WO2008069188A1

WO2008069188A1 - 照明装置およびそれを用いた画像投影装置並びに照明方法

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Publication number: WO2008069188A1
Application number: PCT/JP2007/073362
Authority: WO
Inventors: Kazunari Hanano; Naoya Sugimoto
Original assignee: Olympus Corporation
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2008-06-12
Also published as: JP2008139707A

Abstract

　本願発明は、高輝度な照明光を供給することのできる照明装置及びそれを用いた画像投影装置に関するものである。第１の光源部（１）及び第２の光源部（２）からの各照明光をそれぞれ２つの偏光成分に分離し、分離した各照明光を液晶セル（９）に入力させ、液晶セルの射出端面の一部の領域から射出される照明光の光路を、射出端面の他の部分の領域から射出される照明光の光路と交差するように変更して、前記射出端面の他の領域から射出された照明光と合成し、前記液晶セル（９）の射出端面よりも小さい射出端面から射出させる。

Description

明細書

照明装置およびそれを用いた画像投影装置並びに照明方法

技術分野

[0001] 本発明は、高輝度な照明光を供給することのできる照明装置およびそれを用いた画像投影装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、例えば、複数の LEDと、偏光ビームスプリッタと、液晶セルとを備えることにより、振動方向のそろった照明光を射出することのできる照明装置が提案されている（特許文献 1、 2参照）。この照明装置では、 LEDを間欠的に駆動することにより、各し EDに対して定格よりも高めの電流を印加し、全体として輝度の高い照明光を出力している。

また、特開 2006— 034330号公報には、 2つの光源から射出された照明光を偏光ビームスプリッタに対して異なる入射方向から入射させ、偏光ビームスプリッタにおいて、これら照明光を合成して共通する射出端面から射出させる光源装置が開示されている。

特許文献 1 :特開 2005— 257872号公報

特許文献 2 :特開 2005— 283818号公報

特許文献 3：特開 2006— 034330号公報

発明の開示

[0003] しかしながら、上述したような従来の照明装置では、偏光ビームスプリッタへ入射する前段階での直線偏光化の効率が低レ、ため、光の利用効率が低!、と!/、う問題があつた。

例えば、上述した特許文献 1に開示されている発明では、光源部の反射による戻り光のリサイクルを前提としているため、偏光ビームスプリッタから射出される照明光の光量は、光源部における光の反射率に依存することとなり、光量の安定性に欠けるという問題がある。また、光源部の反射による戻り光がなければ、偏光ビームスプリッタから射出される照明光は所定の偏光方向の光に限られることから、光源部から射出される照明光の光量の 1/2以下となり、光量の低下が著しい。

[0004] また、特許文献 3に記載されている光源装置では、 2つの光源の光路をビームスプリツタにより重ね合わせることが開示されている力 S、合成後の光束径が合成前の 2倍となることから、エタンデュ (Etendue)の関係により光利用率が低減するという問題があるエタンデュとは、 LED等の光源と液晶セル等の空間光変調装置とを含めた光学系において、有効に利用可能な光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角の積とで表したものである。つまり、光源から射出される照明光の光束径の面積と立体角との積が上記エタンデュを超えた場合には、超えた部分の光が有効利用されずに損失となり、光利用率が低減する。

[0005] 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光利用率を高めることができるとともに、照明光の光量変動を低減させることのできる照明装置およびそれを用いた画像投影装置を提供することを目的とする。

[0006] 本発明の第 1の態様は、点滅駆動可能な 2つの光源部と、各前記光源部から射出された照明光の光軸が交差する位置に設けられ、各光源部からの各照明光をそれぞれ 2つの偏光成分に分離し、分離した各照明光の一方を第 1の射出端面から射出するとともに、他方を第 2の射出端面から射出する第 1の偏光分離部と、前記第 1の偏光分離部から射出されたいずれか一方の照明光の光路を、前記第 1の偏光分離部から射出された他方の照明光の光路と平行にする第 1の光路変更部と、前記光路変更部からの照明光と前記第 1の偏光分離部から射出された前記他方の照明光とが入射されるとともに、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な位相変調素子と、前記位相変調素子の射出端面の一部の領域から射出される照明光の光路を、前記射出端面の他の部分の領域力射出される照明光の光路と交差するように変更する第 2の光路変更部と、前記第 2の光路変更部からの照明光の光軸と前記位相変調素子の他の領域から射出された照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、異なる入射端面から入射された照明光を合成して射出端面から射出する合成部と、前記光源部の点灯を点滅駆動と前記位相変調素子の偏光旋回駆動とを連携して制御する制御部とを備え、前記第 1の偏光分離部の前記第 1の射出端面、前記第 2の射出端面、および前記合成部の前記射出端面の面積が略等しい照明装置である。

[0007] このような構成によれば、 2つの光源部から射出された各照明光は、第 1の偏光分離部へ導かれ、それぞれ P偏光成分と S偏光成分とに分離される。分離された各偏光成分の照明光は、光路変更部等の作用により、共通する位相変調素子に入射される。位相変調素子に入射された照明光は、偏光方向が調整され、第 2の光路変更部等の作用により、光合成部へ導かれる。この場合において、制御部により、上記液晶セルの駆動タイミングと各光源部の点滅タイミングとが連携して制御されるので、例えば、各光源部を間欠的に駆動することにより、各光源部に定格よりも高い電流を印加することが可能となる。これにより、輝度の高い照明光を射出させることができる。更に、第 1の偏光分離部の第 1の射出端面並びに第 2の射出端面および合成部の射出端面の面積が略等しく構成されているので、合成部により合成された照明光のエタンデュと合成前の各照明光のエタンデュとを略一定に保つことができる。

[0008] 一般的に、光路を重畳するとエタンデュは略 2倍となってしまう。例えば、特開 2006 — 34330号公報の図 3に示されて!/、る例では、 L1 (白色光）と L2 (励起光）とを重畳している力偏光ビームスプリッタと反射ミラーの後段で光束径が略 2倍 (L1と L2の和 )となっている。本発明の構成によれば、エタンデュを増加させることなぐ 2つの光源力もの光を重畳させるので、照明光の利用率を向上させることができ、更に明るい照明光を射出させることができる。

[0009] 上記照明装置にお!/、て、前記光源部は、複数の光源を備えて!/、てもよ!/、。

[0010] 上記照明装置において、各前記光源部から射出された各照明光を前記第 1の偏光分離部へ導く各導光路には、テーパロッドが設けられて!/、てもよ!/、。

このような構成によれば、各光源部から射出された照明光は、指向性が高められて第 1の偏光分離部へ導かれることとなる。

[0011] 上記照明装置において、前記光合成部は、前記第 2の光路変更部からの照明光の偏光成分および前記位相変調素子の他の領域から射出された照明光の偏光成分に応じて、合成光の射出端面を異ならせることとしてもよい。

このような構成によれば、第 2の光路偏光部からの照明光の偏光成分及び位相変調素子の他の領域力、ら射出された照明光の偏光成分に応じて、照明光の射出方向を異ならせるので、例えば、迅速に光の射出方向を切り替える光スィッチ等に適用すること力 S可倉となる。

本発明の第 2の態様は、第 1の照明ユニットと、前記第 1の照明ユニットから射出される照明光が入射される第 2の照明ユニットとを備える照明装置であって、前記第 1 の照明ユニットは、点滅駆動可能な 2つの光源部と、各前記光源部から射出された照明光の光軸が交差する位置に設けられ、各光源部からの各照明光をそれぞれ 2つの偏光成分に分離し、分離した各照明光の一方を第 1の射出端面から射出するとともに、他方を第 2の射出端面から射出する第 1の偏光分離部と、前記第 1の偏光分離部から射出された一方の照明光の光軸を、前記第 1の偏光分離部から射出された他方の照明光の光軸と平行になるように変更する第 1の光路変更部と、前記第 1の光路変更部からの照明光と前記第 1の偏光分離部から射出された前記他方の照明光とが入射されるとともに、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な第 1の位相変調素子と、前記第 1の位相変調素子の射出端面の一部の領域から射出される照明光の光軸を、前記射出端面の他の部分の領域から射出される照明光の光軸と交差させる第 2の光路変更部と、前記第 2の光路変更部からの照明光の光軸と前記第 1の位相変調素子の他の領域から射出された照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、異なる入射端面から入射された照明光を合成して射出端面から射出する第 1の光合成部とを備え、前記第 2の照明ユニットは、点滅駆動可能な 1つの光源部と、前記光源部から射出された照明光の光軸と前記第 1の光合成部から射出された前記照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、入射された各照明光をそれぞれ 2つの偏光成分に分離し、分離した各照明光の一方を第 1の射出端面から射出するとともに、他方を第 2の射出端面から射出する第 2の偏光分離部と、前記第 2の偏光分離部から射出された一方の照明光の光軸を、前記第 2の偏光分離部から射出された他方の照明光の光軸と平行にする第 3の光路変更部と、前記第 3の光路変更部からの照明光と前記第 2の偏光分離部から射出された前記他方の照明光とが入射されるとともに、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な第 2の位相変調素子と、前記第 2の位相変調素子の射出端面の一部の領域から射出される照明光の光軸を、前記射出端面の他の部分の領域から射出される照明光の光軸と交差させる第 4の光路変更部と、前記第 4の光路変更部からの照明光の光軸と前記第 2の位相変調素子の他の領域から射出された照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、異なる入射端面から入射された照明光を合成して射出端面から射出する第 2の光合成部と、各前記光源部の点滅駆動と前記第 1の位相変調素子の偏光旋回駆動と前記第 2の位相変調素子の偏光旋回駆動とを連携して制御する制御部とを備え、前記第 1の偏光分離部及び前記第 2の偏光分離部が備える各前記第 1の射出端面および各前記第 2の射出端面並びに前記第 1の光合成部および前記第 2の光合成部が備える各射出端面の面積が略等しい照明装置である。

[0013] 本発明の第 3の態様は、入力される画像情報に基づいて画像を投影する画像投影装置であって、上述のいずれかの照明装置と、前記照明装置から射出される照明光を入力された画像情報に基づいて変調する光変調部と、前記光変調部で変調された照明光を投影する投影光学部とを具備する画像投影装置である。

[0014] このような構成によれば、輝度の高い照明光を利用して画像投影を行うので、高輝度で視認性の高い画像を投影することができる。

[0015] 本発明の第 4の態様は、第 1の光源部及び第 2の光源部から射出された各照明光を 2つの偏光成分に分離し、分離した各照明光を液晶セルに入射させ、前記液晶セルの射出端面の一部の領域から射出される照明光の光路を、前記射出端面の他の部分の領域力射出される照明光の光路と交差するように変更した後に、前記射出端面の他の領域力、ら射出された照明光と合成させ、合成後の照明光を前記液晶セルの射出端面よりも面積の小さい射出端面から射出させる照明方法である。

[0016] 本発明の照明装置によれば、光利用率を高めることができるとともに、照明光の光量変動を低減させることができるという効果を奏する。

本発明の画像投影装置によれば、高輝度で視認性の高い画像を投影することができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]本発明の第 1の実施形態に係る照明装置の全体構成を示す図である。

[図 2]本発明の第 1の実施形態に係る照明装置の液晶セル及び光源部の駆動制御タイミングについて説明するためのタイミングチャートである。園 3]光源部を常時点灯させた場合の光量と、各光源部を交互に点灯させた場合の光量とを比較して示した図である。

園 4]図 1に示した照明装置において、第 1の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。

園 5]図 1に示した照明装置において、第 2の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。

園 6]図 1に示した照明装置において、液晶セルと光源部の駆動制御タイミングの組み合わせを変更したときの照明光の光路を示した図である。

園 7]図 1に示した照明装置の変形例を示した図であり、第 1の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。

園 8]図 7に示した照明装置において、第 2の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。

園 9]図 7及び図 8に示した照明装置の液晶セル及び光源部の駆動制御タイミングについて説明するためのタイミングチャートである。

園 10]本発明の第 2の実施形態に係る照明装置の全体構成を示す図であり、第 1の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。

園 11]図 10に示した照明装置において、第 2の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。

園 12]図 10に示した照明装置において、第 3の光源部を点灯させたときの照明光の光路を示した図である。

園 13]本発明の第 2の実施形態に係る照明装置の液晶セル及び LEDの駆動制御タイミングについて説明するためのタイミングチャートである。

[図 14]本発明の第 1の実施形態に係る照明装置を適用した画像投影装置の概略構成を示した図である。

園 15]カラー画像を投影する場合の光源部の一構成例を示した図である。

園 16]カラー画像を投影する場合の光源部の発光シーケンスの一例を示した図であ符号の説明 [0018] 1 第 1の光源部

2 第 2の光源部

3 第 1の偏光ビームスプリッタ

4 テーノロッド

5， 6, 8, 10 三角プリズム

7 偏光分離面

9 液晶セル

9a 第 1の液晶セル

9b 第 2の液晶セル

11 第 2の偏光ビームスプリッタ

20 制御装置

21 光源駆動回路

22 液晶セル駆動回路

20 LED駆動制御部

21 液晶セル駆動制御部

30a 第 1の照明ユニット

30b 第 2の照明ユニット

31 第 3の光源部

32 第 3の偏光ビームスプリッタ

33 第 3の液晶セル

34 第 4の偏光ビームスプリッタ

50 画像投影装置

100、 100a, 100b 照明装置

発明を実施するための最良の形態

[0019] 以下、本発明に係る画像投影装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第 1の実施形態〕

図 1は本発明の第 1の実施形態に係る照明装置の全体構成を示す図である。図 1に示すように、本実施形態に係る照明装置 100は、点滅駆動可能な第 1の光源部 1及び第 2の光源部 2を備えている。第 1の光源部 1及び第 2の光源部 2は、 1以上の光源を備えて構成されている。光源としては、例えば、 LEDが挙げられる。

[0020] 第 1の光源部 1から射出される照明光の光軸と、第 2の光源部 2から射出される照明光の光軸とが直交する位置には、第 1の偏光ビームスプリッタ（偏光分離部） 3が設けられている。これにより、第 1および第 2の光源部から射出された各照明光は、異なる入射端面から第 1の偏光ビームスプリッタ 3に入射される。

第 1の光源部 1及び第 2の光源部 2から射出された照明光を第 1の偏光ビームスプリッタ 3へ導く導光路には、テーパロッド 4が設けられている。これにより、各照明光は、指向性が高められた後に第 1の偏光ビームスプリッタ 3へ導かれることとなる。

[0021] 第 1の偏光ビームスプリッタ 3は、 2つの三角プリズム 5, 6を固着して構成されており、この固着面には P偏光成分を透過し、 S偏光成分を反射する偏光分離面 7が形成されている。偏光分離面 7は、いずれの照明光の光軸に対しても交差するように設けられており、偏光分離面 7の裏面側に第 1の光源部 1からの照明光が入射され、表面側に第 2の光源部 2からの照明光が入射されるようになっている。

例えば、偏光分離面 7の法線と各光軸とがなす角は、それぞれ 45° とされている。

[0022] 偏光分離面 7の裏面側から入射した第 1の光源部 1からの照明光は、 P偏光成分が透過されて射出端面 F1から射出されるとともに、 S偏光成分が反射されて射出端面 F 2から射出される。一方、偏光分離面 7の表面側から入射した第 2の光源部 2からの照明光は、 S偏光成分が反射されて射出端面 F1から射出されるとともに、 P偏光成分が透過されて射出端面 F2から射出される。

なお、上記偏光分離面 7に代えて、フィルタ状のビームスプリッタを採用することとしてもよい。

[0023] 第 1の偏光ビームスプリッタ 3の第 2の射出端面 F2から射出された照明光は、三角プリズム（第 1の光路変更部） 8によって光軸が 90° 変更され、第 1の射出端面 F1から射出された照明光と平行な光路とされる。

ここで、三角プリズム 8の反射面に、ミラーコートを施してもよいし、プリズム部材に高屈折率硝材を用い無垢（ノンコート）としてもよい。これにより、照明光を全反射させることが可能となる。

第 1の偏光ビームスプリッタ 3の第 1の射出端面 F1から射出された照明光、及び、三角プリズム 8からの照明光は、液晶セル 9に入射される。

[0024] 液晶セル (位相変調素子） 9は、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な素子である。液晶セル 9は、例えば、 TN液晶であり、電圧無印加状態（以下、「オフ状態」という。）において入射光の偏光方向を 90° 回転させ、電圧印加状態（以下、「オン状態」という。 )において入射光の偏光方向を回転させずにそのまま透過させる特性を有している。

[0025] 液晶セル 9の射出端側、具体的には、液晶セル 9を挟んで第 1の偏光ビームスプリッタ 3と対向する位置には、液晶セル 9の透過光の光路を 90° 変更する三角プリズム (第 2の光路変更部） 10が設けられている。更に、液晶セル 9を挟んで三角プリズム 8 と対向する位置には、第 2の偏光ビームスプリッタ（光合成部） 11が設けられている。第 2の偏光ビームスプリッタ 11は、上述した第 1の偏光ビームスプリッタ 3と同様の構成とされている。

[0026] これにより、第 1の偏光ビームスプリッタ 3の射出端面 F1から射出されて液晶セル 9 を透過した照明光は、三角プリズム 10により光路が 90° 変更されて、第 2の偏光ビ一ムスプリッタ 11の入射端面 F3から入射され、三角プリズム 8から射出されて液晶セノレ 9を透過した照明光は、光路変更されることなく第 2の偏光ビームスプリッタ 11の入射端面 F4から入射される。第 2の偏光ビームスプリッタ 11において、互いに異なる入射端面 F3, F4から入射された各照明光は合成され、共通の射出端面 F5から射出されることとなる。

[0027] この場合において、第 2の偏光ビームスプリッタ 11の射出端面 F5は、第 1の偏光ビ一ムスプリッタ 3の射出端面 Fl、 F2と同等の大きさとされている。換言すると、第 2の偏光ビームスプリッタ 11の射出端面 F5は、第 1の光源部 1 ,第 2の光源部 2からの光を第 1の偏光ビームスプリッタ 3へそれぞれ導くテーパロッド 4の射出端面と略同等の大きさとされている。

[0028] 上述の構成において、第 1の光源部 1 ,第 2の光源部 2の点滅駆動、及び、液晶セル 9の駆動は、制御装置 20により行われる。制御装置 20は、第 1の光源部 1 ,及び第 2の光源部 2を駆動する光源駆動回路 21と、液晶セル 9を駆動する液晶セル駆動回路 22とを備えている。光源駆動回路 21と液晶セル駆動回路 22とは連携して第 1の光源部 1 ,第 2の光源部 2及び液晶セル 9を駆動する。

[0029] 具体的には、液晶セル駆動回路 22は、図 2に示すように、映像信号の周期に基づいて、液晶セル 9を交互にオン、オフさせる（図 2の b参照）。

光源駆動回路 21は、上記液晶セルの駆動に同期して、第 1の光源部 1 ,第 2の光源部 2を交互に発光させる（図 2の d, e参照）。具体的には、光源駆動回路 21は、液晶セル 9がオフ状態とされている期間においては、第 1の光源部 1を点灯させるとともに第 2の光源部 2を消灯させ、液晶セル 9がオン状態とされている期間においては、第 1の光源部 1を消灯させるとともに、第 2の光源部 2を点灯させる。

[0030] ここで、液晶セル 9は、 LEDに比べて応答性が悪いため、図 2の bに示すように、液晶セル駆動信号がオンからオフ、或いは、オフ力、らオンにパルス的に切り替えられても、図 2の cに示すように、液晶セル 9の配向が安定するまでに所定の期間（以下、「遷移期間 T」という。）を要する。この遷移期間 Τにおいては、両偏光状態が共存しているため、液晶セル 9を透過した光には、 S偏光成分と Ρ偏光成分との両方が含まれてしまうこととなる。従って、例えば、この照明装置 100の後段に LCDパネルや LCO Sパネルといった偏光性の変調デバイスが配置された場合には、一部の光が利用されないこととなり、光量変動が生じてしまうこととなる。

[0031] このような理由から、本実施形態では、この遷移期間 Tにおいて、第 1の光源部 1と第 2の光源部 2の両方を点灯状態とする（図 2の d及び e参照）。これにより、図 2の fに示すように、遷移期間 Tにおいても一定の輝度の照明光を照明装置 100から射出すること力 S可倉となる。

なお、図 2において、 aは照明装置 100を画像投影装置に適用した場合における映像信号、 bは液晶セル 9の駆動信号、 cは液晶セル 9の配向の状態を示す信号、 dは第 1の光源部 1の駆動信号、 eは第 2の光源部 2の駆動信号、 fは照明装置 100から射出される照明光の光量である。

上述のように、本実施形態においては、制御装置 20が第 1の光源部 1および第 2の光源部 2を間欠的に駆動するので、第 1の光源部 1及び第 2の光源部 2に対して、定格よりも大きい電流を印加することができるので、図 3に示すように、第 1の光源部 1及び第 2の光源部 2の発光量を大きくすることができる。

[0032] 次に、上述したような構成を備える照明装置 100の作用について説明する。

まず、図 4に示すように、液晶セル 9がオフ状態とされている期間においては、第 1 の光源部 1が点灯し、第 2の光源部 2が消灯する。第 1の光源部 1から射出された照明光は、テーパロッド 4に入射され、指向性が高められた後、第 1の偏光ビームスプリッタ 3に導かれる。この照明光の S偏光成分は、偏光分離面 7において反射され、 P偏光成分は偏光分離面 7を透過することにより、第 1の光源部 1からの照明光は P偏光成分と S偏光成分とに分離される。

[0033] P偏光成分は、第 1の偏光ビームスプリッタ 3の第 1の射出端面 F1から射出されて、液晶セル 9に入射される。液晶セル 9はオフ状態とされているので、入射された P偏光成分は、偏光方向が 90° 旋回されることにより S偏光成分に変換され、三角プリズム 10によって光路が 90° 変更されて、第 2の偏光ビームスプリッタの入射端面 F3に導力、れる。

一方、第 1の偏光ビームスプリッタ 3において、偏光分離面 7により反射された S偏光成分は、三角プリズム 8により光路が 90° 変更されて、液晶セル 9に導かれる。この場合において、液晶セル 9はオフ状態とされているので、当該 S偏光成分は、偏光方向が 90° 旋回されて、 P偏光成分に変換され、第 2の偏光ビームスプリッタ 11の入射端面 F4に導かれる。第 2の偏光ビームスプリッタ 11に入射した P偏光成分及び S偏光成分は合成され、共通の射出端面 F5から射出される。

[0034] 次に、図 5に示すように、液晶セル 9がオン状態とされている期間においては、第 1 の光源部 1が消灯し、第 2の光源部 2が点灯する。第 2の光源部 2から射出された照明光は、テーパロッド 4に入射され、指向性が高められた後、偏光ビームスプリッタ 3 に導かれる。この照明光の S偏光成分は、偏光分離面 7において反射され、 P偏光成分は偏光分離面 7を透過することにより、第 2の光源部 2からの照明光は P偏光成分と S偏光成分とに分離される。

[0035] S偏光成分は、偏光ビームスプリッタ 3の第 1の射出端面 F1から射出されて、液晶セル 9に入射される。液晶セル 9はオン状態とされているので、入射された S偏光成分は、偏光方向がそのまま維持され、その後、三角プリズム 10によって光路が 90° 変更されて、第 2の偏光ビームスプリッタ 11の入射端面 F3に導かれる。

一方、第 1の偏光ビームスプリッタ 3の偏光分離面 7を透過した P偏光成分は、三角プリズム 8により光路が 90° 変更されて、液晶セル 9に導かれる。この場合において、液晶セル 9はオン状態とされているので、当該 P偏光成分は、偏光方向がそのまま維持されて、第 2の偏光ビームスプリッタ 11の入射端面 F4に導かれる。第 2の偏光ビームスプリッタ 11に入射した P偏光成分及び S偏光成分は合成され、共通の射出端面 F5から射出される。

[0036] 以上、説明してきたように、本実施形態に係る照明装置 100によれば、制御装置 20 が第 1の光源部 1及び第 2の光源部 2を間欠的に駆動するので、第 1の光源部 1および第 2の光源部 2に対して定格よりも大きい電流を印加することが可能となる。これにより、照明装置 100から射出する照明光量を高めることができる。

更に、本実施形態に係る照明装置 100によれば、第 2の偏光ビームスプリッタ 11の射出端面 F5の面積、第 1の偏光ビームスプリッタ 3の第 1の射出端面 F1の面積、並びに射出端面 F2の面積がいずれも略等しいので、第 1の偏光ビームスプリッタ 3によつて分離された照明光の光束径と、第 2の偏光ビームスプリッタ 11により光合成された後の照明光の光束径とを略一定に保つことができる。即ち、光合成前と光合成後におけるエタンデュを一定に維持することができる。このように、エタンデュを増加させずに複数の光源部から射出された照明光を重畳させることができるので、例えば、後段に設けられている LCD等の空間変調素子に入射される照明光の光束径を小さくすることが可能となり、光利用率を向上させることが可能となる。

[0037] また、本実施形態に係る照明装置によれば、液晶セル 9がオン状態からオフ状態、或いは、オフ状態からオン状態に遷移する遷移期間 Tにおいて、第 1の光源部 1及び第 2の光源部 2の両方を点灯させるので、照明装置 100から射出させる照明光量を安定させること力でさる。

[0038] なお、本実施形態に係る照明装置 100では、液晶セル 9がオフ状態とされている期間に第 1の光源部 1を点灯させ、液晶セル 9がオン状態とされている期間に第 2の光源部 2を点灯させた力 S、これに代えて、図 6に示すように、液晶セル 9がオフ状態とされて!/、る期間に第 2の光源部 2を点灯させ、液晶セル 9がオン状態とされて!/、る期間に第 1の光源部 1を点灯させてもよい。この場合には、第 2の偏光ビームスプリッタ 11 に入力される偏光方向が反転するので、つまり、三角プリズム 10からは P偏光成分の照明光力液晶セル 9からは S偏光成分の照明光が第 2の偏光ビームスプリッタ 11に入射されるので、第 2の偏光ビームスプリッタ 11から射出される照明光は、上述した第 1の実施形態に係る照明装置 100の照明光と異なる方向へ、具体的には、直交する方向へ射出されることとなる。

[0039] このように、第 1の光源部 1及び第 2の光源部 2の点灯タイミングと、液晶セル 9の駆動の組み合わせを変化させることにより、照明装置 100から異なる方向へ照明光を射出させることが可能となる。例えば、これらの組み合わせを時分割で変化させることにより、照明光を異なる方向から交互に射出することが可能となり、光スィッチとして禾 IJ 用すること力 Sでさる。

[0040] なお、上述した実施形態において、液晶セル 9と第 2の偏光ビームスプリッタ 11の配置については、任意に変更することが可能である。つまり、第 1の偏光ビームスプリッタ 3により分離された S偏光成分と P偏光成分とが、液晶セル 9を透過した後に、互いに異なる入射端面から第 2の偏光ビームスプリッタ 11に入射するような構成とされていればよい。

[0041] 例えば、図 7及び図 8に示すように、第 1の偏光ビームスプリッタ 3において分離された一方の偏光成分の照明光を第 2の偏光ビームスプリッタ 11の入射端面 F4に導くとともに、他の偏光成分の照明光の光路をミラーや三角プリズム等の各種光学素子を用いて変更することにより、第 2の偏光ビームスプリッタ 11の他の入射端面 F3へ導く各照明光を第 2の偏光ビームスプリッタ 11の各入射端面 F3, F4へ導く光路上には、第 1の液晶セル 9aおよび第 2の液晶セル 9bがそれぞれ設けられており、各液晶セル 9a, 9bを透過した後の照明光が第 2の偏光ビームスプリッタ 11に入射されるようになっている。

[0042] このような構成に係る照明装置 100aにおいて、第 1の光源部 1及び第 2の光源部 2 の点灯駆動、並びに、第 1の液晶セル 9aおよび第 2の液晶セル 9bの駆動制御は、制御装置（図示略）により行われる。

例えば、図 9に示すように、第 1の液晶セル 9a及び第 2の液晶セル 9bがオフ状態とされている期間において（図 9の b及び d参照）、第 1の光源部 1を点灯させ（図 9の f参照）、第 2の光源部 2を消灯させる（図 9の g参照）。一方、第 1の液晶セル 9a及び第 2 の液晶セル 9bがオン状態とされている期間において（図 9の b及び d参照）、第 1の光源部 1を消灯させ（図 9の f参照）、第 2の光源部 2を点灯させる（図 9の g参照）。

なお、遷移期間 Tについては、第 1の光源部 1及び第 2の光源部 2を点灯させる。

[0043] これにより、第 1の光源部 1が点灯している期間においては、図 7に示すように、第 1 の光源部 1から射出された照明光は、第 1の偏光ビームスプリッタ 3において S偏光成分と P偏光成分とに分離される。分離後の S偏光成分は、その光路上に設けられている第 1の液晶セル 9aを透過した後に、第 2の偏光ビームスプリッタ 11の入射端面 F4 に導かれる。この場合において、第 1の液晶セル 9aは、オフ状態とされているので、 S 偏光成分は、偏光方向が 90° 旋回されることにより、 P偏光成分に変換されて、第 2 の偏光ビームスプリッタ 11に導かれる。

[0044] 一方、 P偏光成分は、光路上に置かれているミラー、三角プリズム等の各種光学素子により、分離後における光路が 180° 変更されるとともに、この光路上に設けられた第 2の液晶セル 9bを透過した後に、第 2の偏光ビームスプリッタ 11の入射端面 F3 に導かれる。この場合において、第 2の液晶セル 9bはオフ状態とされているので、 P 偏光成分は偏光方向が 90° 旋回されることにより、 S偏光成分に変換されて、第 2の偏光ビームスプリッタ 11に導かれる。

第 2の偏光ビームスプリッタ 11において、 S偏光成分及び P偏光成分は合成され、共通の射出端面 F5から射出されることとなる。

[0045] 同様に、第 2の光源 2から射出された照明光は、図 8に示すように、第 1のビームスプリッタ 3において P偏光成分と S偏光成分とに分離される。分離後の P偏光成分は、その光路上に設けられている第 1の液晶セル 9aを透過した後に、第 2の偏光ビームスプリッタ 11の入射端面 F4に導かれる。この場合において、第 1の液晶セル 9aは、オン状態とされているので、 P偏光成分は、偏光方向が維持された状態で、第 2の偏光ビームスプリッタ 11に導かれる。 [0046] 一方、 S偏光成分は、光路上に置かれているミラー、三角プリズム等の各種光学素子により、分離後における光路が 180° 変更されるとともに、この光路上に設けられた第 2の液晶セル 9bを透過した後に、第 2の偏光ビームスプリッタ 11の入射端面 F3 に導かれる。この場合において、第 2の液晶セル 9bはオン状態とされているので、 S 偏光成分は偏光方向が維持された状態で、第 2の偏光ビームスプリッタ 11の入射端面 F3に導かれる。第 2の偏光ビームスプリッタ 11において、 S偏光成分及び P偏光成分は合成され、共通の射出端面 F5から射出されることとなる。

[0047] なお、上述した構成において、第 1の光源部 1及び第 2の光源部 2の点灯タイミングと第 1の液晶セル 9a及び第 2の液晶セル 9bの駆動タイミングとの組み合わせを異ならせることとしてもよい。例えば、第 1の液晶セル 9a及び第 2の液晶セル 9bがオフ状態とされている期間において、第 2の光源部 2を点灯させ、第 1の液晶セル 9a及び第 2の液晶セル 9bがオン状態とされている期間において、第 1の光源部 1を点灯させてあよい。

この場合には、第 2の偏光ビームスプリッタ 11に入力される偏光方向が反転するので、第 2の偏光ビームスプリッタ 11から射出される照明光は、上述した図 7及び図 8に示される射出方向とは異なる方向、具体的には、直交する方向へ射出されることとなこのように、第 1の光源部 1及び第 2の光源部 2の点灯タイミングと、第 1の液晶セルと第 2の液晶セルとの駆動の組み合わせを変化させることにより、照明装置 100aから異なる方向へ照明光を射出させることが可能となる。なお、これらの組み合わせを時分割で変化させることにより、異なる方向へ交互に照明光を射出させることが可能となる。

[0048] 〔第 2の実施形態〕

次に、本発明の第 2の実施形態に係る照明装置について説明する。

図 10から図 12は、本実施形態に係る照明装置 100bの構成を示す図である。図 10から図 12に示すように、照明装置 100bは、第 1の照明ュュット 30aと、第 1の照明ユニット 30aから射出される照明光が入射される第 2の照明ユニット 30bとを備えている。ここで、第 1の照明ユニット 30aは、上述した第 1の実施形態に係る照明装置 100と同様の構成を有するので、詳細な説明を省略する。

[0049] 第 2のユニット 30bは、第 1の実施形態に示した照明装置 100と略同様の構成を示している。

具体的には、第 1の照明ユニット 30aからの照明光および第 3の光源部 31から射出された照明光が入射される第 3の偏光ビームスプリッタ 32、第 3の偏光ビームスプリツタ 32において分離された各照明光が入射され、その偏光方向を旋回可能な第 3の液晶セル 33、液晶セル 33を透過した照明光を合成して射出する第 4の偏光ビームスプリッタ 34を主な構成として備えて!/、る。

第 2の照明ユニット 30bにおいて、第 3の偏光ビームスプリッタ 32は、第 1の照明ュニット 30aにおける第 1の偏光ビームスプリッタ 3に、第 3の液晶セル 33は、液晶セル 9 に、第 4の偏光ビームスプリッタ 34は、第 2の偏光ビームスプリッタ 11にそれぞれ対応する構成である。

[0050] このような構成を備える照明装置 100bにおいて、第 1の光源部 1、第 2の光源部 2、第 3の光源部 31の各点灯駆動および液晶セル 9、第 3の液晶セル 33の駆動は、例えば、図 13に示されるように行われる。

まず、液晶セル 9及び第 3の液晶セルは、図 13の b及び dに示すように、映像信号の周期に応じて交互にオン状態とされる。また、液晶セル 9がオン状態とされる手前に、液晶セル 9及び第 3の液晶セル 33がともにオフ状態となる期間が設けられている

〇

[0051] 第 1の光源部 1は、液晶セル 9及び第 3の液晶セル 33がともにオフ状態とされる期間において点灯され、第 2の光源部 2は、液晶セル 9がオン状態とされ、第 3の液晶セノレ 33がオフ状態とされる期間において点灯され、第 3の光源部 31は、液晶セル 9がオフ状態とされ、第 3の液晶セル 33がオン状態とされる期間において点灯される。このように、第 1の光源部 1、第 2の光源部 2、第 3の光源部 31は、交互に順次点灯させられる。なお、遷移期間 Tにおいては、今まで点灯していた光源部と次に点灯される光源部とを点灯させる。

なお、第 3の光源部 31から射出された照明光については、液晶セル 9を透過しないため、第 3の光源部 31が点灯している期間において、液晶セル 9はオン状態及びォフ状態のレ、ずれの状態でもよレ、。

[0052] 第 1の光源部 1が点灯している期間においては、図 10に示すように、第 1の偏光ビ一ムスプリッタ 3により分離された P偏光成分および S偏光成分は、オフ状態とされている液晶セル 9により偏光方向がともに 90° 旋回されることにより、 P偏光成分は S偏光成分に変換され、 S偏光成分は P偏光成分に変換される。その後、これらの各偏光成分は、第 2の偏光ビームスプリッタ 11に入射されて合成され、第 3の偏光ビームスプリッタ 32に導かれる。

第 3の偏光ビームスプリッタ 32では、合成光が再度 P偏光成分と S偏光成分とに分離され、分離された P偏光成分および S偏光成分は、オフ状態とされている第 3の液晶セル 33により偏光方向がともに 90° 旋回されることにより、 P偏光成分は S偏光成分に変換され、 S偏光成分は P偏光成分に変換される。その後、これらの各偏光成分は、第 4の偏光ビームスプリッタ 34に入射されて合成され、射出端面から射出される。

[0053] 第 2の光源部 2が点灯している期間においては、図 11に示すように、第 1の偏光ビ一ムスプリッタ 3により分離された P偏光成分および S偏光成分は、オン状態とされている液晶セル 9を透過することにより、偏光方向が維持されたまま第 2の偏光ビームスプリッタ 11に入射されて合成され、第 3の偏光ビームスプリッタ 32に導かれる。

[0054] 第 3の光源部 31が点灯している期間においては、図 12に示すように、第 3の偏光ビ一ムスプリッタ 32により分離された P偏光成分および S偏光成分は、オン状態とされている第 3の液晶セル 33を透過することにより、偏光方向が維持されたまま第 4の偏光ビームスプリッタ 34に入射されて合成され、射出端面から射出される。

[0055] 以上説明してきたように、本実施形態に係る照明装置 100bによれば、 3つの光源部を備え、これらの光源部を順次点灯させるので、照明光の輝度を高めることができる。また、照明装置 100bの射出端面、つまり、第 4の偏光ビームスプリッタ 34の射出端面の面積は、各光源部 1 , 2にそれぞれ接続されるテーパロッド 4の射出端面の面積と略等しいので、エタンデュを増加させることなぐ複数の光源部から射出された光を合成して照明装置 100bから射出することができる。これにより、例えば、後段に設けられている LCD等の空間変調素子における光利用率を向上させることが可能とななお、本実施形態では、 3つの光源を使用する場合について例示したが、第 2の照明ユニットと同様の構成のユニットを重ねることにより、エタンデュを増加させることなく 3つ以上の光源からの光路を重畳させることが可能となる。

[0056] 〔応用例〕

次に、上述した第 1の実施形態に係る照明装置 100を適用した画像投影装置について説明する。

図 14は、第 1の実施形態に係る照明装置 100を適用した画像投影装置の一構成例を示した図である。

図 14に示すように、画像投影装置 50は、第 1の実施形態に係る照明装置 100と、照明装置 100から射出される照明光の光量分布を均一化させるインテグレートロッド 51と、インテグレートロッド 51から射出される照明光を画像情報に基づいて変調する空間変調デバイス（光変調部） 52と、空間変調デバイス 52で変調された照明光をスクリーンに対して投影する投影光学部（投影光学部） 53とを備えている。図 14において、空間変調デバイス 52は、例えば、 DMD (Digital micro Mirror Device)である。

[0057] このような構成において、照明装置 100から射出された照明光は、インテグレート口ッド 51に入射されることにより、光分布の略均一な射出面形状を有する照明光とされる。この射出面形状は、空間変調デバイス 52の表面形状と略相似形状とされているインテグレートロッド 51からの照明光は、リレーレンズ、ミラー等により空間変調デバイス 52に導かれ、映像信号に応じて、空間変調デバイス 52によって、有効な光が投影光学部 53 反射され、投影光学部 53の投影レンズによって拡大されてスクリーンに投影される。 [0058] 以上説明したように、第 1の実施形態に係る照明装置 100を画像投影装置 50の照明装置として利用することで、輝度の高い照明光を得ることが可能となるので、スクリーンに投影される画像を明るくすることができる。

なお、上述した応用例では、空間変調デバイス 52として DMDを用いた力、これに代えて、透過型液晶パネルまたは反射型液晶パネルを用いることとしてもょレ、。

[0059] また、上記画像投影装置 50においてカラー映像を投影する場合には、照明装置 1 00における第 1の光源部 1及び第 2の光源部 2として、図 15に示すように、赤、緑、青の各 LEDをアレイ状に配置した LEDチップを用いるとよ!/、。

通常、白色ランプを用いた場合には、カラーフィルタを回転させることにより、白色を各色に変換し、各色の画面を順次、空間変調デバイス 52に表示することによりカラー化するが、本実施形態では、空間変調デバイス 52に面順次に表示される各色の画像に合わせて、対応する色の LEDを順次発光させることによってカラーフィルタを設けることなく、カラー画像を投影することが可能となる。この場合のカラーシーケンスの一例を図 16に示す。

なお、上述の画像投影装置 50は、本発明の第 1の実施形態に係る照明装置を備えていたが、これに代えて、上述したいずれかの照明装置を利用することとしてもよい

Claims

請求の範囲

[1] 点滅駆動可能な 2つの光源部と、

各前記光源部から射出された照明光の光軸が交差する位置に設けられ、各光源部からの各照明光をそれぞれ 2つの偏光成分に分離し、分離した各照明光の一方を第 1の射出端面から射出するとともに、他方を第 2の射出端面から射出する第 1の偏光分離部と、

前記第 1の偏光分離部から射出されたいずれか一方の照明光の光路を、前記第 1 の偏光分離部から射出された他方の照明光の光路と平行にする第 1の光路変更部と前記光路変更部からの照明光と前記第 1の偏光分離部から射出された前記他方の照明光とが入射されるとともに、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な位相変調素子と、

前記位相変調素子の射出端面の一部の領域から射出される照明光の光路を、前記射出端面の他の部分の領域から射出される照明光の光路と交差するように変更する第 2の光路変更部と、

前記第 2の光路変更部からの照明光の光軸と前記位相変調素子の他の領域から射出された照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、異なる入射端面から入射された照明光を合成して射出端面から射出する合成部と、

前記光源部の点灯を点滅駆動と前記位相変調素子の偏光旋回駆動とを連携して制御する制御部と

を備え、

前記第 1の偏光分離部の前記第 1の射出端面、前記第 2の射出端面、および前記合成部の前記射出端面の面積が略等しい照明装置。

[2] 前記光源部は、複数の光源をそれぞれ備えて!/、る請求項 1に記載の照明装置。

[3] 各前記光源部から射出された各照明光を前記第 1の偏光分離部へ導く各導光路には、テーパロッドが設けられている請求項 1に記載の照明装置。

[4] 前記光合成部は、前記第 2の光路変更部からの照明光の偏光成分および前記位相変調素子の他の領域から射出された照明光の偏光成分に応じて、合成光の射出端面を異ならせる請求項 1に記載の照明装置。

第 1の照明ユニットと、前記第 1の照明ユニットから射出される照明光が入射される第 2の照明ユニットとを備える照明装置であって、

前記第 1の照明ユニットは、

点滅駆動可能な 2つの光源部と、

前記第 1の偏光分離部から射出された一方の照明光の光軸を、前記第 1の偏光分離部から射出された他方の照明光の光軸と平行になるように変更する第 1の光路変更部と、

前記第 1の光路変更部からの照明光と前記第 1の偏光分離部から射出された前記他方の照明光とが入射されるとともに、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な第 1の位相変調素子と、

前記第 1の位相変調素子の射出端面の一部の領域から射出される照明光の光軸を、前記射出端面の他の部分の領域から射出される照明光の光軸と交差させる第 2 の光路変更部と、

前記第 2の光路変更部からの照明光の光軸と前記第 1の位相変調素子の他の領域から射出された照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、異なる入射端面から入射された照明光を合成して射出端面から射出する第 1の光合成部と

を備え、

前記第 2の照明ユニットは、

点滅駆動可能な 1つの光源部と、

前記光源部から射出された照明光の光軸と前記第 1の光合成部から射出された前記照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、入射された各照明光をそれぞれ 2つの偏光成分に分離し、分離した各照明光の一方を第 1の射出端面から射出するとともに、他方を第 2の射出端面から射出する第 2の偏光分離部と、前記第 2の偏光分離部から射出された一方の照明光の光軸を、前記第 2の偏光分離部から射出された他方の照明光の光軸と平行にする第 3の光路変更部と、前記第 3の光路変更部からの照明光と前記第 2の偏光分離部から射出された前記他方の照明光とが入射されるとともに、入射された照明光の偏光状態を旋回可能な第 2の位相変調素子と、

前記第 2の位相変調素子の射出端面の一部の領域から射出される照明光の光軸を、前記射出端面の他の部分の領域から射出される照明光の光軸と交差させる第 4 の光路変更部と、

前記第 4の光路変更部からの照明光の光軸と前記第 2の位相変調素子の他の領域から射出された照明光の光軸とが交差する位置に設けられ、異なる入射端面から入射された照明光を合成して射出端面から射出する第 2の光合成部と

各前記光源部の点滅駆動と前記第 1の位相変調素子の偏光旋回駆動と前記第 2 の位相変調素子の偏光旋回駆動とを連携して制御する制御部と

を備え、

前記第 1の偏光分離部及び前記第 2の偏光分離部が備える各前記第 1の射出端面および各前記第 2の射出端面並びに前記第 1の光合成部および前記第 2の光合成部が備える各射出端面の面積が略等しい照明装置。

[6] 入力される画像情報に基づ!/、て画像を投影する画像投影装置であって、

請求項 1から請求項 5のいずれかに記載の照明装置と、

前記照明装置から射出される照明光を入力された画像情報に基づいて変調する光変調部と、

前記光変調部で変調された照明光を投影する投影光学部と

を具備する画像投影装置。

[7] 第 1の光源部及び第 2の光源部から射出された各照明光を 2つの偏光成分に分離し、

分離した各照明光を液晶セルに入射させ、

前記液晶セルの射出端面の一部の領域から射出される照明光の光路を、前記射出端面の他の部分の領域力射出される照明光の光路と交差するように変更した後に、前記射出端面の他の領域力射出された照明光と合成させ、合成後の照明光を前記液晶セルの射出端面よりも面積の小さい射出端面から射出させる照明方法。