照明装置、投影机、照明方法

专利名称：照明装置、投影机、照明方法
技术领域：
本发明涉及，例如对图像形成元件进行照明的照明装置，将形成于图像形成元件的光学像通过投影透镜投影显示于屏幕上的投影机，以及照明方法，更具体地"^兌，本发明涉及具有多个光源部的照明装置的结构。
背景技术：
作为可显示大画面图像的装置之一，通过来自照明装置的光，对与图像信息相对应形成光学像的小型的图像形成元件进行照明，利用投影透镜，将该光学像放大显示于屏幕等上的投影机已投入实用。在这样的投影机中，强烈希望投影图4象的大画面化，高亮度化，降低亮度不均匀，降低色均匀，人们开发了用于实现这些效果的高性能的照明装置。
例如，在下述的专利文献l (特别是参照图1)中所公开的投影型显
示器(投影机)中，通过采用2个光源部，谋求对光阀(图像形成元件)进行照明的强度的增加，另外，通过设置与各光源部相对应的积分(integrator)光学系统，谋求降低照明光的亮度不均匀、色不均匀。在以液晶光阀为代表的图像形成元件、偏振元件、投影透镜等的光学元件中，由于各个元件的光学特性相对入射光具有角度依赖性，故为了i某求显示图像的高画质，希望形成可出射角度分布的范围窄的照明光。
但是，按照该投影机的结构，由于将2个光源部设置于与照明光轴离开相当程度的位置，故照明光的角度分布大大扩展，另外，形成于投影透镜的光瞳面(瞳面，pupil surface )的2组的光源像形成于与投影光轴分离的位置。其结果是，产生显示图像的对比度的降低，不能像人们所期望的那样使显示图像的亮度提化。另外，由于投影透镜的成像性能在投影光轴的附近处较高，该性能伴随与投影光轴的分离而降低，故无法充分地发挥
投影透镜的成像性能，导致显示图像的画质变差。另外，在2个光源部的发光特性不同的情况下，在显示图像中，由于投影透镜的渐晕(光晕，vignetting)所造成的投影光的阻拦不同，造成亮度不均匀、色不均匀。
在下述的专利文献2 (特别是参照图1)中公开了谋求这些问题的消除的投影型显示器(投影机)。在这里所采用的照明装置具有下述的结构，其包括2个光源部，该光源部由在发光体的附近具有第1焦点的椭圆反射器构成，在各个椭圆反射器的第2焦点设置反射棱镜(反射面)，通过该反射棱镜，将来自各光源部的光束反射到积分器侧。由此，形成于反射棱镜的反射面上的发光体的二次光源的位置相对本来的发光体的位置，更接近照明光轴。在其以后的光学系统中，可将该二次光源像的位置视为光源位置而对待，由此，2个光源部很接近照明光轴而设置，可改善上述各问题。
在先技术文献专利文献
专利文献l: JP特开平6-265887号文献专利文献2: JP特开2000-3612号文献
但是，同样在专利文献2中的照明装置中，形成于投影透镜的光瞳面的光源像依然形成于与投影光轴分离的位置。其理由不外乎，各光源部的二次光源像形成于尽可能地接近照明光轴的位置，在尽可能接近反射棱镜的顶点的位置，形成各自的二次光源像，但是，由于二次光源像具有某种有限的尺寸，故对于反射面必须要求相应的面积，不能够在反射棱镜的顶点的最近处反射光束。于是，由于在投影透镜中，光源像的大部分依然不存在于发挥最高的成像性能的投影光轴，故如果与在上述专利文献l中所公开的投影机的情况相比较，可期待各问题的改善效果，但是，不一定充分
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而提出的，本发明的目的在于针对具有多个光源部的照明装置，实现谋求降低照明光的亮度不均匀、色不均匀、并且可充分地发挥成像性能的照明装置。另外，实现具有这样的照明装置的投影机。
为了实现上述目的，本发明的照明装置，其特征在于包括第1光源部；多个第2光源部；和光轴变换元件，其中，所述光轴变换元件使从上述第1光源部入射的光以其出射光轴与照明光轴大致一致的方式出射，并且使从上述多个第2光源部的各个入射的光，以其出射光轴在接近上述照明光轴的位置变得与上迷照明光轴大致平行的方式出射。
另外，本说明书所说的"照明光轴"指通过本发明的照明装置所照明的照明对象的照明面的中心的、相对于照明面的法线。另外，"出射轴光轴"指从光轴变换元件中出射的光的光轴。
按照本发明的照明装置，光轴变换元件具有下述的功能，即，使来自第1光源部的光以其出射光轴与照明光轴大致一致的方式出射，使来自多个的第2光源部的光，以该出射光轴在接近照明光轴的位置与照明光轴大致平行的方式出射。这样一来，在合成来自多个光源部的光时，采用上述光轴变换元件，由此，能够实现来自多个光源部的光的光轴处于相互接近的状态，而且，能够将来自至少l个光源部的光的光轴"&置在照明光轴上。由此，在来自各光源部的光束相互接近的状态下，形成成为照明光的合成光束，并且能够在合成光束的大致中心配置最大强度的光束，因此能够形成抑制角度分布的范围的照明光。
在本发明的照明装置中，能够采用下迷的结构，其中，上述第l光源部^C配置于照明光轴上，上述多个第2光源部#:配置于偏离上述照明光轴的位置。
按照该结构，能够使从第1光源部出射的光不反射也不折射地沿照明光轴上出射，能够简化光轴变换元件的结构。另外，由于多个第2光源部被配置于与照明光轴分离的位置，故在设置各光源部时，不妨碍第l光源部。在本发明的照明装置中，优选，在上述光轴变换元件的光出射端或其 附近，来自上述第l光源部的光聚焦。
按照该结构，能够^f吏光轴变换元件小型化，能够高效利用来自第1 光源部的光。
在本发明的照明装置中，可采用下述的结构，其中，上述光轴变换元
件使从上述多个第2光源部的各个出射的光反射并出射。
光轴变换元件也可为下述的结构，其中，使从多个第2光源部出射的 光折射并出射，但是，在M射并出射的结构的情况下，能够将从多个第 2光源部出射的光的光轴大幅弯曲，提高第1光源部和多个第2光源部的 配置的自由度。
在本发明的照明装置中，可形成下述的结构，即上述光轴变换元件具 有以相对于上述照明光轴形成预定角度的方式倾斜的多个反射面，从上述 多个第2光源部出射的各光在上述多个反射面中的任意的反射面反射。
按照该结构，通过简单的结构，能够实现发挥本发明所必要的功能的 光轴变换元件。
在本发明的照明装置中，优选，在构成上述多个反射面的各个反射面 或其附近，来自与该反射面相对应的上述第2光源部的光聚焦。
按照该结构，能够使光轴变换元件小型化，能够高效利用来自第2 光源部的光。
作为上述光轴变换元件的上述反射面，能够采用使从上述多个第2 光源部的各个出射的光发生表面反射的表面反射面。
按照该结构，使光相对反射面入射时的入射角度的限制少，提高了多 个第2光源部和光轴变换元件的位置关系的自由度。
在本发明的照明装置中，优选，在上述反射面上，形成电介质多层膜。
按照该结构，能够采用例如五氧化钽(Ta2Os)，氧化铌(Nb20s) 与二氧化硅(Si02)交替层叠的多层膜。由于通过这样的多层膜，能够实 现优良的耐热性和较高的反射率，良好地适用于本发明的光轴变换元件。
或者，作为上述光轴变换元件的上述反射面，能够采用使从上述多个第2光源部的各个出射的光发生全反射的全反射面。
按照该结构，不必相对于反射面形成电介质多层膜、金属膜等的反射 膜，另外，在反射时本质上不产生光损失，因此能够容易地制作效率高、 耐热性优良的光轴变换元件。
在本发明的照明装置中，作为上述光轴变换元件的一例，能够采用具 有沿与上述照明光轴平行的方向贯通的孔、具有锥形状的管状的光学部件。
按照该结构，谋求光轴变换元件的轻量化、低成本化，并且在光变换 元件内的光透射的通路中不存在物理的界面，故能够相对于来自第l光源 部的光，降低由于界面反射等所造成的光损失。另外，容易释放在反射面 产生的热量，容易提高耐热性。
或者，在本发明的照明装置中，作为上述光轴变换元件，能够采用实 芯的棱镜状的光学部件。
按照该结构，容易提高反射面的形成精度。另外，在将第l光源部配 置于照明光轴上的情况下，能够缩短光路长度，所以容易使照明装置小型 化。
或者，在本发明的照明装置中，作为上述光轴变换元件，能够采用具 有挖空的内部空间的光学部件。
按照该结构，能够通过利用全反射，提高反射率。另外，由于电介质 多层膜等的反射膜是不需要的，故能够抑制光轴变换元件的热损失，热性 能变差。
在本发明的照明装置中，上迷光轴变换元件能够采用下述的结构，即 使从上述多个第2光源部的各个出射的光折射并出射。
按照该结构，根据情况，能够谋求光轴变换元件的小型化，能够有助 于照明装置的小型化。
在本发明的照明装置中，也可形成下述的结构，即上述光轴变换元件 具有与上述照明光轴大致垂直的1组平行平面，从上述第1光源部出射的 光透射上述平行平面。或者，也可形成下述的结构，即上述光轴变换元件 具有沿上述照明光轴的延伸方向贯通的中空部，从上述第l光源部出射的光透射上述中空部。
特别是按照后者的结构，来自第1光源部的光束透射的物理界面的数 量减少，故界面处的光损失减少，提高光轴变换元件处的光利用效率。
也可在本发明的照明装置中，形成下述的结构，即在上述光轴变换元 件的光入射侧，具有使从上述第1光源部出射的光的光轴弯曲的第1光源 部用光轴变换元件。
按照该结构，第1光源部的配置场所的自由度提高，能够减小沿照明 光轴的方向的照明装置的尺寸。
在本发明的照明装置中，也可形成下述的结构，即在上述光轴变换元
件的光入射侧，具有第2光源部用光轴变换元件，该第2光源部用光轴变 换元件使从上述多个第2光源部中的至少l个出射的光的光轴弯曲。
按照该结构，光源部之间的物理干涉难以产生，各光源部的配置场所 的自由度提高，故谋求照明装置的小型化。
在本发明的照明装置中，优选，在上述光轴变换元件中，设有散热部件。
按照该结构，能够进一步提高光轴变换元件的耐热性。 在本发明的照明装置中，优选，上述光轴变换元件^L收纳于具有光透 射性的壳体内。
按照该结构，能够防止灰尘、尘埃附着于光轴变换元件的反射面，防 止由于灰尘、尘埃的附着所造成的反射面的灼伤、烧焦而产生的>^射性能 的退化。
本发明的投影机，其特征在于，包括上述本发明的照明装置；调制 来自上述照明装置的光的光调制元件；和投影光学系统，该投影光学系统 对由上述光调制元件调制后的光进行》文大投影。
在具有上述本发明的照明装置的投影机中，由于抑制角度分布的范 围，故能够实现较高的光利用效率。另外，由于形成于投影光学系统的光 瞳面上的多个光源像集中于以投影光轴为大致中心的区域，并且以大致对 称的状态形成，故容易发挥投影透镜本来的成像性能，能够实现照度不均匀、色不均匀小的均匀性优良的显示图像。另外，即使在1个或2个光源 部不点亮的情况下，仍不会产生较大的照明不均，能够实现使用便利性的 提南。
本发明的照明方法，其特征在于，采用光轴变换元件，将从第l光源 部出射的光以其出射光轴与照明光轴大致一致的方式朝向照明对象照射， 并且将从多个第2光源部的各个出射的光，以其出射光轴在接近上述照明 光轴的位置与上述照明光轴大致平行的方式，朝向上述照明对象照射。
按照本发明的照明方法，能够在来自各光源部的光束在相互接近的状 态下形成成为照明光的合成光束，并且在合成光束的大致中心，配置最大 强度的光束，故能够形成抑制角度分布的范围的照明光。


图1为表示具有本发明的第1实施方式的照明装置的投影机的一个结 构例的图。
图2为表示本实施方式的照明装置所采用的反射体的结构例的图。 图3为表示该反射体的其他结构例的图。 图4为表示该反射体的另外的结构例的图。 图5为表示照明光的聚光点的光强度分布的图。 图6为表示来自入射合成透镜的各光源部的光强度分布的图。 图7为表示第2透镜阵列中的光源像的形成状态的图。 图8为表示投影透镜的光瞳面中的光源像的形成状态的图。 图9为表示沿图8中的A—A，线的假想的光强度分布的图。 图10为具有本发明的第2实施方式的照明装置的投影机的一个结构 例的图。
图11为表示具有本发明的第3实施方式的照明装置的投影机的一个 结构例的图。
图12为表示上述照明装置的PBS阵列和1/2波长片的结构例的图。 图13为表示投影透镜的光瞳面中的光源像的形成状态的图。图14为表示反射体的另一结构例的图。
图15为表示具有本发明的第4实施方式的照明装置的投影机的一个 结构例的图。
图16为表示本实施方式的照明装置所采用的光轴变换元件的结构例的图。
图17为表示光轴变换元件的另一结构例的图。
图18为具有本发明的第5实施方式的照明装置的投影机的一个结构 例的图。
图19为表示本实施方式的照明装置所采用的光轴变换元件的结构例的图。
图20为表示光轴变换元件的另一结构例的图。
图21为表示光轴变换元件的另一结构实例的图。
图22为表示光轴变换元件的另一结构实例的图。
图23为表示光轴变换元件的另一结构实例的图。
图24为表示光轴变换元件的另一结构实例的图。
图25为表示光轴变换元件的另一结构实例的图。
图26为表示光轴变换元件的另一结构实例的图。
图27为表示光轴变换元件的另一结构实例的图。
图28为表示光轴变换元件的另一结构实例的图。
图29为用于说明反射作用和折射作用的效果的不同的图。
符号说明
1第1光源部；2a、 2b第2光源部；3、 23、 33、 43、 54、 63四 棱推台状反射体(光轴变换元件)；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照明装置； 11光阀(光调制元件)；13投影透镜(投影光学系统)；22、 152反 射镜(第2光源用光轴变换元件)；34散热片(散热部件)；100、 110、 120、 200、 300投影机；131、 153偏向棱镜(第1光源部用光轴变换元件)；133、 155反射棱镜(第l光源部用光轴变换元件)；135、 151、 161、 171、 181、 191、 211、 221、 231 光轴变换元件；
优选实施方式
(第1实施方式)
下面参照图1 ~图9，对本发明的笫1实施方式进行说明。 图1为表示具有本发明中的照明装置的投影机的一个结构例的图。图 2~图4为表示本实施方式的照明装置所采用的反射体的几个结构例的图。 图5为表示照明光的聚光点的光强度分布的图。图6为表示来自入射合成 透镜的各光源都的光强度分布的图。图7为表示积分部的第2透镜阵列的 各光源部的光源像的形状状态的图。图8为表示投影透镜的光瞳面的光源 像的形状状态的图。图9为表示沿图8中的A—A，线的假想的光强度分 布的图。另外，在以下的各图中，为了容易观察各组成部件，针对各组成 部件，适当的比例尺也不同。
图1表示具有本实施方式的照明装置的投影机100的结构例。该照明 装置10产生用于照射具有像素结构的液晶显示元件，呈阵列状具有多个可 动反射镜的微小反射镜阵列元件等的光阀11 (光调制元件)。
本实施方式的照明装置10，主要包括具有1个第1光源部1和2个 第2光源部2a、 2b的3个光源部，四棱锥台状反射体3 (光轴变换元件)， 合成透镜4，和积分部5。
3个光源部1、 2a、 2b均包括发光灯7和反射器8。作为发光灯7可 采用高压7JC银灯、金属面素灯、氙气灯、LED等，作为反射器8优选采用 具有椭圆面形状的反射面的椭圆面>^射器。另外，还可代替椭圆面反射器， 而采用具有抛物面形状的反射面的抛物面反射器和聚光透镜。
椭圓面>^射器8具有第1焦点位置、第2焦点位置这2个焦点位置。 发光灯7以发光灯7的发光点位于椭圆面反射器8的第1焦点位置的方式 配置。另外，由于发光灯7等的发光体具有伴随空间上的位置，亮度不同 的立体的发光区域，故适合将亮度的重心位置视为发光点。由此，从发光灯7辐射的光通过反射器8反射，并且聚焦。另外，光线在通过UV/IR切 换滤光片9，去除不需要的紫外光和红外光之后，聚焦于第2焦点位置， 形成发光体的像(聚光点)。由于该像为实像，相对于本来的发光体，能 够将该像视为二次光源。由此，将在以下的光学系统中，从位于本来分离 的位置的发光体辐射的光作为从二次光源辐射的光而对待。
图2~图4表示四棱锥台状反射体的结构例。图2所示的四棱状锥台 状反射体3为下述的光学元件，其中，大致相对的2个反射面3a、 3b为两 侧面，大致相对的2个反射面3c、 3d为上面和下面，2个透射端面3e、 3f (面积较小的透射端面称为'小透射端面，3e,面积较大的透射端面称为 '大透射端面，3f)与照明光轴L相垂直。即，本实施方式的四棱锥台状 ^Jt体3包括与照明光轴L相垂直地相互平行地设置的2个透射端面3e、 3f (l组平4亍平面)，和4个反射面3a、 3b、 3c、 3d(表面反射面)，这 4个反射面以相对于2个透射端面3e、 3f (或照明光轴L)形成规定的角 度的方式倾斜。
来自配置于照明光轴L上的第1光源部1的光，透射四棱锥台状反 射体3的2个透射端面(大透射端面3f和小透射端面3e)沿Z方向行进， 从不位于照明光轴L上的2个第2光源部2a、 2b出射并沿X轴行进的各 光由侧面的^^射面3a、 3b反射，与来自第1光源部1的光相同而沿Z方 向行进。由此，来自3个光源部1、 2a、 2b的光成为在照明光轴L上大致 合成为一束光，成为沿相同方向行进的光。因此，作为四棱锥台状反射体 3，必须在侧面设置至少不少于不位于照明光轴L上的光源部2a、 2b的数 量(在本实施方式中，为2个)的反射面。
在本实施方式的情况下，由于第2光源部2a、 2b为2个，故反射面 为2个足以，但是，图2所示的四棱锥台状反射体3具有4个反射面3a、 3b、 3c、 3d,在从与反射面相对的方向观察时，这4个反射面全部呈大透 射端面3f侧的边长、小透射端面3e侧的边短的梯形形状。即，全部的反 射面3a、 3b、 3c、 3d,相对于大透射端面3f和小透射端面3e (或照明光 轴L)以规定的角度倾斜。图3 (A)，图3 (B)为在光源部的数量为3个的情况下优选的结构 例。图3 (A)所示的四棱锥台状反射体23包括4个侧面23a、 23b、 23c、 23d，与第2光源部2a、 2b相对一侧的2个侧面23a、 23b为反射面，其 在从与该反射面相对的方向观察时，呈长方形状。剩余的2个侧面23c、 23d不用作反射面，在从与该側面相对的方向观察时，呈大透射端面23f 侧的边长、小透射端面23e侧的边短的梯形形状。即，仅仅2个反射面23a、 23b相对于大透射端面23f和小透射端面23e (或照明光轴L)以规定角度 倾斜。按照图3(A)的结构，由于较大地获取反射面23a、 23b的面积， 故容易提高散热性。
或者，作为图3 (A)的四棱锥台状反射体23的变形例，在图3(B) 所示的四棱锥台状反射体33中，在不用作反射面的2个侧面(上面和下面) 33c， 33d分别设置有散热片34 (散热部件)，通过该结构，能够进一步提 高四棱锥台状反射体33的散热性。
此外，作为四棱锥台状反射体的方式，如图4 (A)所示的那样，可 采用下述管状的反射体43，其中，具有沿照明光L的方向贯通的孔，多个 反射面43a、 43b、 43c、 43d为外面，呈锥状。该四棱锥台状反射体43可 通过将例如一个面为反射面的4个板体贴合的方式制作。在该四棱锥台状 反射体43中，将通过光入射侧和光出射侧的板体的4条边制作的假想的面 称为"透射端面，，。即，构成四棱锥台状反射体43的4个板体的内侧为沿 照明光L的延伸方向贯通的中空部，在由标号43e、 43f表示的透射端面， 不存在物理的界面。
或者，如图4(B)所示的那样，可采用在由均质的透明媒质形成的 四棱锥台体的侧面上形成反射面53a、 53b、 53c、 53d的、外形为多棱锥台 状的实芯的棱锥状的反射体53。
或者，如图4 (C)所示的那样，可采用将由均质的透明媒质形成的 长方体的内部挖空呈四棱锥台状、在内壁面上形成反射面63a、 63b、 63c、 63d的长方体形状反射体63。在该四棱锥台状>^射体63中，在由标号63e、 63f表示的透射端面上，不存在物理的界面。由于图4(A)的四棱锥台状反射体43由管状体构成，适合于元件的 轻量化、低成本化，在反射体43的透射端面43e、 43f上不存在物理的界 面，故相对于来自第1光源部1的光能够降低由界面反射等造成的光损失。 另外，容易扩散在反射面43a、 43b、 43c、 43d产生的热量，容易提高耐热 性。由于在图4 (B)和图4 (C)的四棱锥台状反射体53、 63中，多个反 射面一体形成，故容易提高反射面的设置精度。另夕卜，在图4 (C)的四棱 锥台状反射体63中，只要按照满足全反射条件的方式，设定反射面的设置 角度，则由于得到较高的反射率、侧面的反射面的面积增大，故容易提高 散热性等。另外，由于在透射端面63e、 63f上不存在物理的界面，故相对 于来自第1光源部1的光能够降低由界面反射等造成的光损失。
由于各^^射体如后述的那样，被设置于光聚焦的位置或其极附近，故 优选通过具有耐热性优良、热传导性高、热膨胀率低等的各特性的媒质形 成反射体，优选采用蓝宝石、水晶、石英玻璃等。另外，优选，如图4(B)、 图4 (C)的四棱锥台状反射体53、 63那样，在采用透明媒质的情况下， 通过具有较高的透明性的媒质形成反射体。
在各反射体的反射面上，形成有电介质多层膜、铝膜、银膜等的反射
膜，以较高的效率反射光。由于反射体被配置于光聚光的位置或其极近， 故作为反射膜优选耐热性优良的膜，这方面优选，将五氧化钽(Ta20s)、 氧化铌(Nb2Os)与二氧化珪(Si02)交替地层叠的多层膜。
另外，如图4 (B)，图4 (C)那样，在具有物理的透射端面的情况 下，优选，在透射端面上形成有由电介质多层膜等构成的反射膜。
由于在反射面上强度非常大的光聚焦，故重要的是，使灰尘、尘埃未 附着在反射面上。其原因在于由于附着于反射面上的灰尘、尘埃的燃烧， 反射面损伤，反射性能变差，寿命缩短。于是，为了防止灰尘、尘埃的附 着，平时对反射体吹清洁的冷却风、将反射体设置于灰尘、尘埃不能^ 的封闭空间的内部(例如，通过6个透明平板构成密封的长方体，在其内 部设置反射体)等的对策是有效的。
利用图1，对四棱锥台状反射体3的设置位置进行说明。设置四棱锥台状反射体3，使得配置于照明光轴L上的第1光源部的 发光体的像(聚光点)位于小透射端面3e或其附近(即，光出射端或其附 近)，另外，不位于照明光轴L上的2个第2光源部2a、 2b的2个发光 体的像(聚光点)位于各反射面3a、 3b或附近。因此，优选，反射面3a、 3b为与聚光点相同的尺寸。
另外，也可以设置四棱锥台状反射体3，使得第1光源部1的发光体 的像(聚光点)与小透射端面3e相比较稍位于光源部侧。按照这样的结构， 由于能够使发光体的像(聚光点)的位置和后述的合成透镜4之间的距离， 配设置于照明光轴L上的第1光源部1的情况和未位于照明光轴L上的2 个第2光源部2a、 2b的情况之间大致相等，故抑制从合成透镜4出射的合 成光束的角度分布的范围。
在这里，2个第2光源部2a、 2b的照明光轴a、 b以分别与照明光轴 L相垂直的方式，设置在相对于包括以3个光源部1、 2a、 2b作为照明对 象的光阀11的长边和照明光轴L的平面大致平行的大致同一平面(图1 置的XZ平面)内。与此相对应，夹持四棱锥台状反射体3的Y轴而大致 相对的2个反射面3a、 3b以相对照明光轴L成45度的角度的方式形成。 由此，2个第2光源部2a、 2b的照明光轴a、 b在反射面3a、 3b折返后， 成为与照明光轴L大致平行的状态。
另外，四棱锥台状反射体3的反射面3a、 3b相对于照明光轴L所成 的角度不限于45度，对应于2个第2光源部2a、 2b的照明光轴a、 b与 照明光轴L所形成的角度而设定。即，只要以由四棱锥台状反射体3的反 射面3a、 3b反射之后的2个照明光轴a、 b与照明光轴L大致平行的方式， 设定四棱锥台状反射体3的反射面3a、 3b的角度即可。
通过以上的设置，在四棱锥台状反射体3的小透射端面3e形成第1 光源部1的二次光源，在四棱锥台状>^射体3中的大致面对的2个^^射面 3a、 3b中形成对应的笫2光源部2a、 2b的二次光源，从该二次光源出射 伴随与聚光时相同的角度的发散光。从3个部位的聚光点出射的发散光入 射合成透镜4,变换为与各自的主光线大致相平行的光，成为合成光束并出射。作为合成透镜4，在容易降低^J^散光平行化时的光学像差的方面， 优选，采用非球面透镜、由多个透镜构成的复合透镜等。
在这里，由反射面3a、 3b反射之后的照明光轴a、 b相对于照明光 轴L，分别隔开距离D而配置，由此，入射合成透镜4中的光不完全相互 重合。由此，从合成透镜4出射的合成光束的直径大于从第1光源部1入 射合成透镜4的光束直径。为了减小合成光束直径，提高合成透镜4之后 (投影透镜13侧)的照明效率，优选，缩短照明光轴a、 b与照明光轴L 之间的距离D。但是如上述那样，由于光源部l、 2a、 2b的发光体具有有 限的尺寸，故在椭圃面反射器的第2焦点位置，形成图5所示那样的直径 W0的聚光点，由于该聚光点的尺寸，距离D受到制约。即，在距离D按 照小于W0/2的程度设定的情况下，由于未由四棱锥台状反射体3的反射 面3a、 3b反射，产生沿相对的第2光源部2a、 2b的方向直进的光束，故 沿合成透镜4的方向行进的光束量减少，照明效率降低。
但是，如图5所示的那样，由于聚光点的光强度分布沿其直径方向， 具有非线性的强度分布形状，故如果以光强度降低峰值强度的5%~20% 的程度的直径W1为基准，将距离D设定在W1/2，则能够一边抑制合成 透镜4的方向行进的光束量的减少， 一边减小合成光束直径，提高合成透 镜4之后(投影透镜13侧)的照明效率。
从各光源部l、 2a、 2b入射合成透镜44中的光束和从合成透镜4出 射的合成光束具有，例如图6所示的那样的光强度。来自位于照明光轴L 上的第1光源部1的光的强度最强，并且其峰值强度位置大致位于照明光 轴L1上。另夕卜，来自不位于照明光轴L上的2个第2光源部2a、 2b的光， 以其峰值强度位置位于相对于照明光轴L间 隔大致距离D的位置的方式分 布。因此，从合成透镜4，出射具有将它们合成的强度分布的合成光束。 即，从合成透镜4，出射具有在照明光轴L上较大的峰值强度、伴随与照 明光轴L的离开光强度变小的大致平行光。
从合成透镜4出射的合成光束入射积分部5中，变换为照明对象的照 度分布大致均匀的光束，对作为照明对象的光阀11进行照明。积分部5
18主要包括第1透镜阵列15、第2透镜阵列16、重叠透镜17、和平行化透 镜18。第l透镜阵列15、第2透镜阵列16分别为相同数量的透镜呈矩阵 状配置而成的聚光元件，构成第l透镜阵列15的小透镜的焦距大致等于第 1透镜阵列15和第2透镜16的间距，其轮廓形状呈与作为照明对象的光 阀11的显示区域大致类似的形状。构成第2透镜阵列16的传递透镜的焦 距以第1透镜阵列15和照明对象(光阀11)大致处于共轭关系的方式设 定，其轮廓形状也可与第l透镜阵列15的小透镜相同，但是，也可适当地 改变外形形状，使乂寸大型化，提高光利用效率。
合成光束入射第l透镜阵列15被分割为多个部分光束，然后，在第 2透镜阵列16中的相应的传递透镜内部聚焦，形成各光源部的发光体的像 (光源像)。图7以示意方式表示第2透镜阵列16的光源像的形成状态。 在各传递透镜中，形成与合成光束相对应的光源像。由于光源像的尺寸、 其亮度与从光源部入射第1透镜阵列的相应的小透镜的光束的立体角、光 强度相对应，故对应于传递透镜的在第2透镜阵列上的位置而变化。为了 通过图7容易判断，对应于来自3个各光源部1、 2a、 2b的光束，绘制3 种光源像，但是实际上，除了第2透镜阵列的(与照明光轴L分离的)周 边部，与各光源部相对应的光源^^重叠，成为沿X轴方向细长的1个光源 像。
即，在从光源侧观察第2透镜阵列16的情况下，在各传递透镜的稍 左侧(-义方向)形成有来自第2光源部23的光束所成的光源像，在其中 间部，形成有来自第1光源部1的光束所成的光源4象，在该稍右侧(+X 方向)，形成有来自第2光源部2b的光束所成的光源像。在这里，由于所 形成的光源像的尺寸、亮度的分布反映了通过第2透镜阵列16的内部的光 的强度分布，故在由来自其照明光轴a移到照明光轴L的左侧的第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轴L 的左侧(G2a的位置)。同样，在由来自第2光源部2b的光束形成的光源 像组中，亮度最高的光源像形成于照明光轴L的右側(G2b的位置)。另 外，在由来自第1光源部1的光束形成的光源像组中，亮度最高的光源像形成于照明光轴L上(Gl的位置)。
通过重叠透镜17，改变从第2透镜阵列16出射的多个部分光束的先 进方向，该光束经由平行化透镜18,入射作为照明对象的光阀11。另夕卜， 由光阀11调制的光成为投影光，入射投影透镜13 (投影光学系统)，传 递到屏幕20。另外，通过将适当地偏心的传递透镜用于第2透镜阵列，由 此，可省略重叠透镜。
在这里，第2透镜阵列16和投影透镜13内的光瞳面处于大致共轭关 系。由此，如图8以示意方式所示的那样，在光瞳面上，形成有与形成于 第2透镜阵列16的光源像组相对应的光源像组。另夕卜，图8表示从投影透 镜13的出射侧观察光瞳面的情况。另外，虛线的格(cell)以假设方式表 示第2透镜阵列16的传递透镜。同样在这里，由于所形成的光源像的尺寸、 亮度的分布反映了通过投影透镜13的光瞳面位置的光的强度分布，故通过 光瞳面的光的强度分布成为大致图9所示的那样的分布。
一般来说，投影透镜的成像性能在投影光轴的附近高，随着从投影光 轴离开而降低。在这里，如根据图9而判断的那样，投影光轴L上的光强 度最强，集中于以投影光轴L为大致中心的区域，由此，按照本实施方式 的照明装置IO，容易发挥投影透镜本来的成像性能，实现难以导致显示图 ^^的画质变差的光强度分布。另外，照明光轴L和投影光轴L本来为同一 光轴，但是，在本说明书中，为了方侵爽见，在照明装置侧将该光轴称为 照明光轴，在投影透镜侧将该光轴称为投影光轴。
优选，作为投影透镜13的瞳径，为包括全部的发光体的像(光源像) 的尺寸，因此理想的是图8中由标号T2表示的圆的直径。但是，按照根 据越靠近投影光轴L的周边部，发光体的像(光源像)越小的情况而判断 的方式，通过投影光轴L的周边部的部分光束的强度弱。于是，如果设定 为与由标号Tl表示的圆的直径相对应的瞳径，则可在抑制光损失的同时， 使投影透镜13小型化，低成本化。
如上所述，按照本实施方式的照明装置10，通过在来自多个光源部1、 2a、 2b的光的合成时，采用四棱锥台状反射体3，能够使多个光源部l、2a、 2b的照明光轴L、 a、 b处于相互接近的状态。由此，在来自各光源部 1、 2a、 2b的光相互接近的状态下，形成成为照明光的合成光，并且由于 能够在合成光的大致中心配置最大强度的光束，故能够形成抑制角度分布 和强度分布的范围的照明光。
另外，按照采用这样的照明光的投影机100,由于抑制角度分布的范 围，故能够实现较高的光利用效率。另外，形成于投影透镜13的光瞳面上 的多个光源像集中于以投影光轴L为大致中心的区域，并且处于大致对称 的状态，此外，还抑制强度分布的范围，由此，容易发挥投影透镜本来的 成像性能，可实现照度不均匀、色不均匀小的均匀性优良的显示图像。另 外，即使在一个或二光光源部为非点亮的情况下，仍不产生较大的照度不 均匀，可实现使用便利性的提高。
此外，在本实施方式中，例示了具有3个光源部的投影机的实例，但 是在采用本实施方式的四棱锥台状反射体3的情况下，可沿Y轴方向再配 置2个第2光源部，可将来自共计5个光源部的光变换为沿Z方向行进的 光。当然，形成于反射体的侧面的反射面的数量并不限于4个。例如，在 不位于照明光轴L上的光源部的数量为6个的情况下，可采用六棱锥台状 反射体，在光源部的数量为8个的情况下，可采用八棱锥台状反射体。另 外，优选，在使光源部的数量超过本实施方式的3个的情况下，在包括光 阀11的长边和照明光轴L的平面上，配置过半数以上的光源部。 (第2实施方式)
下面参照图IO对本发明的第2实施方式进行说明。
图10为表示具有本发明中的照明装置的投影机110的结构例。另外，
在图10中，对与第1实施方式的图l共同的組成部件标注同一标号，具体
的说明省略。
本实施方式的照明装置30与第1实施方式(图1)的照明装置不同 之处在于，如图10所示的那样，将不位于照明光轴L上的2个第2光源 部2a、 2b第1光源部1的侧方邻接配置，分别通过反射镜22 (第2光源 部用光轴变换元件)反射来自第2光源部2a、 2b的光，将其导向四棱锥台状反射体3。也可按照2个第2光源部2a、 2b的照明光轴a、 b与第1光 源部1的照明光轴L平行的方式，配置第2光源部2a、 2b,还可不按照一 定与第1光源部的照明光轴L平行的方式配置第2光源部2a、 2b的照明 光轴a、 b。
优选，反射镜22为分色镜(冷光镜)，其4吏不需要的紫外光、红外 光透射，仅仅反射必要的光。由此，能够抑制由四棱锥台状反射体3、各 种透镜等的发热，根据情况，可不需要光源部2a、 2b的出射侧的UV/IR 切换滤光片9。
另外，通过设有反射镜22，使3个光源1、 2a、 2b的配置方向一致， 故可相对3个光源部1、 2a、 2b，将冷却装置i殳置于一方侧(例如，反射 器8的后方侧)，1吏冷却风流过的方向一致。由此，冷却风的流动顺畅， 能够实现冷却装置的小型化、冷却效率的提高、冷却时的风扇等的噪音降 低等。当然，也可形成下述的结构，即，通过反射镜，不仅反射来自不位 于照明光轴L上的第2光源部2a、 2b的光，而且反射来自位于照明光轴L 的第1光源部1的光。 (第3实施方式)
下面参照图11 ~图13，对本发明的第3实施方式进行说明。
图11为表示具有本发明中的照明装置的投影机120的结构例的图。
另外，在图11中，对与第1实施方式的图l相同的組成部件标注同一标号，
具体的说明省略。
本实施方式的照明装置40与第1实施方式(图1)的照明装置1不 同点，在于包括作为偏振光变换光学系统的偏振光分离棱镜阵列24 (PBS 阵列)和1/2波长片25。另夕卜，由于偏振光变换光学系统为公知的技术(还 包括第2透镜阵列的传递透镜的尺寸等的关系)，故省略偏振光变换光学 系统的具体说明省略，对光源部和偏振光分离方向之间的关系进行说明。
图12表示偏振光分离棱镜阵列24 (PBS阵列)与1/2波长片25的 结构实例。在这里，将偏振光分离棱镜阵列24中的偏振光分离方向(或设 置有一对偏振光分离面和反射面的方向)设定为与配置了 3个光源部1、2a、 2b的平面相垂直的方向(或与将来自各光源部l、 2a、 2b的光束合成 的方向相垂直的方向)。另外，在光源部的数量大于3的情况下，优选， 沿与配置过半数以上的光源部的平面相垂直的方向，设定偏振光分离棱镜 阵列24中的偏振光分离方向。
从合成透镜4出射的合成光束通过偏振光变换光学系统，被变换为大 致一种的偏振光光束，入射作为照明对象的光阀11。在图像显示时必须对 偏振光进行处理的液晶显示元件用作光阀11的情况下，偏振光变换光学系 统的采用对于提高光利用效率的方面是有效的。
在这里，图13以示意方式表示投影透镜13的光瞳面的光源像组的形 成状态。另外，图13表示从投影透镜13的出射侧观察光瞳面的情况。虛 线的格以假想方式表示第2透镜阵列16的传递透镜。作为在光瞳面上与各 光源部l、 2a、 2b相对应的发光体的像(光源像)，由透射偏振分离棱镜 阵列24的偏振光分离面的偏振光所成的发光体的像(P偏振光所成的光源 像)和由偏振光分离面反射并通过1/2波长片25变换偏振光方向的偏振光 的发光体所成的像(从S偏振光变换为P偏振光的偏振光所成的光源像) 成对，沿偏振光分离方向(Y方向)形成。
在采用偏振分离棱镜阵列24的偏振光变换光学系统中，还必须通过 偏振方向的不同，从空间上进一步将在第l透镜阵列15产生的部分光束的 各个分离。另一方面，在本实施方式的照明装置40中，如图13所示的那 样，与光源部l、 2a、 2b的数量相对应的多个种类的部分光束沿将来自各 光源部l、 2a、 2b的光束合成的方向并列而形成。另外，为了容易判断， 在图13中，将3种部分光束分离而绘制。由此，如上述那样，如果将偏振 光分离棱镜阵列24的偏振光分离方向设定为与光束的合成方向相垂直的 方向，使因光源部的数量而产生的部分光束和对它们进行偏振光分离处理 而生成的部分光束(参照图13 )相互接近，故在第2透镜阵列16、偏振光 分离棱镜阵列24的部分光束的阻挡(遮挡)少，能够提高光利用效率。
如上所述，按照本实施方式的照明装置40，不但具有通过第1实施 方式的照明装置获得的效果，而且由于具有偏振光变换光学系统，该系统将从光源部1、 2a、 2b出射的非偏振光变换为具有特定的偏振光状态的光， 故能够在具有必须对偏振光进行处理的液晶显示元件的照明装置、投影机 中，实现非常高的光利用效率。另外，由于考虑多个光源部l、 2a、 2b的 配置关系，适当地设定偏振光变换光学系统中的偏振光分离方向，故能够 实现较高的光利用效率。
另夕卜，本发明的技术范围并不限于上述实施方式，能够在不脱离本发 明的实质的范围内，进行各种变化。例如，在上述实施方式中，作为反射 体例示了四棱锥台状反射体，但是，并不一定限于四棱锥台状反射体，只
要具有使来自第1光源部的光透射照明光轴、将来自第2光源部的光向与 来自第1光源部的光大致相同的方向反射的功能，则外形形状也可为多棱 锥台状。例如，也可将圆锥台的弯曲的侧面的一部分切掉，形成平坦面， 将该平坦面作为反射面。
此外，第1光源部1不必一定设置于照明光轴L。例如，如图14(A) 所示的那样，也可在与上述实施方式相同的反射体3的光入射侧，邻接偏 振角棱镜131 (笫1光源部用光轴变换元件)地设置。在此情况下，第1 光源部1配置于脱离照明光轴L的位置，以照明光轴L和第l光源部l的 照明光轴c以90度以外的角度相交的方式，相对照明光轴L倾斜地设置 第1光源部1的照明光轴c,虽然关于这一点在图14 (A)未示出。在该 结构中，设定第l光源部l的照明光轴c相对照明光轴L的斜率，使得来 自第1光源部1的光在入射偏向棱镜131的入射端面131a时折射后，从反 射体3沿照明光轴L出射。由此，来自第l光源部l的光与来自2个第2 光源部2a、 2b的光沿大致相同的方向，与照明光轴L平行地行进，这些 光构成大致合成为一个的光。
或者，如图14 (B)所示的那样，也可在与上述实施方式相同的^Jt 体3的光入射侧，邻接反射棱镜133 (第1光源部用光轴变换元件)地设 置。在此情况下，以例如照明光轴L和笫1光源部1的照明光轴c大致垂 直地相交的方式设置第1光源部1。在该结构中，来自第1光源部1的光 透射反射棱镜133的入射端面133a，在全反射面133b反射之后，从反射体3沿照明光轴L出射。由此，来自第l光源部l的光与来自2个第2光 源部2a、 2b的光沿大致相同的方向，与照明光轴L平行地行进，这些光 形成大致合成为一个的光。
另外，也可形成下述的结构，即，照明光轴L和照明光轴c以直角 以外的角度相交。对于入射反射棱镜的光，在对全反射面133a的入射角满 足全反射条件的情况下，发生全反射。由此，优选，设定反射棱镜133的 形状、照明光轴c的配置，使得该入射角增加、发生全反射。
按照图14(A),图14(B)的结构，由于第l光源部l也可以不设 置于照明光轴L,故具有第1光源部1的配置场所的自由度提高，能够减 小沿照明光轴L的方向的照明装置的尺寸的情况。
另外，在图14 (B)的结构中，也可代替在反射体3的光入射侧设置 反射棱镜133的方式，而在反射棱镜133的全反射面133b的位置设置反射 镜。在此情况下，仍能获得与上勤目同的效果。
此外，在上述实施方式中，作为光轴变换元件，列举有下述的反射体 的实例，即使来自多个笫2光源部的光在最初入射的侧面进行表面反射， 将其光轴变换为与照明光轴平行的方向，但是，并不限于该结构。也可采 用下述的光轴变换元件，即例如使来自多个笫2光源部的光透射最初入射 的侧面，然后在另一侧面全反射，将其光轴变换为与照明光轴平行的方向。 或者，也可采用下迷的光轴变换元件，即在内部将来自多个第2光源部的 光折射，将其光轴变换为与照明光轴平行的方向。
下面，对反映这些结构的实施方式进行说明。 (第4实施方式)
下面参照图15~图17，对本发明的第4实施方式进行说明。 图15为表示具有本发明中的照明装置的投影机的结构例的图。图15 所示的投影机的整体结构与图1所示的第1实施方式的投影机大致相同， 主要不同点在于照明装置的光轴变换元件的结构。因此，在图15中，对与 第1实施方式的图l共用的组成部件标注同一标号，具体的说明省略。
图16 (A)，图16 (B)为表示本实施方式的照明装置140所采用的光轴变换元件135的图。如该图所示的那样，本实施方式的光轴变换元件 135为由玻璃、树脂、晶体等的透光性的材质形成的实芯的透明体。光轴 变换元件135具有四棱锥台状的形状，在全部6个面135a ~ 135f中，形成 有由电介质多层膜等构成的反射防止膜。光轴变换元件135具有2个透射 端面，面积较小的小透射端面135e配置于接近第1光源部1的一侧，面积 较大的大透射端面135f配置于远离第1光源部1的一侧。小透射端面135e 和大透射端面135f处于相互平行的配置关系，构成与照明光轴L大致相垂 直的l组的平行平面。另夕卜，4个侧面135a~135以与通过光轴变换元件 135的大致中心的轴形成规定角度的方式设置。换言之，使各侧面135a 135d以各侧面135a 135d的法线在光轴变换元件135的出射側(相对小 透射端面135e,投影透镜13侧)和照明光轴L相交的方式倾斜地设置。
如图15所示的那样，来自位于照明光轴L上的第l光源部l的光从 小透射端面135e入射，在不改变行进方向的情况下，从大透射端面135f， 沿照明光轴L而出射。另一方面，来自不位于照明光轴L上的第2光源部 2a、 2b的光如图16 (B)所示的那样，从位于第2光源部2a、 2b的照明 光轴a、 b上的侧面135a、 135b入射，在入射时折射，稍稍改变行进方向。 接着，来自第2光源部2a、 2b的光在与入射的侧面135a、 135b相对的侧 面135b、 135a发生全反射，进一步大幅改变行进方向，然后，从大透射端 面135f，沿与照明光轴L平行的方向出射。换言之，设定2个侧面135a、 135b和第2光源部2a、 2b的照明光轴a、 b的配置关系，使得来自第2光 源部2a、 2b的光从大透射端面B5f，沿与照明光轴L平行的方向出射。 由此，在从不同的方向入射光轴变换元件135的来自多个光源部1、 2a、 2b的光相互接近的状态下，从一个大透射端面135f沿照明光轴L以大致 同一方向出射，在照明光轴L上合成为大致一个的光。
在光轴变换元件135中，从侧面135a入射的光中的仅仅对侧面135b 的入射角满足全反射条件的光在侧面135b发生全反射。同样，从侧面135b 入射的光中的仅仅对侧面135a的入射角满足全反射条件的光在侧面135a 而发生全反射。由于构成光轴变换元件135的透明体的折射率越高，产生全反射的入射角越小，故优选，使用折射率高的材料，形成光轴变换元件
135。如果采用这样的光轴变换元件135，由于能够减小照明光轴L和侧面 135a、 135b之间的角度，故能够减小光轴变换元件135的尺寸(特别是X 方向的尺寸)。
光轴变换元件135必须具有其数量至少在与不位于照明光轴L上的 第2光源部2a、 2b的数量相同的数量以上的侧面，可从整体上将来自3 个以上的光源部的光合成。另外，在本实施方式的光轴变换元件135适合 于将来自奇数个(在本实施方式中为3个)的光源部的光合成的结构。即， 在本实施方式的光轴变换元件135的结构中，由于侧面135a ~ 135d的形状 可完全相同，故元件的加工较容易。另外，由于作为合成光容易采用角度 方向、强度分布的空间对称性高的合成光，故从该观点，优选，相应的光 源部的数量为奇数个。例如，图16 (A)所示的本实施方式的光轴变换元 件135也可用于将来自5个光源部的光束合成的情况。在此情况下，可在 以照明光轴L为中心的对称的位置，配置4个第2光源部，容易配置光源 部。
另外，如果如本实施方式那样，仅仅将来自3个光源部的光束合成， 则可形成下述的结构，即如图17所示的那样，使来自光源部的光束入射的 侧面137a， 137b相对于来自光源部的光束未入射的侧面137c， 137d大型 化，使小透射端面137e的Y方向的尺寸与大透射端面137f的Y方向的尺 寸一致。在此情况下，由于光轴变换元件137呈具有2組相对的平行平面 的形状，故容易进行元件的加工。另外，如果着眼于光轴变换元件的发热， 由于在图17所示的光轴变换元件137中，与图16 (A)所示的光轴变换元 件135相比较，表面积大，故容易散热，可提高耐热性。
接着，采用图15，对光轴变换元件135的配置位置进行说明。 由于来自各光源部1、 2a、 2b的光束在聚焦形成发光体的像(聚光点) 后发散，故优选，在光束直径小的阶段采用光轴变换元件135。根据该观 点，优选将光轴变换元件135设置于这样的位置，即不位于照明光轴L上 的2个第2光源部2a、2b所成的2个聚光点形成于光轴变换元件135的内部，位于照明光轴L上的第1光源部1的所成聚光点尽可能地形成于光轴 变换元件135的小透射端面135e的极近处，从各聚光点到合成透镜4的光 学距离尽可能地一致的位置。另夕卜，将小透射端面U5e、大透射端面135f、 侧面135a ~ 135d的尺寸设定为与光束直径相同程度以上的尺寸，不遮挡在 这里入射的光束。通过这样的配置、结构，可提高在产生合成光束的阶段 的效率，能够减小合成光束的角度分布的范围。
同样在本实施方式的投影机200中，由于抑制从照明装置140出射的 光的角度分布的范围，故获得能够实现较高的光利用效率这一与上述实施 方式相同的效果。另外，如本实施方式那样，在使用具有利用全反射来改 变光的行进方向的功能的光轴变换元件135的情况下，在光入射一侧的端 面，忧郁极小的光反射产生光损失，但是，在发生全反射的侧面几乎不产 生光损失。由此，如果构成光轴变换元件135的透明体的光吸收极小，则 光轴变换元件135几乎不发热。因此，同样在入射非常强的光的情况下， 能够长期地维持较高的耐久性。
另外，在本实施方式中，来自第2光源部2a、 2b的光沿光轴变换元 件135的侧面135a、 135b的法线而入射的情况下，由于在该光入射光轴变 换元件135的侧面135a、 135b时，不发生折射，故在该侧面135a、 135b 行进方向没有改变。第2光源部2a、 2b和光轴变换元件135也可处于这样 的位置关系。另外，同样在本实施方式的情况下，也可形成下述的结构， 其中，在光轴变换元件135的入射侧设置图14 (A)、图14 (B)所示的 那样的偏向棱镜、反射棱镜，在照明光轴L上未设置第l光源部l。 (第5实施方式)
下面参照图18~图19,对本发明的第5实施方式进行说明。 图18为表示具有本发明的照明装置150的投影机300的结构例的图。 图19 ( A)，图19 (B)为表示本实施方式所采用的光轴变换元件151的 结构的图，图19(A)为立体图，图19(B)为俯浮见图。
图18所示的投影机的整体结构与图1所示的第1实施方式的投影机 大致相同，主要区别在于照明装置的光轴变换元件的结构。于是，在图18中，对与第1实施方式的图l共用的组成部件标注同一标号，具体的说明 省略。
本实施方式的光轴变换元件151如图19 ( A) ， ( B )所示的那样， 构成为使已入射的光在内部折射并变换光轴的位置地出射的光学元件。另 外，如图18所示的那样，在光轴变换元件151的光入射側，设置有反射镜 152 (第2光源部用光轴变换元件)。反射镜152反射来自第2光源部2a、 2b的光，4吏其光轴弯曲地入射光轴变换元件151中。在本实施方式中，形 成将经由反射镜152使来自第2光源部2a、 2b的光入射光轴变换元件151 的结构，由此，提高第2光源部2a、 2b的设置场所的自由度。因此，也可 在例如第1光源部1和2个笫2光源部2a、2b能够以不相互物理千涉的方 式设置的情况下，不一定采用反射镜152。
下面对光轴变换元件151进行说明。
本实施方式的光轴变换元件151如图19 (A)，图19 (B)所示的那 样，由通过玻璃、树脂、晶体等的透光性的材质形成的实芯的透明体构成。 光轴变换元件151 —共具有IO个面，其中的4个面151dl、 151d2、 151el、 151e2为无助于光的透射的面。剩余的6个面151al、 151a2、 151bl、 151b2、 151cl、 151c2为与光源部l、 2a、 2b的数量一致的3组相互平^f亍的一对面
(平行平面)。在下面，为了便于说明，将由面151al、 151a2形成的1 组的平行平面称为第1平4亍平面151a，将由面151bl、 151b2形成的1组 的平行平面称为第2平行平面151b，将由面151cl、 151c2形成的1组的 平行平面称为第2平行平面151c。
在光轴变换元件151中，在与照明光轴L相垂直的1组的第1平行 平面151a的两侧，形成有2组的第2平行平面151b、 151c。 2组的笫2 平行平面151b、 151c，以各第2平行平面151b、 151e的法线和照明光轴L 在光轴变换元件151的出射側相交的方式相对照明光轴L倾斜地设置。第 1平行平面151a由入射来自第1光源部1的光的入射端面151al，与使来
自第1光源部1的光出射的出射端面151a2构成。第2平行平面151b、151c 的各个，由入射来自第2光源部2a、 2b的各个的光的入射端面151bl、151cl，与使来自第2光源部2a、 2b的各个的光出射的出射端面151b2、 151c2构成。另外，优选，在该6个面151a、 151a2、 151bl、 151b2、 151cl、 151c2的表面设置反射防止膜。
在这里，如果相对平行平面151b、 151c，光从与其法线偏离的方向 入射，则光相对入射光轴，沿规定的方向平行地移动，以维持入射时的行 进方向的状态出射。所移动的方向依存于平行平面151b、 151c的照明光轴 L的倾斜方向，移动量依存于相对平行平面151b、 151c的法线的入射角度， 构成平^f亍平面151b、 151c的2个面的间多巨，以及构成光轴变换元件151 的材料的折射率。因此，来自位于照明光轴L上的第1光源部1的光束沿 第1平行平面151a的法线而入射，在不改变行进方向的情况下，沿照明光 轴L而出射。另一方面，来自不位于照明光轴L的笫2光源部2a、 2b的 光束，在反射镜152反射之后，其光轴处于与照明光轴L大致平行的状态， 从第2平行平面151b、 151c的入射端面151b、 151cl入射，光束的位置靠 近照明光轴L而移动，从出射端面151b2、 151c2，沿与照明光轴L平行的 方向出射。
即，通过^f吏来自第2光源部2a、 2b的光束通过与照明光轴L成预定 的角度而配置的第2平行平面151b、 151c，从而能够使作为2次光源的聚 光点的位置靠近照明光轴L。该情况等效于使位于与第1光源部1物理分 离的位置的第2光源部2a、2b以光学方式接近第1光源部1而设置的情况。 由此，来自入射光轴变换元件151中的多个光源部l、 2a、 2b的光束，在 相互接近的状态下沿照明光轴L按照大致一个方向出射，形成在照明光轴 L上合成为大致一个的光束。
同样在本实施方式的投影机300中，由于抑制从照明装置150出射的 光的角度分布的范围，故能够获得可实现较高的光利用效率这一与上述实 施方式相同的效果。
在本实施方式的光轴变换元件151中，2个第2光源部2a、 2b的照 明光轴a、 b，相对在光束入射光轴变换元件151中的时通过光轴变换元件 151的大致中心的第1光源部1的照明光轴(即，照明光轴L)平行地i殳定。由此，作为将来自2个光源部2a、 2b的光束在反射镜152反射并导向 至光轴变换元件151的结构，形成难以产生光源部l、 2a、 2b之间的物理 干涉的结构。作为在这里所采用的反射镜152，优选，为使不需要的紫外 线光、红外光透射，而仅仅反射必要的可见光的冷光镜。由此，能够抑制 光轴变换元件151、其以后的光学元件等的发热。作为改变来自第2光源 部2a、 2b的光束的行进方向的才几构，也可代替反射镜152，而采用能利用 全反射作用的反射棱镜。
另外，来自光源1、 2a、 2b的光束聚焦，形成发光体的像(聚光点)， 然后发散，由此，优选，在光束直径小的阶段中，采用光轴变换元件151。 由于入射光轴变换元件151的光束和从光轴变换元件151出射的光束，包 括聚光点的部分，具有有限的尺寸，故必须以不遮挡这些光束的方式，设 定入射端面151al、 151bl、 151cl、出射端面151a2、 151b2、 151c2的开 口尺寸。根据该观点，优选，以光源部l、 2a、 2b的聚光点形成于光轴变 换元件151的内部的配置，采用光轴变换元件151。另外，优选，以从各 光源部l、 2a、 2b所形成的聚光点，到合成透镜4的光学距离大致一致的 方式，设定各光源部l、 2a、 2b的配置、来自光源部l、 2a、 2b的聚焦光 束的聚焦度。如果采用这样的结构，则可提高合成光学的平行性，并且可 减小光束直径，提高合成透镜以后的光学系统的光利用效率。
此外，在本实施方式的光轴变换元件151中，2个第2平行平面151b、 151c以照明光轴L为中心而对称地配置，但是，并不限于该配置，2个第 2平行平面151b、 151c也可非对称地配置。在该情况下，提高第2光源部 2a、 2b的设置位置的自由度。另外，在本实施方式中，反射镜152也相对 照明光轴L对称地配置，但是，并不限于该配置，也可对应于笫2光源部 2a、 2b的位置非对称地配置，例如，也可仅仅"^殳置于2个光源部2a、 2b 中的任意一方的光轴上。
还有，在本实施方式的光轴变换元件151中，形成将来自3个光源部 的光束合成的结构，但是，光源部的数量并不限于3个，也可为4个以上。 在此情况下，必须具有至少不少于不位于照明光轴L上的第2光源部的数量的法线相对照明光轴L倾斜地设置的平行平面(本实施方式的第2平行 平面151b、 151c)。但是，作为合成光束，容易利用角度分布、强度分布 的空间对称性高的光束，故优选，相对应的光源部的数量为奇数个。
下面通过图20 ~图28,对可适用于上述实施方式的投影机的光轴变 换元件的变形例进行i兌明。
例如，在照明光轴L上设置第1光源部1，不必使来自第1光源部1 的光束偏向的情况下，如图20所示的那样，也可采用删除图19(B)所示 的光轴变换元件151中的、相当于透射来自第l光源部l的光束的第l平 行平面151a的部分，形成沿照明光轴L的延伸方向贯通的中空部163的 光轴变换元件161。来自第2光源部2a、 2b的光束从面161bl、 161c入射， 光束的位置靠近照明光轴L而移动，从面161b2、 161c2,沿与照明光轴L 平行的方向出射。
在该结构中，也可为将图19 (B)所示的光轴变换元件151的第1平 行平面151a中的、透射来自第l光源部l的光束的部分的附近处开口，形 成中空部，透射来自第2光源部2a、 2b的光束的部分为一体的光轴变换元 件，还可为将笫1平行平面151a的全部削除，透射来自第2光源部2a、 2b的光束的2个部分为单独体的光轴变换元件。但是，在光源部l、 2a、 2b的对位等的处理的容易性的方面，优选，采用前者。
按照本结构的光轴变换元件161，由于与图19 (A) 、 (B)所示的 光轴变换元件151的结构相比较，透射来自第1光源部的光束的物理的界 面的数量减少，故界面的光损失减少，提高光轴变换元件161的光利用效 率。
另外，在图19 (A) 、 (B)所示的光轴变换元件151中，来自第2 光源部2a、 2b的光束入射的部分由平行平面构成，但是，也可代替该结构， 来自笫2光源部2a、 2b的光束入射的部分由相互非平行的一对面(在下面 称为非平行平面)构成。例如，在图21所示的光轴变换元件171中，透射 来自笫1光源部1的光束的部分通过由面171a、 171a2构成的平行平面171a 构成，透射来自笫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构成，使得 入射端面171bl、 171cl和出射端面171b2、 171c2的假想的交线(在图21 中，由交点P表示，该交点P表示入射端面171bl和出射端面171b2的交 线的XZ平面上的点)位于接近照明光轴L的一侧。
在采用图21所示的光轴变换元件171的情况下，来自位于照明光轴 L上的第l光源部l的光束通过平行平面171a，沿照明光轴L而出射。另 一方面，来自笫2光源部2a、 2b的光束分别在入射端面171bl、 171cl和 出射端面171b2、 171c2的2个界面折射，光轴与照明光轴L平行，沿照 明光轴L而出射。由此，可^吏作为第2光源部2a、 2b的2次光源的聚光 点的位置靠近照明光轴L。在本结构的情况下，由于与采用来自第2光源 部2a、 2b的光束入射的部分由平行平面构成的光轴变换元件的情况相比 较，可较大地使笫2光源部2a、 2b的照明光轴a、 b弯曲，故可提高第2 光源部2a、 2b的配置的自由度。由此，可削减光轴变换元件171的光入射 侧的反射镜，提高光利用效率。
在图21所示的光轴变换元件171中，在不必使来自第1光源部1的 光束偏向的情况下，如图22所示的那样，也可采用切除透射来自第1光源 部1的光束的平行平面的部分而形成中空部183的光轴变换元件181。在 采用本结构的光轴变换元件181的情况下，与图21所示的光轴变换元件 171的结构相比较，由于减少了透射来自第1光源部1的光束的物理界面 的数量，故界面的光损失减少，提高光轴变换元件的光利用效率。
在来自第2光源部2a、 2b的光束入射的部分由非平行平面构成的情 况下，代替入射端面和出射端面的假想的交线位于接近照明光轴L的一侧 的图21的结构，而如图23所示的那样，也可采用入射端面191bl、 191cl 和出射端面191b2、 191c2的假想的交线(在图23中的交点P)位于远离 照明光轴L的一侧的结构的光轴变换元件191。按照图23所示的光轴变换 元件191，由于形成2个第2光源部2a、 2b的照明光轴a、 b相交的结构， 故具有能够4吏照明装置小型化这一优点。
同样在图23所示的光轴变换元件191中，在不必要求使来自第1光源部1的光束偏向的情况下，如图24所示的那样，也可采用切除透射来自 第1光源部1的光束的平行平面的部分而形成中空部213的光轴变换元件 211。在采用本结构的光轴变换元件211的情况下，与图23所示的光轴变 换元件191的结构相比较，由于减少了透射来自第1光源部1的光束的物 理界面的数量，故界面的光损失减少，光轴变换元件的光利用效率提高。
另外，以上的光轴变换元件为下述的结构，其中，在来自第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双方，使光束折 射，但是，也可代替该结构，而采用在入射端面和出射端面中的仅仅任意 一方上，使光束折射的结构。
例如，在使用图25所示的光轴变换元件221的情况下，第2光源部 2a、 2b的照明光轴a、 b与入射端面221M、 221cl相垂直地i殳置。在该结 构中，光束在入射端面221M、 221cl未折射，光束在出射端面221b、 221c2 折射，与照明光轴L平行，沿照明光轴L出射。
此外，在使用图26所示的光轴变换元件231的情况下，第2光源部 2a、 2b的照明光轴a、 b不与入射端面231bl、 231cl垂直地设置，但是， 出射端面231b2、 231c2相对于在入射端面231bl、 231cl折射之后的光轴 相垂直地"^殳置。在该结构中，光束在入射端面231bl、 231cl折射，与照明 光轴L平行，在出射端面231b2、 231c2未折射，沿照明光轴L而出射。
在采用图25、图26所示的光轴变换元件221、 231的情况下，由于 能够减小光束垂直地入射的一侧界面的光损失，故可提高光利用效率。
还有，图25、图26表示作为非平行平面的2个面的配置的、入射端 面和出射端面的假想的交线位于接近照明光轴L的 一侧的结构例，但是， 同样在这样使光束仅仅在入射端面和出射端面中的任何一方折射的情况 下，可采用如光轴变换元件191那样，入射端面和出射端面的假想的交线 位于远离照明光轴L 一侧的结构。
同样在采用利用折射作用的光轴变换元件的情况下，笫1光源部1 不必一定i殳置于照明光轴L上。例如，如图27所示的那样，也可采用在 图19所示的光轴变换元件的入射侧，邻接地设置偏光棱镜153 (第1光源部用光轴变换元件)的结构。在此情况下，以照明光轴L和第1光源部的 照明光轴c以90度以外的角度相交的方式，相对照明光轴L，倾斜地设置 第1光源部1的照明光轴L。在此情况下，来自第1光源部1的光束在入 射偏光棱镜153的入射端面153a时折射之后，以从光轴变换元件151沿照 明光轴L出射的方式，设定照明光轴L的第1光源部1的照明光轴c的斜 率。由此，来自第l光源部l的光与来自2个第2光源部2a、 2b的光沿大 致相同的方向，与照明光轴L平行地行进，这些光形成合成为大致一个光。
或者，如图28所示的那样，也可采用在通过图19所示的光轴变换元 件151的入射侧，邻接地设置反射棱镜155 (第1光源用光轴变换元件) 的结构。在此情况下，以例如照明光轴L和第l光源部l的照明光轴c大 致相垂直地相交的方式^L置第1光源部1。在该结构中，来自第1光源部1 的光透射反射棱镜155的入射端面155a,在全反射面155b反射，然后， 从光轴变换元件151，沿照明光轴L而出射。由此，来自第l光源部l的 光与来自第2光源部2a、 2b的光沿大致相同的方向，与照明光轴L平行 地行进，这些光形成合成为大致一个光。
按照图27、图28的结构，有下述的情况，即，第l光源部l可以不 设置于照明光轴L上，第l光源部l的设置场所的自由度可提高，可减小 沿照明光轴L的方向的照明装置的尺寸。
另外，在图28的结构中，也可代替在光轴变换元件151的入射侧i殳 置反射棱镜155的方式，而在反射棱镜155的全反射面155b的位置设置反 射镜。同样在该情况下，获得与上勤目同的效果。
但是，在以较小的角度改变光的行进方向时，对利用反射作用的情况 下和利用折射作用的情况下进行比较。
在利用反射作用的情况下，如图29 (A)所示的那样，由于入射的光 束的光轴和反射面的法线所成的角度较大，故必须增加具有有限的光束直 径的光束入射所必需的^Jt面的尺寸。与此相对，在利用折射作用的情况 下，如图29 (B)所示的那样，由于入射的光束的光轴和4斤射面的法线所 成的角度较小，具有有限的光束直径的光束入射所必需的折射面的尺寸小。在这里，在图18所示的投影机300的结构中，例如在假定在光轴变 换元件151的光入射侧不具有反射镜152的结构的情况下，由于以来自第 2光轴2a、 2b的照明光轴a、 b与照明光轴L之间形成较小的角度的方式 设置，故为了使照明光轴a、 b与照明光轴L平行，可按照较小的角度， 改变光的行进方向。在这样的情况下，利用折射利用的光轴变换元件是有 效的，具有可有助于照明装置的小型化的情况。
另夕卜，本发明的技术范围并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的 实质的范围内，可改变各种改变。例如，在上述照明装置中，作为均匀的 照明系统采用具有2个透镜阵列的积分光学系统，但是，也可代替该方式， 而采用具有才奉透镜的积分光学系统。在此情况下，可形成下述的结构，其 中，采用不像上述那样使来自各光源部的光束大致平行化而是聚光的特性 的合成透镜，在4吏各光束聚焦的位置设置棒透镜，使来自各光源部的光束 入射棒透镜。或者，在采用孔径较大的棒透镜的情况下，也可形成没有合 成透镜，在多棱锥台状反射体之后，直接设置棒透镜，使来自各光源部的 光束入射棒透镜的结构。
此外，针对构成照明装置的各部件的形状、数量、设置等的具体结构， 可进行适当变更。
权利要求
1.一种照明装置，其特征在于包括第1光源部；多个第2光源部；和光轴变换元件，该光轴变换元件使从上述第1光源部入射的光以其出射光轴与照明光轴大致一致的方式出射，并且使从上述多个第2光源部的各个入射的光，以其出射光轴在接近上述照明光轴的位置与上述照明光轴大致平行的方式出射。
2. 根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于上述第1光源部被配置于照明光轴上，上迷多个第2光源部被配置偏离上述照明光轴的位置。
3. 根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于在上述光轴变换元件的光出射端或其附近，来自上述第l光源部的光聚焦。
4. 根据权利要求2或3所述的照明装置，其特征在于上迷光轴变换元件使从上述多个第2光源部的各个出射的光反射并出射。
5. 根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于上述光轴变换元件具有以相对于上述照明光轴形成预定的角度的方式倾斜的多个反射面，从上述多个第2光源部出射的各光在上述多个反射面中的任一反射面反射。
6. 根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于在构成上述多个反射面的各个反射面或其附近，来自与该反射面相对应的上述笫2光源部的光聚焦。
7. 根据权利要求5或6所述的照明装置，其特征在于上述光轴变换元件的上述反射面为使从上述多个第2光源部的各个出射的光发生表面>^射的表面反射面。
8. 根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于在上述反射面，形成有电介质多层膜。
9. 根据权利要求5或6所述的照明装置，其特征在于上述光轴变换元件的上迷反射面为使从上述多个第2光源部的各个出射的光发生全反射的全反射面。
10. 根据权利要求2或3所迷的照明装置，其特征在于上述光轴变换元件使从上述多个第2光源部的各个出射的光折射并出射。
11. 根据权利要求1 ~ 10中的任一项所述的照明装置，其特征在于上述光轴变换元件具有与上述照明光轴大致垂直的1組平行平面；从上述第1光源部出射的光透射上迷平行平面。
12. 根据权利要求1 ~ 10中的任一项所述的照明装置，其特征在于上述光轴变换元件具有沿上述照明光轴的延伸方向贯通的中空部；从上述第1光源部出射的光透射上述中空部。
13. 根据权利要求1 ~ 12中的任一项所述的照明装置，其特征在于在上述光轴变换元件的光入射侧，具有将从上述第1光源部出射的光的光轴弯曲的第1光源部用光轴变换元件。
14. 根据权利要求1 ~ 13中的任一项所述的照明装置，其特征在于在上述光轴变换元件的光入射侧，具有将从上迷多个第2光源部中的至少1个出射的光的光轴弯曲的第2光源部用光轴变换元件。
15. 根据权利要求1 ~ 14中的任一项所述的照明装置，其特征在于在上述光轴变换元件中，设置有散热部件。
16. 根据权利要求1 ~ 15中的任一项所述的照明装置，其特征在于上述光轴变换元件被收纳于具有光透射性的壳体内。
17. —种投影机，其特征在于具有根据权利要求1 ~ 16中的任一项所述的照明装置；调制来自上述照明装置的光的光调制元件；和投影光学系统，该投影光学系统对由上述光调制元件调制后的光进行放大投影。
18.—种照明方法，其特征在于采用光轴变换元件，使从第1光源部出射的光以其出射光轴与照明光轴大致一致的方式朝向照明对象照射，并且使从多个第2光源部的各个出射的光，以其出射光轴在接近上述照明光轴的位置与上述照明光轴大致平行的方式朝向上述照明对象照射。
全文摘要
本发明的课题在于实现下述的照明装置，在具有多个光源部的照明装置中，减少照明光的亮度不均匀、色不均匀，并且可充分地获得成像性能。本发明的照明装置(10)包括第1光源部(1)；多个第2光源部(2a、2b)；和光轴变换元件(四棱锥台状反射体(3))，该光轴变换元件使从多个第2光源部(2a、2b)的各个入射的光以其出射光轴在接近照明光轴L的位置变得与照明光轴(L)大致平行的方式出射。
文档编号F21V13/00GK101539272SQ200910128050
公开日2009年9月23日 申请日期2009年3月19日 优先权日2008年3月19日
发明者伊藤嘉高 申请人:精工爱普生株式会社