃを備えた四角柱状の構造体であり、偏光分離ユニット６５ａに入射する中間光束６１ｂのそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに空間的に分離する機能を有している。偏光分離ユニット６５ａのＸＹ平面上における外観形状は、光束分割レンズ６１ａのＸＹ平面上における外観形状と相似形をなしており、即ち、横長の矩形状である。従って、偏光分離面６５ｂと反射面６５ｃとは横方向（Ｘ方向）に並ぶように配置されている。
【００５８】
ここで、偏光分離面６５ｂと反射面６５ｃとは、偏光分離面６５ｂがシステム光軸Ｎに対して約４５度の傾きをなし、且つ、反射面６５ｃが偏光分離面と平行な状態をなし、さらに、偏光分離面６５ｂがＸＹ平面上に投影する断面積（後述するＰ出射面の面積に等しい）と反射面６５ｃがＸＹ平面上に投影する断面積（後述するＳ出射面の面積に等しい）とが等しくなるように配置されている。
【００５９】
従って、本例では、偏光分離面６５ｂが存在する領域のＸＹ平面上での横幅と反射面が存在する領域のＸＹ平面上での横幅とは等しくなり、且つ、それぞれが偏光分離ユニットのＸＹ平面上での横幅の半分になるように設定されている。なお、一般的に、偏光分離面６５ｂは誘電体多層膜で、また、反射面６５ｃは誘電体多層膜或いはアルミニウム膜で形成することができる。
【００６０】
偏光分離ユニット６５ａに入射した光は、偏光分離面６５ｂにおいて、進行方向を変えずに偏光分離面６５ｂを透過するＰ偏光光束と、偏光分離面６５ｂで反射され隣接する反射面６５ｃの方向に進行方向を変えるＳ偏光光束とに分離される。Ｐ偏光光束はそのままＰ出射面６５ｄを経て偏光分離ユニットから出射され、Ｓ偏光光束は再び反射面６５ｃで進行方向を変え、Ｐ偏光光束とほぼ平行な状態となって、Ｓ出射面６５ｅを経て偏光分離ユニットから出射される。
【００６１】
従って、偏光分離ユニットに入射したランダムな偏光光束は偏光分離ユニットにより偏光方向が異なるＰ偏光光束とＳ偏光光束の二種類の偏光光束に分離され、偏光分離ユニットの異なる場所（Ｐ出射面６５ｄとＳ出射面６５ｅ）からほぼ同じ方向に向けて出射される。偏光分離ユニット６５ａは上記のような機能を有することから、それぞれの偏光分離ユニット６５ａの偏光分離面６５ｂが存在する領域にそれぞれの中間光束６１ｂを導く必要があり、そのため、偏光分離ユニット内の偏光分離面６５ｂの中央部に中間光束６１ｂが入射するように、それぞれの偏光分離ユニット６５ａとそれぞれの集光レンズ６３ａの位置関係やそれぞれの集光レンズ６３ａのレンズ特性は設定されている。特に、本例の場合には、それぞれの偏光分離ユニット内の偏光分離面６５ｂの中央部にそれぞれの集光レンズの中心軸が来るように配置するため、集光レンズアレイ６５は、偏光分離ユニットの横幅の１／４に相当する距離Ｄだけ、偏光分離ユニットアレイ６５に対してＸ方向にずらした状態で配置されている。
【００６２】
尚、偏光分離ユニットアレイにおいては、その内部に上述した偏光分離面と反射面が規則的に形成されたものであれば良く、上述した偏光分離ユニットを基本的な構成単位として用いる必要は必ずしもない。ここでは、偏光分離ユニットアレイの機能を説明し易くするために、偏光分離ユニットという構成単位を導入したに過ぎない。
【００６３】
遮光板６４は偏光分離ユニットアレイ６５と集光レンズアレイ６３との間にあって、遮光板６４のそれぞれの開口面６４ｂの中心とそれぞれの偏光分離ユニット６５ａの偏光分離面６５ｂの中心がほぼ一致するように配置され、また、開口面６４ｂの開口横幅（Ｘ方向の開口幅）は偏光分離ユニット６５ａの横幅の約半分の大きさに設定されている。この結果、偏光分離面６５ｂを経ずして反射面６５ｃに直接入射する中間光束６１ｂは、予め遮光板６４の遮光面６４ａで遮られるためほとんど存在せず、遮光板６４の開口面６４ｂの通過した光束はそのほとんど全てが偏光分離面６５ｂに入射することになる。従って、遮光板６４の設置により、偏光分離ユニット６５ａにおいて、直接反射面６５ｃに入射し、反射面６５ｃを経て隣接する偏光分離面６５ｂに入射する光束はほとんど存在しないことになる。
【００６４】
偏光分離ユニットアレイ６５の出射面側には、λ／２位相差板６６ａが規則的に配置された選択位相差板６６が設置されている。即ち、偏光分離ユニットアレイ６５を構成する偏光分離ユニット６５ａのＰ出射面６５ｄの部分にのみλ／２位相差板６６ａが配置され、Ｓ出射面６５ｅの部分にはλ／２位相差板６６ａは設置されていない。この様なλ／２位相差板６６ａの配置状態により、偏光分離ユニット６５ａから出射されたＰ偏光光束は、λ／２位相差板６６ａを通過する際に偏光方向の回転作用を受けＳ偏光光束へと変換される。一方、Ｓ出射面６５ｅから出射されたＳ偏光光束はλ／２位相差板６６ａを通過しないので、偏光方向は変化せず、Ｓ偏光光束のまま選択位相差板６６を通過する。以上をまとめると、偏光分離ユニットアレイ６５と選択位相差板６６により、偏光方向がランダムな中間光束６１ｂは一種類の偏光光束（この場合はＳ偏光光束）に変換されたことになる。
【００６５】
選択位相差板６６の出射面の側には、結合レンズ６７が配置されており、選択位相差板６６によりＳ偏光光束に揃えられた光束は、結合レンズ６７により照明領域（後述する投写型表示装置の液晶ライトバルブの画像形成領域）へと導かれ、照明領域上で重畳結合される。ここで、結合レンズ６７は１つのレンズ体である必要はなく、第１の光学要素６１のように、複数のレンズの集合体であっても良い。
【００６６】
第２の光学要素６２の機能をまとめると、第１の光学要素６１により分割された中間光束６１ｂ（つまり、光束分割レンズ６１ａにより切り出されたイメージ面）は、第２の光学要素６２により照明領域上で重畳結合される。これと同時に、途中の偏光変換装置６８により、ランダムな偏光光束である中間光束は偏光方向が異なる二種類の偏光光束に空間的に分離され、その分離された二種類の偏光光束が一種類の偏光光束に変換される。ここで、偏光変換装置６８の偏光分離ユニットアレイ６５の入射側には遮光板６４が配置され、偏光分離ユニット６５ａの偏光分離面６５ｂにだけ中間光束が入射する構成となっているため、反射面６５ｃを経て偏光分離面６５ｂに入射する中間光束６１ｂはほとんどなく、偏光分離ユニットアレイ６５から出射される偏光光束の種類はほぼ一種類に限定される。従って、照明領域は殆ど一種類の偏光光束でほぼ均一に照明されることになる。
【００６７】
ここで、図４（Ｂ）に示すように、偏光照明装置１Ｂにおいては、照明装置１を、そこから出射される光の光強度分布プロファイルにおける光線密度の高い領域が分布する方向（Ｘ方向）と偏光変換装置６８における偏光分離ユニットアレイ（偏光分離素子）６５の偏光分離方向（Ｘ方向）とが一致するように配置してある。照明装置１と偏光分離ユニットアレイ６５をこのような配置関係にすると、前述したように、偏光分離ユニットアレイ６５において、照明装置１からの出射光を他の偏光成分の混入の少ないＳ偏光光束およびＰ偏光光束に分離できる。この分離されたＰ偏光光束にはＳ偏光成分がほとんど含まれていないので、選択位相差板６６のλ／２位相差板６６ａによって変換されたＳ偏光光束ＳにもＰ偏光成分はほとんど含まれないことになる。すなわち、他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束（本例では、Ｓ偏光光束）を得ることができる。（投写型表示装置の第１の例）
次に、この照明装置１を用いた投写型表示装置を説明する。図５（Ａ）にはその一例として反射型液晶ライトバルブ（反射型光変調素子）を用いた投写型表示装置の光学系を示してある。
【００６８】
この図に示す投写型表示装置２０は、前述した照明装置１からの出射光を赤、緑、青の３色の色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂに対して反射型液晶ライトバルブにより各色の画像信号に応じた変調を施し、変調後の各色光を再合成して投写面上に拡大投写する形式のものである。
【００６９】
詳細に説明すると、照明装置１からの出射光は、それに含まれるＰ偏光成分ＰおよびＳ偏光成分Ｓを空間的に分離する偏光ビームスプリッタ２１に入射する。この偏光ビームスプリッタ２１は、ランプ光軸Ｍに対して４５度傾斜した偏光分離面２１ａを備えており、出射光に含まれるＰ偏光光束Ｐを透過し、Ｓ偏光光束Ｓを直交する方向に向けて反射することにより、空間的に９０度の角度で分離する。
【００７０】
この偏光ビームスプリッタ２１におけるＰ偏光光束Ｐの出射面３１に対峙させて、ダイクロイックプリズム２２が配置されている。このダイクロイックプリズム２２は上記の偏光分離面２１ａと略平行に赤色・青色反射膜２２ａが形成されている。
【００７１】
ダイクロイックプリズム２２に入射したＰ偏光光束Ｐに含まれる緑色光Ｇは赤色・青色反射膜２２ａを透過して当該ダイクロイックプリズム２２の出射面４１から出射する。この出射面４１に対峙させて、出射した緑色光Ｇの光路に直交する状態で、反射型の緑色用液晶ライトバルブ２３Ｇが配置されている。従って、Ｐ偏光光束Ｐから分離された緑色光Ｇは当該液晶ライトバルブ２３Ｇに入射して、緑色画像信号に対応した変調が施される。Ｐ偏光光束Ｐに含まれる赤色光Ｒおよび青色光Ｂはダイクロイックプリズム２２の赤色・緑色反射膜２２ａで反射される。
【００７２】
一方、偏光ビームスプリッタのＳ偏光光束Ｓの出射面３２の側には、ダイクロイックプリズム２４と、ダイクロイックプリズム２４における偏光ビームスプリッタ２１からのＳ偏光光束Ｓが入射する入射面４２に形成された緑色反射ダイクロイックフィルタ２５とが設けられている。偏光ビームスプリッタ２１から出射されたＳ偏光光束Ｓは、緑色反射ダイクロイックフィルタ２５を通過する際に緑色成分が除去される。
【００７３】
そして、ダイクロイックプリズム２４に入射したＳ偏光光束Ｓは、偏光分離面２１ａとは直交する方向に形成された青色反射膜２４ａによって青色光Ｂが反射されて出射面４３から出射する。この出射面４３に対峙させて、出射した青色光Ｂの光路に直交する状態で、反射型の青色用液晶ライトバルブ２３Ｂが配置されている。従って、Ｓ偏光光束Ｓから分離された青色光Ｂは当該液晶ライトバルブ２３Ｂに入射して青色画像信号に対応する変調が施される。青色反射膜２４ａを透過した赤色光Ｒは出射面４４から出射する。この出射面４４に対峙させて、出射した赤色光Ｒの光路に直交する状態で、反射型の赤色用液晶ライトバルブ２３Ｒが配置されている。従って、Ｓ偏光光束Ｓから分離された赤色光Ｒは当該液晶ライトバルブ２３Ｒに入射して赤色画像信号に対応する変調が施される。
【００７４】
反射型の液晶ライトバルブ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂに入射した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれに供給されている各色の画像信号の画素信号に応じて各画素電極毎に偏光面の回転を受け、反射光（変調光）となる。このようにして得られた変調光は、再度、同一光路に沿って戻り、ダイクロイックプリズム２２、２４を通り、偏光ビームスプリッタ２１に至る。
【００７５】
ここで、Ｐ偏光光束Ｐが入射した緑色用液晶ライトバルブ２３Ｇからの反射光は偏光面の回転作用を受けて部分的にＳ偏光光束となっており、このＳ偏光成分のみが、当該偏光ビームスプリッタ２１の偏光分離面２１ａで反射されて、投写光学系を構成している投写レンズ２６に供給され、変調されなかった光は偏光面の回転作用を受けずにＰ偏光光束のままであるので、その残りのＰ偏光成分は光源の側に向けて戻っていく。
【００７６】
一方、Ｓ偏光光束Ｓが入射した青色用および赤色用の液晶ライトバルブ２３Ｂ、２３Ｒからの変調光は、偏光面の回転作用を受けて部分的にＰ偏光光束となっており、このＰ偏光成分のみが、当該偏光ビームスプリッタ２１の偏光分離面２１ａを透過して、投写レンズ２６に供給され、残りのＳ偏光成分は反射されて光源の側に戻っていく。
【００７７】
この結果、偏光ビームスプリッタ２１の出射面３３からは各色の画像信号に応じて変調が施された各色光（変調光）が再度合成されて出力される。この合成光は投写レンズ２６を介して、投写面２７の上に拡大投写される。
【００７８】
ここで、図５（Ｂ）に示すように、投写型表示装置２０においては、照明装置１から出射される光の光強度分布プロファイルにおける光線密度が高い領域が分布する方向（Ｘ方向）と偏光ビームスプリッタ２１の偏光分離方向（Ｘ方向）とが一致するように、照明装置１と偏光ビームスプリッタ２１とは配置されているので、前述したように、照明装置１から出射された光が偏光ビームスプリッタ２１でＰ偏光光束およびＳ偏光光束に精度良く偏光分離される。従って、照明装置１を備えた投写型表示装置２０では、他の偏光成分の混入の少ない高精度の偏光光束（本例では、Ｓ偏光光束Ｓ）を画像形成用の光として利用できるので、コントラストと明るさに優れた投写画像を得ることができる。
【００７９】
（投写型表示装置の第２の例）
次に、図５（Ａ）とは異なる投写型表示装置の例を説明する。図６（Ａ）は、その投写型表示装置の光学系の要部を示す概略構成図である。この図に示す投写型表示装置２０Ａは、前述した投写型表示装置２０と同様に、照明装置１からの出射光を３色の色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂに対して反射型液晶ライトバルブにより各色の画像信号に応じた変調を施し、変調後の各色光を再合成して投写面上に拡大投写する形式のものである。
【００８０】
照明装置１からの出射光は、反射ミラー５１において進行方向を９０度折り曲げられ青光緑光反射ダイクロイックミラー５２に向かう。そして、この青光緑光反射ダイクロイックミラー５２において、赤色光Ｒが透過し、青色光Ｂおよび緑色光Ｇが反射する。赤色光Ｒは、反射ミラー５３で反射され、それに含まれるＰ偏光成分ＰおよびＳ偏光成分Ｓを空間的に分離する偏光ビームスプリッタ２１Ｒに入射する。この偏光ビームスプリッタ２１Ｒは、ランプ光軸Ｍに対して４５度傾斜した偏光分離面２１ａを備えており、赤色光Ｒに含まれるＰ偏光光束Ｐを透過し、Ｓ偏光光束Ｓを直交する方向に向けて反射することにより、２種類の偏光光束を空間的に９０度の角度で分離する。
【００８１】
この偏光ビームスプリッタ２１ＲにおけるＳ偏光光束Ｓの出射面３２Ｒに対峙させて、出射した赤色光ＲのＳ偏光光束Ｓの光路に直交する状態で、反射型液晶ライトバルブ２３Ｒが配置されている。従って、そのＳ偏光光束Ｓは当該液晶ライトバルブ２３Ｒに入射して、赤色画像信号に対応した変調が施される。
【００８２】
一方、青光緑光反射ダイクロイックミラー５２で反射された青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、緑反射ダイクロイックミラー５４において、青色光Ｂが透過し、緑色光Ｇが反射する。青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、それらに含まれるＰ偏光成分ＰおよびＳ偏光成分Ｓを空間的に分離する個別の偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１Ｂにそれぞれ入射する。これらの偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１Ｂは、上記の偏光ビームスプリッタ２１Ｒと同様に、偏光分離面２１ａを備えており、青色光Ｂおよび緑色光Ｇに含まれるＰ偏光光束Ｐを透過し、Ｓ偏光光束Ｓを直交する方向に向けて反射することにより、２種類の偏光光束を空間的に９０度の角度で分離する。
【００８３】
これらの偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１ＢにおけるＳ偏光光束Ｓの出射面３２Ｇ、３２Ｂに対峙させて、出射した青色光Ｂ、緑色光ＧのＳ偏光光束Ｓの光路に直交する状態で、反射型液晶ライトバルブ２３Ｂ、２３Ｇがそれぞれ配置されている。従って、青色光ＢのＳ偏光光束Ｓは当該液晶ライトバルブ２３Ｂに入射して、青色画像信号に対応した変調が施される。また、緑色光ＧのＳ偏光光束Ｓは当該液晶ライトバルブ２３Ｇに入射して、緑色画像信号に対応した変調が施される。
【００８４】
反射型液晶ライトバルブ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂに入射した各色光Ｒ、Ｇ、ＢのＳ偏光光束Ｓは、それぞれに供給されている各色の画像信号の画素信号に応じて各画素電極毎に偏光面の回転を受け、反射光（変調光）となる。この反射光は、再度、同一光路に沿って戻り、それぞれの偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに達する。
【００８５】
ここで、変調が施された当該反射光はＰ偏光光束Ｐに変換され、一方、変調が施されなかった当該反射光はＳ偏光光束Ｓのままになっている。このため、偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに入射した各色光の内、変調が施され、Ｐ偏光光束Ｐに変換されている反射光は、偏光分離面２１ａを透過してクロスダイクロイックプリズム８５に供給される。一方、変調が施されず、Ｓ偏光光束Ｓのままの反射光は、偏光分離面２１ａで反射され、さらに、同一光路を辿って照明装置１に戻っていく。
【００８６】
クロスダイクロイックプリズム８５に供給された各色光Ｒ、Ｇ、Ｂの変調光は、ここで色合成され、投写光学系を構成している投写レンズ２６に出力される。そして、この色合成された光は投写レンズ２６を介して、投写面の上に拡大投写される。
【００８７】
図６（Ｂ）に示すように、この投写型表示装置２０Ａにおいても、照明装置１と偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂとの配置関係を上述した投写型表示装置２０と同様に設定してある。このため、他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束を画像形成用の光として利用できるため、コントラストと明るさに優れた投写画像を得ることができる。
【００８８】
（投写型表示装置の第３の例）
次に、反射型の液晶ライトバルブを備えた投写型表示装置に図４（Ａ）に示した偏光照明装置１Ｂを組み込んだ例を説明する。図７は、その投写型表示装置の光学系の要部を示す概略構成図である。この図に示す投写型表示装置２０Ｂは、偏光照明装置１Ｂから出射された一種類の偏光光束を３色の色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂに対して反射型の液晶ライトバルブにより各色の画像信号に応じた変調を施し、変調後の各色光を再合成して投写面上に拡大投写する形式のものである。
【００８９】
なお、図４（Ａ）における照明領域９０は反射型液晶ライトバルブの画像形成領域に相当する。また、図７に示す投写型表示装置２０Ｂにおいて、前述した投写型表示装置２０Ａと共通する部分には同一符号を付してある。
【００９０】
偏光照明装置１Ｂからの一種類の偏光光束（本例では、Ｓ偏光光束Ｓ）は、Ｘ字状に配置された青光緑光反射ダイクロイックミラー５２および赤光反射ダイクロイックミラー８６に入射する。Ｓ偏光光束Ｓに含まれる赤色光Ｒは、赤光反射ダイクロイックミラー８６において、その進行方向を９０度折り曲げられて反射ミラー８７に向かう。Ｓ偏光光束Ｓに含まれる青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、青光緑光反射ダイクロイックミラー５２において、赤色光Ｒの進行方向とは反対方向に折り曲げられて反射ミラー８８に向かう。
【００９１】
赤色光Ｒは、反射ミラー８７で反射され、偏光ビームスプリッタ２１Ｒに入射する。入射した赤色光ＲはＳ偏光光束Ｓであるので、赤色光Ｒの略全てが偏光ビームスプリッタ２１Ｒの偏光分離面２１ｒで直角に折り曲げられて出射面３２Ｒから出射する。この出射面３２Ｒから出射した赤色光Ｒは、反射型の液晶ライトバルブ２３Ｒに入射し、この液晶ライトバルブ２３Ｒで赤色画像信号に対応した変調が施される。
【００９２】
一方、青光緑光反射ダイクロイックミラー５２で反射された青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、反射ミラー８８において、緑光反射ダイクロイックミラー５４に向けて反射される。緑光反射ダイクロイックミラー５４において、青色光Ｂが透過し、緑色光Ｇが反射する。
【００９３】
青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、個別の偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１Ｂにそれぞれ入射する。青色光Ｂおよび緑色光Ｇは共にＳ偏光光束Ｓであるので、それらの略全てが各偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１Ｂの偏光分離面２１ｇ、２１ｂで直交する方向に向けて反射され、当該偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１Ｂにおける出射面３２Ｇ、３２Ｂから出射する。各出射面３２Ｇ、３２Ｂから出射した緑色光Ｇおよび青色光Ｂは、反射型の液晶ライトバルブ２３Ｇ、２３Ｂに入射する。緑色光Ｇは液晶ライトバルブ２３Ｇで緑色画像信号に対応した変調が施され、青色光Ｂは液晶ライトバルブＢで青色画像信号に対応した変調が施される。
【００９４】
反射型の液晶ライトバルブ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂに入射した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれに供給されている各色の画像信号の画素信号に応じて各画素電極毎に偏光面の回転を受け、反射光（変調光）となる。この反射光は、再度、同一の光路に沿って戻り、それぞれの偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに到達する。
【００９５】
この後は、上述した投写型表示装置２０Ａと同様に、クロスダイクロイックプリズム８５、投写光学系を構成している投写レンズ２６を介して投写面２７に拡大投写される。
【００９６】
ここで、投写型表示装置２０Ｂには前述した偏光照明装置１Ｂが組み込まれている。特に、偏光照明装置１Ｂに組み込まれている照明装置１から出射される光の光強度分布プロファイルにおける光線密度が高い領域が分布する方向と、第２の光学要素６２における偏光分離方向および偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂにおける偏光分離方向とが一致するように、照明装置１と第２の光学要素６２及び偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは配置されている。このため、投写型表示装置２０Ｂでは、他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束（Ｓ偏光光束Ｓ）を画像形成用の光として利用されている。よって、コントラストと明るさに優れた投写画像を得ることができる。
【００９７】
（投写型表示装置の第４の例）
次に、透過型の液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の一例を説明する。図８はその投写型表示装置の光学系の要部を示した概略構成図である。この図に示す投写型表示装置２０Ｃには光源として図４（Ａ）に示した偏光照明装置１Ｂが組み込まれている。すなわち、投写型表示装置２０Ｃは偏光変換装置６８が組み込まれたものである。なお、図４（Ａ）における照明領域９０は透過型の液晶ライトバルブの画像形成領域に相当する。
【００９８】
この投写型表示装置２０Ｃは、偏光照明装置１Ｂから出射された一種類の偏光光束を３色の色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂに対して透過型の液晶ライトバルブにより各色の画像信号に応じた変調を施し、変調後の各色光を再合成して投写面上に拡大投写する形式のものである。
【００９９】
偏光照明装置１Ｂから出射された一種類の偏光光束（本例では、Ｓ偏光光束Ｓ）は、まず青光緑光反射ダイクロイックミラー７１において、赤色光Ｒが透過し、青色光Ｂおよび緑色光Ｇが反射する。赤色光Ｒは、反射ミラー７２で反射され、赤色用の透過型液晶ライトバルブ８０Ｒに達する。一方、青色光Ｂおよび緑色光Ｇのうち、緑色光Ｇは、緑光反射ダイクロイックミラー７３によって反射され、緑光用の透過型液晶ライトバルブ８０Ｇに達する。
【０１００】
ここで、青色光Ｂは、各色光のうちでその光路の長さが最も長いので、青色光Ｂに対しては、入射レンズ７４、リレーレンズ７５、および出射レンズ７６からなるリレーレンズ系で構成された導光手段７９を設けてある。即ち、青色光Ｂは、緑光反射ダイクロイックミラー７３を透過した後に、まず、入射レンズ７４を経て反射ミラー７７により反射されてリレーレンズ７５に導かれ、このリレーレンズ７５に集束された後、反射ミラー７８によって出射レンズ７６に導かれ、しかる後に、青光用の透過型液晶ライトバルブ８０Ｂに達する。ここで、３ヶ所の透過型液晶ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂは、それぞれの色光を変調し、各色光に対応した画像情報を含まれた後に、変調した色光をクロスダイクロイックプリズム８５に入射させる。クロスダイクロイックプリズム８５には、赤光反射の誘電体多層膜と青光反射の誘電体多層膜とがＸ字状に形成されており、それぞれの変調光束を合成しカラー画像を形成する。ここで形成されたカラー画像は、投写光学系である投写レンズ２６により投写面２７上に拡大投影され、投写画像を形成する。
【０１０１】
この投写型表示装置２０Ｃは、前述した投写型表示装置２０Ｂと同様に、偏光照明装置１Ｂが組み込まれている。このため、投写型表示装置２０Ｃでも、他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束を画像形成用の光として利用されているので、コントラストと明るさに優れた投写画像を得ることができる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の照明装置は、光強度分布曲線がランプ光軸を中心とする縦長あるいは横長の非円形形状をした光を出射する。換言すれば、従来の照明装置の出射光に比べ、所定の方向の拡がりが大きく、その方向に直交する方向の拡がりが小さい光を出射できる。
【０１０３】
従って、偏光分離素子が組み込まれた投写型表示装置において、光の拡がりが大きな方向と偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ）の偏光分離方向とが一致するように本発明の照明装置を配置すれば、偏光分離素子の偏光分離方向における入射角依存性は比較的小さくできるので、全体として、照明装置からの出射光を偏光分離素子で高精度に偏光分離できる。従って、偏光光束を画像形成用の光として効率良く使用できるので、コントラストと明るさに優れた投写画像を形成可能な投写型表示装置を実現できる。
【０１０４】
また、偏光変換装置が組み込まれた投写型表示装置において、光の拡がりが大きな方向と偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように本発明の照明装置を配置すれば、光量低下を招くことなく、効率良く偏光変換を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明を適用した照明装置の概略断面構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、（Ｃ）は、発散光のランプ光軸に直交する直交平面での光強度分布プロファイルを示す図である。
【図２】図１に示す発光部の変形例を示す断面図である。
【図３】（Ａ）は図１に示す照明装置を備えた偏光照明装置の概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の偏光照明装置における照明装置の配置関係を説明するための図である。
【図４】（Ａ）は図３とは異なる例の偏光照明装置の概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の偏光照明装置における照明装置の配置関係を説明するための図である。
【図５】（Ａ）は、図１に示す照明装置を備えた投写型表示装置の光学系の概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の投写型表示装置における照明装置の配置関係を説明するための図である。
【図６】（Ａ）は図３とは異なる投写型表示装置の光学系の例を示す概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の投写型表示装置における照明装置の配置関係を説明するための図である。
【図７】図４に示す偏光照明装置を備えた投写型表示装置の光学系の例を示す概略構成図である。
【図８】図７とは異なる投写型表示装置の光学系の例を示す概略構成図である。
【図９】反射型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の光学系の概略構成図である。
【図１０】偏光ビームスプリッタに入射する光の状態を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 照明装置
１Ａ、１Ｂ 偏光照明装置
２ 光源ランプ
３ リフレクタ
４ 発光管
５、５Ａ、５Ｂ 発光部
１１ 内側輪部
１２ 外側輪部
１３ 肉厚部分
１４ 内側輪部
１５ 外側輪部
１６ 発光部
１７ａ、１７ｂ 肉厚調整部材
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 投写型表示装置
２１、２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、３５、３６ 偏光ビームスプリッタ２１ａ 偏光分離面２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂ 反射型液晶ライトバルブ２６ 投写レンズ３９ λ／２位相差板
６１ 第１の光学要素
６２ 第２の光学要素
６３ 集光レンズアレイ
６４ 遮光板
６５ 偏光分離ユニット（偏光分離素子）
６６ 選択位相差板（偏光変換素子）
６７ 結合レンズ
６８ 偏光変換装置
８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ 透過型液晶ライトバルブ
Ｍ ランプ光軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源ランプからの発散光をリフレクタで反射することにより略平行な出射光として出射する照明装置、偏光照明装置および投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置としては、平行光を出射する照明装置と、照明装置から出射された平行光を変調する液晶ライトバルブ等の光変調素子と、この光変調素子によって変調された光束を投写面上に拡大投写する投写レンズとを有するものが知られている。中でも、反射型液晶ライトバルブを光変調素子として用いた投写型表示装置では、反射型液晶ライトバルブを照明する照明光と、反射型液晶ライトバルブで変調され画像情報を含んだ投写光とを、偏光状態の違いを利用して空間的に合成あるいは分離する必要があるため、一般的には大型の偏光ビームスプリッタがその目的のために利用される。
【０００３】
さらに、光の利用効率を高めるために、液晶ライトバルブで利用できない偏光光束を、当該液晶ライトバルブで利用可能な偏光光束に変換するための偏光変換装置が組み込まれることも多く、特に、透過型液晶ライトバルブや反射型液晶ライトバルブを光変調素子として用いた投写型表示装置では一般的である。尚、偏光変換装置にも、やはり偏光ビームスプリッタが使用される場合が多い。
【０００４】
図９には反射型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の典型的な例を示してある。この図に示すように、投写型表示装置１０００は、照明装置１００と、照明装置１００から出射された照明光を反射型液晶ライトバルブ２００に導く偏光ビームスプリッタ３００と、反射型液晶ライトバルブ２００によって変調された光をスクリーン４００に拡大投写する投写光学系５００とを有している。照明装置１００は、光源ランプ１１０と、この光源ランプ１１０からの発散光を反射するリフレクタ１２０とを備え、当該発散光をリフレクタ１２０で反射することにより略平行な照明光を出射する。
【０００５】
投写型表示装置１０００において、照明装置１００から出射された照明光は、偏光ビームスプリッタ３００の偏光分離面３００ａに入射し、そこでＰ偏光光束とＳ偏光光束に分離される。分離後の一方の偏光光束（例えば、Ｓ偏光光束）は、その進行方向が９０度折り曲げられて反射型液晶ライトバルブ２００に導かれ、他方の偏光光束は偏光分離面３００ａを透過する。この液晶ライトバルブ２００に導かれた偏光光束は、そこで画像情報に基づいて変調された後、同一の光路を戻り再び偏光ビームスプリッタ３００の偏光分離面３００ａに入射する。反射型液晶ライトバルブ２００で変調された光は、変調時に偏光面の回転作用を受けて他方の偏光光束（Ｐ偏光光束）に変化している。このため、この変調された光は偏光分離面３００ａを透過して投写光学系５００に到り、この投写光学系５００によってスクリーン４００に拡大投写される。
【０００６】
ここで、偏光ビームスプリッタ３００の偏光分離面３００ａは、誘電体多層膜等から構成され、その偏光分離特性は大きな入射角依存性を有している。図１０に拡大して示すように、この偏光分離面３００ａは光路（Ｚ方向）に対して４５度傾斜した状態となるように配置され、偏光分離面３００ａに入射した光のうち、例えば、Ｐ偏光光束Ｐをそのまま透過し、Ｓ偏光光束Ｓを直角に反射する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、照明装置の光源は完全な点光源ではないので、照明装置からの出射光は、完全な平行光ではなく、所定の拡がりをもった非平行光となる。このため、投写型表示装置に組み込まれた偏光ビームスプリッタ３００の偏光分離面３００ａには、Ｘ方向（横方向）およびＹ方向（縦方向）に拡がりを持つ光（非平行光）が入射することになる。このような非平行光の入射に起因して次のような問題が発生する。
【０００８】
偏光分離面３００ａの偏光分離特性は一般に光の入射角に依存する。特に、Ｘ方向における入射角依存性は、偏光分離面３００ａとなる偏光分離膜の膜特性を工夫することによってある程度小さくすることが出来るが、Ｙ方向における入射角依存性を小さくすることは非常に難しい。その理由は、入射角がＹ方向に傾くに従って、偏光分離面３００ａの法線と入射光によって規定される平面と、偏光分離面３００ａとのなす角度が９０度からずれるため、偏光分離面３００ａから出射される２つの直線偏光（Ｐ偏光光束ＰとＳ偏光光束Ｓ）の偏光方向が回転するためである。これは偏光ビームスプリッタ３００の偏光分離面３００ａとそこに入射する光の立体的な位置関係により決まる本質的な現象であり、偏光分離膜の膜特性を工夫することでは回避出来ない現象である。
【０００９】
このため、偏光分離面３００ａでは、特にＹ方向に広がりを持つ非平行光をＰ偏光光束ＰとＳ偏光光束Ｓとに完全に偏光分離することができない。この結果、偏光ビームスプリッタから出射されるＰ偏光光束ＰおよびＳ偏光光束Ｓには、それぞれＳ偏光成分およびＰ偏光成分の光が混在する。このように偏光状態の分離が不完全な偏光光束を投写型表示装置における画像形成用の光として用いると、投写画像の明るさ及びコントラストが低下してしまう。
【００１０】
勿論、この現象は偏光ビームスプリッタを用いて構成した偏光変換装置に対しても当てはまり、投写画像の明るさを低下させる原因となる。
【００１１】
上記の点に鑑みて、本発明の課題は、偏光ビームスプリッタによって偏光分離が精度良く行われる形態の光束を出射可能な照明装置を提案することにある。
【００１２】
また、本発明の課題は、偏光変換装置が組み込まれた投写型表示装置において、光の利用効率が高い照明装置を提案することにある。
【００１３】
さらに、本発明の課題は、この新規な構成の照明装置を光源として備えた偏光照明装置および投写型表示装置を提案することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明では、光源ランプと、この光源ランプの発散光を反射して略平行光として出射するためのリフレクタとを有する照明装置において、前記発散光のランプ光軸に直交する直交平面内における光強度の分布曲線は、前記ランプ光軸を中心とする縦長あるいは横長の非円形形状であり、前記光源ランプの発光管は、当該非円形形状の光強度分布曲線が得られるように、前記直交平面に沿って切断した場合の肉厚が当該発光管の円周方向に沿って変化していることを特徴としている。
【００１５】
本発明の照明装置では、光源ランプの発光管からは非円形形状の光強度分布曲線を持った光が発光されるので、リフレクタで反射して得られる光の光強度分布曲線も、ランプ光軸を中心とする縦長あるいは横長の非円形形状となる。すなわち、本発明の照明装置によれば、従来の照明装置の出射光に比べ、所定の方向の拡がりが大きく、その方向に直交する方向の拡がりが小さい光束を出射できる。従って、光の拡がりが大きな方向（非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向）と偏光ビームスプリッタの偏光分離方向とが一致するように照明装置を配置することによって、照明装置からの出射光を偏光ビームスプリッタで２種類の偏光光束（Ｓ偏光光束とＰ偏光光束）に精度良く偏光分離できる。また、本発明の照明装置を、光の広がりが大きな方向と、偏光ビームスプリッタを用いて構成した偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置することによって、偏光変換装置において照明装置からの出射光を他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束に変換できる。
【００１６】
ここで、前記発光部としては、当該発光部を前記直交平面に沿って切断した場合に、その内側輪部およびその外側輪部の一方の断面形状が円により実現され、他方の輪部の断面形状が楕円により実現されるものを採用できる。また、前記直交平面内に沿って切断した場合の肉厚が均一な円形発光部と、この円形発光部の外周面に取り付けられた肉厚調整部材とを備えたものであっても良い。
【００１７】
本発明の照明装置は、一種類の偏光光束のみを出射可能な偏光照明装置の光源として利用することができる。すなわち、照明装置と、この照明装置から出射された光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束と前記Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換装置とを有する偏光照明装置の照明装置として利用できる。
【００１８】
この場合、本発明の照明装置を、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置すれば、前述したように、偏光変換装置において照明装置からの出射光を他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束に変換できる。
【００１９】
また、本発明の照明装置は、次の偏光照明装置の光源として利用することも可能である。すなわち、照明装置と、当該照明装置から出射された光束を複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記中間光束が集束する位置付近に配置された第２の光学要素とを有し、前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束と前記Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換装置と、それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを備えている偏光照明装置の照明装置として利用できる。
【００２０】
この場合においても、本発明の照明装置を、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置すれば、偏光変換装置において照明装置からの出射光を他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束に変換できる。
【００２１】
本発明の照明装置は、投写型表示装置の照明装置として用いることが可能である。すなわち、照明装置と、この照明装置から出射された光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離する偏光分離素子と、当該偏光分離素子によって分離された一方の偏光光束を変調する反射型光変調素子と、当該反射型光変調素子によって変調された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有する投写型表示装置の前記照明装置として本発明の照明装置を用いることができる。
【００２２】
この場合、本発明の照明装置を、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光分離素子の偏光分離方向とが一致するように配置すれば、前述したように、照明装置からの出射光を偏光ビームスプリッタ（偏光分離素子）でＰ偏光光束とＳ偏光光束とに精度良く偏光分離できる。このため、本発明の投写型表示装置の光学系においては、他の偏光光束の混入の少ない高精度のＰ偏光光束およびＳ偏光光束を得ることができる。これにより、これらの偏光光束を画像形成用の光として用いることが可能となるので、投写画像のコントラスト及び明るさを向上できる。
【００２３】
また、本発明の照明装置は、次の投写型表示装置の照明装置として適用できる。その投写型表示装置は、照明装置と、当該照明装置から出射された光束を複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記中間光束が集束する位置付近に配置された第２の光学要素と、前記第２の光学要素から出射された光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離する偏光分離素子と、前記偏光分離素子によって分離された一方の偏光光束を変調する反射型光変調素子と、前記反射型光変調素子によって変調された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有し、前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束と前記Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換装置と、それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを備えたものである。
【００２４】
この場合、本発明の照明装置を、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向及び前記偏光分離素子の偏光分離方向とが一致するように配置すれば、偏光変換装置によって分離された偏光光束の双方を画像形成用の光として利用できるので、投写型表示装置における光の利用効率を向上できる。
【００２５】
さらに、本発明の照明装置は、次の投写型表示装置の照明装置としても適用可能である。その投写型表示装置は、照明装置から出射された光束を複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記中間光束が集束する位置付近に配置された第２の光学要素と、この光学要素から出射された光を変調する透過型光変調素子と、前記透過型光変調素子により変調が施された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有し、前記第２の光学要素は、前記中間光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換装置と、それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを備えたものである。
【００２６】
このような構成の場合も、本発明の照明装置を、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置すると、前述したように、偏光変換装置で他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束に変換できる。このため、この偏光光束を画像形成用の光として利用できるため、コントラストと明るさに優れた投写画像を得ることができる。
【００２７】
なお、第１および第２の光学要素を備えた構成の投写型表示装置の場合、第１の光学要素と第２の光学要素との間、あるいは第２の光学要素の内部に、集光レンズアレイを配置することによって、偏光変換装置における偏光変換効率を向上できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（照明装置）
以下に図面を参照して本発明を適用した照明装置を説明する。図１（Ａ）は照明装置の概略断面構成図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。図１に示す照明装置１は、光源ランプ２からの発散光をリフレクタ３によって反射して、ランプ光軸Ｍに略平行な出射光として出射する形式のものである。なお、以下の説明においては、特にことわりのない限り、互いに直交する３方向を便宜的にＸ方向（横方向）、Ｙ方向（縦方向）、Ｚ方向（ランプ光軸Ｍの方向）とする。
【００２９】
光源ランプ２としては、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ等を使用できる。光源ランプ２の発光管４は、その中央には断面が楕円形状をした球状の発光部５が形成されている。この発光部５の両側には外側（Ｚ方向）に細長く直線的に伸びる封止部６、７が一体形成されている。発光部５の内部には、電極芯棒が所定の位置に配置されている。また、例えば、沃化ジスプロシウム、沃化ネオジム、沃化セシウム等の金属ハロゲン化物が封入されている。
【００３０】
リフレクタ３には、放物面状の反射面８が備わっており、この反射面８の前端縁によって前面開口９が規定されている。反射面８に照射された光源ランプ２からの発散光はランプ光軸Ｍに略平行な出射光として反射される。反射面８からはその背面側に向けて筒型のランプ取付け部１０が延びている。このランプ取付け部１０に、光源ランプ２の一方の封止部７が挿入されている。
【００３１】
なお、光源ランプ２は、封止部７に口金が取り付けられ、この口金を介してランプ取付け部１０に挿入された後、耐熱性の接着剤等によって固定される。また、光源ランプ２は、管軸とランプ光軸Ｍが水平となるようにリフレクタ３に取り付けられ、発光部５が取付け部の底部中央から所定の量だけ前方に突き出た状態で固定される。
【００３２】
ここで、発光部５から発光された発散光におけるランプ光軸Ｍに直交する直交平面（ＸＹ平面）での光強度の分布曲線は、ランプ光軸Ｍを中心としてＸ方向に長い非円形形状をしている。発光管４の発光部５は、当該非円形形状の光強度分布曲線が得られるように、直交平面（ＸＹ平面）に沿って切断した場合の肉厚が当該発光管４の円周方向に沿って変化している。
【００３３】
詳しく説明すると、発光部５の内側輪部１１は、直交平面（ＸＹ平面）に沿って切断した場合の断面形状が真円形をしている。また、発光部５の外側輪部１２は直交平面（ＸＹ平面）に沿って切断した場合の断面形状がＸ方向に長い楕円形をしている。この内側輪部１１および外側輪部１２によって規定されている肉厚部分１３の断面形状は、ランプ光軸Ｍから見て短軸方向（Ｙ方向）の厚さ１３ａが最も薄く、ランプ光軸Ｍから見て長軸方向（Ｘ方向）の厚さ１３ｂが最も厚くなるように徐々に変化する形状となっている。このような形状をしている肉厚部分１３にはレンズと同じ効果が生じる。
【００３４】
このような発光部５では、内部で発光した光は、図１（Ｂ）に実線で示すように、肉厚部分１３のレンズ効果による屈折を受けて、その出射角度がＹ方向からＸ方向にそのレンズ効果の程度に応じた角度だけ傾く。この結果、図１（Ｃ）に示すように、発光部５からの発散光における直交平面（ＸＹ平面）での光強度分布プロファイルＨは、ランプ光軸Ｍを中心としたＸ方向に長い非円形形状となる。この強度分布曲線Ｈの意味するところは、照明装置１から出射される光の内、Ｘ軸の近傍を通過する光線の割合が大きく（つまり光線密度が大きい）、Ｘ軸から離れた位置を通過する光線の割合は小さい（つまり光線密度が小さい）ということである。この発散光は、リフレクタ３の反射面８に照射され、そこで反射されてランプ光軸Ｍに略平行な光に変換される。
【００３５】
照明装置１の出射光のプロファイルは、従来の照明装置の出射光のそれに比べて、光線密度がＸ軸の近傍に局在化したものとなる。従って、照明装置１で光線密度の高い領域が分布する方向（Ｘ方向）と偏光ビームスプリッタ（偏光分離素子）の偏光分離方向（横方向）とが一致するように、照明装置１と偏光ビームスプリッタとを配置すれば、縦方向に大きな角度を伴って偏光ビームスプリッタに入射する光が少なくなるため、偏光ビームスプリッタから出射される２つの直線偏光（Ｐ偏光光束ＰとＳ偏光光束Ｓ）の偏光方向が回転する程度とその光束量を小さく抑え込むことが出来る。従って、照明装置１からの出射光を偏光ビームスプリッタでＰ偏光光束ＰおよびＳ偏光光束Ｓに精度良く偏光分離できる。また、当該照明装置１を、そこから出射される光の光強度分布プロファイルにおける光線密度の高い領域が分布する方向（Ｘ方向）と偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置することにより、光量低下を招くことなく、効率良く偏光変換を行うことが可能である。
【００３６】
なお、偏光ビームスプリッタの偏光分離方向とは、図１０に示す偏光ビームスプリッタ３００の入射面３００ｂにおける横方向（Ｘ方向）である。また、偏光ビームスプリッタを用いて構成した偏光変換装置の偏光分離方向も、偏光ビームスプリッタの入射面における横方向である。
【００３７】
照明装置１においては、発光管４の代わりに、図２（Ａ）に示すように、Ｙ方向に長い楕円形断面をした内側輪部１４と、円形断面をした外側輪部１５とを備えた発光部５Ａを有する発光管を採用することも可能である。また、図２（Ｂ）に示すように、直交平面（ＸＹ平面）に沿って切断した場合の肉厚が均一の円形発光部１６と、この円形発光部１６の外周面に肉厚調整部材１７ａ、１７ｂとを備えた構成の発光部５Ｂを有する発光管４であっても良い。肉厚調整部材１７ａ、１７ｂとしては、例えば、円形発光部１６の左右の側部に取り付けた状態で発光部５Ｂの直交平面（ＸＹ平面）における断面形状が発光部５と同じ形状になるものを使用すれば良い。
【００３８】
これらの発光部５Ａ、５Ｂを備えた発光管であっても、実質的な肉厚部分１３は、前述した発光部５を備えた発光管４と同様に、肉厚部分１３の断面形状は、ランプ光軸Ｍから見て短軸方向（Ｙ方向）の厚さ１３ａが最も小さく、ランプ光軸Ｍから見て長軸方向（Ｘ方向）の厚さ１３ｂが最も大きくなるように徐々に変化する形状となる。このため、肉厚部分１３のレンズ効果によって、発光管の発散光における直交平面（ＸＹ平面）での光強度分布曲線は、図１（Ｃ）に示したような非円形形状となる。
【００３９】
（偏光照明装置の第１の例）
次に、この照明装置１を備えた偏光照明装置を説明する。図３（Ａ）にはその偏光照明装置の一例を示してある。この図に示す偏光照明装置１Ａは、基本的には、照明装置１と、この照明装置１から出射された光束をＳ偏光光束ＳとＰ偏光光束Ｐとに分離する偏光分離素子としての２つの偏光ビームスプリッタ３５、３６と、この偏光ビームスプリッタ３５、３６によって分離された２つの偏光光束のうち、Ｐ偏光光束ＰをＳ偏光光束Ｓに変換する偏光変換素子としてのλ／２位相差板３９とから構成されている。
【００４０】
照明装置１から出射された光束のほぼ全成分は２つの偏光ビームスプリッタ３５、３６の入射面３５ｂ、３６ｂに入射する。各偏光ビームスプリッタ３５、３６はランプ光軸Ｍに対して４５度傾斜した偏光分離面３５ａ、３６ａを備えており、これらの偏光分離面３５ａ、３６ａは互いに直交するように設定されている。偏光ビームスプリッタ３５、３６の入射面３５ｂ、３６ｂに入射した照明装置１からの光束のうち、その光束に含まれるＰ偏光光束Ｐはそれぞれの偏光分離面３５ａ、３６ａを透過し、Ｓ偏光光束Ｓはそれぞれの偏光分離面３５ａ、３６ａで外側に向けて折り曲げられる。これらのＳ偏光光束Ｓは、偏光ビームスプリッタ３５、３６における出射面３５ｃ、３６ｃから出射する。
【００４１】
出射面３５ｃの外側には、偏光分離面３５ａと平行な反射面を有する反射ミラー３７が配置され、出射面３６ｃの外側には、偏光分離面３６ａと平行な反射面を有する反射ミラー３８が配置されている。出射面３５ｃから出射したＳ偏光光束Ｓは反射ミラー３７で直角に反射されて、ランプ光軸Ｍに平行な光束になる。また、出射面３６ｃから出射したＳ偏光光束Ｓは反射ミラー３８で直角に反射されて、ランプ光軸Ｍに平行な光束になる。
【００４２】
各偏光分離面３５ａ、３６ａを透過したＰ偏光光束Ｐは入射面３５ｂ、３６ｂと対峙している出射面３５ｄ、３６ｄから出射する。これらの出射面３５ｄ、３６ｄにはλ／２位相差板３９が設置されている。出射面３５ｄ、３６ｄから出射したＰ偏光光束Ｐは、λ／２位相差板３９を通過する際に偏光面の回転作用を受けＳ偏光光束Ｓへと変換される。この結果、照明装置１から出射された光束は一種類の偏光光束（Ｓ偏光光束Ｓ）に変換されて照明領域９０を照射する。
【００４３】
ここで、図３（Ｂ）に示すように、偏光照明装置１Ａにおいては、照明装置１を、そこから出射される光の光の強度分布プロファイルにおける光線密度の高い領域が分布する方向（Ｘ方向）が偏光ビームスプリッタ３５、３６の偏光分離方向（Ｘ方向）に一致するように配置してある。照明装置１と偏光ビームスプリッタ３５、３６をこのような配置関係にすると、前述したように、偏光ビームスプリッタ３５、３６において、照明装置１からの出射光を他の偏光成分の混入の少ないＳ偏光光束ＳおよびＰ偏光光束Ｐに偏光分離できる。この偏光分離されたＰ偏光光束ＰにはＳ偏光成分がほとんど含まれていないので、λ／２位相板３９によって変換されたＳ偏光光束ＳにもＰ偏光成分はほとんど存在しない。このため、偏光照明装置１Ａによって、他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束（本例では、Ｓ偏光光束）を得ることができる。
【００４４】
（偏光照明装置の第２の例）
図４（Ａ）には偏光照明装置の異なる例を示してある。この図に示す偏光照明装置１Ｂは、照明装置１と、この照明装置１から出射された光束を複数の中間光束に分割する第１の光学要素６１と、中間光束が集光する位置付近に配置された第２の光学要素６２とを有している。
【００４５】
照明装置１は、ランプ光軸Ｍがシステム光軸Ｎに対して一定の距離ＤだけＸ方向に平行シフトした状態となるように配置されている。照明装置１から出射された光束は、第１の光学要素６１に入射する。
【００４６】
第１の光学要素６１は、ＸＹ平面上で矩形状の外形を有する複数の光束分割レンズ６１ａをマトリクス状に配列して構成されており、ランプ光軸Ｍが第１の光学要素６１の中心に来るように、照明装置１と第１の光学要素６１との位置関係が設定されている。第１の光学要素６１に入射した光は、光束分割レンズ６１ａにより複数の中間光束６１ｂに分割され、同時に光束分割レンズ６１ａの集光作用により、システム光軸Ｎと垂直な平面内（ＸＹ平面内）の中間光束が集束する位置に光束分割レンズの数と同数の集光像６１ｃを形成する。光束分割レンズ６１ａのＸＹ平面上における外形形状は、照明領域９０の形状と相似形をなすように設定される。本例では、ＸＹ平面上でＸ方向に長い横長の照明領域９０を想定しているため、光束分割レンズ６１ａのＸＹ平面上における外形形状も横長である。なお、この照明領域９０は、後述する投写型表示装置においては、その装置内の液晶ライトバルブにおける画像形成領域に相当する。
【００４７】
集光像６１ｃが形成される位置近傍には、システム光軸Ｎに対して垂直な平面内（ＸＹ平面内）に第２の光学要素６２が配置されている。この第２の光学要素６２は、集光レンズアレイ６３、遮光板６４、偏光変換装置６８および結合レンズ６７から大略構成される複合体である。なお、第１の光学要素６１に入射する光束の平行性が極めて良い場合には、第２の光学要素６２から集光レンズアレイ６３を省略した構成としても良い。この第２の光学要素６２は、中間光束６１ｂのそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに空間的に分離した後、一方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃え、偏光方向がほぼ揃ったそれぞれの光束を照明領域に導くような機能を有している。
【００４８】
集光レンズアレイ６３は、第１の光学要素６１とほぼ同様な構成となっており、即ち、第１の光学要素６１を構成する光束分割レンズ６１ａと同数の集光レンズ６３ａをマトリクス状に配列したものであり、それぞれの中間光束６１ｂを後述する偏光変換装置６８の偏光分離ユニットアレイ６５の特定の場所に集光しながら導く機能を有している。
【００４９】
従って、第１の光学要素６１により形成された中間光束６１ｂの特性に合わせて、また、偏光分離ユニットアレイ６５に入射する光はその主光線の傾きがシステム光軸Ｎと平行であることが理想的である点を考慮して、各集光レンズ６３ａのレンズ特性は各々最適化されることが望ましい。
【００５０】
ただし、一般的には、光学系の低コスト化および設計の容易さを考慮して、第１の光学要素６１と全く同じものを集光レンズアレイ６３として用いるか、或いは、光束分割レンズ６１ａとＸＹ平面での形状が相似形である集光レンズを用いて構成した集光レンズアレイを用いても良いことから、本例の場合には、第１の光学要素６１を集光レンズアレイ６３として用いている。
【００５１】
なお、集光レンズアレイ６３が配置される位置は第２の光学要素６２の入射側には限定されず、遮光板６４や偏光変換装置６８から離れた位置（第１の光学要素６１に近い側）に配置してもよい。また、集光レンズアレイ６３を結合レンズ６７と一体化して偏光変換装置６８の出射側に配置することも可能である。
【００５２】
遮光板６４は複数の遮光面６４ａと複数の開口面６４ｂが配列して構成されたものであり、遮光面６４ａと開口面６４ｂの配列の仕方は後述する偏光分離ユニットの配列の仕方に対応している。遮光板６４の遮光面６４ａに入射した光束は遮られ、開口面６４ｂに入射した光束は遮光板６４をそのまま透過する。従って、遮光板６４は、遮光板６４上の位置に応じて透過する光束を制御する機能を有しており、遮光面６４ａと開口面６４ｂの配列の仕方は、第１の光学要素６１による集光像６１ｃが後述する偏光分離ユニットの偏光分離面上のみに形成されるように設定されている。
【００５３】
遮光板６４としては、ガラス板等の平板状の透明体に、クロムやアルミニウム等からなる遮光性の膜を部分的に形成したものや、アルミニウム板のような遮光性の平板に開口部を設けたもの等を使用することができる。特に、遮光性を有する膜を利用する場合には、遮光性を有する膜を集光レンズアレイ６３や後述する偏光分離ユニットアレイ６５上に直接形成しても同様の機能を発揮させることができる。
【００５４】
次に、偏光変換装置６８は偏光分離ユニットアレイ（偏光分離素子）６５と、この偏光分離ユニットアレイ６５の出射面の側に取り付けられた選択位相差板（偏光変換素子）６６とを有している。
【００５５】
偏光分離ユニットアレイ６５は、複数の偏光分離ユニット６５ａがマトリクス状に配列した構成をなしている。偏光分離ユニット６５ａの配列の仕方は、第１の光学要素６１を構成する光束分割レンズ６１ａのレンズ特性およびそれらの配列の仕方に対応している。本例においては、全て同じレンズ特性を有する同心系の光束分割レンズ６１ａを用いて、それらの光束分割レンズ６１ａを直交マトリクス状に配列することで第１の光学要素６１を構成しているため、偏光分離ユニットアレイ６５も全て同じ偏光分離ユニット６５ａを全て同じ向きに直交マトリクス状に配列することにより構成されている。
【００５６】
なお、Ｙ方向に並ぶ同一列の偏光分離ユニットが全て同じ偏光分離ユニットである場合には、Ｙ方向に細長い偏光分離ユニットをＸ方向に配列して構成した偏光分離ユニットアレイ６５を用いた方が、偏光分離ユニット間の界面における光損失を低減できると共に偏光分離ユニットアレイの製造コストを低減できるという利点がある。
【００５７】
偏光分離ユニット６５ａは内部に偏光分離面６５ｂと反射面６５ｃを備えた四角柱状の構造体であり、偏光分離ユニット６５ａに入射する中間光束６１ｂのそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに空間的に分離する機能を有している。偏光分離ユニット６５ａのＸＹ平面上における外観形状は、光束分割レンズ６１ａのＸＹ平面上における外観形状と相似形をなしており、即ち、横長の矩形状である。従って、偏光分離面６５ｂと反射面６５ｃとは横方向（Ｘ方向）に並ぶように配置されている。
【００５８】
ここで、偏光分離面６５ｂと反射面６５ｃとは、偏光分離面６５ｂがシステム光軸Ｎに対して約４５度の傾きをなし、且つ、反射面６５ｃが偏光分離面と平行な状態をなし、さらに、偏光分離面６５ｂがＸＹ平面上に投影する断面積（後述するＰ出射面の面積に等しい）と反射面６５ｃがＸＹ平面上に投影する断面積（後述するＳ出射面の面積に等しい）とが等しくなるように配置されている。
【００５９】
従って、本例では、偏光分離面６５ｂが存在する領域のＸＹ平面上での横幅と反射面が存在する領域のＸＹ平面上での横幅とは等しくなり、且つ、それぞれが偏光分離ユニットのＸＹ平面上での横幅の半分になるように設定されている。なお、一般的に、偏光分離面６５ｂは誘電体多層膜で、また、反射面６５ｃは誘電体多層膜或いはアルミニウム膜で形成することができる。
【００６０】
偏光分離ユニット６５ａに入射した光は、偏光分離面６５ｂにおいて、進行方向を変えずに偏光分離面６５ｂを透過するＰ偏光光束と、偏光分離面６５ｂで反射され隣接する反射面６５ｃの方向に進行方向を変えるＳ偏光光束とに分離される。Ｐ偏光光束はそのままＰ出射面６５ｄを経て偏光分離ユニットから出射され、Ｓ偏光光束は再び反射面６５ｃで進行方向を変え、Ｐ偏光光束とほぼ平行な状態となって、Ｓ出射面６５ｅを経て偏光分離ユニットから出射される。
【００６１】
従って、偏光分離ユニットに入射したランダムな偏光光束は偏光分離ユニットにより偏光方向が異なるＰ偏光光束とＳ偏光光束の二種類の偏光光束に分離され、偏光分離ユニットの異なる場所（Ｐ出射面６５ｄとＳ出射面６５ｅ）からほぼ同じ方向に向けて出射される。偏光分離ユニット６５ａは上記のような機能を有することから、それぞれの偏光分離ユニット６５ａの偏光分離面６５ｂが存在する領域にそれぞれの中間光束６１ｂを導く必要があり、そのため、偏光分離ユニット内の偏光分離面６５ｂの中央部に中間光束６１ｂが入射するように、それぞれの偏光分離ユニット６５ａとそれぞれの集光レンズ６３ａの位置関係やそれぞれの集光レンズ６３ａのレンズ特性は設定されている。特に、本例の場合には、それぞれの偏光分離ユニット内の偏光分離面６５ｂの中央部にそれぞれの集光レンズの中心軸が来るように配置するため、集光レンズアレイ６５は、偏光分離ユニットの横幅の１／４に相当する距離Ｄだけ、偏光分離ユニットアレイ６５に対してＸ方向にずらした状態で配置されている。
【００６２】
尚、偏光分離ユニットアレイにおいては、その内部に上述した偏光分離面と反射面が規則的に形成されたものであれば良く、上述した偏光分離ユニットを基本的な構成単位として用いる必要は必ずしもない。ここでは、偏光分離ユニットアレイの機能を説明し易くするために、偏光分離ユニットという構成単位を導入したに過ぎない。
【００６３】
遮光板６４は偏光分離ユニットアレイ６５と集光レンズアレイ６３との間にあって、遮光板６４のそれぞれの開口面６４ｂの中心とそれぞれの偏光分離ユニット６５ａの偏光分離面６５ｂの中心がほぼ一致するように配置され、また、開口面６４ｂの開口横幅（Ｘ方向の開口幅）は偏光分離ユニット６５ａの横幅の約半分の大きさに設定されている。この結果、偏光分離面６５ｂを経ずして反射面６５ｃに直接入射する中間光束６１ｂは、予め遮光板６４の遮光面６４ａで遮られるためほとんど存在せず、遮光板６４の開口面６４ｂの通過した光束はそのほとんど全てが偏光分離面６５ｂに入射することになる。従って、遮光板６４の設置により、偏光分離ユニット６５ａにおいて、直接反射面６５ｃに入射し、反射面６５ｃを経て隣接する偏光分離面６５ｂに入射する光束はほとんど存在しないことになる。
【００６４】
偏光分離ユニットアレイ６５の出射面側には、λ／２位相差板６６ａが規則的に配置された選択位相差板６６が設置されている。即ち、偏光分離ユニットアレイ６５を構成する偏光分離ユニット６５ａのＰ出射面６５ｄの部分にのみλ／２位相差板６６ａが配置され、Ｓ出射面６５ｅの部分にはλ／２位相差板６６ａは設置されていない。この様なλ／２位相差板６６ａの配置状態により、偏光分離ユニット６５ａから出射されたＰ偏光光束は、λ／２位相差板６６ａを通過する際に偏光方向の回転作用を受けＳ偏光光束へと変換される。一方、Ｓ出射面６５ｅから出射されたＳ偏光光束はλ／２位相差板６６ａを通過しないので、偏光方向は変化せず、Ｓ偏光光束のまま選択位相差板６６を通過する。以上をまとめると、偏光分離ユニットアレイ６５と選択位相差板６６により、偏光方向がランダムな中間光束６１ｂは一種類の偏光光束（この場合はＳ偏光光束）に変換されたことになる。
【００６５】
選択位相差板６６の出射面の側には、結合レンズ６７が配置されており、選択位相差板６６によりＳ偏光光束に揃えられた光束は、結合レンズ６７により照明領域（後述する投写型表示装置の液晶ライトバルブの画像形成領域）へと導かれ、照明領域上で重畳結合される。ここで、結合レンズ６７は１つのレンズ体である必要はなく、第１の光学要素６１のように、複数のレンズの集合体であっても良い。
【００６６】
第２の光学要素６２の機能をまとめると、第１の光学要素６１により分割された中間光束６１ｂ（つまり、光束分割レンズ６１ａにより切り出されたイメージ面）は、第２の光学要素６２により照明領域上で重畳結合される。これと同時に、途中の偏光変換装置６８により、ランダムな偏光光束である中間光束は偏光方向が異なる二種類の偏光光束に空間的に分離され、その分離された二種類の偏光光束が一種類の偏光光束に変換される。ここで、偏光変換装置６８の偏光分離ユニットアレイ６５の入射側には遮光板６４が配置され、偏光分離ユニット６５ａの偏光分離面６５ｂにだけ中間光束が入射する構成となっているため、反射面６５ｃを経て偏光分離面６５ｂに入射する中間光束６１ｂはほとんどなく、偏光分離ユニットアレイ６５から出射される偏光光束の種類はほぼ一種類に限定される。従って、照明領域は殆ど一種類の偏光光束でほぼ均一に照明されることになる。
【００６７】
ここで、図４（Ｂ）に示すように、偏光照明装置１Ｂにおいては、照明装置１を、そこから出射される光の光強度分布プロファイルにおける光線密度の高い領域が分布する方向（Ｘ方向）と偏光変換装置６８における偏光分離ユニットアレイ（偏光分離素子）６５の偏光分離方向（Ｘ方向）とが一致するように配置してある。照明装置１と偏光分離ユニットアレイ６５をこのような配置関係にすると、前述したように、偏光分離ユニットアレイ６５において、照明装置１からの出射光を他の偏光成分の混入の少ないＳ偏光光束およびＰ偏光光束に分離できる。この分離されたＰ偏光光束にはＳ偏光成分がほとんど含まれていないので、選択位相差板６６のλ／２位相差板６６ａによって変換されたＳ偏光光束ＳにもＰ偏光成分はほとんど含まれないことになる。すなわち、他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束（本例では、Ｓ偏光光束）を得ることができる。（投写型表示装置の第１の例）
次に、この照明装置１を用いた投写型表示装置を説明する。図５（Ａ）にはその一例として反射型液晶ライトバルブ（反射型光変調素子）を用いた投写型表示装置の光学系を示してある。
【００６８】
この図に示す投写型表示装置２０は、前述した照明装置１からの出射光を赤、緑、青の３色の色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂに対して反射型液晶ライトバルブにより各色の画像信号に応じた変調を施し、変調後の各色光を再合成して投写面上に拡大投写する形式のものである。
【００６９】
詳細に説明すると、照明装置１からの出射光は、それに含まれるＰ偏光成分ＰおよびＳ偏光成分Ｓを空間的に分離する偏光ビームスプリッタ２１に入射する。この偏光ビームスプリッタ２１は、ランプ光軸Ｍに対して４５度傾斜した偏光分離面２１ａを備えており、出射光に含まれるＰ偏光光束Ｐを透過し、Ｓ偏光光束Ｓを直交する方向に向けて反射することにより、空間的に９０度の角度で分離する。
【００７０】
この偏光ビームスプリッタ２１におけるＰ偏光光束Ｐの出射面３１に対峙させて、ダイクロイックプリズム２２が配置されている。このダイクロイックプリズム２２は上記の偏光分離面２１ａと略平行に赤色・青色反射膜２２ａが形成されている。
【００７１】
ダイクロイックプリズム２２に入射したＰ偏光光束Ｐに含まれる緑色光Ｇは赤色・青色反射膜２２ａを透過して当該ダイクロイックプリズム２２の出射面４１から出射する。この出射面４１に対峙させて、出射した緑色光Ｇの光路に直交する状態で、反射型の緑色用液晶ライトバルブ２３Ｇが配置されている。従って、Ｐ偏光光束Ｐから分離された緑色光Ｇは当該液晶ライトバルブ２３Ｇに入射して、緑色画像信号に対応した変調が施される。Ｐ偏光光束Ｐに含まれる赤色光Ｒおよび青色光Ｂはダイクロイックプリズム２２の赤色・緑色反射膜２２ａで反射される。
【００７２】
一方、偏光ビームスプリッタのＳ偏光光束Ｓの出射面３２の側には、ダイクロイックプリズム２４と、ダイクロイックプリズム２４における偏光ビームスプリッタ２１からのＳ偏光光束Ｓが入射する入射面４２に形成された緑色反射ダイクロイックフィルタ２５とが設けられている。偏光ビームスプリッタ２１から出射されたＳ偏光光束Ｓは、緑色反射ダイクロイックフィルタ２５を通過する際に緑色成分が除去される。
【００７３】
そして、ダイクロイックプリズム２４に入射したＳ偏光光束Ｓは、偏光分離面２１ａとは直交する方向に形成された青色反射膜２４ａによって青色光Ｂが反射されて出射面４３から出射する。この出射面４３に対峙させて、出射した青色光Ｂの光路に直交する状態で、反射型の青色用液晶ライトバルブ２３Ｂが配置されている。従って、Ｓ偏光光束Ｓから分離された青色光Ｂは当該液晶ライトバルブ２３Ｂに入射して青色画像信号に対応する変調が施される。青色反射膜２４ａを透過した赤色光Ｒは出射面４４から出射する。この出射面４４に対峙させて、出射した赤色光Ｒの光路に直交する状態で、反射型の赤色用液晶ライトバルブ２３Ｒが配置されている。従って、Ｓ偏光光束Ｓから分離された赤色光Ｒは当該液晶ライトバルブ２３Ｒに入射して赤色画像信号に対応する変調が施される。
【００７４】
反射型の液晶ライトバルブ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂに入射した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれに供給されている各色の画像信号の画素信号に応じて各画素電極毎に偏光面の回転を受け、反射光（変調光）となる。このようにして得られた変調光は、再度、同一光路に沿って戻り、ダイクロイックプリズム２２、２４を通り、偏光ビームスプリッタ２１に至る。
【００７５】
ここで、Ｐ偏光光束Ｐが入射した緑色用液晶ライトバルブ２３Ｇからの反射光は偏光面の回転作用を受けて部分的にＳ偏光光束となっており、このＳ偏光成分のみが、当該偏光ビームスプリッタ２１の偏光分離面２１ａで反射されて、投写光学系を構成している投写レンズ２６に供給され、変調されなかった光は偏光面の回転作用を受けずにＰ偏光光束のままであるので、その残りのＰ偏光成分は光源の側に向けて戻っていく。
【００７６】
一方、Ｓ偏光光束Ｓが入射した青色用および赤色用の液晶ライトバルブ２３Ｂ、２３Ｒからの変調光は、偏光面の回転作用を受けて部分的にＰ偏光光束となっており、このＰ偏光成分のみが、当該偏光ビームスプリッタ２１の偏光分離面２１ａを透過して、投写レンズ２６に供給され、残りのＳ偏光成分は反射されて光源の側に戻っていく。
【００７７】
この結果、偏光ビームスプリッタ２１の出射面３３からは各色の画像信号に応じて変調が施された各色光（変調光）が再度合成されて出力される。この合成光は投写レンズ２６を介して、投写面２７の上に拡大投写される。
【００７８】
ここで、図５（Ｂ）に示すように、投写型表示装置２０においては、照明装置１から出射される光の光強度分布プロファイルにおける光線密度が高い領域が分布する方向（Ｘ方向）と偏光ビームスプリッタ２１の偏光分離方向（Ｘ方向）とが一致するように、照明装置１と偏光ビームスプリッタ２１とは配置されているので、前述したように、照明装置１から出射された光が偏光ビームスプリッタ２１でＰ偏光光束およびＳ偏光光束に精度良く偏光分離される。従って、照明装置１を備えた投写型表示装置２０では、他の偏光成分の混入の少ない高精度の偏光光束（本例では、Ｓ偏光光束Ｓ）を画像形成用の光として利用できるので、コントラストと明るさに優れた投写画像を得ることができる。
【００７９】
（投写型表示装置の第２の例）
次に、図５（Ａ）とは異なる投写型表示装置の例を説明する。図６（Ａ）は、その投写型表示装置の光学系の要部を示す概略構成図である。この図に示す投写型表示装置２０Ａは、前述した投写型表示装置２０と同様に、照明装置１からの出射光を３色の色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂに対して反射型液晶ライトバルブにより各色の画像信号に応じた変調を施し、変調後の各色光を再合成して投写面上に拡大投写する形式のものである。
【００８０】
照明装置１からの出射光は、反射ミラー５１において進行方向を９０度折り曲げられ青光緑光反射ダイクロイックミラー５２に向かう。そして、この青光緑光反射ダイクロイックミラー５２において、赤色光Ｒが透過し、青色光Ｂおよび緑色光Ｇが反射する。赤色光Ｒは、反射ミラー５３で反射され、それに含まれるＰ偏光成分ＰおよびＳ偏光成分Ｓを空間的に分離する偏光ビームスプリッタ２１Ｒに入射する。この偏光ビームスプリッタ２１Ｒは、ランプ光軸Ｍに対して４５度傾斜した偏光分離面２１ａを備えており、赤色光Ｒに含まれるＰ偏光光束Ｐを透過し、Ｓ偏光光束Ｓを直交する方向に向けて反射することにより、２種類の偏光光束を空間的に９０度の角度で分離する。
【００８１】
この偏光ビームスプリッタ２１ＲにおけるＳ偏光光束Ｓの出射面３２Ｒに対峙させて、出射した赤色光ＲのＳ偏光光束Ｓの光路に直交する状態で、反射型液晶ライトバルブ２３Ｒが配置されている。従って、そのＳ偏光光束Ｓは当該液晶ライトバルブ２３Ｒに入射して、赤色画像信号に対応した変調が施される。
【００８２】
一方、青光緑光反射ダイクロイックミラー５２で反射された青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、緑反射ダイクロイックミラー５４において、青色光Ｂが透過し、緑色光Ｇが反射する。青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、それらに含まれるＰ偏光成分ＰおよびＳ偏光成分Ｓを空間的に分離する個別の偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１Ｂにそれぞれ入射する。これらの偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１Ｂは、上記の偏光ビームスプリッタ２１Ｒと同様に、偏光分離面２１ａを備えており、青色光Ｂおよび緑色光Ｇに含まれるＰ偏光光束Ｐを透過し、Ｓ偏光光束Ｓを直交する方向に向けて反射することにより、２種類の偏光光束を空間的に９０度の角度で分離する。
【００８３】
これらの偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１ＢにおけるＳ偏光光束Ｓの出射面３２Ｇ、３２Ｂに対峙させて、出射した青色光Ｂ、緑色光ＧのＳ偏光光束Ｓの光路に直交する状態で、反射型液晶ライトバルブ２３Ｂ、２３Ｇがそれぞれ配置されている。従って、青色光ＢのＳ偏光光束Ｓは当該液晶ライトバルブ２３Ｂに入射して、青色画像信号に対応した変調が施される。また、緑色光ＧのＳ偏光光束Ｓは当該液晶ライトバルブ２３Ｇに入射して、緑色画像信号に対応した変調が施される。
【００８４】
反射型液晶ライトバルブ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂに入射した各色光Ｒ、Ｇ、ＢのＳ偏光光束Ｓは、それぞれに供給されている各色の画像信号の画素信号に応じて各画素電極毎に偏光面の回転を受け、反射光（変調光）となる。この反射光は、再度、同一光路に沿って戻り、それぞれの偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに達する。
【００８５】
ここで、変調が施された当該反射光はＰ偏光光束Ｐに変換され、一方、変調が施されなかった当該反射光はＳ偏光光束Ｓのままになっている。このため、偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに入射した各色光の内、変調が施され、Ｐ偏光光束Ｐに変換されている反射光は、偏光分離面２１ａを透過してクロスダイクロイックプリズム８５に供給される。一方、変調が施されず、Ｓ偏光光束Ｓのままの反射光は、偏光分離面２１ａで反射され、さらに、同一光路を辿って照明装置１に戻っていく。
【００８６】
クロスダイクロイックプリズム８５に供給された各色光Ｒ、Ｇ、Ｂの変調光は、ここで色合成され、投写光学系を構成している投写レンズ２６に出力される。そして、この色合成された光は投写レンズ２６を介して、投写面の上に拡大投写される。
【００８７】
図６（Ｂ）に示すように、この投写型表示装置２０Ａにおいても、照明装置１と偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂとの配置関係を上述した投写型表示装置２０と同様に設定してある。このため、他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束を画像形成用の光として利用できるため、コントラストと明るさに優れた投写画像を得ることができる。
【００８８】
（投写型表示装置の第３の例）
次に、反射型の液晶ライトバルブを備えた投写型表示装置に図４（Ａ）に示した偏光照明装置１Ｂを組み込んだ例を説明する。図７は、その投写型表示装置の光学系の要部を示す概略構成図である。この図に示す投写型表示装置２０Ｂは、偏光照明装置１Ｂから出射された一種類の偏光光束を３色の色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂに対して反射型の液晶ライトバルブにより各色の画像信号に応じた変調を施し、変調後の各色光を再合成して投写面上に拡大投写する形式のものである。
【００８９】
なお、図４（Ａ）における照明領域９０は反射型液晶ライトバルブの画像形成領域に相当する。また、図７に示す投写型表示装置２０Ｂにおいて、前述した投写型表示装置２０Ａと共通する部分には同一符号を付してある。
【００９０】
偏光照明装置１Ｂからの一種類の偏光光束（本例では、Ｓ偏光光束Ｓ）は、Ｘ字状に配置された青光緑光反射ダイクロイックミラー５２および赤光反射ダイクロイックミラー８６に入射する。Ｓ偏光光束Ｓに含まれる赤色光Ｒは、赤光反射ダイクロイックミラー８６において、その進行方向を９０度折り曲げられて反射ミラー８７に向かう。Ｓ偏光光束Ｓに含まれる青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、青光緑光反射ダイクロイックミラー５２において、赤色光Ｒの進行方向とは反対方向に折り曲げられて反射ミラー８８に向かう。
【００９１】
赤色光Ｒは、反射ミラー８７で反射され、偏光ビームスプリッタ２１Ｒに入射する。入射した赤色光ＲはＳ偏光光束Ｓであるので、赤色光Ｒの略全てが偏光ビームスプリッタ２１Ｒの偏光分離面２１ｒで直角に折り曲げられて出射面３２Ｒから出射する。この出射面３２Ｒから出射した赤色光Ｒは、反射型の液晶ライトバルブ２３Ｒに入射し、この液晶ライトバルブ２３Ｒで赤色画像信号に対応した変調が施される。
【００９２】
一方、青光緑光反射ダイクロイックミラー５２で反射された青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、反射ミラー８８において、緑光反射ダイクロイックミラー５４に向けて反射される。緑光反射ダイクロイックミラー５４において、青色光Ｂが透過し、緑色光Ｇが反射する。
【００９３】
青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、個別の偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１Ｂにそれぞれ入射する。青色光Ｂおよび緑色光Ｇは共にＳ偏光光束Ｓであるので、それらの略全てが各偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１Ｂの偏光分離面２１ｇ、２１ｂで直交する方向に向けて反射され、当該偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１Ｂにおける出射面３２Ｇ、３２Ｂから出射する。各出射面３２Ｇ、３２Ｂから出射した緑色光Ｇおよび青色光Ｂは、反射型の液晶ライトバルブ２３Ｇ、２３Ｂに入射する。緑色光Ｇは液晶ライトバルブ２３Ｇで緑色画像信号に対応した変調が施され、青色光Ｂは液晶ライトバルブＢで青色画像信号に対応した変調が施される。
【００９４】
反射型の液晶ライトバルブ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂに入射した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれに供給されている各色の画像信号の画素信号に応じて各画素電極毎に偏光面の回転を受け、反射光（変調光）となる。この反射光は、再度、同一の光路に沿って戻り、それぞれの偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに到達する。
【００９５】
この後は、上述した投写型表示装置２０Ａと同様に、クロスダイクロイックプリズム８５、投写光学系を構成している投写レンズ２６を介して投写面２７に拡大投写される。
【００９６】
ここで、投写型表示装置２０Ｂには前述した偏光照明装置１Ｂが組み込まれている。特に、偏光照明装置１Ｂに組み込まれている照明装置１から出射される光の光強度分布プロファイルにおける光線密度が高い領域が分布する方向と、第２の光学要素６２における偏光分離方向および偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂにおける偏光分離方向とが一致するように、照明装置１と第２の光学要素６２及び偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは配置されている。このため、投写型表示装置２０Ｂでは、他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束（Ｓ偏光光束Ｓ）を画像形成用の光として利用されている。よって、コントラストと明るさに優れた投写画像を得ることができる。
【００９７】
（投写型表示装置の第４の例）
次に、透過型の液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の一例を説明する。図８はその投写型表示装置の光学系の要部を示した概略構成図である。この図に示す投写型表示装置２０Ｃには光源として図４（Ａ）に示した偏光照明装置１Ｂが組み込まれている。すなわち、投写型表示装置２０Ｃは偏光変換装置６８が組み込まれたものである。なお、図４（Ａ）における照明領域９０は透過型の液晶ライトバルブの画像形成領域に相当する。
【００９８】
この投写型表示装置２０Ｃは、偏光照明装置１Ｂから出射された一種類の偏光光束を３色の色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂに対して透過型の液晶ライトバルブにより各色の画像信号に応じた変調を施し、変調後の各色光を再合成して投写面上に拡大投写する形式のものである。
【００９９】
偏光照明装置１Ｂから出射された一種類の偏光光束（本例では、Ｓ偏光光束Ｓ）は、まず青光緑光反射ダイクロイックミラー７１において、赤色光Ｒが透過し、青色光Ｂおよび緑色光Ｇが反射する。赤色光Ｒは、反射ミラー７２で反射され、赤色用の透過型液晶ライトバルブ８０Ｒに達する。一方、青色光Ｂおよび緑色光Ｇのうち、緑色光Ｇは、緑光反射ダイクロイックミラー７３によって反射され、緑光用の透過型液晶ライトバルブ８０Ｇに達する。
【０１００】
ここで、青色光Ｂは、各色光のうちでその光路の長さが最も長いので、青色光Ｂに対しては、入射レンズ７４、リレーレンズ７５、および出射レンズ７６からなるリレーレンズ系で構成された導光手段７９を設けてある。即ち、青色光Ｂは、緑光反射ダイクロイックミラー７３を透過した後に、まず、入射レンズ７４を経て反射ミラー７７により反射されてリレーレンズ７５に導かれ、このリレーレンズ７５に集束された後、反射ミラー７８によって出射レンズ７６に導かれ、しかる後に、青光用の透過型液晶ライトバルブ８０Ｂに達する。ここで、３ヶ所の透過型液晶ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂは、それぞれの色光を変調し、各色光に対応した画像情報を含まれた後に、変調した色光をクロスダイクロイックプリズム８５に入射させる。クロスダイクロイックプリズム８５には、赤光反射の誘電体多層膜と青光反射の誘電体多層膜とがＸ字状に形成されており、それぞれの変調光束を合成しカラー画像を形成する。ここで形成されたカラー画像は、投写光学系である投写レンズ２６により投写面２７上に拡大投影され、投写画像を形成する。
【０１０１】
この投写型表示装置２０Ｃは、前述した投写型表示装置２０Ｂと同様に、偏光照明装置１Ｂが組み込まれている。このため、投写型表示装置２０Ｃでも、他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束を画像形成用の光として利用されているので、コントラストと明るさに優れた投写画像を得ることができる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の照明装置は、光強度分布曲線がランプ光軸を中心とする縦長あるいは横長の非円形形状をした光を出射する。換言すれば、従来の照明装置の出射光に比べ、所定の方向の拡がりが大きく、その方向に直交する方向の拡がりが小さい光を出射できる。
【０１０３】
従って、偏光分離素子が組み込まれた投写型表示装置において、光の拡がりが大きな方向と偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ）の偏光分離方向とが一致するように本発明の照明装置を配置すれば、偏光分離素子の偏光分離方向における入射角依存性は比較的小さくできるので、全体として、照明装置からの出射光を偏光分離素子で高精度に偏光分離できる。従って、偏光光束を画像形成用の光として効率良く使用できるので、コントラストと明るさに優れた投写画像を形成可能な投写型表示装置を実現できる。
【０１０４】
また、偏光変換装置が組み込まれた投写型表示装置において、光の拡がりが大きな方向と偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように本発明の照明装置を配置すれば、光量低下を招くことなく、効率良く偏光変換を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明を適用した照明装置の概略断面構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、（Ｃ）は、発散光のランプ光軸に直交する直交平面での光強度分布プロファイルを示す図である。
【図２】図１に示す発光部の変形例を示す断面図である。
【図３】（Ａ）は図１に示す照明装置を備えた偏光照明装置の概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の偏光照明装置における照明装置の配置関係を説明するための図である。
【図４】（Ａ）は図３とは異なる例の偏光照明装置の概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の偏光照明装置における照明装置の配置関係を説明するための図である。
【図５】（Ａ）は、図１に示す照明装置を備えた投写型表示装置の光学系の概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の投写型表示装置における照明装置の配置関係を説明するための図である。
【図６】（Ａ）は図３とは異なる投写型表示装置の光学系の例を示す概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の投写型表示装置における照明装置の配置関係を説明するための図である。
【図７】図４に示す偏光照明装置を備えた投写型表示装置の光学系の例を示す概略構成図である。
【図８】図７とは異なる投写型表示装置の光学系の例を示す概略構成図である。
【図９】反射型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の光学系の概略構成図である。
【図１０】偏光ビームスプリッタに入射する光の状態を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 照明装置
１Ａ、１Ｂ 偏光照明装置
２ 光源ランプ
３ リフレクタ
４ 発光管
５、５Ａ、５Ｂ 発光部
１１ 内側輪部
１２ 外側輪部
１３ 肉厚部分
１４ 内側輪部
１５ 外側輪部
１６ 発光部
１７ａ、１７ｂ 肉厚調整部材
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 投写型表示装置
２１、２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、３５、３６ 偏光ビームスプリッタ２１ａ 偏光分離面２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂ 反射型液晶ライトバルブ２６ 投写レンズ３９ λ／２位相差板
６１ 第１の光学要素
６２ 第２の光学要素
６３ 集光レンズアレイ
６４ 遮光板
６５ 偏光分離ユニット（偏光分離素子）
６６ 選択位相差板（偏光変換素子）
６７ 結合レンズ
６８ 偏光変換装置
８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ 透過型液晶ライトバルブ
Ｍ ランプ光軸
Claims (7)
- 光源ランプと、この光源ランプの発散光を反射して略平行光として出射するためのリフレクタとを有する照明装置において、前記発散光のランプ光軸に直交する直交平面内における光強度の分布曲線は、前記ランプ光軸を中心とする縦長あるいは横長の非円形形状であり、前記光源ランプの発光管は、当該非円形形状の光強度分布曲線が得られるように、前記直交平面に沿って切断した場合の肉厚が当該発光管の円周方向に沿って変化している照明装置と、
当該照明装置から出射された光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束と前記Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換装置と、
を有する偏光照明装置であって、
前記照明装置は、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１において、前記発光管を前記直交平面に沿って切断した場合の断面形状は、その内側輪部および外側輪部の一方が円により実現され、他方の輪部が楕円により実現されたものであることを特徴とする偏光照明装置。
- 請求項１において、前記発光管は、前記直交平面に沿って切断した場合の肉厚が均一である円形発光部と、この円形発光部の外周面に取り付けられた肉厚調整部材とを備えており、前記発光管は、前記肉厚調整部材によって、前記直交平面に沿って切断した場合の肉厚が当該発光管の円周方向に沿って変化していることを特徴とする偏光照明装置。
- 光源ランプと、この光源ランプの発散光を反射して略平行光として出射するためのリフレクタとを有する照明装置において、前記発散光のランプ光軸に直交する直交平面内における光強度の分布曲線は、前記ランプ光軸を中心とする縦長あるいは横長の非円形形状であり、前記光源ランプの発光管は、当該非円形形状の光強度分布曲線が得られるように、前記直交平面に沿って切断した場合の肉厚が当該発光管の円周方向に沿って変化している照明装置と、
当該照明装置から出射された光束を複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、
前記中間光束が集束する位置付近に配置された第２の光学要素と、
を有する偏光照明装置であって、
前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束と前記Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換装置と、それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズと、
を備えており、
前記照明装置は、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 光源ランプと、この光源ランプの発散光を反射して略平行光として出射するためのリフレクタとを有する照明装置において、前記発散光のランプ光軸に直交する直交平面内における光強度の分布曲線は、前記ランプ光軸を中心とする縦長あるいは横長の非円形形状であり、前記光源ランプの発光管は、当該非円形形状の光強度分布曲線が得られるように、前記直交平面に沿って切断した場合の肉厚が当該発光管の円周方向に沿って変化している照明装置と、
当該照明装置から出射された光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離する偏光分離素子と、
当該偏光分離素子によって分離された一方の偏光光束を変調する反射型光変調素子と、
当該反射型光変調素子によって変調された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有する投写型表示装置であって、
前記照明装置は、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光分離素子の偏光分離方向とが一致するように配置されていることを特徴とする投写型表示装置。 - 光源ランプと、この光源ランプの発散光を反射して略平行光として出射するためのリフレクタとを有する照明装置において、前記発散光のランプ光軸に直交する直交平面内における光強度の分布曲線は、前記ランプ光軸を中心とする縦長あるいは横長の非円形形状であり、前記光源ランプの発光管は、当該非円形形状の光強度分布曲線が得られるように、前記直交平面に沿って切断した場合の肉厚が当該発光管の円周方向に沿って変化している照明装置と、
当該照明装置から出射された光束を複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、
前記中間光束が集束する位置付近に配置された第２の光学要素と、
前記第２の光学要素から出射された光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子によって分離された一方の偏光光束を変調する反射型光変調素子と、
前記反射型光変調素子によって変調された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有する投写型表示装置であって、
前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束と前記Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換装置と、それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを備えており、
前記照明装置は、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向及び前記偏光分離素子の偏光分離方向とが一致するように配置されていることを特徴とする投写型表示装置。 - 請求項４に記載の偏光照明装置と、前記第２の光学要素から出射された光を変調する透過型光変調素子と、前記透過型光変調素子により変調が施された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有することを特徴とする投写型表示装置。
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