JP5428346B2 - 照明装置及びこれを備えるプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、複数のランプから発生した光を合成して照明光を形成する照明装置及び当該
照明装置を備えるプロジェクターに関する。

プロジェクター等の投射型画像表示装置の分野において、２つのランプを有する照明装
置を用いて明るい画像を形成するものが知られている（例えば特許文献１参照）。特に、
２つのランプを有する照明装置として、光利用効率を向上させるために、照明装置の光軸
に対してランプのリフレクターの光軸を微小角度傾斜させているものが知られている（特
許文献２参照）。
特開２０００−３６１２号公報 特開２００２−３１８５０号公報

しかしながら、上記特許文献２のように、プリズム状のミラーを用いて２つのランプか
らの光を略同一の方向に向けて反射して合成させるにあたって、さらに、照明装置の光軸
をランプのリフレクターの光軸に対して微小角度傾斜させるには、当該ミラーでの光の反
射角度について考慮する必要がある。この場合、ミラーの作製において、反射角度を所望
のものとするために、使用されることのない無駄な部材が生じたり反射面の作製が困難な
事態が生じたりする可能性がある。例えば、反射プリズムによって当該ミラーを作製する
場合、反射面となるべき部分を切り出すことで不要な部材が生じたり、切り出された反射
面となるべき部分に反射膜を形成することが困難となったりする可能性がある。

そこで、本発明は、比較的簡易な構成で、照明装置の光軸に対して複数のランプから発
生した光の光軸を互いに微小角度をなすように合成させることにより光利用効率の向上が
可能な照明装置及びこのような照明装置を備えるプロジェクターを提供することを目的と
する。

上記課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、第１及び第２発光管でそれぞれ発
生した光源光を第１及び第２のリフレクターで反射してそれぞれ集光するように出射する
とともに、装置全体のシステム光軸を含む基準面に沿ってシステム光軸に対して対称に配
置される第１及び第２のランプと、第１及び第２のランプからの出射光を略同一の方向に
反射することにより合成する合成ミラーとを備え、合成ミラーが、第１及び第２のランプ
にそれぞれ対向するとともに、基準面に対してそれぞれ垂直で、システム光軸に対して対
称でかつ互いに垂直に突き合わされてエッジを形成するように配置される第１及び第２の
反射面を有し、第１のランプの光軸が、基準面上にあってシステム光軸と直交するととも
に第１及び第２の反射面上で当該第１及び第２のランプの光軸と交差する基準軸に対して
、所定角度で正の角度方向に傾いた方向に延びており、第２のランプの光軸が、基準軸に
対して、第１のランプの光軸と同一の所定角度で負の角度方向に傾いた方向に延びている
。

上記照明装置では、合成ミラーにおける第１及び第２の反射面が互いに垂直に突き合わ
されており、かつ、第１及び第２のランプの光軸が、同一の所定角度でシステム光軸を挟
んで反対方向に傾いた状態で延びている。これにより、合成ミラーの形状を角度調整や設
定の容易な直交型とすることができ、比較的簡易な構成であるにもかかわらず、両ランプ
からの光束を互いに重ね合わせるように所定角度だけ傾けて合成することができ、光利用
効率を向上させることができる。

また、本発明の具体的な態様によれば、合成ミラーが、第１及び第２の反射面をそれぞ
れ形成する第１及び第２のミラー板を有し、第１のミラー板の端部と第２のミラー板の端
部とを合わせることによりエッジを形成している。この場合、第１及び第２のミラー板に
より、入射光を合成するための第１及び第２の反射面を比較的簡易に形成させることがで
きる。

また、本発明の別の態様によれば、第１及び第２のミラー板が、それぞれ表面と裏面と
を形成する一対の平行な主平面と、主平面の端部に主平面に対して垂直に形成される端面
とを有しており、第１及び第２のミラー板のうち一方のミラー板の端面を他方のミラー板
の主平面上であって当該他方のミラー板の端面と隣接する部分に合わせることでエッジを
形成している。この場合、エッジ周辺に隙間等が形成されることを防止でき、第１の反射
面と第２の反射面とを簡易に垂直にすることができる。

また、本発明の別の態様によれば、第１及び第２のミラー板が、それぞれの端部を４５
°に面取りすることにより形成された斜面を合わせることでエッジを形成している。この
場合、当該斜面を合わせることで第１の反射面と第２の反射面とのなす角を９０°にする
こと即ち両反射面を垂直にすることができる。

また、本発明の別の態様によれば、合成ミラーが、第１と第２のミラー板とを直交させ
た状態で支持する支持部材を備える。この場合、支持部材により第１と第２のミラー板を
直交する状態に安定して確実に保つことができる。

また、本発明の別の態様によれば、合成ミラーが、第１及び第２の反射面を誘電体多層
膜により形成している。この場合、高い反射率を確保できるだけでなく、例えば照明に必
要な波長領域帯の光のみを照明光として抽出することもできる。

また、本発明の別の態様によれば、照明装置が、合成ミラーの光路下流側において、合
成された光束を平行化する平行化光学系と、平行化光学系を通過した光束を均一化する均
一化光学系とをさらに備える。この場合、光が平行化後に均一化されるので、例えばプロ
ジェクター等に組み込むのに適した照明装置となる。

また、本発明の具体的な態様として、本発明に係るプロジェクターは、上記いずれかの
照明装置と、照明装置からの照明光によって照明される光変調装置と、光変調装置を経た
像光を投射する投射光学系とを備える。この場合、上記照明装置を用いることにより、プ
ロジェクターは、光の利用効率の向上により輝度を向上させた画像の投射を可能にするも
のとなる。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る照明装置について概念的に示した平面図である。本実施形
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、１２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。各発光管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。各リフレクター１２、２２は、第１及び第２の発光管１１、２１から発生した光
源光を反射して出射面１２ａ、２２ａから出射する。各リフレクター１２、２２の出射面
１２ａ、２２ａから出射した光源光は、出射光ＩＬ１、ＩＬ２として合成ミラー３０に向
けてそれぞれ集光される。なお、この場合、出射光ＩＬ１、ＩＬ２は、各光源ランプユニ
ット１０、２０の光軸ＲＸ１、ＲＸ２を中心軸として出射されている。

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ＩＬ
１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。合成ミラー３０において、第１のミラー板３１の端部３３ａと第２のミラー板３２
の端部３３ｂとを突き合わせることによりエッジ２５が形成されている。この際、第１の
ミラー板３１と第２のミラー３２とのなす角αは直角となっている（なお、合成ミラー３
０のより詳しい構造については、図２を用いて後述する）。

以下、照明装置５０における第１及び第２のランプユニット１０、２０と合成ミラー３
０との配置について説明する。これらのうち、まず、合成ミラー３０は、図１において照
明装置５０全体の基準となるシステム光軸ＯＣに関して各反射面３０ａ、３０ｂを対称と
するように配置されている。また、第１及び第２のランプユニット１０、２０も、システ
ム光軸ＯＣに関して対称で、かつ、各反射面３０ａ、３０ｂに対向するように配置されて
いる。ここで、図１に示すように、システム光軸ＯＣの延びる方向をｚ方向とし、図１の
紙面に平行な面内でｚ方向に垂直な方向をｘ方向とする。また、ｘ方向及びｚ方向に垂直
な方向をｙ方向とする。また、図１の紙面に平行な面でありシステム光軸ＯＣ及び後述す
る光軸ＲＸ１、ＲＸ２を含むｘｚ平面を基準面とする。また、当該基準面内においてシス
テム光軸ＯＣと直交する軸であって、各ランプユニット１０、２０とそれぞれ反射面３０
ａ、３０ｂ上の交点ＣＳ１、ＣＳ２で交差する軸を基準軸ＸＸとする。

合成ミラー３０において、第１及び第２のミラー板３１、３２の一方の主平面である各
反射面３０ａ、３０ｂは、いずれも基準面（ｘｚ平面）に対して垂直である。また、既述
のように、第１の反射面３０ａと第２の反射面３０ｂとはシステム光軸ＯＣに対して対称
に配置されており、かつ、互いに直交してエッジ２５を形成している。この結果、合成ミ
ラー３０の先端部分であるエッジ２５の稜線は、システム光軸ＯＣに直交してｙ方向に延
びている。また、図１での平面視において、各反射面３０ａ、３０ｂは、それぞれシステ
ム光軸ＯＣに対して４５°傾斜している。

一方、第１及び第２のランプユニット１０、２０は、各ランプユニット１０、２０の光
軸ＲＸ１、ＲＸ２のいずれについても、基準面（ｘｚ平面）内において基準軸ＸＸに対し
て角度θだけ傾けた状態とする配置となっている。つまり、第１のランプ１０の光軸ＲＸ
１が、基準軸ＸＸに対して、角度θだけ正の角度方向即ち図１の紙面上において交点ＣＳ
１を中心として反時計回りの方向に傾いた方向に延びており、第２のランプ２０の光軸Ｒ
Ｘ２が、基準軸ＸＸに対して、同一の所定角度θで負の角度方向即ち図１の紙面上におい
て交点ＣＳ２を中心として時計回りの方向に傾いた方向に延びている。従って、この場合
、第１及び第２のランプユニット１０、２０の光軸ＲＸ１、ＲＸ２は、いずれもシステム
光軸ＯＣに対して直交せず、光軸ＲＸ１、ＲＸ２とシステム光軸ＯＣのなす角βは、９０
°＋θ即ち約９２°となっている。なお、角度θの値は、例えば、２°程度とするが、こ
れに限らず、後述する平行化光学系３４等の光路下流側の光学系との関係により適当な微
小角度とすることができる。

第１及び第２のランプユニット１０、２０と合成ミラー３０とが以上のような配置を有
することにより、各光源ランプユニット１０、２０の光軸ＲＸ１、ＲＸ２は、各反射面３
０ａ、３０ｂにおいて折り曲げられ、折り曲げられた後の光軸ＲＸ１、ＲＸ２に対応する
中心軸ＣＸ１、ＣＸ２は、それぞれ照明光軸ＯＣに対して角度θだけ傾いている。つまり
、合成ミラー３０で反射された投射光ＩＬ１、ＩＬ２は、いずれも角度θだけ傾いた状態
で、略照明光軸ＯＣに沿うように射出される。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を成しつつも略同一の
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。

以下、図２を用いて照明装置５０中に示す合成ミラー３０の構造の詳細について説明す
る。この合成ミラー３０は、第１の反射面３０ａを有する第１のミラー板３１と、第２の
反射面３０ｂを有する第２のミラー板３２とを支持する支持部材であるホルダー２６を備
えている。

第１及び第２のミラー板３１、３２は、それぞれ平面視矩形形状のミラーであり、ホル
ダー２６によって、互いに垂直となるように固定されている。より具体的には、まず、各
ミラー板３１、３２は、いずれも反射面３０ａ、３０ｂを表面とし、反射面３０ａ、３０
ｂに対向して裏面３０ｃ、３０ｄを有している。各反射面３０ａ、３０ｂは、各ミラー板
３１、３２の表側に蒸着等された反射膜３１ａ、３１ｂにより形成されている。第１のミ
ラー板３１は、これらの面３０ａ、３０ｃ即ち主平面に対して垂直に形成される端面２７
ｃ、２８ｃを有している。同様に、第２のミラー板３２は、面３０ｂ、３０ｄ即ち主平面
に対して垂直に形成される端面２７ｄ、２８ｄを有している。合成ミラー３０は、各ミラ
ー板３１、３２の端面２７ｃ、２７ｄ、２８ｃ、２８ｄのうち、第１のミラー板３１の先
端側の端面２７ｃを第２のミラー板３２の裏面３０ｄ上であって端面２７ｄと隣接する部
分３０ｅに合わせることでエッジ２５を形成している。この場合、各ミラー板３１、３２
がいずれも平面視矩形となっていることから、形成されたエッジ２５は隙間等が形成され
ることなく直角となっている。これに伴い、第１の反射面３０ａと第２の反射面３０ｂと
のなす角αも垂直な状態となっている。

また、ホルダー２６は、第１及び第２のミラー板３１、３２のうち、反射面３０ａ、３
０ｂとしての有効領域外に設けられた周縁部分を利用して取り付けられるものである。ホ
ルダー２６は、各ミラー板３１、３２の周縁部分のうちｙ方向について上方側と下方側に
一対の同一構造を有するものとして設けられており、両者の協働によって両ミラー板３１
、３２をアライメントして固定している。このホルダー２６は、各ミラー板３１、３２を
挿入するための第１のガイド溝２６ａと第２のガイド溝２６ｂとを有している。なお、図
示を省略しているが、ホルダー２６は、付勢バネ等を用いて各ミラー板３１、３２にその
裏面３０ｃ、３０ｄ側から適度な力を与えることにより、ミラー板３１、３２を変形させ
ることなく、ホルダー２６のガイド面（アライメント面）２６ｃ、２６ｄに反射面３０ａ
、３０ｂが押し付けられて、両ミラー板３１、３２の角度出しがされた状態にしている。
また、図示を省略しているが、ホルダー２６は、付勢バネ等を用いて各ミラー板３１、３
２の端面２７ｄ、２８ｄからエッジ２５に向かう方向にも適度な力を付与することで、両
ミラー板３１、３２の角度出しがされた状態を保っている。以上のように、ホルダー２６
により、ミラー板３１、３２は、比較的薄いものであっても位置ずれや変形等を起こすこ
となく反射面３０ａと反射面３０ｂとが垂直な状態に保たれるように固定されている。

また、ここで、ホルダー２６による各ミラー板３１、３２の組み付けの前に、予め、反
射膜３１ａ、３１ｂとして第１及び第２のミラー板３１、３２の表面一面に所望の反射特
性を有する膜を形成させておくことが望ましい。この場合、エッジ２５を形成させた後に
当該エッジ２５付近に反射膜を形成する必要がない。従って、例えば、誘電体多層膜製の
反射膜３１ａ、３１ｂを蒸着等により形成することができる。誘電体多層膜を用いること
で、反射膜３１ａ、３１ｂの表面である反射面３０ａ、３０ｂにおいて高い反射率を確保
できるだけでなく、例えば照明光ＳＬに必要な可視光の波長領域帯の成分のみを抽出する
こともできる。なお、合成ミラー３０において、各ミラー板３１、３２の厚さｄを、例え
ば０．７ｍｍ程度の非常に薄いものとすることが可能である。この場合、端面２７ｄに反
射膜を蒸着していなくても合成ミラー３０での合成の際に端面２７ｄによってけられる光
はごくわずかであるので、合成ミラー３０によって形成される照明光ＳＬにはほとんど影
響を与えない。以上のような構造を有する合成ミラー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。

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、照明光軸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３７
ｃ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５
０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。

以上説明したように、この照明装置５０では、各光源ランプユニット１０、２０の光軸
ＲＸ１、ＲＸ２を基準軸ＸＸに対して傾けることにより、合成ミラー３０の反射面３０ａ
と反射面３０ｂとが直角の状態であっても、出射された出射光ＩＬ１、ＩＬ２について、
合成ミラー３０で反射した後の中心軸ＣＸ１、ＣＸ２を照明光軸ＯＣに対して所定角度θ
（約２°）傾いた状態で光路下流側の各光学系に照明光を入射させることができる。これ
により、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３
６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。また、合成ミラー３０の反射面３０ａと反射面３０ｂとを垂直な状態で
作製すればよいので、比較的簡易に反射面の作製ができる。また、プリズムによって合成
ミラー３０を形成する場合に比べても、安価に作製することができ、ミラー板３１、３２
を比較的薄くすることでプリズムの表面にミラーを作製する場合に比べ合成ミラー３０の
放熱効果を大きくすることもできる。

図３は、本実施形態に係る照明装置の変形例について説明するための平面図である。な
お、本変形例の照明装置１５０は、合成ミラー３０より光路下流側のみが異なるため、第
１及び第２のランプユニット１０、２０及び合成ミラー３０については、詳しい説明を省
略する。

照明装置１５０は、ロッドインテグレータ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１３４と、集光レンズ１３４で集光された光を均一化するロッドインテグレー
タ１３５とを備える。つまり、照明装置１５０において、集光レンズ１３４は、各光源ラ
ンプユニット１０、２０から射出され、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１３５の入射面１３５ａに集光させた状態で入射させる。ロッドインテグ
レータ１３５は、入射面１３５ａ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。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。例えば、図示を省略するが、ロッドインテグレータ１３５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１５０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。

図４の合成ミラー１３０は、図２の合成ミラー３０の変形例であり、図１及び図３に示
す照明装置５０、１５０の合成ミラー３０と置き換え可能なものである。合成ミラー１３
０は、エッジ１２５を形成するミラー板１３１、１３２の端部を除いて、その形状及び機
能は図２の合成ミラー３０と同様であるので当該端部以外の構造については説明を省略す
る。

この合成ミラー１３０において、第１及び第２のミラー板１３１、１３２は、それぞれ
エッジ１２５を形成する先端側の端部を４５°に面取りすることにより形成された斜面１
２７ｃ、１２７ｄを有しており、これらの斜面１２７ｃ、１２７ｄを合わせることでエッ
ジ１２５を形成している。この場合も、第１の反射面３０ａと第２の反射面３０ｂとのな
す角を９０°とすることができ、互いの面を垂直にすることができる。また、この場合も
、図２に示す場合と同様に、ホルダー２６により簡易・確実に垂直な状態が保たれている
。

〔第２実施形態〕
図５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５
０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、６
１ｒ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５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、４
１ｂ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４３
ｂ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、６１
ｒ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６
１ｂ、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７
２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、高強度の光を出射
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。

本願発明は、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。なお、この場
合、１つの大きなプリズムから垂直な面を有するプリズムが一度に４つ切り出され、それ
らのいずれも合成ミラーとして使用可能となるため、９０°以外の角度で切り出す場合に
比べて無駄な部材の発生を低減することができる。

また、図６に示すように、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、照明装置５０を第１及び第２の光源ランプユニット１０、２
０から重畳レンズ３８までとしているが、例えば第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、像形成光学部３０において画
像形成素子として液晶ライトバルブ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ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。

第１実施形態に係る照明装置を説明する平面図である。 照明装置の変形例を説明する平面図である。 照明装置を用いたプロジェクターを説明する概念図である。 照明装置の合成ミラーについて説明する概念図である。 合成ミラーの変形例について説明する概念的な平面図である。 照明装置の他の変形例を説明する平面図である。

５０、１５０…照明装置、 １０、２０…光源ランプユニット、 １１、２１…発光管
、 １２、２２…リフレクター、 ３０、１３０…合成ミラー、 ３１、３２…ミラー板
、 ３０ａ、３０ｂ…反射面、 ２５…エッジ、 ２６…ホルダー、 ３４…平行化光学
系、 ３５、３６…フライアイレンズ、 ３７…偏光変換素子、 ３８…重畳レンズ、
１００…プロジェクター、 ＩＬ１、ＩＬ２…出射光、 ＳＬ…照明光、 ＲＸ１、ＲＸ
２…ランプユニットの光軸、 ＸＸ…基準軸、 ＣＸ１、ＣＸ２…中心軸、 ＯＣ、ＯＡ
…システム光軸、 θ、α、β…角度、 ｄ…厚さ、 ＦＴ…光カットフィルター

Claims (5)

1. 第１及び第２発光管でそれぞれ発生した光源光を第１及び第２のリフレクターで反射してそれぞれ集光するように出射するとともに、装置全体のシステム光軸を含む基準面に沿って前記システム光軸に対して対称に配置される第１及び第２のランプと、
   前記第１及び第２のランプからの出射光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と
   を備え、
   前記合成ミラーは、前記第１及び第２のランプにそれぞれ対向するとともに、前記基準面に対してそれぞれ垂直で、前記システム光軸に対して対称でかつ互いに垂直に突き合わされてエッジを形成するように配置される第１及び第２の反射面を有し、
   前記第１のランプの光軸は、前記基準面上にあって前記システム光軸と直交するとともに前記第１及び第２の反射面上で当該第１及び第２のランプの光軸と交差する基準軸に対して、所定角度で正の角度方向に傾いた方向に延びており、
   前記第２のランプの光軸は、前記基準軸に対して、前記第１のランプの光軸と同一の前記所定角度で負の角度方向に傾いた方向に延びている照明装置であって、
   前記合成ミラーは、前記第１及び第２の反射面をそれぞれ形成する第１及び第２のミラー板を有し、前記第１のミラー板の端部と前記第２のミラー板の端部とを合わせることにより前記エッジを形成し、
   前記第１及び第２のミラー板は、それぞれ平面視矩形で同一構造を有しており、それぞれ前記第１及び第２の反射面と裏面とを形成する一対の平行な主平面と、前記主平面の端部に前記主平面に対して垂直に形成される端面とを有しており、前記第１及び第２のミラー板のうち一方のミラー板の端面を他方のミラー板の前記裏面上であって当該他方のミラー板の端面と隣接する部分に合わせることで前記エッジを形成していることを特徴とする照明装置。
2. 前記合成ミラーは、前記第１と第２のミラー板とを直交させた状態で支持する支持部材を備える、請求項１記載の照明装置。
3. 前記合成ミラーは、前記第１及び第２の反射面を誘電体多層膜により形成している、請求項１または２記載の照明装置。
4. 前記合成ミラーの光路下流側において、合成された光束を平行化する平行化光学系と、
   前記平行化光学系を通過した光束を均一化する均一化光学系とをさらに備える請求項１から請求項３までのいずれか一項記載の照明装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項記載の照明装置と、
   前記照明装置からの照明光によって照明される光変調装置と、
   前記光変調装置を経た像光を投射する投射光学系と
   を備えるプロジェクター。

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