專利名稱：照明裝置和投影機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及照明裝置和投影機。特別是，涉及用液晶型空間光調制裝置的投影機的照明裝置。
背景技術：
采用順序色再捕捉方式(以下稱為“色再捕捉方式”)單板式的投影機是公知的。色再捕捉方式的投影機，包括供給光的光源部，使來自光源部的光均勻化用的棒形積分器，和設在棒形積分器的射出側，進行色分離的色輪。色輪把來自光源部的光色分離成例如紅色光(以下稱為“R光”)、綠色光(以下稱為(G光))、藍色光(以下稱為(B光))等三個波長范圍的光。色再捕捉方式的投影機的技術，在以下的專利文獻1中提出。
專利文獻1特開2001-242416號公報在把來自光源部的光色分離成R光、G光、B光的場合，在色輪上形成僅透射R光的R光透射分色膜，僅透射G光的G光透射分色膜，和僅透射B光的B光透射分色膜。各自的分色膜，分別僅透射特定的波長范圍的光，反射其他波長范圍的光。被分色膜所反射的光朝與到達分色膜為止相反的方向行進，再次入射于棒形積分器。在棒形積分器的光源部側的端面上，形成反射面。因此，被分色膜所反射的光被棒形積分器的反射面所反射，再次朝色輪的方向行進。再次朝色輪的方向行進的光，在與初次入射色輪的光路不同的光路上行進。因此，再次入射色輪的光，入射于與初次入射于色輪的位置不同的位置。因此，再次朝色輪的方向行進的光當中某些分量的光可以透射色輪。重復這種順序，可以提高光利用率。
但是，現有技術的色再捕捉方式的投影機的空間光調制裝置，對應于色輪的高速旋轉，有必要高速地驅動。例如，色輪螺旋形地形成R光透射分色膜、G光透射分色膜和B光透射分色膜而旋轉。在投影機進行的圖像顯示中，關于各色光需要60Hz左右的驅動速度。因此，在用R光、G光、B光等三色的場合，有必要在一幀中以180Hz(＝60Hz×3)左右的速度驅動空間光調制裝置。因此，用進行高速的驅動困難的空間光調制裝置，例如液晶型空間光調制裝置的單板式的投影機，采用用色輪的色再捕捉方式是困難的。因此，在用液晶型空間光調制裝置的場合，存在著作為單板式，而且，提高光利用率困難這樣的問題。此外，液晶型空間光調制裝置，為了提高光的利用效率，控制偏振光的透射率，或反射率。因此，在作為空間光調制裝置用液晶型空間光調制裝置的場合，其照明裝置，有必要效率高地供給特定的振動方向的偏振光。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了解決上述問題而作成的，目的在于提供一種可以效率高地供給特定的振動方向的偏振光，且特定的波長范圍的光，適合于用液晶型空間光調制裝置的單板式投影機的照明裝置，和用該照明裝置的投影機。
為了解決上述課題，實現目的，如果用第1項本發(fā)明，則提供一種照明裝置，其特征在于，包括供給光的光源，使來自前述光源的光的強度分布大致均勻化的棒形積分器，設在前述棒形積分器的射出側，使特定的振動方向的偏振光透射，使與前述特定的振動方向不同的其他振動方向的偏振光反射的反射型偏振片，以及使透射前述反射型偏振片的光當中，特定的波長范圍的光透射，使與前述特定的波長范圍不同的其他波長范圍的光反射的濾色器，其中前述棒形積分器，進而，包括前述光源側的入射端面，使來自前述光源的光入射的在前述入射端面上所形成的開口部，在前述開口部的周邊所形成的反射部，和前述反射型偏振片側的射出端面，前述反射部，靠前述反射型偏振片反射，使從前述射出端面向前述棒形積分器再度入射朝前述入射端面的方向行進的偏振光向前述射出端面的方向反射，前述反射部，進而，使從前述射出端面的第1位置射出被前述濾色器反射向前述棒形積分器再度入射向前述入射端面的方向行進的前述其他波長范圍的光，向前述射出端面的方向反射，從前述射出端面的與前述第1位置不同的第2位置射出。
在第1項本發(fā)明中，射出棒形積分器的光當中，特定的振動方向的偏振光射出反射型偏振片。與此相反，其他振動方向的光被反射型偏振片反射，從射出端面向棒形積分器再次入射。向棒形積分器再次入射的光，例如，在由玻璃構成的棒形積分器的場合，一邊被與空氣的界面反復全反射，一邊朝入射端面的方向行進。再入射的光，在棒形積分器內反復反射，或者從開口部射出經由光源后再次入射于棒形積分器等，借此經過復雜的光路，成為橢圓偏振。成為橢圓偏振的光被入射端面的反射部朝射出端面的方向反射。被反射部反射的橢圓偏振光從射出端面射出。而且，反射型偏振片透射橢圓偏振光當中的，特定的振動方向的偏振光，反射其他振動方向的偏振光。因而，被反射型偏振片所反射的其他振動方向的偏振光，反復再次全反射在上述光路上行進。借此，在偏振光在入射端面的反射部與反射型偏振片之間的光路上再循環(huán)的過程中，可以靠反射型偏振片相繼取出特定的振動方向的偏振光。結果，可以以高的利用效率得到特定的振動方向的偏振光。進而最好是，在棒形積分器的內部設置λ/4相位板。λ/4相位板把被反射型偏振片所反射的，例如直線偏振光變換成圓偏振光。被λ/4相位板所變換的圓偏振光，每當全反射或反射時相位移動π借此偏振方向旋轉的方向變化。然后，再次透射λ/4相位板后，變換成特定的振動方向的直線偏振光透射反射型偏振片。與此相反，再次透射λ/4相位板后，變換成其他振動方向的直線偏振光被反射型偏振片所反射，重復上述再循環(huán)。這樣一來，通過在棒形積分器內以圓偏振光狀態(tài)被反射，可以效率更高地取出想要的直線偏振光分量。
此外，從棒形積分器的射出端面的第1位置射出，透射反射型偏振片的偏振光，入射于濾色器。濾色器使特定的波長范圍的光透射，使其他波長范圍的光反射。也就是說，濾色器透射透射反射型偏振片的特定的振動方向的偏振光當中，進而特定的波長范圍的光。與此相反，被濾色器所反射的其他波長范圍的光，透射反射型偏振片，從棒形積分器的射出端面再次入射。然后，如上所述，入射端面的反射部把在棒形積分器內反復全反射而朝入射端面的方向行進的其他波長范圍的光朝射出端面的方向反射。被反射部所反射的其他波長范圍的光從射出端面的與第1位置不同的第2位置射出。這樣一來，透射反射型相位板的特定的振動方向的偏振光當中其他波長范圍的光，從射出端面的與第1位置不同的第2位置射出。借此，第2次入射于濾色器的其他波長范圍的光，入射于與第1次入射于濾色器的位置不同的濾色器的位置。因此，在由例如分別透射R光、G光、B光的三個濾色器來構成濾色器的場合，第1次入射于濾色器而被反射的光，第2次入射于濾色器的與第1次不同的位置。因此，在第2次入射的位置上有時可以透射濾色器。此外，第2次入射于濾色器，進而被反射的光，再次重復全反射而沿上述光路行進。借此，在光沿入射端面的反射部與濾色器之間的光路再循環(huán)的過程中，可以被濾色器相繼取出特定的波長范圍的光。結果，可以以高的利用效率得到特定的波長范圍的光。這樣一來，如果用上述構成，則可以以高的效率得到特定的振動方向，且特定的波長范圍的光。
此外，作為第1項本發(fā)明的最佳形態(tài)，最好是在前述反射型偏振片與前述濾色器之間的光路內還有透鏡系統(tǒng)，前述透鏡系統(tǒng)，把前述棒形積分器的前述射出端面與前述濾色器設成共軛關系，而且，靠從前述棒形積分器的前述射出端面射出的光遠心地照明前述濾色器。
為了使光在棒形積分器的入射端面的反射部與濾色器之間效率高地往復，有必要使被濾色器所反射的光效率高地向棒形積分器的射出端面入射。本形態(tài)的透鏡系統(tǒng)，把棒形積分器的射出端面與濾色器設成共軛關系。因而，棒形積分器的射出端面與濾色器處于物像關系。因此，從棒形積分器的射出端面的特定的位置射出并被濾色器所反射的其他的波長范圍的光返回射出端面的該特定的位置。借此，可以避免被濾色器所反射的光朝不能向例如射出端面的射出端面入射的方向行進。因而，可以得到高的光的利用效率。此外，透鏡系統(tǒng)還有遠心地照明濾色器的功能。例如，有時與本形態(tài)的照明裝置組合使用液晶型空間光調制裝置。液晶型空間光調制裝置可以根據圖像信號調制入射光的角度范圍在液晶的特性上受限制。如果遠心地照明濾色器，相對濾色器大致平行配置的液晶型空間光調制裝置也被遠心地照明。如遠心地照明液晶型空間光調制裝置，則對其調制面主光線大致垂直地入射。液晶型空間光調制裝置可以最有效地調制對其調制面大致垂直地入射的光。因此，如果把本形態(tài)的照明裝置運用于液晶型空間光調制裝置，則可以效率高地利用光。
此外如果用第1項本發(fā)明的最佳形態(tài)，則最好是前述棒形積分器是具有前述入射端面的面積小于前述射出端面的面積的錐度的圓錐形狀。
在光在具有入射端面的面積小于射出端面的面積的錐度的圓錐狀的棒形積分器內往復的場合，來自射出端面的光，成為與棒形積分器的中心軸的所成角度小的方向，也就是對大致平行于中心軸的方向地射出。因此，在把濾色器對棒形積分器的中心軸大致垂直地配置的場合，從棒形積分器射出的光大致平行于光軸AX，也就是以遠心的狀態(tài)入射于濾色器。借此，可以避免被濾色器所反射的光朝例如不能入射于棒形積分器的射出端面的方向行進。因而，可以得到高的光的利用效率。此外，如果把本形態(tài)的照明裝置運用于液晶型空間光調制裝置，則因為可以遠心地照明故可以效率高地利用光。
進而，如果用第2項本發(fā)明，則可以提供一種照明裝置，其特征在于，包括供給光的光源，使來自前述光源的光的強度分布大致均勻化的棒形積分器，設在前述棒形積分器的射出側，把來自前述光源的光變換成特定的振動方向的偏振光射出的偏振變換元件，以及使從前述偏振變換元件射出的光當中，特定的波長范圍的光透射，使與前述特定的波長范圍不同的其他波長范圍的光反射的濾色器，其中前述棒形積分器，進而，包括前述光源側的入射端面，使來自前述光源的光入射的在前述入射端面上所形成的開口部，在前述開口部的周邊所形成的反射部，和前述偏振變換元件側的射出端面，前述反射部，進而，使從前述射出端面的第1位置射出被前述濾色器反射向前述棒形積分器再度入射向前述入射端面的方向行進的前述其他波長范圍的光，向前述射出端面的方向反射，從前述射出端面的與前述第1位置不同的第2位置射出。
在第2項本發(fā)明中，偏振變換元件把來自光源的光變換成特定的振動方向的偏振光射出。然后，特定的振動方向的偏振光向濾色器入射。然后，與上述第1項發(fā)明的場合同樣，在光沿入射端面的反射部與濾色器之間的光路再循環(huán)的過程中，可以靠濾色器相繼取出特定的波長范圍的光。結果可以以高的利用效率得到特定的波長范圍的光。這樣一來，在第2項發(fā)明中，可以以高的效率得到特定的振動方向，且特定的波長范圍的光。
此外，作為第2項本發(fā)明的最佳形態(tài)，最好是前述偏振變換元件，包括把大致頂點位置朝向前述光源的方向，斷面大致三角形形狀的偏振分離部，在前述偏振分離部的對著前述光源的斜面上所形成的偏振分離膜，以及大致平行于前述偏振分離膜而形成的反射面，前述偏振分離膜設成對來自前述光源的入射光的中心軸成規(guī)定的角度，前述偏振分離膜，使來自前述光源的光當中，具有第1振動方向的偏振光透射，使大致正交于前述第1振動方向的第2振動方向的偏振光反射，前述反射面使被前述偏振分離膜所反射的前述第2振動方向的偏振光，向與前述第1振動方向的偏振光大致同一的方向反射，進而，在來自前述反射面的前述第2振動方向的偏振光的光路內，設置使前述第2振動方向的偏振光變換成前述第1振動方向的偏振光的相位板。
在本形態(tài)中，偏振分離部大致頂點位置朝向光源方向，斷面具有大致三角形形狀。而且，偏振分離膜在偏振分離部的對著光源的斜面上形成。因此，偏振分離膜使來自光源的光當中，第1振動方向的偏振光透射，且使第2振動方向的光朝對斜面大致對著的第2方向反射。而且，被斜面向兩個方向反射的第2振動方向的偏振光，被反射面進一步，朝與透射偏振分離膜的第1振動方向的光的行進方向大致同一的方向反射。被反射面所反射的兩個第2振動方向的偏振光，分別靠相位板變換成第1振動方向的偏振光。借此，在偏振變換元件的射出端面處，可以使透射偏振分離膜的第1振動方向的偏振光的位置，與被偏振分離膜所反射后從第2振動方向變換成第1振動方向的偏振光的位置接近。進而，靠偏振分離膜朝大致對著的兩個方向反射第2振動方向的光。因此，可以使從第2振動方向變換成第1振動方向的光，從對第1振動方向的光大致對稱的位置射出。因而，被濾色器所反射的光，再次透射偏振變換元件之際，入射光的光軸不向不同的方向移動(變位)。因此，可以使光效率高地在入射端面的反射部與濾色器之間的光路中再循環(huán)。
此外，作為第2項本發(fā)明的最佳形態(tài)，最好是前述偏振分離膜，還有對前述入射光的前述中心軸大致垂直的入射端面，前述偏振分離膜與前述入射端面成大致45°的角度，來自前述光源的前述入射光的前述中心軸，與從前述偏振變換元件射出的射出光的中心軸大致一致。
在本形態(tài)中，偏振分離膜還有對入射光的中心軸大致垂直的入射端面，偏振分離膜與入射端面成大致45°的角度。因此，偏振變換元件使取齊于第1振動方向的光大致平行地射出。借此，可以遠心地照明濾色器。此外，來自光源的入射光的中心軸，與從偏振變換元件所射出的光的中心軸大致一致。因此，被濾色器所反射的光，再次透射偏振變換元件之際，不使光軸朝不同的方向移動(變位)。因而，可以得到高的光的利用效率。這樣一來，如果把本形態(tài)的照明裝置運用于液晶型空間光調制裝置，則因為可以遠心地照明故可以效率高地利用光。
此外，作為第1、第2項本發(fā)明的最佳形態(tài)，最好是前述濾色器所透射的前述特定的波長范圍的光，至少是紅色光、綠色光和藍色光。因為透射濾色器的特定的波長范圍的光至少是R光、G光、B光，故可以以高的光利用效率進行明亮的彩色照明。
進而，如果用第3項本發(fā)明，則可以提供一種投影機，其特征在于，包括上述的照明裝置，設在對應于前述濾色器的位置上，根據圖像信號調制入射光而射出的液晶型空間光調制裝置，以及投影由前述液晶型空間光調制裝置所調制的光的投影透鏡。本投影機，因為用上述照明裝置，故可以以高的光利用效率得到明亮的圖像。進而如果用本發(fā)明，則即使用難以進行高速且復雜的驅動的其他空間光調制裝置，也可以把投影機設成單板式，而且可以提高光利用效率。


圖1是根據本發(fā)明的第1實施形態(tài)的投影機的概略構成圖。
圖2是說明用來供給特定的振動方向的偏振光的構成的圖。
圖3是說明用來供給特定的波長范圍的光的構成的圖。
圖4是說明聚光透鏡的功能的圖。
圖5是濾色器的構成例的圖。
圖6是根據本發(fā)明的第2實施形態(tài)的投影機的概略構成圖。
圖7是根據本發(fā)明的第3實施形態(tài)的投影機的概略構成圖。
圖8是偏振變換元件的概略構成圖。
圖9是說明偏振變換元件的作用的圖。
圖10是說明歷來的偏振變換元件的作用的圖。
標號的說明100投影機，101光源，102發(fā)光管，103反射鏡，104棒形積分器，105相位板，106反射型偏振片，107聚光透鏡，108濾色器，110照明裝置，120液晶型空間光調制裝置，130投影透鏡，140屏幕，202a、202b反射鏡，204開口部，600投影機，604棒形積分器，610照明裝置，700投影機，702偏振變換元件，710照明裝置，801偏振分離部，803相位板，805反射面，806偏振分離膜，1002偏振變換元件，1003相位板，1005反射面，1006偏振分離膜，AX光軸，S1入射端面，S2射出端面，r1、r2、r3位置，L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7光，P1第1位置，P2第2位置，R、G、B、W區(qū)域，M焦點，f1、f2焦點位置，LG1第1透鏡組，LG2第2透鏡組，S3入射端面，S4射出端面，AXin入射光的中心軸，AXout射出光的中心軸，S5入射端面，S6射出端面，Lin入射光，Lout射出光
具體實施例方式
以下參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施形態(tài)。
(第1實施形態(tài))圖1示出根據本發(fā)明的第1實施形態(tài)的投影機的概略結構。投影機100，包括照明裝置110，液晶型空間光調制裝置120，和投影透鏡130。投影機100的照明裝置110靠棒形積分器104與反射型偏振片106可以以高的效率供給特定的振動方向的偏振光。此外，照明裝置110靠棒形積分器104，聚光透鏡107，與濾色器108可以以高的效率提供特定的波長范圍的光。
照明裝置110的光源101，由供給光的發(fā)光管102，與橢圓形狀的反射器103來構成。作為發(fā)光管102可以用例如超高壓水銀燈。來自發(fā)光管102的光，直接，或者被反光鏡103反射后，朝棒形積分器104的方向行進。在棒形積分器104的入射端面S1上，形成用來使來自光源101的光入射于棒形積分器104內的開口部204。在棒形積分器104的入射端面S1上設有開口部204。此時，通過使被反射器103反射的光聚光于棒形積分器104的開口部204，可以效率高地利用從光源101所供給的光。再者，光源101，只要是效率高地把光供給到開口部204，不限于由發(fā)光管102與反射器103組成的構成。
圖2(a)示出包括光軸AX的斷面上的棒形積分器104的概略構成。圖2(b)示出從入射端面S1側看棒形積分器104的構成。棒形積分器104使來自光源101的光的強度分布均勻化。而且，棒形積分器104成為斷面大致方形的中空結構，有光源101側的入射端面S1，與反射型偏振片106側的射出端面S2。在開口部204的周邊的，棒形積分器104的內側的面上，形成作為反射部的反射鏡202a。反射鏡202a，可以通過例如蒸鍍鋁、銀等金屬來形成。進而，在棒形積分器104的內周面上也形成反射鏡202b。在棒形積分器104的射出端面S2附近設有λ/4相位板105。關于λ/4相位板105的功能，下文述及。從棒形積分器104的射出端面S2所射出的光，入射于設在棒形積分器104的射出側的反射型偏振片106。反射型偏振片106使特定的振動方向的偏振光，例如p偏振光透射，使與特定的振動方向不同的其他的振動方向的偏振光，例如s偏振光反射。透射反射型偏振片106的光，透射聚光透鏡107后，入射于濾色器108。
圖5示出濾色器108的構成例。在圖5中，濾色器108的區(qū)域R、區(qū)域G、區(qū)域B分別是透射作為特定的波長范圍的光的R光、G光、B光的區(qū)域。例如，在濾色器108上，可以用R光透射分色膜，G光透射分色膜，B光透射分色膜。區(qū)域R僅使作為特定的波長范圍的光R光透射，使作為其他的波長范圍的光的G光與B光反射。透射區(qū)域R的R光，朝液晶型空間光調制裝置120的方向行進。被區(qū)域R所反射的G光、B光返回到棒形積分器104的方向。區(qū)域G使G光透射，使R光與B光反射。區(qū)域B使B光透射，使R光與G光反射。這樣一來，濾色器108，使特定的波長范圍的光透射，使與特定的波長范圍的光不同的其他的波長范圍的光反射。借此，濾色器108把來自光源101的光色分離。通過使濾色器108所透射的特定的波長范圍的光為R光、G光、B光，可以進行彩色照明。再者，圖5中所示的濾色器108的區(qū)域W，是使來自聚光透鏡107的光原封不動透射的區(qū)域。例如，在區(qū)域W上，可以用無色的透明膜等。
如果設置區(qū)域W，則靠透射區(qū)域W的光，可以得到明亮的投影像。液晶型空間光調制裝置120以濾色器108的區(qū)域R、區(qū)域G、區(qū)域B、區(qū)域W為一組，形成像素。再者，濾色器108也可以不設置區(qū)域W而由區(qū)域R、區(qū)域G、區(qū)域B構成。此外，濾色器108的各區(qū)域的配置，不限于圖示者?；氐綀D1，來自濾色器108的光，入射于液晶型空間光調制裝置120。液晶型空間光調制裝置120，根據圖像信號調制入射光，朝投影透鏡130的方向射出。投影透鏡130把被液晶型空間光調制裝置120所調制的光投影到屏幕140。
接下來，用圖2，就作為本發(fā)明的特征性部分的，用來供給特定的振動方向的偏振光的構成進行說明。從光源101所供給，從開口部204入射到棒形積分器104的內部的光，被棒形積分器104的內部的反射鏡202b所反射。然后，透射λ/4相位板105，從棒形積分器104的射出面S2射出的光L1，入射于反射型偏振片106。反射型偏振片106，使作為特定的振動方向的偏振光，例如p偏振光透射。與此相反，作為其他的振動方向的偏振光，例如s偏振光，被反射型偏振片106所反射，朝與直到入射于反射型偏振片106前相反的方向行進(光L2)。然后，光L2從射出端面S2入射于棒形積分器104。
從射出端面S2入射于棒形積分器104的光L2，再次透射λ/4相位板105。這里，作為s偏振光的光L2，變換成圓偏振(例如，左旋)。再入射于棒形積分器104的光L2，一邊被反射鏡202b重復反射，一邊朝入射端面S1的方向行進。
再入射于棒形積分器104的光L2，在反射鏡202b上的位置r1處最初被反射。此時，圓偏振光通過反射而偏振面旋轉，成為偏振光的旋轉方向朝相反方向變化的圓偏振(右旋)。接著，圓偏振光通過在開口部204附近的反射鏡202a上的位置r2處被反射，再次成為左旋的圓偏振光。光L2，通過被反射鏡202a所反射，再次朝射出端面S2的方向行進。在射出端面S2的方向行進的左旋的圓偏振光，在反射鏡202b上的位置r3處被反射，再次成為右旋的圓偏振光。成為右旋的圓偏振朝射出端面S2的方向行進的光，入射于λ/4相位板105，變換成作為直線偏振的p偏振光。被λ/4相位板105變換成p偏振光的光，朝反射型偏振片106的方向行進，透射反射型偏振片106(光L3)。
到此為止的就光的反射的說明，針對關于被反射型偏振片106所反射的光當中的一部分的光的行為。實際上，被反射型偏振片106所反射的直線偏振光的大部分在棒形積分器104與反射型偏振片106之間復雜地重復反射。此外，被反射型偏振片106所反射的直線偏振光的一部分朝入射端面的方向行進從開口部204射出后，被光源101所反射再次入射于棒形積分器104。因此，本發(fā)明者驗證確認即使未設置λ/4相位板105，被反射型偏振片106所反射在棒形積分器104內行進的直線偏振光也成為橢圓偏振光。因此，沒有必要一定設置λ/4相位板105。但是，通過設置λ/4相位板105可以可靠地把直線偏振光變換成圓偏振光，可以以高的利用效率得到特定的振動方向的偏振光。
借此，偏振光在入射端面S1的反射鏡202與反射型偏振片106之間的光路上再循環(huán)。在該循環(huán)過程中，靠反射型偏振片106可以相繼取出特定的振動方向的偏振光。結果，可以以高的利用效率得到特定的振動方向的偏振光。再者，棒形積分器104，也可以不如上所述制成在內周面上設置反射鏡202b的中空結構，而是用光學上透明的構件，例如內部全都用玻璃構件構成的方柱形狀。在用玻璃構成棒形積分器104的場合，入射于棒形積分器104的光一邊被玻璃構件與空氣的界面重復全反射一邊在棒形積分器104內行進。在該場合，在玻璃構件的入射端面S1上，粘結設置作為反射部的反射鏡202a。從射出端面S2朝入射端面S1的方向行進的光，與中空結構的用反射鏡202b的場合同樣，通過被反射鏡202a所反射，再次朝射出端面S2的方向行進。此外，不限于λ/4相位板105設在射出端面S2附近的構成。只要是能夠靠反射鏡202a、202b反射變換成圓偏振光的光的構成，也可以取為例如把λ/4相位板105配置在棒形積分器104的大致中央部分，或入射端面S1附近的構成。
接下來，就在本實施形態(tài)中，用來效率高地供給特定的波長范圍的光的構成進行說明。從反射型偏振片106所射出的作為特定的振動方向的偏振光的p偏振光，透射聚光透鏡107。而且，聚光透鏡107具有使來自反射型偏振片106的光的主光線對光軸AX大致平行的功能。借此，濾色器108可以遠心地照明。液晶型空間光調制裝置120可以根據圖像信號調制入射光的入射光的角度范圍在液晶的特性上受限制。具體地說，液晶型空間光調制裝置120可以效率最高地調制對其調制面大致垂直地入射的光。這里，濾色器108靠聚光透鏡107遠心地照明。因此，對濾色器108大致平行地配置的液晶型空間光調制裝置120也被遠心地照明。如果液晶型空間光調制裝置120被遠心地照明，則主光線對其調制面大致垂直地入射。結果，液晶型空間光調制裝置120可以效率高地調制光。
如上所述，濾色器108，使特定的波長范圍的光透射，使與特定的波長范圍的光不同的其他的波長范圍的光反射。通過使被濾色器108所反射的光再次朝濾色器108的方向行進，使之透射濾色器108，可以效率高地把特定的波長范圍的光供給到液晶型空間光調制裝置120。圖3示出用來把特定的波長范圍的光供給到液晶型空間光調制裝置120的，棒形積分器104與濾色器108的構成。為了簡單地進行說明，在圖3中，省略了反射型偏振片106與濾色器108之間的聚光透鏡107。
關于用來效率高地利用特定的波長范圍的光的聚光透鏡107的功能，下文用圖4述及。此外，在圖3中，濾色器108的記為R、G、B的各自的部分，表示用圖5說明的區(qū)域R、區(qū)域G、區(qū)域B。為了簡潔地進行說明，圖3中所示的濾色器108，表示與圖5中所示的構成不同的構成。
從棒形積分器104的開口部204入射的光，被棒形積分器104內的反射鏡202b所反射，在透射λ/4相位板105后從射出端面S2的第1位置P1射出(光L4)。從第1位置P1射出的光L4入射于反射型偏振片106。反射型偏振片106，如上所述，使特定的振動方向的偏振光，例如，p偏振光透射。透射反射型偏振片106的p偏振光，入射于濾色器108。濾色器108，進一步使p偏振光當中特定的波長范圍的光透射。此外，濾色器108，使特定的波長范圍以外的光反射。例如，如圖3中所示，光L4入射于濾色器108上的區(qū)域B。濾光鏡108，使作為特定的波長范圍的光的B光透射，使作為特定的波長范圍以外的光的R光與G光反射。透射濾色器108的B光，被液晶型空間光調制裝置120所調制。
被濾色器108所反射的R光與G光(光L5)朝與直到入射于濾色器108前相反的方向行進，透射反射型偏振片106。然后，光L5從射出端面S2再次入射于棒形積分器104。入射于棒形積分器104的光L5，一邊被反射鏡202b反射一邊朝入射端面S1的方向行進，被反射鏡202a朝射出端面S2的方向反射。被反射鏡202a所反射后，進而一邊被反射鏡202b反射一邊朝射出端面S2的方向行進的光L6，從射出端面S2的與第1位置P1不同的第2位置P2射出。光L6，與光L4同樣，透射反射型偏振片106后，入射于濾色器108。這里，光L6從與光L4射出的第1位置P1不同的第2位置P2射出。因此，光L6在濾色器108上，入射于與光L4入射的位置不同的位置。例如，光L6，如圖3中所示，從第2位置P2射出透射反射型偏振片106后，入射于濾色器108上的區(qū)域G。如上所述，光L4入射于區(qū)域B。因此，光L6入射于與光L4入射的位置不同的位置。光L6，因為是R光與G光，所以作為特定的波長范圍的光的G光透射濾色器108。此外，作為特定的波長范圍以外的光的R光，被濾色器108所反射，再次朝棒形積分器104的方向行進(光L7)。
這樣一來，最初入射于濾色器108而被反射的光，在其后再次入射于濾色器108時，入射于與最初入射的位置不同的位置。因此，再次入射于濾色器108的光有時可以透射濾色器108。此外，再次入射于濾色器108，進而被反射的光，在棒形積分器104內重復反射在上述光路上行進。借此，在光在入射端面S1的反射鏡202a與濾色器108之間的光路上再循環(huán)的過程中，可以靠濾色器108相繼取出特定的波長范圍的光。結果，可以以高的利用效率得到特定的波長范圍的光。
接下來，用圖4就聚光透鏡107的功能進行說明。圖1中所示的聚光透鏡107，從光源101側依次，由雙凸透鏡、雙凹透鏡、雙凸透鏡等三個透鏡來構成。與此相對照，圖4中所示的聚光透鏡107，為方便起見，分成第1透鏡組LG1，和第2透鏡組LG2，說明其功能。聚光透鏡107的第2透鏡組LG2，從第2透鏡組LG2射出的光的主光線對光軸AX成為大致平行地，遠心地照明濾色器108。進而，為了以高的利用效率得到特定的波長范圍的光，有必要使光效率高地在棒形積分器104的入射端面S1的反射鏡202a(參照圖3)，與濾色器108之間往復，故聚光透鏡107還兼用使被濾色器108所反射的光效率高地入射于棒形積分器104的射出端面S2的功能。
如圖4中所示，通過設置聚光透鏡107，棒形積分器104的射出端面S2，與濾色器108的入射面處于共軛關系。從棒形積分器104的射出端面S2的一點射出的光，透射聚光透鏡107，成像于濾色器108的入射面的一點。因為棒形積分器104的射出端面S2，與濾色器108的入射面為共軛關系，所以可以使被濾色器108所反射的光必定從棒形積分器104的射出端面S2入射于棒形積分器104。這樣一來，從棒形積分器104的射出端面S2的特定的位置射出，被濾色器108所反射的光再次回到射出端面S2的該特定的位置。借此，可以避免被濾色器108所反射的光，例如朝不能向棒形積分器104的射出端面S2入射的方向行進。因而，可以得到高的利用效率。
此外，聚光透鏡107設置成第1透鏡組LG1的焦點與第2透鏡組LG2的焦點為同一位置M。為此，第1透鏡組LG1與第2透鏡組LG2配置于使第1透鏡組LG1的焦點位置f1與第2透鏡組LG2的焦點位置f2一致的距離間隔。借此，遠心地照明濾色器108，而且，可以得到高的光利用效率。
本發(fā)明的投影機100靠棒形積分器104與反射型偏振片106，可以效率高地利用特定的振動方向的光。此外，靠棒形積分器104與濾色器108，可以效率高地利用特定的波長范圍的光，收到得到明亮的圖像這樣的效果。此外，通過設置聚光透鏡107，遠心地照明濾色器108，而且，收到可以效率高地利用被濾色器108所反射的光這樣的效果。進而如果用本實施形態(tài)的構成，則即使用難以進行高速的驅動的其他的空間光調制裝置，也可以把投影機100制成單板式，而且，可以提高光利用效率。
(第2實施形態(tài))圖6示出根據本發(fā)明的第2實施形態(tài)的投影機600的概略構成。對與上述第1實施形態(tài)同一的部分賦予同一的標號，省略重復的說明。本實施形態(tài)的投影機600特征在于照明裝置610的棒形積分器604。棒形積分器604由具有入射端面S3的面積小于射出端面S4的面積的錐度的圓錐形狀組成。透射λ/4相位板105從棒形積分器604的射出端面S4射出的光，入射于反射型偏振片106。特定的振動方向的光透射反射型偏振片106，入射于濾色器108。被濾色器108所反射的特定的波長范圍以外的光，從射出端面S4再次入射于棒形積分器604。
從射出端面S4入射的光，在棒形積分器604內重復反射。棒形積分器604是具有入射端面S3的面積小于射出端面S4的面積的錐度的圓錐形狀。因此，從射出端面S4所射出的光，沿對棒形積分器604的中心軸的夾角小的方向，也就是大致平行于中心軸的方向射出。如果使棒形積分器604的中心軸大致平行于光軸AX，則從棒形積分器604射出的光，成為主光線大致平行于光軸AX地入射于濾色器108。因而，可以遠心地照明濾色器108。此外，可以避免被濾色器108所反射的光，例如，沿不能向棒形積分器604的射出端面S4的方向行進。借此，收到可以效率高地利用特定的波長范圍的光這樣的效果。
本發(fā)明的棒形積分器604，通過調整對棒形積分器604的中心軸的錐度的角度，可以效率高地利用特定的波長范圍的光。此外，不把棒形積分器604的射出端面S4與濾色器108的入射面設成共軛關系，可以效率高地使被濾色器108所反射的光再循環(huán)。因此，本實施形態(tài)的投影機600的照明裝置610，與第1實施形態(tài)的投影機100的照明裝置110不同，沒有必要設置聚光透鏡107。再者，棒形積分器604的形狀，雖然取為具有錐度的圓錐形狀，但是不限于此。只要是可以使被濾色器108所反射的光效率高地入射于棒形積分器604的形狀，例如，也可以是具有錐度的棱錐形狀。
(第3實施形態(tài))圖7示出根據本發(fā)明的第3實施形態(tài)的投影機700的概略構成。對與上述第1實施形態(tài)同一的部分賦予同一的標號，省略重復的說明。本實施形態(tài)的投影機700，特征在于在照明裝置710內設有偏振變換元件702。如圖7中所示，偏振變換元件702設在棒形積分器104的射出側，聚光透鏡107的雙凹透鏡與雙凸透鏡之間。偏振變換元件702把來自光源101的光變換成特定的振動方向的偏振光，例如p偏振光射出。
被偏振變換元件702變換成p偏振光的光，與上述實施形態(tài)同樣，入射于濾色器108。被濾色器108所反射的特定的波長范圍以外的光，透射偏振變換元件702朝棒形積分器104的方向行進。如圖8中所示，偏振變換元件702具有對入射光的中心軸AXin大致垂直的入射端面S5?？繌木酃馔哥R107到偏振變換元件702的透鏡，棒形積分器104的入射端面S1與偏振變換元件702的入射端面S5處于共軛關系。進而，靠聚光透鏡107，棒形積分器104的射出端面S2與濾色器108處于共軛關系。
圖8示出偏振變換元件702的斷面構成。在偏振變換元件702上設有偏振分離部801，反射面805和相位板803。偏振分離部801斷面為大致三角形形狀，把大致頂點位置朝向光源101(參照圖7)的方向設置。此外，偏振分離部801是成為大致三角形狀的面在對著光源101的斜面上，形成偏振分離膜806。偏振分離膜806設定成對來自光源101的入射光的中心軸AXin成規(guī)定的角度。偏振分離膜806設置成對入射端面S5成大致45°的角度。反射面805大致平行于偏振分離膜806地形成。相位板803粘接于偏振變換元件702的射出端面S6上的，偏振分離部801彼此之間的區(qū)域。
用圖9，說明偏振變換元件702把入射光變換成特定的振動方向的偏振光的作用。偏振分離膜806使入射于偏振分離膜806的光當中的第1振動方向的偏振光，例如p偏振光透射。透射偏振分離膜806的p偏振光，原封不動地從偏振變換元件702的射出端面S6射出。此外，偏振分離膜806使入射于偏振分離膜806的光當中與第1振動方向大致正交的第2振動方向的偏振光，例如s偏振光反射。偏振分離膜806沿對應于偏振分離部801的斜面的方向的兩個方向使s偏振光反射。這樣一來，偏振分離膜806分離p偏振光與s偏振光。
被偏振分離膜806向兩個方向反射的s偏振光，在對著偏振分離膜806的位置上，入射于大致平行于偏振分離膜806形成的反射面805。入射于反射面805的s偏振光，朝射出端面S6的方向反射，沿與透射偏振分離膜806的p偏振光的行進方向大致同一的方向行進。而且，朝射出端面S6的方向行進的s偏振光，入射于設在射出端面S6上的相位板803。入射于相位板803的s偏振光，變換成作為第1振動方向的偏振光的p偏振光，與透射偏振分離膜806的p偏振光同樣地，從偏振變換元件702射出。這樣一來，偏振變換元件702把入射光變換成p偏振光。
這里，與本實施形態(tài)的偏振變換元件702相比較，用圖10，就歷來的偏振變換元件1002引起的偏振光的變換進行說明。偏振變換元件1002的偏振分離膜1006與反射面1005全都設置成對入射光的中心軸AXin成規(guī)定的角度。入射于偏振分離膜1006的光當中，p偏振光原封不動地透射，s偏振光朝反射面1005的方向反射。而且，被反射面1005所反射的s偏振光，被相位板1003變換成p偏振光射出。偏振變換元件1002，關于哪個偏振分離膜1006都是，使被偏振分離膜1006反射的s偏振光朝同一方向行進后，被反射面1005反射。因此，s偏振光被相位板1003變換成p偏振光后，從對透射偏振分離膜1006的p偏振光僅向一個方向移動(變位)的位置射出。因而，偏振變換元件1002使射出光的中心軸AXout對入射光的中心軸AXin移動。如果射出光的中心軸AXout對入射光的中心軸AXin移動，則每當光在棒形積分器104的入射端面S1與濾色器108之間往復光的中心軸就移動。如果光的中心軸移動，則在棒形積分器104的射出端面S2或濾色器108處未被取入的光增加，效率高地利用光變得困難。
回到圖9，就偏振變換元件702的特征進行說明。去往偏振變換元件702的入射光的中心軸AXin，與來自偏振變換元件702的射出光的中心軸AXout大致同一，是偏振變換元件702的特征。通過在偏振分離部801的斜面上設置偏振分離膜806，使被偏振分離膜806所反射的s偏振光沿兩個方向行進。此外，靠反射面805，使沿兩個方向行進的s偏振光入射于相位板803。借此，在射出端面S6處，可以使使透射偏振分離膜806的p偏振光射出的位置，與使被相位板803從s偏振光變換的p偏振光射出的位置更加接近。進而，如圖9中所示，被偏振分離膜806所反射并沿兩個方向行進的s偏振光，分別被相位板803變換成P偏振光后，可以從對透射偏振分離膜806的p偏振光大致對稱的位置射出。借此，偏振變換元件702可以使入射光的中心軸AXin與射出光的中心軸AXout大致同一。
通過使入射光的中心軸AXin與射出光的中心軸AXout大致同一，可以效率高地利用被濾色器108(參照圖7)所反射的光。通過使入射光的中心軸AXin與射出光的中心軸AXout大致同一，即使光幾次透射偏振變換元件702，入射光的光軸也不向不同的方向移動。借此，收到可以以高的效率得到特定的波長范圍的光這樣的效果。此外，如果偏振分離膜806與入射端面S5成大致45°的角度，則通過大致平行于偏振分離膜806地設置反射面805，偏振變換元件702大致平行地射出在第1振動方向上取齊的光。借此，可以遠心地照明濾色器108，可以收到以高的效率利用光這樣的效果。
再者，雖然在本實施形態(tài)中，如圖7中所示，把偏振變換元件702配置于聚光透鏡107的雙凹透鏡與雙凸透鏡之間，但是偏振變換元件702的配置位置不限于此。只要是能夠效率高地利用來自光源101的光，可以適當地變更偏振變換元件702的配置位置而構成照明裝置710。進而，雖然本發(fā)明的投影機100取為通過使光透射液晶型空間光調制裝置120來顯示圖像的構成，但是也可以取為通過靠液晶型空間光調制裝置120反射光來顯示圖像的構成。
權利要求
1.一種照明裝置，其特征在于，包括供給光的光源，使來自前述光源的光的強度分布基本均勻化的棒形積分器，設在前述棒形積分器的射出側，使特定的振動方向的偏振光透射，使與前述特定的振動方向不同的其他振動方向的偏振光反射的反射型偏振片，以及使透射前述反射型偏振片的光當中，特定的波長范圍的光透射，使與前述特定的波長范圍不同的其他波長范圍的光反射的濾色器，前述棒形積分器，進而，包括前述光源側的入射端面，使來自前述光源的光入射的在前述入射端面上所形成的開口部，在前述開口部的周邊所形成的反射部，和前述反射型偏振片側的射出端面，前述反射部，以前述反射型偏振片反射，使從前述射出端面向前述棒形積分器再度入射朝前述入射端面的方向行進的偏振光向前述射出端面的方向反射，前述反射部，進而，使從前述射出端面的第1位置射出被前述濾色器反射向前述棒形積分器再度入射向前述入射端面的方向行進的前述其他波長范圍的光，向前述射出端面的方向反射，從前述射出端面的與前述第1位置不同的第2位置射出。
2.如權利要求1中所述的照明裝置，其特征在于，在前述反射型偏振片與前述濾色器之間的光路內還有透鏡系統(tǒng)，前述透鏡系統(tǒng)，把前述棒形積分器的前述射出端面與前述濾色器設成共軛關系，而且，通過從前述棒形積分器的前述射出端面射出的光遠心地照明前述濾色器。
3.如權利要求1中所述的照明裝置，其特征在于，前述棒形積分器是具有前述入射端面的面積小于前述射出端面的面積的錐度的圓錐形狀。
4.一種照明裝置，其特征在于，包括供給光的光源，使來自前述光源的光的強度分布基本均勻化的棒形積分器，設在前述棒形積分器的射出側，把來自前述光源的光變換成特定的振動方向的偏振光射出的偏振變換元件，以及使從前述偏振變換元件射出的光當中，特定的波長范圍的光透射，使與前述特定的波長范圍不同的其他波長范圍的光反射的濾色器，前述棒形積分器，進而，包括前述光源側的入射端面，使來自前述光源的光入射的在前述入射端面上所形成的開口部，在前述開口部的周邊所形成的反射部，和前述偏振變換元件側的射出端面，前述反射部，進而，使被前述濾色器反射從前述射出端面的第1位置向前述棒形積分器再度入射向前述入射端面的方向行進的前述其他波長范圍的光，向前述射出端面的方向反射，從前述射出端面的與前述第1位置不同的第2位置射出。
5.如權利要求4中所述的照明裝置，其特征在于，前述偏振變換元件，包括把基本上頂點位置朝向前述光源的方向，斷面基本為三角形形狀的偏振分離部，在前述偏振分離部的與前述光源對向的斜面上所形成的偏振分離膜，以及基本平行于前述偏振分離膜而形成的反射面，前述偏振分離膜設成對來自前述光源的入射光的中心軸成預定的角度，前述偏振分離膜，使來自前述光源的光當中，具有第1振動方向的偏振光透射，使基本正交于前述第1振動方向的第2振動方向的偏振光反射，前述反射面使被前述偏振分離膜所反射的前述第2振動方向的偏振光，向與前述第1振動方向的偏振光基本同一的方向反射，進而，在來自前述反射面的前述第2振動方向的偏振光的光路內，設置使前述第2振動方向的偏振光變換成前述第1振動方向的偏振光的相位板。
6.如權利要求5中所述的照明裝置，其特征在于，前述偏振分離膜，還有對前述入射光的前述中心軸垂直的入射端面，前述偏振分離膜與前述入射端面基本成45°的角度，來自前述光源的前述入射光的前述中心軸，與從前述偏振變換元件射出的射出光的中心軸基本一致。
7.如權利要求1～6中的任何一項中所述的照明裝置，其特征在于，前述濾色器所透射的前述特定的波長范圍的光，至少是紅色光、綠色光和藍色光。
8.一種投影機，其特征在于，包括如權利要求1～7中的任何一項中所述的照明裝置，設在對應于前述濾色器的位置上，根據圖像信號調制入射光而射出的液晶型空間光調制裝置，以及投影由前述液晶型空間光調制裝置所調制的光的投影透鏡。
全文摘要
提供一種可以以高的效率供給特定的振動方向的偏振光，且特定的波長范圍的光，適用于用液晶型空間光調制裝置的單板式投影機的照明裝置。包括光源(101)，棒形積分器(104)，反射型偏振片(106)，以及濾色器(108)，反射部(202a)，靠反射型偏振片(106)反射，使從射出端面S2向棒形積分器(104)再度入射朝入射端面(S1)的方向行進的偏振光向射出端面(S2)的方向反射，反射部(202a)，進而，使從射出端面(S2)的第1位置(P1)射出被濾色器(108)反射向棒形積分器(104)再度入射向入射端面(S1)的方向行進的其他波長范圍的光，向射出端面(S2)的方向反射，從射出端面(S2)的與第1位置(P1)不同的第2位置(P2)射出。
文檔編號G02F1/13GK1577049SQ20041004967
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月23日 優(yōu)先權日2003年7月4日
發(fā)明者有賀進 申請人:精工愛普生株式會社