JP4085792B2 - 照明装置及びプロジェクタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、楕円面リフレクタを備えた照明装置及びプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のプロジェクタの光学系を示す図である。図５に示されるように、このプロジェクタは、照明装置９００と、色分離光学系７と、リレー光学系８と、２つのフィールドレンズ１２、１３と、３つの液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂと、ダイクロイックプリズム１１と、投写レンズ２とを備えている。色分離光学系７は、ダイクロイックミラー７Ａ，７Ｂ及び反射ミラー７Ｃを備えている。リレー光学系８は、入射側レンズ８Ａ、反射ミラー８Ｂ、リレーレンズ８Ｃ、反射ミラー８Ｄ及びフィールドレンズ８Ｅを備えている。
【０００３】
このプロジェクタの照明装置９００は、照明領域である液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂの有効領域をほぼ均一に照明することができるように構成されており、光源ランプユニット５と、平行化レンズ５Ｃと、第１のレンズアレイ６Ａと、第２のレンズアレイ６Ｂと、偏光変換素子４３，４４と、重畳レンズ４５とを備えている。
【０００４】
光源ランプユニット５は、楕円面リフレクタ５Ｂ及びこの楕円面リフレクタ５Ｂの第１焦点に配置された光源ランプ５Ａからなっている。光源ランプ５Ａとしては、輝度の高い高圧水銀ランプ等が用いられている。
【０００５】
平行化レンズ５Ｃは、その光源ランプユニット側焦点を楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点に一致させて配置されている。これにより、平行化レンズ５Ｃから射出される光が平行化されインテグレータ光学系６に入射される。
【０００６】
第１のレンズアレイ６Ａは、複数の第１の小レンズ６ａを備え、これら複数の第１の小レンズ６ａによって光源ランプユニット５から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに各部分光束を集光させる機能を有している。
【０００７】
第２のレンズアレイ６Ｂは、第１のレンズアレイ６Ａの小レンズに対応するように配列された複数の第２の小レンズ６ｂを備えている。第２のレンズアレイ６Ｂは、第１のレンズアレイ６Ａから射出された各部分光束の中心軸をシステム光軸に平行に揃える機能を有している。
【０００８】
偏光変換素子４３，４４は、第２のレンズアレイ６Ｂから出射された光束をほぼ一種類の偏光光束（例えばＳ偏光光束）に変換する機能を有している（例えば特許文献１参照。）。このため、従来利用されていなかったＰ偏光成分又はＳ偏光成分のいずれか一方の偏光成分をも利用することができ、照度の高い光を、液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに照射することが可能となり、その結果、スクリーンＳＣ上には輝度の高い画像を表示することができる。
【０００９】
重畳レンズ４５は、偏光変換素子４３，４４を出射したほぼ一種類の偏光光束（例えばＳ偏光光束）を、所定の被照明領域（液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に重畳させる機能を有している。このため、第１のレンズアレイ６Ａ、第２のレンズアレイ６Ｂの作用とあいまって、液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂの有効領域をほぼ均一に照明することができる。
【００１０】
照明装置９００から射出された光は色分離光学系７によって赤、緑及び青の３つの色光に分離され、それぞれの色光は３つの液晶パネル９Ｒ、９Ｇ、９Ｂによって変調され、ダイクロイックプリズム１１によって合成され、この合成光は投写レンズ２を介してスクリーンＳＣ上などに投写されることになる。
【００１１】
ところで、プロジェクタにおいては、光源ランプの光利用効率を高めて高輝度化を図ることが求められている。しかしながら、図５に示されるように、楕円面リフレクタの周辺部で反射された光は配光角度が大きいため、平行化レンズで呑み込むことが容易ではなく、このため、光源ランプの光利用効率を高めて高輝度化を図るのは容易ではなかった。
【００１２】
そこで、この高輝度化を達成するための技術の一つに、楕円面リフレクタに副鏡を配置する従来技術がある（例えば、特許文献２参照。）。図６は、そのような従来技術に係る光源を説明するための断面図である。図６に示されるように、この従来技術に係る照明装置５１は、光源ランプ５２と、光源ランプ５２からの放射光を射出開口部から射出させる楕円面リフレクタ５３を備えている。楕円面リフレクタ５３は、主副二つの反射鏡５３Ａ，５３Ｂ（主鏡５３Ａ，副鏡５３Ｂ）からなる複合反射鏡によって形成されている。
【００１３】
主鏡５３Ａは、光源ランプ５２の光軸ＯＣ上に第１焦点ａ及び第２焦点ｂを有する楕円面鏡によって形成されている。両焦点ａ，ｂのうち第１焦点位置には光源ランプ５２が配置されている。これにより、光源ランプ５２から放出された光が主鏡５３Ａに入射し、この主鏡５３Ａで反射されると、主鏡５３Ａの第２焦点ｂに集光される。
【００１４】
副鏡５３Ｂは、主鏡５３Ａの被照明領域側端部に取り付けられている。そして、主鏡５３Ａの第１焦点位置に曲率中心を有する球面鏡によって形成されている。これにより、光源ランプ５２から放出された光が副鏡５３Ｂに入射し、この副鏡５３Ｂで反射されると、主鏡５３Ａの反射面に入射してその反射面で反射され、主鏡５３Ａの第２焦点ｂに集光される。
【００１５】
このように構成された照明装置において、光源ランプ５２から放出された光は、主鏡５３Ａの反射面，副鏡５３Ｂの反射面及び被照明領域に向かって進行する。このうち主鏡５３Ａの反射面に入射した光は、その反射面で反射され、第２焦点ｂに向かって進行する。また、副鏡５３Ｂの反射面に入射した光は、その反射面で反射された後、主鏡５３Ａの反射面に入射してその反射面で反射され、第２焦点ｂに向かって進行する。
このため、主鏡５３Ａ及び副鏡５３Ｂの各反射面に入射した光の殆どは、収束光となって主鏡５３Ａの第２焦点ｂに集光される。
【００１６】
この副鏡５３Ｂは、楕円面リフレクタの周辺部分から射出して本来利用できなかった光を楕円面リフレクタ側に反射することによって、この楕円面リフレクタ５３Ａで拾えなかった成分の光をも有効に利用することが可能となるため、理論上は光の利用効率が高まることが期待される。
【００１７】
しかしながら、このリフレクタに副鏡を配置する従来技術においては、副鏡で反射された光の一部はランプのガラス面で不規則に反射してしまう。また、副鏡で反射された光の一部はランプ内部で吸収されてしまう。また、副鏡で反射された光の一部はランプ内部の電極間で蹴られてしまう。さらにまた、リフレクタで反射される回数が多くなるため、反射損が生じてしまう。これらのため、このリフレクタに副鏡を配置する従来技術においては、光利用効率が必ずしも高くならないという問題点があった。
【００１８】
一方、図５を参照して、この照明装置９００において、平行化レンズ５Ｃの口径をさらに大きくして、リフレクタ周辺部で反射された光を呑み込んで光利用効率を高めることが考えられる。
【００１９】
しかしながら、平行化レンズ５Ｃの口径を大きくすると、後段のインテグレタ光学系や色分離光学系などの光学要素の大きさを大きくする必要が生じ、プロジェクタの小型化を図る上での障害になってしまうという問題点があった。
【００２０】
【特許文献１】
特開平８−３０４７３９号公報（図１）
【特許文献２】
特開２００１−２９０２１８号公報（図１１）
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような技術的課題を解決するためになされたもので、平行化レンズの口径を大きくしなくとも光の利用効率を高めることの可能な照明装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するためになされた本発明の照明装置は、楕円面リフレクタ及びこの楕円面リフレクタの第１焦点に配置された光源ランプからなる光源ランプユニットと、
この光源ランプユニットの被照明領域側に配設され、前記楕円面リフレクタからの光を平行化する平行化レンズと、
この平行化レンズの周囲に配設され、前記楕円面リフレクタからの光を前記光源ランプユニット側に反射する第１楕円面反射ミラーと、
この第１楕円面反射ミラーの前記光源ランプユニット側に配設され、前記第１楕円面反射ミラーからの光を前記平行化レンズ側に反射する第２楕円面反射ミラーとを備えた照明装置であって、
前記第１楕円面反射ミラーの第１焦点位置と前記第２楕円面反射ミラーの第２焦点位置を前記リフレクタの第２焦点位置に一致させるとともに、
前記第１楕円面反射ミラーの第２焦点位置と前記第２楕円面反射ミラーの第１焦点位置を前記光源ランプユニットの光軸上で一致させることを特徴とする。
【００２３】
本発明の照明装置によれば、楕円面リフレクタの周辺部分で反射された光源光は、楕円面リフレクタの第２焦点（第１楕円面反射ミラーの第１焦点でもある）を通過して第１楕円面反射ミラーに入射し、この第１楕円面反射ミラーで反射されると、今度は第１楕円面反射ミラーの第２焦点焦点（第２楕円面反射ミラーの第１焦点でもある）を通過して第２楕円面反射ミラーに入射し、この第２楕円面反射ミラーで反射され、今度は第２楕円面反射ミラーの第２焦点（平行化レンズ焦点でもある）を通過し、平行化レンズで平行化されて後段の光学要素に向けて射出される。
【００２４】
このため、本発明の照明装置によれば、楕円面リフクレタ周辺部で反射された本来利用されなかった光をも有効に利用することができる。
そのうえ、平行化レンズ５Ｃの口径も大きくする必要がないので、後段のインテグレタ光学系や色分離光学系などの光学要素の大きさを大きくする必要もないため、プロジェクタの小型化を図る上での障害になることもない。
【００２５】
本発明の照明装置は、前記平行化レンズからの光を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、この第１レンズアレイによって分割された各部分光束の中心軸をシステム光軸に平行に揃える第２レンズアレイと、この第２レンズアレイの被照明領域側に配置された重畳レンズとからなるインテグレータ光学系をさらに備えたものであることが好ましい。
このように構成することにより、被照明領域においてより均一な光強度分布を実現できるインテグレータ光学系を小さなサイズのものとすることができるため、特に高画質のプロジェクタの小型化に大きく寄与することができる。
【００２６】
また、本発明の照明装置は、偏光変換素子をさらに備えたものであることが好ましい。
このように構成することにより、本来有効に利用することができなかった偏光成分の光源光を利用可能とする偏光変換素子を小さくすることができるため、特に高輝度のプロジェクタの小型化に大きく寄与することができる。
【００２７】
一方、本発明のプロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、この照明装置から射出される照明光を変調して画像を形成する電気光学変調装置と、この電気光学変調装置により形成された画像を投写面上に投写表示する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、前記照明装置は、上記した照明装置であることを特徴とする。
【００２８】
本発明のプロジェクタは、上記したように、楕円面リフクレタ周辺部で反射された本来利用されなかった光をも有効に利用することができ、プロジェクタの小型化を図る上での障害になることもない優れた照明装置を備えているため、小型で高輝度なプロジェクタとなる。
【００２９】
また、本発明の他のプロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、この照明装置から射出される照明光を複数の色光に分離する色分離光学系と、この色分離光学系によって分離された各色光をそれぞれ変調して画像を形成する複数の電気光学変調装置と、これら複数の電気光学変調装置により形成された画像を合成する色合成光学系と、この色合成光学系によって合成された画像を投写面上に投写表示する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、前記照明装置は、上記した照明装置であることを特徴とする。
【００３０】
本発明のプロジェクタは、上記したように、楕円面リフクレタ周辺部で反射された本来利用されなかった光をも有効に利用することができ、プロジェクタの小型化を図る上での障害になることもない優れた照明装置を備えているため、小型で高輝度なフルカラーのプロジェクタとなる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された照明装置及びプロジェクタにつき、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係るプロジェクタの外観を示す斜視図である。図２は、同じく本発明の実施形態１に係るプロジェクタにおける光学系の概略構成を説明するために示す平面図である。図３は、本発明の実施形態１に係るプロジェクタの照明装置を示す断面図である。
図１において、符号１で示すプロジェクタは、装置前方に突出する投写レンズユニット２を有する光学系４（図２に図示）を備えている。この光学系４は、投写レンズユニット２を除き、外装ケース３に内蔵されている。外装ケース３は、アッパーケース３Ａ及びロアーケース３Ｂとフロントケース３Ｃとからなる略角形状の箱体によって形成されている。
【００３２】
光学系４は、図２に示されるように、投写レンズユニット２に加え、光源ランプユニット５とインテグレータ光学系６と色分離光学系７と導光系８と電気光学変調装置９Ｒ，９Ｇ，９Ｇと色合成光学系１１とを備えている。
光源ランプユニット５は、図３に示されるように、光源ランプ５Ａと楕円面リフレクタ５Ｂとを有している。光源ランプ５Ａは、楕円面リフレクタ５Ｂの第１焦点（図３のＰ1に位置している。）位置に配置され、光Ｄ1，ｄ1を楕円面リフレクタ５Ｂに向かって放出するように構成されている。光源ランプ５Ａには例えば高圧水銀ランプが用いられている。なお、光源ランプ５Ａとしては、メタルハライドランプやハロゲンランプ等の他の光源ランプを用いてもよい。
【００３３】
楕円面リフレクタ５Ｂには、第１焦点及び第２焦点を被照明領域側（図３のＰ1，Ｐ2）に有する楕円面鏡が用いられている。これにより、楕円面リフレクタ５Ｂからの反射光Ｄ2，ｄ2を第２焦点位置Ｐ2（反射光Ｄ2，ｄ2が収束する点）に向かって進行するように構成されている。また、楕円面リフレクタ５Ｂの被照明領域側には、平行化レンズ５Ｃ（平行化レンズ）がその光源ランプユニット側焦点を楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2に一致させて配置されている。これにより、平行化レンズ５Ｃから射出される光Ｄ，ｄが平行化され、光源ランプユニット５の光軸ＯＣに沿ってインテグレータ光学系６に効率よく入射される。
【００３４】
平行化レンズ５Ｃの周囲には、図３に示されるように、二つの焦点（楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2に一致して配置される第１焦点及び後述する第２楕円面反射ミラー２２の第１焦点位置Ｐ3に一致して配置される第２焦点）を有する楕円面鏡からなる第１楕円面反射ミラー２１が配設されている。そして、楕円面リフレクタ５Ｂからの反射光ｄ2を光源ランプユニット側に反射光ｄ3として反射するように構成されている。第１楕円面反射ミラー２１の光源ランプユニット側には、二つの焦点（第１楕円面反射ミラー２１の第２焦点位置Ｐ3に一致して配置される第１焦点及び楕円面リフレクタの第２焦点位置Ｐ2に一致して配置される第２焦点）を有する楕円面鏡からなる第２楕円面反射ミラー２２が配設されている。そして、第１楕円面反射ミラー２１からの反射光ｄ3を平行化レンズ側に反射光ｄ4として反射するように構成されている。
【００３５】
これにより、第１楕円面反射ミラー２１からの反射光ｄ3が第２楕円面反射ミラー２２の第１焦点位置Ｐ3を通過すると、第２楕円面反射ミラー２２に入射してその反射面で反射光ｄ4として平行化レンズ側に反射され、さらに第２楕円面反射ミラー２２の第２焦点位置Ｐ2（楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2）を通過して平行化レンズ５Ｃに入射するように構成されている。
【００３６】
インテグレータ光学系６は、光源ランプユニット５とともに照明装置１１０を構成し、第１レンズアレイ６Ａと第２レンズアレイ６Ｂと反射ミラー６Ｃと重畳レンズ６Ｄとを有している。
第１レンズアレイ６Ａは、ＸＹ平面（図１において、Ｘ軸を含みＺＸ平面に垂直な平面）上で矩形状の外形を有する複数の小レンズ６ａをマトリックス状に配列して形成されている。そして、光源ランプユニット５からの光を部分光束に分割し、光軸ＯＣと垂直な平面（ＸＹ平面）内の中間光を収束させる位置に小レンズ６ａと同数の集光像（光源像）を形成するように構成されている。
【００３７】
第２レンズアレイ６Ｂは、第１レンズアレイ６Ａと略同様に構成されている。すなわち、この第２レンズアレイ６Ｂは、小レンズ６ａと同数の小レンズ６ｂをマトリックス状に配列して形成されている。そして、各部分光束の中心軸をシステム光軸に平行に揃える機能を有している。
【００３８】
なお、小レンズ６ａのＸＹ平面（Ｘ軸を含みＺＸ平面に垂直な平面）上における形状及び小レンズ６ｂのＹＺ平面（Ｚ軸を含みＺＸ平面に垂直な平面）上における形状は、照明光の角度分布の広がりを抑制するために、照明領域（スクリーンＳＣ）の平面形状と相似形をなしている。本実施形態では、スクリーンＳＣのＹＺ平面上でＺ方向に長い横長（矩形状）の照明領域を想定しているため、各小レンズ６ａ，６ｂのＸＹ，ＹＺ平面上における形状も横長である。
【００３９】
反射ミラー６Ｃは、両レンズアレイ６Ａ，６Ｂ間に配置されている。そして、第１レンズアレイ６Ａからの射出光を反射させて第２レンズアレイ６Ｂに向かって（装置前方）に進行させるように構成されている。
【００４０】
重畳レンズ６Ｄは、偏光変換素子４３，４４を出射したほぼ一種類の偏光光束（例えばＳ偏光光束）を、液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに重畳させる機能を有している。このため、第１のレンズアレイ６Ａ、第２のレンズアレイ６Ｂの作用とあいまって、液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂの有効領域をほぼ均一に照明することができる。
【００４１】
色分離光学系７は、青緑反射ダイクロイックミラー７Ａ及び緑反射ダイクロイックミラー７Ｂと反射ミラー７Ｃとを有している。これにより、インテグレータ光学系６からの白色光Ｗが赤緑青（三原色）の各色光Ｒ，Ｇ，Ｂに分離される。
【００４２】
青緑ダイクロイックミラー７Ａは、青色光Ｂ及び緑色光Ｇを直角に反射して緑反射ダイクロイックミラー７Ｂに向かって進行させ、また赤色光Ｒを透過させて反射ミラー７Ｃに向かって進行させるように構成されている。
緑反射ダイクロイックミラー７Ｂは、緑色光Ｇを直角に反射して射出部７ｇから色合成光学系９に向かって射出し、また青色光Ｂを通過させて射出部７ｂから導光系８に向かって射出するように構成されている。
反射ミラー７Ｃは、赤色光Ｒを直角に反射して射出部７ｒから色合成光学系１１に向かって射出するように構成されている。
【００４３】
色分離光学系７における緑色光Ｇの射出部７ｇ及び赤色光Ｒの射出部７ｒの射出側（電気光学変調装置側）には、それぞれフィールドレンズ１２，１３が配置されている。
【００４４】
導光系８は、リレーレンズ８Ａ及び入射側反射ミラー８Ｂとリレーレンズ８Ｃと射出側反射ミラー８Ｄとフィールドレンズ８Ｅとを有している。そして、色分離光学系７における射出部７ｂから射出した青色光Ｂを各光学要素８Ａ〜８Ｅにおいて通過させあるいは反射して、導光系８における青色光Ｂの射出部８ｂから色合成光学系１１に向かって射出するように構成されている。これにより、光路長が最大である青色光Ｂの光量損失が抑制される。
【００４５】
電気光学変調装置９Ｒ，９Ｇ，９Ｂは、例えば透過型の三つの液晶ライトバルブからなり、ＲＧＢの各色光に対応させて色合成光学系１１の入射側に配置されている。そして、色分離光学系７（青色光の場合は導光系８）から射出した各色光を変調し、各色光に対応した画像情報を付加するように構成されている。すなわち、液晶ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂは、ドライバ（図示せず）によって画像情報に応じたスイッチング制御が行われる。これにより、各液晶ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂを通過する各色光が変調される。
【００４６】
色合成光学系１１は、ダイクロイックプリズム等のプリズムユニットからなり、各液晶ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂの射出側に配置されている。そして、各液晶ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂによって変調された各色光を入射させて合成し得るように構成されている。
投写レンズユニット２は、色合成光学系１１の射出側に配置されている。そして、色合成光学系１１によって合成された画像をスクリーンＳＣなどの投写面上に投写画像として表示するように構成されている。
【００４７】
以上の構成により、光源ランプユニット５からの射出光Ｄ，ｄをインテグレータ光学系６及び色分離光学系７によって赤緑青の各色光として取り出し、これら各色光を液晶ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに導いてカラー画像信号に応じて変調した後、各色光を色合成光学系１１によって合成し、投写レンズユニット２によって投写画像としてスクリーンＳＣ上に拡大表示している。
【００４８】
この場合、光源ランプ５Ａから放出された光Ｄ1，ｄ1は、図３に示されるように、楕円面リフレクタ５Ｂの反射面及び被照明領域に向かって進行する。
このうち、楕円面リフレクタ５Ｂの反射面に入射した光Ｄ1は、その反射面で反射光Ｄ2として反射され、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2に向かって進行する。さらに、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2を通過し、光源ランプユニット５の射出光Ｄとして平行化レンズ５Ｃを透過する。この後、光軸ＯＣに沿ってインテグレータ光学系６に入射する。
【００４９】
また、楕円面リフレクタ５Ｂの外周部における反射面に入射したｄ1は、その反射面で反射され、反射光ｄ2として楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2に向かって進行する。さらに、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2を通過し、第１楕円面反射ミラー２１に向かって進行し、その反射面で反射光ｄ3として反射される。さらに、第２楕円面反射ミラー２２に向かって進行し、その反射面で反射光ｄ4として反射される。そして、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2を通過して平行化レンズ５Ｃに向かって進行し、平行化レンズ５Ｃを光源ランプユニット５の射出光ｄとして透過する。この後、光軸ＯＣに沿ってインテグレータ光学系６に入射する。
【００５０】
したがって、本実施形態１によれば、楕円面リフクレタ５Ｂ周辺部で反射された本来利用されなかった光ｄ2をも有効に利用することができる。
そのうえ、平行化レンズ５Ｃの口径も大きくする必要がないので、後段のインテグレタ光学系６や色分離光学系７などの光学要素の大きさを大きくする必要もないため、プロジェクタの小型化を図る上での障害になることもない。
【００５１】
［実施形態２］
次に、本発明の実施形態２につき、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施形態２に係るプロジェクタにおける光学系の概略構成を説明するために示す平面図である。
本実施形態２におけるプロジェクタ（照明装置）は、二つのレンズアレイを有するインテグレータ光学系の射出側に偏光変換素子を配置した点に特徴がある。
このため、図４に示すような照明装置１２０が用いられる。この照明装置１２０は、光源ランプユニット５の他に、偏光変換光学系（偏光変換素子）４３，４４を含むインテグレータ光学系６を備えている。
【００５２】
偏光変換素子は、第２レンズアレイ６Ｂと重畳レンズ６Ｄとの間に、偏光分離ユニットアレイ４３とλ／２位相差板４４とを有している。そして、第２レンズアレイ６Ｂを透過した光源ランプユニット５からの部分光束をＰ偏光光とＳ偏光光とに空間的に分離した後、一方の偏光光の偏光方向と他方の偏光光の偏光方向とを揃え、偏光方向が略揃ったそれぞれの光を被照明領域（電気光学変調装置の画像形成領域）側に導くように構成されている。これにより、ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂにおける光利用効率を高めて明るい表示状態が達成される。
【００５３】
偏光分離ユニットアレイ４３は、複数の偏光分離ユニットが配列されて形成されている。偏光分離ユニットは、内部に偏光分離面４３ａ1及び反射面４３ａ2を有する四角柱状の構造体からなり、光源ランプユニット５（第２レンズアレイ６Ｂ）からの射出光をＰ偏光光とＳ偏光光とに空間的に分離するように構成されている。偏光分離面４３ａ1と反射面４３ａ2は、横方向（Ｘ方向）に並列して配置されている。また、これら偏光分離面４３ａ1と反射面４３ａ2は、光軸ＯＣに対して約４５°傾斜し、かつ互いに平行な状態で配置されている。そして、偏光分離ユニット４３Ａは、両レンズアレイ６Ａ，６Ｂによる光源像の一つが各偏光分離面４３ａ1に対応するように配置されている。これにより、光源ランプユニット５（第２レンズアレイ６Ｂ）からの光が偏光方向を揃えて照明対象側に確実に導かれ、偏光の変換効率が高められる。
【００５４】
λ／２位相差板４４は、複数の位相差板からなり、偏光分離ユニットの例えばＰ射出面に対向する部位に配置されている。これにより、偏光分離ユニットのＰ射出面から射出されたＰ偏光光がλ／２位相差板４４を通過する際に偏光方向の回転作用を受けてＳ偏光光へと変換される。一方、偏光分離ユニット４３ＡのＳ射出面から射出されたＳ偏光光はλ／２位相差板４４を通過しないため、その偏光方向は変化せず、そのまま被照明領域側に進行する。
【００５５】
重畳レンズ４５は、単一のレンズ体からなり、λ／２位相差板４４の射出側に配置されている。これにより、λ／２位相差板４４においてＳ偏光光に揃えられた光束が重畳レンズ４５を透過して被照明領域側へと導かれ、電気光学変調装置３上で重畳結合される。
【００５６】
以上の構成により、光源ランプユニット５からの出射光をインテグレータ光学系６及び色分離光学系７によって赤緑青の各色光として取り出し、これら各色光を液晶ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに導いてカラー画像信号に応じて変調した後、各色光を色合成光学系１１によって合成し、投写レンズユニット２によって投写画像としてスクリーンＳＣ上に拡大表示する。
【００５７】
この場合、光源ランプ５Ａから放出された光Ｄ1，ｄ1は、図３に示されるように、楕円面リフレクタ５Ｂの反射面及び被照明領域に向かって進行する。
このうち、楕円面リフレクタ５Ｂの反射面に入射した光Ｄ1は、その反射面で反射光Ｄ2として反射し、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2に向かって進行する。さらに、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2を通過し、光源ランプユニット５の射出光Ｄとして平行化レンズ５Ｃを透過する。この後、光軸ＯＣに沿ってインテグレータ光学系６に入射する。
【００５８】
また、楕円面リフレクタ５Ｂの外周部における反射面に入射したｄ1は、その反射面で反射し、反射光ｄ2として楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2に向かって進行する。さらに、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2を通過し、第１楕円面反射ミラー２１に向かって進行し、その反射面で反射光ｄ3として反射される。さらに、第２楕円面反射ミラー２２に向かって進行し、その反射面で反射光ｄ4として反射される。そして、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2を通過して平行化レンズ５Ｃに向かって進行し、平行化レンズ５Ｃを光源ランプユニット５の射出光ｄとして透過する。この後、光軸ＯＣに沿ってインテグレータ光学系６に入射する。
【００５９】
次に、インテグレータ光学系６に入射した光Ｄ，ｄが第１レンズアレイ６Ａ及び第２レンズアレイ６Ｂを透過すると、偏光分離面４３ａ1において進行方向を変えずに偏光分離面４３ａ1を通過するＰ偏光光と、偏光分離面４３ａ1で反射して進行方向を変えるＳ偏光光とに分離される。そして、Ｐ偏光光はそのまま偏光分離ユニット４３Ａからライトバルブ側に射出され、Ｓ偏光光は再び反射面４３ａ2で進行方向を変え、Ｐ偏光光と略平行な状態で偏光分離ユニット４３Ａから射出側レンズ４５を介してライトバルブ側に射出される。
【００６０】
したがって、本実施形態２によれば、実施形態１と同様に、楕円面リフクレタ５Ｂ周辺部で反射された本来利用されなかった光ｄ2をも有効に利用することができる。
そのうえ、平行化レンズ５Ｃの口径も大きくする必要がないので、実施形態１と同様に、後段のインテグレタ光学系６や色分離光学系７などの光学要素の大きさを大きくする必要もないため、プロジェクタの小型化を図る上での障害になることもない。
【００６１】
なお、各実施形態においては、スクリーン前面に投写するフロント型のプロジェクタである場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、スクリーン背面に投写するリア型のプロジェクタに適用することもできる。
また、各実施形態においては、電気光学変調装置が透過型であるプロジェクタに適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、反射型の電気光学変調装置を備えたプロジェクタに適用することもできる。
【００６２】
この他、各実施形態においては、フルカラー画像を得るためのプロジェクタとして説明したが、単一色画像を得るためのプロジェクタにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係るプロジェクタの外観を示す斜視図。
【図２】実施形態１に係る光学系を説明する平面図。
【図３】実施形態１に係るプロジェクタの照明装置を示す断面図。
【図４】実施形態２に係るプロジェクタの光学系を説明する平面図。
【図５】従来のプロジェクタの照明装置を示す断面図。
【図６】従来技術に係る光源を説明するための断面図。
【符号の説明】
１ プロジェクタ、 ２ 投写レンズユニット、 ３ 外装ケース、 ３Ａ アッパーケース、 ３Ｂ ロアーケース、 ３Ｃ フロントケース、 ４ 光学系、 ５ 光源ランプユニット、 ５Ａ 光源ランプ、 ５Ｂ 楕円面リフレクタ、 ５Ｃ 平行化レンズ、 ６ インテグレータ光学系、 ６Ａ 第１レンズアレイ、 ６Ｂ 第２レンズアレイ、 ６ａ 小レンズ、 ６ｂ 小レンズ、 ６Ｃ 反射ミラー、 ６Ｄ 重畳レンズ、 ７ 色分離光学系、 ７Ａ 青緑反射ダイクロイックミラー、 ７Ｂ 緑反射ダイクロイックミラー、 ７Ｃ 反射ミラー、 ７ｒ，７ｂ，７ｂ，ｉ 射出部、 ８ 導光系、 ８Ａ，８Ｃ，８Ｅ リレーレンズ、 ８Ｂ 入射側反射ミラー、 ８Ｄ 射出側反射ミラー、 ８ａ射出部、 ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ 電気光学変調装置（液晶ライトバルブ）、 １１ 色合成光学系、 １２，１３ フィールドレンズ、 ２１ 第１楕円面反射ミラー、 ２２ 第２楕円面反射ミラー、 ＯＣ 光軸、 ＳＣ スクリーン、Ｒ 赤色光、 Ｇ 緑色光、 Ｂ 青色光
【発明の属する技術分野】
本発明は、楕円面リフレクタを備えた照明装置及びプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のプロジェクタの光学系を示す図である。図５に示されるように、このプロジェクタは、照明装置９００と、色分離光学系７と、リレー光学系８と、２つのフィールドレンズ１２、１３と、３つの液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂと、ダイクロイックプリズム１１と、投写レンズ２とを備えている。色分離光学系７は、ダイクロイックミラー７Ａ，７Ｂ及び反射ミラー７Ｃを備えている。リレー光学系８は、入射側レンズ８Ａ、反射ミラー８Ｂ、リレーレンズ８Ｃ、反射ミラー８Ｄ及びフィールドレンズ８Ｅを備えている。
【０００３】
このプロジェクタの照明装置９００は、照明領域である液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂの有効領域をほぼ均一に照明することができるように構成されており、光源ランプユニット５と、平行化レンズ５Ｃと、第１のレンズアレイ６Ａと、第２のレンズアレイ６Ｂと、偏光変換素子４３，４４と、重畳レンズ４５とを備えている。
【０００４】
光源ランプユニット５は、楕円面リフレクタ５Ｂ及びこの楕円面リフレクタ５Ｂの第１焦点に配置された光源ランプ５Ａからなっている。光源ランプ５Ａとしては、輝度の高い高圧水銀ランプ等が用いられている。
【０００５】
平行化レンズ５Ｃは、その光源ランプユニット側焦点を楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点に一致させて配置されている。これにより、平行化レンズ５Ｃから射出される光が平行化されインテグレータ光学系６に入射される。
【０００６】
第１のレンズアレイ６Ａは、複数の第１の小レンズ６ａを備え、これら複数の第１の小レンズ６ａによって光源ランプユニット５から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに各部分光束を集光させる機能を有している。
【０００７】
第２のレンズアレイ６Ｂは、第１のレンズアレイ６Ａの小レンズに対応するように配列された複数の第２の小レンズ６ｂを備えている。第２のレンズアレイ６Ｂは、第１のレンズアレイ６Ａから射出された各部分光束の中心軸をシステム光軸に平行に揃える機能を有している。
【０００８】
偏光変換素子４３，４４は、第２のレンズアレイ６Ｂから出射された光束をほぼ一種類の偏光光束（例えばＳ偏光光束）に変換する機能を有している（例えば特許文献１参照。）。このため、従来利用されていなかったＰ偏光成分又はＳ偏光成分のいずれか一方の偏光成分をも利用することができ、照度の高い光を、液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに照射することが可能となり、その結果、スクリーンＳＣ上には輝度の高い画像を表示することができる。
【０００９】
重畳レンズ４５は、偏光変換素子４３，４４を出射したほぼ一種類の偏光光束（例えばＳ偏光光束）を、所定の被照明領域（液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に重畳させる機能を有している。このため、第１のレンズアレイ６Ａ、第２のレンズアレイ６Ｂの作用とあいまって、液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂの有効領域をほぼ均一に照明することができる。
【００１０】
照明装置９００から射出された光は色分離光学系７によって赤、緑及び青の３つの色光に分離され、それぞれの色光は３つの液晶パネル９Ｒ、９Ｇ、９Ｂによって変調され、ダイクロイックプリズム１１によって合成され、この合成光は投写レンズ２を介してスクリーンＳＣ上などに投写されることになる。
【００１１】
ところで、プロジェクタにおいては、光源ランプの光利用効率を高めて高輝度化を図ることが求められている。しかしながら、図５に示されるように、楕円面リフレクタの周辺部で反射された光は配光角度が大きいため、平行化レンズで呑み込むことが容易ではなく、このため、光源ランプの光利用効率を高めて高輝度化を図るのは容易ではなかった。
【００１２】
そこで、この高輝度化を達成するための技術の一つに、楕円面リフレクタに副鏡を配置する従来技術がある（例えば、特許文献２参照。）。図６は、そのような従来技術に係る光源を説明するための断面図である。図６に示されるように、この従来技術に係る照明装置５１は、光源ランプ５２と、光源ランプ５２からの放射光を射出開口部から射出させる楕円面リフレクタ５３を備えている。楕円面リフレクタ５３は、主副二つの反射鏡５３Ａ，５３Ｂ（主鏡５３Ａ，副鏡５３Ｂ）からなる複合反射鏡によって形成されている。
【００１３】
主鏡５３Ａは、光源ランプ５２の光軸ＯＣ上に第１焦点ａ及び第２焦点ｂを有する楕円面鏡によって形成されている。両焦点ａ，ｂのうち第１焦点位置には光源ランプ５２が配置されている。これにより、光源ランプ５２から放出された光が主鏡５３Ａに入射し、この主鏡５３Ａで反射されると、主鏡５３Ａの第２焦点ｂに集光される。
【００１４】
副鏡５３Ｂは、主鏡５３Ａの被照明領域側端部に取り付けられている。そして、主鏡５３Ａの第１焦点位置に曲率中心を有する球面鏡によって形成されている。これにより、光源ランプ５２から放出された光が副鏡５３Ｂに入射し、この副鏡５３Ｂで反射されると、主鏡５３Ａの反射面に入射してその反射面で反射され、主鏡５３Ａの第２焦点ｂに集光される。
【００１５】
このように構成された照明装置において、光源ランプ５２から放出された光は、主鏡５３Ａの反射面，副鏡５３Ｂの反射面及び被照明領域に向かって進行する。このうち主鏡５３Ａの反射面に入射した光は、その反射面で反射され、第２焦点ｂに向かって進行する。また、副鏡５３Ｂの反射面に入射した光は、その反射面で反射された後、主鏡５３Ａの反射面に入射してその反射面で反射され、第２焦点ｂに向かって進行する。
このため、主鏡５３Ａ及び副鏡５３Ｂの各反射面に入射した光の殆どは、収束光となって主鏡５３Ａの第２焦点ｂに集光される。
【００１６】
この副鏡５３Ｂは、楕円面リフレクタの周辺部分から射出して本来利用できなかった光を楕円面リフレクタ側に反射することによって、この楕円面リフレクタ５３Ａで拾えなかった成分の光をも有効に利用することが可能となるため、理論上は光の利用効率が高まることが期待される。
【００１７】
しかしながら、このリフレクタに副鏡を配置する従来技術においては、副鏡で反射された光の一部はランプのガラス面で不規則に反射してしまう。また、副鏡で反射された光の一部はランプ内部で吸収されてしまう。また、副鏡で反射された光の一部はランプ内部の電極間で蹴られてしまう。さらにまた、リフレクタで反射される回数が多くなるため、反射損が生じてしまう。これらのため、このリフレクタに副鏡を配置する従来技術においては、光利用効率が必ずしも高くならないという問題点があった。
【００１８】
一方、図５を参照して、この照明装置９００において、平行化レンズ５Ｃの口径をさらに大きくして、リフレクタ周辺部で反射された光を呑み込んで光利用効率を高めることが考えられる。
【００１９】
しかしながら、平行化レンズ５Ｃの口径を大きくすると、後段のインテグレタ光学系や色分離光学系などの光学要素の大きさを大きくする必要が生じ、プロジェクタの小型化を図る上での障害になってしまうという問題点があった。
【００２０】
【特許文献１】
特開平８−３０４７３９号公報（図１）
【特許文献２】
特開２００１−２９０２１８号公報（図１１）
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような技術的課題を解決するためになされたもので、平行化レンズの口径を大きくしなくとも光の利用効率を高めることの可能な照明装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するためになされた本発明の照明装置は、楕円面リフレクタ及びこの楕円面リフレクタの第１焦点に配置された光源ランプからなる光源ランプユニットと、
この光源ランプユニットの被照明領域側に配設され、前記楕円面リフレクタからの光を平行化する平行化レンズと、
この平行化レンズの周囲に配設され、前記楕円面リフレクタからの光を前記光源ランプユニット側に反射する第１楕円面反射ミラーと、
この第１楕円面反射ミラーの前記光源ランプユニット側に配設され、前記第１楕円面反射ミラーからの光を前記平行化レンズ側に反射する第２楕円面反射ミラーとを備えた照明装置であって、
前記第１楕円面反射ミラーの第１焦点位置と前記第２楕円面反射ミラーの第２焦点位置を前記リフレクタの第２焦点位置に一致させるとともに、
前記第１楕円面反射ミラーの第２焦点位置と前記第２楕円面反射ミラーの第１焦点位置を前記光源ランプユニットの光軸上で一致させることを特徴とする。
【００２３】
本発明の照明装置によれば、楕円面リフレクタの周辺部分で反射された光源光は、楕円面リフレクタの第２焦点（第１楕円面反射ミラーの第１焦点でもある）を通過して第１楕円面反射ミラーに入射し、この第１楕円面反射ミラーで反射されると、今度は第１楕円面反射ミラーの第２焦点焦点（第２楕円面反射ミラーの第１焦点でもある）を通過して第２楕円面反射ミラーに入射し、この第２楕円面反射ミラーで反射され、今度は第２楕円面反射ミラーの第２焦点（平行化レンズ焦点でもある）を通過し、平行化レンズで平行化されて後段の光学要素に向けて射出される。
【００２４】
このため、本発明の照明装置によれば、楕円面リフクレタ周辺部で反射された本来利用されなかった光をも有効に利用することができる。
そのうえ、平行化レンズ５Ｃの口径も大きくする必要がないので、後段のインテグレタ光学系や色分離光学系などの光学要素の大きさを大きくする必要もないため、プロジェクタの小型化を図る上での障害になることもない。
【００２５】
本発明の照明装置は、前記平行化レンズからの光を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、この第１レンズアレイによって分割された各部分光束の中心軸をシステム光軸に平行に揃える第２レンズアレイと、この第２レンズアレイの被照明領域側に配置された重畳レンズとからなるインテグレータ光学系をさらに備えたものであることが好ましい。
このように構成することにより、被照明領域においてより均一な光強度分布を実現できるインテグレータ光学系を小さなサイズのものとすることができるため、特に高画質のプロジェクタの小型化に大きく寄与することができる。
【００２６】
また、本発明の照明装置は、偏光変換素子をさらに備えたものであることが好ましい。
このように構成することにより、本来有効に利用することができなかった偏光成分の光源光を利用可能とする偏光変換素子を小さくすることができるため、特に高輝度のプロジェクタの小型化に大きく寄与することができる。
【００２７】
一方、本発明のプロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、この照明装置から射出される照明光を変調して画像を形成する電気光学変調装置と、この電気光学変調装置により形成された画像を投写面上に投写表示する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、前記照明装置は、上記した照明装置であることを特徴とする。
【００２８】
本発明のプロジェクタは、上記したように、楕円面リフクレタ周辺部で反射された本来利用されなかった光をも有効に利用することができ、プロジェクタの小型化を図る上での障害になることもない優れた照明装置を備えているため、小型で高輝度なプロジェクタとなる。
【００２９】
また、本発明の他のプロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、この照明装置から射出される照明光を複数の色光に分離する色分離光学系と、この色分離光学系によって分離された各色光をそれぞれ変調して画像を形成する複数の電気光学変調装置と、これら複数の電気光学変調装置により形成された画像を合成する色合成光学系と、この色合成光学系によって合成された画像を投写面上に投写表示する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、前記照明装置は、上記した照明装置であることを特徴とする。
【００３０】
本発明のプロジェクタは、上記したように、楕円面リフクレタ周辺部で反射された本来利用されなかった光をも有効に利用することができ、プロジェクタの小型化を図る上での障害になることもない優れた照明装置を備えているため、小型で高輝度なフルカラーのプロジェクタとなる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された照明装置及びプロジェクタにつき、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係るプロジェクタの外観を示す斜視図である。図２は、同じく本発明の実施形態１に係るプロジェクタにおける光学系の概略構成を説明するために示す平面図である。図３は、本発明の実施形態１に係るプロジェクタの照明装置を示す断面図である。
図１において、符号１で示すプロジェクタは、装置前方に突出する投写レンズユニット２を有する光学系４（図２に図示）を備えている。この光学系４は、投写レンズユニット２を除き、外装ケース３に内蔵されている。外装ケース３は、アッパーケース３Ａ及びロアーケース３Ｂとフロントケース３Ｃとからなる略角形状の箱体によって形成されている。
【００３２】
光学系４は、図２に示されるように、投写レンズユニット２に加え、光源ランプユニット５とインテグレータ光学系６と色分離光学系７と導光系８と電気光学変調装置９Ｒ，９Ｇ，９Ｇと色合成光学系１１とを備えている。
光源ランプユニット５は、図３に示されるように、光源ランプ５Ａと楕円面リフレクタ５Ｂとを有している。光源ランプ５Ａは、楕円面リフレクタ５Ｂの第１焦点（図３のＰ1に位置している。）位置に配置され、光Ｄ1，ｄ1を楕円面リフレクタ５Ｂに向かって放出するように構成されている。光源ランプ５Ａには例えば高圧水銀ランプが用いられている。なお、光源ランプ５Ａとしては、メタルハライドランプやハロゲンランプ等の他の光源ランプを用いてもよい。
【００３３】
楕円面リフレクタ５Ｂには、第１焦点及び第２焦点を被照明領域側（図３のＰ1，Ｐ2）に有する楕円面鏡が用いられている。これにより、楕円面リフレクタ５Ｂからの反射光Ｄ2，ｄ2を第２焦点位置Ｐ2（反射光Ｄ2，ｄ2が収束する点）に向かって進行するように構成されている。また、楕円面リフレクタ５Ｂの被照明領域側には、平行化レンズ５Ｃ（平行化レンズ）がその光源ランプユニット側焦点を楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2に一致させて配置されている。これにより、平行化レンズ５Ｃから射出される光Ｄ，ｄが平行化され、光源ランプユニット５の光軸ＯＣに沿ってインテグレータ光学系６に効率よく入射される。
【００３４】
平行化レンズ５Ｃの周囲には、図３に示されるように、二つの焦点（楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2に一致して配置される第１焦点及び後述する第２楕円面反射ミラー２２の第１焦点位置Ｐ3に一致して配置される第２焦点）を有する楕円面鏡からなる第１楕円面反射ミラー２１が配設されている。そして、楕円面リフレクタ５Ｂからの反射光ｄ2を光源ランプユニット側に反射光ｄ3として反射するように構成されている。第１楕円面反射ミラー２１の光源ランプユニット側には、二つの焦点（第１楕円面反射ミラー２１の第２焦点位置Ｐ3に一致して配置される第１焦点及び楕円面リフレクタの第２焦点位置Ｐ2に一致して配置される第２焦点）を有する楕円面鏡からなる第２楕円面反射ミラー２２が配設されている。そして、第１楕円面反射ミラー２１からの反射光ｄ3を平行化レンズ側に反射光ｄ4として反射するように構成されている。
【００３５】
これにより、第１楕円面反射ミラー２１からの反射光ｄ3が第２楕円面反射ミラー２２の第１焦点位置Ｐ3を通過すると、第２楕円面反射ミラー２２に入射してその反射面で反射光ｄ4として平行化レンズ側に反射され、さらに第２楕円面反射ミラー２２の第２焦点位置Ｐ2（楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2）を通過して平行化レンズ５Ｃに入射するように構成されている。
【００３６】
インテグレータ光学系６は、光源ランプユニット５とともに照明装置１１０を構成し、第１レンズアレイ６Ａと第２レンズアレイ６Ｂと反射ミラー６Ｃと重畳レンズ６Ｄとを有している。
第１レンズアレイ６Ａは、ＸＹ平面（図１において、Ｘ軸を含みＺＸ平面に垂直な平面）上で矩形状の外形を有する複数の小レンズ６ａをマトリックス状に配列して形成されている。そして、光源ランプユニット５からの光を部分光束に分割し、光軸ＯＣと垂直な平面（ＸＹ平面）内の中間光を収束させる位置に小レンズ６ａと同数の集光像（光源像）を形成するように構成されている。
【００３７】
第２レンズアレイ６Ｂは、第１レンズアレイ６Ａと略同様に構成されている。すなわち、この第２レンズアレイ６Ｂは、小レンズ６ａと同数の小レンズ６ｂをマトリックス状に配列して形成されている。そして、各部分光束の中心軸をシステム光軸に平行に揃える機能を有している。
【００３８】
なお、小レンズ６ａのＸＹ平面（Ｘ軸を含みＺＸ平面に垂直な平面）上における形状及び小レンズ６ｂのＹＺ平面（Ｚ軸を含みＺＸ平面に垂直な平面）上における形状は、照明光の角度分布の広がりを抑制するために、照明領域（スクリーンＳＣ）の平面形状と相似形をなしている。本実施形態では、スクリーンＳＣのＹＺ平面上でＺ方向に長い横長（矩形状）の照明領域を想定しているため、各小レンズ６ａ，６ｂのＸＹ，ＹＺ平面上における形状も横長である。
【００３９】
反射ミラー６Ｃは、両レンズアレイ６Ａ，６Ｂ間に配置されている。そして、第１レンズアレイ６Ａからの射出光を反射させて第２レンズアレイ６Ｂに向かって（装置前方）に進行させるように構成されている。
【００４０】
重畳レンズ６Ｄは、偏光変換素子４３，４４を出射したほぼ一種類の偏光光束（例えばＳ偏光光束）を、液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに重畳させる機能を有している。このため、第１のレンズアレイ６Ａ、第２のレンズアレイ６Ｂの作用とあいまって、液晶パネル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂの有効領域をほぼ均一に照明することができる。
【００４１】
色分離光学系７は、青緑反射ダイクロイックミラー７Ａ及び緑反射ダイクロイックミラー７Ｂと反射ミラー７Ｃとを有している。これにより、インテグレータ光学系６からの白色光Ｗが赤緑青（三原色）の各色光Ｒ，Ｇ，Ｂに分離される。
【００４２】
青緑ダイクロイックミラー７Ａは、青色光Ｂ及び緑色光Ｇを直角に反射して緑反射ダイクロイックミラー７Ｂに向かって進行させ、また赤色光Ｒを透過させて反射ミラー７Ｃに向かって進行させるように構成されている。
緑反射ダイクロイックミラー７Ｂは、緑色光Ｇを直角に反射して射出部７ｇから色合成光学系９に向かって射出し、また青色光Ｂを通過させて射出部７ｂから導光系８に向かって射出するように構成されている。
反射ミラー７Ｃは、赤色光Ｒを直角に反射して射出部７ｒから色合成光学系１１に向かって射出するように構成されている。
【００４３】
色分離光学系７における緑色光Ｇの射出部７ｇ及び赤色光Ｒの射出部７ｒの射出側（電気光学変調装置側）には、それぞれフィールドレンズ１２，１３が配置されている。
【００４４】
導光系８は、リレーレンズ８Ａ及び入射側反射ミラー８Ｂとリレーレンズ８Ｃと射出側反射ミラー８Ｄとフィールドレンズ８Ｅとを有している。そして、色分離光学系７における射出部７ｂから射出した青色光Ｂを各光学要素８Ａ〜８Ｅにおいて通過させあるいは反射して、導光系８における青色光Ｂの射出部８ｂから色合成光学系１１に向かって射出するように構成されている。これにより、光路長が最大である青色光Ｂの光量損失が抑制される。
【００４５】
電気光学変調装置９Ｒ，９Ｇ，９Ｂは、例えば透過型の三つの液晶ライトバルブからなり、ＲＧＢの各色光に対応させて色合成光学系１１の入射側に配置されている。そして、色分離光学系７（青色光の場合は導光系８）から射出した各色光を変調し、各色光に対応した画像情報を付加するように構成されている。すなわち、液晶ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂは、ドライバ（図示せず）によって画像情報に応じたスイッチング制御が行われる。これにより、各液晶ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂを通過する各色光が変調される。
【００４６】
色合成光学系１１は、ダイクロイックプリズム等のプリズムユニットからなり、各液晶ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂの射出側に配置されている。そして、各液晶ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂによって変調された各色光を入射させて合成し得るように構成されている。
投写レンズユニット２は、色合成光学系１１の射出側に配置されている。そして、色合成光学系１１によって合成された画像をスクリーンＳＣなどの投写面上に投写画像として表示するように構成されている。
【００４７】
以上の構成により、光源ランプユニット５からの射出光Ｄ，ｄをインテグレータ光学系６及び色分離光学系７によって赤緑青の各色光として取り出し、これら各色光を液晶ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに導いてカラー画像信号に応じて変調した後、各色光を色合成光学系１１によって合成し、投写レンズユニット２によって投写画像としてスクリーンＳＣ上に拡大表示している。
【００４８】
この場合、光源ランプ５Ａから放出された光Ｄ1，ｄ1は、図３に示されるように、楕円面リフレクタ５Ｂの反射面及び被照明領域に向かって進行する。
このうち、楕円面リフレクタ５Ｂの反射面に入射した光Ｄ1は、その反射面で反射光Ｄ2として反射され、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2に向かって進行する。さらに、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2を通過し、光源ランプユニット５の射出光Ｄとして平行化レンズ５Ｃを透過する。この後、光軸ＯＣに沿ってインテグレータ光学系６に入射する。
【００４９】
また、楕円面リフレクタ５Ｂの外周部における反射面に入射したｄ1は、その反射面で反射され、反射光ｄ2として楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2に向かって進行する。さらに、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2を通過し、第１楕円面反射ミラー２１に向かって進行し、その反射面で反射光ｄ3として反射される。さらに、第２楕円面反射ミラー２２に向かって進行し、その反射面で反射光ｄ4として反射される。そして、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2を通過して平行化レンズ５Ｃに向かって進行し、平行化レンズ５Ｃを光源ランプユニット５の射出光ｄとして透過する。この後、光軸ＯＣに沿ってインテグレータ光学系６に入射する。
【００５０】
したがって、本実施形態１によれば、楕円面リフクレタ５Ｂ周辺部で反射された本来利用されなかった光ｄ2をも有効に利用することができる。
そのうえ、平行化レンズ５Ｃの口径も大きくする必要がないので、後段のインテグレタ光学系６や色分離光学系７などの光学要素の大きさを大きくする必要もないため、プロジェクタの小型化を図る上での障害になることもない。
【００５１】
［実施形態２］
次に、本発明の実施形態２につき、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施形態２に係るプロジェクタにおける光学系の概略構成を説明するために示す平面図である。
本実施形態２におけるプロジェクタ（照明装置）は、二つのレンズアレイを有するインテグレータ光学系の射出側に偏光変換素子を配置した点に特徴がある。
このため、図４に示すような照明装置１２０が用いられる。この照明装置１２０は、光源ランプユニット５の他に、偏光変換光学系（偏光変換素子）４３，４４を含むインテグレータ光学系６を備えている。
【００５２】
偏光変換素子は、第２レンズアレイ６Ｂと重畳レンズ６Ｄとの間に、偏光分離ユニットアレイ４３とλ／２位相差板４４とを有している。そして、第２レンズアレイ６Ｂを透過した光源ランプユニット５からの部分光束をＰ偏光光とＳ偏光光とに空間的に分離した後、一方の偏光光の偏光方向と他方の偏光光の偏光方向とを揃え、偏光方向が略揃ったそれぞれの光を被照明領域（電気光学変調装置の画像形成領域）側に導くように構成されている。これにより、ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂにおける光利用効率を高めて明るい表示状態が達成される。
【００５３】
偏光分離ユニットアレイ４３は、複数の偏光分離ユニットが配列されて形成されている。偏光分離ユニットは、内部に偏光分離面４３ａ1及び反射面４３ａ2を有する四角柱状の構造体からなり、光源ランプユニット５（第２レンズアレイ６Ｂ）からの射出光をＰ偏光光とＳ偏光光とに空間的に分離するように構成されている。偏光分離面４３ａ1と反射面４３ａ2は、横方向（Ｘ方向）に並列して配置されている。また、これら偏光分離面４３ａ1と反射面４３ａ2は、光軸ＯＣに対して約４５°傾斜し、かつ互いに平行な状態で配置されている。そして、偏光分離ユニット４３Ａは、両レンズアレイ６Ａ，６Ｂによる光源像の一つが各偏光分離面４３ａ1に対応するように配置されている。これにより、光源ランプユニット５（第２レンズアレイ６Ｂ）からの光が偏光方向を揃えて照明対象側に確実に導かれ、偏光の変換効率が高められる。
【００５４】
λ／２位相差板４４は、複数の位相差板からなり、偏光分離ユニットの例えばＰ射出面に対向する部位に配置されている。これにより、偏光分離ユニットのＰ射出面から射出されたＰ偏光光がλ／２位相差板４４を通過する際に偏光方向の回転作用を受けてＳ偏光光へと変換される。一方、偏光分離ユニット４３ＡのＳ射出面から射出されたＳ偏光光はλ／２位相差板４４を通過しないため、その偏光方向は変化せず、そのまま被照明領域側に進行する。
【００５５】
重畳レンズ４５は、単一のレンズ体からなり、λ／２位相差板４４の射出側に配置されている。これにより、λ／２位相差板４４においてＳ偏光光に揃えられた光束が重畳レンズ４５を透過して被照明領域側へと導かれ、電気光学変調装置３上で重畳結合される。
【００５６】
以上の構成により、光源ランプユニット５からの出射光をインテグレータ光学系６及び色分離光学系７によって赤緑青の各色光として取り出し、これら各色光を液晶ライトバルブ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに導いてカラー画像信号に応じて変調した後、各色光を色合成光学系１１によって合成し、投写レンズユニット２によって投写画像としてスクリーンＳＣ上に拡大表示する。
【００５７】
この場合、光源ランプ５Ａから放出された光Ｄ1，ｄ1は、図３に示されるように、楕円面リフレクタ５Ｂの反射面及び被照明領域に向かって進行する。
このうち、楕円面リフレクタ５Ｂの反射面に入射した光Ｄ1は、その反射面で反射光Ｄ2として反射し、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2に向かって進行する。さらに、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2を通過し、光源ランプユニット５の射出光Ｄとして平行化レンズ５Ｃを透過する。この後、光軸ＯＣに沿ってインテグレータ光学系６に入射する。
【００５８】
また、楕円面リフレクタ５Ｂの外周部における反射面に入射したｄ1は、その反射面で反射し、反射光ｄ2として楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2に向かって進行する。さらに、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2を通過し、第１楕円面反射ミラー２１に向かって進行し、その反射面で反射光ｄ3として反射される。さらに、第２楕円面反射ミラー２２に向かって進行し、その反射面で反射光ｄ4として反射される。そして、楕円面リフレクタ５Ｂの第２焦点位置Ｐ2を通過して平行化レンズ５Ｃに向かって進行し、平行化レンズ５Ｃを光源ランプユニット５の射出光ｄとして透過する。この後、光軸ＯＣに沿ってインテグレータ光学系６に入射する。
【００５９】
次に、インテグレータ光学系６に入射した光Ｄ，ｄが第１レンズアレイ６Ａ及び第２レンズアレイ６Ｂを透過すると、偏光分離面４３ａ1において進行方向を変えずに偏光分離面４３ａ1を通過するＰ偏光光と、偏光分離面４３ａ1で反射して進行方向を変えるＳ偏光光とに分離される。そして、Ｐ偏光光はそのまま偏光分離ユニット４３Ａからライトバルブ側に射出され、Ｓ偏光光は再び反射面４３ａ2で進行方向を変え、Ｐ偏光光と略平行な状態で偏光分離ユニット４３Ａから射出側レンズ４５を介してライトバルブ側に射出される。
【００６０】
したがって、本実施形態２によれば、実施形態１と同様に、楕円面リフクレタ５Ｂ周辺部で反射された本来利用されなかった光ｄ2をも有効に利用することができる。
そのうえ、平行化レンズ５Ｃの口径も大きくする必要がないので、実施形態１と同様に、後段のインテグレタ光学系６や色分離光学系７などの光学要素の大きさを大きくする必要もないため、プロジェクタの小型化を図る上での障害になることもない。
【００６１】
なお、各実施形態においては、スクリーン前面に投写するフロント型のプロジェクタである場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、スクリーン背面に投写するリア型のプロジェクタに適用することもできる。
また、各実施形態においては、電気光学変調装置が透過型であるプロジェクタに適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、反射型の電気光学変調装置を備えたプロジェクタに適用することもできる。
【００６２】
この他、各実施形態においては、フルカラー画像を得るためのプロジェクタとして説明したが、単一色画像を得るためのプロジェクタにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係るプロジェクタの外観を示す斜視図。
【図２】実施形態１に係る光学系を説明する平面図。
【図３】実施形態１に係るプロジェクタの照明装置を示す断面図。
【図４】実施形態２に係るプロジェクタの光学系を説明する平面図。
【図５】従来のプロジェクタの照明装置を示す断面図。
【図６】従来技術に係る光源を説明するための断面図。
【符号の説明】
１ プロジェクタ、 ２ 投写レンズユニット、 ３ 外装ケース、 ３Ａ アッパーケース、 ３Ｂ ロアーケース、 ３Ｃ フロントケース、 ４ 光学系、 ５ 光源ランプユニット、 ５Ａ 光源ランプ、 ５Ｂ 楕円面リフレクタ、 ５Ｃ 平行化レンズ、 ６ インテグレータ光学系、 ６Ａ 第１レンズアレイ、 ６Ｂ 第２レンズアレイ、 ６ａ 小レンズ、 ６ｂ 小レンズ、 ６Ｃ 反射ミラー、 ６Ｄ 重畳レンズ、 ７ 色分離光学系、 ７Ａ 青緑反射ダイクロイックミラー、 ７Ｂ 緑反射ダイクロイックミラー、 ７Ｃ 反射ミラー、 ７ｒ，７ｂ，７ｂ，ｉ 射出部、 ８ 導光系、 ８Ａ，８Ｃ，８Ｅ リレーレンズ、 ８Ｂ 入射側反射ミラー、 ８Ｄ 射出側反射ミラー、 ８ａ射出部、 ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ 電気光学変調装置（液晶ライトバルブ）、 １１ 色合成光学系、 １２，１３ フィールドレンズ、 ２１ 第１楕円面反射ミラー、 ２２ 第２楕円面反射ミラー、 ＯＣ 光軸、 ＳＣ スクリーン、Ｒ 赤色光、 Ｇ 緑色光、 Ｂ 青色光
Claims (5)
- 楕円面リフレクタ及びこの楕円面リフレクタの第１焦点に配置された光源ランプからなる光源ランプユニットと、
この光源ランプユニットの被照明領域側に配設され、前記楕円面リフレクタからの光を平行化する平行化レンズと、
この平行化レンズの周囲に配設され、前記楕円面リフレクタからの光を前記光源ランプユニット側に反射する第１楕円面反射ミラーと、
この第１楕円面反射ミラーの前記光源ランプユニット側に配設され、前記第１楕円面反射ミラーからの光を前記平行化レンズ側に反射する第２楕円面反射ミラーとを備えた照明装置であって、
前記第１楕円面反射ミラーの第１焦点位置と前記第２楕円面反射ミラーの第２焦点位置を前記リフレクタの第２焦点位置に一致させるとともに、
前記第１楕円面反射ミラーの第２焦点位置と前記第２楕円面反射ミラーの第１焦点位置を前記光源ランプユニットの光軸上で一致させることを特徴とする照明装置。 - 請求項１に記載の照明装置において、
前記平行化レンズからの光を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、この第１レンズアレイによって分割された各部分光束の中心軸をシステム光軸に平行に揃える第２レンズアレイと、この第２レンズアレイの被照明領域側に配置された重畳レンズとからなるインテグレータ光学系をさらに備えたことを特徴とする照明装置。 - 請求項２に記載の照明装置において、
偏光変換素子をさらに備えたことを特徴とする照明装置。 - 照明光を射出する照明装置と、
この照明装置から射出される照明光を変調して画像を形成する電気光学変調装置と、
この電気光学変調装置により形成された画像を投写面上に投写表示する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、
前記照明装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置であることを特徴とするプロジェクタ。 - 照明光を射出する照明装置と、
この照明装置から射出される照明光を複数の色光に分離する色分離光学系と、
この色分離光学系によって分離された各色光をそれぞれ変調して画像を形成する複数の電気光学変調装置と、
これら複数の電気光学変調装置により形成された画像を合成する色合成光学系と、
この色合成光学系によって合成された画像を投写面上に投写表示する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、
前記照明装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置であることを特徴とするプロジェクタ。
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2002
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