JPH11352588A

JPH11352588A - 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置

Info

Publication number: JPH11352588A
Application number: JP10159480A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Ito; 嘉高伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1998-06-08
Publication date: 1999-12-24
Anticipated expiration: 2018-06-08
Also published as: JP3629951B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光源ランプからの発散光のうち、反射出射光
成分に加えて、直接出射光成分をも有効に利用できる照
明装置を提供すること。【解決手段】照明装置１は、光源ランプ２と、リフレ
クタ３と、リフレクタ３の前面開口４の出射側に配置さ
れたホログラム素子５とを有している。ホログラム素子
５は、光源ランプ２からの発散光のうち、リフレクタ３
で平行化された反射出射光成分Ｌ２を回折せずにそのま
ま透過する。しかるに、発散光のうち、光入射面５ａに
直接に入射した直接出射光成分Ｌ１を回折してランプ光
軸Ｌに略平行な方向に出射する。従って、従来使用され
ていない直接出射光成分Ｌ１を照明装置１の出射光Ｈと
して利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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によって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に関するものである。
更に詳しくは、照明装置の光の利用効率を向上するため
の技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプ、キセノンランプ
等の光源ランプは投写型表示装置の光源として広く利用
されている。これらの光源ランプは、放物面リフレクタ
等のリフレクタと共に使用され、ユニット形式の照明装
置として投写型表示装置に組付けられる。

【０００３】図９には従来の一般的な照明装置の概略構
成を示してある。この図に示すように、照明装置１００
は、メタルハライドランプ等の光源ランプ２と、この光
源ランプ２が取り付けられたリフレクタ３とから基本的
に構成されている。この照明装置１００では、光源ラン
プ２からの発散光はリフレクタ３の反射面１１で反射
し、リフレクタ３の前面開口４からランプ光軸Ｌに略平
行な光として出射する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】投写型表示装置に用い
る照明装置としては、平行性の高い照明光を出射できる
照明装置が望ましいため、リフレクタで反射し略平行な
光となった反射出射光成分Ｌ２のみが照明光として使わ
れる場合が多い。しかし、図９に示した照明装置１００
では、光源ランプ２からの発散光のうち、リフレクタ３
で反射されることなく前面開口４からそのまま出射され
る光成分（直接出射光成分）Ｌ１は、照明装置１００の
出射光としては利用されていない。この直接出射光成分
も出射光として利用できれば、照度の高い照明装置を実
現でき、投写型表示装置の投写画像を明るくできる。

【０００５】本発明の課題は、上記の点に鑑みて、光源
ランプからの発散光のうち、反射出射光成分に加えて直
接出射光成分をも有効利用できる照明装置を提供するこ
とにある。

【０００６】また、本発明の課題は、この新規な照明装
置を備え、明るい画像を投写可能な投写型表示装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の照明装置では、光源ランプと、この光源ラ
ンプの発散光の一部を反射して略平行な出射光として前
面開口から出射するリフレクタとを有する照明装置にお
いて、前記リフレクタの前記前面開口の出射側に配置さ
れたホログラム素子を有し、当該ホログラム素子は、前
記光源ランプの発散光のうち、反射されることなく前記
前面開口から直接に出射する直接出射光成分の少なくと
も一部を前記光源ランプの光軸に略平行な方向に回折す
ることを特徴としている。

【０００８】本発明の照明装置では、光源ランプの発散
光のうち、直接出射光成分の少なくとも一部はホログラ
ム素子によって回折されてランプ光軸に略平行な光に変
換される。従って、直接出射光成分を照明装置の出射光
として利用できる。このため、従来利用されていない直
接出射光成分を利用できる分、照明装置の光の利用効率
を高めることができ、明るい出射光を得ることができ
る。また、本発明の照明装置を投写型表示装置に組み込
むことにより、明るい投写画像を投写可能な投写型表示
装置を実現できる。

【０００９】ホログラム素子としては、表面（光入射
面）が凹凸となったレリーフ型のホログラム素子を採用
できる。また、屈折率などが周期的に変化した光学的な
構造を内部に有する体積変調型のホログラム素子を用い
ることが可能である。この体積変調型のホログラム素子
は入射角依存性が大きい。すなわち、十分に高い回折効
率が得られる光の入射角の範囲が狭い。このため、体積
変調型のホログラム素子を用いれば、その入射角依存性
を適切に設置することにより、リフレクタで反射されて
平行化された入射角の小さな光成分には回折作用を与え
ず、入射角の大きな直接出射光成分にのみ回折作用を与
えることが容易となる。このようにすれば、従来の照明
装置の出射光として利用していた光成分を回折させるこ
となくそのまま有効に利用できる。

【００１０】また、ホログラム素子に波長依存性を持た
せて、所定の波長帯の色光成分のみを前記ランプ光軸に
略平行な方向に回折するようにして、所望の色光成分の
みの利用効率を高めても良い。一般的に、光源ランプの
各波長帯における光（色光成分）の発光強度は不均一で
ある。このため、光源ランプのある波長帯の光の強度が
他の波長帯の光に比べて低い場合には、その波長帯の光
に対してのみホログラム素子の回折作用が生じるように
すれば、照明装置からの出射光の色バランスをほぼ均一
にできる。

【００１１】ここで、１つの波長帯の光のみの発光強度
を高めるだけでなく、複数の波長帯の光の発光強度を高
めるようにすれば、照明装置からの出射光の色バランス
をより均一化できる。すなわち、第１の波長帯の第１の
色光成分のみを光源ランプの光軸に略平行な方向に回折
する第１の偏向部分と、第１の波長帯とは異なる第２の
波長帯の第２の色光成分のみを光源ランプの光軸に略平
行な方向に回折する第２の偏向部分とから構成したホロ
グラム素子を使用すれば良い。第１および第２の偏向部
分は光学的特性の異なる少なくとも２つの偏向部から構
成されるのが一般的である。このようなホログラム素子
の例としては、第１の偏向部分に対応するホログラム素
子（第１の偏向部分）と第２の偏向部分に対応するホロ
グラム素子（第２の偏向部分）を積層して一体化したも
のが挙げられる。また、複数のホログラム材料を積層し
て第１および第２の偏向部分を構成したものが挙げられ
る。

【００１２】一方、ホログラム素子に、ランプ光軸を中
心とする中心領域を設け、この中心領域では光をそのま
ま透過させるようにしても良い。例えば、中心領域が貫
通孔となった円環状のホログラム素子や、中心領域のみ
がガラス等の光をそのまま透過させる材質から形成され
たホログラム素子を採用することができる。直接出射光
成分のうち、ランプ光軸付近を通過する光成分はホログ
ラム素子の光入射面に対する入射角は小さく、実質的に
ランプ光軸に略平行な光となっている。上記のような中
心領域を有するホログラム素子を用いれば、実質的にラ
ンプ光軸に略平行な直接出射光成分を回折させることな
くそのまま透過させることができるので、不要な回折に
よる光損失を防止できる。

【００１３】また、リフレクタの前面開口から出射され
る光の強度分布は、一般的にランプ光軸近傍が最も大き
く、ランプ光軸から遠ざかるにつれて急激に低下する。
すなわち、周辺部では光強度は小さい。上記のような中
心領域を有するホログラム素子を用いれば、ランプ光軸
近傍の光強度を不要な回折によって低下させることがな
く、しかも周辺部の光強度をホログラム素子により確実
に高めることができる。これにより、照明装置の出射光
の照度ムラを低減できる。

【００１４】次に、本発明の照明装置は、投写型表示装
置の光源として適用可能である。すなわち、照明装置
と、当該照明装置からの出射光を変調する光変調素子
と、この光変調素子によって変調された変調光を投写面
上に拡大投写する投写光学系とを有する投写型表示装置
において、その照明装置として、前述した本発明の照明
装置を採用できる。本発明の照明装置は、光の利用効率
が高く、明るい出射光を出射できるので、本発明の投写
型表示装置によれば、明るい投写画像を投写可能であ
る。なお、光変調素子は透過型であっても良く、また、
反射型であっても良い。

【００１５】なお、本発明の照明装置は、投写型表示装
置の光源としてだけでなく、車のヘッドライト等に対し
て適用できるのは勿論である。

【００１６】

【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は照明装
置の概略断面構成図である。図１に示す照明装置１は、
基本的には、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Ｌに略平行な出射光とし
て出射する形式のものである。また、照明装置１は、リ
フレクタ３の前面開口４の出射側に配置されたホログラ
ム素子５を有している。

【００１７】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６は、石英ガラス製であり、
その中央には断面が楕円形状をした球状の発光部７が形
成されている。この発光部７の両側には外側に細長く直
線的に伸びる封止部８、９が一体形成されている。発光
部７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。

【００１８】リフレクタ３には、放物面状の反射面１１
が備わっており、この反射面１１の前端縁によって前面
開口４が規定されている。反射面１１に照射した光源ラ
ンプ２からの発散光はランプ光軸Ｌに略平行な反射出射
光成分Ｌ２として反射される。この反射出射光成分Ｌ２
の出射方向とランプ光軸Ｌがなす角度（反射出射光成分
Ｌ２の拡がり角）は約１０°以下程度である。反射面１
１の底部中央からはその背面側に向けて筒型のランプ取
付け部１２が延びている。このランプ取付け部１２に、
光源ランプ２の一方の封止部９が挿入されている。

【００１９】なお、光源ランプ２は、封止部９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１２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Ｌが略平行と
なるようにリフレクタ３に取り付けられ、発光部７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。

【００２０】ホログラム素子５は、その光入射面５ａお
よび光出射面５ｂが平坦で、屈折率等が周期的に変化し
た光学的な内部構造を有する体積変調型の素子である。
このホログラム素子５は、ランプ光軸Ｌに直交する姿勢
でその光入射面５ａがリフレクタ３の前面開口４から僅
かに離れた位置に対峙するように配置されている。本例
のホログラム素子５は、前面開口４よりも一回り大きな
円形をしている。また、ホログラム素子５は、光源ラン
プ２の発散光のうち、その光入射面５ａに対して所定の
角度範囲で入射する光だけを回折し、ランプ光軸Ｌに略
平行な方向に出射する。

【００２１】図２には、ホログラム素子５に入射する光
の入射角θとホログラム素子５の回折効率の関係を示し
てある。この図から分かるように、本例のホログラム素
子５は、入射角θがθ１からθ２（１０°＜θ１＜θ
２）の範囲の光に対する回折効率が高くなるように設定
されている。このようなホログラム素子５では、入射す
る光のうち、θ１以下の入射角θで入射する光は、ホロ
グラム素子５の回折作用をほとんど受けずに、実質的に
ホログラム素子５をそのまま透過する。また、θ１〜θ
２の入射角θで入射する光は、ホログラム素子５の回折
作用によってランプ光軸Ｌに略平行な光に変換されるこ
とになる。

【００２２】このため、照明装置１では、図３（Ａ）お
よび図４に示すように、リフレクタ３の反射面１１で反
射されることなく、前面開口４から出射された発散状態
の直接出射光成分Ｌ１のうち、ホログラム素子５のラン
プ光軸Ｌを中心とする中心領域５ｃに入射する光成分Ｌ
１２は、その入射角θがθ１以下となるので、回折作用
を受けることなく、ホログラム素子５をそのまま透過す
る。この光成分Ｌ１２は、光入射面５ａに対する入射角
θが小さいので、実質的にランプ光軸Ｌに略平行な光で
ある。従って、光成分Ｌ１２は回折による光損失を伴う
ことなく、そのまま照明装置１からの出射光Ｈとして利
用される。

【００２３】また、直接出射光成分Ｌ１のうち、中心領
域５ｃ以外の領域５ｄに入射する光成分Ｌ１１は、その
入射角θがθ１より大きくなる。このため、光成分Ｌ１
１のうち、ホログラム素子５に対する入射角θがθ１〜
θ２の範囲に含まれている成分、すなわち、光成分Ｌ１
１の全成分あるいは一部がホログラム素子５の回折作用
を受けてランプ光軸Ｌに略平行な光に変換され、ホログ
ラム素子５の光出射面５ｂから出射する。そして、照明
装置１の出射光Ｈとして利用される。

【００２４】一方、図３（Ｂ）に示すように、反射出射
光成分Ｌ２は、ホログラム素子５に対する入射角がθ１
より小さいので、入射する領域に関係なくその全成分が
回折作用をほとんど受けずに当該ホログラム素子５を透
過し、照明装置１の出射光Ｈとして利用される。

【００２５】このように照明装置１では、リフレクタ３
の前面開口４の出射側にホログラム素子５を配置して、
光源ランプ２からの発散光のうち、従来利用されていな
かった直接出射光成分Ｌ１を照明装置１の出射光Ｈとし
て利用している。従って、照明装置１の光の利用効率を
高めることができ、明るい出射光Ｈを得ることができ
る。

【００２６】また、照明装置１においては、体積変調型
のホログラム素子５を採用している。体積変調型ホログ
ラム素子は、レリーフ型のホログラム素子に比べて入射
角依存性が大きく、回折作用が発揮される光の入射角の
範囲（θ１〜θ２）が狭い。このため、リフレクタ３で
反射されて平行化された反射出射光成分Ｌ２には回折作
用をほとんど与えず、直接出射光成分Ｌ１の一部（光成
分Ｌ１１）にのみ確実に回折作用を与えることができ
る。

【００２７】ここで、リフレクタ３の前面開口４から出
射される光の強度分布は、一般的にランプ光軸近傍が最
も大きく、ランプ光軸Ｌから遠ざかるにつれて急激に低
下する傾向にある。すなわち、ホログラム素子５の中心
領域５ｃに入射する光の強度は、その他の領域５ｄに入
射する光の強度に比べて大きい。照明装置１では、領域
５ｃに入射する光はホログラム素子５を実質的にそのま
ま透過するので、ランプ光軸Ｌの近傍を通過する光の強
度はほとんど低下することがない。また、前述のよう
に、領域５ｄに入射する直接出射光成分（光成分Ｌ１
１）を回折して照明装置１の出射光Ｈとして利用してい
るので、ランプ光軸Ｌから離れた周辺部を通過する光の
強度は高まる。このため、照明装置１の出射光Ｈの光強
度分布が均一化され、出射光Ｈの照度ムラを低減でき
る。

【００２８】なお、ホログラム素子としては、体積変調
型のホログラム素子の代わりに、レリーフ型のホログラ
ム素子を採用することも可能である。このようなレリー
フ型のホログラム素子を用いる場合には、図５（Ａ）お
よび（Ｂ）に示すように、ホログラム素子５Ａの中心領
域５ｃをガラス等の透明な材質から形成することが望ま
しい。中心領域５ｃは貫通孔としても良い。レリーフ型
のホログラム素子は体積変調型のホログラム素子に比べ
て入射角依存性が低いので、光軸中心に沿って略平行に
進む出射光が回折作用を受けてしまう恐れが高い。しか
し、本例の構成のホログラム素子を用いれば、そのよう
な不要な回折による光損失が発生しないという利点があ
る。

【００２９】また、本例のホログラム素子５Ａを用いれ
ば、それがレリーフ型、体積変調型のいずれであっても
中心領域５ｃに入射する反射出射光成分Ｌ２は回折され
ずにそのまま透過するので、ランプ光軸Ｌの近傍を通過
する光の強度の低下をより確実に防止でき、同時に照明
装置１の出射光Ｈの照度ムラも一層低減できる。

【００３０】（投写型表示装置）次に、上述した照明装
置１が組み込まれた投写型表示装置の一例を説明する。
図６にはその投写型表示装置の光学系の概略構成を示し
てある。この図に示す投写型表示装置２０は、本発明を
適用した照明装置１からの出射光Ｈを赤、緑、青の各色
光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離された各色光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（変調光束）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。

【００３１】詳細に説明すると、照明装置１からの出射
光Ｈは、出射光Ｈ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Ｌに対して４５度傾斜した偏光分離膜２１ａを備えて
おり、出射光Ｈに含まれるＰ偏光光Ｐを透過し、Ｓ偏光
光Ｓを直交する方向に向けて反射することにより、２種
類の偏光光を空間的に９０度の角度で分離する。

【００３２】この偏光ビームスプリッタ２１におけるＰ
偏光光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は上記の偏光分離膜２１ａと略平行に赤色・青
色反射膜２２ａが形成されている。

【００３３】ダイクロイックプリズム２２に入射したＰ
偏光光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４
１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、反射型の液晶ライ
トバルブ２３Ｇが配置されている。従って、Ｐ偏光光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。

【００３４】一方、偏光ビームスプリッタのＳ偏光光Ｓ
の出射面３２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Ｓ偏光光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。

【００３５】そして、ダイクロイックプリズム２４に入
射したＳ偏光光Ｓは、偏光分離膜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。

【００３６】反射型の液晶ライトバルブ２３Ｒ、２３
Ｇ、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た光が反射光（変調光）
として得られる。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２
２、２４を通り、偏光ビームスプリッタ２１に至る。

【００３７】ここで、Ｐ偏光光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の偏光分離膜２
１ａ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。

【００３８】一方、Ｓ偏光光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の偏光分離膜２１ａを透過して、投写レンズ２
６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。

【００３９】この結果、偏光ビームスプリッタ２１の出
射面３２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。

【００４０】このように構成された投写型表示装置２０
は、本発明を適用した照明装置１を有している。照明装
置１は、上述したように光の利用効率に優れ、明るい出
射光Ｈを出射可能である。このため、投写型表示装置２
０によれば、明るい投写画像を表示可能である。

【００４１】（投写型表示装置の別の例）上述した投写
型表示装置２０は反射型液晶ライトバルブを光変調素子
として用いたものであるが、本発明の照明装置は透過型
液晶ライトバルブを光変調素子として用いたものに対し
ても適用可能である。

【００４２】次に、透過型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７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り、ＸＺ平
面における構成を示している。また、図８には照明装置
の周辺部分を取り出して示してある。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。

【００４３】投写型表示装置２０Ａは、前述した照明装
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、こ
の第２の光学要素６２から出射された光を画像情報に基
づいて変調する３枚の透過型液晶ライトバルブ８０Ｒ、
８０Ｇ、８０Ｂと、透過型液晶ライトバルブ８０Ｒ、８
０Ｇ、８０によって変調された光束を投写面２７上に拡
大投写する投写光学系（投写レンズ）２６とを有してい
る。

【００４４】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。

【００４５】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がマトリ
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９
０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、図７の液晶ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８
０Ｂにおける画像形成領域に相当する。

【００４６】集光像６１ｃが形成される位置の近傍に
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６
４、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。

【００４７】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。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。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６１
ａ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。なお、集光レンズアレイ６３
は遮光板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。

【００４８】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。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。

【００４９】次に、偏光変換装置６８は偏光分離ユニッ
トアレイ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６６とを有して
いる。

【００５０】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。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。

【００５１】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Ｘ
Ｙ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。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。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。

【００５２】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。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。

【００５３】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。

【００５４】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６５
ｂを経ずして反射面６５ｃに直接入射する中間光束６１
ｂ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。

【００５５】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６１
ｂ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。

【００５６】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（液晶ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂの
画像形成領域）９０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。

【００５７】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６
８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。

【００５８】このような第２の光学要素６２から出射さ
れた一種類の偏光光束は、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７
２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。

【００５９】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、８０
Ｇ、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に入射する。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。

【００６０】このように構成された投写型表示装置２０
Ａは、本発明を適用した照明装置１を有しているので、
上述した反射型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装
置２０と同様に、明るい投写画像を表示可能である。

【００６１】ここで、照明装置１の構成要素である光源
ランプ２の各色の発光バランスは一般的に不均一である
ので、照明装置１からの出射光Ｈの色バランスも整って
いない。このため、上述した投写型表示装置２０、２０
Ａでは、分離された各色光Ｒ、Ｇ、Ｂの光強度は一致し
ておらず、例えば、所定の色光の光強度のみがその他の
色光より弱くなる場合がある。

【００６２】このような場合には、照明装置１のホログ
ラム素子５に波長依存性を持たせて、光源ランプ２から
の直接光Ｌ１のうち、所定の波長帯の色光のみに回折作
用が働くように設定し、所定の波長帯の色光の強度を効
果的に強めるようにすれば良い。このようにすれば、照
明装置１からの出射光Ｈの色バランスを向上でき、投写
型表示装置２０、２０Ａにおける各色光Ｒ、Ｇ、Ｂの光
強度をほぼ一致させることができる。また、投写型表示
装置２０、２０Ａにおいて、光路中における所定の色光
の損失がその他の色光に比べて多い場合にも、ホログラ
ム素子５に波長依存性を持たせて、光源ランプ２からの
直接光Ｌ１のうち、所定の波長帯の色光のみに回折作用
が働くようにすることが有効である。

【００６３】さらに、２色の色光の強度を高める場合に
は、それぞれの色光に対応した２つのホログラム素子
（第１および第２の偏向部分）を積層したものを使用す
れば良い。また、複数のホログラム材料を積層すること
により、第１および第２の偏向部分を構成したホログラ
ム素子を使用することも可能である。

【００６４】なお、本発明の照明装置は、投写型表示装
置の光源に限らず、車のヘッドライト等に対して適用可
能である。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、リフレクタの前面開口の出射側にホログラム素子を
配置して、光源ランプからの発散光のうち、直接出射光
成分の少なくとも一部をこのホログラム素子の回折作用
によってランプ光軸に略平行な光に変換して照明装置の
出射光として利用している。

【００６６】従って、従来では利用されていない直接出
射光成分を照明装置の出射光として利用できるので、そ
の分、光の利用効率を高め、明るい出射光を得ることが
できる。また、本発明の照明装置を投写型表示装置に組
み込むことにより、明るい投写画像を投写可能な投写型
表示装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した照明装置の概略断面構成図で
ある。

【図２】ホログラム素子の光の入射角に対する回折効率
の関係を示す図である。

【図３】（Ａ）は、図１に示す照明装置における直接出
射光成分の回折状態を示す図、（Ｂ）は、ホログラム素
子から出射される直接出射光成分の各光成分の分布を示
す図である。

【図４】図１に示す照明装置における反射出射光成分の
出射状態を示す図である。

【図５】（Ａ）は図１に示すホログラム素子とは異なる
例のホログラム素子の平面図、（Ｂ）はその断面図であ
る。

【図６】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である。

【図７】図１に示す照明装置を備えた投写型表示装置の
異なる光学系の例を示す概略構成図である。

【図８】図７に示す投写型表示装置の光学系における照
明装置の周辺部分の拡大図である。

【図９】従来の照明装置の概略断面構成図である。

【符号の説明】

１照明装置２光源ランプ３リフレクタ４前面開口５、５Ａホログラム素子５ａ光入射面５ｂ光出射面７発光部１１放物面反射面２０、２０Ａ投写型表示装置２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂ反射型液晶ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ透過型液晶ライトバルブ２６投写レンズ５１透明部分Ｌランプ光軸Ｌ１直接出射光成分Ｌ２反射出射光成分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源ランプと、この光源ランプの発散光
の一部を反射して略平行な出射光として前面開口から出
射するリフレクタとを有する照明装置において、前記リフレクタの前記前面開口の出射側に配置されたホ
ログラム素子を有し、当該ホログラム素子は、前記光源
ランプの発散光のうち、該ホログラム素子の光入射面に
対して所定の範囲で入射する光成分を前記光源ランプの
光軸に略平行な方向に回折することを特徴とする照明装
置。
【請求項２】請求項１において、前記ホログラム素子
は、体積変調型のホログラム素子であることを特徴とす
る照明装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記ホログ
ラム素子は、所定の波長帯の色光成分の光を、主に、前
記光源ランプの光軸に略平行な方向に回折可能であるこ
とを特徴とする照明装置。
【請求項４】請求項３において、前記色光成分は、前
記光源ランプの発散光の色光成分のうち、発光強度が他
の色光成分に比べて低いものであることを特徴とする照
明装置。
【請求項５】請求項３において、前記ホログラム素子
は、第１の波長帯の第１の色光成分を前記光源ランプの
光軸に略平行な方向に回折する第１の偏向部分と、前記
第１の波長帯とは異なる第２の色光成分を前記光源ラン
プの光軸に略平行な方向に回折する第２の偏向部分とを
備え、前記第１および第２の偏向部分は光学特性の異な
る少なくとも２つの偏向部から構成されていることを特
徴とする照明装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかの項におい
て、前記ホログラム素子は、前記光源ランプの光軸を中
心とする中心領域を有し、この中心領域では光をそのま
ま透過させることを特徴とする照明装置。
【請求項７】請求項１に記載の照明装置と、当該照明
装置からの出射光を変調する透過型の光変調素子と、こ
の光変調素子によって変調された変調光を投写面上に拡
大投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写
型表示装置。
【請求項８】請求項１に記載の照明装置と、当該照明
装置からの出射光を変調する反射型の光変調素子と、こ
の光変調素子によって変調された変調光を投写面上に拡
大投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写
型表示装置。