專利名稱：照明裝置、投影機(jī)、照明方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及，例如對(duì)圖像形成元件進(jìn)行照明的照明裝置，將形成于圖像形成元件的光學(xué)像通過(guò)投影透鏡投影顯示于屏幕上的投影機(jī)，以及照明方法，更具體地"^兌，本發(fā)明涉及具有多個(gè)光源部的照明裝置的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
作為可顯示大畫(huà)面圖像的裝置之一，通過(guò)來(lái)自照明裝置的光，對(duì)與圖像信息相對(duì)應(yīng)形成光學(xué)像的小型的圖像形成元件進(jìn)行照明，利用投影透鏡，將該光學(xué)像放大顯示于屏幕等上的投影機(jī)已投入實(shí)用。在這樣的投影機(jī)中，強(qiáng)烈希望投影圖4象的大畫(huà)面化，高亮度化，降低亮度不均勻，降低色均勻，人們開(kāi)發(fā)了用于實(shí)現(xiàn)這些效果的高性能的照明裝置。
例如，在下述的專利文獻(xiàn)l (特別是參照?qǐng)D1)中所公開(kāi)的投影型顯
示器(投影機(jī))中，通過(guò)采用2個(gè)光源部，謀求對(duì)光閥(圖像形成元件)進(jìn)行照明的強(qiáng)度的增加，另外，通過(guò)設(shè)置與各光源部相對(duì)應(yīng)的積分(integrator)光學(xué)系統(tǒng)，謀求降低照明光的亮度不均勻、色不均勻。在以液晶光閥為代表的圖像形成元件、偏振元件、投影透鏡等的光學(xué)元件中，由于各個(gè)元件的光學(xué)特性相對(duì)入射光具有角度依賴性，故為了i某求顯示圖像的高畫(huà)質(zhì)，希望形成可出射角度分布的范圍窄的照明光。
但是，按照該投影機(jī)的結(jié)構(gòu)，由于將2個(gè)光源部設(shè)置于與照明光軸離開(kāi)相當(dāng)程度的位置，故照明光的角度分布大大擴(kuò)展，另外，形成于投影透鏡的光瞳面(瞳面，pupil surface )的2組的光源像形成于與投影光軸分離的位置。其結(jié)果是，產(chǎn)生顯示圖像的對(duì)比度的降低，不能像人們所期望的那樣使顯示圖像的亮度提化。另外，由于投影透鏡的成像性能在投影光軸的附近處較高，該性能伴隨與投影光軸的分離而降低，故無(wú)法充分地發(fā)揮
投影透鏡的成像性能，導(dǎo)致顯示圖像的畫(huà)質(zhì)變差。另外，在2個(gè)光源部的發(fā)光特性不同的情況下，在顯示圖像中，由于投影透鏡的漸暈(光暈，vignetting)所造成的投影光的阻攔不同，造成亮度不均勻、色不均勻。
在下述的專利文獻(xiàn)2 (特別是參照?qǐng)D1)中公開(kāi)了謀求這些問(wèn)題的消除的投影型顯示器(投影機(jī))。在這里所采用的照明裝置具有下述的結(jié)構(gòu)，其包括2個(gè)光源部，該光源部由在發(fā)光體的附近具有第1焦點(diǎn)的橢圓反射器構(gòu)成，在各個(gè)橢圓反射器的第2焦點(diǎn)設(shè)置反射棱鏡(反射面)，通過(guò)該反射棱鏡，將來(lái)自各光源部的光束反射到積分器側(cè)。由此，形成于反射棱鏡的反射面上的發(fā)光體的二次光源的位置相對(duì)本來(lái)的發(fā)光體的位置，更接近照明光軸。在其以后的光學(xué)系統(tǒng)中，可將該二次光源像的位置視為光源位置而對(duì)待，由此，2個(gè)光源部很接近照明光軸而設(shè)置，可改善上述各問(wèn)題。
在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)l: JP特開(kāi)平6-265887號(hào)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)2: JP特開(kāi)2000-3612號(hào)文獻(xiàn)
但是，同樣在專利文獻(xiàn)2中的照明裝置中，形成于投影透鏡的光瞳面的光源像依然形成于與投影光軸分離的位置。其理由不外乎，各光源部的二次光源像形成于盡可能地接近照明光軸的位置，在盡可能接近反射棱鏡的頂點(diǎn)的位置，形成各自的二次光源像，但是，由于二次光源像具有某種有限的尺寸，故對(duì)于反射面必須要求相應(yīng)的面積，不能夠在反射棱鏡的頂點(diǎn)的最近處反射光束。于是，由于在投影透鏡中，光源像的大部分依然不存在于發(fā)揮最高的成像性能的投影光軸，故如果與在上述專利文獻(xiàn)l中所公開(kāi)的投影機(jī)的情況相比較，可期待各問(wèn)題的改善效果，但是，不一定充分
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的情況而提出的，本發(fā)明的目的在于針對(duì)具有多個(gè)光源部的照明裝置，實(shí)現(xiàn)謀求降低照明光的亮度不均勻、色不均勻、并且可充分地發(fā)揮成像性能的照明裝置。另外，實(shí)現(xiàn)具有這樣的照明裝置的投影機(jī)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的照明裝置，其特征在于包括第1光源部；多個(gè)第2光源部；和光軸變換元件，其中，所述光軸變換元件使從上述第1光源部入射的光以其出射光軸與照明光軸大致一致的方式出射，并且使從上述多個(gè)第2光源部的各個(gè)入射的光，以其出射光軸在接近上述照明光軸的位置變得與上迷照明光軸大致平行的方式出射。
另外，本說(shuō)明書(shū)所說(shuō)的"照明光軸"指通過(guò)本發(fā)明的照明裝置所照明的照明對(duì)象的照明面的中心的、相對(duì)于照明面的法線。另外，"出射軸光軸"指從光軸變換元件中出射的光的光軸。
按照本發(fā)明的照明裝置，光軸變換元件具有下述的功能，即，使來(lái)自第1光源部的光以其出射光軸與照明光軸大致一致的方式出射，使來(lái)自多個(gè)的第2光源部的光，以該出射光軸在接近照明光軸的位置與照明光軸大致平行的方式出射。這樣一來(lái)，在合成來(lái)自多個(gè)光源部的光時(shí)，采用上述光軸變換元件，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)來(lái)自多個(gè)光源部的光的光軸處于相互接近的狀態(tài)，而且，能夠?qū)?lái)自至少l個(gè)光源部的光的光軸"&置在照明光軸上。由此，在來(lái)自各光源部的光束相互接近的狀態(tài)下，形成成為照明光的合成光束，并且能夠在合成光束的大致中心配置最大強(qiáng)度的光束，因此能夠形成抑制角度分布的范圍的照明光。
在本發(fā)明的照明裝置中，能夠采用下迷的結(jié)構(gòu)，其中，上述第l光源部^C配置于照明光軸上，上述多個(gè)第2光源部#:配置于偏離上述照明光軸的位置。
按照該結(jié)構(gòu)，能夠使從第1光源部出射的光不反射也不折射地沿照明光軸上出射，能夠簡(jiǎn)化光軸變換元件的結(jié)構(gòu)。另外，由于多個(gè)第2光源部被配置于與照明光軸分離的位置，故在設(shè)置各光源部時(shí)，不妨礙第l光源部。在本發(fā)明的照明裝置中，優(yōu)選，在上述光軸變換元件的光出射端或其 附近，來(lái)自上述第l光源部的光聚焦。
按照該結(jié)構(gòu)，能夠^f吏光軸變換元件小型化，能夠高效利用來(lái)自第1 光源部的光。
在本發(fā)明的照明裝置中，可采用下述的結(jié)構(gòu)，其中，上述光軸變換元
件使從上述多個(gè)第2光源部的各個(gè)出射的光反射并出射。
光軸變換元件也可為下述的結(jié)構(gòu)，其中，使從多個(gè)第2光源部出射的 光折射并出射，但是，在M射并出射的結(jié)構(gòu)的情況下，能夠?qū)亩鄠€(gè)第 2光源部出射的光的光軸大幅彎曲，提高第1光源部和多個(gè)第2光源部的 配置的自由度。
在本發(fā)明的照明裝置中，可形成下述的結(jié)構(gòu)，即上述光軸變換元件具 有以相對(duì)于上述照明光軸形成預(yù)定角度的方式傾斜的多個(gè)反射面，從上述 多個(gè)第2光源部出射的各光在上述多個(gè)反射面中的任意的反射面反射。
按照該結(jié)構(gòu)，通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)揮本發(fā)明所必要的功能的 光軸變換元件。
在本發(fā)明的照明裝置中，優(yōu)選，在構(gòu)成上述多個(gè)反射面的各個(gè)反射面 或其附近，來(lái)自與該反射面相對(duì)應(yīng)的上述第2光源部的光聚焦。
按照該結(jié)構(gòu)，能夠使光軸變換元件小型化，能夠高效利用來(lái)自第2 光源部的光。
作為上述光軸變換元件的上述反射面，能夠采用使從上述多個(gè)第2 光源部的各個(gè)出射的光發(fā)生表面反射的表面反射面。
按照該結(jié)構(gòu)，使光相對(duì)反射面入射時(shí)的入射角度的限制少，提高了多 個(gè)第2光源部和光軸變換元件的位置關(guān)系的自由度。
在本發(fā)明的照明裝置中，優(yōu)選，在上述反射面上，形成電介質(zhì)多層膜。
按照該結(jié)構(gòu)，能夠采用例如五氧化鉭(Ta2Os)，氧化鈮(Nb20s) 與二氧化硅(Si02)交替層疊的多層膜。由于通過(guò)這樣的多層膜，能夠?qū)?現(xiàn)優(yōu)良的耐熱性和較高的反射率，良好地適用于本發(fā)明的光軸變換元件。
或者，作為上述光軸變換元件的上述反射面，能夠采用使從上述多個(gè)第2光源部的各個(gè)出射的光發(fā)生全反射的全反射面。
按照該結(jié)構(gòu)，不必相對(duì)于反射面形成電介質(zhì)多層膜、金屬膜等的反射 膜，另外，在反射時(shí)本質(zhì)上不產(chǎn)生光損失，因此能夠容易地制作效率高、 耐熱性優(yōu)良的光軸變換元件。
在本發(fā)明的照明裝置中，作為上述光軸變換元件的一例，能夠采用具 有沿與上述照明光軸平行的方向貫通的孔、具有錐形狀的管狀的光學(xué)部件。
按照該結(jié)構(gòu)，謀求光軸變換元件的輕量化、低成本化，并且在光變換 元件內(nèi)的光透射的通路中不存在物理的界面，故能夠相對(duì)于來(lái)自第l光源 部的光，降低由于界面反射等所造成的光損失。另外，容易釋放在反射面 產(chǎn)生的熱量，容易提高耐熱性。
或者，在本發(fā)明的照明裝置中，作為上述光軸變換元件，能夠采用實(shí) 芯的棱鏡狀的光學(xué)部件。
按照該結(jié)構(gòu)，容易提高反射面的形成精度。另外，在將第l光源部配 置于照明光軸上的情況下，能夠縮短光路長(zhǎng)度，所以容易使照明裝置小型 化。
或者，在本發(fā)明的照明裝置中，作為上述光軸變換元件，能夠采用具 有挖空的內(nèi)部空間的光學(xué)部件。
按照該結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)利用全反射，提高反射率。另外，由于電介質(zhì) 多層膜等的反射膜是不需要的，故能夠抑制光軸變換元件的熱損失，熱性 能變差。
在本發(fā)明的照明裝置中，上迷光軸變換元件能夠采用下述的結(jié)構(gòu)，即 使從上述多個(gè)第2光源部的各個(gè)出射的光折射并出射。
按照該結(jié)構(gòu)，根據(jù)情況，能夠謀求光軸變換元件的小型化，能夠有助 于照明裝置的小型化。
在本發(fā)明的照明裝置中，也可形成下述的結(jié)構(gòu)，即上述光軸變換元件 具有與上述照明光軸大致垂直的1組平行平面，從上述第1光源部出射的 光透射上述平行平面?；蛘?，也可形成下述的結(jié)構(gòu)，即上述光軸變換元件 具有沿上述照明光軸的延伸方向貫通的中空部，從上述第l光源部出射的光透射上述中空部。
特別是按照后者的結(jié)構(gòu)，來(lái)自第1光源部的光束透射的物理界面的數(shù) 量減少，故界面處的光損失減少，提高光軸變換元件處的光利用效率。
也可在本發(fā)明的照明裝置中，形成下述的結(jié)構(gòu)，即在上述光軸變換元 件的光入射側(cè)，具有使從上述第1光源部出射的光的光軸彎曲的第1光源 部用光軸變換元件。
按照該結(jié)構(gòu)，第1光源部的配置場(chǎng)所的自由度提高，能夠減小沿照明 光軸的方向的照明裝置的尺寸。
在本發(fā)明的照明裝置中，也可形成下述的結(jié)構(gòu)，即在上述光軸變換元
件的光入射側(cè)，具有第2光源部用光軸變換元件，該第2光源部用光軸變 換元件使從上述多個(gè)第2光源部中的至少l個(gè)出射的光的光軸彎曲。
按照該結(jié)構(gòu)，光源部之間的物理干涉難以產(chǎn)生，各光源部的配置場(chǎng)所 的自由度提高，故謀求照明裝置的小型化。
在本發(fā)明的照明裝置中，優(yōu)選，在上述光軸變換元件中，設(shè)有散熱部件。
按照該結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步提高光軸變換元件的耐熱性。 在本發(fā)明的照明裝置中，優(yōu)選，上述光軸變換元件^L收納于具有光透 射性的殼體內(nèi)。
按照該結(jié)構(gòu)，能夠防止灰塵、塵埃附著于光軸變換元件的反射面，防 止由于灰塵、塵埃的附著所造成的反射面的灼傷、燒焦而產(chǎn)生的>^射性能 的退化。
本發(fā)明的投影機(jī)，其特征在于，包括上述本發(fā)明的照明裝置；調(diào)制 來(lái)自上述照明裝置的光的光調(diào)制元件；和投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng) 對(duì)由上述光調(diào)制元件調(diào)制后的光進(jìn)行》文大投影。
在具有上述本發(fā)明的照明裝置的投影機(jī)中，由于抑制角度分布的范 圍，故能夠?qū)崿F(xiàn)較高的光利用效率。另外，由于形成于投影光學(xué)系統(tǒng)的光 瞳面上的多個(gè)光源像集中于以投影光軸為大致中心的區(qū)域，并且以大致對(duì) 稱的狀態(tài)形成，故容易發(fā)揮投影透鏡本來(lái)的成像性能，能夠?qū)崿F(xiàn)照度不均勻、色不均勻小的均勻性優(yōu)良的顯示圖像。另外，即使在1個(gè)或2個(gè)光源 部不點(diǎn)亮的情況下，仍不會(huì)產(chǎn)生較大的照明不均，能夠?qū)崿F(xiàn)使用便利性的 提南。
本發(fā)明的照明方法，其特征在于，采用光軸變換元件，將從第l光源 部出射的光以其出射光軸與照明光軸大致一致的方式朝向照明對(duì)象照射， 并且將從多個(gè)第2光源部的各個(gè)出射的光，以其出射光軸在接近上述照明 光軸的位置與上述照明光軸大致平行的方式，朝向上述照明對(duì)象照射。
按照本發(fā)明的照明方法，能夠在來(lái)自各光源部的光束在相互接近的狀 態(tài)下形成成為照明光的合成光束，并且在合成光束的大致中心，配置最大 強(qiáng)度的光束，故能夠形成抑制角度分布的范圍的照明光。


圖1為表示具有本發(fā)明的第1實(shí)施方式的照明裝置的投影機(jī)的一個(gè)結(jié) 構(gòu)例的圖。
圖2為表示本實(shí)施方式的照明裝置所采用的反射體的結(jié)構(gòu)例的圖。 圖3為表示該反射體的其他結(jié)構(gòu)例的圖。 圖4為表示該反射體的另外的結(jié)構(gòu)例的圖。 圖5為表示照明光的聚光點(diǎn)的光強(qiáng)度分布的圖。 圖6為表示來(lái)自入射合成透鏡的各光源部的光強(qiáng)度分布的圖。 圖7為表示第2透鏡陣列中的光源像的形成狀態(tài)的圖。 圖8為表示投影透鏡的光瞳面中的光源像的形成狀態(tài)的圖。 圖9為表示沿圖8中的A—A，線的假想的光強(qiáng)度分布的圖。 圖10為具有本發(fā)明的第2實(shí)施方式的照明裝置的投影機(jī)的一個(gè)結(jié)構(gòu) 例的圖。
圖11為表示具有本發(fā)明的第3實(shí)施方式的照明裝置的投影機(jī)的一個(gè) 結(jié)構(gòu)例的圖。
圖12為表示上述照明裝置的PBS陣列和1/2波長(zhǎng)片的結(jié)構(gòu)例的圖。 圖13為表示投影透鏡的光瞳面中的光源像的形成狀態(tài)的圖。圖14為表示反射體的另一結(jié)構(gòu)例的圖。
圖15為表示具有本發(fā)明的第4實(shí)施方式的照明裝置的投影機(jī)的一個(gè) 結(jié)構(gòu)例的圖。
圖16為表示本實(shí)施方式的照明裝置所采用的光軸變換元件的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖17為表示光軸變換元件的另一結(jié)構(gòu)例的圖。
圖18為具有本發(fā)明的第5實(shí)施方式的照明裝置的投影機(jī)的一個(gè)結(jié)構(gòu) 例的圖。
圖19為表示本實(shí)施方式的照明裝置所采用的光軸變換元件的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖20為表示光軸變換元件的另一結(jié)構(gòu)例的圖。
圖21為表示光軸變換元件的另一結(jié)構(gòu)實(shí)例的圖。
圖22為表示光軸變換元件的另一結(jié)構(gòu)實(shí)例的圖。
圖23為表示光軸變換元件的另一結(jié)構(gòu)實(shí)例的圖。
圖24為表示光軸變換元件的另一結(jié)構(gòu)實(shí)例的圖。
圖25為表示光軸變換元件的另一結(jié)構(gòu)實(shí)例的圖。
圖26為表示光軸變換元件的另一結(jié)構(gòu)實(shí)例的圖。
圖27為表示光軸變換元件的另一結(jié)構(gòu)實(shí)例的圖。
圖28為表示光軸變換元件的另一結(jié)構(gòu)實(shí)例的圖。
圖29為用于說(shuō)明反射作用和折射作用的效果的不同的圖。
符號(hào)說(shuō)明
1第1光源部；2a、 2b第2光源部；3、 23、 33、 43、 54、 63四 棱推臺(tái)狀反射體(光軸變換元件)；3a~3d23a~23d、 33a~33d、 43a ~ 43d 、 53a ~ 53d 、 63a ~ 63d反射面；3e、 3f、 23e、 23f、 33e、 33f、 43e、 43f、 53e、 53f、 63e、 63f 透射端面；10、 30、 40、 140、 150照明裝置； 11光閥(光調(diào)制元件)；13投影透鏡(投影光學(xué)系統(tǒng))；22、 152反 射鏡(第2光源用光軸變換元件)；34散熱片(散熱部件)；100、 110、 120、 200、 300投影機(jī)；131、 153偏向棱鏡(第1光源部用光軸變換元件)；133、 155反射棱鏡(第l光源部用光軸變換元件)；135、 151、 161、 171、 181、 191、 211、 221、 231 光軸變換元件；
優(yōu)選實(shí)施方式
(第1實(shí)施方式)
下面參照?qǐng)D1 ~圖9，對(duì)本發(fā)明的笫1實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。 圖1為表示具有本發(fā)明中的照明裝置的投影機(jī)的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的圖。圖 2~圖4為表示本實(shí)施方式的照明裝置所采用的反射體的幾個(gè)結(jié)構(gòu)例的圖。 圖5為表示照明光的聚光點(diǎn)的光強(qiáng)度分布的圖。圖6為表示來(lái)自入射合成 透鏡的各光源都的光強(qiáng)度分布的圖。圖7為表示積分部的第2透鏡陣列的 各光源部的光源像的形狀狀態(tài)的圖。圖8為表示投影透鏡的光瞳面的光源 像的形狀狀態(tài)的圖。圖9為表示沿圖8中的A—A，線的假想的光強(qiáng)度分 布的圖。另外，在以下的各圖中，為了容易觀察各組成部件，針對(duì)各組成 部件，適當(dāng)?shù)谋壤咭膊煌?br> 圖1表示具有本實(shí)施方式的照明裝置的投影機(jī)100的結(jié)構(gòu)例。該照明 裝置10產(chǎn)生用于照射具有像素結(jié)構(gòu)的液晶顯示元件，呈陣列狀具有多個(gè)可 動(dòng)反射鏡的微小反射鏡陣列元件等的光閥11 (光調(diào)制元件)。
本實(shí)施方式的照明裝置10，主要包括具有1個(gè)第1光源部1和2個(gè) 第2光源部2a、 2b的3個(gè)光源部，四棱錐臺(tái)狀反射體3 (光軸變換元件)， 合成透鏡4，和積分部5。
3個(gè)光源部1、 2a、 2b均包括發(fā)光燈7和反射器8。作為發(fā)光燈7可 采用高壓7JC銀燈、金屬面素?zé)?、氙氣燈、LED等，作為反射器8優(yōu)選采用 具有橢圓面形狀的反射面的橢圓面>^射器。另外，還可代替橢圓面反射器， 而采用具有拋物面形狀的反射面的拋物面反射器和聚光透鏡。
橢圓面>^射器8具有第1焦點(diǎn)位置、第2焦點(diǎn)位置這2個(gè)焦點(diǎn)位置。 發(fā)光燈7以發(fā)光燈7的發(fā)光點(diǎn)位于橢圓面反射器8的第1焦點(diǎn)位置的方式 配置。另外，由于發(fā)光燈7等的發(fā)光體具有伴隨空間上的位置，亮度不同 的立體的發(fā)光區(qū)域，故適合將亮度的重心位置視為發(fā)光點(diǎn)。由此，從發(fā)光燈7輻射的光通過(guò)反射器8反射，并且聚焦。另外，光線在通過(guò)UV/IR切 換濾光片9，去除不需要的紫外光和紅外光之后，聚焦于第2焦點(diǎn)位置， 形成發(fā)光體的像(聚光點(diǎn))。由于該像為實(shí)像，相對(duì)于本來(lái)的發(fā)光體，能 夠?qū)⒃撓褚暈槎喂庠?。由此，將在以下的光學(xué)系統(tǒng)中，從位于本來(lái)分離 的位置的發(fā)光體輻射的光作為從二次光源輻射的光而對(duì)待。
圖2~圖4表示四棱錐臺(tái)狀反射體的結(jié)構(gòu)例。圖2所示的四棱狀錐臺(tái) 狀反射體3為下述的光學(xué)元件，其中，大致相對(duì)的2個(gè)反射面3a、 3b為兩 側(cè)面，大致相對(duì)的2個(gè)反射面3c、 3d為上面和下面，2個(gè)透射端面3e、 3f (面積較小的透射端面稱為'小透射端面，3e,面積較大的透射端面稱為 '大透射端面，3f)與照明光軸L相垂直。即，本實(shí)施方式的四棱錐臺(tái)狀 ^Jt體3包括與照明光軸L相垂直地相互平行地設(shè)置的2個(gè)透射端面3e、 3f (l組平4亍平面)，和4個(gè)反射面3a、 3b、 3c、 3d(表面反射面)，這 4個(gè)反射面以相對(duì)于2個(gè)透射端面3e、 3f (或照明光軸L)形成規(guī)定的角 度的方式傾斜。
來(lái)自配置于照明光軸L上的第1光源部1的光，透射四棱錐臺(tái)狀反 射體3的2個(gè)透射端面(大透射端面3f和小透射端面3e)沿Z方向行進(jìn)， 從不位于照明光軸L上的2個(gè)第2光源部2a、 2b出射并沿X軸行進(jìn)的各 光由側(cè)面的^^射面3a、 3b反射，與來(lái)自第1光源部1的光相同而沿Z方 向行進(jìn)。由此，來(lái)自3個(gè)光源部1、 2a、 2b的光成為在照明光軸L上大致 合成為一束光，成為沿相同方向行進(jìn)的光。因此，作為四棱錐臺(tái)狀反射體 3，必須在側(cè)面設(shè)置至少不少于不位于照明光軸L上的光源部2a、 2b的數(shù) 量(在本實(shí)施方式中，為2個(gè))的反射面。
在本實(shí)施方式的情況下，由于第2光源部2a、 2b為2個(gè)，故反射面 為2個(gè)足以，但是，圖2所示的四棱錐臺(tái)狀反射體3具有4個(gè)反射面3a、 3b、 3c、 3d,在從與反射面相對(duì)的方向觀察時(shí)，這4個(gè)反射面全部呈大透 射端面3f側(cè)的邊長(zhǎng)、小透射端面3e側(cè)的邊短的梯形形狀。即，全部的反 射面3a、 3b、 3c、 3d,相對(duì)于大透射端面3f和小透射端面3e (或照明光 軸L)以規(guī)定的角度傾斜。圖3 (A)，圖3 (B)為在光源部的數(shù)量為3個(gè)的情況下優(yōu)選的結(jié)構(gòu) 例。圖3 (A)所示的四棱錐臺(tái)狀反射體23包括4個(gè)側(cè)面23a、 23b、 23c、 23d，與第2光源部2a、 2b相對(duì)一側(cè)的2個(gè)側(cè)面23a、 23b為反射面，其 在從與該反射面相對(duì)的方向觀察時(shí)，呈長(zhǎng)方形狀。剩余的2個(gè)側(cè)面23c、 23d不用作反射面，在從與該側(cè)面相對(duì)的方向觀察時(shí)，呈大透射端面23f 側(cè)的邊長(zhǎng)、小透射端面23e側(cè)的邊短的梯形形狀。即，僅僅2個(gè)反射面23a、 23b相對(duì)于大透射端面23f和小透射端面23e (或照明光軸L)以規(guī)定角度 傾斜。按照?qǐng)D3(A)的結(jié)構(gòu)，由于較大地獲取反射面23a、 23b的面積， 故容易提高散熱性。
或者，作為圖3 (A)的四棱錐臺(tái)狀反射體23的變形例，在圖3(B) 所示的四棱錐臺(tái)狀反射體33中，在不用作反射面的2個(gè)側(cè)面(上面和下面) 33c， 33d分別設(shè)置有散熱片34 (散熱部件)，通過(guò)該結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步提 高四棱錐臺(tái)狀反射體33的散熱性。
此外，作為四棱錐臺(tái)狀反射體的方式，如圖4 (A)所示的那樣，可 采用下述管狀的反射體43，其中，具有沿照明光L的方向貫通的孔，多個(gè) 反射面43a、 43b、 43c、 43d為外面，呈錐狀。該四棱錐臺(tái)狀反射體43可 通過(guò)將例如一個(gè)面為反射面的4個(gè)板體貼合的方式制作。在該四棱錐臺(tái)狀 反射體43中，將通過(guò)光入射側(cè)和光出射側(cè)的板體的4條邊制作的假想的面 稱為"透射端面，，。即，構(gòu)成四棱錐臺(tái)狀反射體43的4個(gè)板體的內(nèi)側(cè)為沿 照明光L的延伸方向貫通的中空部，在由標(biāo)號(hào)43e、 43f表示的透射端面， 不存在物理的界面。
或者，如圖4(B)所示的那樣，可采用在由均質(zhì)的透明媒質(zhì)形成的 四棱錐臺(tái)體的側(cè)面上形成反射面53a、 53b、 53c、 53d的、外形為多棱錐臺(tái) 狀的實(shí)芯的棱錐狀的反射體53。
或者，如圖4 (C)所示的那樣，可采用將由均質(zhì)的透明媒質(zhì)形成的 長(zhǎng)方體的內(nèi)部挖空呈四棱錐臺(tái)狀、在內(nèi)壁面上形成反射面63a、 63b、 63c、 63d的長(zhǎng)方體形狀反射體63。在該四棱錐臺(tái)狀>^射體63中，在由標(biāo)號(hào)63e、 63f表示的透射端面上，不存在物理的界面。由于圖4(A)的四棱錐臺(tái)狀反射體43由管狀體構(gòu)成，適合于元件的 輕量化、低成本化，在反射體43的透射端面43e、 43f上不存在物理的界 面，故相對(duì)于來(lái)自第1光源部1的光能夠降低由界面反射等造成的光損失。 另外，容易擴(kuò)散在反射面43a、 43b、 43c、 43d產(chǎn)生的熱量，容易提高耐熱 性。由于在圖4 (B)和圖4 (C)的四棱錐臺(tái)狀反射體53、 63中，多個(gè)反 射面一體形成，故容易提高反射面的設(shè)置精度。另夕卜，在圖4 (C)的四棱 錐臺(tái)狀反射體63中，只要按照滿足全反射條件的方式，設(shè)定反射面的設(shè)置 角度，則由于得到較高的反射率、側(cè)面的反射面的面積增大，故容易提高 散熱性等。另外，由于在透射端面63e、 63f上不存在物理的界面，故相對(duì) 于來(lái)自第1光源部1的光能夠降低由界面反射等造成的光損失。
由于各^^射體如后述的那樣，被設(shè)置于光聚焦的位置或其極附近，故 優(yōu)選通過(guò)具有耐熱性優(yōu)良、熱傳導(dǎo)性高、熱膨脹率低等的各特性的媒質(zhì)形 成反射體，優(yōu)選采用藍(lán)寶石、水晶、石英玻璃等。另外，優(yōu)選，如圖4(B)、 圖4 (C)的四棱錐臺(tái)狀反射體53、 63那樣，在采用透明媒質(zhì)的情況下， 通過(guò)具有較高的透明性的媒質(zhì)形成反射體。
在各反射體的反射面上，形成有電介質(zhì)多層膜、鋁膜、銀膜等的反射
膜，以較高的效率反射光。由于反射體被配置于光聚光的位置或其極近， 故作為反射膜優(yōu)選耐熱性優(yōu)良的膜，這方面優(yōu)選，將五氧化鉭(Ta20s)、 氧化鈮(Nb2Os)與二氧化珪(Si02)交替地層疊的多層膜。
另外，如圖4 (B)，圖4 (C)那樣，在具有物理的透射端面的情況 下，優(yōu)選，在透射端面上形成有由電介質(zhì)多層膜等構(gòu)成的反射膜。
由于在反射面上強(qiáng)度非常大的光聚焦，故重要的是，使灰塵、塵埃未 附著在反射面上。其原因在于由于附著于反射面上的灰塵、塵埃的燃燒， 反射面損傷，反射性能變差，壽命縮短。于是，為了防止灰塵、塵埃的附 著，平時(shí)對(duì)反射體吹清潔的冷卻風(fēng)、將反射體設(shè)置于灰塵、塵埃不能^ 的封閉空間的內(nèi)部(例如，通過(guò)6個(gè)透明平板構(gòu)成密封的長(zhǎng)方體，在其內(nèi) 部設(shè)置反射體)等的對(duì)策是有效的。
利用圖1，對(duì)四棱錐臺(tái)狀反射體3的設(shè)置位置進(jìn)行說(shuō)明。設(shè)置四棱錐臺(tái)狀反射體3，使得配置于照明光軸L上的第1光源部的 發(fā)光體的像(聚光點(diǎn))位于小透射端面3e或其附近(即，光出射端或其附 近)，另外，不位于照明光軸L上的2個(gè)第2光源部2a、 2b的2個(gè)發(fā)光 體的像(聚光點(diǎn))位于各反射面3a、 3b或附近。因此，優(yōu)選，反射面3a、 3b為與聚光點(diǎn)相同的尺寸。
另外，也可以設(shè)置四棱錐臺(tái)狀反射體3，使得第1光源部1的發(fā)光體 的像(聚光點(diǎn))與小透射端面3e相比較稍位于光源部側(cè)。按照這樣的結(jié)構(gòu)， 由于能夠使發(fā)光體的像(聚光點(diǎn))的位置和后述的合成透鏡4之間的距離， 配設(shè)置于照明光軸L上的第1光源部1的情況和未位于照明光軸L上的2 個(gè)第2光源部2a、 2b的情況之間大致相等，故抑制從合成透鏡4出射的合 成光束的角度分布的范圍。
在這里，2個(gè)第2光源部2a、 2b的照明光軸a、 b以分別與照明光軸 L相垂直的方式，設(shè)置在相對(duì)于包括以3個(gè)光源部1、 2a、 2b作為照明對(duì) 象的光閥11的長(zhǎng)邊和照明光軸L的平面大致平行的大致同一平面(圖1 置的XZ平面)內(nèi)。與此相對(duì)應(yīng)，夾持四棱錐臺(tái)狀反射體3的Y軸而大致 相對(duì)的2個(gè)反射面3a、 3b以相對(duì)照明光軸L成45度的角度的方式形成。 由此，2個(gè)第2光源部2a、 2b的照明光軸a、 b在反射面3a、 3b折返后， 成為與照明光軸L大致平行的狀態(tài)。
另外，四棱錐臺(tái)狀反射體3的反射面3a、 3b相對(duì)于照明光軸L所成 的角度不限于45度，對(duì)應(yīng)于2個(gè)第2光源部2a、 2b的照明光軸a、 b與 照明光軸L所形成的角度而設(shè)定。即，只要以由四棱錐臺(tái)狀反射體3的反 射面3a、 3b反射之后的2個(gè)照明光軸a、 b與照明光軸L大致平行的方式， 設(shè)定四棱錐臺(tái)狀反射體3的反射面3a、 3b的角度即可。
通過(guò)以上的設(shè)置，在四棱錐臺(tái)狀反射體3的小透射端面3e形成第1 光源部1的二次光源，在四棱錐臺(tái)狀>^射體3中的大致面對(duì)的2個(gè)^^射面 3a、 3b中形成對(duì)應(yīng)的笫2光源部2a、 2b的二次光源，從該二次光源出射 伴隨與聚光時(shí)相同的角度的發(fā)散光。從3個(gè)部位的聚光點(diǎn)出射的發(fā)散光入 射合成透鏡4,變換為與各自的主光線大致相平行的光，成為合成光束并出射。作為合成透鏡4，在容易降低^J^散光平行化時(shí)的光學(xué)像差的方面， 優(yōu)選，采用非球面透鏡、由多個(gè)透鏡構(gòu)成的復(fù)合透鏡等。
在這里，由反射面3a、 3b反射之后的照明光軸a、 b相對(duì)于照明光 軸L，分別隔開(kāi)距離D而配置，由此，入射合成透鏡4中的光不完全相互 重合。由此，從合成透鏡4出射的合成光束的直徑大于從第1光源部1入 射合成透鏡4的光束直徑。為了減小合成光束直徑，提高合成透鏡4之后 (投影透鏡13側(cè))的照明效率，優(yōu)選，縮短照明光軸a、 b與照明光軸L 之間的距離D。但是如上述那樣，由于光源部l、 2a、 2b的發(fā)光體具有有 限的尺寸，故在橢圃面反射器的第2焦點(diǎn)位置，形成圖5所示那樣的直徑 W0的聚光點(diǎn)，由于該聚光點(diǎn)的尺寸，距離D受到制約。即，在距離D按 照小于W0/2的程度設(shè)定的情況下，由于未由四棱錐臺(tái)狀反射體3的反射 面3a、 3b反射，產(chǎn)生沿相對(duì)的第2光源部2a、 2b的方向直進(jìn)的光束，故 沿合成透鏡4的方向行進(jìn)的光束量減少，照明效率降低。
但是，如圖5所示的那樣，由于聚光點(diǎn)的光強(qiáng)度分布沿其直徑方向， 具有非線性的強(qiáng)度分布形狀，故如果以光強(qiáng)度降低峰值強(qiáng)度的5%~20% 的程度的直徑W1為基準(zhǔn)，將距離D設(shè)定在W1/2，則能夠一邊抑制合成 透鏡4的方向行進(jìn)的光束量的減少， 一邊減小合成光束直徑，提高合成透 鏡4之后(投影透鏡13側(cè))的照明效率。
從各光源部l、 2a、 2b入射合成透鏡44中的光束和從合成透鏡4出 射的合成光束具有，例如圖6所示的那樣的光強(qiáng)度。來(lái)自位于照明光軸L 上的第1光源部1的光的強(qiáng)度最強(qiáng)，并且其峰值強(qiáng)度位置大致位于照明光 軸L1上。另夕卜，來(lái)自不位于照明光軸L上的2個(gè)第2光源部2a、 2b的光， 以其峰值強(qiáng)度位置位于相對(duì)于照明光軸L間 隔大致距離D的位置的方式分 布。因此，從合成透鏡4，出射具有將它們合成的強(qiáng)度分布的合成光束。 即，從合成透鏡4，出射具有在照明光軸L上較大的峰值強(qiáng)度、伴隨與照 明光軸L的離開(kāi)光強(qiáng)度變小的大致平行光。
從合成透鏡4出射的合成光束入射積分部5中，變換為照明對(duì)象的照 度分布大致均勻的光束，對(duì)作為照明對(duì)象的光閥11進(jìn)行照明。積分部5
18主要包括第1透鏡陣列15、第2透鏡陣列16、重疊透鏡17、和平行化透 鏡18。第l透鏡陣列15、第2透鏡陣列16分別為相同數(shù)量的透鏡呈矩陣 狀配置而成的聚光元件，構(gòu)成第l透鏡陣列15的小透鏡的焦距大致等于第 1透鏡陣列15和第2透鏡16的間距，其輪廓形狀呈與作為照明對(duì)象的光 閥11的顯示區(qū)域大致類似的形狀。構(gòu)成第2透鏡陣列16的傳遞透鏡的焦 距以第1透鏡陣列15和照明對(duì)象(光閥11)大致處于共軛關(guān)系的方式設(shè) 定，其輪廓形狀也可與第l透鏡陣列15的小透鏡相同，但是，也可適當(dāng)?shù)?改變外形形狀，使乂寸大型化，提高光利用效率。
合成光束入射第l透鏡陣列15被分割為多個(gè)部分光束，然后，在第 2透鏡陣列16中的相應(yīng)的傳遞透鏡內(nèi)部聚焦，形成各光源部的發(fā)光體的像 (光源像)。圖7以示意方式表示第2透鏡陣列16的光源像的形成狀態(tài)。 在各傳遞透鏡中，形成與合成光束相對(duì)應(yīng)的光源像。由于光源像的尺寸、 其亮度與從光源部入射第1透鏡陣列的相應(yīng)的小透鏡的光束的立體角、光 強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)，故對(duì)應(yīng)于傳遞透鏡的在第2透鏡陣列上的位置而變化。為了 通過(guò)圖7容易判斷，對(duì)應(yīng)于來(lái)自3個(gè)各光源部1、 2a、 2b的光束，繪制3 種光源像，但是實(shí)際上，除了第2透鏡陣列的(與照明光軸L分離的)周 邊部，與各光源部相對(duì)應(yīng)的光源^^重疊，成為沿X軸方向細(xì)長(zhǎng)的1個(gè)光源 像。
即，在從光源側(cè)觀察第2透鏡陣列16的情況下，在各傳遞透鏡的稍 左側(cè)(-義方向)形成有來(lái)自第2光源部23的光束所成的光源像，在其中 間部，形成有來(lái)自第1光源部1的光束所成的光源4象，在該稍右側(cè)(+X 方向)，形成有來(lái)自第2光源部2b的光束所成的光源像。在這里，由于所 形成的光源像的尺寸、亮度的分布反映了通過(guò)第2透鏡陣列16的內(nèi)部的光 的強(qiáng)度分布，故在由來(lái)自其照明光軸a移到照明光軸L的左側(cè)的第2光源 部2a的光束所形成的光源像組中，亮度最高的光源像形成于照明光軸L 的左側(cè)(G2a的位置)。同樣，在由來(lái)自第2光源部2b的光束形成的光源 像組中，亮度最高的光源像形成于照明光軸L的右側(cè)(G2b的位置)。另 外，在由來(lái)自第1光源部1的光束形成的光源像組中，亮度最高的光源像形成于照明光軸L上(Gl的位置)。
通過(guò)重疊透鏡17，改變從第2透鏡陣列16出射的多個(gè)部分光束的先 進(jìn)方向，該光束經(jīng)由平行化透鏡18,入射作為照明對(duì)象的光閥11。另夕卜， 由光閥11調(diào)制的光成為投影光，入射投影透鏡13 (投影光學(xué)系統(tǒng))，傳 遞到屏幕20。另外，通過(guò)將適當(dāng)?shù)仄牡膫鬟f透鏡用于第2透鏡陣列，由 此，可省略重疊透鏡。
在這里，第2透鏡陣列16和投影透鏡13內(nèi)的光瞳面處于大致共軛關(guān) 系。由此，如圖8以示意方式所示的那樣，在光瞳面上，形成有與形成于 第2透鏡陣列16的光源像組相對(duì)應(yīng)的光源像組。另夕卜，圖8表示從投影透 鏡13的出射側(cè)觀察光瞳面的情況。另外，虛線的格(cell)以假設(shè)方式表 示第2透鏡陣列16的傳遞透鏡。同樣在這里，由于所形成的光源像的尺寸、 亮度的分布反映了通過(guò)投影透鏡13的光瞳面位置的光的強(qiáng)度分布，故通過(guò) 光瞳面的光的強(qiáng)度分布成為大致圖9所示的那樣的分布。
一般來(lái)說(shuō)，投影透鏡的成像性能在投影光軸的附近高，隨著從投影光 軸離開(kāi)而降低。在這里，如根據(jù)圖9而判斷的那樣，投影光軸L上的光強(qiáng) 度最強(qiáng)，集中于以投影光軸L為大致中心的區(qū)域，由此，按照本實(shí)施方式 的照明裝置IO，容易發(fā)揮投影透鏡本來(lái)的成像性能，實(shí)現(xiàn)難以導(dǎo)致顯示圖 ^^的畫(huà)質(zhì)變差的光強(qiáng)度分布。另外，照明光軸L和投影光軸L本來(lái)為同一 光軸，但是，在本說(shuō)明書(shū)中，為了方侵爽見(jiàn)，在照明裝置側(cè)將該光軸稱為 照明光軸，在投影透鏡側(cè)將該光軸稱為投影光軸。
優(yōu)選，作為投影透鏡13的瞳徑，為包括全部的發(fā)光體的像(光源像) 的尺寸，因此理想的是圖8中由標(biāo)號(hào)T2表示的圓的直徑。但是，按照根 據(jù)越靠近投影光軸L的周邊部，發(fā)光體的像(光源像)越小的情況而判斷 的方式，通過(guò)投影光軸L的周邊部的部分光束的強(qiáng)度弱。于是，如果設(shè)定 為與由標(biāo)號(hào)Tl表示的圓的直徑相對(duì)應(yīng)的瞳徑，則可在抑制光損失的同時(shí)， 使投影透鏡13小型化，低成本化。
如上所述，按照本實(shí)施方式的照明裝置10，通過(guò)在來(lái)自多個(gè)光源部1、 2a、 2b的光的合成時(shí)，采用四棱錐臺(tái)狀反射體3，能夠使多個(gè)光源部l、2a、 2b的照明光軸L、 a、 b處于相互接近的狀態(tài)。由此，在來(lái)自各光源部 1、 2a、 2b的光相互接近的狀態(tài)下，形成成為照明光的合成光，并且由于 能夠在合成光的大致中心配置最大強(qiáng)度的光束，故能夠形成抑制角度分布 和強(qiáng)度分布的范圍的照明光。
另外，按照采用這樣的照明光的投影機(jī)100,由于抑制角度分布的范 圍，故能夠?qū)崿F(xiàn)較高的光利用效率。另外，形成于投影透鏡13的光瞳面上 的多個(gè)光源像集中于以投影光軸L為大致中心的區(qū)域，并且處于大致對(duì)稱 的狀態(tài)，此外，還抑制強(qiáng)度分布的范圍，由此，容易發(fā)揮投影透鏡本來(lái)的 成像性能，可實(shí)現(xiàn)照度不均勻、色不均勻小的均勻性優(yōu)良的顯示圖像。另 外，即使在一個(gè)或二光光源部為非點(diǎn)亮的情況下，仍不產(chǎn)生較大的照度不 均勻，可實(shí)現(xiàn)使用便利性的提高。
此外，在本實(shí)施方式中，例示了具有3個(gè)光源部的投影機(jī)的實(shí)例，但 是在采用本實(shí)施方式的四棱錐臺(tái)狀反射體3的情況下，可沿Y軸方向再配 置2個(gè)第2光源部，可將來(lái)自共計(jì)5個(gè)光源部的光變換為沿Z方向行進(jìn)的 光。當(dāng)然，形成于反射體的側(cè)面的反射面的數(shù)量并不限于4個(gè)。例如，在 不位于照明光軸L上的光源部的數(shù)量為6個(gè)的情況下，可采用六棱錐臺(tái)狀 反射體，在光源部的數(shù)量為8個(gè)的情況下，可采用八棱錐臺(tái)狀反射體。另 外，優(yōu)選，在使光源部的數(shù)量超過(guò)本實(shí)施方式的3個(gè)的情況下，在包括光 閥11的長(zhǎng)邊和照明光軸L的平面上，配置過(guò)半數(shù)以上的光源部。 (第2實(shí)施方式)
下面參照?qǐng)DIO對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
圖10為表示具有本發(fā)明中的照明裝置的投影機(jī)110的結(jié)構(gòu)例。另外，
在圖10中，對(duì)與第1實(shí)施方式的圖l共同的組成部件標(biāo)注同一標(biāo)號(hào)，具體
的說(shuō)明省略。
本實(shí)施方式的照明裝置30與第1實(shí)施方式(圖1)的照明裝置不同 之處在于，如圖10所示的那樣，將不位于照明光軸L上的2個(gè)第2光源 部2a、 2b第1光源部1的側(cè)方鄰接配置，分別通過(guò)反射鏡22 (第2光源 部用光軸變換元件)反射來(lái)自第2光源部2a、 2b的光，將其導(dǎo)向四棱錐臺(tái)狀反射體3。也可按照2個(gè)第2光源部2a、 2b的照明光軸a、 b與第1光 源部1的照明光軸L平行的方式，配置第2光源部2a、 2b,還可不按照一 定與第1光源部的照明光軸L平行的方式配置第2光源部2a、 2b的照明 光軸a、 b。
優(yōu)選，反射鏡22為分色鏡(冷光鏡)，其4吏不需要的紫外光、紅外 光透射，僅僅反射必要的光。由此，能夠抑制由四棱錐臺(tái)狀反射體3、各 種透鏡等的發(fā)熱，根據(jù)情況，可不需要光源部2a、 2b的出射側(cè)的UV/IR 切換濾光片9。
另外，通過(guò)設(shè)有反射鏡22，使3個(gè)光源1、 2a、 2b的配置方向一致， 故可相對(duì)3個(gè)光源部1、 2a、 2b，將冷卻裝置i殳置于一方側(cè)(例如，反射 器8的后方側(cè))，1吏冷卻風(fēng)流過(guò)的方向一致。由此，冷卻風(fēng)的流動(dòng)順暢， 能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻裝置的小型化、冷卻效率的提高、冷卻時(shí)的風(fēng)扇等的噪音降 低等。當(dāng)然，也可形成下述的結(jié)構(gòu)，即，通過(guò)反射鏡，不僅反射來(lái)自不位 于照明光軸L上的第2光源部2a、 2b的光，而且反射來(lái)自位于照明光軸L 的第1光源部1的光。 (第3實(shí)施方式)
下面參照?qǐng)D11 ~圖13，對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
圖11為表示具有本發(fā)明中的照明裝置的投影機(jī)120的結(jié)構(gòu)例的圖。
另外，在圖11中，對(duì)與第1實(shí)施方式的圖l相同的組成部件標(biāo)注同一標(biāo)號(hào)，
具體的說(shuō)明省略。
本實(shí)施方式的照明裝置40與第1實(shí)施方式(圖1)的照明裝置1不 同點(diǎn)，在于包括作為偏振光變換光學(xué)系統(tǒng)的偏振光分離棱鏡陣列24 (PBS 陣列)和1/2波長(zhǎng)片25。另夕卜，由于偏振光變換光學(xué)系統(tǒng)為公知的技術(shù)(還 包括第2透鏡陣列的傳遞透鏡的尺寸等的關(guān)系)，故省略偏振光變換光學(xué) 系統(tǒng)的具體說(shuō)明省略，對(duì)光源部和偏振光分離方向之間的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。
圖12表示偏振光分離棱鏡陣列24 (PBS陣列)與1/2波長(zhǎng)片25的 結(jié)構(gòu)實(shí)例。在這里，將偏振光分離棱鏡陣列24中的偏振光分離方向(或設(shè) 置有一對(duì)偏振光分離面和反射面的方向)設(shè)定為與配置了 3個(gè)光源部1、2a、 2b的平面相垂直的方向(或與將來(lái)自各光源部l、 2a、 2b的光束合成 的方向相垂直的方向)。另外，在光源部的數(shù)量大于3的情況下，優(yōu)選， 沿與配置過(guò)半數(shù)以上的光源部的平面相垂直的方向，設(shè)定偏振光分離棱鏡 陣列24中的偏振光分離方向。
從合成透鏡4出射的合成光束通過(guò)偏振光變換光學(xué)系統(tǒng)，被變換為大 致一種的偏振光光束，入射作為照明對(duì)象的光閥11。在圖像顯示時(shí)必須對(duì) 偏振光進(jìn)行處理的液晶顯示元件用作光閥11的情況下，偏振光變換光學(xué)系 統(tǒng)的采用對(duì)于提高光利用效率的方面是有效的。
在這里，圖13以示意方式表示投影透鏡13的光瞳面的光源像組的形 成狀態(tài)。另外，圖13表示從投影透鏡13的出射側(cè)觀察光瞳面的情況。虛 線的格以假想方式表示第2透鏡陣列16的傳遞透鏡。作為在光瞳面上與各 光源部l、 2a、 2b相對(duì)應(yīng)的發(fā)光體的像(光源像)，由透射偏振分離棱鏡 陣列24的偏振光分離面的偏振光所成的發(fā)光體的像(P偏振光所成的光源 像)和由偏振光分離面反射并通過(guò)1/2波長(zhǎng)片25變換偏振光方向的偏振光 的發(fā)光體所成的像(從S偏振光變換為P偏振光的偏振光所成的光源像) 成對(duì)，沿偏振光分離方向(Y方向)形成。
在采用偏振分離棱鏡陣列24的偏振光變換光學(xué)系統(tǒng)中，還必須通過(guò) 偏振方向的不同，從空間上進(jìn)一步將在第l透鏡陣列15產(chǎn)生的部分光束的 各個(gè)分離。另一方面，在本實(shí)施方式的照明裝置40中，如圖13所示的那 樣，與光源部l、 2a、 2b的數(shù)量相對(duì)應(yīng)的多個(gè)種類的部分光束沿將來(lái)自各 光源部l、 2a、 2b的光束合成的方向并列而形成。另外，為了容易判斷， 在圖13中，將3種部分光束分離而繪制。由此，如上述那樣，如果將偏振 光分離棱鏡陣列24的偏振光分離方向設(shè)定為與光束的合成方向相垂直的 方向，使因光源部的數(shù)量而產(chǎn)生的部分光束和對(duì)它們進(jìn)行偏振光分離處理 而生成的部分光束(參照?qǐng)D13 )相互接近，故在第2透鏡陣列16、偏振光 分離棱鏡陣列24的部分光束的阻擋(遮擋)少，能夠提高光利用效率。
如上所述，按照本實(shí)施方式的照明裝置40，不但具有通過(guò)第1實(shí)施 方式的照明裝置獲得的效果，而且由于具有偏振光變換光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將從光源部1、 2a、 2b出射的非偏振光變換為具有特定的偏振光狀態(tài)的光， 故能夠在具有必須對(duì)偏振光進(jìn)行處理的液晶顯示元件的照明裝置、投影機(jī) 中，實(shí)現(xiàn)非常高的光利用效率。另外，由于考慮多個(gè)光源部l、 2a、 2b的 配置關(guān)系，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定偏振光變換光學(xué)系統(tǒng)中的偏振光分離方向，故能夠 實(shí)現(xiàn)較高的光利用效率。
另夕卜，本發(fā)明的技術(shù)范圍并不限于上述實(shí)施方式，能夠在不脫離本發(fā) 明的實(shí)質(zhì)的范圍內(nèi)，進(jìn)行各種變化。例如，在上述實(shí)施方式中，作為反射 體例示了四棱錐臺(tái)狀反射體，但是，并不一定限于四棱錐臺(tái)狀反射體，只
要具有使來(lái)自第1光源部的光透射照明光軸、將來(lái)自第2光源部的光向與 來(lái)自第1光源部的光大致相同的方向反射的功能，則外形形狀也可為多棱 錐臺(tái)狀。例如，也可將圓錐臺(tái)的彎曲的側(cè)面的一部分切掉，形成平坦面， 將該平坦面作為反射面。
此外，第1光源部1不必一定設(shè)置于照明光軸L。例如，如圖14(A) 所示的那樣，也可在與上述實(shí)施方式相同的反射體3的光入射側(cè)，鄰接偏 振角棱鏡131 (笫1光源部用光軸變換元件)地設(shè)置。在此情況下，第1 光源部1配置于脫離照明光軸L的位置，以照明光軸L和第l光源部l的 照明光軸c以90度以外的角度相交的方式，相對(duì)照明光軸L傾斜地設(shè)置 第1光源部1的照明光軸c,雖然關(guān)于這一點(diǎn)在圖14 (A)未示出。在該 結(jié)構(gòu)中，設(shè)定第l光源部l的照明光軸c相對(duì)照明光軸L的斜率，使得來(lái) 自第1光源部1的光在入射偏向棱鏡131的入射端面131a時(shí)折射后，從反 射體3沿照明光軸L出射。由此，來(lái)自第l光源部l的光與來(lái)自2個(gè)第2 光源部2a、 2b的光沿大致相同的方向，與照明光軸L平行地行進(jìn)，這些 光構(gòu)成大致合成為一個(gè)的光。
或者，如圖14 (B)所示的那樣，也可在與上述實(shí)施方式相同的^Jt 體3的光入射側(cè)，鄰接反射棱鏡133 (第1光源部用光軸變換元件)地設(shè) 置。在此情況下，以例如照明光軸L和笫1光源部1的照明光軸c大致垂 直地相交的方式設(shè)置第1光源部1。在該結(jié)構(gòu)中，來(lái)自第1光源部1的光 透射反射棱鏡133的入射端面133a，在全反射面133b反射之后，從反射體3沿照明光軸L出射。由此，來(lái)自第l光源部l的光與來(lái)自2個(gè)第2光 源部2a、 2b的光沿大致相同的方向，與照明光軸L平行地行進(jìn)，這些光 形成大致合成為一個(gè)的光。
另外，也可形成下述的結(jié)構(gòu)，即，照明光軸L和照明光軸c以直角 以外的角度相交。對(duì)于入射反射棱鏡的光，在對(duì)全反射面133a的入射角滿 足全反射條件的情況下，發(fā)生全反射。由此，優(yōu)選，設(shè)定反射棱鏡133的 形狀、照明光軸c的配置，使得該入射角增加、發(fā)生全反射。
按照?qǐng)D14(A),圖14(B)的結(jié)構(gòu)，由于第l光源部l也可以不設(shè) 置于照明光軸L,故具有第1光源部1的配置場(chǎng)所的自由度提高，能夠減 小沿照明光軸L的方向的照明裝置的尺寸的情況。
另外，在圖14 (B)的結(jié)構(gòu)中，也可代替在反射體3的光入射側(cè)設(shè)置 反射棱鏡133的方式，而在反射棱鏡133的全反射面133b的位置設(shè)置反射 鏡。在此情況下，仍能獲得與上勤目同的效果。
此外，在上述實(shí)施方式中，作為光軸變換元件，列舉有下述的反射體 的實(shí)例，即使來(lái)自多個(gè)笫2光源部的光在最初入射的側(cè)面進(jìn)行表面反射， 將其光軸變換為與照明光軸平行的方向，但是，并不限于該結(jié)構(gòu)。也可采 用下述的光軸變換元件，即例如使來(lái)自多個(gè)笫2光源部的光透射最初入射 的側(cè)面，然后在另一側(cè)面全反射，將其光軸變換為與照明光軸平行的方向。 或者，也可采用下迷的光軸變換元件，即在內(nèi)部將來(lái)自多個(gè)第2光源部的 光折射，將其光軸變換為與照明光軸平行的方向。
下面，對(duì)反映這些結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。 (第4實(shí)施方式)
下面參照?qǐng)D15~圖17，對(duì)本發(fā)明的第4實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。 圖15為表示具有本發(fā)明中的照明裝置的投影機(jī)的結(jié)構(gòu)例的圖。圖15 所示的投影機(jī)的整體結(jié)構(gòu)與圖1所示的第1實(shí)施方式的投影機(jī)大致相同， 主要不同點(diǎn)在于照明裝置的光軸變換元件的結(jié)構(gòu)。因此，在圖15中，對(duì)與 第1實(shí)施方式的圖l共用的組成部件標(biāo)注同一標(biāo)號(hào)，具體的說(shuō)明省略。
圖16 (A)，圖16 (B)為表示本實(shí)施方式的照明裝置140所采用的光軸變換元件135的圖。如該圖所示的那樣，本實(shí)施方式的光軸變換元件 135為由玻璃、樹(shù)脂、晶體等的透光性的材質(zhì)形成的實(shí)芯的透明體。光軸 變換元件135具有四棱錐臺(tái)狀的形狀，在全部6個(gè)面135a ~ 135f中，形成 有由電介質(zhì)多層膜等構(gòu)成的反射防止膜。光軸變換元件135具有2個(gè)透射 端面，面積較小的小透射端面135e配置于接近第1光源部1的一側(cè)，面積 較大的大透射端面135f配置于遠(yuǎn)離第1光源部1的一側(cè)。小透射端面135e 和大透射端面135f處于相互平行的配置關(guān)系，構(gòu)成與照明光軸L大致相垂 直的l組的平行平面。另夕卜，4個(gè)側(cè)面135a~135以與通過(guò)光軸變換元件 135的大致中心的軸形成規(guī)定角度的方式設(shè)置。換言之，使各側(cè)面135a 135d以各側(cè)面135a 135d的法線在光軸變換元件135的出射側(cè)(相對(duì)小 透射端面135e,投影透鏡13側(cè))和照明光軸L相交的方式傾斜地設(shè)置。
如圖15所示的那樣，來(lái)自位于照明光軸L上的第l光源部l的光從 小透射端面135e入射，在不改變行進(jìn)方向的情況下，從大透射端面135f， 沿照明光軸L而出射。另一方面，來(lái)自不位于照明光軸L上的第2光源部 2a、 2b的光如圖16 (B)所示的那樣，從位于第2光源部2a、 2b的照明 光軸a、 b上的側(cè)面135a、 135b入射，在入射時(shí)折射，稍稍改變行進(jìn)方向。 接著，來(lái)自第2光源部2a、 2b的光在與入射的側(cè)面135a、 135b相對(duì)的側(cè) 面135b、 135a發(fā)生全反射，進(jìn)一步大幅改變行進(jìn)方向，然后，從大透射端 面135f，沿與照明光軸L平行的方向出射。換言之，設(shè)定2個(gè)側(cè)面135a、 135b和第2光源部2a、 2b的照明光軸a、 b的配置關(guān)系，使得來(lái)自第2光 源部2a、 2b的光從大透射端面B5f，沿與照明光軸L平行的方向出射。 由此，在從不同的方向入射光軸變換元件135的來(lái)自多個(gè)光源部1、 2a、 2b的光相互接近的狀態(tài)下，從一個(gè)大透射端面135f沿照明光軸L以大致 同一方向出射，在照明光軸L上合成為大致一個(gè)的光。
在光軸變換元件135中，從側(cè)面135a入射的光中的僅僅對(duì)側(cè)面135b 的入射角滿足全反射條件的光在側(cè)面135b發(fā)生全反射。同樣，從側(cè)面135b 入射的光中的僅僅對(duì)側(cè)面135a的入射角滿足全反射條件的光在側(cè)面135a 而發(fā)生全反射。由于構(gòu)成光軸變換元件135的透明體的折射率越高，產(chǎn)生全反射的入射角越小，故優(yōu)選，使用折射率高的材料，形成光軸變換元件
135。如果采用這樣的光軸變換元件135，由于能夠減小照明光軸L和側(cè)面 135a、 135b之間的角度，故能夠減小光軸變換元件135的尺寸(特別是X 方向的尺寸)。
光軸變換元件135必須具有其數(shù)量至少在與不位于照明光軸L上的 第2光源部2a、 2b的數(shù)量相同的數(shù)量以上的側(cè)面，可從整體上將來(lái)自3 個(gè)以上的光源部的光合成。另外，在本實(shí)施方式的光軸變換元件135適合 于將來(lái)自奇數(shù)個(gè)(在本實(shí)施方式中為3個(gè))的光源部的光合成的結(jié)構(gòu)。即， 在本實(shí)施方式的光軸變換元件135的結(jié)構(gòu)中，由于側(cè)面135a ~ 135d的形狀 可完全相同，故元件的加工較容易。另外，由于作為合成光容易采用角度 方向、強(qiáng)度分布的空間對(duì)稱性高的合成光，故從該觀點(diǎn)，優(yōu)選，相應(yīng)的光 源部的數(shù)量為奇數(shù)個(gè)。例如，圖16 (A)所示的本實(shí)施方式的光軸變換元 件135也可用于將來(lái)自5個(gè)光源部的光束合成的情況。在此情況下，可在 以照明光軸L為中心的對(duì)稱的位置，配置4個(gè)第2光源部，容易配置光源 部。
另外，如果如本實(shí)施方式那樣，僅僅將來(lái)自3個(gè)光源部的光束合成， 則可形成下述的結(jié)構(gòu)，即如圖17所示的那樣，使來(lái)自光源部的光束入射的 側(cè)面137a， 137b相對(duì)于來(lái)自光源部的光束未入射的側(cè)面137c， 137d大型 化，使小透射端面137e的Y方向的尺寸與大透射端面137f的Y方向的尺 寸一致。在此情況下，由于光軸變換元件137呈具有2組相對(duì)的平行平面 的形狀，故容易進(jìn)行元件的加工。另外，如果著眼于光軸變換元件的發(fā)熱， 由于在圖17所示的光軸變換元件137中，與圖16 (A)所示的光軸變換元 件135相比較，表面積大，故容易散熱，可提高耐熱性。
接著，采用圖15，對(duì)光軸變換元件135的配置位置進(jìn)行說(shuō)明。 由于來(lái)自各光源部1、 2a、 2b的光束在聚焦形成發(fā)光體的像(聚光點(diǎn)) 后發(fā)散，故優(yōu)選，在光束直徑小的階段采用光軸變換元件135。根據(jù)該觀 點(diǎn)，優(yōu)選將光軸變換元件135設(shè)置于這樣的位置，即不位于照明光軸L上 的2個(gè)第2光源部2a、2b所成的2個(gè)聚光點(diǎn)形成于光軸變換元件135的內(nèi)部，位于照明光軸L上的第1光源部1的所成聚光點(diǎn)盡可能地形成于光軸 變換元件135的小透射端面135e的極近處，從各聚光點(diǎn)到合成透鏡4的光 學(xué)距離盡可能地一致的位置。另夕卜，將小透射端面U5e、大透射端面135f、 側(cè)面135a ~ 135d的尺寸設(shè)定為與光束直徑相同程度以上的尺寸，不遮擋在 這里入射的光束。通過(guò)這樣的配置、結(jié)構(gòu)，可提高在產(chǎn)生合成光束的階段 的效率，能夠減小合成光束的角度分布的范圍。
同樣在本實(shí)施方式的投影機(jī)200中，由于抑制從照明裝置140出射的 光的角度分布的范圍，故獲得能夠?qū)崿F(xiàn)較高的光利用效率這一與上述實(shí)施 方式相同的效果。另外，如本實(shí)施方式那樣，在使用具有利用全反射來(lái)改 變光的行進(jìn)方向的功能的光軸變換元件135的情況下，在光入射一側(cè)的端 面，憂郁極小的光反射產(chǎn)生光損失，但是，在發(fā)生全反射的側(cè)面幾乎不產(chǎn) 生光損失。由此，如果構(gòu)成光軸變換元件135的透明體的光吸收極小，則 光軸變換元件135幾乎不發(fā)熱。因此，同樣在入射非常強(qiáng)的光的情況下， 能夠長(zhǎng)期地維持較高的耐久性。
另外，在本實(shí)施方式中，來(lái)自第2光源部2a、 2b的光沿光軸變換元 件135的側(cè)面135a、 135b的法線而入射的情況下，由于在該光入射光軸變 換元件135的側(cè)面135a、 135b時(shí)，不發(fā)生折射，故在該側(cè)面135a、 135b 行進(jìn)方向沒(méi)有改變。第2光源部2a、 2b和光軸變換元件135也可處于這樣 的位置關(guān)系。另外，同樣在本實(shí)施方式的情況下，也可形成下述的結(jié)構(gòu)， 其中，在光軸變換元件135的入射側(cè)設(shè)置圖14 (A)、圖14 (B)所示的 那樣的偏向棱鏡、反射棱鏡，在照明光軸L上未設(shè)置第l光源部l。 (第5實(shí)施方式)
下面參照?qǐng)D18~圖19,對(duì)本發(fā)明的第5實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。 圖18為表示具有本發(fā)明的照明裝置150的投影機(jī)300的結(jié)構(gòu)例的圖。 圖19 ( A)，圖19 (B)為表示本實(shí)施方式所采用的光軸變換元件151的 結(jié)構(gòu)的圖，圖19(A)為立體圖，圖19(B)為俯浮見(jiàn)圖。
圖18所示的投影機(jī)的整體結(jié)構(gòu)與圖1所示的第1實(shí)施方式的投影機(jī) 大致相同，主要區(qū)別在于照明裝置的光軸變換元件的結(jié)構(gòu)。于是，在圖18中，對(duì)與第1實(shí)施方式的圖l共用的組成部件標(biāo)注同一標(biāo)號(hào)，具體的說(shuō)明 省略。
本實(shí)施方式的光軸變換元件151如圖19 ( A) ， ( B )所示的那樣， 構(gòu)成為使已入射的光在內(nèi)部折射并變換光軸的位置地出射的光學(xué)元件。另 外，如圖18所示的那樣，在光軸變換元件151的光入射側(cè)，設(shè)置有反射鏡 152 (第2光源部用光軸變換元件)。反射鏡152反射來(lái)自第2光源部2a、 2b的光，4吏其光軸彎曲地入射光軸變換元件151中。在本實(shí)施方式中，形 成將經(jīng)由反射鏡152使來(lái)自第2光源部2a、 2b的光入射光軸變換元件151 的結(jié)構(gòu)，由此，提高第2光源部2a、 2b的設(shè)置場(chǎng)所的自由度。因此，也可 在例如第1光源部1和2個(gè)笫2光源部2a、2b能夠以不相互物理千涉的方 式設(shè)置的情況下，不一定采用反射鏡152。
下面對(duì)光軸變換元件151進(jìn)行說(shuō)明。
本實(shí)施方式的光軸變換元件151如圖19 (A)，圖19 (B)所示的那 樣，由通過(guò)玻璃、樹(shù)脂、晶體等的透光性的材質(zhì)形成的實(shí)芯的透明體構(gòu)成。 光軸變換元件151 —共具有IO個(gè)面，其中的4個(gè)面151dl、 151d2、 151el、 151e2為無(wú)助于光的透射的面。剩余的6個(gè)面151al、 151a2、 151bl、 151b2、 151cl、 151c2為與光源部l、 2a、 2b的數(shù)量一致的3組相互平^f亍的一對(duì)面
(平行平面)。在下面，為了便于說(shuō)明，將由面151al、 151a2形成的1 組的平行平面稱為第1平4亍平面151a，將由面151bl、 151b2形成的1組 的平行平面稱為第2平行平面151b，將由面151cl、 151c2形成的1組的 平行平面稱為第2平行平面151c。
在光軸變換元件151中，在與照明光軸L相垂直的1組的第1平行 平面151a的兩側(cè)，形成有2組的第2平行平面151b、 151c。 2組的笫2 平行平面151b、 151c，以各第2平行平面151b、 151e的法線和照明光軸L 在光軸變換元件151的出射側(cè)相交的方式相對(duì)照明光軸L傾斜地設(shè)置。第 1平行平面151a由入射來(lái)自第1光源部1的光的入射端面151al，與使來(lái)
自第1光源部1的光出射的出射端面151a2構(gòu)成。第2平行平面151b、151c 的各個(gè)，由入射來(lái)自第2光源部2a、 2b的各個(gè)的光的入射端面151bl、151cl，與使來(lái)自第2光源部2a、 2b的各個(gè)的光出射的出射端面151b2、 151c2構(gòu)成。另外，優(yōu)選，在該6個(gè)面151a、 151a2、 151bl、 151b2、 151cl、 151c2的表面設(shè)置反射防止膜。
在這里，如果相對(duì)平行平面151b、 151c，光從與其法線偏離的方向 入射，則光相對(duì)入射光軸，沿規(guī)定的方向平行地移動(dòng)，以維持入射時(shí)的行 進(jìn)方向的狀態(tài)出射。所移動(dòng)的方向依存于平行平面151b、 151c的照明光軸 L的傾斜方向，移動(dòng)量依存于相對(duì)平行平面151b、 151c的法線的入射角度， 構(gòu)成平^f亍平面151b、 151c的2個(gè)面的間多巨，以及構(gòu)成光軸變換元件151 的材料的折射率。因此，來(lái)自位于照明光軸L上的第1光源部1的光束沿 第1平行平面151a的法線而入射，在不改變行進(jìn)方向的情況下，沿照明光 軸L而出射。另一方面，來(lái)自不位于照明光軸L的笫2光源部2a、 2b的 光束，在反射鏡152反射之后，其光軸處于與照明光軸L大致平行的狀態(tài)， 從第2平行平面151b、 151c的入射端面151b、 151cl入射，光束的位置靠 近照明光軸L而移動(dòng)，從出射端面151b2、 151c2，沿與照明光軸L平行的 方向出射。
即，通過(guò)^f吏來(lái)自第2光源部2a、 2b的光束通過(guò)與照明光軸L成預(yù)定 的角度而配置的第2平行平面151b、 151c，從而能夠使作為2次光源的聚 光點(diǎn)的位置靠近照明光軸L。該情況等效于使位于與第1光源部1物理分 離的位置的第2光源部2a、2b以光學(xué)方式接近第1光源部1而設(shè)置的情況。 由此，來(lái)自入射光軸變換元件151中的多個(gè)光源部l、 2a、 2b的光束，在 相互接近的狀態(tài)下沿照明光軸L按照大致一個(gè)方向出射，形成在照明光軸 L上合成為大致一個(gè)的光束。
同樣在本實(shí)施方式的投影機(jī)300中，由于抑制從照明裝置150出射的 光的角度分布的范圍，故能夠獲得可實(shí)現(xiàn)較高的光利用效率這一與上述實(shí) 施方式相同的效果。
在本實(shí)施方式的光軸變換元件151中，2個(gè)第2光源部2a、 2b的照 明光軸a、 b，相對(duì)在光束入射光軸變換元件151中的時(shí)通過(guò)光軸變換元件 151的大致中心的第1光源部1的照明光軸(即，照明光軸L)平行地i殳定。由此，作為將來(lái)自2個(gè)光源部2a、 2b的光束在反射鏡152反射并導(dǎo)向 至光軸變換元件151的結(jié)構(gòu)，形成難以產(chǎn)生光源部l、 2a、 2b之間的物理 干涉的結(jié)構(gòu)。作為在這里所采用的反射鏡152，優(yōu)選，為使不需要的紫外 線光、紅外光透射，而僅僅反射必要的可見(jiàn)光的冷光鏡。由此，能夠抑制 光軸變換元件151、其以后的光學(xué)元件等的發(fā)熱。作為改變來(lái)自第2光源 部2a、 2b的光束的行進(jìn)方向的才幾構(gòu)，也可代替反射鏡152，而采用能利用 全反射作用的反射棱鏡。
另外，來(lái)自光源1、 2a、 2b的光束聚焦，形成發(fā)光體的像(聚光點(diǎn))， 然后發(fā)散，由此，優(yōu)選，在光束直徑小的階段中，采用光軸變換元件151。 由于入射光軸變換元件151的光束和從光軸變換元件151出射的光束，包 括聚光點(diǎn)的部分，具有有限的尺寸，故必須以不遮擋這些光束的方式，設(shè) 定入射端面151al、 151bl、 151cl、出射端面151a2、 151b2、 151c2的開(kāi) 口尺寸。根據(jù)該觀點(diǎn)，優(yōu)選，以光源部l、 2a、 2b的聚光點(diǎn)形成于光軸變 換元件151的內(nèi)部的配置，采用光軸變換元件151。另外，優(yōu)選，以從各 光源部l、 2a、 2b所形成的聚光點(diǎn)，到合成透鏡4的光學(xué)距離大致一致的 方式，設(shè)定各光源部l、 2a、 2b的配置、來(lái)自光源部l、 2a、 2b的聚焦光 束的聚焦度。如果采用這樣的結(jié)構(gòu)，則可提高合成光學(xué)的平行性，并且可 減小光束直徑，提高合成透鏡以后的光學(xué)系統(tǒng)的光利用效率。
此外，在本實(shí)施方式的光軸變換元件151中，2個(gè)第2平行平面151b、 151c以照明光軸L為中心而對(duì)稱地配置，但是，并不限于該配置，2個(gè)第 2平行平面151b、 151c也可非對(duì)稱地配置。在該情況下，提高第2光源部 2a、 2b的設(shè)置位置的自由度。另外，在本實(shí)施方式中，反射鏡152也相對(duì) 照明光軸L對(duì)稱地配置，但是，并不限于該配置，也可對(duì)應(yīng)于笫2光源部 2a、 2b的位置非對(duì)稱地配置，例如，也可僅僅"^殳置于2個(gè)光源部2a、 2b 中的任意一方的光軸上。
還有，在本實(shí)施方式的光軸變換元件151中，形成將來(lái)自3個(gè)光源部 的光束合成的結(jié)構(gòu)，但是，光源部的數(shù)量并不限于3個(gè)，也可為4個(gè)以上。 在此情況下，必須具有至少不少于不位于照明光軸L上的第2光源部的數(shù)量的法線相對(duì)照明光軸L傾斜地設(shè)置的平行平面(本實(shí)施方式的第2平行 平面151b、 151c)。但是，作為合成光束，容易利用角度分布、強(qiáng)度分布 的空間對(duì)稱性高的光束，故優(yōu)選，相對(duì)應(yīng)的光源部的數(shù)量為奇數(shù)個(gè)。
下面通過(guò)圖20 ~圖28,對(duì)可適用于上述實(shí)施方式的投影機(jī)的光軸變 換元件的變形例進(jìn)行i兌明。
例如，在照明光軸L上設(shè)置第1光源部1，不必使來(lái)自第1光源部1 的光束偏向的情況下，如圖20所示的那樣，也可采用刪除圖19(B)所示 的光軸變換元件151中的、相當(dāng)于透射來(lái)自第l光源部l的光束的第l平 行平面151a的部分，形成沿照明光軸L的延伸方向貫通的中空部163的 光軸變換元件161。來(lái)自第2光源部2a、 2b的光束從面161bl、 161c入射， 光束的位置靠近照明光軸L而移動(dòng)，從面161b2、 161c2,沿與照明光軸L 平行的方向出射。
在該結(jié)構(gòu)中，也可為將圖19 (B)所示的光軸變換元件151的第1平 行平面151a中的、透射來(lái)自第l光源部l的光束的部分的附近處開(kāi)口，形 成中空部，透射來(lái)自第2光源部2a、 2b的光束的部分為一體的光軸變換元 件，還可為將笫1平行平面151a的全部削除，透射來(lái)自第2光源部2a、 2b的光束的2個(gè)部分為單獨(dú)體的光軸變換元件。但是，在光源部l、 2a、 2b的對(duì)位等的處理的容易性的方面，優(yōu)選，采用前者。
按照本結(jié)構(gòu)的光軸變換元件161，由于與圖19 (A) 、 (B)所示的 光軸變換元件151的結(jié)構(gòu)相比較，透射來(lái)自第1光源部的光束的物理的界 面的數(shù)量減少，故界面的光損失減少，提高光軸變換元件161的光利用效 率。
另外，在圖19 (A) 、 (B)所示的光軸變換元件151中，來(lái)自第2 光源部2a、 2b的光束入射的部分由平行平面構(gòu)成，但是，也可代替該結(jié)構(gòu)， 來(lái)自笫2光源部2a、 2b的光束入射的部分由相互非平行的一對(duì)面(在下面 稱為非平行平面)構(gòu)成。例如，在圖21所示的光軸變換元件171中，透射 來(lái)自笫1光源部1的光束的部分通過(guò)由面171a、 171a2構(gòu)成的平行平面171a 構(gòu)成，透射來(lái)自笫2光源部2a、 2b的光束的部分由入射端面171 bl、 171cl和出射端面171b、 171c2相互非平行的非平行平面171b、 171c構(gòu)成，使得 入射端面171bl、 171cl和出射端面171b2、 171c2的假想的交線(在圖21 中，由交點(diǎn)P表示，該交點(diǎn)P表示入射端面171bl和出射端面171b2的交 線的XZ平面上的點(diǎn))位于接近照明光軸L的一側(cè)。
在采用圖21所示的光軸變換元件171的情況下，來(lái)自位于照明光軸 L上的第l光源部l的光束通過(guò)平行平面171a，沿照明光軸L而出射。另 一方面，來(lái)自笫2光源部2a、 2b的光束分別在入射端面171bl、 171cl和 出射端面171b2、 171c2的2個(gè)界面折射，光軸與照明光軸L平行，沿照 明光軸L而出射。由此，可^吏作為第2光源部2a、 2b的2次光源的聚光 點(diǎn)的位置靠近照明光軸L。在本結(jié)構(gòu)的情況下，由于與采用來(lái)自第2光源 部2a、 2b的光束入射的部分由平行平面構(gòu)成的光軸變換元件的情況相比 較，可較大地使笫2光源部2a、 2b的照明光軸a、 b彎曲，故可提高第2 光源部2a、 2b的配置的自由度。由此，可削減光軸變換元件171的光入射 側(cè)的反射鏡，提高光利用效率。
在圖21所示的光軸變換元件171中，在不必使來(lái)自第1光源部1的 光束偏向的情況下，如圖22所示的那樣，也可采用切除透射來(lái)自第1光源 部1的光束的平行平面的部分而形成中空部183的光軸變換元件181。在 采用本結(jié)構(gòu)的光軸變換元件181的情況下，與圖21所示的光軸變換元件 171的結(jié)構(gòu)相比較，由于減少了透射來(lái)自第1光源部1的光束的物理界面 的數(shù)量，故界面的光損失減少，提高光軸變換元件的光利用效率。
在來(lái)自第2光源部2a、 2b的光束入射的部分由非平行平面構(gòu)成的情 況下，代替入射端面和出射端面的假想的交線位于接近照明光軸L的一側(cè) 的圖21的結(jié)構(gòu)，而如圖23所示的那樣，也可采用入射端面191bl、 191cl 和出射端面191b2、 191c2的假想的交線(在圖23中的交點(diǎn)P)位于遠(yuǎn)離 照明光軸L的一側(cè)的結(jié)構(gòu)的光軸變換元件191。按照?qǐng)D23所示的光軸變換 元件191，由于形成2個(gè)第2光源部2a、 2b的照明光軸a、 b相交的結(jié)構(gòu)， 故具有能夠4吏照明裝置小型化這一優(yōu)點(diǎn)。
同樣在圖23所示的光軸變換元件191中，在不必要求使來(lái)自第1光源部1的光束偏向的情況下，如圖24所示的那樣，也可采用切除透射來(lái)自 第1光源部1的光束的平行平面的部分而形成中空部213的光軸變換元件 211。在采用本結(jié)構(gòu)的光軸變換元件211的情況下，與圖23所示的光軸變 換元件191的結(jié)構(gòu)相比較，由于減少了透射來(lái)自第1光源部1的光束的物 理界面的數(shù)量，故界面的光損失減少，光軸變換元件的光利用效率提高。
另外，以上的光軸變換元件為下述的結(jié)構(gòu)，其中，在來(lái)自第2光源部 2a、 2b的光束入射的非平行平面的入射端面和出射端面的雙方，使光束折 射，但是，也可代替該結(jié)構(gòu)，而采用在入射端面和出射端面中的僅僅任意 一方上，使光束折射的結(jié)構(gòu)。
例如，在使用圖25所示的光軸變換元件221的情況下，第2光源部 2a、 2b的照明光軸a、 b與入射端面221M、 221cl相垂直地i殳置。在該結(jié) 構(gòu)中，光束在入射端面221M、 221cl未折射，光束在出射端面221b、 221c2 折射，與照明光軸L平行，沿照明光軸L出射。
此外，在使用圖26所示的光軸變換元件231的情況下，第2光源部 2a、 2b的照明光軸a、 b不與入射端面231bl、 231cl垂直地設(shè)置，但是， 出射端面231b2、 231c2相對(duì)于在入射端面231bl、 231cl折射之后的光軸 相垂直地"^殳置。在該結(jié)構(gòu)中，光束在入射端面231bl、 231cl折射，與照明 光軸L平行，在出射端面231b2、 231c2未折射，沿照明光軸L而出射。
在采用圖25、圖26所示的光軸變換元件221、 231的情況下，由于 能夠減小光束垂直地入射的一側(cè)界面的光損失，故可提高光利用效率。
還有，圖25、圖26表示作為非平行平面的2個(gè)面的配置的、入射端 面和出射端面的假想的交線位于接近照明光軸L的 一側(cè)的結(jié)構(gòu)例，但是， 同樣在這樣使光束僅僅在入射端面和出射端面中的任何一方折射的情況 下，可采用如光軸變換元件191那樣，入射端面和出射端面的假想的交線 位于遠(yuǎn)離照明光軸L 一側(cè)的結(jié)構(gòu)。
同樣在采用利用折射作用的光軸變換元件的情況下，笫1光源部1 不必一定i殳置于照明光軸L上。例如，如圖27所示的那樣，也可采用在 圖19所示的光軸變換元件的入射側(cè)，鄰接地設(shè)置偏光棱鏡153 (第1光源部用光軸變換元件)的結(jié)構(gòu)。在此情況下，以照明光軸L和第1光源部的 照明光軸c以90度以外的角度相交的方式，相對(duì)照明光軸L，傾斜地設(shè)置 第1光源部1的照明光軸L。在此情況下，來(lái)自第1光源部1的光束在入 射偏光棱鏡153的入射端面153a時(shí)折射之后，以從光軸變換元件151沿照 明光軸L出射的方式，設(shè)定照明光軸L的第1光源部1的照明光軸c的斜 率。由此，來(lái)自第l光源部l的光與來(lái)自2個(gè)第2光源部2a、 2b的光沿大 致相同的方向，與照明光軸L平行地行進(jìn)，這些光形成合成為大致一個(gè)光。
或者，如圖28所示的那樣，也可采用在通過(guò)圖19所示的光軸變換元 件151的入射側(cè)，鄰接地設(shè)置反射棱鏡155 (第1光源用光軸變換元件) 的結(jié)構(gòu)。在此情況下，以例如照明光軸L和第l光源部l的照明光軸c大 致相垂直地相交的方式^L置第1光源部1。在該結(jié)構(gòu)中，來(lái)自第1光源部1 的光透射反射棱鏡155的入射端面155a,在全反射面155b反射，然后， 從光軸變換元件151，沿照明光軸L而出射。由此，來(lái)自第l光源部l的 光與來(lái)自第2光源部2a、 2b的光沿大致相同的方向，與照明光軸L平行 地行進(jìn)，這些光形成合成為大致一個(gè)光。
按照?qǐng)D27、圖28的結(jié)構(gòu)，有下述的情況，即，第l光源部l可以不 設(shè)置于照明光軸L上，第l光源部l的設(shè)置場(chǎng)所的自由度可提高，可減小 沿照明光軸L的方向的照明裝置的尺寸。
另外，在圖28的結(jié)構(gòu)中，也可代替在光軸變換元件151的入射側(cè)i殳 置反射棱鏡155的方式，而在反射棱鏡155的全反射面155b的位置設(shè)置反 射鏡。同樣在該情況下，獲得與上勤目同的效果。
但是，在以較小的角度改變光的行進(jìn)方向時(shí)，對(duì)利用反射作用的情況 下和利用折射作用的情況下進(jìn)行比較。
在利用反射作用的情況下，如圖29 (A)所示的那樣，由于入射的光 束的光軸和反射面的法線所成的角度較大，故必須增加具有有限的光束直 徑的光束入射所必需的^Jt面的尺寸。與此相對(duì)，在利用折射作用的情況 下，如圖29 (B)所示的那樣，由于入射的光束的光軸和4斤射面的法線所 成的角度較小，具有有限的光束直徑的光束入射所必需的折射面的尺寸小。在這里，在圖18所示的投影機(jī)300的結(jié)構(gòu)中，例如在假定在光軸變 換元件151的光入射側(cè)不具有反射鏡152的結(jié)構(gòu)的情況下，由于以來(lái)自第 2光軸2a、 2b的照明光軸a、 b與照明光軸L之間形成較小的角度的方式 設(shè)置，故為了使照明光軸a、 b與照明光軸L平行，可按照較小的角度， 改變光的行進(jìn)方向。在這樣的情況下，利用折射利用的光軸變換元件是有 效的，具有可有助于照明裝置的小型化的情況。
另夕卜，本發(fā)明的技術(shù)范圍并不限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的 實(shí)質(zhì)的范圍內(nèi)，可改變各種改變。例如，在上述照明裝置中，作為均勻的 照明系統(tǒng)采用具有2個(gè)透鏡陣列的積分光學(xué)系統(tǒng)，但是，也可代替該方式， 而采用具有才奉透鏡的積分光學(xué)系統(tǒng)。在此情況下，可形成下述的結(jié)構(gòu)，其 中，采用不像上述那樣使來(lái)自各光源部的光束大致平行化而是聚光的特性 的合成透鏡，在4吏各光束聚焦的位置設(shè)置棒透鏡，使來(lái)自各光源部的光束 入射棒透鏡。或者，在采用孔徑較大的棒透鏡的情況下，也可形成沒(méi)有合 成透鏡，在多棱錐臺(tái)狀反射體之后，直接設(shè)置棒透鏡，使來(lái)自各光源部的 光束入射棒透鏡的結(jié)構(gòu)。
此外，針對(duì)構(gòu)成照明裝置的各部件的形狀、數(shù)量、設(shè)置等的具體結(jié)構(gòu)， 可進(jìn)行適當(dāng)變更。
權(quán)利要求
1.一種照明裝置，其特征在于包括第1光源部；多個(gè)第2光源部；和光軸變換元件，該光軸變換元件使從上述第1光源部入射的光以其出射光軸與照明光軸大致一致的方式出射，并且使從上述多個(gè)第2光源部的各個(gè)入射的光，以其出射光軸在接近上述照明光軸的位置與上述照明光軸大致平行的方式出射。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于上述第1光源部被配置于照明光軸上，上迷多個(gè)第2光源部被配置偏離上述照明光軸的位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于在上述光軸變換元件的光出射端或其附近，來(lái)自上述第l光源部的光聚焦。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的照明裝置，其特征在于上迷光軸變換元件使從上述多個(gè)第2光源部的各個(gè)出射的光反射并出射。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明裝置，其特征在于上述光軸變換元件具有以相對(duì)于上述照明光軸形成預(yù)定的角度的方式傾斜的多個(gè)反射面，從上述多個(gè)第2光源部出射的各光在上述多個(gè)反射面中的任一反射面反射。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的照明裝置，其特征在于在構(gòu)成上述多個(gè)反射面的各個(gè)反射面或其附近，來(lái)自與該反射面相對(duì)應(yīng)的上述笫2光源部的光聚焦。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的照明裝置，其特征在于上述光軸變換元件的上述反射面為使從上述多個(gè)第2光源部的各個(gè)出射的光發(fā)生表面>^射的表面反射面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明裝置，其特征在于在上述反射面，形成有電介質(zhì)多層膜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的照明裝置，其特征在于上述光軸變換元件的上迷反射面為使從上述多個(gè)第2光源部的各個(gè)出射的光發(fā)生全反射的全反射面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所迷的照明裝置，其特征在于上述光軸變換元件使從上述多個(gè)第2光源部的各個(gè)出射的光折射并出射。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 10中的任一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于上述光軸變換元件具有與上述照明光軸大致垂直的1組平行平面；從上述第1光源部出射的光透射上迷平行平面。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 10中的任一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于上述光軸變換元件具有沿上述照明光軸的延伸方向貫通的中空部；從上述第1光源部出射的光透射上述中空部。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 12中的任一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于在上述光軸變換元件的光入射側(cè)，具有將從上述第1光源部出射的光的光軸彎曲的第1光源部用光軸變換元件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 13中的任一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于在上述光軸變換元件的光入射側(cè)，具有將從上迷多個(gè)第2光源部中的至少1個(gè)出射的光的光軸彎曲的第2光源部用光軸變換元件。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 14中的任一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于在上述光軸變換元件中，設(shè)置有散熱部件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 15中的任一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于上述光軸變換元件被收納于具有光透射性的殼體內(nèi)。
17. —種投影機(jī)，其特征在于具有根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 16中的任一項(xiàng)所述的照明裝置；調(diào)制來(lái)自上述照明裝置的光的光調(diào)制元件；和投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)對(duì)由上述光調(diào)制元件調(diào)制后的光進(jìn)行放大投影。
18.—種照明方法，其特征在于采用光軸變換元件，使從第1光源部出射的光以其出射光軸與照明光軸大致一致的方式朝向照明對(duì)象照射，并且使從多個(gè)第2光源部的各個(gè)出射的光，以其出射光軸在接近上述照明光軸的位置與上述照明光軸大致平行的方式朝向上述照明對(duì)象照射。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于實(shí)現(xiàn)下述的照明裝置，在具有多個(gè)光源部的照明裝置中，減少照明光的亮度不均勻、色不均勻，并且可充分地獲得成像性能。本發(fā)明的照明裝置(10)包括第1光源部(1)；多個(gè)第2光源部(2a、2b)；和光軸變換元件(四棱錐臺(tái)狀反射體(3))，該光軸變換元件使從多個(gè)第2光源部(2a、2b)的各個(gè)入射的光以其出射光軸在接近照明光軸L的位置變得與照明光軸(L)大致平行的方式出射。
文檔編號(hào)F21V13/00GK101539272SQ200910128050
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者伊藤嘉高 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社