照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置
【課題】ロッドインテグレータからの照明光束の射出面の面積を大きくすることなく、この照明光束を偏光変換できるようにした照明装置を提供すること。
【解決手段】光源ランプ１０からの光束が導入される第１ロッドインテグレータ２１と、第１ロッドインテグレータ２１の斜めに切断された端面に設けられた偏光分離板２２と、この偏光分離板２２の表面に直交するように第１ロッドインテグレータ２１に対し交差状に接続される第２ロッドインテグレータ２５とを有する。第２ロッドインテグレータ２５は、長手方向の中間位置に１／４λ板２３を有するとともに、先端端面には全反射ミラー２４を有する。そして、偏光分離板２２では、一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）が透過され、他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光）を、第２ロッドインテグレータ２５内を長手方向に往復動させることにより一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）に偏光される。
【解決手段】光源ランプ１０からの光束が導入される第１ロッドインテグレータ２１と、第１ロッドインテグレータ２１の斜めに切断された端面に設けられた偏光分離板２２と、この偏光分離板２２の表面に直交するように第１ロッドインテグレータ２１に対し交差状に接続される第２ロッドインテグレータ２５とを有する。第２ロッドインテグレータ２５は、長手方向の中間位置に１／４λ板２３を有するとともに、先端端面には全反射ミラー２４を有する。そして、偏光分離板２２では、一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）が透過され、他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光）を、第２ロッドインテグレータ２５内を長手方向に往復動させることにより一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）に偏光される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、特に、映像形成領域に照射される照明光の面内光強度分布を均一なものとするために、光源ランプの光路にロッドインテグレータを用いた照明装置に関する。また、本発明は、このような照明装置を用いた投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような照明装置、及びこのような照明装置を用いた投写型映像表示装置としては、光源ランプの出射側に偏光変換素子が配置されるとともに、この偏光変換素子の出射側にロッドインテグレータが配置されているものが特許文献１により知られている。また、光源ランプの出射側にロッドインテグレータが配置されるとともに、このロッドインテグレータの出射側に偏光変換素子が配置されたものが特許文献２により知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４０８３９号公報
【特許文献２】特開２００７−７２２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、偏光変換素子の出射側にロッドインテグレータが配置されていた。このため、偏光変換素子の機能によって光源ランプからの照明光束を１種類の直線偏光光に変換したとしても、ロッドインテグレータの内面で多重反射されることにより、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
一方、特許文献２は、ロッドインテグレータにより照明光の面内光強度分布を均一にするとともに、特許文献１のような偏光度の低下を生じさせないようにしたものである。この特許文献２は、図８に示すように構成されている。すなわち、特許文献２は、照明光束を射出する光源ランプ１１０と、光源ランプ１１０からの照明光束を均一な面内光強度分布を有する照明光束に変換して射出するロッドインテグレータ１２０と、ロッドインテグレータ１２０から射出される照明光束を略１種類の直線偏光光に揃える偏光変換素子１３０と、導光部材１４０とを備えている。
【０００６】
偏光変換素子１３０は、偏光分離層１３１ａを有する偏光分離プリズム１３１と、反射層１３２ａを有する反射プリズム１３２と、λ／２板１３３とを有するものである。そして、ロッドインテグレータ１２０から照射される照明光束に含まれる直線偏光光のうち一方の直線偏光光（例えばＰ偏光光）は、偏光分離層１３１ａを透過し、λ／２板１３３において他方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）に変換されて出射される。また、ロッドインテグレータ１２０から照射される他方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）は、偏光分離層１３１ａにおいて照明光軸１１１に直角な方向に反射され、さらに、反射層１３２ａにより照明光軸１１１に平行な方向に反射されて出射される。
【０００７】
しかしながら、この特許文献２の場合は、偏光変換素子１３０を通過した後の照明光束の射出面の大きさがロッドインテグレータ１２０の射出面の大きさの倍になっていた。このため、その後段の光学系が大きくなり、それに伴いこの照明装置を利用する装置が大型化するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑み成されたもので、ロッドインテグレータからの照明光束の射出面の面積を大きくすることなく、この照明光束を偏光変換するようにした照明装置を提供すること、及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る照明装置は、上記課題を解決するために、照明光束を射出する光源ランプと、光源ランプからの照明光束が導入される導光装置とを有し、この導光装置は、光源ランプから射出された照明光束の面内光強度分布を均一化するための第１ロッドインテグレータと、第１ロッドインテグレータの斜め方向に切断された端面に設けられた偏光分離板と、この偏光分離板の表面に直交するように第１ロッドインテグレータに対し交差状に接続される第２ロッドインテグレータとからなり、この第２ロッドインテグレータは、長さ方向の中間位置に１／４λ板を有するとともに、その第２ロッドインテグレータの先端端面には全反射ミラーが配置され、前記第１ロッドインテグレータから伝播してくる照明光束は、この光束に含まれる直線偏光光のうち一方の直線偏光光が前記偏光分離板を透過し、他方の直線偏光光が前記偏光分離板により反射されて第２ロッドインテグレータに導かれ、この第２ロッドインテグレータに導かれた直線偏光光は、前記１／４λ板を経由して前記全反射ミラーで反射されるとともに、前記１／４λ板を再度経由して前記偏光分離板へ照射されるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る照明装置によれば、光源ランプからの照明光束が第１ロッドインテグレータに導かれて偏光分離板へ導かれる間に多重反射されることにより、面内光強度分布が均一化される。また、このように面内光強度分布が均一化された照明光束のうち一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）は、偏光分離板を透過し、他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光）は、偏光分離板で反射され第２ロッドインテグレータ内を反射しながら１／４λ板を透過して円偏光光に変換される。そして、円偏光光に変換された光束は、全反射ミラーにて全反射されて再度１／４λ板を透過することにより、前記一方の直線偏光光（Ｓ偏光光）に変換されて偏光分離板へ戻ってくる。このようにして、この光束は偏光分離板を透過して射出される。したがって、本発明においては、偏光分離板と第２ロッドインテグレータが偏光分離装置を構成している。このように、本照明装置によれば、偏光分離装置を構成する偏光分離板及び第２ロッドインテグレータの前段に、面内光強度分布を均一化するための第１ロッドインテグレータが設けられているので、偏光度の低下を来たすことなく光源ランプからの照明光束の面内光強度分布を均一化することができる。また、この照明装置の光射出面が第１ロッドインテグレータの斜め方向の端面と同一の大きさとなるので、この照明装置の後段に接続される機器を小型化することが可能となる。
【００１１】
この照明装置において、前記偏光分離板の出射面側に導光部材としての第３ロッドインテグレータが設けられ、この第３ロッドインテグレータの端面と前記第１ロッドインテグレータの端面との間に前記偏光分離板が配置されるように構成されていることが好ましい。このように構成すれば、第３ロッドインテグレータを、後段の光学系へ照明光束を導くために必要な長さとすることにより、偏光分離板から射出される光束を第３ロッドインテグレータにより所定の位置の後段機器へ容易に案内することができるので、照明装置の光射出面を大きくすることなく照明光束を後段の機器へ容易に導くことができる。
【００１２】
また、前記第１ロッドインテグレータと前記第２ロッドインテグレータとが交差して接合される接合面には、第１ロッドインテグレータ及び第２ロッドインテグレータを構成する素材の屈折率より低い屈折率からなる低屈折率層が形成されていることが好ましい。第１ロッドインテグレータの内部では偏光の揃っていない照明光束が内面反射しており、しかもさまざまな角度を有しているが、このような低屈折率層を設けることにより、光源ランプからの照明光束の一部（例えばＳ偏光光）が偏光分離板に到達する前に第２ロッドインテグレータに入射することが防止される。偏光分離板に到達する前に照明光束の一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）が第２ロッドインテグレータに入射すると、第２ロッドインテグレータにおいて他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光）に変換されて偏光分離板へ戻ってくることがある。この場合、他方の直線偏光光が偏光分離板を透過せず第１ロッドインテグレータへ逆戻りすることがあり、照明光の利用効率が低下するとともに迷光が増加する。
【００１３】
前記第１ロッドインテグレータ及び第２ロッドインテグレータは中実の棒状部材からなるとともに、その交差する接合面が低屈折率の材料からなる接着剤により接着され、この接着剤が前記低屈折率層を形成することが好ましい。このように構成すると、第１ロッドインテグレータ及び第２ロッドインテグレータが組み合わされる導光装置の組み付けが容易になる。
【００１４】
前記第２ロッドインテグレータは、長さ方向中間位置において分断され、この分断面に１／４λ板が配置されるとともに、この１／４λ板がこの分断面に接着剤により接着されていることが好ましい。このように構成すると偏光分離板で反射された一方の直線偏光光を他方の直線偏光光に変換する第２ロッドインテグレータの構成が簡略化される。
【００１５】
前記偏光分離板は、前記第１ロッドインテグレータの端面及び第３ロッドインテグレータの端面に対しそれぞれ接着剤により接着されていることが好ましい。このように構成すると第１ロッドインテグレータ、偏光分離板及び第３ロッドインテグレータの結合構成が簡略化される。
【００１６】
また、前記第１ロッドインテグレータの光入射面には複数の光源ランプからの照明光束が入射するように構成されているようにすることができる。このように構成すると、光源ランプを複数個にすることにより照度アップした照明装置を提供することができる。
【００１７】
また、本発明に係る投写型映像表示装置は、上記記載の照明装置と、この照明装置からの照明光束を映像情報に応じて変調する変調装置と、この変調装置により変調された映像光を投写する投写光学系とを備えていることを特徴とする。このように構成すれば、ロッドインテグレータにより面内光強度分布が均一化された照明装置からの出射光が用いられるとともに、ロッドインテグレータ通過後の偏光度の低下を少なくし、さらに、この照明装置の後段に接続される装置の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る照明装置によれば、偏光分離装置を構成する偏光分離板及び第２ロッドインテグレータの前段に、面内光強度分布を均一化するための第１ロッドインテグレータが設けられているので、偏光度の低下を来たすことなく光源ランプからの照明光束の面内光強度分布を均一化することができる。また、この照明装置の光射出面が第１ロッドインテグレータの斜め方向に切断された端面と同一の大きさとなるので、この照明装置の後段に接続される機器を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る照明装置を用いた投写型映像表示装置全体の光学系系統図である。
【図２】同投写型映像表示装置における照明装置に係り、第１ロッドインテグレータから光軸方向の光束が導入される場合の動作図である。
【図３】同投写型映像表示装置における照明装置に係り、第１ロッドインテグレータから内面で多重反射されてくる光束が導入される場合の動作図である。
【図４】同照明装置における低屈折率層の機能説明用の参考動作図である。
【図５】同照明装置における各部の配置条件の説明図である。
【図６】同照明装置における各部の配置条件を理解するための参考動作図である
【図７】本発明の変形例に係る投写型映像表示装置全体の光学系系統図である。
【図８】従来例に係る照明装置の要部構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置の光学系について、図１を参照しながら説明する。
本実施の形態に係る投写型映像表示装置は、図１に示すような照明装置１を備えている。また、照明装置１から出射された光束を赤、緑、青の各色光に分離し変調するために結像レンズ２ａ，２ｂと、ダイクロイックミラー３ａ、３ｂと、反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃと、リレーレンズ５ａ，５ｂと、集光レンズ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと、赤、緑、青色用の透過型液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを備えている。また、分離され変調された各色光を合成して投写するためにダイクロイックプリズム８と、投写レンズ９と、スクリーンＳとを備えている。
【００２１】
照明装置１は、光源ランプ１０と、導光装置２０とを備えている。
光源ランプ１０は、楕円形リフレクタ１１を備えており、出射された照明光が導光装置２０の入射面に結像するように出射されている。導光装置２０には、面内光強度分布を均一にするための第１ロッドインテグレータ２１、及び第１ロッドインテグレータ２１からの照明光を略１種類の直線偏光光に変換するための偏光分離板２２が設けられている。また、導光装置２０には、偏光分離板２２で反射された直線偏光光を他の直線偏光光に変換するように１／４λ板２３及び全反射ミラー２４を備えた第２ロッドインテグレータ２５と、偏光された照明光を所定位置に案内するための、導光部材としての第３ロッドインテグレータ２６とが設けられている。なお、この導光装置２０の詳細については後述する。
【００２２】
結像レンズ２ａ，２ｂ及び集光レンズ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは、上記照明装置１の出射面から出射される照明光束を、発散させずに照明装置１の出射面と略共役の位置に配置されている透過型液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂの被照明領域に結像させるためのものである。
【００２３】
結像レンズ２ａ，２ｂと集光レンズ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの間に配置されているダイクロイックミラー３ａ，３ｂは、色分離機能を有する部材である。第一のダイクロイックミラー３ａは、赤色波長域を反射し、他の波長域を透過させる機能を有する。第二のダイクロイックミラー３ｂは、緑色波長域を反射し、青色波長域を透過する機能を有する。照明装置１からの照明光はこれらダイクロイックミラー３ａ，３ｂにより赤、緑、青の３色光に分離されて、それぞれの色光用の透過型液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂへ導かれ、画像情報又は映像情報に基づき光変調される。なお、リレーレンズ５ａ，５ｂはダイクロイックミラー３ｂを透過した照明光束を集光レンズ６Ｂまで発散させずに到達させる機能を有している。
【００２４】
透過型液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂにより光変調された各色光は、ダイクロイックプリズム８によって合成される。そして、合成された光束は、投写レンズ９によって拡大投射され、スクリーンＳ上に投影表示される。
【００２５】
次に、本発明の要部である導光装置２０構造及び作用の詳細について、図１〜図７に基づき詳細に説明する。
本実施の形態に係る導光装置の第１ロッドインテグレータ２１は、断面４角形のガラス製の中実棒状部材からなる。光源ランプ１０からの照明光は、図１に示すように導光装置２０の入射面となる第１ロッドインテグレータ２１の入射面に結像するように出射される。これにより、光源ランプ１０からの照明光が導光装置に導入され易く構成されている。
【００２６】
光源ランプ１０からの出射光は、第１ロッドインテグレータ２１に入射された後、ガラス製の中実棒状部材からなる第１ロッドインテグレータ２１の内面において多重反射されながら他端面へ導かれる。また、この他端面には、図２等に示すように偏光分離板２２が取り付けられている。
【００２７】
そして、偏光分離板２２に直交するように、かつ、第１ロッドインテグレータ２１に対し交差するように第２ロッドインテグレータ２５が接続されている。また、第２ロッドインテグレータ２５は、長さ方方向の中間位置において分断されるとともに、この分断面に１／４λ板２３が配置される、接着により固定されている。また、第２ロッドインテグレータ２５の先端端面には全反射ミラー２４が配置されている。この第２ロッドインテグレータ２５は、各部の寸法は異なるが第１ロッドインテグレータ２１と同一の素材により同様構造に形成されている。そして、第１ロッドインテグレータ２１と第２ロッドインテグレータ２５とは、互いに交差して接合する接合面において接着剤により接着されている。この接着剤は、第１ロッドインテグレータ及び第２ロッドインテグレータを構成する素材の屈折率より低い屈折率からなり、低屈折率層２７を成すように形成されている。
【００２８】
また、偏光分離板２２の出射面側に、偏光分離板２２から出射される照明光束を所定の位置に配置された後段の光学系に導くための導光部材としての第３ロッドインテグレータ２６が設けられ、この第３ロッドインテグレータ２６の端面と第１ロッドインテグレータ２１の端面との間に偏光分離板２２が配置されるように構成されている。第３ロッドインテグレータ２６は、基本的には偏光分離板２２から出射された光を所定位置に導くために設けられたものであるため、各部の寸法は異なるが、第１ロッドインテグレータ２１と同一の素材により同様の構造に形成されている。
【００２９】
そして、このように形成された導光装置２０に対し、光源ランプ１０から照明光が入射されると、照明光束は第１ロッドインテグレータ２１における内面で多重反射を繰り返しながら偏光分離板２２の方へ導かれる。
【００３０】
この第１ロッドインテグレータ２１の光軸方向に伝播してきた照明光束は、図２に示すように、偏光分離板２２に導かれ（直線矢印参照）、一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光、破線矢印参照）は偏光分離板２２を透過し、他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光、１点鎖線参照）は偏光分離板２２で反射される。偏光分離板２２で反射され直線偏光光（Ｐ偏光光）は、第２ロッドインテグレータ２５内を多重反射しながら１／４λ板２３を透過して円偏光光（２点鎖線参照）に変換される。そして、円偏光光に変換された光束は、全反射ミラー２４にて全反射されて再度１／４λ板２３を透過することにより、偏光分離板２２を透過する直線偏光光（Ｓ偏光光）に変換されて、偏光分離板２２へ再度導かれる。
【００３１】
一方、第１ロッドインテグレータ２１内を内面で反射されながら進んできた照明光束は、図３に示すように、低屈折率層２７（接着剤による層）で全反射されて偏光分離板２２へ導かれる。照明光束が全反射されるのは次の理由による。低屈折率層２７への入射光角をφ１、第１ロッドインテグレータ２１の屈折率をｎ１、低屈折率層２７の屈折率をｎ２、第１ロッドインテグレータ２１内を伝搬する光束が低屈折率層２７で全反射される臨界角をφとしたときに、ｓｉｎφ＝ｎ１／ｎ２となる。また、前述のようにｎ１＞ｎ２となるように素材が選択されており、φ１＞φとなるように設定されている。また、偏光分離板２２に導かれた光束は、一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光、破線矢印参照）が偏光分離板２２を透過し、他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光、１点鎖線参照）が偏光分離板２２で反射される。この反射光の低屈折率層２７への入射角をφ２とすると、φ２＜φとなっており全反射の条件を満たさないため、偏光分離板２２で反射された直線偏光光（Ｐ偏光光）は、低屈折率層２７を透過して第２ロッドインテグレータ２５に導かれる。
【００３２】
第２ロッドインテグレータ２５に導かれた反射光（Ｐ偏光光）は、第２ロッドインテグレータ２５内を反射しながら１／４λ板２３を透過して円偏光光（２点鎖線参照）に変換される。また、円偏光光に変換された光束は、全反射ミラー２４にて全反射されて再度１／４λ板２３を透過することにより、偏光分離板２２を透過する直線偏光光（Ｓ偏光光）に変換されて、偏光分離板２２へ再度導かれて偏光分離板２２を透過する。
【００３３】
このようにして、光源ランプ１０から導光装置２０に導かれた照明光は、低屈折率層２７が存在することにより、偏光分離板２２へ導かれる。そして、一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光、破線矢印参照）は偏光分離板２２を透過し、他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光、１点鎖線参照）は偏光分離板２２で反射される。また、偏光分離板２２で反射された他方の直線偏光光（Ｐ偏光光）が第２ロッドインテグレータ２５内に導かれ、第２ロッドインテグレータ２５内で一方の直線偏光光（Ｓ偏光光）に変換されて、偏光分離板２２へ再度導かれて偏光分離板２２を透過する。
【００３４】
このように、第１ロッドインテグレータから伝播してくる照明光束は、偏光分離板２２、第２ロッドインテグレータ２５、及び低屈折率層２７により１種類の直線偏光光に変換され、第３ロッドインテグレータ２６を通じて後段の光学系へ導かれる。したがって、この実施の形態において、第１ロッドインテグレータ２１の後段側に配置される偏光分離板２２、第２ロッドインテグレータ２５、及び低屈折率層２７は、第１ロッドインテグレータ２１から伝播してくる照明光束を１種類の偏光光に変換する偏光分離装置を構成する。
【００３５】
なお、低屈折率層２７が存在しない場合は、例えば図４に示すように、次のような不都合が発生する。
すなわち、第１ロッドインテグレータ２１内を伝播してきた光束のうちの，Ｓ偏光光は、低屈折率層２７が存在しないため第１ロッドインテグレータ２１から直接第２ロッドインテグレータ２５内に入る。そして、第２ロッドインテグレータ内で反射されながら先端側へ進行し、１／４λ板２３を介し先端の全反射ミラー２４で反射されてＰ偏光光となって偏光分離板２２へ導かれる。しかしながら、この光束は、Ｐ偏光光であるため偏光分離板２２で反射され再度第１ロッドインテグレータ２１へ戻される。したがって、このような動作が発生すると、光源ランプ１０から発生された照明光束の利用効率が低下するとともに、迷光が発生するという問題が生ずる。
【００３６】
次に、第１ロッドインテグレータ２１、第２ロッドインテグレータ２５、第３ロッドインテグレータ２６及び偏光分離板２２の相対位置は、次のような関係に構成されている。これを図５及び図６を用いながら説明する。
【００３７】
図５に示すように、第２ロッドインテグレータ２５は、中心線が偏光分離板２２の法線Ｑの方向と同一とする。また、第１ロッドインテグレータ２１内を反射しながら伝搬する照明光束と第１ロッドインテグレータ２１の内面との成す最大角度をαとする。また、第３ロッドインテグレータ２６の垂直断面と偏光分離板２２との成す角度をθａ、第１ロッドインテグレータ２１と第３ロッドインテグレータ２６との成す角度をθｂ、第２ロッドインテグレータ２５と第３ロッドインテグレータ２６との成す角度をθｃとする。そして、偏光分離板２２に入射される照明光束の偏光分離板２２の法線Ｑに対する角度をβとする。さらに、角度βは、偏光分離板２２に入射される光束が図５に図示されるように法線Ｑの下側から入射される場合を正とする。
【００３８】
このように設定して定義した場合、βは、β＝θａ＋θｂ−αで表される。
また、偏光分離板２２で反射された光束（この実施の形態の場合はＰ偏光光）が支障なく第２ロッドインテグレータ２５に入射されるには、β＝θａ＋θｂ−α＞０（すなわち、角度βが正）でなければならない。
【００３９】
角度βが正の場合は、図５に示すように低屈折率層２７で全反射された光束のうち一方の直線偏光光（この実施の形態の場合Ｓ偏光光）が偏光分離板２２を透過し、他の直線偏光光（この実施の形態の場合Ｐ偏光光）が偏光分離板２２で反射され、第２ロッドインテグレータ２５の方向に導かれる。したがって、この場合は、所定の偏光分離機能が発揮される。しかしながら、角度βが負の場合は、図６に示すように偏光分離板２２で反射された他の直線偏光光（この実施の形態の場合Ｐ偏光光）が第２ロッドインテグレータ２５の方向ではなく第１ロッドインテグレータ２１の方向に反射される。したがって、この場合は、光源ランプ１０から発生された照明光束の利用効率が低下するとともに、迷光が発生するという問題が生ずる。
【００４０】
以上のごとく構成された本実施の形態によれば次の効果を奏することができる。
（１）光源ランプ１０からの照明光束は、偏光分離装置を構成する偏光分離板２２、第２ロッドインテグレータ２５、及び低屈折率層２７へ導かれる前に、第１ロッドインテグレータ２１に導かれて多重反射されることにより、面内光強度分布が均一化される。
【００４１】
（２）面内光強度分布を均一化するための第１ロッドインテグレータ２１の後段側に、偏光分離板２２、第２ロッドインテグレータ２５、及び低屈折率層２７からなる偏光分離装置が設けられているので、偏光度の低下を来たすことなく光源ランプ１０からの照明光束の面内光強度分布を均一化することができる。
【００４２】
（３）照明装置１の光射出面は、第１ロッドインテグレータ２１の斜め方向の端面と同一の大きさとなるので、この照明装置１の後段に接続される機器を小型化することができる。
【００４３】
（５）この照明装置１においては、偏光分離板２２の出射面側に偏光された照明光を所定位置に案内するための導光部材としての第３ロッドインテグレータ２６が設けられている。したがって、偏光分離板２２から射出される光束を、第３ロッドインテグレータ２６により所定の位置に配置されている後段の光学系へ、照明装置１の光射出面を大きくすることなく容易に導くことができる。
【００４４】
（６）第１ロッドインテグレータ２１と前記第２ロッドインテグレータ２５とが交差する接合面には、第１ロッドインテグレータ２１及び第２ロッドインテグレータ２５を構成する素材の屈折率ｎ１，ｎ２より低い屈折率からなる低屈折率層２７が形成されている。したがって、第１ロッドインテグレータ２１の内部では偏光の揃っていない照明光束が内面反射しており、しかもさまざまな角度を有している。しかし、このような低屈折率層２７が設けられることにより、光源ランプ１０からの照明光束が偏光分離板２２に到達する前に第２ロッドインテグレータ２５に入射することが防止される。なお、低屈折率層２７が設けられていない場合は、偏光分離板２２に到達する前に照明光束の一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）が第２ロッドインテグレータ２５に入射する。そして、第２ロッドインテグレータ２５において他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光）に変換されて偏光分離板２２へ戻ってくる。この場合、他方の直線偏光光（Ｐ偏光光）が偏光分離板２２を透過せず第１ロッドインテグレータ２１へ逆戻りすることになり、照明光の利用効率が低下するとともに迷光が増加する。
【００４５】
（７）第１ロッドインテグレータ２１及び第２ロッドインテグレータ２５は中実の部材からなるとともに、その交差する接合面が低屈折率の材料からなる接着剤により接着され、この接着剤が前述の低屈折率層２７を形成している。したがって、第１ロッドインテグレータ２１及び第２ロッドインテグレータ２５が組み合わされる導光装置２０の組み付けが容易になる。
【００４６】
（８）第２ロッドインテグレータ２５は、長さ方向中間位置において分断され、この分断面に１／４λ板２３が配置されるとともに、１／４λ板２３がこの分断面に接着剤により接着されている。したがって、偏光分離板２２で反射された一方の直線偏光光を他方の直線偏光光に変換する第２ロッドインテグレータ２５の構成を簡略化することができる。
【００４７】
（９）偏光分離板２２は、第１ロッドインテグレータ２１の端面及び第３ロッドインテグレータ２６の端面に対しそれぞれ接着剤により接着されるように構成されているので、第１ロッドインテグレータ２１、偏光分離板２２及び第３ロッドインテグレータ２６の組付け構造が簡略化される。
【００４８】
（１０）また、本発明に係る投写型映像表示装置は、上記記載の照明装置１と、この照明装置１からの照明光束を映像情報に応じて変調する変調装置と、この変調装置により変調された映像光を投写する投写光学系とを備えているので、この照明装置１の後段に接続される機器が小型化され、全体としても小型化される。
【００４９】
（変形例）
本発明は、上記実施の形態において以下のように変更することができる。
・前記実施の形態においては、第１ロッドインテグレータ２１の光入射面に１個の光源ランプ１０からの光束が入射されていたが、光源ランプ１０を複数としてもよい。例えば、図７に示すように、二つの光源ランプ１０からの照明光束を第１ロッドインテグレータ２１の光入射面に同時に入射するように構成することもできる。このようにすれば、照明装置１の照度を向上させることができる。
【００５０】
・また、この図７においては、照明光束を直接第１ロッドインテグレータ２１の入射面に照射しているが、二つの光源ランプ１０と第１ロッドインテグレータ２１との間にミラーやレンズを設置し、反射や屈折を利用してそれぞれの光源ランプ１０からの照明光束を第１ロッドインテグレータ２１の入射面に導くようにしてもよい。
【００５１】
・第１ロッドインテグレータ２１、第２ロッドインテグレータ２５及び第３ロッドインテグレータ２６は、それぞれ中実のガラス製棒状部材として形成されているが、中空構造のもの、すなわちライトトンネルとも称される断面四辺形の外周４面をガラス製板材により構成し、その内面で光束を反射させるようにしたものとしてもよい。
【００５２】
・投写型映像表示装置の光学系として、３板式の透過型液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを用いたものとしているが、他の形式の光学系を用いたものとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る照明装置は、種々の照明装置に適用できる他、投写型映像表示装置などの発光量の大きい照明装置を使用する装置に幅広く使用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１…照明装置、１０…光源ランプ、２０…導光装置、２１…第１ロッドインテグレータ、２２…偏光分離板、２３…１／４λ板、２４…全反射ミラー、２５…第２ロッドインテグレータ、２６…第３ロッドインテグレータ、２７…低屈折率層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、特に、映像形成領域に照射される照明光の面内光強度分布を均一なものとするために、光源ランプの光路にロッドインテグレータを用いた照明装置に関する。また、本発明は、このような照明装置を用いた投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような照明装置、及びこのような照明装置を用いた投写型映像表示装置としては、光源ランプの出射側に偏光変換素子が配置されるとともに、この偏光変換素子の出射側にロッドインテグレータが配置されているものが特許文献１により知られている。また、光源ランプの出射側にロッドインテグレータが配置されるとともに、このロッドインテグレータの出射側に偏光変換素子が配置されたものが特許文献２により知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４０８３９号公報
【特許文献２】特開２００７−７２２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、偏光変換素子の出射側にロッドインテグレータが配置されていた。このため、偏光変換素子の機能によって光源ランプからの照明光束を１種類の直線偏光光に変換したとしても、ロッドインテグレータの内面で多重反射されることにより、偏光変換素子から射出される照明光束の偏光度が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
一方、特許文献２は、ロッドインテグレータにより照明光の面内光強度分布を均一にするとともに、特許文献１のような偏光度の低下を生じさせないようにしたものである。この特許文献２は、図８に示すように構成されている。すなわち、特許文献２は、照明光束を射出する光源ランプ１１０と、光源ランプ１１０からの照明光束を均一な面内光強度分布を有する照明光束に変換して射出するロッドインテグレータ１２０と、ロッドインテグレータ１２０から射出される照明光束を略１種類の直線偏光光に揃える偏光変換素子１３０と、導光部材１４０とを備えている。
【０００６】
偏光変換素子１３０は、偏光分離層１３１ａを有する偏光分離プリズム１３１と、反射層１３２ａを有する反射プリズム１３２と、λ／２板１３３とを有するものである。そして、ロッドインテグレータ１２０から照射される照明光束に含まれる直線偏光光のうち一方の直線偏光光（例えばＰ偏光光）は、偏光分離層１３１ａを透過し、λ／２板１３３において他方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）に変換されて出射される。また、ロッドインテグレータ１２０から照射される他方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）は、偏光分離層１３１ａにおいて照明光軸１１１に直角な方向に反射され、さらに、反射層１３２ａにより照明光軸１１１に平行な方向に反射されて出射される。
【０００７】
しかしながら、この特許文献２の場合は、偏光変換素子１３０を通過した後の照明光束の射出面の大きさがロッドインテグレータ１２０の射出面の大きさの倍になっていた。このため、その後段の光学系が大きくなり、それに伴いこの照明装置を利用する装置が大型化するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑み成されたもので、ロッドインテグレータからの照明光束の射出面の面積を大きくすることなく、この照明光束を偏光変換するようにした照明装置を提供すること、及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る照明装置は、上記課題を解決するために、照明光束を射出する光源ランプと、光源ランプからの照明光束が導入される導光装置とを有し、この導光装置は、光源ランプから射出された照明光束の面内光強度分布を均一化するための第１ロッドインテグレータと、第１ロッドインテグレータの斜め方向に切断された端面に設けられた偏光分離板と、この偏光分離板の表面に直交するように第１ロッドインテグレータに対し交差状に接続される第２ロッドインテグレータとからなり、この第２ロッドインテグレータは、長さ方向の中間位置に１／４λ板を有するとともに、その第２ロッドインテグレータの先端端面には全反射ミラーが配置され、前記第１ロッドインテグレータから伝播してくる照明光束は、この光束に含まれる直線偏光光のうち一方の直線偏光光が前記偏光分離板を透過し、他方の直線偏光光が前記偏光分離板により反射されて第２ロッドインテグレータに導かれ、この第２ロッドインテグレータに導かれた直線偏光光は、前記１／４λ板を経由して前記全反射ミラーで反射されるとともに、前記１／４λ板を再度経由して前記偏光分離板へ照射されるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る照明装置によれば、光源ランプからの照明光束が第１ロッドインテグレータに導かれて偏光分離板へ導かれる間に多重反射されることにより、面内光強度分布が均一化される。また、このように面内光強度分布が均一化された照明光束のうち一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）は、偏光分離板を透過し、他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光）は、偏光分離板で反射され第２ロッドインテグレータ内を反射しながら１／４λ板を透過して円偏光光に変換される。そして、円偏光光に変換された光束は、全反射ミラーにて全反射されて再度１／４λ板を透過することにより、前記一方の直線偏光光（Ｓ偏光光）に変換されて偏光分離板へ戻ってくる。このようにして、この光束は偏光分離板を透過して射出される。したがって、本発明においては、偏光分離板と第２ロッドインテグレータが偏光分離装置を構成している。このように、本照明装置によれば、偏光分離装置を構成する偏光分離板及び第２ロッドインテグレータの前段に、面内光強度分布を均一化するための第１ロッドインテグレータが設けられているので、偏光度の低下を来たすことなく光源ランプからの照明光束の面内光強度分布を均一化することができる。また、この照明装置の光射出面が第１ロッドインテグレータの斜め方向の端面と同一の大きさとなるので、この照明装置の後段に接続される機器を小型化することが可能となる。
【００１１】
この照明装置において、前記偏光分離板の出射面側に導光部材としての第３ロッドインテグレータが設けられ、この第３ロッドインテグレータの端面と前記第１ロッドインテグレータの端面との間に前記偏光分離板が配置されるように構成されていることが好ましい。このように構成すれば、第３ロッドインテグレータを、後段の光学系へ照明光束を導くために必要な長さとすることにより、偏光分離板から射出される光束を第３ロッドインテグレータにより所定の位置の後段機器へ容易に案内することができるので、照明装置の光射出面を大きくすることなく照明光束を後段の機器へ容易に導くことができる。
【００１２】
また、前記第１ロッドインテグレータと前記第２ロッドインテグレータとが交差して接合される接合面には、第１ロッドインテグレータ及び第２ロッドインテグレータを構成する素材の屈折率より低い屈折率からなる低屈折率層が形成されていることが好ましい。第１ロッドインテグレータの内部では偏光の揃っていない照明光束が内面反射しており、しかもさまざまな角度を有しているが、このような低屈折率層を設けることにより、光源ランプからの照明光束の一部（例えばＳ偏光光）が偏光分離板に到達する前に第２ロッドインテグレータに入射することが防止される。偏光分離板に到達する前に照明光束の一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）が第２ロッドインテグレータに入射すると、第２ロッドインテグレータにおいて他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光）に変換されて偏光分離板へ戻ってくることがある。この場合、他方の直線偏光光が偏光分離板を透過せず第１ロッドインテグレータへ逆戻りすることがあり、照明光の利用効率が低下するとともに迷光が増加する。
【００１３】
前記第１ロッドインテグレータ及び第２ロッドインテグレータは中実の棒状部材からなるとともに、その交差する接合面が低屈折率の材料からなる接着剤により接着され、この接着剤が前記低屈折率層を形成することが好ましい。このように構成すると、第１ロッドインテグレータ及び第２ロッドインテグレータが組み合わされる導光装置の組み付けが容易になる。
【００１４】
前記第２ロッドインテグレータは、長さ方向中間位置において分断され、この分断面に１／４λ板が配置されるとともに、この１／４λ板がこの分断面に接着剤により接着されていることが好ましい。このように構成すると偏光分離板で反射された一方の直線偏光光を他方の直線偏光光に変換する第２ロッドインテグレータの構成が簡略化される。
【００１５】
前記偏光分離板は、前記第１ロッドインテグレータの端面及び第３ロッドインテグレータの端面に対しそれぞれ接着剤により接着されていることが好ましい。このように構成すると第１ロッドインテグレータ、偏光分離板及び第３ロッドインテグレータの結合構成が簡略化される。
【００１６】
また、前記第１ロッドインテグレータの光入射面には複数の光源ランプからの照明光束が入射するように構成されているようにすることができる。このように構成すると、光源ランプを複数個にすることにより照度アップした照明装置を提供することができる。
【００１７】
また、本発明に係る投写型映像表示装置は、上記記載の照明装置と、この照明装置からの照明光束を映像情報に応じて変調する変調装置と、この変調装置により変調された映像光を投写する投写光学系とを備えていることを特徴とする。このように構成すれば、ロッドインテグレータにより面内光強度分布が均一化された照明装置からの出射光が用いられるとともに、ロッドインテグレータ通過後の偏光度の低下を少なくし、さらに、この照明装置の後段に接続される装置の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る照明装置によれば、偏光分離装置を構成する偏光分離板及び第２ロッドインテグレータの前段に、面内光強度分布を均一化するための第１ロッドインテグレータが設けられているので、偏光度の低下を来たすことなく光源ランプからの照明光束の面内光強度分布を均一化することができる。また、この照明装置の光射出面が第１ロッドインテグレータの斜め方向に切断された端面と同一の大きさとなるので、この照明装置の後段に接続される機器を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る照明装置を用いた投写型映像表示装置全体の光学系系統図である。
【図２】同投写型映像表示装置における照明装置に係り、第１ロッドインテグレータから光軸方向の光束が導入される場合の動作図である。
【図３】同投写型映像表示装置における照明装置に係り、第１ロッドインテグレータから内面で多重反射されてくる光束が導入される場合の動作図である。
【図４】同照明装置における低屈折率層の機能説明用の参考動作図である。
【図５】同照明装置における各部の配置条件の説明図である。
【図６】同照明装置における各部の配置条件を理解するための参考動作図である
【図７】本発明の変形例に係る投写型映像表示装置全体の光学系系統図である。
【図８】従来例に係る照明装置の要部構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置の光学系について、図１を参照しながら説明する。
本実施の形態に係る投写型映像表示装置は、図１に示すような照明装置１を備えている。また、照明装置１から出射された光束を赤、緑、青の各色光に分離し変調するために結像レンズ２ａ，２ｂと、ダイクロイックミラー３ａ、３ｂと、反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃと、リレーレンズ５ａ，５ｂと、集光レンズ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと、赤、緑、青色用の透過型液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを備えている。また、分離され変調された各色光を合成して投写するためにダイクロイックプリズム８と、投写レンズ９と、スクリーンＳとを備えている。
【００２１】
照明装置１は、光源ランプ１０と、導光装置２０とを備えている。
光源ランプ１０は、楕円形リフレクタ１１を備えており、出射された照明光が導光装置２０の入射面に結像するように出射されている。導光装置２０には、面内光強度分布を均一にするための第１ロッドインテグレータ２１、及び第１ロッドインテグレータ２１からの照明光を略１種類の直線偏光光に変換するための偏光分離板２２が設けられている。また、導光装置２０には、偏光分離板２２で反射された直線偏光光を他の直線偏光光に変換するように１／４λ板２３及び全反射ミラー２４を備えた第２ロッドインテグレータ２５と、偏光された照明光を所定位置に案内するための、導光部材としての第３ロッドインテグレータ２６とが設けられている。なお、この導光装置２０の詳細については後述する。
【００２２】
結像レンズ２ａ，２ｂ及び集光レンズ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは、上記照明装置１の出射面から出射される照明光束を、発散させずに照明装置１の出射面と略共役の位置に配置されている透過型液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂの被照明領域に結像させるためのものである。
【００２３】
結像レンズ２ａ，２ｂと集光レンズ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの間に配置されているダイクロイックミラー３ａ，３ｂは、色分離機能を有する部材である。第一のダイクロイックミラー３ａは、赤色波長域を反射し、他の波長域を透過させる機能を有する。第二のダイクロイックミラー３ｂは、緑色波長域を反射し、青色波長域を透過する機能を有する。照明装置１からの照明光はこれらダイクロイックミラー３ａ，３ｂにより赤、緑、青の３色光に分離されて、それぞれの色光用の透過型液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂへ導かれ、画像情報又は映像情報に基づき光変調される。なお、リレーレンズ５ａ，５ｂはダイクロイックミラー３ｂを透過した照明光束を集光レンズ６Ｂまで発散させずに到達させる機能を有している。
【００２４】
透過型液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂにより光変調された各色光は、ダイクロイックプリズム８によって合成される。そして、合成された光束は、投写レンズ９によって拡大投射され、スクリーンＳ上に投影表示される。
【００２５】
次に、本発明の要部である導光装置２０構造及び作用の詳細について、図１〜図７に基づき詳細に説明する。
本実施の形態に係る導光装置の第１ロッドインテグレータ２１は、断面４角形のガラス製の中実棒状部材からなる。光源ランプ１０からの照明光は、図１に示すように導光装置２０の入射面となる第１ロッドインテグレータ２１の入射面に結像するように出射される。これにより、光源ランプ１０からの照明光が導光装置に導入され易く構成されている。
【００２６】
光源ランプ１０からの出射光は、第１ロッドインテグレータ２１に入射された後、ガラス製の中実棒状部材からなる第１ロッドインテグレータ２１の内面において多重反射されながら他端面へ導かれる。また、この他端面には、図２等に示すように偏光分離板２２が取り付けられている。
【００２７】
そして、偏光分離板２２に直交するように、かつ、第１ロッドインテグレータ２１に対し交差するように第２ロッドインテグレータ２５が接続されている。また、第２ロッドインテグレータ２５は、長さ方方向の中間位置において分断されるとともに、この分断面に１／４λ板２３が配置される、接着により固定されている。また、第２ロッドインテグレータ２５の先端端面には全反射ミラー２４が配置されている。この第２ロッドインテグレータ２５は、各部の寸法は異なるが第１ロッドインテグレータ２１と同一の素材により同様構造に形成されている。そして、第１ロッドインテグレータ２１と第２ロッドインテグレータ２５とは、互いに交差して接合する接合面において接着剤により接着されている。この接着剤は、第１ロッドインテグレータ及び第２ロッドインテグレータを構成する素材の屈折率より低い屈折率からなり、低屈折率層２７を成すように形成されている。
【００２８】
また、偏光分離板２２の出射面側に、偏光分離板２２から出射される照明光束を所定の位置に配置された後段の光学系に導くための導光部材としての第３ロッドインテグレータ２６が設けられ、この第３ロッドインテグレータ２６の端面と第１ロッドインテグレータ２１の端面との間に偏光分離板２２が配置されるように構成されている。第３ロッドインテグレータ２６は、基本的には偏光分離板２２から出射された光を所定位置に導くために設けられたものであるため、各部の寸法は異なるが、第１ロッドインテグレータ２１と同一の素材により同様の構造に形成されている。
【００２９】
そして、このように形成された導光装置２０に対し、光源ランプ１０から照明光が入射されると、照明光束は第１ロッドインテグレータ２１における内面で多重反射を繰り返しながら偏光分離板２２の方へ導かれる。
【００３０】
この第１ロッドインテグレータ２１の光軸方向に伝播してきた照明光束は、図２に示すように、偏光分離板２２に導かれ（直線矢印参照）、一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光、破線矢印参照）は偏光分離板２２を透過し、他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光、１点鎖線参照）は偏光分離板２２で反射される。偏光分離板２２で反射され直線偏光光（Ｐ偏光光）は、第２ロッドインテグレータ２５内を多重反射しながら１／４λ板２３を透過して円偏光光（２点鎖線参照）に変換される。そして、円偏光光に変換された光束は、全反射ミラー２４にて全反射されて再度１／４λ板２３を透過することにより、偏光分離板２２を透過する直線偏光光（Ｓ偏光光）に変換されて、偏光分離板２２へ再度導かれる。
【００３１】
一方、第１ロッドインテグレータ２１内を内面で反射されながら進んできた照明光束は、図３に示すように、低屈折率層２７（接着剤による層）で全反射されて偏光分離板２２へ導かれる。照明光束が全反射されるのは次の理由による。低屈折率層２７への入射光角をφ１、第１ロッドインテグレータ２１の屈折率をｎ１、低屈折率層２７の屈折率をｎ２、第１ロッドインテグレータ２１内を伝搬する光束が低屈折率層２７で全反射される臨界角をφとしたときに、ｓｉｎφ＝ｎ１／ｎ２となる。また、前述のようにｎ１＞ｎ２となるように素材が選択されており、φ１＞φとなるように設定されている。また、偏光分離板２２に導かれた光束は、一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光、破線矢印参照）が偏光分離板２２を透過し、他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光、１点鎖線参照）が偏光分離板２２で反射される。この反射光の低屈折率層２７への入射角をφ２とすると、φ２＜φとなっており全反射の条件を満たさないため、偏光分離板２２で反射された直線偏光光（Ｐ偏光光）は、低屈折率層２７を透過して第２ロッドインテグレータ２５に導かれる。
【００３２】
第２ロッドインテグレータ２５に導かれた反射光（Ｐ偏光光）は、第２ロッドインテグレータ２５内を反射しながら１／４λ板２３を透過して円偏光光（２点鎖線参照）に変換される。また、円偏光光に変換された光束は、全反射ミラー２４にて全反射されて再度１／４λ板２３を透過することにより、偏光分離板２２を透過する直線偏光光（Ｓ偏光光）に変換されて、偏光分離板２２へ再度導かれて偏光分離板２２を透過する。
【００３３】
このようにして、光源ランプ１０から導光装置２０に導かれた照明光は、低屈折率層２７が存在することにより、偏光分離板２２へ導かれる。そして、一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光、破線矢印参照）は偏光分離板２２を透過し、他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光、１点鎖線参照）は偏光分離板２２で反射される。また、偏光分離板２２で反射された他方の直線偏光光（Ｐ偏光光）が第２ロッドインテグレータ２５内に導かれ、第２ロッドインテグレータ２５内で一方の直線偏光光（Ｓ偏光光）に変換されて、偏光分離板２２へ再度導かれて偏光分離板２２を透過する。
【００３４】
このように、第１ロッドインテグレータから伝播してくる照明光束は、偏光分離板２２、第２ロッドインテグレータ２５、及び低屈折率層２７により１種類の直線偏光光に変換され、第３ロッドインテグレータ２６を通じて後段の光学系へ導かれる。したがって、この実施の形態において、第１ロッドインテグレータ２１の後段側に配置される偏光分離板２２、第２ロッドインテグレータ２５、及び低屈折率層２７は、第１ロッドインテグレータ２１から伝播してくる照明光束を１種類の偏光光に変換する偏光分離装置を構成する。
【００３５】
なお、低屈折率層２７が存在しない場合は、例えば図４に示すように、次のような不都合が発生する。
すなわち、第１ロッドインテグレータ２１内を伝播してきた光束のうちの，Ｓ偏光光は、低屈折率層２７が存在しないため第１ロッドインテグレータ２１から直接第２ロッドインテグレータ２５内に入る。そして、第２ロッドインテグレータ内で反射されながら先端側へ進行し、１／４λ板２３を介し先端の全反射ミラー２４で反射されてＰ偏光光となって偏光分離板２２へ導かれる。しかしながら、この光束は、Ｐ偏光光であるため偏光分離板２２で反射され再度第１ロッドインテグレータ２１へ戻される。したがって、このような動作が発生すると、光源ランプ１０から発生された照明光束の利用効率が低下するとともに、迷光が発生するという問題が生ずる。
【００３６】
次に、第１ロッドインテグレータ２１、第２ロッドインテグレータ２５、第３ロッドインテグレータ２６及び偏光分離板２２の相対位置は、次のような関係に構成されている。これを図５及び図６を用いながら説明する。
【００３７】
図５に示すように、第２ロッドインテグレータ２５は、中心線が偏光分離板２２の法線Ｑの方向と同一とする。また、第１ロッドインテグレータ２１内を反射しながら伝搬する照明光束と第１ロッドインテグレータ２１の内面との成す最大角度をαとする。また、第３ロッドインテグレータ２６の垂直断面と偏光分離板２２との成す角度をθａ、第１ロッドインテグレータ２１と第３ロッドインテグレータ２６との成す角度をθｂ、第２ロッドインテグレータ２５と第３ロッドインテグレータ２６との成す角度をθｃとする。そして、偏光分離板２２に入射される照明光束の偏光分離板２２の法線Ｑに対する角度をβとする。さらに、角度βは、偏光分離板２２に入射される光束が図５に図示されるように法線Ｑの下側から入射される場合を正とする。
【００３８】
このように設定して定義した場合、βは、β＝θａ＋θｂ−αで表される。
また、偏光分離板２２で反射された光束（この実施の形態の場合はＰ偏光光）が支障なく第２ロッドインテグレータ２５に入射されるには、β＝θａ＋θｂ−α＞０（すなわち、角度βが正）でなければならない。
【００３９】
角度βが正の場合は、図５に示すように低屈折率層２７で全反射された光束のうち一方の直線偏光光（この実施の形態の場合Ｓ偏光光）が偏光分離板２２を透過し、他の直線偏光光（この実施の形態の場合Ｐ偏光光）が偏光分離板２２で反射され、第２ロッドインテグレータ２５の方向に導かれる。したがって、この場合は、所定の偏光分離機能が発揮される。しかしながら、角度βが負の場合は、図６に示すように偏光分離板２２で反射された他の直線偏光光（この実施の形態の場合Ｐ偏光光）が第２ロッドインテグレータ２５の方向ではなく第１ロッドインテグレータ２１の方向に反射される。したがって、この場合は、光源ランプ１０から発生された照明光束の利用効率が低下するとともに、迷光が発生するという問題が生ずる。
【００４０】
以上のごとく構成された本実施の形態によれば次の効果を奏することができる。
（１）光源ランプ１０からの照明光束は、偏光分離装置を構成する偏光分離板２２、第２ロッドインテグレータ２５、及び低屈折率層２７へ導かれる前に、第１ロッドインテグレータ２１に導かれて多重反射されることにより、面内光強度分布が均一化される。
【００４１】
（２）面内光強度分布を均一化するための第１ロッドインテグレータ２１の後段側に、偏光分離板２２、第２ロッドインテグレータ２５、及び低屈折率層２７からなる偏光分離装置が設けられているので、偏光度の低下を来たすことなく光源ランプ１０からの照明光束の面内光強度分布を均一化することができる。
【００４２】
（３）照明装置１の光射出面は、第１ロッドインテグレータ２１の斜め方向の端面と同一の大きさとなるので、この照明装置１の後段に接続される機器を小型化することができる。
【００４３】
（５）この照明装置１においては、偏光分離板２２の出射面側に偏光された照明光を所定位置に案内するための導光部材としての第３ロッドインテグレータ２６が設けられている。したがって、偏光分離板２２から射出される光束を、第３ロッドインテグレータ２６により所定の位置に配置されている後段の光学系へ、照明装置１の光射出面を大きくすることなく容易に導くことができる。
【００４４】
（６）第１ロッドインテグレータ２１と前記第２ロッドインテグレータ２５とが交差する接合面には、第１ロッドインテグレータ２１及び第２ロッドインテグレータ２５を構成する素材の屈折率ｎ１，ｎ２より低い屈折率からなる低屈折率層２７が形成されている。したがって、第１ロッドインテグレータ２１の内部では偏光の揃っていない照明光束が内面反射しており、しかもさまざまな角度を有している。しかし、このような低屈折率層２７が設けられることにより、光源ランプ１０からの照明光束が偏光分離板２２に到達する前に第２ロッドインテグレータ２５に入射することが防止される。なお、低屈折率層２７が設けられていない場合は、偏光分離板２２に到達する前に照明光束の一方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）が第２ロッドインテグレータ２５に入射する。そして、第２ロッドインテグレータ２５において他方の直線偏光光（例えばＰ偏光光）に変換されて偏光分離板２２へ戻ってくる。この場合、他方の直線偏光光（Ｐ偏光光）が偏光分離板２２を透過せず第１ロッドインテグレータ２１へ逆戻りすることになり、照明光の利用効率が低下するとともに迷光が増加する。
【００４５】
（７）第１ロッドインテグレータ２１及び第２ロッドインテグレータ２５は中実の部材からなるとともに、その交差する接合面が低屈折率の材料からなる接着剤により接着され、この接着剤が前述の低屈折率層２７を形成している。したがって、第１ロッドインテグレータ２１及び第２ロッドインテグレータ２５が組み合わされる導光装置２０の組み付けが容易になる。
【００４６】
（８）第２ロッドインテグレータ２５は、長さ方向中間位置において分断され、この分断面に１／４λ板２３が配置されるとともに、１／４λ板２３がこの分断面に接着剤により接着されている。したがって、偏光分離板２２で反射された一方の直線偏光光を他方の直線偏光光に変換する第２ロッドインテグレータ２５の構成を簡略化することができる。
【００４７】
（９）偏光分離板２２は、第１ロッドインテグレータ２１の端面及び第３ロッドインテグレータ２６の端面に対しそれぞれ接着剤により接着されるように構成されているので、第１ロッドインテグレータ２１、偏光分離板２２及び第３ロッドインテグレータ２６の組付け構造が簡略化される。
【００４８】
（１０）また、本発明に係る投写型映像表示装置は、上記記載の照明装置１と、この照明装置１からの照明光束を映像情報に応じて変調する変調装置と、この変調装置により変調された映像光を投写する投写光学系とを備えているので、この照明装置１の後段に接続される機器が小型化され、全体としても小型化される。
【００４９】
（変形例）
本発明は、上記実施の形態において以下のように変更することができる。
・前記実施の形態においては、第１ロッドインテグレータ２１の光入射面に１個の光源ランプ１０からの光束が入射されていたが、光源ランプ１０を複数としてもよい。例えば、図７に示すように、二つの光源ランプ１０からの照明光束を第１ロッドインテグレータ２１の光入射面に同時に入射するように構成することもできる。このようにすれば、照明装置１の照度を向上させることができる。
【００５０】
・また、この図７においては、照明光束を直接第１ロッドインテグレータ２１の入射面に照射しているが、二つの光源ランプ１０と第１ロッドインテグレータ２１との間にミラーやレンズを設置し、反射や屈折を利用してそれぞれの光源ランプ１０からの照明光束を第１ロッドインテグレータ２１の入射面に導くようにしてもよい。
【００５１】
・第１ロッドインテグレータ２１、第２ロッドインテグレータ２５及び第３ロッドインテグレータ２６は、それぞれ中実のガラス製棒状部材として形成されているが、中空構造のもの、すなわちライトトンネルとも称される断面四辺形の外周４面をガラス製板材により構成し、その内面で光束を反射させるようにしたものとしてもよい。
【００５２】
・投写型映像表示装置の光学系として、３板式の透過型液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを用いたものとしているが、他の形式の光学系を用いたものとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る照明装置は、種々の照明装置に適用できる他、投写型映像表示装置などの発光量の大きい照明装置を使用する装置に幅広く使用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１…照明装置、１０…光源ランプ、２０…導光装置、２１…第１ロッドインテグレータ、２２…偏光分離板、２３…１／４λ板、２４…全反射ミラー、２５…第２ロッドインテグレータ、２６…第３ロッドインテグレータ、２７…低屈折率層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光束を射出する光源ランプと、
光源ランプからの照明光束が導入される導光装置とを有し、
この導光装置は、光源ランプから射出された照明光束の面内光強度分布を均一化するための第１ロッドインテグレータと、第１ロッドインテグレータの斜め方向に切断された端面に設けられた偏光分離板と、この偏光分離板の表面に直交するように第１ロッドインテグレータに対し交差状に接続される第２ロッドインテグレータとからなり、
この第２ロッドインテグレータは、長さ方向の中間位置に１／４λ板を有するとともに、その第２ロッドインテグレータの先端端面には全反射ミラーが配置され、
前記第１ロッドインテグレータから伝播してくる照明光束は、この光束に含まれる直線偏光光のうち一方の直線偏光光が前記偏光分離板を透過し、他方の直線偏光光が前記偏光分離板により反射されて第２ロッドインテグレータに導かれ、
この第２ロッドインテグレータに導かれた直線偏光光は、前記１／４λ板を経由して前記全反射ミラーで反射されるとともに、前記１／４λ板を再度経由して前記偏光分離板へ照射されるように構成されている
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１記載の照明装置において、前記偏光分離板の出射面側に導光部材としての第３ロッドインテグレータが設けられ、この第３ロッドインテグレータの端面と前記第１ロッドインテグレータの端面との間に前記偏光分離板が配置されるように構成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
前記第１ロッドインテグレータと前記第２ロッドインテグレータとが交差して接合される接合面には、第１ロッドインテグレータ及び第２ロッドインテグレータを構成する素材の屈折率より低い屈折率からなる低屈折率層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１ロッドインテグレータ及び第２ロッドインテグレータは中実の棒状部材からなるとともに、その交差する接合面が低屈折率の材料からなる接着剤により接着され、この接着剤が前記低屈折率層を形成することを特徴とする請求項３記載の照明装置。
【請求項５】
前記第２ロッドインテグレータは、長さ方向中間位置において分断され、この分断面に１／４λ板が配置されるとともに、１／４λ板がこの分断面に接着剤により接着されていることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
【請求項６】
前記偏光分離板は、前記第１ロッドインテグレータの端面及び第３ロッドインテグレータの端面に対しそれぞれ接着剤により接着されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第１ロッドインテグレータの光入射面には複数の光源ランプからの照明光束が入射するように構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の照明装置と、この照明装置からの照明光束を映像情報に応じて変調する変調装置と、この変調装置により変調された映像光を投写する投写光学系とを備えていることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１】
照明光束を射出する光源ランプと、
光源ランプからの照明光束が導入される導光装置とを有し、
この導光装置は、光源ランプから射出された照明光束の面内光強度分布を均一化するための第１ロッドインテグレータと、第１ロッドインテグレータの斜め方向に切断された端面に設けられた偏光分離板と、この偏光分離板の表面に直交するように第１ロッドインテグレータに対し交差状に接続される第２ロッドインテグレータとからなり、
この第２ロッドインテグレータは、長さ方向の中間位置に１／４λ板を有するとともに、その第２ロッドインテグレータの先端端面には全反射ミラーが配置され、
前記第１ロッドインテグレータから伝播してくる照明光束は、この光束に含まれる直線偏光光のうち一方の直線偏光光が前記偏光分離板を透過し、他方の直線偏光光が前記偏光分離板により反射されて第２ロッドインテグレータに導かれ、
この第２ロッドインテグレータに導かれた直線偏光光は、前記１／４λ板を経由して前記全反射ミラーで反射されるとともに、前記１／４λ板を再度経由して前記偏光分離板へ照射されるように構成されている
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１記載の照明装置において、前記偏光分離板の出射面側に導光部材としての第３ロッドインテグレータが設けられ、この第３ロッドインテグレータの端面と前記第１ロッドインテグレータの端面との間に前記偏光分離板が配置されるように構成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
前記第１ロッドインテグレータと前記第２ロッドインテグレータとが交差して接合される接合面には、第１ロッドインテグレータ及び第２ロッドインテグレータを構成する素材の屈折率より低い屈折率からなる低屈折率層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１ロッドインテグレータ及び第２ロッドインテグレータは中実の棒状部材からなるとともに、その交差する接合面が低屈折率の材料からなる接着剤により接着され、この接着剤が前記低屈折率層を形成することを特徴とする請求項３記載の照明装置。
【請求項５】
前記第２ロッドインテグレータは、長さ方向中間位置において分断され、この分断面に１／４λ板が配置されるとともに、１／４λ板がこの分断面に接着剤により接着されていることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
【請求項６】
前記偏光分離板は、前記第１ロッドインテグレータの端面及び第３ロッドインテグレータの端面に対しそれぞれ接着剤により接着されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第１ロッドインテグレータの光入射面には複数の光源ランプからの照明光束が入射するように構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の照明装置と、この照明装置からの照明光束を映像情報に応じて変調する変調装置と、この変調装置により変調された映像光を投写する投写光学系とを備えていることを特徴とする投写型映像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２２７３４５（Ｐ２０１１−２２７３４５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９８０４７（Ｐ２０１０−９８０４７）
【出願日】平成２２年４月２１日（２０１０．４．２１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２１日（２０１０．４．２１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]