WO2011045857A1 - 照明装置とそれを用いた投射型表示装置 - Google Patents

照明装置とそれを用いた投射型表示装置 Download PDF

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加藤　厚志
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    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3167—Modulator illumination systems for polarizing the light beam

Definitions

  • the present invention relates to an illumination device for a projection display device typified by a liquid crystal projector, and more particularly to an illumination device that illuminates a display element having a reflective polarization conversion element.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a projector using an LED (Light Emitting Diode) as a light source for illuminating a DMD (Digital Micromirror Device) which is a display element.
  • LED Light Emitting Diode
  • DMD Digital Micromirror Device
  • This type of projector can be expected to reduce costs compared to projectors that use white discharge lamps, and can achieve performance with a small size, low power consumption, and wide color reproduction range. it can.
  • Non-patent Document 1 There are also projectors using a single LCoS (Liquid Crystal on Silicon) element as a display element (Non-patent Document 1) and projectors using three liquid crystal panels as display elements (Non-Patent Documents 2 and 3). .
  • LCoS Liquid Crystal on Silicon
  • the display panel is a TN liquid crystal (Twisted Nematic Liquid Crystal) panel
  • TN liquid crystal Transmission Nematic Liquid Crystal
  • one of the orthogonally polarized light components of the non-polarized light from the LED is converted to be the same as the other polarized light components. If the polarization conversion efficiency is low, the light utilization efficiency is lowered. If no polarization conversion is performed, about half of the light is not used as illumination light.
  • Non-Patent Document 1 a light beam from a LED as a light source is converted into a substantially parallel light beam by a light guide member having a compound parabolic shape called a CPC reflector.
  • the display panel is illuminated with the parallel light flux from the light guide member.
  • a quarter-wave plate and a reflective polarizing plate are arranged in the traveling direction of the light beam from the light guide member.
  • the polarizing plate transmits P-polarized light and reflects S-polarized light.
  • S-polarized light reflected by the polarizing plate passes through the quarter-wave plate.
  • the light (circularly polarized light) that has passed through the quarter-wave plate returns to the LED and is reflected by the surface of the LED.
  • the light reflected from the surface of the LED is collimated by the light guide member and then passes through the quarter-wave plate again.
  • the light that has passed through the quarter-wave plate twice is converted to P-polarized light.
  • the illumination device includes a light source, a glass rod on which light from the light source is incident on one end surface, a condensing unit that condenses a light beam emitted from the other end surface of the glass rod, and a plurality of the condensing units. And a PBS polarization conversion array provided at a position where the light source image is formed.
  • the PBS polarization conversion array has first and second prisms arranged alternately in one direction.
  • Each of the first and second prisms is a rectangular parallelepiped prism obtained by bonding two right-angle prisms.
  • a polarization separation film that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light is formed on the bonded surface of two right-angle prisms, and the light is approximately 45 degrees with respect to the polarization separation film. It is configured to enter at an incident angle.
  • a reflection film is formed on the surface where two right-angle prisms are bonded, and S-polarized light reflected by the polarization separation film of the first prism is incident on the reflection film at approximately 45 degrees. It is configured to enter at an angle.
  • the surface of the second prism located in the traveling direction of the light reflected by the reflecting film is the exit surface, and a half-wave plate for converting S-polarized light to P-polarized light is provided on the exit surface. Yes.
  • a light shielding plate is formed on the surface of the second prism that faces the exit surface.
  • the P-polarized light emitted from the first prism and the P-polarized light emitted from the second prism travel in the same direction.
  • the condensing means is configured such that the light source image is formed on the incident surface of the first prism.
  • Non-Patent Document 1 has the following problems.
  • the light of the polarization component reflected by the reflective polarizing plate efficiently returns to the LED surface, but only a part of the returned light is reflected in the direction of the polarizing plate on the LED surface. Thus, since there is light loss on the surface of the LED, high polarization conversion efficiency cannot be achieved.
  • the PBS polarization conversion array since the PBS polarization conversion array is used, it is difficult to reduce the size of the illumination device. For example, with the recent miniaturization of display panels, it may be required that the pitch of each prism of the PBS polarization conversion array be about 1 mm. When the first and second prisms are formed at such a pitch, it is difficult to attach the half-wave plate to the second prism.
  • An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a small illuminating device that can increase light conversion efficiency by increasing polarization conversion efficiency and a projection display device using the same.
  • the lighting device of the present invention includes: A light source that emits light of multiple colors; Each of the light beams of the plurality of colors emitted from the light source is spatially separated into a plurality of light beams, and an illumination optical system that irradiates the display element with the plurality of light beams of the separated colors superimposed on each other; Arranged between the illumination optical system and the display element, transmits light of a first polarization, and reflects light of a second polarization having a polarization state different from that of the first polarization in the direction of the illumination optical system.
  • a reflective polarizing plate Each of the light beams of the plurality of colors is disposed at a position where the illumination optical system spatially separates the light beams of the plurality of colors, transmits the light beams of the separated colors, and transmits the plurality of light beams of the transmitted colors.
  • a reflective element that reflects light of each color reflected by the reflective polarizer in the direction of the reflective polarizer;
  • a retardation plate disposed between the reflective element and the reflective polarizing plate, The reflective element is A first reflecting section that transmits light of a part of the plurality of colors and reflects light of a color other than the part of the colors;
  • a second reflecting portion that reflects the light of the partial color and transmits the light of a color other than the partial color.
  • the projection display device of the present invention is A lighting device; A display element irradiated with light from the illumination device; A projection optical system for projecting image light from the display element,
  • the lighting device includes: A light source that emits light of multiple colors; Each of the light beams of the plurality of colors emitted from the light source is spatially separated into a plurality of light beams, and an illumination optical system that irradiates the display element with the plurality of light beams of the separated colors superimposed on each other; Arranged between the illumination optical system and the display element, transmits light of a first polarization, and reflects light of a second polarization having a polarization state different from that of the first polarization in the direction of the illumination optical system.
  • a reflective polarizing plate Each of the light beams of the plurality of colors is disposed at a position where the illumination optical system spatially separates the light beams of the plurality of colors, transmits the light beams of the separated colors, and transmits the plurality of light beams of the transmitted colors.
  • a reflective element that reflects light of each color reflected by the reflective polarizer in the direction of the reflective polarizer;
  • a retardation plate disposed between the reflective element and the reflective polarizing plate, The reflective element is A first reflecting section that transmits light of a part of the plurality of colors and reflects light of a color other than the part of the colors;
  • a projection type display device comprising: a second reflection unit configured to reflect the light of the partial color and transmit the light of a color other than the partial color.
  • FIG. 3B It is a schematic diagram which shows the structure of the illuminating device which is one Embodiment of this invention. It is a schematic diagram which shows the structure of the light source of the illuminating device shown in FIG. It is a perspective view which shows the light guide rod of the illuminating device shown in FIG. It is a schematic diagram which shows the example which divided the entrance plane of the light guide rod of the illuminating device shown in FIG. It is a schematic diagram which shows the correspondence of each area
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the illumination device of this embodiment illuminates a display element 110 having a reflective polarizing plate 109, and in addition to the reflective polarizing plate 109, a light source 101 and a light guide rod 102. , Illumination lenses 103, 104, 106, 107, a reflective element 105, and a retardation plate 108.
  • the reflective polarizing plate 109 is, for example, a wire grid type polarizing plate, and transmits the first polarized light (for example, P-polarized light) out of the incident light, and the second polarization state is different from that of the first polarized light.
  • the polarized light (for example, S-polarized light) is reflected in the direction opposite to the incident direction (direction of the reflective element 105).
  • the display element 110 is made of, for example, a liquid crystal panel. Commercially available reflective polarizing plates 109 and display elements 110 can be used. For example, a transmissive liquid crystal panel having a diagonal of 1.0 inch can be used as the display element 110.
  • the reflective polarizing plate 109 is desirably disposed in the vicinity of the display surface (panel surface) of the display element 110. Further, the reflective polarizing plate 109 may be formed integrally with the display element 110. For example, when a liquid crystal panel is used as the display element 110, the reflective polarizing plate 109 may be formed integrally with the substrate on the incident side of the liquid crystal panel.
  • the light source 101 is constituted by a solid light source represented by, for example, an LED.
  • the light source 101 includes an LED module including a plurality of LEDs that emit light of different colors.
  • FIG. 2 shows a configuration of an LED module which is an example of the light source 101.
  • a green LED 12, a blue LED 13, and a red LED 14 are formed on a substrate 11.
  • the light emitting part of the green LED 12 has a rectangular shape, and its size is 3 mm ⁇ 8 mm.
  • the green LEDs 12 may be two green LEDs having a light emitting unit size of 3 mm ⁇ 4 mm.
  • the light emitting portions of the blue LED 13 and the red LED 14 are also shaped, but the size is 3 mm ⁇ 4 mm.
  • the light emitting portions of the green LED 12, the blue LED 13, and the red LED 14 are arranged adjacent to each other, and the overall size is 6 mm ⁇ 8 mm.
  • the light source 101 is disposed so that the light emitting portions of the green LED 12, the blue LED 13, and the red LED 14 shown in FIG. 2 face one end face (incident end face) of the light guide rod 102. Light from each light emitting part of the green LED 12, the blue LED 13 and the red LED 14 is supplied to the incident surface of the light guide rod 102.
  • the incident surface of the light guide rod 102 defines a region where light from each light emitting unit is incident.
  • FIG. 3A schematically shows the light guide rod 102.
  • FIG. 3B schematically shows a region where light from the light emitting portions of the green LED 12, the blue LED 13, and the red LED 14 is incident on the incident end face of the light guide rod 102.
  • the light guide rod 102 is a prismatic rod having a cross-sectional size of 8 mm ⁇ 6 mm and a length of 20 mm.
  • the incident surface of the light guide rod 102 is divided into four regions 1 to 4 by first and second straight lines that pass through the center (center of gravity) and are orthogonal to each other. The sizes of these regions 1 to 4 are all 3 mm ⁇ 4 mm.
  • the first and second straight lines correspond to straight lines that just indicate the Y-axis and the X-axis.
  • the green LED 12 is arranged so that the light emitting part faces the regions 1 and 2.
  • the blue LED 13 is arranged so that the light emitting part faces the region 4.
  • the red LED 14 is arranged such that the light emitting portion thereof faces the region 3.
  • FIG. 3C schematically shows a correspondence relationship between the green LED 12, the blue LED 13, the red LED 14, and each region of the incident surface 21 of the light guide rod 102. As shown in FIG. 3C, light from the green LED 12 enters the regions 1 and 2, light from the blue LED 13 enters the region 4, and light from the red LED 14 enters the region 3.
  • the light guide rod 102 can be formed using BK7 which is made of glass and can be obtained at low cost. As a material of the light guide rod 102, optical plastic may be used in addition to optical glass.
  • the light guide rod 102 may be of a hollow type having a hollow center portion, or may be of a solid type having no such hollow portion.
  • the distance between each light emitting part and the areas 1 to 4 is preferably as short as possible.
  • the illumination lenses 103 and 104 In the traveling direction of the light emitted from the other end surface (exit surface) of the light guide rod 102, the illumination lenses 103 and 104, the reflective element 105, the illumination lenses 106 and 107, the phase difference plate 108, the reflective polarizing plate 109, and the display Elements 110 are arranged in this order.
  • optical images corresponding to the light emitting portions of the green LED 12, the blue LED 13, and the red LED 14 are formed.
  • Each optical image is formed on the display surface of the display element 110 by the illumination lenses 103, 104, 106, and 107.
  • the illumination lenses 103, 104, 106, and 107 are all lenses having a spherical shape on one side or both sides, but an aspherical lens may be used.
  • the optical axis (coaxial) A of the illumination lenses 103, 104, 106 and 107 coincides with the central axis B passing through the center (centroid) of the cross section of the light guide rod 102.
  • the centers (centers of gravity) of the reflective element 105, the retardation film 108, the reflective polarizing plate 109, and the display element 110 are located on the optical axis A.
  • the green light beam that has entered the regions 1 and 2 on the incident surface of the light guide rod 102 from the green LED 12 is reflected on the inner surface of the rod and emitted from the light emission surface of the light guide rod 102 toward the illumination lens 103.
  • the blue light beam that has entered the region 4 on the incident surface of the light guide rod 102 from the blue LED 13 is reflected on the inner surface of the rod and emitted from the light emission surface of the light guide rod 102 toward the illumination lens 103.
  • the red luminous flux that has entered the region 3 on the incident surface of the light guide rod 102 from the red LED 14 is reflected by the inner surface of the rod and emitted from the emission surface of the light guide rod 102 toward the illumination lens 103.
  • the green, blue, and red light beams emitted from the exit surface of the light guide rod 102 are spatially separated into a plurality of light beams by the illumination lenses 103 and 104, respectively.
  • the number of separated light beams of the green, blue, and red light beams is determined according to the number of reflections on the inner surface of the light guide rod 102.
  • the illumination lenses 106 and 107 irradiate the display element 110 with a plurality of spatially separated light fluxes.
  • the light guide rod 102 and the illumination lenses 103, 104, 106, and 107 divide each color light beam emitted from the light source 101 into a plurality of light beams, and superimpose the separated light beams of each color on the display element 110. It is an illumination optical system for irradiating the top.
  • the reflective element 105 reflects the light from the reflective polarizing plate 109 in the direction of the reflective polarizing plate 109, and each of the green, blue, and red light beams emitted from the exit surface of the light guide rod 102 is spatially reflected. It is arranged at a position separated into two. For example, the reflective element 105 is disposed between the illumination lens 104 and the illumination lens 106.
  • FIG. 4A shows a perspective view of the reflective element 105
  • FIG. 4B shows a plan view of the reflective element 105.
  • the reflective element 105 for example, thick on the glass substrate 50 of about 1 mm
  • a plurality of strip-shaped reflecting portion 51 1-51 4 52 1-52 4 was formed by aluminum vapor deposition Is.
  • the reflecting portions 51 1 to 51 4 and 52 1 to 52 4 may be dielectric multilayer films.
  • the light beams of green are spatially separated by illumination lenses 103 and 104, incident on the reflecting portion 51 1-51 4.
  • the light beams of red which is spatially separated by illumination lenses 103 and 104, incident on the reflecting portion 52 1-52 4.
  • the light beams of blue which are spatially separated by the illumination lens 103 and 104 is also incident on the reflecting portion 52 1-52 4.
  • Figure 5 shows the spectral transmission characteristic of the reflective portion 51 1-51 4.
  • the vertical axis represents the transmittance, and the horizontal axis represents the wavelength.
  • the reflectors 51 1 to 51 4 have characteristics of transmitting light in the green wavelength band and reflecting light in the red wavelength band and blue wavelength band.
  • Figure 6 shows the spectral transmission characteristic of the reflection portion 52 1-52 4.
  • the vertical axis represents the transmittance, and the horizontal axis represents the wavelength.
  • the reflectors 52 1 to 52 4 have characteristics of transmitting light in the red wavelength band and blue wavelength band and reflecting light in the green wavelength band.
  • the reflecting portions 51 1 to 51 4 and the reflecting portions 52 1 to 52 4 are alternately arranged in the Y-axis direction.
  • the Y-axis direction shown in FIG. 3B and the Y-axis direction shown in FIG. 4B coincide.
  • the center of gravity of the reflective element 105 (corresponding to the intersection of the X-axis and Y-axis of Figure 4B.) Is in the central part of the boundary of the reflective portion 51 3 and the reflecting unit 52 2, the center of gravity is positioned on the optical axis A .
  • a plurality of optical images (virtual images) of the exit surface of the light guide rod 102 are formed.
  • Each optical image formed at the position of the reflective element 105 corresponds to the separated light beams of red, green, and blue, and the width in the vertical direction (Y-axis direction in FIG. 4B) is about 5 mm.
  • Optical image corresponding to the red and blue light beams is formed on the reflective portion 52 1-52 4 reflective element 105.
  • Optical image corresponding to the green light beam is formed on the reflective portion 51 1-51 4 reflective element 105.
  • an image formed on the reflective polarizing plate 111 by the light of the second polarized light (the optical image of each color of red, green, and blue on the exit surface of the light guide rod 102).
  • a plurality of optical images (virtual images) of corresponding images are formed.
  • Each optical image formed at the position of the reflective element 105 corresponds to the separated light beams of red, green, and blue, and the width in the vertical direction (Y-axis direction in FIG. 4B) is about 5 mm.
  • Optical image corresponding to the red and blue light beams are formed on one of the reflecting portion of the reflection portion 51 1-51 4 reflective element 105.
  • Optical image corresponding to the green light beam is formed on one of the reflecting portion of the reflection portion 52 1-52 4 reflective element 105.
  • the widths of the reflecting portions 51 1 to 51 4 and 52 1 to 52 4 are about 5 mm.
  • the reflective part formed in the reflective element 105 is not limited to what was shown to FIG. 4A and FIG. 4B.
  • the number and width of the reflecting portions are determined by the number of separated light beams emitted from the exit surface of the light guide rod 102 and the size of the light beams.
  • the retardation plate 108 is a 1 ⁇ 4 wavelength plate and is disposed between the illumination lens 107 and the reflective polarizing plate 109.
  • the arrangement position of the retardation plate 108 is not limited between the illumination lens 107 and the reflective polarizing plate 109.
  • the retardation plate 108 may be disposed anywhere as long as it is between the reflective element 105 and the reflective polarizing plate 109.
  • the phase difference plate 108 is provided independently of other members, but is not limited thereto.
  • the surface of the illumination lens 107 on the display element 110 side is a flat surface, and the phase difference plate 108 may be bonded to the flat surface. According to this configuration, since the glass substrate can be used in common, the number of parts can be reduced.
  • phase difference plate 108 may be formed integrally with the reflective element 105.
  • the phase difference plate 108 may be attached to the surface of the glass substrate 50 shown in FIG. 4A opposite to the surface where the reflecting portions 51 1 to 51 4 and 52 1 to 52 4 are formed. Also with this configuration, the number of parts can be reduced.
  • the illumination lens group constituting the illumination optical system includes four illumination lenses 103, 104, 106, and 107, but is not limited thereto.
  • the illumination lens group may have any lens configuration as long as an optical image formed on the exit surface of the light guide rod 102 can be formed on the display surface of the display element 110.
  • the optical parameters of the illumination lenses 103, 104, 106, and 107 (the relationship between the radius of curvature, the interval, and the optical axis) satisfy the following two conditions.
  • the first condition is to form an optical image formed on the exit surface of the light guide rod 102 on the display surface of the display element 112.
  • the second condition is that each of the red, green, and blue light beams emitted from the exit surface of the light guide rod 102 is spatially separated into a plurality of light beams, and at the separation position, the light from the reflective polarizing plate 109 is separated. The reflected light is returned to the region between the separated light beams.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a result of ray tracing of a path until a light beam emitted from the green LED 12 reaches the display element 110.
  • the Y axis is a direction perpendicular to the optical axis A and corresponds to the vertical direction of an image formed on the display surface (panel surface) of the display element 110.
  • the Z axis corresponds to the direction along the optical axis A.
  • the non-polarized green light beam emitted from the green LED 12 is incident on the regions 1 and 2 on the incident surface of the light guide rod 102 shown in FIG. 3B.
  • regions 1 and 2 are located above the central axis B of the light guide rod 102.
  • the green light that has entered the light guide rod 102 propagates while repeating reflection on the inner surface of the rod, and reaches the exit surface.
  • the brightness is made uniform in the propagation process in the rod. If there is uneven brightness in the light emission of the green LED 12, a uniform illuminance distribution is formed on the exit surface of the light guide rod 102 due to the uniform brightness by the light guide rod 102.
  • the illumination information (rectangular green light source image) formed on the exit surface of the light guide rod 102 is imaged on the display surface (panel surface) of the display element 110 by the illumination lens group including the illumination lenses 103, 104, 106, and 107. Is done.
  • the non-polarized green light beam emitted from the exit surface of the light guide rod 102 is spatially separated into a plurality of light beams by the illumination lenses 103 and 104.
  • the number of light beams separated by the illumination lenses 103 and 104 is determined by the number of reflections in the propagation process in the light guide rod 102.
  • the non-polarized green light beam emitted from the light guide rod 102 is separated into three light beams.
  • the separated light beam 31 having the smallest ray height (height in the Y-axis direction) indicating the height from the optical axis A among the three separated light beams, the separated light beam 31 is not positioned on the optical axis A. This is because, as shown in FIG. 3B, the region where the non-polarized green light beam from the green LED 12 is incident on the incident surface of the light guide rod 102 is located above the central axis B of the light guide rod 102. This is a result of the separation light beam 31 being expanded while being displaced with respect to the optical axis A.
  • Reflective element 105 the green separation light fluxes separated are arranged so as to transmit one of the reflecting portion of the reflection portion 51 1-51 4 by the illumination lens 103 and 104.
  • the separation light beam 31 is transmitted through the reflecting portion 51 3.
  • Each green separated light beam that has passed through the reflective element 105 is superimposed by the illumination lenses 106 and 107, and then passes through the retardation plate 108 and reaches the reflective polarizing plate 109.
  • the reflective polarizing plate 109 transmits the first linearly polarized light (for example, P-polarized light) out of the light beam (unpolarized light) that has passed through the retardation plate 108, but the second linearly polarized light (for example, S-polarized light) is reflected in the direction of the phase difference plate 108.
  • first linearly polarized light for example, P-polarized light
  • second linearly polarized light for example, S-polarized light
  • the first linearly polarized light transmitted through the reflective polarizing plate 109 is applied to the display surface (panel surface) of the display element 110.
  • the display element 110 is illuminated with the first linearly polarized light of the green light beam superimposed by the illumination lenses 106 and 107. Thereby, the green illumination light with uniform illumination distribution can be provided.
  • the second linearly polarized light (S-polarized light) reflected by the reflective polarizing plate 109 passes through the phase difference plate 108, and then passes through the illumination lenses 106 and 107 and the reflecting portion 52 1 of the reflecting element 105. It is irradiated onto any one of the reflective portion of ⁇ 52 4.
  • the reflective element 105, the green light reflected from the reflective polarizer 109 (S polarized light) is reflected to the reflective polarizing plate 109 by any reflector of the reflection portion 52 1-52 4.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a result of ray tracing of a path from the green separated light beam transmitted through the reflective element 105 to the reflective element 105 after being reflected by the reflective polarizing plate 109.
  • a green light ray that has passed through a certain region (point) on the reflecting portions 51 2 , 51 3 , and 51 4 of the reflecting element 105 shown in FIGS. 4A and 4B is shown as a light ray 41.
  • the Y axis is a direction perpendicular to the optical axis A and corresponds to the vertical direction of an image formed on the display surface (panel surface) of the display element 110.
  • the Z axis corresponds to the direction along the optical axis A.
  • the green light beam 41 that has passed through the reflective element 105 passes through the illumination lenses 106 and 107 and the phase difference plate 108 in this order, and reaches the reflective polarizing plate 109.
  • the green light beam 41 is non-polarized light when it passes through the reflective element 105, and remains unpolarized light after passing through the phase difference plate 108.
  • the first linearly polarized light passes through the reflective polarizing plate 109, and the second linearly polarized light passes through the reflective polarizing plate 109 in the direction of the retardation plate 108. Is reflected.
  • the green second linearly polarized light reflected by the reflective polarizing plate 109 passes through the phase difference plate 108 and reaches the illumination lens 107 as circularly polarized light.
  • Light rays (circularly polarized light) from the phase difference plate 108 are collected on the reflecting portions 52 1 , 52 2 , and 52 3 of the reflecting element 105 shown in FIGS. 4A and 4B by the illumination lenses 106 and 107.
  • This condensed light beam is a light beam 42.
  • the position where the light ray 41 on the reflective portions 51 2 , 51 3 , and 51 4 is transmitted and the reflective portion 52 The positions of the light rays 42 on 1 , 52 2 , and 52 3 irradiate with respect to the optical axis A as a point target.
  • the light beam 42 is reflected in the direction of the reflective polarizing plate 109 by the reflective portions 52 1 , 52 2 , and 52 3 .
  • the light beam (circularly polarized light) reflected by the reflecting portions 52 1 , 52 2 , and 52 3 sequentially passes through the illumination lenses 106 and 107 and the phase difference plate 108 and reaches the reflective polarizing plate 109.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the result of ray tracing of the optical path until the luminous fluxes emitted from the blue LED 13 and the red LED 14 reach the display element 110.
  • the Y axis is a direction perpendicular to the optical axis A and corresponds to the vertical direction of the image formed on the display surface (panel surface) of the display element 110.
  • the Z axis corresponds to the direction along the optical axis A.
  • the red LED 14 is located on the back side, and the blue LED 13 is located on the near side. In the example shown in FIG. 9, the light flux from the blue LED 13 is just overlapped with the light flux from the red LED 14.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a result of tracing the light path until the light beam emitted from the blue LED 13 reaches the display element 110.
  • the X axis is a direction perpendicular to the Y axis in FIG. 9, and corresponds to the horizontal direction of an image formed on the display surface (panel surface) of the display element 110.
  • the Z axis corresponds to the direction along the optical axis A.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the result of ray tracing of the optical path until the light beam emitted from the red LED 14 reaches the display element 110.
  • the X axis is a direction perpendicular to the Y axis in FIG. 9, and corresponds to the horizontal direction of an image formed on the display surface (panel surface) of the display element 110.
  • the Z axis corresponds to the direction along the optical axis A.
  • the non-polarized blue light beam emitted from the blue LED 13 enters the region 4 on the incident surface of the light guide rod 102 shown in FIG. 3B.
  • the region 3 is located below the central axis of the light guide rod 102.
  • the blue light that has entered the light guide rod 102 propagates while repeating reflection on the inner surface of the rod, and reaches the exit surface.
  • the brightness is made uniform in the propagation process in the rod. If there is luminance unevenness in the light emission of the blue LED 13, a uniform illuminance distribution is formed on the exit surface of the light guide rod 102 due to the uniform luminance by the light guide rod 102.
  • Illumination information (rectangular blue light source image) formed on the exit surface of the light guide rod 102 is imaged on the display surface (panel surface) of the display element 110 by the illumination lens group including the illumination lenses 103, 104, 106, and 107. Is done.
  • the non-polarized blue light beam emitted from the exit surface of the light guide rod 102 is spatially separated into a plurality of light beams by the illumination lenses 103 and 104.
  • the number of light beams separated by the illumination lenses 103 and 104 is determined by the number of reflections in the propagation process in the light guide rod 102.
  • the non-polarized blue light beam emitted from the light guide rod 102 is separated into three light beams.
  • Reflective element 105, the blue separation light fluxes separated by the illumination lens 103 and 104 are arranged so as to transmit one of the reflecting portion of the reflection portion 52 1-52 4 respectively. Separating light beams of each blue, to hardly affected optical loss, such as shielding by reflecting portion 51 1-51 4, it passes through the reflective element 105.
  • the blue separated light fluxes that have passed through the reflective element 105 are superimposed by the illumination lenses 106 and 107, and then pass through the retardation plate 108 and reach the reflective polarizing plate 109.
  • the first linearly polarized light (for example, P-polarized light) is transmitted through the reflective polarizing plate 109, and the second linearly polarized light (for example, S-polarized light). Light) is reflected in the direction of the phase difference plate 108 by the reflective polarizing plate 109.
  • the first linearly polarized light transmitted through the reflective polarizing plate 109 is applied to the display surface (panel surface) of the display element 110.
  • the display element 110 is illuminated with the first linearly polarized light out of the blue light beam superimposed by the illumination lenses 106 and 107. Thereby, blue illumination light with uniform illuminance distribution can be provided.
  • the second linearly polarized light (S-polarized light) reflected by the reflective polarizing plate 109 passes through the phase difference plate 108, and then passes through the illumination lenses 106 and 107 and the reflecting portion 51 1 of the reflecting element 105. It is irradiated on to 51 4.
  • the reflective element 105, the blue light reflected from the reflective polarizer 109 (S polarized light) is reflected to the reflective polarizing plate 109 by any of the reflective portion of the reflection portion 51 1-51 4.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the result of ray tracing of the path from the blue separated light beam transmitted through the reflective element 105 to the reflective element 105 after being reflected by the reflective polarizing plate 109.
  • a blue light beam that has passed through a certain region (point) on the reflective portions 52 1 , 52 2 , and 52 3 of the reflective element 105 illustrated in FIGS. 4A and 4B is illustrated as a light beam 43.
  • the Y axis is a direction perpendicular to the optical axis A and corresponds to the vertical direction of an image formed on the display surface (panel surface) of the display element 110.
  • the Z axis corresponds to the direction along the optical axis A.
  • the blue light beam 43 that has passed through the reflective element 105 passes through the illumination lenses 106 and 107 and the phase difference plate 108 in order, and reaches the reflective polarizing plate 109.
  • the blue light beam 43 is non-polarized light when it passes through the reflecting element 105 and remains unpolarized light after passing through the phase difference plate 108.
  • the first linearly polarized light passes through the reflective polarizing plate 109, and the second linearly polarized light passes through the reflective polarizing plate 109 in the direction of the retardation plate 108. Is reflected.
  • the blue second linearly polarized light reflected by the reflective polarizing plate 109 passes through the phase difference plate 108 and reaches the illumination lens 107 as circularly polarized light.
  • Light rays (circularly polarized light) from the phase difference plate 108 are collected on the reflecting portions 51 2 , 51 3 , and 51 4 of the reflecting element 105 shown in FIGS. 4A and 4B by the illumination lenses 106 and 107.
  • This condensed light beam is a light beam 44.
  • the position where the light beam 43 on the reflective portions 52 1 , 52 2 , and 52 3 transmits, and the reflective portion 51 2, 51 3, and the position 51 4 on the beam 44 is irradiated to the optical axis a as a reference, at point symmetrical positional relationship.
  • the light beam 44 is reflected in the direction of the reflective polarizing plate 109 by the reflective portions 51 2 , 51 3 , and 51 4 .
  • the light beams (circularly polarized light) reflected by the reflecting portions 51 2 , 51 3 , and 51 4 pass through the illumination lenses 106 and 107 and the phase difference plate 108 in this order and reach the reflective polarizing plate 109.
  • the reflected light beam (circularly polarized light) from the reflective element 105 is converted into first polarized light (P-polarized light) by the phase difference plate 108.
  • the first polarized light (P-polarized light) from the retardation plate 108 passes through the reflective polarizing plate 109 and reaches the display element 110.
  • the operation for the red light beam emitted from the red LED 14 is the same as the operation for the blue light beam emitted from the blue LED 13 described above.
  • the reflective polarizing plate 109 for each of the green, blue, and red light beams emitted from the green LED 12, the blue LED 13, and the red LED 14 is a reflective element. 105 corresponding reflectors are reached. This is realized by the following first to third conditions.
  • the first condition is that the exit surface of the light guide rod 102 and the display surface (panel surface) of the display element 110 located on both sides (incident side and exit side) of the lens group including the illumination lenses 103, 104, 106 and 107. Is in a conjugate relationship, and the reflective polarizing plate 109 is disposed in the vicinity of the display surface of the display element 110.
  • the second condition is that the emission centers of the green LED 12, the blue LED 13 and the red LED 14 deviate from the central axis of the light guide rod 102 when viewed from a direction perpendicular to the incident surface of the light guide rod 102. is there. More specifically, two orthogonal straight lines through which the light beams of green, blue, and red emitted from the green LED 12, the blue LED 13, and the red LED 14 pass through the center (center of gravity) of the incident surface of the light guide rod 102. It sets so that it may inject into a different area
  • the third condition is that the reflecting element 105 is disposed at a position where the green, blue, and red light beams emitted from the green LED 12, the blue LED 13, and the red LED 14 are spatially separated. More specifically, a first reflective portion that transmits light of some colors of green, blue, and red, and reflects light of the remaining colors, and reflects light of some colors and the rest.
  • a straight line for example, the Y axis in FIG. 3B
  • the second reflecting portion that transmits light of the color is viewed from a direction perpendicular to the incident surface of the light guide rod 102. Alternatingly arranged.
  • the reflecting portions 51 1 to 51 4 and the reflecting portions 52 1 to 52 4 of the reflecting element 105 can be formed by vapor deposition, it is easy to set the pitch of the reflecting portions to about 1 mm. Therefore, it is possible to solve the problem of miniaturization that is difficult to realize with the PBS polarization conversion array, and it is possible to reduce the size of the illumination device.
  • the reflecting portions 51 1 to 51 4 that reflect red and blue light are located in the gap between the red and blue separated light beams spatially separated by the illumination lenses 103 and 104, the red and blue separated light beams. Most of the light passes through the reflective element 105.
  • the reflecting portions 52 1 to 52 4 that reflect green light are located in the gap between the green separated light beams spatially separated by the illumination lenses 103 and 104, most of the green separated light beams are reflective elements. Go through 105. Thereby, it is possible to further improve the light utilization efficiency.
  • the reflective element 105 shown in FIG. 4 although a reflection part is made into the strip
  • the optical images of the respective colors images corresponding to the optical images of the respective colors on the exit surface of the light guide rod 102 formed on the reflective polarizing plate 111 by the second polarized light.
  • a plurality of images (virtual images) are formed, but a reflecting portion that reflects each color may be formed only in a region where these optical images (virtual images) are formed.
  • the light beams of each color from the light guide rod 102 pass and at least part of the reflected light of each color from the reflective polarizing plate 109 can be reflected in the direction of the reflective polarizing plate 109, the light is reflected.
  • the element 105 may be provided at any position in the illumination lens group. However, depending on the position of the reflective element 105, the ratio of the amount of light returned to the reflective polarizing plate 109 to the amount of light from the reflective polarizing plate 109 decreases, and the effect of improving the light utilization efficiency is halved.
  • the light source 101 may be a light source other than an LED.
  • a lamp using arc discharge may be used as the light source 101.
  • a condensing lens for causing light from the lamp to enter the incident surface of the light guide rod 102 is used.
  • the illumination optical system includes four illumination lenses 103, 104, 106, and 107, but is not limited thereto.
  • the illumination lens group can form an optical image formed on the exit surface of the light guide rod 102 on the display surface of the display element 110, and further, a light beam from the exit surface of the light guide rod 102 can be spatially generated. And the reflected light from the reflective polarizing plate 109 can be returned to the region between the separated light beams at the position where the light beams are separated. It may be configured.
  • the illumination optical system may include other optical members in addition to the light guide rod 102 and the illumination lenses 103, 104, 106, and 107.
  • the red LED, the green LED, and the blue LED are formed on the same substrate, but is not limited thereto.
  • the red LED, the green LED, and the blue LED may be formed on separate substrates, and light from each substrate may be guided to the light guide rod 102 using the light guide rod.
  • FIG. 13 schematically shows a characteristic part of an illumination device in which red LEDs, green LEDs, and blue LEDs are formed on separate substrates.
  • light sources include light sources 96G and 97G having a peak wavelength in the green wavelength band, a light source 98R having a peak wavelength in the red wavelength band, and a light source 99B having a peak wavelength in the blue wavelength band.
  • These light sources are solid light sources (for example, LEDs).
  • the light from the light source 96G enters one end face (incident surface) of the light guide rod 91G, and the light from the light source 97G enters one end face (incident surface) of the light guide rod 92G.
  • the light guide rods 91G and 92G include a rectangular parallelepiped rod portion and a right-angle prism portion.
  • One of the two surfaces forming a right angle of the right-angle prism portion is optically coupled to the end surface opposite to the incident surface of the rod portion, and the other surface is one end surface (incident surface) of the light guide rod 902. Surface).
  • optically coupled means that the optical members are coupled so that most of the light emitted from the end surface of one optical member is incident on the end surface of the other optical member.
  • the other end surface (exit surface) of the light guide rod 902 is optically coupled to regions 1 and 2 shown in FIG.
  • the light from the light source 98R is incident on one end face (incident surface) of the light guide rod 93R, and the light from the light source 99B is incident on one end face (incident surface) of the light guide rod 94B.
  • the light guide rods 93R and 94B also include a rectangular parallelepiped rod portion and a right-angle prism portion.
  • one of the two surfaces forming the right angle of the right-angle prism portion is optically coupled to the end surface opposite to the incident surface of the rod portion, and the other surface is the light guide rod 102. Is optically coupled to the region 4 shown in FIG. 3B.
  • one of the two surfaces forming the right angle of the right-angle prism portion is optically coupled to the end surface opposite to the incident surface of the rod portion, and the other surface is the light guide rod 102. Is optically coupled to the region 4 shown in FIG. 3B.
  • the lighting apparatus of the other embodiment having the configuration shown in FIG. 13 also exhibits the same operations and effects as the above-described embodiment.
  • the lighting device of each embodiment described above is an example of the present invention, and the configuration thereof can be changed as appropriate.
  • the light source 101 a plurality of solid light sources (for example, LEDs) having different wavelengths of emitted light can be used.
  • FIG. 14 schematically shows a correspondence relationship between the red LED, the green LED, the blue LED, and the yellow LED and each region of the incident surface 21 of the light guide rod 102. As shown in FIG. 14, light from the green LED is incident on region 1, light from the blue LED is incident on region 2, light from the red LED is incident on region 3, and light from the yellow LED is region 4 is incident.
  • FIG. 15 shows a plan view of the reflective element 105.
  • the reflective element 105 is formed by forming a plurality of strip-shaped reflective portions 151 1 to 151 4 and 152 1 to 152 4 on a glass substrate having a thickness of, for example, about 1 mm by vapor deposition of aluminum.
  • the reflecting portions 151 1 to 151 4 and 152 1 to 152 4 may be dielectric multilayer films.
  • Green and blue light beams emitted from the exit surface of the light guide rod 102 and spatially separated by the illumination lenses 103 and 104 are incident on the reflecting portions 151 1 to 151 4 .
  • the red and yellow light beams emitted from the exit surface of the light guide rod 102 and spatially separated by the illumination lenses 103 and 104 are incident on the reflecting portions 152 1 to 152 4 .
  • the reflectors 151 1 to 151 4 have characteristics of transmitting light in the green and blue wavelength bands and reflecting light in the yellow and red wavelength bands.
  • the reflectors 152 1 to 152 4 transmit light in the yellow and red wavelength bands and reflect light in the green and blue wavelength bands.
  • the non-polarized green light beam emitted from the exit surface of the light guide rod 102 is spatially separated into a plurality of light beams by the illumination lenses 103 and 104.
  • the non-polarized blue light beam emitted from the exit surface of the light guide rod 102 is spatially separated into a plurality of light beams by the illumination lenses 103 and 104.
  • the first linearly polarized light transmitted through the reflective polarizing plate 109 is applied to the display surface (panel surface) of the display element 110.
  • the display element 110 is illuminated with the first linearly polarized light of the green and blue light beams superimposed by the illumination lenses 106 and 107. Thereby, green and blue illumination light with uniform illumination distribution can be provided.
  • the green and blue second linearly polarized light (S-polarized light) reflected by the reflective polarizing plate 109 is irradiated onto the reflecting portions 152 1 to 152 3 of the reflecting element 105 through the path shown in FIG. Is done.
  • green and blue reflected light (S-polarized light) from the reflective polarizing plate 109 is reflected by the reflecting portions 152 1 to 152 3 toward the reflective polarizing plate 109.
  • the green and blue light beams (circularly polarized light) reflected by the reflecting portions 152 1 to 152 3 sequentially pass through the illumination lenses 106 and 107 and the phase difference plate 108 and reach the reflective polarizing plate 109.
  • the reflected light beam (circularly polarized light) from the reflective element 105 is converted into first polarized light (P-polarized light) by the phase difference plate 108.
  • the first polarized light (P-polarized light) from the retardation plate 108 passes through the reflective polarizing plate 109 and reaches the display element 110.
  • the non-polarized red light beam emitted from the exit surface of the light guide rod 102 is spatially separated into a plurality of light beams by the illumination lenses 103 and 104.
  • a non-polarized yellow light beam emitted from the exit surface of the light guide rod 102 is spatially separated into a plurality of light beams by the illumination lenses 103 and 104.
  • the first linearly polarized light transmitted through the reflective polarizing plate 109 is applied to the display surface (panel surface) of the display element 110.
  • the display element 110 is illuminated with the first linearly polarized light of the red and yellow light beams superimposed by the illumination lenses 106 and 107. Thereby, red and yellow illumination light with uniform illuminance distribution can be provided.
  • the red and yellow second linearly polarized light (S-polarized light) reflected by the reflective polarizing plate 109 is irradiated onto the reflecting portions 151 2 to 151 4 of the reflecting element 105 through the path shown in FIG. Is done.
  • red and yellow reflected light (S-polarized light) from the reflective polarizing plate 109 is reflected by the reflecting portions 151 2 to 151 4 toward the reflective polarizing plate 109.
  • the red and yellow light beams (circularly polarized light) reflected by the reflecting portions 151 2 to 151 4 sequentially pass through the illumination lenses 106 and 107 and the phase difference plate 108 and reach the reflective polarizing plate 109.
  • the reflected light beam (circularly polarized light) from the reflective element 105 is converted into first polarized light (P-polarized light) by the phase difference plate 108.
  • the first polarized light (P-polarized light) from the retardation plate 108 passes through the reflective polarizing plate 109 and reaches the display element 110.
  • a blue-green LED may be used instead of the yellow LED.
  • the light from the green LED enters the region 1
  • the light from the blue-green LED enters the region 2
  • the light from the red LED enters the region 3
  • the light from the blue LED Enters the region 4.
  • reflecting portions 151 1 to 151 4 transmit green and blue-green light and reflect red and blue light
  • reflecting portions 152 1 to 152 4 have red and blue light. And reflects green and blue-green light.
  • Yellow LEDs and blue-green LEDs can be easily produced by combining white LEDs and phosphors.
  • another light guide rod is further provided for allowing light from the red LED, green LED, blue LED, and yellow LED (or blue green LED) to enter the corresponding region of the incident surface 21 of the light guide rod 102, respectively.
  • the other light guide rod includes a first light guide rod that causes red light emitted from the red LED to enter the region 3, and a second light that causes green light emitted from the green LED to enter the region 1.
  • a fourth light guide rod that is incident on the first light guide rod.
  • the present invention is not limited to this.
  • the light source may be any light source that emits light of two or more colors.
  • the incident surface 21 of the light guide rod 102 includes two regions partitioned by a straight line passing through the center of gravity, and the first color light is one region (the region of FIG. 3B). 1 and 2), and the second color light enters the other region (regions 3 and 4 in FIG. 3B).
  • transmitted through the first color of light reflecting portion 51 1-51 4 shown in FIG. 4A have the property of reflecting light of a second color, the reflection portion 52 1-52 4 second It has a characteristic of transmitting color light and reflecting light of the first color.
  • a light source that emits light of a plurality of colors and a plurality of light beams of the plurality of colors emitted from the light source are spatially converted into a plurality of light beams.
  • An illumination optical system that irradiates the display element with a plurality of luminous fluxes of each separated color, and is disposed between the illumination optical system and the display element, and transmits the first polarized light,
  • a reflective polarizing plate that reflects second polarized light having a polarization state different from that of the first polarized light in the direction of the illumination optical system, and each of the light beams of the plurality of colors is reflected by the illumination optical system.
  • the reflective element transmits a light of a part of the plurality of colors and reflects a light of a color other than the part of the color, and the light of the part of the color.
  • a second reflection portion that reflects and transmits light of a color other than the part of the colors.
  • the first and second reflecting portions of the reflecting element can be produced by a vapor deposition process. It is easy to set the pitch of the first and second reflecting portions to about 1 mm. Therefore, it is possible to solve the problem of miniaturization that is difficult to realize with the PBS polarization conversion array, and it is possible to reduce the size of the illumination device.
  • FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a projection display device including the illumination device of the present invention.
  • the projection display device shown in FIG. 16 is a single-plate liquid crystal projector, and its main part includes a control unit 100, a display element 110, an illumination device 111, and a projection optical system 112.
  • the lighting device 111 includes any of the configurations of the above-described embodiments.
  • the display element 110 includes a liquid crystal panel such as a transmissive TN liquid crystal panel or an LCoS panel.
  • the liquid crystal panel is irradiated with colored light (red, green, blue) of predetermined polarization (P-polarized light or S-polarized light) output from the illumination device 111.
  • the control unit 100 controls the lighting of the light source 101 of the lighting device 111 and the driving of the liquid crystal panel of the display element 110 based on the video signal (red, green, blue) supplied from the external video supply device, respectively. Display green and blue images in time division.
  • the control unit 100 lights the red LED 14 and displays the red image on the liquid crystal panel during the period of displaying the red image.
  • the green LED 12 is turned on to display the green image on the liquid crystal panel
  • the blue LED 13 is turned on to display the blue image on the liquid crystal panel. Is displayed.
  • the projection optical system 112 projects an image (red, green, blue) displayed on the display element 110 on a screen (not shown).
  • the pupil of the projection optical system 112 is positioned at the focal position of the optical system of the illumination device 111 (the illumination lenses 103, 104, 106, and 107 shown in FIG. 1). That is, the optical system of the illumination device 111 and the projection optical system 112 constitute a telecentric system.
  • the illumination device irradiates the liquid crystal panel with highly efficient illumination light, a bright projection image can be obtained.
  • the lighting device of another embodiment may be used as the lighting device 111.
  • an illuminating device having LEDs of red, green, blue, and yellow colors as shown in FIGS. 14 and 15 may be used.
  • the control unit 100 may simultaneously turn on the green LED and the yellow LED during a period during which a green image is displayed.
  • the control part 100 may light up red LED and yellow LED simultaneously in the period which displays a red image
  • the control unit 100 simultaneously turns on the green LED and the yellow LED during the period for displaying the green image, and turns on the red LED and the yellow LED during the period for displaying the red image. You may make it light simultaneously.
  • a lighting device having LEDs of red, green, blue, and blue-green colors may be used as the lighting device 111.
  • the control unit 100 may simultaneously turn on the green LED and the blue-green LED during the period for displaying the green image.
  • the control unit 100 may simultaneously turn on the blue LED and the blue-green LED during a period during which a blue image is displayed.
  • the control unit 100 simultaneously turns on the green LED and the blue-green LED during the period for displaying the green image, and the blue LED and the blue-green color during the period for displaying the blue image. You may light up LED simultaneously.
  • white light including red, green, and blue light (or white light including red, green, blue, and yellow light, or red, green, blue, and blue-green light).
  • White light including light can be emitted. Therefore, it is possible to achieve full color by configuring each pixel of the liquid crystal panel of the display element 110 with pixels having color filters of red, green, and blue.
  • the control unit 100 turns on all the LEDs of each color of the light source 101, and performs the display / non-display operation in each pixel for each color of red, green, and blue in a time division manner.
  • the lighting device and the projection display device described above are examples of the present invention, and the configuration thereof can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.

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Abstract

　照明装置は、光源（１０１）と、光源（１０１）から射出した複数の色の光束のそれぞれを、複数の光束に空間的に分離し、該分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子（１１０）上に照射する照明光学系（１０２、１０３、１０４、１０６、１０７）と、照明光学系（１０２、１０３、１０４、１０６、１０７）と表示素子（１１０）の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を反射する反射型偏光板（１０９）と、複数の色の光束のそれぞれが複数の光束に空間的に分離される位置に配置され、該分離された各色の複数の光束を透過し、該透過した各色の複数の光束のうち反射型偏光板（１０９）にて反射された各色の光を反射型偏光板（１０９）の方向に反射する反射素子（１０５）と、反射素子（１０５）と反射型偏光板（１０９）の間に配置された位相差板（１０８）と、を有する。

Description

照明装置とそれを用いた投射型表示装置
　本発明は、液晶プロジェクタに代表される投射型表示装置の照明装置に関し、特に、反射型偏光変換素子を備えた表示素子を照明する照明装置に関する。
　特許文献１、２には、表示素子であるＤＭＤ（Digital　Micromirror　Device）を照明するための光源としてＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）を使用したプロジェクタが開示されている。この種のプロジェクタは、白色放電ランプを使ったプロジェクタに比べて、低コスト化を図ることが期待でき、また、小型で低消費電力、かつ、色再現範囲が広いとったパフォーマンスを実現することができる。
　また、表示素子として単一のＬＣｏＳ（Liquid　Crystal　on　Silicon）素子を用いたプロジェクタ（非特許文献１）や、表示素子として３枚の液晶パネルを使用したプロジェクタ（非特許文献２、３）もある。
　ところで、液晶プロジェクタでは、通常、偏光光を液晶パネルに照射する必要がある。一般に、ＬＥＤからの光は非偏光光であるため、液晶パネルを照明するための光源としてＬＥＤを用いる場合は、ＬＥＤからの光を偏光変換して、光利用効率を高めることが望ましい。
　例えば、表示パネルがＴＮ液晶（Twisted　Nematic　Liquid　Crystal）パネルである場合、ＬＥＤからの非偏光光の直交する直線偏光成分のうち、どちらか一方を他の偏光成分と同じになるように変換する。この偏光変換の効率が低いと、光利用効率が低下する。なお、偏光変換がまったく行われない場合は、約半分の光が照明光として利用されないことになる。
　非特許文献１に記載されたプロジェクタでは、CPC　reflectorと呼ばれる、複合放物面形状を有する導光部材によって、光源であるＬＥＤからの光束を略平行光束に変換する。この導光部材からの平行光束で表示パネルを照明する。
　導光部材からの光束の進行方向に、１／４波長板と反射型の偏光板が配置されている。偏光板は、例えばＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。偏光板で反射されたＳ偏光は、１／４波長板を通過する。１／４波長板を通過した光（円偏光）は、ＬＥＤまで戻り、ＬＥＤの表面で反射される。ＬＥＤの表面で反射された光は、導光部材にて平行化された後、１／４波長板を再び通過する。
　偏光板で反射されたＳ偏光のうち、ＬＥＤへ戻る過程と、ＬＥＤの表面で反射されて偏光板へ向かう過程とにおいて、１／４波長板を２回通過したものがＰ偏光に変換される。
　上記の他、特許文献３に記載の照明装置もある。この照明装置は、光源と、該光源からの光が一方の端面に入射するグラスロッドと、グラスロッドの他方の端面から射出された光束を集光する集光手段と、該集光手段により複数の光源像が形成される位置に設けられるＰＢＳ偏光変換アレイとを有する。
　ＰＢＳ偏光変換アレイは、第１および第２のプリズムが一方向に交互に配置されたものである。第１および第２のプリズムのそれぞれは、２つの直角プリズムを貼り合わせた直方体形状のプリズムである。
　第１のプリズムは、２つの直角プリズムの貼り合わせた面に、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光分離膜が形成されており、光がその偏光分離膜に対して略４５度の入射角で入射するように構成されている。
　第２のプリズムは、２つの直角プリズムの貼り合わせた面に反射膜が形成されており、第１のプリズムの偏光分離膜で反射されたＳ偏光の光がその反射膜に略４５度の入射角で入射するように構成されている。第２のプリズムの、反射膜で反射された光の進行方向に位置する面が射出面であり、この射出面に、Ｓ偏光をＰ偏光に変換するための１／２波長板が設けられている。第２のプリズムの、射出面と対向する面には、遮光板が形成されている。
　第１のプリズムから射出したＰ偏光の光と、第２のプリズムから射出したＰ偏光の光とは同じ方向に進行する。集光手段は、光源像が第１のプリズムの入射面に形成されるように構成されている。
特開２００６－１０６６８３号公報 特開２００６－１０６６８２号公報 特開２０００－２０６４６４号公報
　しかし、非特許文献１に記載されたプロジェクタには、以下のような問題がある。
　反射型の偏光板で反射された偏光成分の光は、効率よくＬＥＤの表面まで戻るが、ＬＥＤの表面では、戻った光の一部しか偏光板の方向に反射されない。このように、ＬＥＤの表面における光損失があるため、高い偏光変換効率を達成することはできない。
　特許文献３に記載された照明装置においては、ＰＢＳ偏光変換アレイを用いているために、照明装置の小型化が困難である。例えば、最近の表示パネルの小型化により、ＰＢＳ偏光変換アレイの各プリズムのピッチを１ｍｍ程度にすることが要求される場合がある。そのようなピッチで第１および第２のプリズムを形成した場合、１／２波長板を第２のプリズムに貼り付けることは困難である。
　今後は、表示パネルのさらなる小型化が予想されるため、ＰＢＳ偏光変換アレイを用いた照明装置における小型化の問題はより顕著になる。
　本発明の目的は、上記の問題を解決し、偏光変換効率を高めて光利用効率を高めることができる小型の照明装置およびそれを用いた投射型表示装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の照明装置は、
　複数の色の光を射出する光源と、
　前記光源から射出した前記複数の色の光束のそれぞれを、複数の光束に空間的に分離し、該分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子上に照射する照明光学系と、
　前記照明光学系と前記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を前記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、
　前記複数の色の光束のそれぞれが前記照明光学系によって前記複数の光束に空間的に分離される位置に配置され、該分離された各色の複数の光束を透過し、該透過した各色の複数の光束のうち前記反射型偏光板にて反射された各色の光を前記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、
　前記反射素子と前記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有し、
　前記反射素子は、
　前記複数の色のうちの一部の色の光を透過し、該一部の色以外の色の光を反射する第１の反射部と、
　前記一部の色の光を反射し、前記一部の色以外の色の光を透過する第２の反射部と、を有する。
　本発明の投射型表示装置は、
　照明装置と、
　前記照明装置からの光が照射される表示素子と、
　前記表示素子からの画像光を投射する投射光学系と、を有し、
　前記照明装置は、
　複数の色の光を射出する光源と、
　前記光源から射出した前記複数の色の光束のそれぞれを、複数の光束に空間的に分離し、該分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子上に照射する照明光学系と、
　前記照明光学系と前記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を前記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、
　前記複数の色の光束のそれぞれが前記照明光学系によって前記複数の光束に空間的に分離される位置に配置され、該分離された各色の複数の光束を透過し、該透過した各色の複数の光束のうち前記反射型偏光板にて反射された各色の光を前記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、
　前記反射素子と前記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有し、
　前記反射素子は、
　前記複数の色のうちの一部の色の光を透過し、該一部の色以外の色の光を反射する第１の反射部と、
　前記一部の色の光を反射し、前記一部の色以外の色の光を透過する第２の反射部と、を有する、投射型表示装置。
本発明の一実施形態である照明装置の構成を示す模式図である。 図１に示す照明装置の光源の構成を示す模式図である。 図１に示す照明装置の導光ロッドを示す斜視図である。 図１に示す照明装置の導光ロッドの入射面を区画した例を示す模式図である。 図３Ｂに示す導光ロッドの入射面の各領域と、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤとの対応関係を示す模式図である。 図１に示す照明装置の反射素子を示す斜視図である。 図１に示す照明装置の反射素子を示す平面図である。 図４Ａに示す反射素子に設けられた一方の反射膜の分光透過特性を示す特性図である。 図４Ａに示す反射素子に設けられた他方の反射膜の分光透過特性を示す特性図である。 図１に示す照明装置における緑色ＬＥＤから射出した光束が表示素子に到達するまでの経路を光線追跡した結果を示す模式図である。 図１に示す照明装置における反射素子を透過した緑色の分離光束が反射型偏光板で反射されて反射素子に戻るまでの経路を光線追跡した結果を示す模式図である。 図１に示す照明装置における青色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤから射出した光束が表示素子に到達するまでの光路を光線追跡した結果を示す模式図である。 図１に示す照明装置における青色ＬＥＤから射出した光束が表示素子に到達するまでの光路を光線追跡した結果を示す模式図である。 図１に示す照明装置における赤色ＬＥＤから射出した光束が表示素子に到達するまでの光路を光線追跡した結果を示す模式図である。 図１に示す照明装置における反射素子を透過した青色の分離光束が反射型偏光板で反射されて反射素子に戻るまでの経路を光線追跡した結果を示す模式図である。 本発明の他の実施形態である照明装置の構成を示す模式図である。 本発明の別の他の実施形態である照明装置における赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤと導光ロッドの入射面の各領域との対応関係を示す模式図である。 図１４に示す構成を適用する照明装置における反射素子を示す平面図である。 本発明の照明装置を備える投射型表示装置の構成を示す模式図である。
１０１　光源
１０２　導光ロッド
１０３、１０４、１０６、１０７　照明レンズ
１０５　反射素子
１０８　位相差板
１０９　反射型偏光板
１１０　表示素子
　次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の一実施形態である照明装置の構成を示す模式図である。
　図１に示すように、本実施形態の照明装置は、反射型偏光板１０９を備えた表示素子１１０を照明するものであって、反射型偏光板１０９の他に、光源１０１、導光ロッド１０２、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７、反射素子１０５および位相差板１０８を有する。
　反射型偏光板１０９は、例えばワイヤグリッド型の偏光板であって、入射光のうち、第１の偏光（例えばＰ偏光）の光を透過し、第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光（例えばＳ偏光）の光を、入射方向とは逆の方向（反射素子１０５の方向）に反射するように構成されている。
　表示素子１１０は、例えば液晶パネルよりなる。反射型偏光板１０９および表示素子１１０はいずれも、商用のものを使用可能である。表示素子１１０として、例えば対角が１．０インチの透過型の液晶パネルを用いることができる。
　反射型偏光板１０９は、表示素子１１０の表示面（パネル面）の近傍に配置されることが望ましい。また、反射型偏光板１０９は、表示素子１１０と一体に形成されてもよい。例えば、表示素子１１０として液晶パネルを用いた場合、反射型偏光板１０９は、液晶パネルの入射側の基板と一体に形成されてもよい。
　光源１０１は、例えばＬＥＤに代表される固体光源より構成される。具体的には、光源１０１は、波長が異なる色の光を出射する複数のＬＥＤからなるＬＥＤモジュールより構成される。
　図２に、光源１０１の一例であるＬＥＤモジュールの構成を示す。図２を参照すると、ＬＥＤモジュール１０は、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４が基板１１上に形成されている。緑色ＬＥＤ１２の発光部は長方形形状であって、その大きさは３ｍｍ×８ｍｍである。緑色ＬＥＤ１２は、発光部の大きさが３ｍｍ×４ｍｍである２個の緑色ＬＥＤであってもよい。
　青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の発光部も形状であるが、その大きさは３ｍｍ×４ｍｍである。これら緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光部は隣接して配置されており、その全体としての大きさは６ｍｍ×８ｍｍである。
　光源１０１は、図２に示した緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光部が導光ロッド１０２の一方の側の端面（入射端面）に対向するように配置される。緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光部からの光は、導光ロッド１０２の入射面に供給される。導光ロッド１０２の入射面は、各発光部からの光が入射する領域が規定されている。
　図３Ａに、導光ロッド１０２を模式的に示す。図３Ｂに、導光ロッド１０２の入射端面における、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光部からの光が入射する領域を模式的に示す。
　図３Ａに示すように、導光ロッド１０２は、断面の大きさが８ｍｍ×６ｍｍで、長さが２０ｍｍである角柱ロッドよりなる。図３Ｂに示すように、導光ロッド１０２の入射面は、その中心（重心）を通る、互いに直交する第１および第２の直線によって、４つの領域１～４に区画されている。これら領域１～４の大きさはいずれも、３ｍｍ×４ｍｍである。図３Ｂにおいて、第１および第２の直線は、ちょうどＹ軸およびＸ軸を示す直線に対応する。
　緑色ＬＥＤ１２は、その発光部が領域１、２に対向するように配置される。青色ＬＥＤ１３は、その発光部が領域４に対向するように配置される。赤色ＬＥＤ１４は、その発光部が領域３に対向するように配置される。
　図３Ｃに、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４と導光ロッド１０２の入射面２１の各領域との対応関係を模式的に示す。図３Ｃに示すように、緑色ＬＥＤ１２からの光は領域１、２内に入射し、青色ＬＥＤ１３からの光は領域４内に入射し、赤色ＬＥＤ１４からの光は領域３内に入射する。
　ガラス製で安価に入手できるＢＫ７を使用して導光ロッド１０２を形成することができる。導光ロッド１０２の材質としては、光学ガラスのほか、光学プラスチックを用いても良い。導光ロッド１０２は、中心部分が空洞とされる中空タイプのものであってもよく、また、そのような空洞部を持たない中実タイプのものであってもよい。
　緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光部からの光を領域１～４に確実に入射させるために、各発光部と領域１～４との距離はできるだけ近いほうが好ましい。
　導光ロッド１０２の他方の端面（射出面）から射出された光の進行方向に、照明レンズ１０３、１０４、反射素子１０５、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８、反射型偏光板１０９、表示素子１１０がこの順番で配置されている。
　導光ロッド１０２の射出面には、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光部に対応する光学像が形成される。各光学像は、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７によって表示素子１１０の表示面上に結像される。照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７はいずれも、片面または両面に球面形状を有するレンズであるが、非球面レンズを用いても構わない。
　照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７の光軸（共軸）Ａは、導光ロッド１０２の断面の中心（重心）を通る中心軸Ｂと一致する。反射素子１０５、位相差板１０８、反射型偏光板１０９および表示素子１１０の中心（重心）は、光軸Ａ上に位置する。
　緑色ＬＥＤ１２から導光ロッド１０２の入射面の領域１、２に入射した緑色の光束は、そのロッド内の内面において反射されて導光ロッド１０２の射出面から照明レンズ１０３の方向へ射出される。青色ＬＥＤ１３から導光ロッド１０２の入射面の領域４に入射した青色の光束は、そのロッド内の内面において反射されて導光ロッド１０２の射出面から照明レンズ１０３の方向へ射出される。赤色ＬＥＤ１４から導光ロッド１０２の入射面の領域３に入射した赤色の光束は、そのロッド内の内面において反射されて導光ロッド１０２の射出面から照明レンズ１０３の方向へ射出される。
　導光ロッド１０２の射出面から射出した緑色、青色、赤色の各光束はそれぞれ、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に複数の光束に分離される。緑色、青色、赤色の各光束の分離光束の数は、導光ロッド１０２の内面における反射された回数に応じて決まる。また、照明レンズ１０６、１０７は、空間的に分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子１１０上に照射する。
　すなわち、導光ロッド１０２、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７は、光源１０１から射出した各色の光束のそれぞれを複数の光束に分割し、該分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子１１０上に照射する照明光学系である。
　反射素子１０５は、反射型偏光板１０９からの光を反射型偏光板１０９の方向へ反射するものであって、導光ロッド１０２の射出面から射出した緑色、青色、赤色の各光束が空間的に分離された位置に配置される。例えば、反射素子１０５は、照明レンズ１０４と照明レンズ１０６の間に配置される。
　図４Ａに、反射素子１０５の斜視図を示し、図４Ｂに、反射素子１０５の平面図を示す。図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、反射素子１０５は、例えば厚さが１ｍｍ程度のガラス基板５０上に、複数の帯状の反射部５１1～５１4、５２1～５２4をアルミ蒸着により形成したものである。反射部５１1～５１4、５２1～５２4は、誘電体多層膜であってもよい。
　導光ロッド１０２の射出面から射出し、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された緑色の各光束は、反射部５１1～５１4に入射する。導光ロッド１０２の射出面から射出し、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された赤色の各光束は、反射部５２1～５２4に入射する。これと同様に、導光ロッド１０２の射出面から射出し、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された青色の各光束も、反射部５２1～５２4に入射する。
　図５に、反射部５１1～５１4の分光透過特性を示す。縦軸は透過率を示し、横軸は波長を示す。図５に示すように、反射部５１1～５１4は、緑色の波長帯域の光を透過し、赤色の波長帯域および青色の波長帯域の光を反射する特性を有する。
　図６に、反射部５２1～５２4の分光透過特性を示す。縦軸は透過率を示し、横軸は波長を示す。図６に示すように、反射部５２1～５２4は、赤色の波長帯域および青色の波長帯域の光を透過し、緑色の波長帯域の光を反射する特性を有する。
　図４Ｂに示したように、反射部５１1～５１4と反射部５２1～５２4とは、Ｙ軸方向に交互に配置されている。導光ロッド１０２の入射面に垂直な方向から見た場合、図３Ｂに示したＹ軸方向と図４Ｂに示したＹ軸方向は一致する。反射素子１０５の重心（図４ＢのＸ軸およびＹ軸の交点に対応する。）は反射部５１3と反射部５２2の境界線上の中央部分にあり、この重心が光軸Ａ上に位置する。
　反射素子１０５が配置された位置では、導光ロッド１０２の射出面の光学像（虚像）が複数形成される。反射素子１０５の位置に形成される各光学像は、赤色、緑色、青色の各色の分離光束に対応するものであり、それぞれの垂直方向（図４ＢのＹ軸方向）における幅は約５ｍｍである。赤色および青色の光束に対応する光学像は、反射素子１０５の反射部５２1～５２4上に形成される。緑色の光束に対応する光学像は、反射素子１０５の反射部５１1～５１4上に形成される。
　また、反射素子１０５が配置された位置では、第２の偏光の光によって反射型偏光板１１１上に形成された像（導光ロッド１０２の射出面の赤色、緑色、青色の各色の光学像に対応する像）の光学像（虚像）が複数形成される。反射素子１０５の位置に形成される各光学像は、赤色、緑色、青色の各色の分離光束に対応するものであり、それぞれの垂直方向（図４ＢのＹ軸方向）における幅は約５ｍｍである。赤色および青色の光束に対応する光学像は、反射素子１０５の反射部５１1～５１4のいずれかの反射部上に形成される。緑色の光束に対応する光学像は、反射素子１０５の反射部５２1～５２4のいずれかの反射部上に形成される。
　上記の光学像（虚像）に対応して、反射部５１1～５１4、５２1～５２4の幅は約５ｍｍとされている。なお、反射素子１０５に形成される反射部は、図４Ａおよび図４Ｂに示したものに限定されない。反射部の数および幅は、導光ロッド１０２の射出面から射出された光束が分離される数や、その光束の大きさにより決定される。
　位相差板１０８は、１／４波長板であって、照明レンズ１０７と反射型偏光板１０９の間に配置されている。位相差板１０８の配置位置は、照明レンズ１０７と反射型偏光板１０９の間に限定されるものではない。位相差板１０８は、反射素子１０５と反射型偏光板１０９との間であれば、どこに配置されてもよい。
　図１に示した構成では、位相差板１０８は、他の部材とは独立して設けられているが、これに限定されない。照明レンズ１０７の表示素子１１０側の面は平面とされており、その平面に、位相差板１０８を貼り合わせてもよい。この構成によれば、ガラス基板を共通利用することができるので、部品点数を削減することができる。
　また、位相差板１０８は、反射素子１０５と一体で形成しても良い。例えば、図４Ａに示したガラス基板５０の、反射部５１1～５１4、５２1～５２4が形成された面とは反対の面に、位相差板１０８を貼り付けてもよい。この構成によっても、部品点数を削減することが可能である。
　図１に示した照明装置において、照明光学系を構成する照明レンズ群は４枚の照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなるが、これに限定されない。照明レンズ群は、導光ロッド１０２の射出面に形成される光学像を表示素子１１０の表示面上に結像できるのであれば、どのようなレンズ構成としてもよい。
　より望ましくは、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７の光学パラメータ（曲率半径や間隔、光軸の関係）は、次の２つの条件を満たす。
　第１の条件は、導光ロッド１０２の射出面に形成される光学像を表示素子１１２の表示面上に結像することである。
　第２の条件は、導光ロッド１０２の射出面から射出した赤色、緑色および青色の光束のそれぞれについて、空間的に複数の光束に分離するとともに、その分離位置において、反射型偏光板１０９からの反射光を、分離された各光束の間の領域に戻すことである。
　次に、本実施形態の照明装置の動作について詳細に説明する。
（１）光源１０１の緑色ＬＥＤ１２から射出される緑色の光束についての動作：
　図７は、緑色ＬＥＤ１２から射出した光束が表示素子１１０に到達するまでの経路を光線追跡した結果を示す模式図である。図７において、Ｙ軸は、光軸Ａに垂直な方向であって、表示素子１１０の表示面（パネル面）上に形成される画像の垂直方向に対応する。Ｚ軸は、光軸Ａに沿った方向に対応する。
　図７を参照すると、緑色ＬＥＤ１２から射出した非偏光の緑色の光束は、図３Ｂに示した導光ロッド１０２の入射面の領域１、２に入射する。図７において、領域１、２は、導光ロッド１０２の中心軸Ｂより上側に位置する。
　導光ロッド１０２内に入射した緑色の光は、ロッド内面で反射をくりかえしつつ伝搬し、射出面に到達する。このロッド内の伝搬過程で輝度の均一化が行われる。仮に、緑色ＬＥＤ１２の発光に輝度ムラがあった場合、導光ロッド１０２による輝度の均一化により、導光ロッド１０２の射出面においては、均一な照度分布が形成される。
　導光ロッド１０２の射出面に形成された照明情報（矩形の緑色光源像）は、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなる照明レンズ群により表示素子１１０の表示面（パネル面）に結像される。
　導光ロッド１０２の射出面から射出された非偏光の緑色の光束は、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に複数の光束に分離される。照明レンズ１０３、１０４により分離される光束の数は、導光ロッド１０２内の伝搬過程における反射の回数により決まる。
　図７では、導光ロッド１０２から射出した非偏光の緑色の光束は、３つの光束に分離される。３つの分離光束のうち、光軸Ａからの高さを示す光線高（Ｙ軸方向の高さ）が最も小さな分離光束３１に着目すると、この分離光束３１は光軸Ａ上に位置しない。これは、図３Ｂに示したように、導光ロッド１０２の入射面における、緑色ＬＥＤ１２からの非偏光の緑色の光束が入射する領域が、導光ロッド１０２の中心軸Ｂより上側に位置するために、分離光束３１が光軸Ａに対して変位しながら拡大されることにより生じた結果である。
　反射素子１０５は、照明レンズ１０３、１０４により分離された各緑色の分離光束が反射部５１1～５１4のいずれかの反射部を透過するように配置されている。例えば、分離光束３１は反射部５１3を透過する。各緑色の分離光束は、反射部５２1～５２4による遮蔽などの光損失の影響をほとんど受けずに、反射素子１０５を通過する。
　反射素子１０５を通過した各緑色の分離光束は、照明レンズ１０６、１０７によって重畳され、その後、位相差板１０８を通過して反射型偏光板１０９に到達する。
　反射型偏光板１０９では、位相差板１０８を通過した光束（非偏光光）のうち、第１の直線偏光光（例えば、Ｐ偏光光）は透過するが、第２の直線偏光光（例えば、Ｓ偏光光）は位相差板１０８の方向に反射される。
　反射型偏光板１０９を透過した第１の直線偏光光は、表示素子１１０の表示面（パネル面）に照射される。照明レンズ１０６、１０７によって重畳された緑色の光束のうちの第１の直線偏光光で、表示素子１１０を照明する。これにより、照度分布が均一な緑色の照明光を提供することができる。
　一方、反射型偏光板１０９で反射された第２の直線偏光光（Ｓ偏光光）は、位相差板１０８を通過し、その後、照明レンズ１０６、１０７を介して反射素子１０５の反射部５２1～５２4のいずれかの反射部上に照射される。反射素子１０５では、反射型偏光板１０９からの緑色の反射光（Ｓ偏光光）が反射部５２1～５２4のいずれか反射部によって反射型偏光板１０９の方向へ反射される。
　図８に、反射素子１０５を透過した緑色の分離光束が反射型偏光板１０９で反射されて反射素子１０５に戻るまでの経路を光線追跡した結果を示す模式図である。図８には、図４Ａおよび図４Ｂに示した反射素子１０５の反射部５１2、５１3、５１4上のある領域（点）を透過した緑色の光線が光線４１として示されている。図８において、Ｙ軸は、光軸Ａに垂直な方向であって、表示素子１１０の表示面（パネル面）上に形成される画像の垂直方向に対応する。Ｚ軸は、光軸Ａに沿った方向に対応する。
　反射素子１０５を通過した緑色の光線４１は、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８を順に通過して反射型偏光板１０９に到達する。緑色の光線４１は、反射素子１０５を通過した時点では非偏光光であり、位相差板１０８を通過した後も、非偏光光のままである。
　位相差板１０８を通過した緑色の光線４１のうち、第１の直線偏光光は反射型偏光板１０９を透過し、第２の直線偏光光は、反射型偏光板１０９で位相差板１０８の方向に反射される。
　反射型偏光板１０９で反射された緑色の第２の直線偏光光は、位相差板１０８を通過し、円偏光光として照明レンズ１０７に到達する。位相差板１０８からの光線（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７によって、図４Ａおよび図４Ｂに示した反射素子１０５の反射部５２1、５２2、５２3上に集光される。この集光された光線が、光線４２である。
　反射素子１０５の入射面（または射出面）に垂直な方向（光軸Ａの方向）から見た場合、反射部５１2、５１3、５１4上の光線４１が透過する位置と、反射部５２1、５２2、５２3上の光線４２が照射される位置とは、光軸Ａを基準にして、点対象な位置関係にある。
　反射素子１０５では、光線４２は反射部５２1、５２2、５２3によって反射型偏光板１０９の方向に反射される。反射部５２1、５２2、５２3で反射された光束（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８を順に通過して反射型偏光板１０９に到達する。
　反射素子１０５からの反射光束（円偏光）は、位相差板１０８にて第１の偏光光（Ｐ偏光光）に変換される。位相差板１０８からの第１の偏光光（Ｐ偏光光）は、反射型偏光板１０９を透過して表示素子１１０に到達する。
（２）光源１０１の青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４から射出される青色および赤色の光束についての動作：
　図９は、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４から射出した光束が表示素子１１０に到達するまでの光路を光線追跡した結果を示す模式図である。図９において、Ｙ軸は、光軸Ａに垂直な方向であって、表示素子１１０の表示面（パネル面）上に形成される画像の垂直方向に対応する。Ｚ軸は、光軸Ａに沿った方向に対応する。図面に向かって、赤色ＬＥＤ１４は奥側に位置し、青色ＬＥＤ１３は手前側に位置している。図９に示す例では、青色ＬＥＤ１３からの光束が、赤色ＬＥＤ１４からの光束と丁度、重なった状態になっている。
　図１０は、青色ＬＥＤ１３から射出した光束が表示素子１１０に到達するまでの光路を光線追跡した結果を示す模式図である。図１０において、Ｘ軸は、図９のＹ軸に垂直な方向であって、表示素子１１０の表示面（パネル面）上に形成される画像の水平方向に対応する。Ｚ軸は、光軸Ａに沿った方向に対応する。
　図１１は、赤色ＬＥＤ１４から射出した光束が表示素子１１０に到達するまでの光路を光線追跡した結果を示す模式図である。図１１において、Ｘ軸は、図９のＹ軸に垂直な方向であって、表示素子１１０の表示面（パネル面）上に形成される画像の水平方向に対応する。Ｚ軸は、光軸Ａに沿った方向に対応する。
　図９および図１０を参照すると、青色ＬＥＤ１３から射出した非偏光の青色の光束は、図３Ｂに示した導光ロッド１０２の入射面の領域４に入射する。図９において、領域３は、導光ロッド１０２の中心軸より下側に位置する。
　導光ロッド１０２内に入射した青色の光は、ロッド内面で反射をくりかえしつつ伝搬し、射出面に到達する。このロッド内の伝搬過程で輝度の均一化が行われる。仮に、青色ＬＥＤ１３の発光に輝度ムラがあった場合、導光ロッド１０２による輝度の均一化により、導光ロッド１０２の射出面においては、均一な照度分布が形成される。
　導光ロッド１０２の射出面に形成された照明情報（矩形の青色光源像）は、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなる照明レンズ群により表示素子１１０の表示面（パネル面）に結像される。
　導光ロッド１０２の射出面から射出した非偏光の青色の光束は、照明レンズ１０３、１０４により空間的に複数の光束に分離される。照明レンズ１０３、１０４により分離される光束の数は、導光ロッド１０２内の伝搬過程における反射の回数により決まる。
　図９および図１０では、導光ロッド１０２から射出した非偏光の青色の光束は、３つの光束に分離される。反射素子１０５は、照明レンズ１０３、１０４により分離された各青色の分離光束がそれぞれ反射部５２1～５２4のいずれかの反射部を透過するように配置されている。各青色の分離光束は、反射部５１1～５１4による遮蔽などの光損失の影響をほとんど受けずに、反射素子１０５を通過する。
　反射素子１０５を通過した各青色の分離光束は、照明レンズ１０６、１０７によって重畳され、その後、位相差板１０８を通過して反射型偏光板１０９に到達する。
　位相差板１０８を通過した光束（非偏光光）のうち、第１の直線偏光光（例えば、Ｐ偏光光）が反射型偏光板１０９を透過し、第２の直線偏光光（例えば、Ｓ偏光光）は反射型偏光板１０９によって位相差板１０８の方向に反射される。
　反射型偏光板１０９を透過した第１の直線偏光光は、表示素子１１０の表示面（パネル面）に照射される。照明レンズ１０６、１０７によって重畳された青色の光束のうちの第１の直線偏光光で、表示素子１１０を照明する。これにより、照度分布が均一な青色の照明光を提供することができる。
　一方、反射型偏光板１０９で反射された第２の直線偏光光（Ｓ偏光光）は、位相差板１０８を通過し、その後、照明レンズ１０６、１０７を介して反射素子１０５の反射部５１1～５１4上に照射される。反射素子１０５では、反射型偏光板１０９からの青色の反射光（Ｓ偏光光）が反射部５１1～５１4のいずれかの反射部によって反射型偏光板１０９の方向へ反射される。
　図１２に、反射素子１０５を透過した青色の分離光束が反射型偏光板１０９で反射されて反射素子１０５に戻るまでの経路を光線追跡した結果を示す模式図である。図１２には、図４Ａおよび図４Ｂに示した反射素子１０５の反射部５２1、５２2、５２3上のある領域（点）を透過した青色の光線が光線４３として示されている。図１２において、Ｙ軸は、光軸Ａに垂直な方向であって、表示素子１１０の表示面（パネル面）上に形成される画像の垂直方向に対応する。Ｚ軸は、光軸Ａに沿った方向に対応する。
　反射素子１０５を通過した青色の光線４３は、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８を順に通過して反射型偏光板１０９に到達する。青色の光線４３は、反射素子１０５を通過した時点では非偏光光であり、位相差板１０８を通過した後も、非偏光光のままである。
　位相差板１０８を通過した青色の光線４３のうち、第１の直線偏光光は反射型偏光板１０９を透過し、第２の直線偏光光は、反射型偏光板１０９で位相差板１０８の方向に反射される。
　反射型偏光板１０９で反射された青色の第２の直線偏光光は、位相差板１０８を通過し、円偏光光として照明レンズ１０７に到達する。位相差板１０８からの光線（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７によって、図４Ａおよび図４Ｂに示した反射素子１０５の反射部５１2、５１3、５１4上に集光される。この集光された光線が、光線４４である。
　反射素子１０５の入射面（または射出面）に垂直な方向（光軸Ａの方向）から見た場合、反射部５２1、５２2、５２3上の光線４３が透過する位置と、反射部５１2、５１3、５１4上の光線４４が照射される位置とは、光軸Ａを基準にして、点対象な位置関係にある。
　反射素子１０５では、光線４４は反射部５１2、５１3、５１4によって反射型偏光板１０９の方向に反射される。反射部５１2、５１3、５１4で反射された光束（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８を順に通過して反射型偏光板１０９に到達する。
　反射素子１０５からの反射光束（円偏光）は、位相差板１０８にて第１の偏光光（Ｐ偏光光）に変換される。位相差板１０８からの第１の偏光光（Ｐ偏光光）は、反射型偏光板１０９を透過して表示素子１１０に到達する。
　図９および図１１に示すように、赤色ＬＥＤ１４から射出した赤色の光束についての動作も、上述した青色ＬＥＤ１３から射出した青色の光束についての動作と同じである。
　本実施形態の照明装置によれば、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４から射出した緑色、青色および赤色の光束のそれぞれについて、反射型偏光板１０９で反射された各色の光のほとんどが、反射素子１０５の対応する反射部に到達する。これは、以下の第１乃至第３の条件により実現される。
　第１の条件は、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなるレンズ群の両側（入射側および射出側）に位置する導光ロッド１０２の射出面と表示素子１１０の表示面（パネル面）とが共役関係にあり、反射型偏光板１０９が表示素子１１０の表示面の近傍に配置されていることである。
　第２の条件は、導光ロッド１０２の入射面に垂直な方向から見た場合に、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４の各発光中心が導光ロッド１０２の中心軸上から外れている点である。より具体的には、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４のそれぞれから射出した緑色、青色および赤色の光束が、導光ロッド１０２の入射面の、その中心（重心）を通る、直交する２つの直線により区画された複数の領域のうちの異なる領域に入射するように設定する。
　第３の条件は、反射素子１０５を、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４から射出した緑色、青色および赤色の光束のそれぞれが空間的に分離される位置に配置することである。より具体的には、緑色、青色および赤色のいちの一部の色の光を透過し、残りの色の光を反射する第１の反射部と、一部の色の光を反射し、残りの色の光を透過する第２の反射部とが、導光ロッド１０２の入射面に垂直な方向から見た場合に、その入射面を区画する直線（例えば、図３ＢのＹ軸）の方向に交互に配置する。
　このような条件により、反射型偏光板１０９にて反射された各色の光のほとんどを、反射素子１０５の対応する反射部によって反射型偏光板１０９の方向に反射して再利用することができ、光利用効率を向上することができる。
　また、反射素子１０５の反射部５１1～５１4、反射部５２1～５２4は、蒸着処理により形成することができることから、反射部のピッチを１ｍｍ程度とすることは容易である。したがって、ＰＢＳ偏光変換アレイでは実現することが困難であった小型化の問題を解決することができ、照明装置の小型化を図ることができる。
　さらに、赤色および青色の光を反射する反射部５１1～５１4は、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された赤色および青色の分離光束の隙間に位置するので、赤色および青色の分離光束のほとんどが反射素子１０５を通過する。同様に、緑色の光を反射する反射部５２1～５２4は、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された緑色の分離光束の隙間に位置するので、緑色の分離光束のほとんどが反射素子１０５を通過する。これにより、光利用効率をさらに高めることが可能である。
　なお、図４に示した反射素子１０５では、反射部は帯状のものとされているが、これに限定されない。反射素子１０５が配置された位置では、第２の偏光の光によって反射型偏光板１１１上に形成された各色の像（導光ロッド１０２の射出面の各色の光学像に対応する像）の光学像（虚像）が複数形成されるが、これら光学像（虚像）が形成される領域にのみ、それぞれの色を反射する反射部を形成してもよい。
　また、導光ロッド１０２からの各色の光束が通過し、反射型偏光板１０９からの各色の反射光の少なくとも一部を、反射型偏光板１０９の方向へ反射させることができるのであれば、反射素子１０５は、照明レンズ群のどの位置に設けられてもよい。ただし、反射素子１０５の位置によっては、反射型偏光板１０９からの光の量に対する反射型偏光板１０９へ戻す光の量の割合が減少し、光利用効率向上の効果が半減する。
　光源１０１は、ＬＥＤ以外の光源であってもよい。例えば、アーク放電を利用したランプを光源１０１として用いてもよい。この場合は、ランプからの光を導光ロッド１０２の入射面に入射させるための集光レンズを用いる。
　照明光学系は、４枚の照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７を含むが、これに限定されない。照明光学系において、照明レンズ群は、導光ロッド１０２の射出面に形成される光学像を表示素子１１０の表示面上に結像でき、さらに、導光ロッド１０２の射出面からの光束を空間的に分離することができ、かつ、その光束が分離された位置において、反射型偏光板１０９からの反射光を、分離された各光束の間の領域に戻すことができるのであれば、どのような構成にしてもよい。なお、照明光学系は、導光ロッド１０２、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７の他に、他の光学部材を含んでいてもよい。
　光源１０１として、図２に示した構成（赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤが同一基板上に形成されたもの）を用いているが、これに限定されない。赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを別々の基板に形成し、それぞれの基板からの光を導光ロッドを用いて導光ロッド１０２に導くように構成してもよい。
　本発明の他の実施形態として、図１３に、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを別々の基板に形成した照明装置の特徴部を模式的に示す。
　図１３を参照すると、光源として、緑色の波長帯域にピーク波長を有する光源９６Ｇ、９７Ｇ、赤色の波長帯域にピーク波長を有する光源９８Ｒ、および青色の波長帯域にピーク波長を有する光源９９Ｂを有する。これら光源は、固体光源（例えばＬＥＤ）よりなる。
　光源９６Ｇからの光は、導光ロッド９１Ｇの一方の端面（入射面）に入射し、光源９７Ｇからの光は、導光ロッド９２Ｇの一方の端面（入射面）に入射する。導光ロッド９１Ｇ、９２Ｇは、直方体形状のロッド部および直角プリズム部からなる。直角プリズム部の直角を成す２つの面のうちの一方の面は、ロッド部の入射面とは反対の端面に光学的に結合され、他方の面は、導光ロッド９０２の一方の端面（入射面）に光学的に結合されている。ここで、光学的に結合とは、一方の光学部材の端面から射出した光のほとんどが他方の光学部材の端面に入射するように、それら光学部材を結合することを意味する。
　導光ロッド９０２の他方の端面（射出面）は、導光ロッド１０２の入射面の、図３Ｂに示した領域１、２に光学的に結合されている。
　光源９８Ｒからの光は、導光ロッド９３Ｒの一方の端面（入射面）に入射し、光源９９Ｂからの光は、導光ロッド９４Ｂの一方の端面（入射面）に入射する。導光ロッド９３Ｒ、９４Ｂも、直方体形状のロッド部および直角プリズム部からなる。
　導光ロッド９３Ｒにおいて、直角プリズム部の直角を成す２つの面のうちの一方の面は、ロッド部の入射面とは反対の端面に光学的に結合され、他方の面は、導光ロッド１０２の入射面の、図３Ｂに示した領域４に光学的に結合されている。
　導光ロッド９４Ｂにおいて、直角プリズム部の直角を成す２つの面のうちの一方の面は、ロッド部の入射面とは反対の端面に光学的に結合され、他方の面は、導光ロッド１０２の入射面の、図３Ｂに示した領域４に光学的に結合されている。
　図１３に示した構成を備える本他の実施形態の照明装置においても、前述した実施形態と同様の作用および効果を奏する。
　以上説明した各実施形態の照明装置は本発明の一例であり、その構成は適宜に変更することができる。例えば、光源１０１として赤色、緑色および青色の３つのＬＥＤを用いているが、これに限定されない。光源１０１として、射出される光の波長が異なる複数の固体光源（例えばＬＥＤ）を用いることができる。
　以下に、赤色、緑色、青色、黄色の４つのＬＥＤを用いた場合を説明する。
　図１４に、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤと導光ロッド１０２の入射面２１の各領域との対応関係を模式的に示す。図１４に示すように、緑色ＬＥＤからの光は領域１に入射し、青色ＬＥＤからの光は領域２に入射し、赤色ＬＥＤからの光は領域３に入射し、黄色ＬＥＤからの光は領域４に入射する。
　図１５に、反射素子１０５の平面図を示す。図１５を参照すると、反射素子１０５は、例えば厚さが１ｍｍ程度のガラス基板上に、複数の帯状の反射部１５１1～１５１4、１５２1～１５２4をアルミ蒸着により形成したものである。反射部１５１1～１５１4、１５２1～１５２4は、誘電体多層膜であってもよい。
　導光ロッド１０２の射出面から射出し、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された緑色および青色の各光束は、反射部１５１1～１５１4に入射する。導光ロッド１０２の射出面から射出し、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された赤色および黄色の各光束は、反射部１５２1～１５２4に入射する。
　反射部１５１1～１５１4は、緑色および青色の波長帯域の光を透過し、黄色および赤色の波長帯域の光を反射する特性を有する。反射部１５２1～１５２4は、黄色および赤色の波長帯域の光を透過し、緑色および青色の波長帯域の光を反射する特性を有する。
　図１４および図１５に示した構成を図１に示した照明装置に適用した場合、以下のような動作が行われる。
　導光ロッド１０２の射出面から射出された非偏光の緑色の光束は、照明レンズ１０３、１０４により空間的に複数の光束に分離される。同様に、導光ロッド１０２の射出面から射出された非偏光の青色の光束は、照明レンズ１０３、１０４により空間的に複数の光束に分離される。これら緑色および青色の各分離光束は、表示素子１０５の反射部１５１2～１５１4を通過し、図７に示した経路で反射型偏光板１０９に到達する。
　反射型偏光板１０９を透過した第１の直線偏光光は、表示素子１１０の表示面（パネル面）に照射される。照明レンズ１０６、１０７によって重畳された緑色および青色の光束のうちの第１の直線偏光光で、表示素子１１０を照明する。これにより、照度分布が均一な緑色および青色の照明光を提供することができる。
　一方、反射型偏光板１０９で反射された緑色および青色の第２の直線偏光光（Ｓ偏光光）は、図８に示した経路で、反射素子１０５の反射部１５２1～１５２3上に照射される。反射素子１０５では、反射型偏光板１０９からの緑色および青色の反射光（Ｓ偏光光）が反射部１５２1～１５２3によって反射型偏光板１０９の方向へ反射される。
　反射部１５２1～１５２3で反射された緑色および青色の光束（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８を順に通過して反射型偏光板１０９に到達する。
　反射素子１０５からの反射光束（円偏光）は、位相差板１０８にて第１の偏光光（Ｐ偏光光）に変換される。位相差板１０８からの第１の偏光光（Ｐ偏光光）は、反射型偏光板１０９を透過して表示素子１１０に到達する。
　また、導光ロッド１０２の射出面から射出された非偏光の赤色の光束は、照明レンズ１０３、１０４により空間的に複数の光束に分離される。同様に、導光ロッド１０２の射出面から射出された非偏光の黄色の光束は、照明レンズ１０３、１０４により空間的に複数の光束に分離される。これら赤色および黄色の各分離光束は、表示素子１０５の反射部１５２1～１５２3を通過し、図９に示した経路で反射型偏光板１０９に到達する。
　反射型偏光板１０９を透過した第１の直線偏光光は、表示素子１１０の表示面（パネル面）に照射される。照明レンズ１０６、１０７によって重畳された赤色および黄色の光束のうちの第１の直線偏光光で、表示素子１１０を照明する。これにより、照度分布が均一な赤色および黄色の照明光を提供することができる。
　一方、反射型偏光板１０９で反射された赤色および黄色の第２の直線偏光光（Ｓ偏光光）は、図１２に示した経路で、反射素子１０５の反射部１５１2～１５１4上に照射される。反射素子１０５では、反射型偏光板１０９からの赤色および黄色の反射光（Ｓ偏光光）が反射部１５１2～１５１4によって反射型偏光板１０９の方向へ反射される。
　反射部１５１2～１５１4で反射された赤色および黄色の光束（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８を順に通過して反射型偏光板１０９に到達する。
　反射素子１０５からの反射光束（円偏光）は、位相差板１０８にて第１の偏光光（Ｐ偏光光）に変換される。位相差板１０８からの第１の偏光光（Ｐ偏光光）は、反射型偏光板１０９を透過して表示素子１１０に到達する。
　以上の動作によれば、前述の各実施形態と同様の作用および効果を奏するとともに、赤色、緑色および青色の光に黄色の光を加えることで、前述の各実施形態のものよりも、色再現性に優れた照明光を得ることができる。
　また、図１４および図１５に示した構成において、黄色ＬＥＤの代わりに、青緑色ＬＥＤを用いてもよい。この場合は、図１４において、緑色ＬＥＤからの光は領域１に入射し、青緑色ＬＥＤからの光は領域２に入射し、赤色ＬＥＤからの光は領域３に入射し、青色ＬＥＤからの光は領域４に入射する。また、図１５において、反射部１５１1～１５１4は緑色および青緑色の光を透過し、赤色および青色の光を反射する特性を有し、反射部１５２1～１５２4は赤色および青色の光を透過し、緑色および青緑色の光を反射する特性を有する。
　黄色ＬＥＤや青緑色ＬＥＤは、白色ＬＥＤと蛍光体との組み合わせで容易に作製することができる。
　また、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤ（または青緑色ＬＥＤ）からの光をそれぞれ導光ロッド１０２の入射面２１の対応する領域に入射するための別の導光ロッドをさらに設けてもよい。具体的には、別の導光ロッドは、赤色ＬＥＤから射出した赤色の光を領域３に入射させる第１の導光ロッドと、緑色ＬＥＤから射出した緑色の光を領域１に入射させる第２の導光ロッドと、青色ＬＥＤから射出した青色の光を領域２に入射させる第３の導光ロッドと、黄色ＬＥＤ（または青緑色ＬＥＤ）から射出した黄色（または青緑色）の光を領域４に入射させる第４の導光ロッドと、を有する。
　上述した各実施形態の照明装置では、赤色、緑色、青色の３色の光源または赤色、緑色、青色、黄色（または青緑色）の４色の光源を用いているが、これに限定されない。光源は、２色以上の光を射出するものであればよい。ただし、２色の光源の場合は、導光ロッド１０２の入射面２１は、その重心を通る直線により区画された２つの領域を備え、第１の色の光が一方の領域（図３Ｂの領域１、２）内に入射し、第２の色の光が他方の領域（図３Ｂの領域３、４）内に入射する。また、図４Ａに示した反射部５１1～５１4は第１の色の光を透過し、第２の色の光を反射する特性を有し、反射部５２1～５２4は第２の色の光を透過し、第１の色の光を反射する特性を有する。
　以上説明したように、本発明の照明装置の一態様によれば、複数の色の光を射出する光源と、上記光源から射出した上記複数の色の光束のそれぞれを、複数の光束に空間的に分離し、該分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子上に照射する照明光学系と、上記照明光学系と上記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、上記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を上記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、上記複数の色の光束のそれぞれが上記照明光学系によって上記複数の光束に空間的に分離される位置に配置され、該分離された各色の複数の光束を透過し、該透過した各色の複数の光束のうち上記反射型偏光板にて反射された各色の光を上記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、上記反射素子と上記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有する。上記反射素子は、上記複数の色のうちの一部の色の光を透過し、該一部の色以外の色の光を反射する第１の反射部と、上記一部の色の光を反射し、上記一部の色以外の色の光を透過する第２の反射部と、を有する。
　上記の構成によれば、反射型偏光板にて反射された各色の光のほとんどを、反射素子の第１および第２の反射部にて反射型偏光板の方向に反射して再利用することで、光利用効率を向上することができる。
　また、反射素子の第１および第２の反射部は、蒸着処理により作製することができる。このような第１および第２の反射部のピッチを１ｍｍ程度とすることは容易である。したがって、ＰＢＳ偏光変換アレイでは実現することが困難であった小型化の問題を解決することができ、照明装置の小型化を図ることができる。
　次に、本発明の照明装置を用いた投射型表示装置の構成について説明する。
　図１６は、本発明の照明装置を備える投射型表示装置の構成を示す図である。
　図１６に示す投射型表示装置は、単板型液晶プロジェクタであって、その主要部は、制御部１００、表示素子１１０、照明装置１１１および投射光学系１１２からなる。
　照明装置１１１は、前述した実施形態のいずれかの構成を備える。表示素子１１０は、透過型のＴＮ液晶パネルやＬＣｏＳパネル等の液晶パネルを備える。照明装置１１１から出力された所定の偏光（Ｐ偏光またはＳ偏光）の色光（赤、緑、青）が液晶パネルに照射される。
　制御部１００は、外部映像供給装置から供給される映像信号（赤、緑、青）に基づき、照明装置１１１の光源１０１の点灯および表示素子１１０の液晶パネルの駆動をそれぞれ制御して、赤色、緑色、青色の映像を時分割で表示させる。例えば、光源１０１が図２に示した緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３および赤色ＬＥＤ１４を備える場合、制御部１００は、赤色の映像を表示する期間に、赤色ＬＥＤ１４を点灯させて液晶パネルに赤色の映像を表示させ、緑色の映像を表示する期間に、緑色ＬＥＤ１２を点灯させて液晶パネルにて緑色の映像を表示させ、青色の映像を表示する期間に、青色ＬＥＤ１３を点灯させて液晶パネルにて青色の映像を表示させる。
　投射光学系１１２は、表示素子１１０にて表示された映像（赤、緑、青）を不図示のスクリーン上に投射する。照明装置１１１の光学系（図１に示した照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７）の焦点位置に投射光学系１１２の瞳が位置する。すなわち、照明装置１１１の光学系と投射光学系１１２はテレセントリック系を構成する。
　本実施形態の投射型表示装置によれば、照明装置から高効率な照明光が液晶パネルに照射されるので、明るい投射画像を得られる。
　なお、上述の投射型表示装置において、照明装置１１１として、他の実施形態の照明装置を用いてもよい。
　また、照明装置１１１として、図１４や図１５に示したような、赤、緑、青、黄の各色のＬＥＤを有する照明装置を用いてもよい。この場合は、制御部１００は、上述した光源１０１の点灯制御において、緑色の映像を表示する期間に、緑色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤを同時に点灯させてもよい。また、制御部１００は、上述した光源１０１の点灯制御において、赤色の映像を表示する期間に、赤色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤを同時に点灯させてもよい。さらに、制御部１００は、上述した光源１０１の点灯制御において、緑色の映像を表示する期間に、緑色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤを同時に点灯させ、赤色の映像を表示する期間に、赤色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤを同時に点灯させてもよい。
　また、照明装置１１１として、赤、緑、青、青緑の各色のＬＥＤを有する照明装置を用いてもよい。この場合は、制御部１００は、上述した光源１０１の点灯制御において、緑色の映像を表示する期間に、緑色ＬＥＤおよび青緑色ＬＥＤを同時に点灯させてもよい。また、制御部１００は、上述した光源１０１の点灯制御において、青色の映像を表示する期間に、青色ＬＥＤおよび青緑色ＬＥＤを同時に点灯させてもよい。さらに、制御部１００は、上述した光源１０１の点灯制御において、緑色の映像を表示する期間に、緑色ＬＥＤおよび青緑色ＬＥＤを同時に点灯させ、青色の映像を表示する期間に、青色ＬＥＤおよび青緑色ＬＥＤを同時に点灯させてもよい。
　前述した各実施形態の照明装置によれば、赤色、緑色および青色の光を含む白色光（または、赤色、緑色、青色および黄色の光を含む白色光、もしくは赤色、緑色、青色および青緑色の光を含む白色光）を射出することができる。したがって、表示素子１１０の液晶パネルの各画素を、赤、緑、青のそれぞれの色のカラーフィルタを備える画素で構成することでも、フルカラー化が可能である。この場合は、制御部１００は、光源１０１の各色のＬＥＤをすべて点灯させ、赤、緑、青の色毎に各画素における表示／非表示の動作を時分割で行う。
　以上説明した照明装置および投射型表示装置は本発明の一例であり、その構成は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。

Claims (8)

  1. 　複数の色の光を射出する光源と、
    　前記光源から射出した前記複数の色の光束のそれぞれを、複数の光束に空間的に分離し、該分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子上に照射する照明光学系と、
    　前記照明光学系と前記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を前記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、
    　前記複数の色の光束のそれぞれが前記照明光学系によって前記複数の光束に空間的に分離される位置に配置され、該分離された各色の複数の光束を透過し、該透過した各色の複数の光束のうち前記反射型偏光板にて反射された各色の光を前記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、
    　前記反射素子と前記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有し、
    　前記反射素子は、
    　前記複数の色のうちの一部の色の光を透過し、該一部の色以外の色の光を反射する第１の反射部と、
    　前記一部の色の光を反射し、前記一部の色以外の色の光を透過する第２の反射部と、を有する、照明装置。
  2. 　前記光源は、
    　赤色の波長帯域にピーク波長を有する第１の固体光源と、
    　緑色の波長帯域にピーク波長を有する第２の固体光源と、
    　青色の波長帯域にピーク波長を有する第３の固体光源と、を有し、
    　前記第１の反射部は、前記緑色の波長帯域の光を透過し、前記赤色および青色の波長帯域の光を反射し、
    　前記第２の反射部は、前記緑色の波長帯域の光を反射し、前記赤色および青色の波長帯域の光を透過する、請求の範囲第１項に記載の照明装置。
  3. 　前記照明光学系は、前記光源から射出した前記複数の色の光が一方の端面に供給され、該一方の端面から入射した各色の光が内部を伝播して他方の端面から射出される導光手段を有し、
    　前記導光手段の一方の端面は、該面の重心を通る、直交する第１および第２の直線により区画された第１乃至第４の領域を有し、
    　前記第２の固体光源から射出した緑色の光は、前記第１の直線を境界として隣接する前記第１および第２の領域に入射し、
    　前記第１の固体光源から射出した赤色の光は、前記第３の領域に入射し、
    　前記第３の固体光源から射出した青色の光は、前記第４の領域に入射し、
    　前記第１および第２の反射部は、前記導光手段の一方の端面に垂直な方向から見た場合に、前記第１の直線に沿った方向に交互に配置されている、請求の範囲第２項に記載の照明装置。
  4. 　前記第１の固体光源から射出した赤色の光を前記第３の領域に入射させる第１の導光手段と、
    　前記第２の固体光源から射出した緑色の光を前記第１および第２の領域に入射させる第２の導光手段と、
    　前記第３の固体光源から射出した青色の光を前記第４の領域に入射させる第３の導光手段と、をさらに有する、請求の範囲第３項に記載の照明装置。
  5. 　前記光源は、
    　赤色の波長帯域にピーク波長を有する第１の固体光源と、
    　緑色の波長帯域にピーク波長を有する第２の固体光源と、
    　青色の波長帯域にピーク波長を有する第３の固体光源と、
    　黄色の波長帯域にピーク波長を有する第４の固体光源と、を有し、
    　前記第１の反射部は、前記緑色および青色の波長帯域の光を透過し、前記赤色および黄色の波長帯域の光を反射し、
    　前記第２の反射部は、前記緑色および青色の波長帯域の光を反射し、前記赤色および黄色の波長帯域の光を透過する、請求の範囲第１項に記載の照明装置。
  6. 　前記照明光学系は、前記光源から射出した前記複数の色の光が一方の端面に供給され、該一方の端面から入射した各色の光が内部を伝播して他方の端面から射出される導光手段を有し、
    　前記導光手段の一方の端面は、該面の重心を通る、直交する第１および第２の直線により区画された第１乃至第４の領域を有し、
    　前記第１の固体光源から射出した赤色の光は、前記第３の領域に入射し、
    　前記第２の固体光源から射出した緑色の光は、前記第１の領域に入射し、
    　前記第３の固体光源から射出した青色の光は、前記第２の領域に入射し、
    　前記第４の固体光源から射出した黄色の光は、前記第４の領域に入射し、
    　前記第１および第２の反射部は、前記導光手段の一方の端面に垂直な方向から見た場合に、前記第１または第３の領域と前記第２または第４の領域との境界を示す前記第１の直線に沿った方向に交互に配置されている、請求の範囲第６項に記載の照明装置。
  7. 　前記第１の固体光源から射出した赤色の光を前記第３の領域に入射させる第１の導光手段と、
    　前記第２の固体光源から射出した緑色の光を前記第１の領域に入射させる第２の導光手段と、
    　前記第３の固体光源から射出した青色の光を前記第２の領域に入射させる第３の導光手段と、
    　前記第４の固体光源から射出した青色の光を前記第４の領域に入射させる第４の導光手段と、をさらに有する、請求の範囲第６項に記載の照明装置。
  8. 　照明装置と、
    　前記照明装置からの光が照射される表示素子と、
    　前記表示素子からの画像光を投射する投射光学系と、を有し、
    　前記照明装置は、
    　複数の色の光を射出する光源と、
    　前記光源から射出した前記複数の色の光束のそれぞれを、複数の光束に空間的に分離し、該分離した各色の複数の光束を重ねて表示素子上に照射する照明光学系と、
    　前記照明光学系と前記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を前記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、
    　前記複数の色の光束のそれぞれが前記照明光学系によって前記複数の光束に空間的に分離される位置に配置され、該分離された各色の複数の光束を透過し、該透過した各色の複数の光束のうち前記反射型偏光板にて反射された各色の光を前記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、
    　前記反射素子と前記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有し、
    　前記反射素子は、
    　前記複数の色のうちの一部の色の光を透過し、該一部の色以外の色の光を反射する第１の反射部と、
    　前記一部の色の光を反射し、前記一部の色以外の色の光を透過する第２の反射部と、を有する、投射型表示装置。
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