JP3992053B2 - 照明装置および投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、２個以上のランプユニットから構成される小型、コンパクトで光利用効率の高い照明装置に関するものである。また、本発明は、この形式の照明装置を用いて均一で明るい投写画像を形成可能な投写型表示装置に関するものである。

投写型表示装置等に組み込まれる照明装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の光源ランプと、この光源ランプから出射された放射光を反射することにより平行光や集束光として所定の方向に出射するリフレクタとを含む構成のランプユニットを備えている。リフレクタとしては、その反射面の形状が放物面形、楕円面形等のものが使用されている。

また、投写型表示装置に使用される照明装置では、均一で明るい投写画像を形成できるように、照明装置は出射光量の多いものが望ましい。また、可搬型の投写型表示装置にあっては、その小型コンパクト化の要望から、そこに組み込まれる照明装置も小型でコンパクトであることが望ましい。

照明装置の出射光量を多くするためには、複数のランプユニット、例えば２個のランプユニットを用いて照明装置を構成することが考えられる。しかし、単に２個のランプユニットを並列に配置した構成にすると、幅が２倍になってしまうので、照明装置が大型化してしまう。また、照明装置の出射光束の幅も２倍となるので、照明装置の光路幅も広くする必要があり、さらには、当該照明装置が組み込まれた投写型表示装置の側に形成すべき光路幅も２倍に広げる必要があり、この点においても、装置の小型化およびコンパクト化には不適当である。

ここで、投写型表示装置に組み込まれている照明装置の典型的な例としては、出射光の平行性を確保するために、アーク長の短い光源ランプと焦点距離の短い放物面形状のリフレクタを備えたランプユニットが知られている。この構成のランプユニットでは、そこからの出射光の光量分布は、ランプ光軸およびその近傍で急峻なピークを示し、ランプ光軸から離れるに伴って急減に減少する特性曲線となる。従って、ランプ光軸を含む中心部分の出射光束のみを照明光として利用しても、それ程光量の低下を招くことがない。なお、投写型表示装置に採用される一般的なランプユニットにおいては、ランプ光軸は、リフレクタの開口面の中心とリフレクタの曲率中心とを結んだ線で定義することができる。

本発明の課題は、上記の点に鑑みて、複数のランプユニットを用いた照明装置、およびこのような照明装置が組み込まれた投写型表示装置において、明るく、かつ、明るさが均一で色むらのない投写画像を得ることの可能な技術を提案することにある。

上述の課題を解決するため、本発明の第１の照明装置は、光源ランプと、当該光源ランプからの出射光を全体として平行な出射光となるように反射するリフレクタとを備えたランプユニットを有している照明装置において、第１および第２の前記ランプユニットと、各ランプユニットからの各出射光のうちのランプ光軸を含む一定の範囲に含まれる出射光部分を取り出してランプユニットの開口縁の直径と略同一幅の照明用の合成光束を形成する合成ミラー手段とを有し、前記合成光束は、前記合成光束の出射方向に垂直な方向に沿って４つの領域に区分されており、前記第１のランプユニットの前記出射光部分は、前記４つの領域のうち中心側の２つの領域に振り分けられ、前記第２のランプユニットの前記出射光部分は、外側の２つの領域に振り分けられることを特徴としている。

また、本発明の第２の照明装置は、光源ランプと当該光源ランプから出射される光を全体として平行な出射光となるように反射するリフレクタとを備えたランプユニットを有している照明装置において、第１および第２の前記ランプユニットと、各ランプユニットからの各出射光のうちのランプ光軸を含む一定の範囲に含まれる出射光部分を取り出してランプユニットの開口縁の直径と略同一幅の照明用の合成光束を形成する合成ミラー手段とを有し、前記合成光束は、前記合成光束の出射方向に垂直な方向に沿って４つの領域に区分されており、前記第１のランプユニットの前記出射光部分と前記第２のランプユニットの前記出射光部分とが、前記４つの領域に交互に振り分けられることを特徴としている。

このように構成した本発明の第１および第２の照明装置においては、ランプユニットを２つ配置するためのスペースが必要であるものの、合成ミラー手段によって得られる合成光束の幅は単一のランプユニットの出射光束の幅とほぼ同一である。しかも、合成ミラー手段によって、各ランプユニットの出射光量の多いランプ光軸を含む出射光の中心部分が利用される。従って、本発明の照明装置が組み込まれた投写型表示装置等においては、照明光の光路として、単一のランプユニットを備えた照明装置の場合とほぼ同一幅の光路を配置する空間を確保しておけば良いので、照明装置を除く装置寸法が増大することはない。また、各ランプユニットの出射光のうちの光量の多い部分を利用して合成光束を形成しているので、出射光量の多い照明光を得ることができ、本発明の照明装置を投写型表示装置に組み込めば、明るい投写画像を形成できる。

上記照明装置の照明光の光量を更に多くするためには、各ランプユニットの出射光の利用効率を更に高めれば良い。このためには、各ランプユニットのリフレクタの出射側の開口縁に、出射光が一部反射される一対の反射ミラーをランプ光軸を中心として互いに略対称な状態となるように取付けた構成を採用すれば良い。この構成によれば、ランプ光軸から遠い部分の出射光は反射ミラーによって反射されて再度リフレクタに戻り、ここで再度反射されてランプ光軸に近い部分を通過して出射される。従って、各ランプユニットの出射光の殆どが合成ミラー手段の側に出射されて、照明用の合成光束を形成するために利用される。

ここで、前記第１及び第２のランプユニットの前記リフレクタは、前記ランプ光軸を含む一定の範囲以外の部分が、前記ランプユニットの開口面に直交し、かつそれぞれの前記ランプ光軸を中心として互いに対称な平面で切断された形状を有するものとすることができる。このような構成により、リフレクタが切断された分だけ各ランプユニットを合成ミラー手段側にあるいは被照明領域側に配置することができ、照明装置を小型化することが可能となり、また、この照明装置が組み込まれる投写型表示装置等を小型化することが可能となる。

また、前記第１のランプユニットは、そのランプ光軸が前記第２のランプユニットのランプ光軸と交わるように配置することができ、この場合には、前記第１のランプユニットからの出射光のうち、そのランプ光軸を含む一定の範囲に含まれる出射光を、前記第２のランプユニットのランプ光軸方向へ反射するように、前記合成ミラー手段を構成すれば良い。また、この場合に前記第１のランプユニットを、前記合成ミラー手段と一体で着脱可能に構成すれば、用途に応じて第１のランプユニットと合成ミラー手段とを取り外すことにより、照明装置の小型化と軽量化を実現でき、可搬性を重視するような場合に便利である。

一方、前記合成ミラー手段を、前記第１のランプユニットからの出射光のうちのランプ光軸を含む一定の範囲に含まれる出射光部分を取り出すための第１の合成ミラー手段と、前記第２のランプユニットからの出射光のうちのランプ光軸を含む一定の範囲に含まれる出射光部分を取り出すための第２の合成ミラー手段とを備えた構成とすることもできる。この場合には、前記第１および第２のランプユニットのうちの少なくとも何れか一方のランプユニットを着脱可能としたり、あるいは、前記第１のランプユニットおよび前記第１の合成ミラー手段と、前記第２のランプユニットおよび前記第２の合成ミラー手段とのうちの少なくとも一方の側を、一体的に着脱可能にすることにより、照明装置の小型化と軽量化を実現でき、用途に応じた使用が可能となる。

なお、前記複数のランプユニットの光源ランプのうち、いずれかを選択点灯可能とすれば、必要に応じて照明光の明るさを多段階に調整できるため、要求される明るさや消費電力量の点で多様な使い方が可能となる。

また、前記複数のランプユニットの光源ランプから出射される光の波長分布特性がそれぞれ異なるようにすれば、照明光の色合いを所定の色合いに設定することができ、カラー投写型表示装置に適用した場合には、その色再現性を向上させることが可能である。

次に、本発明の照明装置による照明光の照度ムラを無くすためには、インテグレータ光学系を備えた構成とすることが望ましい。すなわち、複数のレンズを有する第１のレンズ板および複数のレンズを有する第２のレンズ板を含むインテグレータ光学系を有し、前記合成光束を前記第１のレンズ板の各レンズを介して空間的に分離された複数の中間光束として前記第２のレンズ板の各レンズの入射面上にそれぞれ二次光源像として収束させ、当該第２のレンズ板の各レンズを介して出射された前記複数の各中間光束を重畳して照明領域を照明することが望ましい。このような構成により、ランプユニットからの出射光束が光束の断面内でその光強度分布に大きな偏りを有していた場合でも、明るさが均一で明るさや色むらの無い照明光を得ることが可能となる。

また、さらに、第２のレンズ板から出射された偏光方向がランダムな合成光束を互いに異なる２種類の偏光光束に分離する偏光分離手段と、この偏光分離手段によって得られた一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と同じとなるように偏光変換する偏光変換手段とを備え、前記２種類の偏光光束を偏光方向の揃った１種類の偏光光束に変換して出射する偏光発生手段を用い、この偏光発生手段によって得られた偏光方向の揃った１種類の偏光光束によって照明領域を照明するようにしても良い。

上記の構成によれば、偏光方向が揃ったほぼ１種類の偏光光束のみを照明光として使用することができるため、後述するように、この照明装置を投写型表示装置等に組み込む場合に光の利用効率を向上させることが可能である。なお、上記の、偏光方向がランダムな光束から偏光方向が揃ったほぼ１種類の偏光光束を得る過程においては、殆ど光吸収を伴わないため、非常に高い効率で特定の偏光光束を得ることが可能である。

以上に述べた合成ミラー手段を備えた照明装置は、投写型表示装置の照明装置として利用することができる。投写型表示装置としては、上記いずれかの照明装置と、前記照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する変調手段と、前記変調手段で得られる変調光束を投写面上に投写する投写光学系とを用いて構成すれば良い。前に述べたように、本発明の照明装置においては、ランプユニットを２つ配置するためのスペースが必要であるものの、合成ミラー手段によって得られる合成光束の幅は単一のランプユニットの出射光束の幅とほぼ同一である。しかも、合成ミラー手段によって、各ランプユニットの出射光量の多いランプ光軸を含む出射光の中心部分が利用される。従って、上記照明装置が組み込まれた投写型表示装置等では、照明光の光路として単一のランプユニットを備えた照明装置の場合とほぼ同一幅の光路を配置する空間を確保しておけば良いので、照明装置を除く装置の寸法が増大することはない。よって、単一のランプユニットを用いた場合とほぼ同程度の装置サイズのままで、投写画像の明るさを向上させることが可能となる。

ここで、前記照明装置にインテグレータ光学系を設けた場合には、ランプユニットからの出射光束が光束の断面内でその光強度分布に大きな偏りを有していた場合でも、明るさが均一で明るさや色むらの無い照明光を得ることが可能となるため、投写面全体に渡って明るさが均一で明るさや色むらの無い投写画像を得ることができる。

また、さらに、前記照明装置に、前述したような偏光分離手段と偏光変換手段とを有する偏光発生手段を設け、偏光方向の揃った１種類の偏光光束によって変調手段を照明するようにしても良い。

液晶装置のように１種類の偏光光束を用いる変調手段を備えた投写型表示装置において、偏光方向がランダムな光束を照明光として用いる場合には、表示に不要な偏光方向の異なる偏光光束を偏光板等の偏光選択手段によって選択しなければならないため、光の利用効率が極めて低下する。また、偏光選択手段として偏光板を用いる場合には光の吸収によって偏光板の温度が著しく上昇するため、偏光板を冷却するための大がかりな冷却装置が必要である。しかしながら、上記の構成によれば、偏光方向がランダムな照明装置からの光束を、全体としてほぼ１種類の偏光方向を有する偏光光束に変換することができ、偏光方向が揃ったほぼ１種類の偏光光束のみを変調手段で利用可能な照明光として使用することができる。従って、光源ランプからの出射光束の大部分を利用することが可能となり、極めて明るい投写画像を得ることが可能となる。また、表示に不要な偏光方向の異なる偏光光束が照明光にはほとんど含まれていないため、偏光板における光吸収は少なく、従って、偏光板を冷却する冷却装置の大幅な簡略化、小型化が可能となる。

なお、カラー画像を投写表示するためには、上記の構成に加えて、照明装置からの出射光を少なくとも２色の色光束に分離する色分離手段と、前記色分離手段により分離された各色光束をそれぞれ変調する複数の前記変調手段と、それぞれの前記変調手段で変調された後の各色の変調光束を合成する色合成手段とを有し、前記色合成手段によって得られた合成光束が前記投写光学系を介して投写面上に投写される構成とすれば良い。

以下に、図面を参照して本発明の各実施例を説明する。尚、以下の各実施例においては、特に断りのない限り、互いに直交する３つの方向を便宜的にＸ軸方向（横方向）、Ｙ軸方向（縦方向）、Ｚ軸方向（光軸と平行な方向）とする。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の照明装置の要部を平面的に見た概略構成図である。本例の照明装置１０は、光源部５およびインテグレータ光学系３から基本的に構成されている。光源部５から出射された出射光はインテグレータ光学系３を介して照度ムラの無い均一な照明光として矩形の照明領域４を照明するようになっている。インテグレータ光学系３は、第１のレンズ板３１と第２のレンズ板３２とフィールドレンズ（結合レンズ）３３とを備えている。

光源部５は、一般的に使用されるランプユニットを２個用いた構成となっている。すなわち、光源部５は、ランプ光軸が直交するように配置した第１のランプユニット５１Ａと第２のランプユニット５１Ｂを備えている。各ランプユニット５１Ａ、５１Ｂは、同一構成で同一寸法のものであり、光源ランプ５１１Ａ、５１１Ｂと、リフレクタ５１２Ａ、５１２Ｂを備えている。リフレクタ５１２Ａ、５１２Ｂとしては放物面形、楕円面形等のものを使用できる。また、光源部５は、これら一対のランプユニット５１Ａ、５１Ｂからの出射光のうちのランプ光軸５２、５３を含む出射光部分を取り出して合成して照明系のシステム光軸１０Ｌの方向（Ｚ軸方向）に向かう合成光束を形成する合成ミラー光学系５５を備えている。

本例の合成ミラー光学系５５は、第１のランプユニット５１Ａからの出射光を直角に反射してシステム光軸１０Ｌの方向に向ける一対の反射ミラー５５１、５５２を備えている。これらの反射ミラー５５１、５５２は、第１のランプユニット５１Ａのランプ光軸５２の両側でリフレクタ５１２Ａの開口幅Ｗの約１／４の範囲に配置されている。同時に、これらの反射ミラー５５１、５５２は、第２のランプユニット５１Ｂのランプ光軸５３から離れた両側（リフレクタ５１２Ｂの開口縁側）におけるリフレクタ５１２Ｂの開口幅Ｗの約１／４の範囲に配置されている。

従って、第１のランプユニット５１Ａの出射光のうちのランプ光軸５２を含む幅が約１／２Ｗの中心部分の光は一対の反射ミラー５５１、５５２によって反射されて、インテグレータ光学系３の側に向かう。これ以外の出射光の部分は照明光としは利用されない。これに対して、第２のランプユニット５１Ｂの出射光のうちのランプ光軸５３を含む幅が約１／２Ｗの中心部分の光は、そのままインテグレータ光学系３の側に入射する。両側の部分の出射光は一対の反射ミラー５５１，５５２によって遮られるので、照明光としては利用されない。

図２は、放物面形リフレクタを備えたランプユニット５１におけるランプ光軸５１Ｌに直交する方向の光量分布曲線Ｃを示す説明図である。この図に示すように、ランプ光軸５１Ｌを含む中心部分における出射光の光量が極めて多く、ランプ光軸５１Ｌから離れるにつれて光量は急速に減少する。従って、本例のランプユニット５１Ａ、５１Ｂのように、ランプ光軸５２、５３を含む幅が約１／２Ｗの中心部分の光のみを利用する場合であっても、出射光量の殆どを利用できる。従って、本例の照明装置１０は、単一のランプユニットを使用する場合に比べて照明領域の明るさを約１．５倍以上に増加させることができる。

次に、再び図１を参照して説明すると、この結果、インテグレータ光学系３の第１のレンズ板３１には、双方のランプユニット５１Ａ、５１Ｂの出射光の中心部分を含む幅約１／２Ｗの出射光部分が合成されて得られる合成光束が入射する。

図３は、第１のレンズ板３１を示す概略斜視図である。この図に示すように、第１のレンズ板３１は、複数の微小な矩形レンズ（ＸＹ平面における外形形状が矩形状であるレンズ）３１１をマトリクス状に配列した構造となっている。矩形レンズ３１１のＸＹ平面上における外形形状は照明領域４の形状と相似形をなすように設定されている。図１に示す第２のレンズ板３２は、第１のレンズ板３１を構成する矩形レンズと同数の微小レンズ３２１で構成されている。

入射した光は各矩形レンズ３１１によって空間的に分離されて、第２のレンズ板３２の各矩形レンズ３２１の内側に二次光源像を形成する。すなわち、矩形レンズ３１１の焦点位置は、対応する矩形レンズ３２１の内側近傍にある。

第２のレンズ板３２に形成された複数の二次光源像は、その出射側に貼り付けられているフィールドレンズ３３を介して、照明領域４に重畳結像され、この照明領域４をほぼ均一に照明する。従って、原理的には光源部５からの出射光束は全て照明領域４に入射することになる。尚、第２のレンズ板３２を構成する微小レンズ３２１を偏心レンズとして照明光の重畳機能を持たせるようにすれば、フィールドレンズ３３を省略することが可能である。

このように本例の照明装置１０においては、一対のランプユニット５１Ａ、５１Ｂにおける出射光量の殆どが利用されて幅Ｗの出射光束としてインテグレータ光学系３に入射し、インテグレータ光学系３を介して照明領域４をほぼ均一に照度ムラなく照明する。

ここで、本例の光源部５においては、第１のランプユニット５１Ａと、一対の反射ミラー５５１、５５２とが図１において破線で示すように共通のフレーム上に搭載された一体的に着脱可能なユニット５６とされている。これに対して、他方の第２のランプユニット５１Ｂは照明装置１０の本体側のフレームに組み付け固定されている。

従って、本例の照明装置１０においては、第１のランプユニット５１Ａおよび一対の反射ミラー５５１、５５２のユニット５６を取り外せば、一般的に使用されている単一の光源ランプを備えた光源部を備えた構成となる。この場合、第２のランプユニット５１Ｂの出射光の両側部分を遮っていた一対の反射ミラー５５１、５５２が取り除かれるので、当該ランプユニット５１Ｂの出射光がそのままインテグレータ光学系３に入射されることになる。

以上のように構成した本例の照明装置１０は、その光源部５として、一対のランプユニット５１Ａ、５１Ｂを備えた構成のものを採用し、各ランプユニットの出射光のうちの出射光量の大きい部分を利用して照明を行うようになっている。従って、照明領域を高い照度で照明できる。

また、本例の照明装置１０では、光源部５を構成している一方のランプユニット５１Ａと一対の反射ミラー５５１、５５２をユニット化してあり、このユニット５６を照明装置本体に対して着脱可能としてある。従って、必要に応じて、２個のランプユニットを使用した照度の高い照明と、通常の１個のランプユニットを用いた通常の照明とを選択的に行うことができるので便利である。

ここで、第１および第２のランプユニット５１Ａ、５１Ｂから出射して照明領域４に到る出射光の光路の長さは、第１および第２のランプユニットの間で異なっている。また、第１のランプユニット５１Ａから出射された光のうち、反射ミラー５５１により反射されて照明領域４に到る出射光と反射ミラー５５２により反射されて照明領域４に到る出射光とでは、その光路の長さが異なっている。しかし、本例ではインテグレータ光学系３を用いているので、このように光路の長さに差が生じても、照明領域４を均一にムラなく照明することができる。

なお、本例においては、各ランプユニットの出射光のうちのランプ光軸を含む約１／２Ｗの幅の光を利用している。しかし、利用する出射光の範囲は、約１／２Ｗに限定されるものではなく、例えば、反射ミラー５５１，５５２の大きさを変えて７／１０Ｗないし３／１０Ｗにすることもできる。横幅をどの程度にするのか、換言すると、どちらのランプユニットからの出射光をより多くインテグレータ光学系に入射させるかは、使用するランプユニットの出射光量の分布等に応じて適宜設定すべき性質のものである。ただし、一般に、反射ミラー５５１，５５２における光の反射損失を考慮すれば、反射ミラーを経ずして直接インテグレータ光学系に光を入射できるランプユニット（本例の場合はランプユニット５１Ｂ）からの出射光をより多く利用できるように、反射ミラーの大きさを決定することが望ましい。

また、本例では、同一構成で同一の大きさのランプユニットを使用しているが、異なる大きさのランプユニットを使用しても良い。また、異なる種類のランプユニットを用いても良い。

さらに、本例では同一種類の光源ランプを備えたランプユニットを使用しているが、例えば、スペクトルの異なる光源ランプを備えたランプユニットを使用すれば、カラー投写型表示装置に適用した場合に、その色再現性を向上できる等の利点もある。図４は、照明装置１０における照明光の分光分布特性について示す説明図である。照明装置の分光分布特性（スペクトル特性）は、一般に使用する光源ランプの種類によって種々の特性を示す。例えば、可視光の全域に渡って光出力は得られるが、赤光領域の出力が不足している、という光源ランプが存在する。照明装置１０の分光分布特性として、図４（Ｃ）に示すように各色光を示す波長領域において相対出力がほぼ等しい特性が望ましいとする。このとき、ランプユニット５１Ａ（光源ランプ５１１Ａ）の分光分布特性が図４（Ａ）に示すように、赤光領域の相対出力が低い特性を示すものであるとする。このような場合に、図４（Ｂ）に示すように、ランプユニット５１Ｂの分光分布特性として赤光領域の相対出力が高くなるように、光源ランプ５１１Ｂに使用するランプを選択してやればよい。このようにすれば、照明装置１０全体としての照明光は、ランプユニット５１Ａおよび５１Ｂの和にほぼ等しく、（Ｃ）に示すような所望の分光分布特性を示す照明光を得ることが可能である。また、ランプユニットの組み合わせ方によって、赤の色合いの強い照明光や、青の色合いの強い照明光を得ることも可能である。このように、２つのランプユニットの光の特性を組み合わせることによって、種々の特性を示す照明光を得ることができる。なお、図４に示す分光分布特性は、本実施例の効果を説明するための一例に過ぎず、他の種々の分光分布特性を有する光源ランプを使用することが可能である。

また、２個のランプを使用していれば、使用時に一方のランプが切れた場合でも、照度は低下するものの、そのまま継続して使用できるという利点もある。

さらに、制御回路５０（図１）が、両方の光源ランプを選択的に点灯できる構成とすることも可能である。こうすれば、必要に応じて照明光の明るさを多段階に調整できるため、要求される明るさや消費電力量の点で多様な使い方ができる。図５は、照明装置１０の照明光発生モードを示す説明図である。照明装置１０は、上述したようにランプユニット５１Ａおよび５１Ｂの２つの照明光源を備えているので、図５に示すようにモード０からモード３の４種類の照明光発生モードを設定することが可能である。すなわち、モード０はランプユニット５１Ａおよび５１Ｂの両方とも消灯させ、モード１はランプユニット５１Ａを点灯させてランプユニット５１Ｂを消灯させ、モード２はランプユニット５１Ａを消灯させてランプユニット５１Ｂを点灯させ、モード３はランプユニット５１Ａおよび５１Ｂの両方とも点灯させるモードである。これらの照明モードは、図示しない切換回路によって切り換えられる。この４つのモードを選択して使用することにより、以下で説明するような効果を得ることができる。

モード３を選択することにより、ランプユニット５１Ａおよび５１Ｂの両方の照明光により照明領域４を照明するので、光強度の大きな照明光を得ることができる。したがって、ランプユニット５１Ａおよび５１Ｂのそれぞれの光源ランプ５１１Ａおよび５１１Ｂにあまり高出力な光源ランプを使用しなくても、照明光の強度を増大させることが可能であり、なおかつ光の利用効率を高めることができる。

通常使用時には、モード１あるいはモード２のどちらか一方を選択し、ランプユニット５１Ａあるいは５１Ｂのどちらか一方のみの照明光により照明領域４を照明するようにしてもよい。例えば、通常はモード１を選択し、ランプユニット５１Ａのみを点灯させて、その照明光により照明領域４を照明するようにする。このようにすれば、ランプユニット５１Ａが故障したりその光源ランプ５１１Ａの寿命などにより照明できなくなった場合にでも、モード２を選択することによりランプユニット５１Ｂの光源ランプ５１１Ｂを点灯させて引き続き使用することができる。したがって、照明光学系の寿命を改善することが可能である。

また、光源ランプ５１１Ａの輝度と光源ランプ５１１Ｂの輝度とを変えた設定にしてもよい。例えば、ランプユニット５１Ａの光源ランプ５１１Ａを通常使用時の輝度とし、ランプユニット５１Ｂの光源ランプ５１１Ｂをそれよりも低い輝度に設定しておけば、３段階の光強度の照明光を得ることができる。すなわち、モード１を選択することにより通常の光強度の照明光を、モード３を選択すればより大きな光強度の照明光を、モード２を選択すれば光強度がやや小さな照明光を得ることができる。

（光源部の変形例）
ここで、図６には、光源部５の変形例、すなわち、ランプユニット５１Ａ、５１Ｂの配置関係と、合成ミラー光学系の構成との各種の組み合わせ例を示してある。なお、図中矢印の方向は光の出射方向を表わしている。

この図に示すように、一対のランプユニット５１Ａ、５１Ｂの配置関係は、グループＡ−ａ、グループ１−ａ〜ｇ、グループ２−ａ〜ｊ、グループ３−ａ〜ｊ、グループ４−ｄ，ｅ，ｇ，ｈに示すような対向配置、グループＢ−ａ，ｂに示すような直交配置、グループ４−ａ，ｂ，ｃ，ｆに示すような同一側の並列配置のうちいずれかを採用することができる。また、対向配置としては、グループＡ−ａに示すように双方のランプユニットのランプ光軸が一致する配置と、グループ１−ａ〜ｇ、グループ２−ａ〜ｊ、グループ３−ａ〜ｊ、グループ４−ｄ，ｅ，ｇ，ｈに示すように双方のランプ光軸が互いにずれている配置のいずれかを採用することができる。なお、その双方の光軸のずれに関しては、グループ１、２、３、４をそれぞれ比較すれば分かるように、そのずれ量を変更可能である。

ここで、グループＢのように、２つのランプユニット５１Ａ、５１Ｂが、それぞれのランプ光軸が互いに交わるように配置された光源部５では、そのランプ光軸が、光源部５からの光の出射方向と交わる位置に配置されているランプユニット５１Ａと合成ミラー光学系５５とをユニット化し、このユニットを着脱可能とすれば、２個のランプユニットを使用した光強度の大きい照明と、通常の１個のランプユニットを用いた通常の照明とを選択的に用いることができ、便利である。

また、その他のグループに示すように、双方のランプユニット５１Ａ、５１Ｂが光の出射方向と正対しない位置に配置された光源部５では、一方のランプユニットのみを着脱可能とするか、あるいは一方のランプユニットとこのランプユニットからの出射光を反射する反射ミラーとをユニット化して同時に着脱可能とすることにより同様の効果を得ることができる。後者のように、一方のランプユニットとこのランプユニットからの出射光を反射する反射ミラーからなるユニットを着脱可能とすれば、このユニットを取り外した場合に光源部が組み込まれた装置がより軽量化されるという効果がある。

なお、グループＢ以外の構成で一方のランプユニットを取り外した場合には、リフレクタの開口縁に近い部分の光が用いられないため、グループＢの構成で一方のランプユニットと２枚の反射ミラーとからなるユニットを取り外した場合よりも光量が少なくなることが考えられるが、先に述べたように、リフレクタの開口縁に近い部分の光はわずかであるためそれほど問題とはならない。

合成ミラー光学系５５の構成としては、グループＢに示すような一方のランプユニットからの出射光を反射する反射ミラーのみを備えた構成と、その他のグループに示すような双方のランプユニットからの出射光を反射する反射ミラーを備えた構成とがある。また、反射ミラー５５１、５５２の構成としては、グループＢ−ａ，ｂに示すように一方のランプユニットの出射光を反射する反射ミラーが２枚で他方のランプユニットの出射光を反射する反射ミラーが不要な場合、グループＡ−ａに示すように各ランプユニットの出射光を反射する反射ミラーがそれぞれ１枚づつである場合、グループ１−ｂ，ｃ，ｄ、グループ２−ａ〜ｄ等に示すように一方のランプユニットの出射光を反射する反射ミラーが１枚で、他方のランプユニットの出射光を反射する反射ミラーが２枚である場合、グループ１−ｅ，ｆ、グループ２−ｄ〜ｆ等に示すように、各ランプユニットの出射光を反射する反射ミラーがそれぞれ２枚づつである場合のいずれかを採用することができる。

また、ランプユニット５１Ａ、５１Ｂのかわりに、利用されない出射光束に対応するリフレクタの部分にサイドカットを施したランプユニット５１Ａ'、５１Ｂ'を採用することも可能である。図７は、サイドカットが施されたランプユニット５１Ａ'、５１Ｂ'を用いて図１に示したような照明装置を構成した場合の一例を示す説明図である。図からわかるように、光源部５'において、リフレクタにサイドカットを施した分だけ２つのランプユニット５１Ａ'，５１Ｂ'及び２枚の反射ミラー５５１，５５２の位置をＺ方向に移動させることが可能となり、ランプユニット５１Ａ'と第１のレンズ板３１との間の距離が短縮化されている。したがって、光源部５'自体を小型化できるとともに、この光源が組み込まれた装置の小型化も可能となる。また、リフレクタにサイドカットを施すことにより、ランプユニット５１Ａ'、５１Ｂ'の冷却効率を向上させることが可能となり、ランプユニットの温度上昇を抑えることができる。なお、図６にあげた他の組合わせ例においても図７に示した例と同様にサイドカットが施されたランプユニットを採用することが可能であり、図７に示した例と同様の効果を得ることができる。

なお、図６に示した組み合わせ例においては、すべて、２つのランプユニットを水平方向（ＸＺ平面に平行な方向）に配置した場合を例に示しているが、垂直方向（ＹＺ平面に平行な方向）に配置するようにしてもよい。

（第２の実施の形態）
図８は、本発明を適用した偏光照明装置の要部を平面的に見た概略構成図である。本例の偏光照明装置６０は前述の照明装置１０と同一構成の光源部５を備えている。また、２枚のレンズ板、すなわち、第１の光学要素７１と集光レンズアレイ７２０とからなるインテグレータ光学系も備えている。なお、第１の光学要素７１、集光レンズアレイ７２０，結合レンズ７６０は、図１の第１のレンズ板３１、第２のレンズ板３２，フィールドレンズ３３とほぼ同じ機能を有する。異なるのは、集光レンズアレイ７２０と結合レンズ７６０との間に、光源部５からの偏光方向がランダムな出射光を偏光変換して、偏光方向がほぼ揃った一種類の偏光光に変換するための偏光光学系を備えている点である。

本例の偏光照明装置６０は、基本的に、システム光軸６０Ｌに沿って配置した光源部５と、インテグレータ光学系の機能を備えた偏光発生装置７から構成されている。光源部５から出射された偏光方向がランダムな光束（以下、ランダムな偏光光束と呼ぶ）は、偏光発生装置７により偏光方向がほぼ揃った一種類の偏光光束に変換され、照明領域４に至るようになっている。ここで、光源部５の出射光の光軸Ｒがシステム光軸６０Ｌに対して一定の距離ＤだけＸ軸方向に平行移動した状態となるように、光源部５は配置されている。

偏光発生装置７は、第１の光学要素７１と、第２の光学要素７２から構成されている。光源部５の光軸Ｒは、第１の光学要素７１の中心に一致するように、光源部５と第１の光学要素７１との位置関係が設定されている。第１の光学要素７１に入射した光は、光束分割レンズ７１１により複数の中間光束７１２に分割され、同時に光束分割レンズの集光作用により、システム光軸６０Ｌと垂直な平面内（図８ではＸＹ平面）の中間光束が収束する位置に光束分割レンズの数と同数の二次光源像７１３を形成する。尚、光束分割レンズ７１１のＸＹ平面上における外形形状は、照明領域４の形状と相似形をなすように設定される。本例では、ＸＹ平面上でＸ方向に長い横長の照明領域を想定しているため、光束分割レンズ７１１のＸＹ平面上における外形形状も横長である。

第２の光学要素７２は、集光レンズアレイ７２０、遮光板７３０、偏光分離ユニットアレイ７４０、選択位相差板７５０及び結合レンズ７６０から大略構成される複合体である。この構成の第２の光学要素７２は、第１の光学要素７１による二次光源像７１３が形成される位置の近傍の、システム光軸６０Ｌに対して垂直な平面内（図のＸＹ平面）に配置される。この第２の光学要素７２は、中間光束７１２のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに空間的に分離した後、一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃え、偏光方向がほぼ揃ったそれぞれの光束を一ヶ所の照明領域４に導く機能を有している。

集光レンズアレイ７２０は、それぞれの中間光束を偏光分離ユニットアレイ７４０の特定の場所に集光しながら導く機能を有している。第１の光学要素７１の光束分割レンズ７１１と集光レンズアレイ７２０の集光レンズ７２１のレンズ特性は、偏光分離ユニットアレイ７４０に入射する光の主光線の傾きがシステム光軸６０Ｌと平行であることが理想的である点を考慮して、各々最適化されることが望ましい。

但し、一般的には、光学系の低コスト化及び設計の容易さを考慮して、第１の光学要素７１と全く同じものを集光レンズアレイ７２０として用いるか、或いは、光束分割レンズ７１１とＸＹ平面での形状が相似形である集光レンズを用いて集光レンズアレイ７２０を構成しても良い。本例の場合には、第１の光学要素７１と同じものを集光レンズアレイ７２０として用いている。尚、集光レンズアレイ７２０は遮光板７３０や偏光分離ユニットアレイ７４０から離れた位置（第１の光学要素７１に近い側）に配置しても良い。

図９には遮光板７３０の外観を示してある。この図に示すように、遮光板７３０は、複数の遮光面７３１と複数の開口面７３２がストライプ状に配列して構成されたものである。この遮光面７３１と開口面７３２の配列の仕方は後述する偏光分離ユニットアレイ７４０の偏光分離面７４１の配列の仕方に対応している。遮光板７３０の遮光面７３１に入射した光束は遮られ、開口面７３２に入射した光束は遮光板７３０をそのまま通過する。従って、遮光板７３０は、遮光板７３０上の位置に応じて透過する光束を制御する機能を有しており、遮光面７３１と開口面７３２の配列の仕方は、第１の光学要素７１による二次光源像７１３が後述する偏光分離ユニットアレイ７４０の偏光分離面７４１上のみに形成されるように設定されている。遮光板７３０としては、本例のように平板状の透明体（例えばガラス板）に遮光性の膜（例えばクロム膜、アルミニウム膜、及び、誘電体多層膜）を部分的に形成したものや、或いは、例えばアルミニウム板のような遮光性の平板に開口部を設けたもの等を使用できる。特に、遮光性の膜を利用して遮光面を形成する場合には、遮光性の膜を集光レンズアレイ７２０や後述する偏光分離ユニットアレイ７４０上に直接形成しても同様の機能を発揮させることができる。

図１０は、偏光分離ユニットアレイ７４０の外観を示す斜視図である。この図に示すように、偏光分離ユニットアレイ７４０は、複数の偏光分離ユニット７７０をマトリクス状に配列した構成をしている。偏光分離ユニット７７０の配列の仕方は、第１の光学要素７１を構成する光束分割レンズ７１１のレンズ特性及びそれらの配列の仕方に対応している。本例においては、全て同じ形状を有する同心系の光束分割レンズ７１１を用いて、それらの光束分割レンズを直交マトリクス状に配列することで第１の光学要素７１を構成しているので、偏光分離ユニットアレイ７４０も全て同じ形状の偏光分離ユニット７７０を全て同じ向きに直交マトリクス状に配列することにより構成されている。尚、Ｙ方向に並ぶ同一列の偏光分離ユニットが全て同じ形状である場合には、偏光分離ユニットアレイ７４０と同じ高さＨを有するＹ方向に細長い偏光分離ユニットを複数本準備し、これらの細長い偏光分離ユニットをＸ方向に配列して貼り合わせることによって偏光分離ユニットアレイを作製すると、細長い偏光分離ユニット同士のＸ方向の界面の平坦度を向上させることができる。このように作製された偏光分離ユニットアレイを用いた方が、偏光分離ユニット間の界面における光損失を低減できると共に偏光分離ユニットアレイの製造コストを低減できるという点で有利である。

図１１は、偏光分離ユニット７７０の外観およびその機能を示す説明図である。この図に示すように、偏光分離ユニット７７０は、内部に偏光分離面７４１と反射面７４２を備えた四角柱状の構造体であり、偏光分離ユニットに入射する中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに空間的に分離する機能を有している。偏光分離ユニット７７０のＸＹ平面上における外形形状は、光束分割レンズ７１１のＸＹ平面上における外形形状と相似形をなしており、即ち、横長の矩形状である。偏光分離面７４１と反射面７４２とは、偏光分離ユニット７７０の外形形状の長手方向、すなわち横方向（Ｘ方向）に並ぶように配置されている。ここで、偏光分離面７４１はシステム光軸Ｌに対して約４５度の傾きをなし、反射面７４２は偏光分離面と平行な状態をなしている。さらに、偏光分離面７４１をＸＹ平面上に投影した面積（後述するＰ出射面７４３の面積に等しい）と反射面７４２をＸＹ平面上に投影した面積（後述するＳ出射面７４４の面積に等しい）とは等しい。さらに、偏光分離面７４１が存在する領域のＸＹ平面上での横幅Ｗｐと反射面７４２が存在する領域のＸＹ平面上での横幅Ｗｍとは等しくなり、且つ、それぞれが偏光分離ユニットのＸＹ平面上での横幅Ｗｌの半分になるように設定されている。尚、一般的に、偏光分離面７４１は誘電体多層膜で、また、反射面７４２は誘電体多層膜或いはアルミニウム膜で形成することができる。

偏光分離ユニット７７０に入射した光は、偏光分離面７４１において、進行方向を変えずに偏光分離面７４１を通過するＰ偏光光束７４５と、偏光分離面７４１で反射され隣接する反射面７４２の方向に進行方向を変えるＳ偏光光束７４６とに分離される。Ｐ偏光光束７４５はそのままＰ出射面７４３を経て偏光分離ユニット７７０から出射され、Ｓ偏光光束７４６は再び反射面７４２で進行方向を変え、Ｐ偏光光束７４５とほぼ平行な状態となって、Ｓ出射面７４４を経て偏光分離ユニット７７０から出射される。従って、偏光分離ユニット７７０に入射したランダムな偏光光束は偏光方向が異なるＰ偏光光束７４５とＳ偏光光束７４６の二種類の偏光光束に分離され、偏光分離ユニット７７０の異なる場所（Ｐ出射面７４３とＳ出射面７４４）からほぼ同じ方向に向けて出射される。

再び、図８に基づいて説明する。各偏光分離ユニット７７０に入射される中間光束７１２は、偏光分離面７４１が存在する領域に導かれる必要がある。そのため、偏光分離面７４１の中央部近傍で中間光束７１２が二次光源像を形成するように、それぞれの偏光分離ユニット７７０とそれぞれの集光レンズ７２１の位置関係やそれぞれの集光レンズ７２１のレンズ特性が設定されている。特に、本例の場合には、それぞれの偏光分離ユニット７７０内の偏光分離面７４１の中央部にそれぞれの集光レンズの中心軸が来るように配置するため、集光レンズアレイ７２０は、偏光分離ユニットの横幅Ｗｌの１／４に相当する距離Ｄだけ、偏光分離ユニットアレイ７４０に対してＸ方向にずらした状態で配置されている。

遮光板７３０は偏光分離ユニットアレイ７４０と集光レンズアレイ７２０との間にあって、遮光板７３０のそれぞれの開口面７３２の中心とそれぞれの偏光分離ユニット７７０の偏光分離面７４１の中心がほぼ一致するように配置され、また、開口面７３２の開口横幅（Ｘ方向の開口幅）は偏光分離ユニット７７０の横幅Ｗｌの約半分の大きさに設定されている。その結果、偏光分離面７４１を経ずして反射面７４２に直接入射する中間光束は、予め遮光板７３０の遮光面７３１で遮られるためほとんど存在せず、遮光板７３０の開口面７３２を通過した光束はそのほとんど全てが偏光分離面７４１のみに入射することになる。従って、遮光板７３０の設置により、偏光分離ユニットにおいて、直接反射面７４２に入射し、反射面７４２を経て隣接する偏光分離面７４１に入射する光束はほとんど存在しないことになる。

偏光分離ユニットアレイ７４０の出射面の側には、λ／２位相差板７５１が規則的に配置された選択位相差板７５０が設置されている。即ち、偏光分離ユニット７７０のＰ出射面７４３（図１１）の部分にのみλ／２位相差板７５１が配置され、Ｓ出射面７４４の部分にはλ／２位相差板７５１は設置されていない。この様なλ／２位相差板７５１の配置状態により、偏光分離ユニット７７０から出射されたＰ偏光光束は、λ／２位相差板７５１を通過する際に偏光方向の回転作用を受けＳ偏光光束へと変換される。一方、Ｓ出射面７４４から出射されたＳ偏光光束はλ／２位相差板７５１を通過しないので、偏光方向は変化せず、Ｓ偏光光束のまま選択位相差板７５０を通過する。以上をまとめると、偏光分離ユニットアレイ７４０と選択位相差板７５０により、偏光方向がランダムな中間光束は一種類の偏光光束（この場合はＳ偏光光束）に変換されたことになる。

選択位相差板７５０の出射面の側には、結合レンズ７６０が配置されており、選択位相差板７５０によりＳ偏光光束に揃えられた光束は、結合レンズ７６０により照明領域４へと導かれ、照明領域上で重畳される。ここで、結合レンズ７６０は１つの独立したレンズ体である必要はなく、第１の光学要素７１のように、複数のレンズの集合体であっても良い。

第２の光学要素７２の機能をまとめると、第１の光学要素７１により分割された中間光束７１２（つまり、光束分割レンズ７１１により切り出されたイメージ面）は、第２の光学要素７２により照明領域４上で重畳される。これと同時に、途中の偏光分離ユニットアレイ７４０により、ランダムな偏光光束である中間光束は偏光方向が異なる二種類の偏光光束に空間的に分離され、選択位相差板７５０を通過する際にほぼ一種類の偏光光束に変換される。ここで、偏光分離ユニットアレイ７４０の入射側には遮光板７３０が配置され、偏光分離ユニット７７０の偏光分離面７４１にだけ中間光束が入射する構成となっているため、反射面７４２を経て偏光分離面７４１に入射する中間光束はほとんどなく、偏光分離ユニットアレイ７７０から出射される偏光光束の種類はほぼ一種類に限定される。従って、照明領域４はほとんど一種類の偏光光束でほぼ均一に照明されることになる。

上述したように、第１の光学要素７１により形成される二次光源像７１２の大きさは第１の光学要素に入射する光束（照明装置を想定した場合には光源から出射される光束）の平行性に影響される。平行性が悪い場合には寸法の大きな二次光源像しか形成できないため、偏光分離ユニットの偏光分離面を経ずして反射面に直接入射する中間光束が多く存在し、偏光方向の異なる他の偏光光束が照明光束へ混入する現象を避けられない。図８の偏光照明装置６０は遮光板７３０を有しているので、平行性の悪い光束を出射する光源を利用して偏光照明装置を構成する場合に、特に優れた効果を発揮する。

なお、中間光束のほとんどを偏光分離面７４１に直接入射できる（すなわち、反射面７４２に直接入射する中間光束が少ない）場合には、遮光板７３０を省略することが可能であり、また、光源部からの出射光束の平行性が高い場合には集光レンズアレイ７２０を省略することが可能である。

以上説明したように、本例の偏光照明装置６０によれば、前述した照明装置１０と同様な効果を得ることができる。

これに加えて、本例の偏光照明装置６０では次のような効果を得ることができる。すなわち、光源部５から出射されたランダムな偏光光束を、第１の光学要素７１と第２の光学要素７２により構成される偏光発生装置７により、ほぼ一種類の偏光光束に変換すると共に、その偏光方向の揃った光束により照明領域４を均一に照明できるという効果を有する。また、偏光光束の発生過程においては光損失を殆ど伴わないため、光源部から出射される光の殆どすべてを照明領域４へと導くことができ、従って、光の利用効率が極めて高いという特徴を有する。さらに、第２の光学要素７２内には遮光板７３０が配置されているため、照明領域４を照明する偏光光束中には偏光方向が異なる他の偏光光束が混じることがほとんどない。従って、液晶装置のように偏光光束を用いて表示を行う変調手段を照明する装置として本発明の偏光照明装置を用いた場合には、従来、変調手段の照明光が入射する側に配置されていた偏光板を不要とできる場合がある。また、従来通りに偏光板を必要とする場合でも、偏光板における光吸収量が非常に少ないため、偏光板及び変調手段の発熱を抑えるのに必要な冷却装置を大幅に小型化することができる。

尚、本例では、第２の光学要素７２を構成する集光レンズアレイ７２０、遮光板７３０、偏光分離ユニットアレイ７４０、選択位相差板７５０及び結合レンズ７６０は光学的に一体化されており、これによってそれらの界面において発生する光損失を低減し、光利用効率を一層高める効果が得られている。ここで、「光学的に一体化する」とは、各光学要素が互いに密着していることを意味する。複数の光学要素を接着剤で貼り合わせたり、あるいは、一体成形することによって、光学的に一体化することができる。

さらに、横長の矩形形状である照明領域４の形状に合わせて、第１の光学要素７１を構成する光束分割レンズ７１１を横長の形状とし、同時に、偏光分離ユニットアレイ７４０から出射される二種類の偏光光束を横方向（Ｘ方向）に分離する形態としている。このため、横長の矩形形状を有する照明領域４を照明する場合でも、光量を無駄にすることなく、照明効率（光利用効率）を高めることができる。

一般に、偏光方向がランダムな光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに単純に分離すると、分離後の光束全体の幅は２倍に拡がり、それに応じて光学系も大型化してしまう。しかし、本発明の偏光照明装置では、第１の光学要素７１により微小な複数の二次光源像７１３を形成し、それらの二次光源像が存在しない空間に反射面７４２を配置することにより、２つの偏光光束に分離することに起因して生じる光束の経路の横方向への広がりを吸収しているので、光束全体の幅は殆ど広がらず、小型の光学系を実現できるという特徴がある。

（第３の実施の形態）
次に、上記の構成の偏光照明装置６０と基本的に同一構成の偏光照明装置６０Ａが組み込まれた投写型の表示装置の一例について説明する。尚、本例においては、偏光照明装置からの出射光束を表示情報に基づいて変調する変調手段として透過型の液晶装置を用いている。

図１２は、本発明による投写型表示装置８０の光学系の要部を示した概略構成図であり、ＸＺ平面における構成を示している。本例の投写型表示装置８０は、偏光照明装置６０Ａと、白色光束を３色の色光に分離する色分離光学系４００と、それぞれの色光を表示情報に基づいて変調し表示画像を形成する３枚の透過型の液晶装置４１１、４１２、４１３と、３色の色光を合成しカラー画像を形成する色合成手段としてのクロスダイクロイックプリズム４５０と、そのカラー画像を投写表示する投写光学系としての投写レンズ４６０とから大略構成されている。

偏光照明装置６０Ａは、ランダムな偏光光束を一方向に出射する一対のランプユニット５１Ａ、５１Ｂを備えた光源部５を有し、この光源部５から出射されたランダムな偏光光束は、偏光発生装置７によりほぼ一種類の偏光光束に変換される。本例の偏光照明装置６０Ａでは、偏光発生装置７を構成している第１の光学要素７１と第２の光学要素７２の光軸が互いに直交するように配置し、これらの間にそれぞれに対して４５度傾斜させた反射ミラー７３が配置されている。これ以外の構成は上記の偏光照明装置６０と同一であり、その詳細な説明については省略する。

この偏光照明装置６０Ａから出射された光束は、まず、色分離光学系４００の青光緑光反射ダイクロイックミラー４０１において、赤色光が透過し、青色光及び緑色光が反射する。赤色光は、反射ミラー４０３で反射され、フィールドレンズ４１５を介して赤光用液晶装置４１１に達する。一方、青色光及び緑色光のうち、緑色光は、色分離光学系４００の緑光反射ダイクロイックミラー４０２によって反射され、フィールドレンズ４１６を介して緑光用液晶装置４１２に達する。なお、フィールドレンズ４１５、４１６は、入射した光束がその中心軸に平行な光束となるように変換する機能を有している。

ここで、青色光の光路の長さは他の２色光の光路の長さよりも長いので、青色光に対しては、入射レンズ４３１、リレーレンズ４３２、及び出射レンズ４３３からなるリレーレンズ系を含む導光光学系４３０を設けてある。即ち、青色光は、緑光反射ダイクロイックミラー４０２を透過した後に、まず、入射レンズ４３１を経て反射ミラー４３５により反射されてリレーレンズ４３２に導かれ、このリレーレンズに集束された後、反射ミラー４３６によって出射レンズ４３３に導かれ、その後、青光用液晶装置４１３に達する。なお、出射レンズ４３３は、フィールドレンズ４１５、４１６と同様な機能を有している。

３ヶ所の液晶装置４１１、４１２、４１３は、それぞれの色光を変調し、各色光に対応した画像情報を含ませた後に、変調した色光をクロスダイクロイックプリズム４５０に入射させる透過型の液晶パネル（「液晶ライトバルブ」とも呼ばれる）である。クロスダイクロイックプリズム４５０には、赤光反射の誘電体多層膜と青光反射の誘電体多層膜とが十字状に形成されており、それぞれの変調光束を合成しカラー画像を形成する。ここで形成されたカラー画像は、投写レンズ４６０によりスクリーン４７０上に拡大投影され、投写画像を形成することになる。

このように構成した投写型表示装置８０では、偏光照明装置として、２個のランプユニット５１Ａ、５１Ｂを備えた偏光照明装置６０Ａを採用しているので、明るい投写画像を形成することができる。

また、偏光照明装置６０Ａの駆動回路として、双方のランプユニット５１Ａ、５１Ｂを同時に点灯駆動できると共に、これらを選択的に点灯駆動できる回路を用いるようにすれば、それほど照度を必要としない場合等には、一方のランプユニットのみを点灯させる等できるので、使用環境に応じた最適な明るさの投写画像を形成できる。

さらに、偏光照明装置６０Ａではランプユニット５１Ａと反射ミラー５５１、５５２を一体で着脱できるように、これらがユニット５６とされている。従って、投写型表示装置８０を持ち運ぶ場合には、このユニット５６を取り外しておけば、その分、装置重量が低減される。この点に関しては、各ランプユニット５１Ａ、５１Ｂのバラスト回路部分のそれぞれを別構成とし、着脱可能なランプユニット５１Ａの側のバラスト回路部分もユニット５６に搭載して一体的に着脱できるようにすることが望ましい。このようにすれば、ユニット５６を取り外したときの装置重量を大幅に低減できるとともに、装置のサイズも小型化することができるので、持ち運びに便利となる。

なお、本例の投写型表示装置８０では、一種類の偏光光束を変調するタイプの液晶装置が用いられている。従って、従来の照明装置を用いてランダムな偏光光束を液晶装置に導くと、ランダムな偏光光束のうちの約半分の光は、偏光板（図示せず）で吸収されて熱に変わってしまうので、光の利用効率が悪いと共に、偏光板の発熱を抑える大型で騒音の大きな冷却装置が必要であるという問題点があった。しかし、本例の投写型表示装置８０では、かかる問題点が大幅に改善されている。

即ち、本例の投写型表示装置８０では、偏光照明装置６０Ａにおいて、一方の偏光光束、例えばＳ偏光光束に偏光方向が揃った状態とする。それ故、偏光方向の揃ったほぼ一種類の偏光光束が３ヶ所の液晶装置４１１、４１２、４１３に導かれるので、偏光板による光吸収は非常に少なく、従って、光の利用効率が向上し、明るい投写画像を得ることができる。

特に、照明装置として使用している偏光照明装置６０Ａにおいては、第２の光学要素７２の内部に遮光板７３０を配置しているため、偏光照明装置６０Ａから出射される照明光の中に、液晶装置での表示に不要な他の偏光光束が混入することがほとんどない。その結果、３ヶ所の液晶装置４１１、４１２、４１３の光の入射する側にそれぞれ配置された偏光板（図示せず）における光吸収量は極めて少なく、光吸収による発熱量も極めて少なくなることから、偏光板や液晶装置の温度上昇を抑制するための冷却装置を大幅に小型化することができる。

以上のことから、非常に光出力の大きな光源ランプを用いて、非常に明るい投写画像を表示可能な投写型表示装置を実現しようとした場合にも、小型の冷却装置で対応可能であり、よって冷却装置の騒音を低くすることもでき、静かで高性能な投写型表示装置を実現できる。

さらに、偏光照明装置６０Ａでは、第２の光学要素７２において、２種類の偏光光束を横方向（Ｘ方向）に空間的に分離している。従って、光量を無駄にすることがなく、横長の矩形形状をした液晶装置を照明するのに都合が良い。

さらにまた、本例の偏光照明装置６０Ａでは、前述したように偏光変換光学要素を組み入れているにもかかわらず、偏光分離ユニットアレイ７４０を出射する光束の幅の広がりが抑えられている。このことは、液晶装置を照明する際に、大きな角度を伴って液晶装置に入射する光が殆どないことを意味している。従って、Ｆナンバーの小さな極めて大口径の投写レンズ系を用いなくても明るい投写画像を実現でき、その結果、小型の投写型表示装置を実現できる。

また、本例では、色合成手段として、クロスダイクロイックプリズム４５０を用いているので、装置の小型化が可能である。また、液晶装置４１１、４１２、４１３と投写レンズ４６０との間の光路の長さが短いので、比較的小さな口径の投写レンズ系を用いても、明るい投写画像を実現できる。また、各色光は、３光路のうちの１光路のみ、その光路の長さが異なるが、本例では光路の長さが最も長い青色光に対しては、入射レンズ４３１、リレーレンズ４３２、及び出射レンズ４３３からなるリレーレンズ系を含む導光光学系４３０を設けてあるので、色むらなどが生じない。

尚、２枚のダイクロイックミラーを色合成手段として用いたミラー光学系により投写型表示装置を構成することもできる。勿論、その場合においても本例の偏光照明装置を組み込むことが可能であり、本例の場合と同様に、光の利用効率に優れた明るい高品位の投写画像を形成することができる。

また、本例では、ランダムな偏光光束から一種類の偏光光束として、Ｓ偏光光束を得る構成としているが、勿論、Ｐ偏光光束を得る構成としても良い。

（ランプユニットの変形例）
図１３および図１４には、上記のランプユニット５１Ａ、５１Ｂの変形例を示してある。なお、図１４は図１３に示すランプユニット５１Ｃのランプ光軸５４を含むＸＺ平面における断面を示した図である。これらの図に示すように、本例のランプユニット５１Ｃの基本的な構成は前述したランプユニット５１Ａ、５１Ｂと同様であり、光源ランプ５１１Ｃとリフレクタ５１２Ｃとから構成されている。しかし、本例のランプユニット５１Ｃでは、そのリフレクタ５１２Ｃの円形開口５１５のうち、Ｘ軸方向の両側の部分が一対の反射ミラー５１３、５１４によって塞がれており、ランプ光軸５４を含むＸ軸方向の開口幅が約１／２Ｗとされている。反射ミラー５１３、５１４の反射面５１３ａ、５１４ａは、リフレクタ５１２Ｃの反射面の側に形成されている。

このように構成したランプユニット５１Ｃにおいては、図１４に示すように、光量の多い中心部分の出射光はそのまま遮られることなく出射される。しかし、両側部分の出射光の部分は、反射ミラー５１３、５１４によって反射される。反射光は、再度、リフレクタ５１２Ｃの反射面５１６で反射されて、ランプ光軸５４に近いランプ中心側を通って反射ミラー５１３、５１４によって遮られることなく出射する。

この構成のランプユニット５１Ｃを前述したランプユニット５１Ａ、５１Ｂの代わりに使用した場合には、それまで合成ミラー光学系５５（図１，図６，図８参照）によって遮られ利用されることのなかったランプ光軸から離れた両側部分からの出射光を、反射ミラー５１３、５１４によりリフレクタ側へ戻して再利用することができる。従って、その分、ランプユニットからの出射光束量を増加させることができる。

（第４の実施の形態）
図１５は、本発明を適用した更に別の構成の照明装置を用いた投写型表示装置におけるダイクロイックミラーと各ランプユニットとの配列関係を説明する図である。図１５（Ａ）および（Ｂ）には、照明装置１００からの出射光束のうち、色光分離光学素子である青光緑光反射ダイクロイックミラー４０１によって分離された赤色光束が赤光用液晶装置４１１を照明する様子を模式的に示してある。なお、図１５（Ａ）および（Ｂ）には、クロスダイクロイックプリズム４５０、赤光用液晶装置４１１、青光緑光反射ダイクロイックミラー４０１、および照明装置１００のみを取り出して、これらの光学要素を便宜的に直線状に示してあるが、図１２に示した投写型表示装置８０と異なる部分はあくまで偏光照明装置６０Ａを本例の照明装置１００に変更した点である。

図１５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、分離光学素子である青光緑光反射ダイクロイックミラー４０１は、ＸＺ平面内に対しては略垂直に、ＹＺ平面、ＸＹ平面に対しては所定角度を成すように配置されている。

本例の照明装置１００は光源部１１０を有し、光源部１１０は同一構成でほぼ同一寸法の第１および第２のランプユニット１１０Ａ、１１０Ｂを備えている。各ランプユニット１１０Ａ、１１０Ｂは、光源ランプ１２０Ａ、１２０Ｂと、放物面形、楕円形、円形等をしたリフレクタ１３０Ａ、１３０Ｂから構成されている。各ランプユニット１１０Ａ、１１０Ｂは、ほぼＹ軸方向に沿って対向配置されている。すなわち、各ランプユニット１１０Ａ、１１０Ｂは、ダイクロイックミラー４０１で分離され、そこから出射される２つの出射光の方向に対して直交する方向に配列されている。そして、各ランプユニット１１０Ａ、１１０Ｂからの出射光は、反射ミラー１４０Ａ、１４０Ｂで反射されてダイクロイックミラー４０１の方へ出射される。この照明装置１００は、図６に示したグループＡ−ａによる例を示しており、の照明装置１０の変形例の一つである、

図１７は、青光緑光反射ダイクロイックミラー４０１の色分離特性を示す説明図である。この図に実線で示すように、青光緑光反射ダイクロイックミラー４０１は、所定の角度で光が入射すると、その光の赤色光成分（約６００ｎｍ以上）のみを透過し、その他の光成分（青光成分および緑光成分）を反射する。このような色分離特性は、青光緑光反射ダイクロイックミラー４０１に対する光の入射角がずれると、その入射角に応じて変化する。このため、青光緑光反射ダイクロイックミラー４０１に所定の入射角で光を入射させないと、赤光用液晶装置４１１に導かれる赤色光の色が変化してしまう。

図１６は、各ランプユニット１１０Ａ、１１０ＢをＸ軸方向に対向して配置したときの各ランプユニットとダイクロイックミラーの配置関係を示す説明図である。この図に示すように、各ランプユニット１１０Ａ、１１０ＢがＸ軸方向に沿って配列されると、青光緑光反射ダイクロイックミラー４０１に対する各ランプユニット１１０Ａ、１１０Ｂからの出射光の入射角θＡ1 、θＢ1 は、ランプユニット１１０Ａ、１１０Ｂ間で相互に異なると共に、上記所定の角度からずれてしまう。このため、ランプユニット１１０Ａからの出射光に対しては、例えば、図１７に点線で示すような色分離特性となり、図１７に実線で示したような所望の色分離特性は得られなくなる。また、ランプユニット１１０Ｂからの出射光に対しても、図１７に一点鎖線で示すような色分離特性となり、同様に、所望の色分離特性は得られなくなる。つまり、各出射光に対する色分離特性が相互に異なることになる。この結果、ダイクロイックミラー４０１を透過して赤光用液晶装置に４１１に導かれる赤色光には色ずれが生じることになる。

これに対して、本例の照明装置１００では、図１５（Ａ）および（Ｂ）に示したように、各ランプユニット１１０Ａ、１１０ＢをほぼＹ軸方向に沿って対向配置してあるので、各ランプユニット１１０Ａ、１１０Ｂからの出射光を、青光緑光反射ダイクロイックミラー４０１に対して共に等しい入射角で入射させることができる。このため、各出射光に対する色分離特性を等しくできると共に、所望の色分離特性を得ることができる。従って、赤光用液晶装置４１１を照明する赤色光の色ずれを低減することができる。

なお、緑光ダイクロイックミラー４０２に対しても、青光緑光反射ダイクロイックミラー４０１と同様に、各ランプユニット１１０Ａ、１１０Ｂからの出射光を共に等しい入射角θで入射させることができるので、緑光用液晶装置４１２、青光用液晶装置４１３の照明光の色ずれを低減することができる。よって、本例の照明装置１００は、明るさが均一で色ずれの無い照明光を液晶装置に照明することができる。

さらに、上述したことは、図１５（Ａ）および（Ｂ）に示したように、ダイクロイックプリズム４５０の赤光反射ダイクロイック面４５１、青光反射ダイクロイック面４５２についても同様である。すなわち、ダイクロイック面４５１、４５２に入射する各ランプユニット１１０Ａ、１１０Ｂからの出射光の角度θＡ2 、θＢ2 同志も等しくなる。従って、本例の照明装置１００を投写型表示装置に組み込めば、投写画像の色ずれも低減できる。

また、本例の照明装置１００では、前述した実施の形態と同様に２つのランプユニットを備えているので、照明装置全体としての照度も高められている。

以上のことから、本例の照明装置１００を投写型表示装置に組み込めば、投写面全体に渡って明るく均一で色ずれの無い投写画像が得られる投写型表示装置を実現できる。

また、本例の照明装置１００に対して前述したようなインテグレータ光学系や偏光発生装置を更に付加しても勿論良く、この場合には、前述したように、インテグレータ光学系を用いることによる効果、および偏光発生装置を用いることによる効果を上記の効果に加えて得ることができる。すなわち、投写画像の色ずれの低減に加えて、明るさ向上と照度むらや色むらの低減を実現できる。

さらに、本例の照明装置１００においても、両方の光源ランプを選択的に点灯できる構成としておけば、必要に応じて照明光の明るさを多段階に調整できるため、要求される明るさや消費電力量の点で多様な使い方ができる。特に、本例の照明装置１００によれば、一方のランプを使用した場合でも、ダイクロイックミラーやプリズムの分光特性が変化しないので、明るさは低減するものの、色調には変化のない投写画像が得られる点で有利である。また、スペクトルの異なる光源ランプを備えたランプユニットを使用すれば、カラー投写型表示装置に適用した場合には、その色再現性を向上できる等の利点もある。

なお、本例では、２つのランプユニットをｙ方向に対向配置した照明装置１００を投写型表示装置に適用した場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。要するに、互いに直交する３つの方向軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、照明装置からの出射光の光軸と平行な方向をＺとしたとき、ダイクロイックミラーの色分離面やクロスダイクロイックプリズムのダイクロイック面は、ＸＺ平面に対しては略垂直に、ＹＺ平面、ＸＹ平面に対しては所定角度を成すように配置され、複数のランプユニットおよび前記合成ミラー手段は、複数のランプユニットからの出射光が略Ｙ方向に沿って合成されるように配置されているようにすればよい。

（第５の実施の形態）
図１８は、本発明を適用した更に別の構成の偏光照明装置の概略構成図を示している。本例の偏光照明装置９０は偏光照明装置６０（図８）と同様に、光源部５と偏光発生装置７'とを備えている。但し、ランプユニット５１Ｂは、ランプ光軸５１ＢＬがシステム光軸９０Ｌとほぼ一致する向きに配置され、ランプユニット５１Ａは、ランプ光軸５１ＢＬがＹ軸方向にほぼ平行で、かつその開口部が下方を向くように配置されている。偏光発生装置７'は、偏光発生装置７（図８）と同様に、光源部５から出射されたランダムな偏光光束を、ほぼ一種類の偏光光束に変換する共に、その偏光方向の揃った光束により照明領域４をほぼ均一に照明する機能を有している。

偏光発生装置７'を構成する第1の光学要素７１'は、図８に示す第１の光学要素７１と同様に、光束分割レンズ７１１'を４行４列のマトリクス状に配列したレンズアレイである。但し、光束分割レンズ７１１'は、そのＹ方向の位置に応じて光束分割レンズ７１１ａ'、７１１ｂ'、７１１ｃ'、７１１ｄ'の４種類の矩形レンズが用いられている。各光束分割レンズ７１１ａ'、７１１ｂ'、７１１ｃ'、７１１ｄ'は、後述するように、それぞれのレンズから出射した光束をＹ方向にのみ偏向させるように形成された偏心レンズである。

第２の光学要素７２'は、第２の光学要素７２（図８）と同様に、集光レンズアレイ７２０'、遮光板７３０'、偏光分離ユニットアレイ７４０'、選択位相差板７５０'、および結合レンズ７６０'を備えている。集光レンズアレイ７２０'は、集光レンズアレイ７２０（図８）と同様に、第１の光学要素７１'に対応するように集光レンズ７２１'を４行４列に配列した構成を有している。集光レンズ７２１'も、光束分割レンズ７１１'と同様に、そのＹ方向の位置に応じた偏心量を有する集光レンズ７２１ａ'、７２１ｂ'、７２１ｃ'、７２１ｄ'の矩形レンズが用いられている。但し、集光レンズ７２１'は、光束分割レンズ７１１'に比べてＹ方向の大きさが小さく、集光レンズアレイ７２０'も、第１の光学要素７１'に比べてＹ方向の大きさが小さくなっている。

偏光分離ユニットアレイ７４０'は、図８に示す偏光分離ユニットアレイ７４０と同様に、偏光分離ユニット７７０'をマトリクス状に配列したものである。偏光分離ユニット７７０'は、図１１に示す偏光分離ユニット７７０と同様に、入射したランダムな偏光光束をＸ方向に２種類の偏光光束に分離するように偏光分離面７４１'と反射面７４２'とがＸ方向に並ぶように配置されている。但し、偏光分離ユニット７７０'の大きさは、集光レンズ７２１'の大きさに対応するように、図１１の偏光分離ユニット７７０に比べてＹ方向の大きさが小さくなっており、偏光分離ユニットアレイ７４０'の大きさも、集光レンズアレイ７２０'に対応するように偏光分離ユニットアレイ７４０に比べてＹ方向に小さくなっている。

遮光板７３０'および選択位相差板７５０'は、偏光分離ユニットアレイ７４０に対する遮光板７３０および選択位相差板７５０の関係と同様に、偏光分離ユニットアレイ７４０'に対応する大きさおよび位置関係で配置されている。また、結合レンズ７６０'も結合レンズ７６０に比べて、Ｙ方向の大きさが小さくなっている。

上記のように、本例の偏光照明装置９０は、第１の光学要素７１'および第２の光学要素７２'における各構成要素の構造に特徴を有しているが、各構成要素の基本的な配置および機能は、図８に示す第１の光学要素７１および第２の光学要素７２と同様であるため、説明を省略する。以下、第１の光学要素７１'および第２の光学要素７２'における各構成要素の構造的な特徴について、更に説明を加える。

光束分割レンズ７１１'の外形形状は、光束分割レンズ７１１'で分割された中間光束が最も効率良く照明領域４を照明するように、照明領域４の形状とほぼ相似な形状とされる。本例の偏光照明装置９０が投写型表示装置８０（図１２）のような投写型表示装置に適用される場合には、照明領域４は、液晶装置４１１、４１２、４１３である。液晶装置４１１、４１２、４１３のアスペクト比（横：縦）は４：３であり、本例の光束分割レンズ７１１'の縦方向の大きさは、横方向（Ｘ方向）の大きさＬＷの３／４である。一方、集光レンズ７２１'の横方向の大きさは、光束分割レンズ７１１'と同じ大きさであるが、縦方向の大きさは、横方向の大きさＬＷの２／４である。以下、その理由について説明する。

図１９は、光束分割レンズ７１１'および集光レンズ７２１'によって形成された光源の二次光源像（光源像）について示す説明図である。図１９（Ａ）は、図８に示した偏光照明装置６０における集光レンズアレイ７２０および偏光分離ユニットアレイ７４０の一部をＹ方向からみた説明図であり、図１９（Ｂ）は、Ｚ方向からみた説明図である。なお、図１９（Ｂ）では、図をわかりやすくするため、集光レンズ７２１をＹ方向に少しずらして示しているが、実際にはほとんどずれていない。集光レンズ７２１を通過した中間光束７１２は、光束分割レンズ７１１および集光レンズ７２１によって、偏光分離ユニット７７０の内部に構成された偏光分離面７４１上のほぼ中心位置に集光され、偏光分離面７４１上には二次光源像７１３が形成される。また、偏光分離面７４１のＸ方向近傍位置に構成された反射面７４２上にも同様に、二次光源像７１３とほぼ同じ大きさの二次光源像７１３'が形成される。なお、偏光分離ユニット７７０の入射面から出射面までの幅が小さいので、偏光分離ユニット７７０における入射光束および出射光束の断面の大きさも、二次光源像７１３とほぼ同じである。従って、以下では、それらの入射光束および出射光束の断面の大きさを、二次光源像７１３の断面の大きさに置き換えて説明する。

中間光束７１２を収束させない状態でＰ偏光光束とＳ偏光光束とに単純に分離すると、分離後の光束全体の幅は２倍に拡がり、それに応じて光学系も大型化してしまう。そこで、偏光照明装置６０では、上記説明のように、複数の中間光束７１２を集光させることによって発生した光の存在しない空間を利用して、偏光分離ユニット７７０の反射面７４２を配置し、光学系の大型化を防止している。偏光照明装置６０では、装置の小型化を考慮して、図１９（Ｂ）に示すように、偏光分離面７４１をＸＹ平面上に投影した領域のＸ方向の大きさは、二次光源像７１３および７１３'をＸＹ平面上に投影したときのＸ方向の大きさにほぼ等しく、かつ集光レンズ７２１のＸ方向の大きさＬＷの１／２にほぼ等しい大きさとしている。同様に、反射面７４１をＸＹ平面上に投影した領域のＸ方向の大きさも、ＬＷの１／２にほぼ等しい大きさとしている。なお、偏光分離面７４１をＸＹ平面上に投影した領域のＹ方向の大きさは、集光レンズ７２１のＹ方向の大きさ（ＬＷ・３／４）にほぼ等しい大きさとしている。また、同様に、反射面７４１が存在する領域のＸＹ平面上におけるＹ方向の大きさも、大きさ（ＬＷ・３／４）にほぼ等しい大きさとしている。

このとき、ＸＹ平面上に投影される二次光源像７１３および７１３'の断面形状がほぼ円形であるとすると、図１９（Ｂ）に示すように、偏光分離ユニット７７０のＹ方向の領域において、上端および下端からそれぞれＹ方向に大きさＬＷの１／８だけ離れた位置までの領域がほとんど利用されていない（この領域には光が存在しない）ことになる。言い換えると、集光レンズ７２１および偏光分離ユニット７７０は、Ｙ方向にそれぞれ大きさＬＷの１／４に相当する大きさだけ小さくすることができる。本例の偏光照明装置９０では、上記理由に基づいて、図１９（Ｃ）に示すように、集光レンズ７２１'のＹ方向の大きさを、図１９（Ｂ）に示す集光レンズ７２１のＹ方向の大きさ（ＬＷ・３／４）よりも（ＬＷ・１／４）だけ小さくしている。すなわち、集光レンズ７２１'のＹ方向の大きさをＬＷ／２としている。

上記理由によって、集光レンズ７２１'のＹ方向の大きさを小さくできるため、集光レンズアレイ７２０'も全体的にＹ方向に小さくすることが可能である。但し、このような集光レンズアレイ７２１'を適用するためには、更に、集光レンズ７２１'および光束分割レンズ７１１'を、以下に説明するような形状に成形する必要がある。

図２０は、光束分割レンズ７１１'および集光レンズ７２１'の構造について示す説明図である。光束分割レンズ７１１'は、普通の同心レンズ７００を、Ｘ方向は光軸ＬＣを中心に大きさＬＷの幅で切断し、Ｙ方向は図２０（Ａ）に示す２つの位置７１１ａ'，７１１ｂ'のいずれかで切断した矩形レンズであり、レンズ中心と光軸との位置関係がそれぞれＹ方向に異なった偏心レンズである。第１の光束分割レンズ７１１ａ'は、同心レンズ７００のレンズ中心（光軸）ＬＣの位置と、レンズ中心ＬＣからＹ方向上方に距離（ＬＷ・３／４）だけ離れた位置を含むＸＺ平面で切断したものである。第２の光束分割レンズ７１１ｂ'は、レンズ中心ＬＣからＹ方向下方に距離（ＬＷ／４）だけ離れた位置と、レンズ中心ＬＣからＹ方向上方に距離（ＬＷ・２／４）だけ離れた位置を含むＸＺ平面で切断したものである。なお、図１８（Ｂ）に示されている他の光束分割レンズ７１１ｃ'および７１１ｄ'は、光束分割レンズ７１１ａ'および７１１ｂ'を上下反転させたものに等しい。

集光レンズ７２１'は、普通の同心レンズ７００を、Ｘ方向は光軸ＬＣを中心に大きさＬＷの幅で切断し、Ｙ方向は図２０（Ｂ）に示す２つの位置７２１ａ'，７２１ｂ'のいずれかで切断した矩形レンズであり、レンズ中心と光軸との位置関係がそれぞれＹ方向に異なった偏心レンズである。第１の集光レンズ７２１ａ'は、レンズ中心ＬＣからＹ方向下方に距離（ＬＷ／８）だけ離れた位置と、レンズ中心ＬＣからＹ方向下方に距離（ＬＷ・５／８）だけ離れた位置を含むＸＺ平面で切断したものである。第２の集光レンズ７２１ｂ'は、レンズ中心ＬＣからＹ方向下方に距離（ＬＷ・３／８）だけ離れた位置と、レンズ中心ＬＣからＹ方向上方に距離（ＬＷ／８）だけ離れた位置を含むＸＺ平面で切断したものである。なお、図１８（Ｂ）に示されている他の集光レンズ７２１ｃ'および７２１ｄ'は、集光レンズ７２１ａ'および７２１ｂ'を上下反転させたものに等しい。

図２１は、光束分割レンズ７１１'および集光レンズ７２１'のＹ方向の位置関係を示す説明図である。光束分割レンズ７１１ａ'と対応する集光レンズ７２１ａ'とは、光束分割レンズ７１１ａ'のレンズ中心７１１ａ'（ＧＣ）の位置と集光レンズ７２１ａ'の光軸７２１ａ'（ＯＣ）の位置とが一致するとともに、光束分割レンズ７１１ａ'の光軸７１１ａ'（ＯＣ）の位置と集光レンズ７２１ａ'のレンズ中心７２１ａ'（ＧＣ）の位置とが一致するように配置されている。同様に、光束分割レンズ７１１ｂ'と対応する集光レンズ７２１ｂ'とは、光束分割レンズ７１１ｂ'のレンズ中心７１１ｂ'（ＧＣ）の位置と集光レンズ７２１ｂ'の光軸７２１ｂ'（ＯＣ）の位置とが一致するとともに、光束分割レンズ７１１ｂ'の光軸７１１ｂ'（ＯＣ）の位置と集光レンズ７２１ｂ'のレンズ中心７２１ｂ'（ＧＣ）の位置とが一致するように配置されている。

光束分割レンズ７１１ａ'に入射した光束は、光束分割レンズ７１１ａ'によって中間光束７１２ａ'に分割されるとともに、対応する集光レンズ７２１ａ'のほぼ中心を通過するように偏向される。なお、光束分割レンズ７１１ａ'で分割された中間光束７１２ａ'は、説明を容易にするため、その主光線のみを示している。偏向された中間光束７１２ａ'は、集光レンズ７２１ａ'を通過すると、光束分割レンズ７１１ａ'入射時の光束の進行方向に平行となるように、すなわち、主光線が光源光軸９０Ｒにほぼ平行となるように偏向される。従って、中間光束７１２ａ'が集光レンズ７２１ａ'から出射される位置は、中間光束７１２ａ'が光束分割レンズ７１１ａ'に入射する位置よりも光源光軸９０Ｒ側にずれている。同様に、中間光束７１２ｂ'についても、集光レンズ７２１ｂ'から出射される位置は、光束分割レンズ７１１ｂ'に入射する位置よりも光源光軸９０Ｒ側にずれることになる。上記のように、第１の光学要素７１'および集光レンズアレイ７２０'の偏向作用によって、光束分割レンズ７１１'から出射した複数の中間光束７１２'は、光源光軸９０Ｒに向かってＹ方向に平行シフトし、集光レンズアレイ７２０'を通過した光束全体としては、光源光軸９０Ｒを中心に第１の光学要素７１'に入射した光束に対してＹ方向に圧縮された光束となる。つまり、光束全体を一まとまりと見なした場合の光束の断面寸法に着目すると、Ｙ方向にのみその寸法が小さくなっている。このように、光束分割レンズ７１１'および集光レンズ７２１'を、それぞれ適切な偏心レンズとするとともに、適切な位置関係に配置することによって、集光レンズアレイ７２０（図８）に比べて全体的にＹ方向の寸法を小さくした集光レンズアレイ７２０'を利用することが可能である。

本例の偏光照明装置９０によれば、以下のような効果が得られる。図２２は、偏光照明装置９０を投写型表示装置に適用した場合における投写レンズ４６０に入射する光について示す説明図である。図２２（Ａ）は、投写レンズ４６０の機能について示す模式図であり、加えて集光レンズアレイ７２０との位置関係を示している。投写レンズ４６０は、図２２（Ａ）に示すレンズ瞳４６０ｅに入射した光のみを有効に投写することができ、レンズ瞳４６０ｅよりも外側に入射した光を投写することができない。さらに、レンズ瞳４６０ｅの位置によって投写可能な入射角度（「呑み込み角」と呼ばれることもある）が変化する。この入射角度は、レンズ瞳４６０ｅの中心ほど大きく、周辺にいくほど小さくなる傾向にあるため、投写レンズにおける光の利用効率は、レンズの中心が最も良く、周辺にいくほど悪くなる傾向にある。

図２２（Ｂ）は、偏光照明装置９０と同様に、図１２に示した投写型表示装置８０における偏光照明装置６０Ａのランプユニット５１Ｂをそのランプ光軸５１ＢＬがシステム光軸９０Ｌと一致する向きに配置し、ランプユニット５１Ａをそのランプ光軸５１ＢＬがＹ軸方向に平行で、かつその開口部が下方を向くように配置されている場合において、ランプユニット５１Ａおよびランプユニット５１Ｂからの出射光が集光レンズアレイ７２０を通過して投写レンズ４６０の瞳４６０ｅに入射した際の光の強度分布５１ＡＬＰ、５１ＢＬＰを示している。なお、光の強度分布５１ＡＬＰおよび５１ＢＬＰは、等高線で示されている。図に示すように、ランプユニット５１Ｂによる光の強度分布５１ＢＬＰの分布中心は、投写レンズの中心４６０Ｌを中心としている。一方ランプユニット５１Ａによる光の強度分布５１ＡＬＰは、その分布中心を含むＸＹ平面で２つの分布５１ＡＬＰ１および５１ＡＬＰ２に分割され、ランプユニット５１Ｂの光の強度分布５１ＢＬＰのＹ方向外側に分布している。なお、ランプユニット５１Ａをそのランプ光軸５１ＢＬがＸ軸方向に平行で、その開口部がＸ方向を向くように配置されている場合には、ランプユニット５１Ａおよびランプユニット５１Ｂによる光の強度分布５１ＡＬＰおよび５１ＢＬＰは、図２２（Ｂ）に示した図をほぼ９０度回転させた分布になる。ランプユニット５１Ａおよび５１Ｂの光の強度分布５１ＡＬＰおよび５１ＢＬＰは、前述（図４参照）したように、それらの分布中心５１ＡＬＣ（光の強度分布５１ＡＬＰ１および５１ＡＬＰ２の分布中心は、５１ＡＬＣ１および５１ＡＬＣ２）および５１ＢＬＣ付近が最も強く、周辺にいくほど急激に減少する傾向にある。

一方、投写レンズの光の利用効率は、上述したように、そのレンズ中心が最も良く、周辺にいくほど悪くなる傾向にある。従って、照明装置の光源として２つのランプユニットを用いた場合には、照明装置としての照明光の光量は全体として増加するものの、投写型表示装置全体としての光の利用効率はあまり良くはない。

本例の偏光照明装置９０を適用した投写型表示装置では、図２２（Ｃ）に示すように、第１の光学要素７１'および集光レンズアレイ７２０'によって、ランプユニット５１Ａおよび５１Ｂによる光の強度分布５１ＡＬＰ'および５１ＢＬＰ'（５１ＡＬＰ１'、５１ＡＬＰ２'）は、図２２（Ｂ）における光の強度分布５１ＡＬＰおよび５１ＢＬＰに比べて、投写レンズの中心４６０Ｌを中心にＹ方向に圧縮されている。従って、それぞれの分布中心５１ＡＬＣ'および５１ＢＬＣ'も、図２２（Ｂ）におけるそれぞれの分布中心５１ＡＬＣおよび５１ＢＬＣの位置に比べて、投写レンズの中心４６０Ｌにより近い位置に存在することになる。従って、本例の偏光照明装置９０を適用した投写型表示装置は、偏光照明装置６０Ａのような照明装置を適用した投写型表示装置に比べて、投写レンズにおける光の利用効率を向上させることが可能であり、より明るい投写画像を投写表示することができる。

また、図２２（Ｃ）に示した斜線部分にも、集光レンズ７２１'を配列し、これに対応するように、光束分割レンズ７１１'の配列数を増やし、ランプユニット５１Ａや５１Ｂを大きくすると共に、対応する反射ミラー５５１、５５２を大きくするようにすれば、さらに明るい投写画像を投写表示することができる。

図２３に示す集光レンズアレイ７２０"のように、Ｘ方向周辺部の集光レンズ７２１"を、中央部の集光レンズ７２１'よりもさらにＹ方向に小さくするようにすることもできる。図２４は、図１２に示した投写型表示装置８０における偏光照明装置６０Ａのランプユニット２１Ａおよび２１ＢをＹ方向に配列した場合において、集光レンズアレイ７２０'の近傍に形成される複数の中間光束の実際の二次光源像の寸法形状を示したものである。図２４に示すように、その形成位置に依存して二次光源像の寸法と形状は異なっており、ランプ中心に近い光束の二次光源像ほど大きく、ランプ中心から離れた光束の二次光源像ほど小さくなっている。従って、ランプユニット５１Ａおよび５１Ｂのランプ中心５１ＡＬＣ'（５１ＡＬＣ１'、５１ＡＬＣ２'）および５１ＢＬＣ'から離れた位置にある周辺部の集光レンズ７２１"を、図２３に示すようにＹ方向にさらに小さくすれば、これらの矩形レンズを通過した光束に対する投写レンズの利用効率をさらに向上させることができ、さらに明るい投写画像を投写表示することができる。もちろん、図１８に示した集光レンズアレイ７２０'は、４列の矩形レンズのうち左右一列のみを小さくした例を示しているが、これに限定されるものではなく、二次光源像の大きさによって、列毎に大きさを変えるようにしてもよい。

なお、本例の偏光照明装置９０においては、光束分割レンズ７１１'のアスペクト比が４：３の場合に、集光レンズ７２１'のアスペクト比を２：１にした場合を例に示しているが、これに限定されるものではない。要するに、光束分割レンズによって集光されて偏光分離ユニットの偏光分離面、反射面に形成される二次光源像の殆どすべてを少なくとも含むように、光束分割レンズのアスペクト比に比べて集光レンズのアスペクト比を小さくするようにすればよい。

なお、各ランプユニット５１Ａおよび５１Ｂとして、図７に示すようなサイドカットの施されたリフレクタを備えたランプユニットを使用しても、上記と同様の効果を得ることができる。

また、本例の偏光照明装置９０においても、第２の実施の形態（図８）の偏光照明装置６０と同様にインテグレータ光学系や偏光発生装置を備えているので、第２の実施の形態で説明したように、インテグレータ光学系を用いることによる効果、および偏光発生装置を用いることによる効果を得ることができる。

また、本例の偏光照明装置９０においても、両方の光源ランプを選択的に点灯できる構成としておけば、必要に応じて照明光の明るさを多段階に調整できるため、要求される明るさや消費電力量の点で多様な使い方ができる。

また、例えば、スペクトルの異なる光源ランプを備えたランプユニットを使用すれば、カラー投写型表示装置に適用した場合には、その色再現性を向上できる等の利点もある。

なお、本例では、ランプユニット５１Ｂは、ランプ光軸５１ＢＬがシステム光軸９０Ｌと一致する向きに配置され、ランプユニット５１Ａは、ランプ光軸５１ＢＬがＹ軸方向に平行で、かつその開口部が下方を向くように配置されている場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。要するに、２つのランプユニットおよび合成ミラーを、各ランプユニットからの出射光が照明領域の長手方向（横方向）に垂直な方向（縦方向）に沿って合成されるように配置するようにすればよい。そして、集光レンズアレイ（第２のレンズ板）の縦方向の大きさを光束分割レンズアレイ（第１のレンズ板）のそれに対して小さくするようにすればよい。すなわち、図６に示したような、２つのランプユニットの種々の配置関係も可能である。

（本発明のその他の実施の形態）
上述した第３の実施の形態では偏光照明装置６０と同一構成の偏光照明装置６０Ａが組み込まれた投写型表示装置８０について説明したが、投写型表示装置８０の照明装置６０Ａの代わりに図１に示されたように照明装置１０を採用することも可能である。さらに、図６、図７に示されたような光源部を有する照明を有する照明装置を採用することも可能である。特に、図７に示された光源部５'を投写型表示装置８０の光源部５の代わりに採用すれば、光源部自体が小型であるため投写型表示装置を小型化することが可能となる。

また、上述の各実施の形態では透過型の液晶装置を用いた投写型表示装置に本発明の照明装置を採用した例についてのみ説明を行ったが、本発明の照明装置は反射型の液晶装置を用いた投写型表示装置にも同様に適用することができる。

さらに、投写型の表示装置には、投写面を観察する側から画像を投写するフロント型と、投写面の観察する側とは反対の方向から画像を投写するリア型のものが存在するが、本発明はいずれにも適用することが可能である。

なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の光学系を示す概略構成図である。 図１の光源部の各ランプユニットにおけるランプ光軸に直交する方向の出射光量分布を示す説明図である。 図１のインテグレータ光学系を構成している第１のレンズ板の構成を示す概略斜視図である。 図１の照明装置における照明光の分光分布特性について示す説明図である。 図１の照明装置における照明光発生モードを示す説明図である。 図１の光源部を構成している一対のランプユニットの配置関係と、合成ミラー光学系の構成との組み合わせからなる変形例を示すための説明図である。 サイドカットが施されたランプユニットを用いて構成された照明装置の光学系を示す概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る偏光照明装置の光学系を示す概略構成図である。 図８の遮光板の斜視図である。 図８の偏光分離ユニットアレイの斜視図である。 図８の偏光分離ユニットアレイを構成している偏光分離ユニットを取り出してその機能を説明するための図である。 本発明の第３の実施の形態に係る投写型表示装置の光学系を示す概略構成図である。 ランプユニットの変形例を示す概略斜視図である。 図１３のランプユニットの断面図である。 各ランプユニットをＹ軸方向に対向して配置したときの各ランプユニットとダイクロイックミラーの配置関係を示す説明図である。 各ランプユニットをＸ軸方向に対向して配置したときの各ランプユニットとダイクロイックミラーの配置関係を示す説明図である。 青光緑光反射ダイクロイックミラーの色分離特性を示すグラフである。 本発明の第５の実施の形態に係る偏光照明装置の光学系を示す概略構成図である。 図１８の光束分割レンズおよび集光レンズによって形成された光源の二次光源像について示す説明図である。 図１８の光束分割レンズおよび集光レンズの構造について示す説明図である。 図１８の光束分割レンズおよび集光レンズのｙ方向の位置関係を示す説明図である。 図１８の照明装置を投写型表示装置に適用した場合における投写レンズに入射する光について示す説明図である。 図１８の集光レンズアレイの他の構成例を示す説明図である。 図１８の集光レンズアレイの近傍に形成される複数の中間光束の実際の二次光源像について示す説明図である。

符号の説明

１０...照明装置
１０Ｌ...システム光軸
３...インテグレータ光学系
３１...第１のレンズ板
３１１...矩形レンズ
３２...第２のレンズ板
３２１...微小レンズ
３３...フィールドレンズ
４...照明領域
５，５'...光源部
５１...ランプユニット
５１Ａ，５１Ａ'...ランプユニット
５１Ｂ，５１Ｂ'...ランプユニット
５１１Ａ，５１１Ｂ...光源ランプ
５１２Ａ，５１２Ｂ...リフレクタ
５２，５３...ランプ光軸
５５...合成ミラー光学系
５５１，５５２...反射ミラー
５６...着脱可能なユニット
５１Ｃ...ランプユニット
５１Ｌ...ランプ光軸
５１１Ｃ...光源ランプ
５１２Ｃ...リフレクタ
５１５...円形開口
５１３，５１４...反射ミラー
５４...ランプ光軸
５１３ａ，５１４ａ，５１６...反射面
６０...偏光照明装置
６０Ａ...偏光照明装置
６０Ｌ...システム光軸
９０...偏光照明装置
９０Ｌ...システム光軸
７，７'...偏光発生装置
７１，７１'...第１の光学要素
７１１，７１１'...光束分割レンズ
７１１ａ'，７１１ｂ'７１１ｃ'，７１１ｄ'...光束分割レンズ
７２，７２'...第２の光学要素
７２０，７２０'，７２０"...集光レンズアレイ
７２１，７２１'，７２１"...集光レンズ
７２１ａ'，７２１ｂ'７２１ｃ'，７２１ｄ'...集光レンズ
７３０，７３０'...遮光板
７３１...遮光面
７３２...開口面
７４０，７４０'...偏光分離ユニットアレイ
７７０，７７０'...偏光分離ユニット
７４１，７４１'...偏光分離面
７４２，７４２'...反射面
７４３...Ｐ出射面
７４４...Ｓ出射面
７４５...Ｐ偏光光束
７４６...Ｓ偏光光束
７５０，７５０'...選択位相差板
７６０，７６０'...結合レンズ
７１２，７１２'...中間光束
７１３，７１３'...二次光源像
７３...反射ミラー
７５１，７５１'...λ／２位相差板
８０...投写型表示装置
４００...色分離光学系
４０１...青光緑光反射ダイクロイックミラー
４０２...緑光反射ダイクロイックミラー
４０３...反射ミラー
４１１...赤光用液晶装置（透過型）
４１２...緑光用液晶装置（透過型）
４１３...青光用液晶装置（透過型）
４３０...導光光学系
４３１...入射レンズ
４３２...リレーレンズ
４３３...出射レンズ
４３５，４３６...反射ミラー
４５０...クロスダイクロイックプリズム
４５１...赤光反射ダイクロイック面
４５２...青光反射ダイクロイック面
４６０...投写レンズ
４７０...スクリーン
１００...照明装置
１１０...光源部
１１０Ａ，１１０Ｂ...ランプユニット
１１０ＡＬ，１１０ＢＬ...ランプ光軸
１２０Ａ，１２０Ｂ...光源ランプ
１３０Ａ，１３０Ｂ...リフレクタ

Claims (14)

1. 光源ランプと、当該光源ランプからの出射光を全体として平行な出射光となるように反射するリフレクタとを備えたランプユニットを有している照明装置において、
   第１および第２の前記ランプユニットと、
   各ランプユニットからの各出射光のうちのランプ光軸を含む一定の範囲に含まれる出射光部分を取り出してランプユニットの開口縁の直径と略同一幅の照明用の合成光束を形成する合成ミラー手段と
   を有し、
   前記合成光束は、前記合成光束の出射方向に垂直な方向に沿って４つの領域に区分されており、前記第１のランプユニットの前記出射光部分は、前記４つの領域のうち中心側の２つの領域に振り分けられ、前記第２のランプユニットの前記出射光部分は、外側の２つの領域に振り分けられる
   ことを特徴とする照明装置。
2. 光源ランプと、当該光源ランプからの出射光を全体として平行な出射光となるように反射するリフレクタとを備えたランプユニットを有している照明装置において、
   第１および第２の前記ランプユニットと、
   各ランプユニットからの各出射光のうちのランプ光軸を含む一定の範囲に含まれる出射光部分を取り出してランプユニットの開口縁の直径と略同一幅の照明用の合成光束を形成する合成ミラー手段と
   を有し、
   前記合成光束は、前記合成光束の出射方向に垂直な方向に沿って４つの領域に区分されており、前記第１のランプユニットの前記出射光部分と前記第２のランプユニットの前記出射光部分とが、前記４つの領域に交互に振り分けられる
   ことを特徴とする照明装置。
3. 請求項１または請求項２記載の照明装置において、
   各ランプユニットのリフレクタは、その出射側の開口縁に、出射光の一部を反射する一対の反射ミラーが、ランプ光軸を中心として互いに略対称な状態となるように取付けられていることを特徴とする照明装置。
4. 請求項１または請求項２記載の照明装置において、
   前記第１及び第２のランプユニットの前記リフレクタは、前記ランプ光軸を含む一定の範囲以外の部分が、前記ランプユニットの開口面に直交し、かつそれぞれの前記ランプ光軸を中心として互いに略対称な平面で切断された形状を有することを特徴とする照明装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の照明装置において、
   前記第１のランプユニットは、そのランプ光軸が前記第２のランプユニットのランプ光軸と交わるように配置され、
   前記第１のランプユニットからの出射光のうち、そのランプ光軸を含む一定の範囲に含まれる出射光を、前記第２のランプユニットのランプ光軸方向へ反射する前記合成ミラー手段を有することを特徴とする照明装置。
6. 請求項５記載の照明装置において、
   前記第１のランプユニットが、前記合成ミラー手段と一体で着脱可能に構成されていることを特徴とする照明装置。
7. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の照明装置において、
   前記合成ミラー手段は、前記第１のランプユニットからの出射光のうちのランプ光軸を含む一定の範囲に含まれる出射光部分を取り出すための第１の合成ミラー手段と、前記第２のランプユニットからの出射光のうちのランプ光軸を含む一定の範囲に含まれる出射光部分を取り出すための第２の合成ミラー手段とを備えていることを特徴とする照明装置。
8. 請求項７記載の照明装置において、
   前記第１および第２のランプユニットのうちの少なくとも何れか一方のランプユニットは着脱可能であることを特徴とする照明装置。
9. 請求項７記載の照明装置において、
   前記第１のランプユニットおよび前記第１の合成ミラー手段と、前記第２のランプユニットおよび前記第２の合成ミラー手段とのうちの少なくとも一方の側は、一体的に着脱可能となっていることを特徴とする照明装置。
10. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の照明装置において、さらに、
    前記第１および第２のランプユニットは選択的に点灯可能な制御回路を備えることを特徴とする照明装置。
11. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の照明装置において、
    前記複数のランプユニットの光源ランプから出射される光の波長分布特性がそれぞれ異なることを特徴とする照明装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の照明装置において、さらに、
    複数のレンズを有する第１のレンズ板および複数のレンズを有する第２のレンズ板を含むインテグレータ光学系を備え、前記第１のレンズ板は、前記合成光束を各レンズによって空間的に分離することによって複数の中間光束を生成するとともに、前記複数の中間光束を前記第２のレンズ板の各レンズの入射面の近傍にそれぞれ二次光源像として収束させ、当該第２のレンズ板の各レンズを介して出射された前記複数の各中間光束が所定の照明領域に重畳されることを特徴とする照明装置。
13. 請求項１２記載の照明装置において、さらに、
    前記第２のレンズ板からの出射光束を偏光方向の揃った１種類の偏光光束に変換して出射する偏光発生手段を備え、
    前記偏光発生手段は、前記第２のレンズ板からの出射光束を互いに偏光方向が異なる２種類の偏光光束に分離する偏光分離手段と、
    前記偏光分離手段によって得られた一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と同じとなるように偏光変換する偏光変換手段とを備え、
    前記偏光発生手段によって得られた前記偏光方向の揃った１種類の偏光光束によって前記照明領域を照明することを特徴とする照明装置。
14. 請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載された照明装置と、
    前記照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する変調手段と、
    前記変調手段で得られる変調光束を投写面上に投写する投写光学系と
    を有することを特徴とする投写型表示装置。

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