〔第1実施形態〕
図1に示すように第1実施形態に係る照明装置50は、それぞれ光源光を発生するランプである第1及び第2の光源ランプユニット10、20と、第1及び第2の光源ランプユニット10、20からの出射光IL1、IL2を略同一の方向に反射することにより合成する合成ミラー30と、合成ミラー30により1つにまとまった照明光SLを平行化するレンズである平行化光学系34と、平行化された光束を複数の部分光束に分割するとともに部分光束の発散角を調整する第1及び第2フライアイレンズ35、36と、第2フライアイレンズ36を通過した照明光の偏光状態を調整する偏光変換素子37と、複数の部分光束を光路下流側において重畳させるための重畳レンズ38とを備える。
図1に示すように、照明装置50のうち、第1及び第2光源ランプユニット10、20は、可視光波長領域を含む光源光を発生させる発光源である第1及び第2の発光管11、21と、第1及び第2の発光管11、21から出射された光源光を反射する反射部材である第1及び第2のリフレクター12、22とをそれぞれ有している。なお、第1の光源ランプユニット10と第2の光源ランプユニット20とは、同一構造の光学系であり、照明装置50全体のシステム光軸OCに対して互いに対称に配置されている。第1及び第2の発光管11、21は、例えば高圧水銀ランプ等の高圧放電ランプであり、例えばプロジェクター等の画像表示装置に用いるにあたって像光形成の必要に足る光量を有する略白色の光源光を発生する。第1及び第2のリフレクター12、22は、楕円面型であり、各発光管11、21で発生した光源光を内側面で反射する。より具体的には、第1及び第2のリフレクター12、22の内側面は、楕円をその第1及び第2焦点を通る軸である光軸RX1、RX2の回りに回転させた回転楕円面となっており、凹の反射面として機能している。各リフレクター12、22は、回転楕円面形状を有することにより、第1及び第2の発光管11、21から発生した光源光をそれぞれ反射して出射光IL1、IL2として、出射面12a、22aから集光するように合成ミラー30に向けて出射する。さらに、第1のリフレクター12と第2のリフレクター22とは、それぞれの光軸RX1、RX2を同一軸上に配するように互いに対向した状態で離間して配置されている。この場合、光軸RX1、RX2は、照明装置50のシステム光軸OCと垂直となる。なお、ここで、システム光軸OCが合成ミラー30を貫通して延びる方向をz方向とし、システム光軸OCにおける光路上流から下流へ向かう方向をz方向の正方向とする。また、光軸RX1、RX2に平行な方向をx方向とし、第1のリフレクター12から合成ミラー30に向けて出射する出射光IL1について光路上流から下流へ向かう方向をx方向の正方向とする。z方向及びx方向に垂直な方向をy方向とする。
ここで、両光源ランプユニット10、20において、第1及び第2の発光管11、21は、ともに基準位置である各光軸RX1、RX2上の位置からシステム光軸OC上光路上流側に向かう方向に即ち−z方向に所定量シフト(偏倚)した状態で配置されている。より具体的に説明すると、まず、図中において点線により示す仮想発光管11a、21aは、各リフレクター12、22の第1焦点Fa、Fbに合わせて基準位置に設置した通常の配置状態を示すものである。つまり、両仮想発光管11a、21aの発光点は、各リフレクター12、22の第1焦点Fa、Fbに一致している。これに対して、実際の発光管11、21の発光点11f、21fは、ともに第1焦点Fa、Fbよりも距離d1だけ−z方向側にシフトして配置されている。なお、ここで、距離d1の値については、必要となる調節量や照明装置50全体の仕様等によるが、例えば0.2mm程度である。
また、上記のように、第1及び第2の発光管11、21が標準位置から所定量シフトした位置に配置されていることに伴い、通常の配置に比べて出射光IL1、IL2のピーク照度の位置即ち光量の最も大きくなる箇所がシステム光軸OC寄りにシフトしている。より具体的に説明すると、まず、仮に、一般的な配置である仮想発光管11a、21aのように第1焦点Fa、Fbに発光点を合わせて光源ランプユニット10、20から光を出射した場合、光源ランプユニット10、20からの光束において光の最も強くなるピーク照度の光線光路は、光束の中心部分である光軸RX1、RX2となる。これに対して、実際の発光管11、21は、上記のような標準位置から所定量シフトしているため、ピーク照度の光線光路は、光軸RX1、RX2ではなく、図中一点鎖線で示す光束軸KX1、KX2となる。
合成ミラー30は、一対の第1及び第2のミラー板31、32により構成されている。第1及び第2のミラー板31、32は、いずれも平面視矩形で同一構造を有し、第1及び第2の光源ランプユニット10、20にそれぞれ対向してシステム光軸OCに対して対称に配置されている。第1のミラー板31は、第1の光源ランプユニット10からの出射光IL1に対応する第1の反射面30aを表側に有しており、第2のミラー板32は、第2の光源ランプユニット20からの出射光IL2に対応する第2の反射面30bを表側に有している。なお、各反射面30a、30bは、いずれもxz平面に対して垂直である。合成ミラー30において、第1のミラー板31の端部と第2のミラー板の端部とを突き合わせることにより合成ミラー30の先端部分であるエッジEGが形成されている。エッジEGは、システム光軸OC上に配置され、第1及び第2のミラー板31、32は、システム光軸OCに対して軸対称となっている。また、第1及び第2反射面30a、30bは、それぞれリフレクター12、22の第2焦点(不図示)近傍に配置されている。合成ミラー30は、第1及び第2反射面30a、30bによって、第1及び第2の光源ランプユニット10、20からそれぞれ出射される各出射光IL1、IL2を略同一の方向に反射する。より詳しく説明すると、第1のミラー板31と第2のミラー板32とのなす角αは、例えば92°程度かあるいはそれよりやや大きい程度となっている。これにより、各光源ランプユニット10、20からそれぞれ出射された出射光IL1、IL2は、各反射面30a、30bにおいてシステム光軸OCに対してやや傾いた状態で反射される。つまり、照明光IL1、IL2の光束軸KX1、KX2は、いずれもシステム光軸OCに対して微小角度θ(約2°)傾いた状態となっている。このように、合成ミラー30での反射により対向する方向からの出射光IL1、IL2が、互いに小角度2θ(約4°)を成しつつも略同一の方向(z方向)に反射されることで合成され、照明光SLが形成される。この際、光束軸KX1と光束軸KX2とは、システム光軸OC上にあり、かつ、光取込口である基準面SS(図中では後述する第1フライアイレンズ35前面)上にある交点FXで交差している。これに対して、光軸RX1、RX2は基準面SSよりも光路下流側の位置で交差している。なお、両光源ランプユニット10、20及び合成ミラー30の基準面SSに対する配置の詳細については、図2を用いて後述する。
合成ミラー30での反射により合成された照明光SLは、合成ミラー30の光路下流に配置される各光学系に出射される。合成ミラー30によって形成された照明光SLは、合成ミラー30の光路下流側に位置する平行化光学系34に入射する。なお、合成ミラー30の反射面30a、30bは、第1及び第2のリフレクター12、22の第2焦点近傍に位置しているが、反射面30a、30b上における出射光IL1、IL2は、一点に集中するものとはならず、中心付近を最大照度として同心円状に広がる照度分布を有する状態となっている。
平行化光学系34は、反射された光を合成する集光レンズであり、合成ミラー30での反射により1つの光束に合成された照明光SLの平行化を行う。平行化光学系34から出射された照明光SLは、略平行化された状態で均一化光学系である第1及び第2フライアイレンズ35、36に入射する。
第1及び第2フライアイレンズ35、36は、それぞれマトリックス状に配置された複数の要素レンズ35a、36aからなるレンズアレイであり、これらの要素レンズ35a、36aによって、平行化光学系34を経て平行化された光を分割して個別に集光・発散させる。より具体的には、第1フライアイレンズ35は、平行化光学系34を経た光の光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、システム光軸OCと直交する面内に上述した複数の要素レンズ35aを備えて構成される。第2フライアイレンズ36は、前述した第1フライアイレンズ35により分割された複数の部分光束の発散角を調整する光学素子である。この第2フライアイレンズ36は、第1フライアイレンズ35と同様にシステム光軸OCに直交する面内に上述した複数の要素レンズ36aを備えている。なお、第1フライアイレンズ35の各要素レンズ35aの輪郭形状は、照明装置50を例えば液晶型のプロジェクター内に組み込む場合に、当該プロジェクターの液晶パネル上の被照明領域(画像情報が形成される有効画素領域)の形状と略相似形状をなすように設定される。一方、第2フライアイレンズ36の各要素レンズ36aは、発散角の調整を目的としているため、各要素レンズの輪郭形状が上記液晶パネルの被照明領域と対応している必要はない。
上述のように、第1及び第2フライアイレンズ35、36を経て形成された照明光SLは、偏光変換素子37に入射する。偏光変換素子37は、PBSアレイを有し、第1フライアイレンズ35により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を有する。具体的な構造等について説明すると、この偏光変換素子37は、システム光軸OCに対して傾斜配置される偏光分離膜37a及び反射ミラー37bを交互に配列した構成を具備している。前者の偏光分離膜37aは、各部分光束に含まれるP偏光光束及びS偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、後者の反射ミラー37bによって光路を折り曲げられ、一方の偏光光束の出射方向、すなわちシステム光軸OCに沿った方向に出射される。出射された偏光光束のいずれかは、偏光変換素子37の光束出射面にストライプ状に設けられる位相差板37cによって偏光変換され、すべての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このような偏光変換素子37を用いることにより、照明装置50から出射される光束を、一方向の偏光光束に揃えることができる。
重畳レンズ38は、第1フライアイレンズ35、第2フライアイレンズ36、及び偏光変換素子37を経た複数の部分光束を集光して、所定の被照明領域上に重畳させて入射させるための重畳光学素子である。例えば、液晶型プロジェクターの光源として照明装置50を用いる場合、液晶パネルの画像形成領域を均一に照明する。
なお、以上において、各リフレクター12、22から出射された出射光IL1、IL2は、合成ミラー30で折り返された後においてシステム光軸OCに対して微小角度θ(約2°)だけ傾いた略垂直な状態で、光路下流側の第1フライアイレンズ35に入射する。従って、例えば2つの出射光IL1、IL2のいずれについても第2フライアイレンズ36の各要素レンズ36a内にアーク像を形成させることができ、光の利用効率を向上させることができる。
以上のように、合成ミラー30により形成された照明光SLは、平行化光学系34から重畳レンズ38にかけての光学系によって平行化及び均一化がなされることで、例えば液晶型プロジェクターの光源に適した状態の光となって照明装置50から出射される。このような照明装置50の作製において、第1フライアイレンズ35の前面等合成ミラー30の光路下流側の光路上のいずれかの位置を基準面SSとして光学的設計を行う場合、光を有効に利用するためには、光軸RX1、RX2を基準面SS上において正確に交差させることが望ましいと考えられる。しかしながら、このような理想的な状態を保った光学系の光学的設計を行う場合、照明光SLの被照射対称領域である基準面SSの位置をどこに置くかによってその都度光学系全体の設計を行う必要がある。これに対して、本実施形態に係る照明装置50では、光束の最大照度を基準とする光路である光束軸KX1、KX2の観点で照明方法を捉えることにより、既存の光学系を保ったまま基準面SSの位置を調整可能としている。つまり、上述のように、各発光管11、21を光軸RX1、RX2から−z方向に所定量軸ずれした配置とすることにより、任意に設定した基準面SSとなるべき位置で光束軸KX1、KX2を交差させることで照明光SLを最適化された状態に保っている。これにより、例えば高い照度を維持することを前提としながら、相反する条件である装置全体の小型化と光の特性の維持との双方を、既存の光学系全体を変更することなく達成できる。
以下、照明装置50における第1及び第2の光源ランプユニット10、20及び合成ミラー30の基準面SSに対する配置について説明する。図2は、照明装置50のうち、第1の発光管11の発光点11fから基準面SSまでの光路について模式的に示す図である。なお、図2以下の各図では、分かりやすくするため、光路の寸法等を誇張して図示している。また、図2において、第2の光源ランプユニット20(図1参照)については、対称性により第1の光源ランプユニット10の場合と同様であるため説明及び図示を省略する。また、反射面30aで折り返された後の光軸RX1は、基準面SSでは交差せず基準面SSよりも光路下流側においてシステム光軸OCと交差しているものとして説明する。より具体的には、基準面SSの位置は、反射面30aで折り返された後の光軸RX1とシステム光軸OCとの交点VXよりも距離d2だけ光路上流側に位置しているものとする。なお、反射面30aで折り返される前の光軸RX1の延長線とシステム光軸OCとの交点CCから基準面SSまでを距離Dfとする。
まず、既述のように、図2において、第1の発光管11の発光点11fは、第1のリフレクター12の第1焦点Faから−z方向に距離d1だけシフトしている。これは、光源ランプユニット10を反射面30aで折り返すことによって展開して考えた場合に、第1の発光管11をよりシステム光軸OCに遠い側にシフトさせていることに相当する。この第1の発光管11の発光点11fのシフト(偏倚)に伴い、第1のリフレクター12を経て出射される出射光IL1は、全体として紙面右側、即ち+z方向に偏って出射した状態となっている。この結果、反射面30a上における出射光IL1の最大照度に対応する光束軸KX1の入射点CSが、基準となる光軸RX1の入射点VSよりも所定距離だけ合成ミラー30のエッジEGに近づく側即ちシステム光軸OCに近づく側にシフトしたものとなる。つまり、発光点11fがシフトした距離d1に対応して、照度の中心点である入射点CSがよりシステム光軸OCに近い側に位置する。これと同様のことが図1の光源ランプユニット20についても言える。つまり、両発光管11、21をシフトさせることは、両光源ランプユニット10、20をより合成ミラー30のエッジEGに近づけ、合成ミラー30からの反射光を1つの光源からの光に近い状態にすることに相当する。これに伴い、図2に示すように、反射面30aで折り返された後の光束軸KX1は、本来の光学的設計上の場合よりも光路上流側でシステム光軸OCと交差する。ここで、光束軸KX1の入射点CSの位置及び入射角度は、発光管11のシフト量である距離d1に応じて定まるものである。従って、距離d1を適宜調節することで、図示のように交点FXを交点VXから光路上流側に距離d2だけシフトさせてシステム光軸OC上の基準面SSの位置に一致させることが可能となる。これにより、交点CCから基準面SSまでの距離Dfを短く設定しつつ、照明光の特性及び利用効率を保つことができる。つまり、仮に、光軸RX1、RX2の交点VXの位置を優先して光学的設計を行う場合、基準面SSの位置を交点VXの位置に合わせることになるため、距離d2の分だけ光学系全体が長く(大きく)なる。このような場合に比べて、本実施形態の照明装置50は、装置全体が小型化されたものとなっている。
なお、例えば以上説明した照明装置50の場合とは異なり、各発光管11、21を基準位置からシフトさせず、単純に両光源ランプユニット10、20全体を+z方向へ平行移動するようにシフトすることで光軸RX1、RX2をエッジEG側に近づけてシステム光軸OC上での光軸RX1、RX2の交差位置を近づけ小型化することも考えられる。この場合、平行移動により光軸RX1、RX2の反射面30a、30bへの入射位置を変えることができるが、入射角度は保たれたままである。これに対して、本発明の場合、図1に示すように各発光管11、21のみを−z方向に移動しているので、光束軸KX1、KX2は、反射面30a、30bにおける入射位置が変わるだけでなく入射角度もより大きくなっている。これにより、上記のような光源ランプユニット10、20全体をシフトする場合と比べても、発光管11、21のわずかなシフトでより効果的に光束軸KX1、KX2の交点FX即ち基準面SSを合成ミラー30に近づけることができる。
図3(A)及び3(B)は、図1に示す照明装置50のうち、出射光IL1、IL2それぞれに対応する被照射領域である基準面SSにおける光の照度分布を個別に示す図であり、図3(C)は、出射光IL1、IL2を合成した照明光SLの照度分布を示す図である。つまり、図3(A)〜3(C)は、いずれも各光を進行方向(z方向)に対して垂直な面である基準面SSで光束を切ったときの光束断面を示している。また、図4(A)〜4(C)は、図3(A)〜3(C)の比較例の図であり、図1の仮想発光管11a、21aを用いた場合の照度分布を示している。また、図5(A)〜(D)は、本実施形態の照度分布と比較例とを対比するための図であり、このうち図5(A)及び5(C)は、本実施形態の照度分布である図3(C)と比較例である図4(C)とを並べたものであり、図5(B)と5(D)とは、それぞれ図5(A)と5(C)とにおけるX−X断面についての照度の大きさを示すグラフである。
まず、照明装置50について、図3(A)及び3(B)に示すように、合成ミラー30から出射された出射光IL1、IL2それぞれの照度分布は、いずれも光束断面内で最も照度の大きくなる位置である照度ピーク位置P1、P2を中心付近に1箇所有している。特に、照明装置50では、図3(C)に示すように、出射光IL1、IL2を合成した照明光SLの照度分布も、照度ピーク位置PP1を1箇所有するものとなっている。つまり、照明装置50では、既述のように、2種の出射光IL1、IL2の照度ピーク位置がシステム光軸OCに近づく側にシフトしていることにより、基準面SS上において出射光IL1の照度ピーク位置P1と出射光IL2の照度ピーク位置P2とが重なるか略重なった状態となっている。これに対して、比較例の図4(A)〜(C)では、各出射光IL1、IL2のそれぞれは、1つの照度ピーク位置P1´、P2´を有するが、これらを合成した照明光SLは、2つの照度ピーク位置PP1´を有するものとなっている。つまり、比較例の場合、図5(D)中破線で囲んだ領域に示すように、照度ピーク位置P1´、P2´は重ならず、照度のピークが2箇所存在する状態となり、各ピークは比較的低い値に止まっている。一方、本実施形態の照明装置50の場合、図5(C)中破線で囲んだ領域に示すように、照度ピーク位置PP1が1箇所であるため、1つの照度のピークが比較的高い値を有するものとなっており、これは照明光としてより適した状態と言える。
以上説明したように、本実施形態に係る照明装置50は、発光管11、21の発光点11f、21fを、各リフレクター12、22の焦点Fa、Fbからシステム光軸OCの延びる方向(z方向)に所定量シフトさせていることにより、出射光IL1、IL2のピーク照度の光線光路である光束軸KX1、KX2を基準面SS上で交差させることにより基準面SS上において光の利用効率の高い状態の照明光SLの形成させることを可能としている。このように、照明装置50は、既に光学的設計がなされているリフレクター12、22や合成ミラー30等については構成を変更することを要さず、旧来のものを流用できる簡易なものでありながらも、リフレクター12、22の光軸の方向や合成ミラー30の反射面の角度を変更するといった光学系全体に影響する設計変更による調整に匹敵する程度の調整を照明光SLに関して行うことができる。
〔第2実施形態〕
図6は、第2実施形態に係るプロジェクターについて示す図である。より具体的には、第1実施形態において図1に示す照明装置50が組み込まれたプロジェクター100を説明するための概念的な平面図である。
このプロジェクター100は、照明光を形成して出射する照明装置50と、照明装置50からの照明光を青(B)、緑(G)及び赤(R)の3色に分離する色分離光学系40と、各色の像光を形成する光変調部60と、光変調部60から出射された各色の像光を合成してカラーの画像光を形成するクロスダイクロイックプリズム70と、クロスダイクロイックプリズム70を経た画像光を投射する投射光学系80とを備える。
照明装置50については、第1実施形態で説明した通りであるため再度の説明を省略し、以下、照明装置50より光路下流側に配置されるプロジェクター100の各構成について説明する。なお、照明装置50を用いた場合、重畳レンズ38から出射された光束は、重畳によって均一化されつつ光路下流側の色分離光学系40に出射される。つまり、両フライアイレンズ35、36と重畳レンズ38とを経た照明光は、以下に詳述する色分離光学系40を経て、光変調部60の照明領域すなわち各色の液晶パネル61b、61g、61rの画像形成領域を均一に照明する。また、照明装置50の偏光変換素子37により、出射される光束を一方向の偏光光束に揃えることができるため、後述する光変調部60で利用する光の利用率を向上させることができるものとなる。また、図6に示すように、照明装置50のシステム光軸OCは、重畳レンズ38から色分離光学系40にかけてのプロジェクター100全体としてのシステム光軸OAに合致しているものとする。
色分離光学系40は、第1及び第2ダイクロイックミラー41a、41bと、反射ミラー42a、42b、42cと、フィールドレンズ43b、43g、43rと、リレーレンズ45、46とを備える。これらのうち、第1及び第2ダイクロイックミラー41a、41bは、照明光を、青(B)色光、緑(G)色光、及び赤(R)色光の3つの光束に分離する。各ダイクロイックミラー41a、41bは、透明基板上に、所定の波長領域の光束を反射し他の波長領域の光束を透過する波長選択作用を有する誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、プロジェクター100のシステム光軸OAに対してともに傾斜した状態で配置される。第1ダイクロイックミラー41aは、B・G・Rの3色のうち青色光LBを反射し、緑色光LGと赤色光LRとを透過させる。また、第2ダイクロイックミラー41bは、入射した緑色光LG及び赤色光LRのうち緑色光LGを反射し赤色光LRを透過させる。色分離光学系40の出射側に設けられた各色用のフィールドレンズ43b、43g、43rは、第2フライアイレンズ36から出射され光変調部60に入射する各部分光束が、システム光軸OAに対して適当な収束度又は発散度となるように設けられている。一対のリレーレンズ45、46は、青色用の第1光路OP1や緑色用の第2光路OP2よりも相対的に長い赤色用の第3光路OP3上に配置されている。これらのリレーレンズ45、46は、入射側の第1のリレーレンズ45の直前に形成された像を、ほぼそのまま出射側のフィールドレンズ43rに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。
この色分離光学系40において、照明装置50から出射された照明光SLは、まず第1ダイクロイックミラー41aに入射する。第1ダイクロイックミラー41aで反射された青色光LBは、第1光路OP1に導かれ、反射ミラー42aを経てフィールドレンズ43bに入射する。また、第1ダイクロイックミラー41aを透過して第2ダイクロイックミラー41bで反射された緑色光LGは、第2光路OP2に導かれフィールドレンズ43gに入射する。さらに、第2ダイクロイックミラー41bを通過した赤色光LRは、第3光路OP3に導かれ、反射ミラー42b、42cやリレーレンズ45、46を経てフィールドレンズ43rに入射する。
光変調部60は、3色の照明光LB、LG、LRがそれぞれ入射する3つの液晶パネル61b、61g、61rと、各液晶パネル61b、61g、61rを挟むように配置される3組の偏光フィルター62b、62g、62rとを備える。ここで、例えば青色光LB用の液晶パネル61bと、これを挟む一対の偏光フィルター62b、62bとは、照明光を画像情報に基づいて2次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、緑色光LG用の液晶パネル61gと、対応する偏光フィルター62g、62gも、液晶ライトバルブを構成し、赤色光LR用の液晶パネル61rと、偏光フィルター62r、62rも、液晶ライトバルブを構成する。各液晶パネル61b、61g、61rは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、それぞれに入射した偏光光束の偏光方向を変調する。
この光変調部60において、第1光路OP1に導かれた青色光LBは、フィールドレンズ43bを介して液晶パネル61b内の画像形成領域を照明する。第2光路OP2に導かれた緑色光LGは、フィールドレンズ43gを介して液晶パネル61g内の画像形成領域を照明する。第3光路OP3に導かれた赤色光LRは、第1及び第2リレーレンズ45、46及びフィールドレンズ43rを介して液晶パネル61r内の画像形成領域を照明する。各液晶パネル61b、61g、61rは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置である。各液晶パネル61b、61g、61rにそれぞれ入射した各色光LB、LG、LRは、各液晶パネル61b、61g、61rに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルター62b、62g、62rによって、各液晶パネル61b、61g、61rに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル61b、61g、61rから出射される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。以上により、各液晶パネル61b、61g、61r及び偏光フィルター62b、62g、62rによって、それぞれに対応する各色の像光が形成される。
クロスダイクロイックプリズム70は、各液晶パネル61b、61g、61rから出射された色光ごとに変調された像光を合成してカラー画像を形成する光合成光学系である。このクロスダイクロイックプリズム70は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、X字状に交差する一対の誘電体多層膜71、72が形成されている。一方の第1誘電体多層膜71は青色光を反射し、他方の第2誘電体多層膜72は赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズム70は、液晶パネル61bからの青色光LBを第1誘電体多層膜71で反射して進行方向右側に出射させ、液晶パネル61gからの緑色光LGを第1及び第2誘電体多層膜71、72を介して直進・出射させ、液晶パネル61rからの赤色光LRを第2誘電体多層膜72で反射して進行方向左側に出射させる。
このようにクロスダイクロイックプリズム70で合成された像光は、拡大投影レンズとしての投射光学系80を経て、適当な拡大率でスクリーン(不図示)にカラー画像として投射される。
以上説明したように、第2実施形態に係るプロジェクター100は、第1実施形態において図1等に示す構造の照明装置50を光源として用いることにより、高照度の光を出射させることができるので、各液晶パネル61b、61g、61rの適切な照明が可能となり、高輝度の画像を投影することができる。
〔第3実施形態〕
図7は、第3実施形態に係る照明装置について説明するための平面図である。なお、本変実施形態の照明装置150は、図1等に示す照明装置50を変形したものであり、第1の発光管11を除き、照明装置50と同符号の各部材の構造・機能は同様であるので詳しい説明を省略する。また、第2の光源ランプユニット20についても、対称性により第1の光源ランプユニット10の場合と同様であるため説明及び図示を省略する。ここで、図7の場合、図2に示す場合とは逆で、反射面30aで折り返された後の光軸RX1は、基準面SSでは交差せず基準面SSよりも距離d2だけ光路上流側においてシステム光軸OCと交差しているものとして説明する。
照明装置150において、第1の発光管11の発光点11fは、第1焦点Faから+z方向に距離d1だけシフトしている。この場合、反射面30a上における出射光IL1の最大照度である光束軸KX1の入射点CSが、光軸RX1の入射点VSよりも所定距離だけ合成ミラー30のエッジEGから離れる側にシフトしたものとなる。つまり、発光点11fがシフトした距離d1に対応して、照度の中心点である入射点CSがよりシステム光軸OCから離れる側に位置する。これに伴い、反射面30aで折り返された後の光束軸KX1は、光軸RX1よりも光路下流側でシステム光軸OCと交差する。ここで、光束軸KX1の入射点CSの位置及び入射角度は、発光管のシフト量である距離d1に応じて定まるものである。従って、距離d1を適宜調節することで、図示のようにシステム光軸OC上において、交点FX即ち光取込用の基準面SSの位置を交点VXよりも距離d2だけ光路下流側にシフトさせることが可能となる。これにより、図1等の照明装置50と同様に、基準面SS上において光の特性及び利用効率の高い状態の照明光SLの形成させることを可能としている。また、この照明装置150も、例えば液晶型プロジェクター等の照明装置として使用可能である。
〔第4実施形態〕
図8は、第4実施形態に係る照明装置について説明するための平面図である。なお、本変実施形態の照明装置250は、図1等に示す照明装置50を変形したものであり、両光源ランプユニット10、20及び合成ミラー30は、照明装置50と同等であるので説明を省略する。
照明装置250は、ロッドインテグレーターを用いたタイプの照明装置であり、第1及び第2のランプユニット及び合成ミラー30の後段の光学系として、照明光SLを集光する集光レンズ234と、集光レンズ234で集光された光を均一化するロッドインテグレーター235とを備える。つまり、照明装置250において、集光レンズ234は、各光源ランプユニット10、20から出射され、合成ミラー30で合成された照明光SLをロッドインテグレーター235の光取込口である入射面235aに集光させた状態で入射させる。ロッドインテグレーター235は、入射面235aから入射した照明光SLを内面反射の繰り返しによって均一化する。以上において、各発光管11、21は、光取込口である入射面235aを基準面SSとしてシフトしている。つまり、光束軸KX1、KX2は、入射面235a上に交点FXを有している。これにより、図1等の照明装置50と同様に、基準面SS上において光の特性及び利用効率の高い状態の照明光SLの形成させることを可能としている。また、この照明装置250も、例えば液晶型プロジェクター等の照明装置として使用可能である。例えば、図示を省略するが、ロッドインテグレーター235の光路下流側に結像レンズ等を介して液晶パネルを配置することで照明装置250を液晶型プロジェクターの照明装置として機能させることが可能である。なお、以上において、集光レンズ234は、照明光SLの集光を行っているが、光の反転を行うものではない。
〔第5実施形態〕
図9は、第5実施形態に係る照明装置について説明するための平面図である。なお、本変実施形態の照明装置350は、図1等に示す照明装置50を変形したものであり、第1の光源ランプユニット310の構造を除き、他の各部材については、照明装置50と同等であるので説明を省略する。また、照明装置350の第2の光源ランプユニットについては、第1の光源ランプユニット310と同一の構造を有し、配置等についても対称性により第1の光源ランプユニット310の場合と同様であるため説明及び図示を省略する。
本実施形態に係る照明装置350において、光源ランプユニット310は、発光管11のほか、放物面型のリフレクター312と、凸レンズ形状の集光レンズVLとを備える。放物型のリフレクター312は、回転放物面を内側面として有しており、発光管11から発生した光を略平行化して光源光として出射する。集光レンズVLは、リフレクター312の出射側に配置され、略平行化された光源光を反射面30aで集光するように屈折させる。以上のようにして、光源ランプユニット310は、図1等の光源ランプユニット10と同様に、反射面30aで集光するように出射光IL1を出射する。出射光IL1の光束軸KX1は、光取込用の基準面SS上に交点FXを有している。
以上説明したように、本実施形態においても、照明装置350は、図1等の照明装置50と同様に、基準面SS上において光の特性及び利用効率の高い状態の照明光SLの形成させることを可能としている。また、光路下流側に液晶パネルを配置することで照明装置350を液晶型プロジェクターの照明装置として機能させることが可能である。
〔第6実施形態〕
図10は、第6実施形態に係る照明装置について説明するための平面図である。なお、本変実施形態の照明装置450は、図9に示す照明装置350を変形したものであり、光源ランプユニット410及び合成ミラー430の構造を除き、他の各部材については、照明装置350と同等であるので説明を省略する。また、第2の光源ランプユニットについても、対称性により第1の光源ランプユニット410の場合と同様であるため説明及び図示を省略する。
本実施形態に係る照明装置450において、第1の光源ランプユニット410は、発光管11のほか、放物面型のリフレクター412を備えている。放物型リフレクター412は、回転放物面を内側面として有しており、発光管11から発生した光を略平行化して出射光IL1として出射する。なお、合成ミラー430は、第1のミラー板431と第2のミラー板432とを角度α´で配置している。出射光IL1は、第1のミラー板431上の反射面30aで反射される。以上において、特に、合成ミラー430の角度α´の値が90°となっている場合、反射面30aで折り返された後の光軸RX1がシステム光軸OCに平行となるため、光軸RX1とシステム光軸OCとは交差しないものとなる。しかしながら、光束軸KX1は、発光管11が−z方向にシフトしているため、反射面30aで折り返された後もシステム光軸OCに平行とはならない。従って、光路下流側に行くに従い近づく方向に延びるので、システム光軸OCと交差することが可能である。このことは、対称性により不図示の第2の光源ランプユニットについても同様であるので両光源ランプユニットは、システム光軸OCで各光束軸の交点(不図示)を有する状態で合成される。
以上のように、本実施形態においても、照明装置450も、光の特性及び利用効率の高い状態の照明光SLの形成させることを可能としている。また、光路下流側に液晶パネルを配置することで照明装置450を液晶型プロジェクターの照明装置として機能させることが可能である。
〔第7実施形態〕
図11は、第7実施形態に係る照明装置について説明するための平面図である。なお、本変実施形態の照明装置550は、図1等に示す照明装置50を変形したものであり、光源ランプユニット10から合成ミラー30にかけての構造を除き、他の各部材については、照明装置50と同等であるので説明を省略する。また、第2の光源ランプユニット20についても、対称性により第1の光源ランプユニット10の場合と同様であるため説明及び図示を省略する。
本実施形態に係る照明装置550は、光源ランプユニット10と合成ミラー30との間に、光を反転させるための反転レンズTLを有している。この場合、図示のように、発光管11のシフトする方向と光束軸KX1の反射面30aにおける入射点CSのシフトする方向との関係が、図1の照明装置50の場合とは逆になる。つまり、図7の発光管11を図1の照明装置50の場合とは反対に基準位置から+z方向にシフトさせると、入射点CSが合成ミラー30のエッジEGに近づく側にシフトする。これにより、図示のようにシステム光軸OC上において、交点FX即ち光取込用の基準面SSの位置を交点VXよりも距離d2だけ光路上流側にシフトさせることが可能となる。以上のように、本実施形態の場合も、図1等の照明装置50と同様に、基準面SS上において光の特性及び利用効率の高い状態の照明光SLの形成させることを可能としている。また、この照明装置550も、例えば液晶型プロジェクター等の照明装置として使用可能である。なお、この場合、逆に、発光管11を基準位置から−z方向にシフトさせることで、入射点CSをエッジEG側から遠ざけ、交点VXよりも合成ミラー30から遠い位置に交点FX即ち光取込用の基準面SSの位置を設定することも可能である。
〔第8実施形態〕
図12は、第8実施形態に係る照明装置について説明するための平面図である。なお、本変実施形態の照明装置650は、図8に示す照明装置250を変形したものであり、合成ミラー30の光路下流側の構造を除き、他の各部材については、照明装置250と同等であるので説明を省略する。また、第2の光源ランプユニットについても、対称性により第1の光源ランプユニット10の場合と同様であるため説明及び図示を省略する。
本実施形態に係る照明装置550は、合成ミラー30と光取込用の基準面SSとの間に、反転レンズTLを有している。この反転レンズTLは、図8の集光レンズ234と同様に照明光SLを基準面SS上に集光させているが、これに加え、光束軸KX1を反転させている点が図8の照明装置250とは異なる。この場合、図示のように、発光管11のシフトする方向と交点FXのシフトする方向との関係が、図8の照明装置250の場合とは逆になっており、発光管11を基準位置から+z方向にシフトさせると、交点FX即ち光取込用の基準面SSが−z方向即ち光路上流側にシフトする。これにより、システム光軸OC上において、交点FX即ち光取込用の基準面SSの位置を交点VXよりも距離d2だけ光路上流側にシフトさせることが可能となる。これにより、本実施形態の場合も、図8の照明装置250と同様に、基準面SS上において光の特性及び利用効率の高い状態の照明光SLの形成させることを可能としている。また、この照明装置550も、例えば液晶型プロジェクター等の照明装置として使用可能である。なお、この場合、逆に、発光管11を基準位置から−z方向にシフトさせることで、入射点CSをエッジEG側に近づけ、交点VXよりも合成ミラー30から遠い位置に交点FX即ち光取込用の基準面SSの位置を設定することも可能である。
本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
まず、上記実施形態に係る照明装置50等では、合成ミラー30を2枚のミラー板31、32により構成しているが、発熱等の問題がなければ、プリズムにより合成ミラー30を形成することも可能である。つまり、大きなプリズムを互いに垂直な面で切り出すことにより、合成ミラー30としての反射面を有するプリズムを形成してもよい。また、反射面30aと反射面30bとのなす角度αも92°程度としているが、垂直であってもよい。この場合、例えば光軸RX1、RX2をシステム光軸OCに対して垂直ではなく、傾けた状態とすることで、同様の構成が可能となる。
また、例えば照明装置50では、各リフレクター12、22の内側面を回転楕円面により構成しているが、当該回転楕円面を補正した自由曲面を各リフレクター12、22の内側面として用いてもよい。
また、各光源ランプユニット10、20と合成ミラー30との間にIR光やUV光を除去するための光カットフィルターFTを別途設けるものとしてもよい。
また、各光源ランプユニット10、20に用いる各発光管11、21として、高圧水銀ランプに代えて、例えばメタルハライドランプ等他の高圧放電ランプを用いてもよい。
また、上記実施形態では、例えば第1実施形態において、照明装置50を第1及び第2の光源ランプユニット10、20から重畳レンズ38までとしているが、第1及び第2の光源ランプユニット10、20から合成ミラー30までを一物品として流通させる照明装置としてもよい。
また、上記実施形態では、透過型液晶ライトバルブを用いたプロジェクター100に照明装置50を適用した場合の例について説明したが、反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用することが可能である。
また、上記実施形態において、プロジェクター100は、光変調装置として液晶ライトバルブを用いているが、画素がマイクロミラーによって構成されたデバイスのような光変調装置やフィルムやスライドのような画像形成手段を用いることも可能である。