照明装置およびそれを用いた映像表示装置
【課題】 特定の振動方向の偏光光で、特定の波長領域の光を高い効率で供給することにより、単板スクロール方式の光学系において高輝度化を実現する。
【解決手段】 光源１０２と、偏光ビームスプリッタ１０４と、ロッドインテグレータ１０６と、カラーフィルタ１０９を有し、反射部１０７は、偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１０４と、反射部１０５により反射された偏光光をカラーフィルタ１０９の方向へ反射させ、カラーフィルタ１０９で反射されロッドインテグレータ１０６へ再度入射して入射端面の方向へ進行する他の波長領域の光をカラーフィルタ１０９の方向へ反射させ、初めに入射した位置とは異なる位置に入射させる。
【解決手段】 光源１０２と、偏光ビームスプリッタ１０４と、ロッドインテグレータ１０６と、カラーフィルタ１０９を有し、反射部１０７は、偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１０４と、反射部１０５により反射された偏光光をカラーフィルタ１０９の方向へ反射させ、カラーフィルタ１０９で反射されロッドインテグレータ１０６へ再度入射して入射端面の方向へ進行する他の波長領域の光をカラーフィルタ１０９の方向へ反射させ、初めに入射した位置とは異なる位置に入射させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置および映像表示装置、特に、投射型映像表示装置の照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、循環過程を有する照明系装置としては、反射型偏光板を用いた照明装置が知られている。
【０００３】
反射型偏光板を用いた照明装置は、異なる偏光成分を持つ光を供給する光源と、光源からの光を均一化するロッドインテグレータと、ロッドインテグレータの出射部に設けられ、特定の振動方向の偏光光を透過させ、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる反射型偏光板と、 反射型偏光板の出射部に設けられた色分離を行うカラーフィルタを有する。
【０００４】
反射型偏光板を用いた照明装置の技術は、以下の特許文献１に提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２５０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
反射型偏光板を用いた照明装置では、異なる偏光成分を持つ光源からの光が、ロッドインテグレータを透過し、ロッドインテグレータの出射部に設けられた反射型偏光板により、特定の振動方向の偏光光を透過させ、特定の振動方向とは直交する他の振動方向の偏光光を反射させる。反射型偏光板で反射された光は、反射型偏光板に到達するまでとは逆の方向へ進行し、再度ロッドインテグレータへ入射する。ロッドインテグレータへ再入射した光は、ロッドインテグレータの内側の面に形成された反射膜で反射を繰り返すことにより複雑な光路を経て、円偏光となる。円偏光となった光は、ロッドインテグレータ入射端面に設けられた反射部によりロッドインテグレータ出射端面の方向へ反射される。そして、反射型偏光板では、円偏光のうち、再度特定の振動方向の偏光光を透過し、他の振動方向の偏光光を反射する。このように、ロッドインテグレータの入射端面の反射部と反射型偏光板との間の光路を光が再循環する過程において、特定の振動方向の偏光光を次々と取り出すことができる。この結果、高い利用効率で特定の振動方向の偏光光を得ることができる。
【０００７】
しかしながら、従来技術の照明装置では、ロッドインテグレータの入射端面の反射部と反射型偏光板の間を、再循環することから、光路長が長く、光が内部吸収の影響を大きく受けるため、光の利用効率が悪いという問題を有している。
【０００８】
本発明は、上述の問題を解決するためになさせたものであり、その目的は、光の利用効率が向上し、映像の高輝度化が可能な照明装置及びそれを用いた映像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上述の課題を解決するため、 異なる偏光成分を含む光を発する光源と、前記光源から発せられた光のうち、第1の偏光光を透過させる偏光分離部と、前記第1の偏光光の光強度分布を略均一化させるロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータを透過した前記第1の偏光光のうち、特定波長成分を透過させ、該特定波長成分とは異なる他の波長成分を反射させるカラーフィルタとを有し、前記偏光分離部は、前記第1の偏光光を透過させ、前記第1の偏光光と直交する第2の偏光光を反射させる偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタの光入射端面に配される、光入射用開口部を有する第1の反射部と、該第１の反射部と前記偏光ビームスプリッタとの間に配されるλ／４位相差板と、前記第2の偏光光が反射される側であって、前記入射端面と直交する前記偏光ビームスプリッタの側部に配される第２の反射部とにより構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光の利用効率が向上し、高輝度化な映像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図を用いて、本発明の最良の形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明による第一の実施例を示す照明装置の構成図である。
【００１３】
図１において、１００は異なる偏光成分を含む光を発する発光管、１０１は発光管１００からの光を反射する楕円形状のリフレクタで、発光管１００とリフレクタ１０１とで光源１０２が構成されている。１０３は偏光ビームスプリッタであり、内部に特定の振動方向の偏光（例えばＰ偏光）を透過させ、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光（例えばＳ偏光）を反射させる偏光分離面１０４が配置されている。以下、偏光分離面１０４は、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射するものとして説明する。１０５は、偏光分離面１０４より反射されたＳ偏光光を再び偏光分離面１０４へ反射させる反射部である。１０６は、光量分布の一様化を行うロッドインテグレータであり、断面が略四角形の光学的に透明な部材（例えば硝子部材）で構成された角柱構造をなし、光源１０２側の入射端面Ｓ１と、出射端面Ｓ２とを有する。そして、偏光ビームスプリッタ１０３の光源１０２からの光を入射する面（以下、入射面という）には、反射部である反射ミラー１０７と偏光方向を調整するλ／４位相差板１０８が形成されている。反射ミラー１０７は、例えばアルミニウムや銀などの金属を蒸着することによって形成できる。１０９は、ロッドインテグレータ１０６からの光をＲ、Ｇ、Ｂ光に空間的に分離するカラーフィルタである。この場合、カラーフィルタ１０９は、ロッドインテグレータ１０６の出射端面Ｓ２に接着して設けている。１１０は、光源１０２からの光を、偏光ビームスプリッタ１０３内に入射させるための開口部である。以上のように構成された照明装置１１１において、発光管１００から出射された光を、リフレクタ１０１で反射して得られる光源１０２からの白色光は、偏光ビームスプリッタ１０３の方向へ進行する。偏光ビームスプリッタ１０３の入射端面には、開口部１１０が設けられている。このとき、リフレクタ１０１で反射された光を、偏光ビームスプリッタ１０３の開口部１１０に集光させることにより、光源１０２から供給される光を効率よく利用することができる。なお、光源１０２は、開口部１１０に効率よく光を供給できるものであれば、発光管１００とリフレクタ１０１とからなる構成に限られない。
【００１４】
次に図２を用いて、第１の実施例の動作について説明する。
【００１５】
図２（ａ）（ｂ）は、偏光ビームスプリッタ１０３とロッドインテグレータ１０６とカラーフィルタ１０９との構成を示す。図２（ｃ）は、偏光ビームスプリッタ１０３を入射端面側から見た構成を示す。図２（ａ）を用いて、特定の振動方向の偏光光を供給する為の再循環過程の構成について説明する。図示しない光源から供給され、開口部１１０から偏光ビームスプリッタ１０３の内部に入射された光は、偏光ビームスプリッタ１０３内の偏光分離面１０４により、Ｐ偏光光は透過し、Ｓ偏光光は反射する。偏光分離面１０４により反射されたＳ偏光光（光Ｌ２）は、反射部１０５により反射し、偏光分離面１０４へ再度入射し（光Ｌ３）、偏光ビームスプリッタ１０３の入射面方向へ反射し（光Ｌ４）、そしてλ／４位相差板１０８を透過する。ここで、Ｓ偏光光である光Ｌ４は円偏光光に変換される。円偏光に変換された光は、反射部１０７により反射され、再びλ／４位相差板１０８を透過することで円偏光光から直線偏光であるＰ偏光光に変換され、偏光分離面１０４を透過し（光Ｌ５）、偏光ビームスプリッタ１０３、ロッドインテグレータ１０６で反射を繰り返しながら、ロッドインテグレータ１０６の出射端面方向へ進行し、カラーフィルタ１０９に入射する（光Ｌ６）。このように反射部１０５と反射部１０７との間の光路を光が再循環する過程において、偏光方向が変わり偏光分離面１０４を透過し、特定の振動方向のＰ偏光光を次々と取り出すことができる。この結果、高い利用効率で特定の振動方向のＰ偏光光を得ることができる。
【００１６】
次に図２（ｂ）を用いて、特定の波長領域の光を効率よく供給するための再循環過程構成について説明する。開口部１１０から偏光ビームスプリッタ１０３の内部に入射された光は、偏光ビームスプリッタ１０３により、上述のように、Ｐ偏光光のみが透過し、ロッドインテグレータ１０６内で反射を繰り返しながら進行し、カラーフィルタ１０９に入射する（光Ｍ１）。カラーフィルタ１０９は、Ｐ偏光光のうち、更に特定の波長領域の光を透過させ、特定の波長領域以外の波長領域の光を反射させる。例えば、図２（ｂ）に示すように、光Ｍ１はカラーフィルタ１０９上の領域Ｒ１２０Ｒに入射している。カラーフィルタ１０９上の領域Ｒ１２０Ｒは、特定の波長領域の光であるＲ光を透過し、特定の波長領域以外の波長領域の光であるＧ光とＢ光とを反射させる。カラーフィルタ１０９で反射されたＧ光とＢ光（光Ｍ２）とは、カラーフィルタ１０９に入射する方向とは逆に進行し、ロッドインテグレータ１０６を透過する。そして光Ｍ２は、偏光ビームスプリッタ１０３に再度入射する。偏光ビームスプリッタ１０３に入射した光Ｍ２はＰ偏光光であるため、偏光分離面１０４を透過し、反射部１０５で反射された後、λ／４位相差板１０８を透過する（光Ｍ３）。ここで、Ｐ偏光光である光Ｍ３は円偏光光に変換される。円偏光に変換された光は、反射部１０７により反射され、再びλ／４位相差板１０８を透過することで円偏光光から直線偏光であるＳ偏光光に変換される（光Ｍ４）。Ｓ偏光光に変換された光は、偏光分離面１０４により反射部１０５へ反射され（光Ｍ５）、反射部１０５から偏光分離面１０４へ反射され、偏光分離面１０４により偏光ビームスプリッタ１０３入射端面方向へ反射される（光Ｍ６）。そして、λ／４位相差板１０８を透過する。ここで、Ｓ偏光光である光Ｍ６は円偏光光に変換される。円偏光に変換された光は、反射部１０７により反射され、再びλ／４位相差板１０８を透過することで円偏光光から直線偏光であるＰ偏光光に変換される（光Ｍ７）。λ／４位相差板１０８でＰ偏光光に変換された光は、偏光ビームスプリッタ１０３、ロッドインテグレータ１０６で反射を繰り返しながら、ロッドインテグレータ１０６の出射端面方向へ進行し、再度カラーフィルタ１０９に入射する（光Ｍ８）。このため、光Ｍ８は、カラーフィルタ１０９上において、光Ｍ１が入射した位置とは異なる位置に入射する確率が高い。例えば、図２（ｂ）に示すように、光Ｍ８はカラーフィルタ１０９上の領域Ｇ１２０Ｇに入射する。光Ｍ８は、Ｇ光とＢ光であるから、特定の波長領域の光であるＧ光がカラーフィルタ１０９を透過する。また、特定の波長領域以外の波長領域の光であるＢ光は、カラーフィルタ１０９で反射され、再度カラーフィルタ１０９に入射するまでとは逆の方向に進行し、ロッドインテグレータ１０６を透過する。このように、初めにカラーフィルタ１０９に入射して反射された光は、その後再度カラーフィルタ１０９に入射するときに、初めに入射した位置とは異なる位置に入射する。このため、再度カラーフィルタ１０９に入射した光がカラーフィルタ１０９を透過できる可能性が高い。また、再度カラーフィルタ１０９に入射して、さらに反射された光は、ロッドインテグレータ１０６、偏光ビームスプリッタ１０３内で反射を繰り返して上述の光路を進行する。これにより、偏光ビームスプリッタ１０３の入射端面にある反射部１０７とカラーフィルタ１０９との間の光路を光が再循環する過程において、カラーフィルタ１０９で特定の波長領域の光を次々と取り出すことができる。この結果、高い利用効率で特定の波長領域の光を得ることができる。
【００１７】
図３は、カラーフィルタ１０９の構成例を示す。図３において、カラーフィルタ１０９の領域Ｒ１２０Ｒ、領域Ｇ１２０Ｇ、領域Ｂ１２０Ｂは、それぞれ特定の波長領域の光であるＲ光、Ｇ光、Ｂ光を透過させる領域である。例えば、カラーフィルタ１０９の各領域には、Ｒ光透過ダイクロイック膜、Ｇ光透過ダイクロイック膜、Ｂ光透過ダイクロイック膜を用いることができる。領域Ｒ１２０Ｒは、特定の波長領域の光であるＲ光のみを透過させ、他の波長領域の光であるＧ光とＢ光とを反射させる。領域Ｇ１２０Ｇは、Ｇ光を透過させ、Ｒ光とＢ光とを反射させる。領域Ｂ１２０Ｂは、Ｂ光を透過させ、Ｒ光とＧ光とを反射させる。このようにして、カラーフィルタ１０９は、特定の波長領域の光を透過させ、特定の波長領域の光とは異なる他の波長領域の光を反射させる。これによりカラーフィルタ１０９は、光源１０２からの光を色分離する。
【００１８】
また、カラーフィルタ１０９を構成する領域Ｒ１２０Ｒ、領域Ｇ１２０Ｇ、領域Ｂ１２０Ｂのうち、少なくとも１つの透過領域の面積を異なるような構成としても良い。図４に、透過領域の面積を異ならしめたカラーフィルタ１２２の構成例を示す。図４において、カラーフィルタ１２２の領域Ｒ１２３Ｒ、領域Ｇ１２３Ｇ、領域Ｂ１２３Ｂは、それぞれ特定の波長領域の光であるＲ光、Ｇ光、Ｂ光を透過させる領域である。図４に示すように、領域Ｒ１２３Ｒ、領域Ｇ１２３Ｇ、領域Ｂ１２３Ｂのうち、少なくとも１つの透過領域の面積を調整することにより、明るさの調整や、色の調整が可能となる。
【００１９】
図５に領域Ｗを設けたカラーフィルタ１２１の構成例を示す。図５において、カラーフィルタ１２１の領域Ｒ１２１Ｒ、領域Ｇ１２１Ｇ、領域Ｂ１２１Ｂ、領域Ｗ１２１Ｗは、それぞれ特定の波長領域の光であるＲ光、Ｇ光、Ｂ光、Ｗ光を透過させる領域である。このように領域Ｗ１２１Ｗを設けることで、領域Ｗ１２１Ｗを透過した光により、明るい投射像を得ることができる。また、カラーフィルタの各領域の配置は、図示するものに限らない。
【００２０】
なお、ロッドインテグレータ１０６は、図１に示すように内部が全て硝子部材で構成された構造とせず、中空構造をなし、ロッドインテグレータ１０６の内側の面には、反射ミラーが形成された構成でも良い。図６にロッドインテグレータをミラーで構成した図を示す。ロッドインテグレータ１３１の内側の面に、反射ミラー１３２が配置されており、ロッドインテグレータ１３１に入射した光は、反射ミラー１３２で全反射を繰り返しながらロッドインテグレータ１３１内を進行し、光量分布の一様化を行う。その他の動作に関しては、図１の動作と同様であることは言うまでもない。
【実施例２】
【００２１】
図７は、本発明による第２の実施例を示す偏光ビームスプリッタ１０３とロッドインテグレータ１３０とカラーフィルタ１０９との構成図である。上記実施例１と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
本実施例は、ロッドインテグレータ１３０に特徴がある。ロッドインテグレータ１３０は、入射端面Ｓ１の面積が、出射端面Ｓ２の面積よりも小さい構成をなす角柱形状からなる。第１の実施例と同様に偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、ロッドインテグレータ１３０を射出した光は、カラーフィルタ１０９に入射する。カラーフィルタ１０９で反射された特定の波長領域以外の光は、出射端面Ｓ２から、再度ロッドインテグレータ１３０に入射する。出射端面Ｓ２から入射した光は、ロッドインテグレータ１３０内で反射を繰り返す。ロッドインテグレータ１３０は入射端面Ｓ１の面積が出射端面Ｓ２よりも小さいような形状を有する角柱形状である。このため、出射端面Ｓ２から射出される光は、ロッドインテグレータ１３０の中心軸とのなす角度が小さい方向、すなわち中心軸に略平行な方向に射出する。ロッドインテグレータ１３０の中心軸を光軸に略平行とすると、ロッドインテグレータ１３０から射出した光線は、光軸に略平行となるようにカラーフィルタ１０９に入射する。これにより、カラーフィルタ１０９の角度特性が向上し、色純度向上が期待できると共に、後段に配置される液晶パネル等の映像表示素子での偏光変換特性が向上して高コントラスト化が期待できる。
【実施例３】
【００２３】
図８は、本発明による第３の実施例を示す照明装置の構成図である。上記実施例１と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
上述説明した実施例では、ロッドインテグレータ１０６とカラーフィルタ１０９が接着され、固定配置された場合であった。しかし、本発明はこれに限るものではなく、カラーフィルタ１０９を着脱可能に構成する場合に於いても適用可能である。更には、図８に示すようにロッドインテグレータ１０６とカラーフィルタ１０９との間に空気層１４０を設ける場合においても、本発明が適用可能である。例えば、明るさを重視する場合には、図５に示すように、領域Ｗ１２１Ｗを設けたカラーフィルタ１２１を装着する。また、特定の波長領域の光を効率よく利用し、色再現性を重視する場合には、図４に示すように少なくとも１つの透過領域の面積を調整する事が可能なカラーフィルタ１２２を装着する。上記したように、ロッドインテグレータ１０６とカラーフィルタ１０９との界面に空気層１４０を設け、カラーフィルタ１０９を着脱可能な構成とすることにより、使用目的に応じた変更が可能となる。
【００２５】
また、ロッドインテグレータ１０６を図７に示すロッドインテグレータ１３０に置き換えることにより、カラーフィルタ１０９で照明装置外に反射される光の量を減少させることができ、特定の波長領域の光を効率よく利用できる。
【実施例４】
【００２６】
図９は、本発明による第４の実施例を示す光学ユニットの構成図である。上記実施例１と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図９において、照明装置１１１と、照明装置１１１からの出射光を折り曲げる全反射ミラー２０４、２０５は平板型偏光ビームスプリッタ、２１３は映像表示素子である反射型液晶パネルである。２０７は、カラーフィルタ１０９で空間的に複数色に色分離された各色光の短冊状（帯状）の出射形状を、映像表示素子２１３上のそれぞれ異なった場所に同時に照射し、該短冊状色光領域の照射場所を映像表示素子２１３上で所定方向に移動（スクロール）させるインテグレータ光学素子としての反射型回転多面体である。２０８、２０９、２１０はカラーフィルタ１０９の出射面形状を反射型液晶パネル２１３上に結像させる結像レンズ群、２１２は所定の偏光方向の偏光光（ここではＳ偏光）を透過させる入射側偏光板、２１６は入射側偏光板２１２とは異なる偏光方向の偏光光（ここではＰ偏光）を透過させる出射側偏光板、２１５は偏光ビームスプリッタプリズム、２１１は全反射ミラー２０４と平板型偏光ビームスプリッタ２０５との間に配置された偏光方向を変更するλ／２波長板である。２１８は入射側の偏光板２１２の前に配置された偏光方向を変換するλ／２波長板、２０６は偏光方向を調整するλ／４波長板、２１４は、偏光ビームスプリッタプリズム２１５と反射型液晶パネル２１３との間に配置されたコントラスト向上を行うλ／４波長板、２１７は投射レンズである。
【００２８】
ここで、以下の説明を容易とするために、便宜上、図９に示すような直交座標系を導入する。即ち、照明装置１１１の光軸方向をＸ軸、反射型回転多面体２０７の回転軸方向をＺ軸、Ｘ軸，Ｚ軸に直交する軸をＹ軸とする。従って、反射型液晶パネル２１３の表示面は、図９から明らかなように、ＸＺ平面に平行となる。
【００２９】
以上のように構成された光学ユニットにおいて、発光管１００から出射された光をリフレクタ１０１で反射して得られる光源１０２からの白色光は、開口部１１０、λ／４位相差板１０８を透過し、偏光ビームスプリッタ１０２に入射する。偏光ビームスプリッタ１０３は、Ｐ偏光光を透過させ、Ｓ偏光光を反射させる。偏光ビームスプリッタ１０３を透過したＰ偏光光は、ロッドインテグレータ１０６を透過し、カラーフィルタ１０９に入射する。
【００３０】
ここで、偏光ビームスプリッタ１０３で反射されたＳ偏光光は、特定の振動方向の偏光光を供給する為の再循環過程により、カラーフィルタ１０９に入射する。一方、偏光ビームスプリッタ１０３を透過したＰ偏光光は、ロッドインテグレータを透過し、カラーフィルタ１０９に入射する。なお、カラーフィルタ１０９で反射された特定の波長領域以外の波長領域の光は、特定の波長領域の光を効率よく供給する為の再循環過程により、再度カラーフィルタ１０９へ入射する。カラーフィルタ１０９に照射された光は、Ｒ、Ｇ、Ｂ光の３色光にＹ軸方向に空間的に分離される。従って、反射型液晶パネル２１３上には、３本のスクロール帯が照射されることになる。分離されたそれぞれの色光は、全反射ミラー２０４で光路が折り曲げられ、λ／２波長板２１１を透過することで、偏光方向がＰ偏光からＳ偏光へ変換され、平板型偏光ビームスプリッタ２０５に入射する。入射光はＳ偏光なので反射され、反射型回転多面体２０７に向かい、反射型回転多面体２０７で反射され、再び平板型偏光ビームスプリッタ２０５に入射する。平板型偏光ビームスプリッタ２０５と反射型回転多面体２０７との間にはλ／４波長板２０６が挿入されているので、この間を往復する間に偏光方向がＳ偏光からＰ偏光に変換されて、平板型偏光ビームスプリッタ２０５にはＰ偏光で入射する。今度は、各色光は平板型偏光ビームスプリッタ２０５を透過するが、λ／２波長板２１８でＳ偏光に変換された後、入射側偏光板２１２を透過し、偏光ビームスプリッタプリズム２１５で反射され、反射型液晶パネル２１３に照射される。この時、図１０のように、各色光（Ｗ光を含む）のスクロール帯１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂはそれぞれ反射型液晶パネル２１３の異なった場所に、照射される。そして、各スクロール帯は反射型液晶パネル２１３の短辺方向（Ｘ軸方向）に平行にスクロールされる。
【００３１】
反射型液晶パネル２１３から出射されたＳ偏光からＰ偏光に変換された光学像（映像）の光は、今度は偏光ビームスプリッタプリズム２１５を通過し、更に出射側偏光板２１６を透過した後、投射レンズ２１７を通してスクリーン（図示せず）に拡大投影される。
【００３２】
尚、映像表示素子としては、本実施例では反射型液晶パネルを用いているが、これに限定されるものではなく、透過型液晶パネル、強誘電性液晶パネル、及びマイクロミラーアレイパネル等のいずれかを適宜使用することができる。勿論、用いるライトバルブに合わせて、最適な光学系が選定されるのはいうまでもない。
【００３３】
上記のように、本発明の光学ユニットにおける照明装置１１１は、高い効率で特定の振動方向の偏光光と特定の波長領域の光を供給することができる。
【実施例５】
【００３４】
図１１は、本発明による第５の実施例を示す照明装置の構成図である。上記実施例１と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３５】
上述説明した実施例では、偏光ビームスプリッタ１０３と反射部１０５が隣接配置された場合であった。しかし、本発明はこれに限るものではない。すなわち、図１１（ｂ）に示すように偏光ビームスプリッタ１０３と反射部１０５との間に空気層１５０を設け、偏光ビームスプリッタ１０３と反射部１０５間の距離を可変とする場合においても、本発明が適用可能である事は明らかである。上述説明した実施例では、図１１（ａ）に示すように、発光管１００から出射された光は、リフレクタ１０１で反射し、偏光ビームスプリッタ１０３の方向へ進行する。偏光ビームスプリッタ１０３の入射端面には、開口部１１０が設けられている。開口部１１０から、偏光ビームスプリッタ１０３の内部に入射した光は、偏光分離面１０４により、Ｐ偏光光は透過し、Ｓ偏光光は反射する。偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１０４により反射されたＳ偏光光は（光Ｎ１）、反射部１０５により反射され、再度偏光ビームスプリッタ１０３の入射端面へ進行して開口部１１０から射出する（光Ｎ２）。本実施例は図１１（ｂ）に示すように、偏光ビームスプリッタ１０３と反射部１０７との界面に空気層を設け、偏光ビームスプリッタ１０３と反射部１０５間に所定の距離を離して配置している。このため、開口部１１０から、偏光ビームスプリッタ１０３の内部に入射したＳ偏光光のうち、偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１０４により反射された光は（光Ｏ１）、反射部１０５により反射され、反射ミラー１０７の方向へ進行し、反射ミラー１０７により反射され（光Ｏ２）、λ／４位相差板１０８を往復する事により偏光方向がＳ偏光からＰ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ１０３の出射端面方向へ進行する（光Ｏ３）。このように構成することにより、光源１０２から出射された光のうち、反射部１０５により反射され、開口部１１０から光源１０２の方向へ射出してしまう事を回避できる。これにより、光源１０２からの光を効率よく利用することができる。
【００３６】
尚、偏光ビームスプリッタ１０３と反射部１０５との間を硝子部材で構成しても、本発明が適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による第１の実施例を示す照明装置の構成図である。
【図２】本発明による第１の実施例を示す偏光ビームスプリッタとロッドインテグレータとカラーフィルタの動作説明図である。
【図３】本発明によるカラーフィルタの構成図である。
【図４】本発明による４つの領域から構成されるカラーフィルタの構成図である。
【図５】本発明による１つの透過領域の面積が異なる場合のカラーフィルタの構成図である。
【図６】本発明による第１の実施例の別の実施例を示す中空ロッドインテグレータを示す照明装置の構成図である
【図７】本発明による第２の実施例を示す照明装置の構成図である。
【図８】本発明による第３の実施例を示す照明装置の構成図である。
【図９】本発明による第４の実施例を示す照明装置の構成図である。
【図１０】本発明による反射型液晶パネル上の色光の動作を説明する図である。
【図１１】本発明による第５の実施例を示す照明装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００…発光管、１０１…リフレクタ、１０２…光源、１０３…偏光ビームスプリッタ、１０４…偏光分離面、１０５…反射部、１０６…ロッドインテグレータ、１０７…反射ミラー、１０８…λ／４位相差板、１０９…カラーフィルタ、１１０…開口部、１１１…照明装置、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７，Ｍ８、Ｎ１、Ｎ２、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３…光、Ｓ１…入射端面、Ｓ２…出射端面、１３０…ロッドインテグレータ、１３１…ロッドインテグレータ、１３２…反射ミラー、１２０Ｒ…領域Ｒ、１２０Ｇ…領域Ｇ、１２０Ｂ…領域Ｂ、１２１…カラーフィルタ、１２１Ｒ…領域Ｒ、１２１Ｇ…領域Ｇ、１２１Ｂ…領域Ｂ、１２１Ｗ…領域Ｗ、１２２…カラーフィルタ、１２２Ｒ…領域Ｒ、１２２Ｇ…領域Ｇ、１２２Ｂ…領域Ｗ、１４０…空気層、１５０…空気層、２０４…全反射ミラー、２０５…平板型偏光ビームスプリッタ、２０６…λ／４波長板、２０７…反射回転多面体、２０８、２０９、２１０…結像レンズ群、２１１…λ／２波長板、２１２…入射側偏光板、２１３…反射型液晶パネル、２１４…λ／４波長板、２１５…偏光ビームスプリッタプリズム、２１６…出射側偏光板、２１７…投射レンズ、１２Ｒ…スクロール帯Ｒ、１２Ｇ…スクロール帯Ｇ、１２Ｂ…スクロール帯Ｂ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置および映像表示装置、特に、投射型映像表示装置の照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、循環過程を有する照明系装置としては、反射型偏光板を用いた照明装置が知られている。
【０００３】
反射型偏光板を用いた照明装置は、異なる偏光成分を持つ光を供給する光源と、光源からの光を均一化するロッドインテグレータと、ロッドインテグレータの出射部に設けられ、特定の振動方向の偏光光を透過させ、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる反射型偏光板と、 反射型偏光板の出射部に設けられた色分離を行うカラーフィルタを有する。
【０００４】
反射型偏光板を用いた照明装置の技術は、以下の特許文献１に提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２５０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
反射型偏光板を用いた照明装置では、異なる偏光成分を持つ光源からの光が、ロッドインテグレータを透過し、ロッドインテグレータの出射部に設けられた反射型偏光板により、特定の振動方向の偏光光を透過させ、特定の振動方向とは直交する他の振動方向の偏光光を反射させる。反射型偏光板で反射された光は、反射型偏光板に到達するまでとは逆の方向へ進行し、再度ロッドインテグレータへ入射する。ロッドインテグレータへ再入射した光は、ロッドインテグレータの内側の面に形成された反射膜で反射を繰り返すことにより複雑な光路を経て、円偏光となる。円偏光となった光は、ロッドインテグレータ入射端面に設けられた反射部によりロッドインテグレータ出射端面の方向へ反射される。そして、反射型偏光板では、円偏光のうち、再度特定の振動方向の偏光光を透過し、他の振動方向の偏光光を反射する。このように、ロッドインテグレータの入射端面の反射部と反射型偏光板との間の光路を光が再循環する過程において、特定の振動方向の偏光光を次々と取り出すことができる。この結果、高い利用効率で特定の振動方向の偏光光を得ることができる。
【０００７】
しかしながら、従来技術の照明装置では、ロッドインテグレータの入射端面の反射部と反射型偏光板の間を、再循環することから、光路長が長く、光が内部吸収の影響を大きく受けるため、光の利用効率が悪いという問題を有している。
【０００８】
本発明は、上述の問題を解決するためになさせたものであり、その目的は、光の利用効率が向上し、映像の高輝度化が可能な照明装置及びそれを用いた映像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上述の課題を解決するため、 異なる偏光成分を含む光を発する光源と、前記光源から発せられた光のうち、第1の偏光光を透過させる偏光分離部と、前記第1の偏光光の光強度分布を略均一化させるロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータを透過した前記第1の偏光光のうち、特定波長成分を透過させ、該特定波長成分とは異なる他の波長成分を反射させるカラーフィルタとを有し、前記偏光分離部は、前記第1の偏光光を透過させ、前記第1の偏光光と直交する第2の偏光光を反射させる偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタの光入射端面に配される、光入射用開口部を有する第1の反射部と、該第１の反射部と前記偏光ビームスプリッタとの間に配されるλ／４位相差板と、前記第2の偏光光が反射される側であって、前記入射端面と直交する前記偏光ビームスプリッタの側部に配される第２の反射部とにより構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光の利用効率が向上し、高輝度化な映像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図を用いて、本発明の最良の形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明による第一の実施例を示す照明装置の構成図である。
【００１３】
図１において、１００は異なる偏光成分を含む光を発する発光管、１０１は発光管１００からの光を反射する楕円形状のリフレクタで、発光管１００とリフレクタ１０１とで光源１０２が構成されている。１０３は偏光ビームスプリッタであり、内部に特定の振動方向の偏光（例えばＰ偏光）を透過させ、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光（例えばＳ偏光）を反射させる偏光分離面１０４が配置されている。以下、偏光分離面１０４は、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射するものとして説明する。１０５は、偏光分離面１０４より反射されたＳ偏光光を再び偏光分離面１０４へ反射させる反射部である。１０６は、光量分布の一様化を行うロッドインテグレータであり、断面が略四角形の光学的に透明な部材（例えば硝子部材）で構成された角柱構造をなし、光源１０２側の入射端面Ｓ１と、出射端面Ｓ２とを有する。そして、偏光ビームスプリッタ１０３の光源１０２からの光を入射する面（以下、入射面という）には、反射部である反射ミラー１０７と偏光方向を調整するλ／４位相差板１０８が形成されている。反射ミラー１０７は、例えばアルミニウムや銀などの金属を蒸着することによって形成できる。１０９は、ロッドインテグレータ１０６からの光をＲ、Ｇ、Ｂ光に空間的に分離するカラーフィルタである。この場合、カラーフィルタ１０９は、ロッドインテグレータ１０６の出射端面Ｓ２に接着して設けている。１１０は、光源１０２からの光を、偏光ビームスプリッタ１０３内に入射させるための開口部である。以上のように構成された照明装置１１１において、発光管１００から出射された光を、リフレクタ１０１で反射して得られる光源１０２からの白色光は、偏光ビームスプリッタ１０３の方向へ進行する。偏光ビームスプリッタ１０３の入射端面には、開口部１１０が設けられている。このとき、リフレクタ１０１で反射された光を、偏光ビームスプリッタ１０３の開口部１１０に集光させることにより、光源１０２から供給される光を効率よく利用することができる。なお、光源１０２は、開口部１１０に効率よく光を供給できるものであれば、発光管１００とリフレクタ１０１とからなる構成に限られない。
【００１４】
次に図２を用いて、第１の実施例の動作について説明する。
【００１５】
図２（ａ）（ｂ）は、偏光ビームスプリッタ１０３とロッドインテグレータ１０６とカラーフィルタ１０９との構成を示す。図２（ｃ）は、偏光ビームスプリッタ１０３を入射端面側から見た構成を示す。図２（ａ）を用いて、特定の振動方向の偏光光を供給する為の再循環過程の構成について説明する。図示しない光源から供給され、開口部１１０から偏光ビームスプリッタ１０３の内部に入射された光は、偏光ビームスプリッタ１０３内の偏光分離面１０４により、Ｐ偏光光は透過し、Ｓ偏光光は反射する。偏光分離面１０４により反射されたＳ偏光光（光Ｌ２）は、反射部１０５により反射し、偏光分離面１０４へ再度入射し（光Ｌ３）、偏光ビームスプリッタ１０３の入射面方向へ反射し（光Ｌ４）、そしてλ／４位相差板１０８を透過する。ここで、Ｓ偏光光である光Ｌ４は円偏光光に変換される。円偏光に変換された光は、反射部１０７により反射され、再びλ／４位相差板１０８を透過することで円偏光光から直線偏光であるＰ偏光光に変換され、偏光分離面１０４を透過し（光Ｌ５）、偏光ビームスプリッタ１０３、ロッドインテグレータ１０６で反射を繰り返しながら、ロッドインテグレータ１０６の出射端面方向へ進行し、カラーフィルタ１０９に入射する（光Ｌ６）。このように反射部１０５と反射部１０７との間の光路を光が再循環する過程において、偏光方向が変わり偏光分離面１０４を透過し、特定の振動方向のＰ偏光光を次々と取り出すことができる。この結果、高い利用効率で特定の振動方向のＰ偏光光を得ることができる。
【００１６】
次に図２（ｂ）を用いて、特定の波長領域の光を効率よく供給するための再循環過程構成について説明する。開口部１１０から偏光ビームスプリッタ１０３の内部に入射された光は、偏光ビームスプリッタ１０３により、上述のように、Ｐ偏光光のみが透過し、ロッドインテグレータ１０６内で反射を繰り返しながら進行し、カラーフィルタ１０９に入射する（光Ｍ１）。カラーフィルタ１０９は、Ｐ偏光光のうち、更に特定の波長領域の光を透過させ、特定の波長領域以外の波長領域の光を反射させる。例えば、図２（ｂ）に示すように、光Ｍ１はカラーフィルタ１０９上の領域Ｒ１２０Ｒに入射している。カラーフィルタ１０９上の領域Ｒ１２０Ｒは、特定の波長領域の光であるＲ光を透過し、特定の波長領域以外の波長領域の光であるＧ光とＢ光とを反射させる。カラーフィルタ１０９で反射されたＧ光とＢ光（光Ｍ２）とは、カラーフィルタ１０９に入射する方向とは逆に進行し、ロッドインテグレータ１０６を透過する。そして光Ｍ２は、偏光ビームスプリッタ１０３に再度入射する。偏光ビームスプリッタ１０３に入射した光Ｍ２はＰ偏光光であるため、偏光分離面１０４を透過し、反射部１０５で反射された後、λ／４位相差板１０８を透過する（光Ｍ３）。ここで、Ｐ偏光光である光Ｍ３は円偏光光に変換される。円偏光に変換された光は、反射部１０７により反射され、再びλ／４位相差板１０８を透過することで円偏光光から直線偏光であるＳ偏光光に変換される（光Ｍ４）。Ｓ偏光光に変換された光は、偏光分離面１０４により反射部１０５へ反射され（光Ｍ５）、反射部１０５から偏光分離面１０４へ反射され、偏光分離面１０４により偏光ビームスプリッタ１０３入射端面方向へ反射される（光Ｍ６）。そして、λ／４位相差板１０８を透過する。ここで、Ｓ偏光光である光Ｍ６は円偏光光に変換される。円偏光に変換された光は、反射部１０７により反射され、再びλ／４位相差板１０８を透過することで円偏光光から直線偏光であるＰ偏光光に変換される（光Ｍ７）。λ／４位相差板１０８でＰ偏光光に変換された光は、偏光ビームスプリッタ１０３、ロッドインテグレータ１０６で反射を繰り返しながら、ロッドインテグレータ１０６の出射端面方向へ進行し、再度カラーフィルタ１０９に入射する（光Ｍ８）。このため、光Ｍ８は、カラーフィルタ１０９上において、光Ｍ１が入射した位置とは異なる位置に入射する確率が高い。例えば、図２（ｂ）に示すように、光Ｍ８はカラーフィルタ１０９上の領域Ｇ１２０Ｇに入射する。光Ｍ８は、Ｇ光とＢ光であるから、特定の波長領域の光であるＧ光がカラーフィルタ１０９を透過する。また、特定の波長領域以外の波長領域の光であるＢ光は、カラーフィルタ１０９で反射され、再度カラーフィルタ１０９に入射するまでとは逆の方向に進行し、ロッドインテグレータ１０６を透過する。このように、初めにカラーフィルタ１０９に入射して反射された光は、その後再度カラーフィルタ１０９に入射するときに、初めに入射した位置とは異なる位置に入射する。このため、再度カラーフィルタ１０９に入射した光がカラーフィルタ１０９を透過できる可能性が高い。また、再度カラーフィルタ１０９に入射して、さらに反射された光は、ロッドインテグレータ１０６、偏光ビームスプリッタ１０３内で反射を繰り返して上述の光路を進行する。これにより、偏光ビームスプリッタ１０３の入射端面にある反射部１０７とカラーフィルタ１０９との間の光路を光が再循環する過程において、カラーフィルタ１０９で特定の波長領域の光を次々と取り出すことができる。この結果、高い利用効率で特定の波長領域の光を得ることができる。
【００１７】
図３は、カラーフィルタ１０９の構成例を示す。図３において、カラーフィルタ１０９の領域Ｒ１２０Ｒ、領域Ｇ１２０Ｇ、領域Ｂ１２０Ｂは、それぞれ特定の波長領域の光であるＲ光、Ｇ光、Ｂ光を透過させる領域である。例えば、カラーフィルタ１０９の各領域には、Ｒ光透過ダイクロイック膜、Ｇ光透過ダイクロイック膜、Ｂ光透過ダイクロイック膜を用いることができる。領域Ｒ１２０Ｒは、特定の波長領域の光であるＲ光のみを透過させ、他の波長領域の光であるＧ光とＢ光とを反射させる。領域Ｇ１２０Ｇは、Ｇ光を透過させ、Ｒ光とＢ光とを反射させる。領域Ｂ１２０Ｂは、Ｂ光を透過させ、Ｒ光とＧ光とを反射させる。このようにして、カラーフィルタ１０９は、特定の波長領域の光を透過させ、特定の波長領域の光とは異なる他の波長領域の光を反射させる。これによりカラーフィルタ１０９は、光源１０２からの光を色分離する。
【００１８】
また、カラーフィルタ１０９を構成する領域Ｒ１２０Ｒ、領域Ｇ１２０Ｇ、領域Ｂ１２０Ｂのうち、少なくとも１つの透過領域の面積を異なるような構成としても良い。図４に、透過領域の面積を異ならしめたカラーフィルタ１２２の構成例を示す。図４において、カラーフィルタ１２２の領域Ｒ１２３Ｒ、領域Ｇ１２３Ｇ、領域Ｂ１２３Ｂは、それぞれ特定の波長領域の光であるＲ光、Ｇ光、Ｂ光を透過させる領域である。図４に示すように、領域Ｒ１２３Ｒ、領域Ｇ１２３Ｇ、領域Ｂ１２３Ｂのうち、少なくとも１つの透過領域の面積を調整することにより、明るさの調整や、色の調整が可能となる。
【００１９】
図５に領域Ｗを設けたカラーフィルタ１２１の構成例を示す。図５において、カラーフィルタ１２１の領域Ｒ１２１Ｒ、領域Ｇ１２１Ｇ、領域Ｂ１２１Ｂ、領域Ｗ１２１Ｗは、それぞれ特定の波長領域の光であるＲ光、Ｇ光、Ｂ光、Ｗ光を透過させる領域である。このように領域Ｗ１２１Ｗを設けることで、領域Ｗ１２１Ｗを透過した光により、明るい投射像を得ることができる。また、カラーフィルタの各領域の配置は、図示するものに限らない。
【００２０】
なお、ロッドインテグレータ１０６は、図１に示すように内部が全て硝子部材で構成された構造とせず、中空構造をなし、ロッドインテグレータ１０６の内側の面には、反射ミラーが形成された構成でも良い。図６にロッドインテグレータをミラーで構成した図を示す。ロッドインテグレータ１３１の内側の面に、反射ミラー１３２が配置されており、ロッドインテグレータ１３１に入射した光は、反射ミラー１３２で全反射を繰り返しながらロッドインテグレータ１３１内を進行し、光量分布の一様化を行う。その他の動作に関しては、図１の動作と同様であることは言うまでもない。
【実施例２】
【００２１】
図７は、本発明による第２の実施例を示す偏光ビームスプリッタ１０３とロッドインテグレータ１３０とカラーフィルタ１０９との構成図である。上記実施例１と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
本実施例は、ロッドインテグレータ１３０に特徴がある。ロッドインテグレータ１３０は、入射端面Ｓ１の面積が、出射端面Ｓ２の面積よりも小さい構成をなす角柱形状からなる。第１の実施例と同様に偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、ロッドインテグレータ１３０を射出した光は、カラーフィルタ１０９に入射する。カラーフィルタ１０９で反射された特定の波長領域以外の光は、出射端面Ｓ２から、再度ロッドインテグレータ１３０に入射する。出射端面Ｓ２から入射した光は、ロッドインテグレータ１３０内で反射を繰り返す。ロッドインテグレータ１３０は入射端面Ｓ１の面積が出射端面Ｓ２よりも小さいような形状を有する角柱形状である。このため、出射端面Ｓ２から射出される光は、ロッドインテグレータ１３０の中心軸とのなす角度が小さい方向、すなわち中心軸に略平行な方向に射出する。ロッドインテグレータ１３０の中心軸を光軸に略平行とすると、ロッドインテグレータ１３０から射出した光線は、光軸に略平行となるようにカラーフィルタ１０９に入射する。これにより、カラーフィルタ１０９の角度特性が向上し、色純度向上が期待できると共に、後段に配置される液晶パネル等の映像表示素子での偏光変換特性が向上して高コントラスト化が期待できる。
【実施例３】
【００２３】
図８は、本発明による第３の実施例を示す照明装置の構成図である。上記実施例１と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
上述説明した実施例では、ロッドインテグレータ１０６とカラーフィルタ１０９が接着され、固定配置された場合であった。しかし、本発明はこれに限るものではなく、カラーフィルタ１０９を着脱可能に構成する場合に於いても適用可能である。更には、図８に示すようにロッドインテグレータ１０６とカラーフィルタ１０９との間に空気層１４０を設ける場合においても、本発明が適用可能である。例えば、明るさを重視する場合には、図５に示すように、領域Ｗ１２１Ｗを設けたカラーフィルタ１２１を装着する。また、特定の波長領域の光を効率よく利用し、色再現性を重視する場合には、図４に示すように少なくとも１つの透過領域の面積を調整する事が可能なカラーフィルタ１２２を装着する。上記したように、ロッドインテグレータ１０６とカラーフィルタ１０９との界面に空気層１４０を設け、カラーフィルタ１０９を着脱可能な構成とすることにより、使用目的に応じた変更が可能となる。
【００２５】
また、ロッドインテグレータ１０６を図７に示すロッドインテグレータ１３０に置き換えることにより、カラーフィルタ１０９で照明装置外に反射される光の量を減少させることができ、特定の波長領域の光を効率よく利用できる。
【実施例４】
【００２６】
図９は、本発明による第４の実施例を示す光学ユニットの構成図である。上記実施例１と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図９において、照明装置１１１と、照明装置１１１からの出射光を折り曲げる全反射ミラー２０４、２０５は平板型偏光ビームスプリッタ、２１３は映像表示素子である反射型液晶パネルである。２０７は、カラーフィルタ１０９で空間的に複数色に色分離された各色光の短冊状（帯状）の出射形状を、映像表示素子２１３上のそれぞれ異なった場所に同時に照射し、該短冊状色光領域の照射場所を映像表示素子２１３上で所定方向に移動（スクロール）させるインテグレータ光学素子としての反射型回転多面体である。２０８、２０９、２１０はカラーフィルタ１０９の出射面形状を反射型液晶パネル２１３上に結像させる結像レンズ群、２１２は所定の偏光方向の偏光光（ここではＳ偏光）を透過させる入射側偏光板、２１６は入射側偏光板２１２とは異なる偏光方向の偏光光（ここではＰ偏光）を透過させる出射側偏光板、２１５は偏光ビームスプリッタプリズム、２１１は全反射ミラー２０４と平板型偏光ビームスプリッタ２０５との間に配置された偏光方向を変更するλ／２波長板である。２１８は入射側の偏光板２１２の前に配置された偏光方向を変換するλ／２波長板、２０６は偏光方向を調整するλ／４波長板、２１４は、偏光ビームスプリッタプリズム２１５と反射型液晶パネル２１３との間に配置されたコントラスト向上を行うλ／４波長板、２１７は投射レンズである。
【００２８】
ここで、以下の説明を容易とするために、便宜上、図９に示すような直交座標系を導入する。即ち、照明装置１１１の光軸方向をＸ軸、反射型回転多面体２０７の回転軸方向をＺ軸、Ｘ軸，Ｚ軸に直交する軸をＹ軸とする。従って、反射型液晶パネル２１３の表示面は、図９から明らかなように、ＸＺ平面に平行となる。
【００２９】
以上のように構成された光学ユニットにおいて、発光管１００から出射された光をリフレクタ１０１で反射して得られる光源１０２からの白色光は、開口部１１０、λ／４位相差板１０８を透過し、偏光ビームスプリッタ１０２に入射する。偏光ビームスプリッタ１０３は、Ｐ偏光光を透過させ、Ｓ偏光光を反射させる。偏光ビームスプリッタ１０３を透過したＰ偏光光は、ロッドインテグレータ１０６を透過し、カラーフィルタ１０９に入射する。
【００３０】
ここで、偏光ビームスプリッタ１０３で反射されたＳ偏光光は、特定の振動方向の偏光光を供給する為の再循環過程により、カラーフィルタ１０９に入射する。一方、偏光ビームスプリッタ１０３を透過したＰ偏光光は、ロッドインテグレータを透過し、カラーフィルタ１０９に入射する。なお、カラーフィルタ１０９で反射された特定の波長領域以外の波長領域の光は、特定の波長領域の光を効率よく供給する為の再循環過程により、再度カラーフィルタ１０９へ入射する。カラーフィルタ１０９に照射された光は、Ｒ、Ｇ、Ｂ光の３色光にＹ軸方向に空間的に分離される。従って、反射型液晶パネル２１３上には、３本のスクロール帯が照射されることになる。分離されたそれぞれの色光は、全反射ミラー２０４で光路が折り曲げられ、λ／２波長板２１１を透過することで、偏光方向がＰ偏光からＳ偏光へ変換され、平板型偏光ビームスプリッタ２０５に入射する。入射光はＳ偏光なので反射され、反射型回転多面体２０７に向かい、反射型回転多面体２０７で反射され、再び平板型偏光ビームスプリッタ２０５に入射する。平板型偏光ビームスプリッタ２０５と反射型回転多面体２０７との間にはλ／４波長板２０６が挿入されているので、この間を往復する間に偏光方向がＳ偏光からＰ偏光に変換されて、平板型偏光ビームスプリッタ２０５にはＰ偏光で入射する。今度は、各色光は平板型偏光ビームスプリッタ２０５を透過するが、λ／２波長板２１８でＳ偏光に変換された後、入射側偏光板２１２を透過し、偏光ビームスプリッタプリズム２１５で反射され、反射型液晶パネル２１３に照射される。この時、図１０のように、各色光（Ｗ光を含む）のスクロール帯１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂはそれぞれ反射型液晶パネル２１３の異なった場所に、照射される。そして、各スクロール帯は反射型液晶パネル２１３の短辺方向（Ｘ軸方向）に平行にスクロールされる。
【００３１】
反射型液晶パネル２１３から出射されたＳ偏光からＰ偏光に変換された光学像（映像）の光は、今度は偏光ビームスプリッタプリズム２１５を通過し、更に出射側偏光板２１６を透過した後、投射レンズ２１７を通してスクリーン（図示せず）に拡大投影される。
【００３２】
尚、映像表示素子としては、本実施例では反射型液晶パネルを用いているが、これに限定されるものではなく、透過型液晶パネル、強誘電性液晶パネル、及びマイクロミラーアレイパネル等のいずれかを適宜使用することができる。勿論、用いるライトバルブに合わせて、最適な光学系が選定されるのはいうまでもない。
【００３３】
上記のように、本発明の光学ユニットにおける照明装置１１１は、高い効率で特定の振動方向の偏光光と特定の波長領域の光を供給することができる。
【実施例５】
【００３４】
図１１は、本発明による第５の実施例を示す照明装置の構成図である。上記実施例１と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３５】
上述説明した実施例では、偏光ビームスプリッタ１０３と反射部１０５が隣接配置された場合であった。しかし、本発明はこれに限るものではない。すなわち、図１１（ｂ）に示すように偏光ビームスプリッタ１０３と反射部１０５との間に空気層１５０を設け、偏光ビームスプリッタ１０３と反射部１０５間の距離を可変とする場合においても、本発明が適用可能である事は明らかである。上述説明した実施例では、図１１（ａ）に示すように、発光管１００から出射された光は、リフレクタ１０１で反射し、偏光ビームスプリッタ１０３の方向へ進行する。偏光ビームスプリッタ１０３の入射端面には、開口部１１０が設けられている。開口部１１０から、偏光ビームスプリッタ１０３の内部に入射した光は、偏光分離面１０４により、Ｐ偏光光は透過し、Ｓ偏光光は反射する。偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１０４により反射されたＳ偏光光は（光Ｎ１）、反射部１０５により反射され、再度偏光ビームスプリッタ１０３の入射端面へ進行して開口部１１０から射出する（光Ｎ２）。本実施例は図１１（ｂ）に示すように、偏光ビームスプリッタ１０３と反射部１０７との界面に空気層を設け、偏光ビームスプリッタ１０３と反射部１０５間に所定の距離を離して配置している。このため、開口部１１０から、偏光ビームスプリッタ１０３の内部に入射したＳ偏光光のうち、偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１０４により反射された光は（光Ｏ１）、反射部１０５により反射され、反射ミラー１０７の方向へ進行し、反射ミラー１０７により反射され（光Ｏ２）、λ／４位相差板１０８を往復する事により偏光方向がＳ偏光からＰ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ１０３の出射端面方向へ進行する（光Ｏ３）。このように構成することにより、光源１０２から出射された光のうち、反射部１０５により反射され、開口部１１０から光源１０２の方向へ射出してしまう事を回避できる。これにより、光源１０２からの光を効率よく利用することができる。
【００３６】
尚、偏光ビームスプリッタ１０３と反射部１０５との間を硝子部材で構成しても、本発明が適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による第１の実施例を示す照明装置の構成図である。
【図２】本発明による第１の実施例を示す偏光ビームスプリッタとロッドインテグレータとカラーフィルタの動作説明図である。
【図３】本発明によるカラーフィルタの構成図である。
【図４】本発明による４つの領域から構成されるカラーフィルタの構成図である。
【図５】本発明による１つの透過領域の面積が異なる場合のカラーフィルタの構成図である。
【図６】本発明による第１の実施例の別の実施例を示す中空ロッドインテグレータを示す照明装置の構成図である
【図７】本発明による第２の実施例を示す照明装置の構成図である。
【図８】本発明による第３の実施例を示す照明装置の構成図である。
【図９】本発明による第４の実施例を示す照明装置の構成図である。
【図１０】本発明による反射型液晶パネル上の色光の動作を説明する図である。
【図１１】本発明による第５の実施例を示す照明装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００…発光管、１０１…リフレクタ、１０２…光源、１０３…偏光ビームスプリッタ、１０４…偏光分離面、１０５…反射部、１０６…ロッドインテグレータ、１０７…反射ミラー、１０８…λ／４位相差板、１０９…カラーフィルタ、１１０…開口部、１１１…照明装置、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７，Ｍ８、Ｎ１、Ｎ２、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３…光、Ｓ１…入射端面、Ｓ２…出射端面、１３０…ロッドインテグレータ、１３１…ロッドインテグレータ、１３２…反射ミラー、１２０Ｒ…領域Ｒ、１２０Ｇ…領域Ｇ、１２０Ｂ…領域Ｂ、１２１…カラーフィルタ、１２１Ｒ…領域Ｒ、１２１Ｇ…領域Ｇ、１２１Ｂ…領域Ｂ、１２１Ｗ…領域Ｗ、１２２…カラーフィルタ、１２２Ｒ…領域Ｒ、１２２Ｇ…領域Ｇ、１２２Ｂ…領域Ｗ、１４０…空気層、１５０…空気層、２０４…全反射ミラー、２０５…平板型偏光ビームスプリッタ、２０６…λ／４波長板、２０７…反射回転多面体、２０８、２０９、２１０…結像レンズ群、２１１…λ／２波長板、２１２…入射側偏光板、２１３…反射型液晶パネル、２１４…λ／４波長板、２１５…偏光ビームスプリッタプリズム、２１６…出射側偏光板、２１７…投射レンズ、１２Ｒ…スクロール帯Ｒ、１２Ｇ…スクロール帯Ｇ、１２Ｂ…スクロール帯Ｂ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から発せられた光のうち、第1の偏光光を透過させる偏光分離部と、
前記第1の偏光光の光強度分布を略均一化させるロッドインテグレータと、
前記ロッドインテグレータを透過した前記第1の偏光光のうち、特定波長成分を透過させ、該特定波長成分とは異なる他の波長成分を反射させるカラーフィルタとを有し、
前記偏光分離部は、前記第1の偏光光を透過させ、前記第1の偏光光と直交する第2の偏光光を反射させる偏光ビームスプリッタと、
該偏光ビームスプリッタの光入射端面に配される、光入射用開口部を有する第1の反射部と、
該第１の反射部と前記偏光ビームスプリッタとの間に配されるλ／４位相差板と、
前記第2の偏光光が反射される側であって、前記入射端面と直交する前記偏光ビームスプリッタの側部に配される第２の反射部とで構成され、
前記カラーフィルタで反射した前記他の波長成分の光を、再度前記ロッドインテグレータに戻すように構成したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記ロッドインテグレータは、入射端面の面積が出射端面の面積よりも小さい形状を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記ロッドインテグレータは、反射ミラーを内周面に設けた中空構造とすることを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れか1項に記載の照明装置。
【請求項４】
前記カラーフィルタは、特定波長成分として少なくとも赤色光、緑色光、青色光の各色光成分を透過する、異なる複数の領域から構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか1項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記カラーフィルタは、特定波長成分として赤色光、緑色光、青色光、白色光の各色光を透過する、異なる複数の領域から構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか1項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記異なる複数の領域のうち、少なくとも１つの領域の面積を他の領域の面積と異ならしめることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか1項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記カラーフィルタは、着脱可能な構成とすることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか1項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記ロッドインテグレータと前記カラーフィルタとを離間配置し空気層を設けた構成とすることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記第２の反射部は、前記偏光ビームスプリッタに対して、所定の距離を離間配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか1項に記載の照明装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか1項に記載の照明装置と、
映像信号に応じた光学像を形成させる映像表示素子と、
前記照明装置から出射された各複数色の光が入射され、それぞれの光軸方向を変えて出射し、前記複数色の光の各々を前記映像表示素子の異なった領域に照射するとともに、前記複数色の光の各々が照射される領域を所定方向に移動させるスクロール光学素子と、
前記映像表示素子から出射された光をカラー映像として投射する投射レンズとを有することを特徴とする映像表示装置。
【請求項１】
光源と、
前記光源から発せられた光のうち、第1の偏光光を透過させる偏光分離部と、
前記第1の偏光光の光強度分布を略均一化させるロッドインテグレータと、
前記ロッドインテグレータを透過した前記第1の偏光光のうち、特定波長成分を透過させ、該特定波長成分とは異なる他の波長成分を反射させるカラーフィルタとを有し、
前記偏光分離部は、前記第1の偏光光を透過させ、前記第1の偏光光と直交する第2の偏光光を反射させる偏光ビームスプリッタと、
該偏光ビームスプリッタの光入射端面に配される、光入射用開口部を有する第1の反射部と、
該第１の反射部と前記偏光ビームスプリッタとの間に配されるλ／４位相差板と、
前記第2の偏光光が反射される側であって、前記入射端面と直交する前記偏光ビームスプリッタの側部に配される第２の反射部とで構成され、
前記カラーフィルタで反射した前記他の波長成分の光を、再度前記ロッドインテグレータに戻すように構成したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記ロッドインテグレータは、入射端面の面積が出射端面の面積よりも小さい形状を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記ロッドインテグレータは、反射ミラーを内周面に設けた中空構造とすることを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れか1項に記載の照明装置。
【請求項４】
前記カラーフィルタは、特定波長成分として少なくとも赤色光、緑色光、青色光の各色光成分を透過する、異なる複数の領域から構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか1項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記カラーフィルタは、特定波長成分として赤色光、緑色光、青色光、白色光の各色光を透過する、異なる複数の領域から構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか1項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記異なる複数の領域のうち、少なくとも１つの領域の面積を他の領域の面積と異ならしめることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか1項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記カラーフィルタは、着脱可能な構成とすることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか1項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記ロッドインテグレータと前記カラーフィルタとを離間配置し空気層を設けた構成とすることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記第２の反射部は、前記偏光ビームスプリッタに対して、所定の距離を離間配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか1項に記載の照明装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか1項に記載の照明装置と、
映像信号に応じた光学像を形成させる映像表示素子と、
前記照明装置から出射された各複数色の光が入射され、それぞれの光軸方向を変えて出射し、前記複数色の光の各々を前記映像表示素子の異なった領域に照射するとともに、前記複数色の光の各々が照射される領域を所定方向に移動させるスクロール光学素子と、
前記映像表示素子から出射された光をカラー映像として投射する投射レンズとを有することを特徴とする映像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−２９３２４２（Ｐ２００６−２９３２４２Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１７６８２（Ｐ２００５−１１７６８２）
【出願日】平成１７年４月１５日（２００５．４．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１５日（２００５．４．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]