CN1175303C - 偏振光照明装置及投影型显示装置 - Google Patents

Abstract

在偏振光照明装置中，从第1和第2光源部101、102射出的随机偏振光，由偏振光分离·合成光学元件201按两种偏振光分别进行方向分离后，形成相对于x方向偏移的二次光源像并使偏振方向一致。这时，为使由来自第1和第2光源部101、102的射出光形成的z偏振光(偏振方向与z方向平行的光)的二次光源像彼此重合、并使x偏振光(偏振方向与x方向平行的光)的二次光源像彼此重合，将第1～第3聚光镜板301、302、303中的至少2个聚光镜板配置在相对于偏振光分离·合成光学元件201平行偏移的位置。因此，即使采用多个光源也不会使照明角增大，并且能够提供可以利用两个偏振光分量的偏振光照明装置。

Description

偏振光照明装置及投影型显示装置

技术领域

本发明涉及利用将偏振方向调整一致后的偏振光的偏振光照明装置及采用了该偏振光照明装置的投影型显示装置。详细地说，本发明涉及用于一边将从2个光源部射出的光的偏振方向调整一致一边将其合成的结构技术。

背景技术

在采用了型式如液晶元件的对特定偏振光进行调制的调制元件的液晶显示装置中，只能利用从光源射出的光所具有的两种偏振光分量中的一种偏振光分量。因此，为了获得明亮的投影图象，必须提高光的利用效率。然而，由于在采用唯一光源的投影型显示装置中光利用效率的提高是有限度的，因此，采用多个光源增加光量也是用于获得明亮投影图象的一种手段。

但是，如果仅仅是将多个光源简单地并列布置，则将使光源像的面积增加与光源数相应的倍数，但这也只是使照射被照明区域的光的角度分布得到扩大(照射角增大)，而每一定面积上的光量与采用唯一光源的场合相同。因此，在这种情况下，即使采用多个光源实际上也并不能增加每一定面积上的光量。

另外，即使采用多个光源能够增加光量，但如果从光源射出的光所具有的两种偏振光分量中只能利用一种偏振光分量，其光量的一半就浪费掉了，因而其效率降低了一半。

发明内容

本发明的课题是提供一种虽采用多个光源也不会使照明角增大、且可以利用两种偏振光分量的偏振光照明装置，另外，还提供一种能够投影出极其明亮的投影图象的投影型显示装置。

为解决上述课题，在本发明中，提供一种偏振光照明装置，备有：沿互相垂直的X、Y、Z轴的X轴将光出射的第1光源部；沿Z轴将光出射的第2光源部；偏振光分离·合成光学元件，具有使从上述第1光源部射出的光中偏振方向与入射面平行的直线偏振光透过并对偏振方向与入射面正交的直线偏振光进行反射的第1偏振光分离膜、使从上述第2光源部射出的光中偏振方向与入射面正交的直线偏振光透过并对偏振方向与入射面平行的直线偏振光进行反射的第2偏振光分离膜、且上述X、Y、Z轴的交点为其中心位置；第1聚光反射光学元件，备有在使透过上述第1偏振光分离膜的上述直线偏振光的传播方向大致反转的同时形成聚光像的多个微小聚光反射元件；第2聚光反射光学元件，备有在使由上述第1偏振光分离膜及上述第2偏振光分离膜反射后的上述直线偏振光的传播方向大致反转的同时形成聚光像的多个微小聚光反射元件；第3聚光反射光学元件，备有在使透过上述第2偏振光分离膜的上述直线偏振光的传播方向大致反转的同时形成聚光像的多个微小聚光反射元件；第1偏振状态变换光学元件，配置在上述偏振光分离·合成光学元件与上述第1聚光反射光学元件之间；第2偏振状态变换光学元件，配置在上述偏振光分离·合成光学元件与上述第2聚光反射光学元件之间；第3偏振状态变换光学元件，配置在上述偏振光分离·合成光学元件与上述第3聚光反射光学元件之间；及偏振变换光学元件，用于将由上述偏振光分离·合成光学元件合成、沿上述Y轴射出直线偏振光的偏振方向调整一致；

该偏振光照明装置的特征在于：将上述第1聚光反射光学元件相对于XZ平面平行地移动而配置，以使得上述第1聚光反射光学元件的中心不位于上述X轴上；

将上述第2聚光反射光学元件相对于XZ平面平行地移动而配置，以使得上述第2聚光反射光学元件的中心不位于上述Y轴上；

将上述第3聚光反射光学元件相对于XY平面平行地移动而配置，以使得上述第3聚光反射光学元件的中心不位于上述Z轴上；

由上述第1聚光反射光学元件及上述第3聚光反射光学元件的上述微小聚光反射元件反射、并经过上述偏光分离·合成光学元件而入射到上述偏振变换光学元件的光束的中心轴与由上述第2聚光反射光学元件的上述微小聚光反射元件反射、并经过上述偏光分离·合成光学元件而入射到上述偏振变换光学元件的光束的中心轴，相互平行、且不重合。

如更详细地说明本发明的偏振光照明装置的结构，则如下所述。

首先，在从第1光源部射出的偏振方向随机的光(以下，称作「随机偏振光」)中，偏振方向与入射面平行的直线偏振光透过第1偏振光分离膜，并由第1偏振光分离膜对偏振方向与入射面正交的直线偏振光进行反射。另一方面，在从第2光源部射出的随机偏振光中，偏振方向与入射面正交的直线偏振光透过第2偏振光分离膜，并由第2偏振光分离膜对偏振方向与入射面平行的直线偏振光进行反射。这里，所谓「入射面」，是在光学领域中使用的技术术语，其含义为包含对膜入射的光束的中心轴及相对于膜的法线的虚拟平面。

透过第1偏振光分离膜的直线偏振光，通过第1偏振状态变换光学元件并由第1聚光反射光学元件进行反射后，再次通过第1偏振状态变换光学元件，并射向偏振光分离·合成光学元件。这时，该光线由第1聚光反射光学元件分离为多个中间光束，同时因通过第1偏振状态变换光学元件2次而被变换为其偏振方向约为90度的不同直线偏振光。因此，当该光线返回偏振光分离·合成光学元件时，由第1偏振光分离膜进行反射，并射向偏振变换光学元件。将通过如上方式射向偏振变换光学元件的偏振光看作第1偏振光束。

由第1偏振光分离膜及第2偏振光分离膜反射后的直线偏振光，通过第2偏振状态变换光学元件并由第2聚光反射光学元件进行反射后，再次通过第2偏振状态变换光学元件，并射向偏振光分离·合成光学元件。这时，该光线由第2聚光反射光学元件分离为多个中间光束，同时因通过第2偏振状态变换光学元件2次而被变换为其偏振方向约为90度的不同直线偏振光。因此，当该光线返回偏振光分离·合成光学元件时，透过第1、第2偏振光分离膜，并射向偏振变换光学元件。通过如上方式射向偏振变换光学元件的偏振光，是偏振方向与第1偏振光束大致正交的偏振光。将其看作第2偏振光束。

透过第2偏振光分离膜的直线偏振光，通过第3偏振状态变换光学元件并由第3聚光反射光学元件进行反射后，再次通过第3偏振状态变换光学元件，并射向偏振光分离·合成光学元件。这时，该光线由第3聚光反射光学元件分离为多个中间光束，同时因通过第3偏振状态变换光学元件2次而被变换为其偏振方向约为90度的不同直线偏振光。因此，当该光线返回偏振光分离·合成光学元件时，由第2偏振光分离膜进行反射，并射向偏振变换光学元件。该偏振光具有与第1偏振光束相同的偏振方向。所以，也将其看作第1偏振光束。

第1偏振光束的中心轴与第2偏振光束的中心轴，相互平行、且不重合。从而，第1偏振光束的聚光像与第2偏振光束的聚光像，在彼此不同的位置上形成。因此，可以利用偏振变换光学元件将第1偏振光束的偏振方向与第2偏振光束的偏振方向调整一致。

按照如上所述的结构，在本发明的偏振光照明装置中，尽管采用2个光源部，也不会使照明光对被照明区域的入射角度(照明角)增大，并可以使照明面积与1个光源部的照明面积基本相同。因此，与采用1个光源部的情况相比，能使每一定面积上的光量增加到大约2倍，所述能非常明亮地照亮照明区域。另外，如果使由各聚光反射光学元件分离出的中间光束重叠在被照明区域的一个部位上，则可以对被照明区域进行均匀的照明。因此，如将本发明的偏振光照明装置用作显示装置的光源，则能获得极其均匀的图象。此外，在本发明的偏振光照明装置中，可以将从第1和第2光源部射出的随机偏振光几乎无损失地调整并合成为一种偏振光。因此，如果在使用了型式如液晶元件的对特定偏振光进行调制的调制元件的显示装置中采用本发明的偏振光照明装置，则可以获得极其明亮的图象。

进一步，由第1聚光反射光学元件及第3聚光反射光学元件的微小聚光反射元件反射后入射到偏振变换光学元件的光束的中心轴与由第2聚光反射光学元件的微小聚光反射元件反射后入射到偏振变换光学元件的光束的中心轴，相互平行，这种情况就意味着由第1～第3聚光反射光学元件的微小聚光反射元件反射后的光以大致相同的角度入射到偏振光分离·合成光学元件。因此，即使是偏振光分离·合成光学元件的偏振光分离·合成特性易受光的入射角度的影响时，也能进行稳定的偏振光分离·合成，因而可以获得不均匀性很小的照明光。

另外，关于配置第1～第3聚光反射光学元件的位置，并不是明确规定的性质。总之，只需将第1～第3聚光反射光学元件配置成使第1中间光束与第3中间光束重合在偏振变换光学元件上、且不使第1和第3中间光束与第2中间光束在偏振变换光学元件上重合即可。

在本发明中，上述微小聚光反射元件，与被照明区域的形状可以为相似形。由于来自光源部的光被聚光反射元件分离为多个光束并最终重叠在被照明区域上，所以，通过采用如上所述的结构，可以将来自光源部的光无损失地导向被照明区域。

在本发明中，可以在上述偏振变换光学元件的入射面侧或射出面侧配置备有多个聚光元件的聚光光学元件，用于对从上述偏振光分离·合成光学元件射出的光进行聚光。通过配置这种聚光光学元件，可以一边对由聚光反射元件分离形成的多个光束分别进行聚光一边有效地将其导向偏振变换光学元件的规定部位，所以具有能够提高偏振变换光学元件的偏振变换效率的效果。另外，在构成第1～第3聚光反射光学元件的微小聚光反射元件的个数彼此不同的情况下，对于由数量最多的微小聚光反射元件构成的聚光反射光学元件，只需用数量为其中使用着的微小聚光反射元件数的2倍的聚光元件构成聚光光学元件即可。

在本发明中，可以在上述偏振变换光学元件的射出面侧配置使从上述偏振变换光学元件射出的光重叠在被照明区域上的重叠光学元件。通过配置这种重叠光学元件，可以将由聚光反射元件分离形成的多个光束分别有效地导向被照明区域，因此具有提高照明效率的效果。

在本发明中，可以在上述偏振变换光学元件的射出面侧配置用于变更从上述偏振变换光学元件射出的光的光路的光路变更光学元件。如果将光路变更光学元件配置成使照明光能够沿着与由尺寸较大的2个光源部的光轴规定的平面平行的方向射出，则可以减小偏振光照明装置在一个方向上的厚度，因而能够实现薄型的偏振光照明装置。因此，在将该偏振光照明装置用作投影型显示装置的光源时，也可以得到小型的投影型显示装置。

在本发明中，上述第1～第3聚光反射光学元件的上述微小聚光反射元件，均可以由多个曲面反射镜构成。此外，上述第1～第3聚光反射光学元件的上述微小聚光反射元件，也可以由透镜和设在上述透镜的与上述偏振光分离·合成光学元件相反一侧的面上的反射面构成。如按如上方式构成，则可以很容易地将来自光源部的光分离为多个中间光束。这里，如使曲面反射镜为偏心镜或使透镜为偏心透镜，则可以使上述偏振变换光学元件或聚光光学元件小型化，同时即使不采用上述偏振变换光学元件，也能有效地将光导向被照明区域。

本发明的偏振光照明装置，可以应用于具有对从偏振光照明装置射出的光进行调制的光调制元件及将由上述光调制元件调制后的光投影的投影光学系统的投影型显示装置。

另外，本发明的偏振光照明装置，也可以应用于具有将从偏振光照明装置射出的光分离为多个有色光的有色光分离光学元件、对由上述有色光分离光学元件分离后的有色光分别进行调制的多个光调制元件、对由上述多个光调制元件调制后的光进行合成的有色光合成光学元件、及将由上述有色光合成光学元件合成后的光投影的投影光学系统的可以显示彩色图象的投影型显示装置。

此外，本发明的偏振光照明装置，也可以应用于具有对从偏振光照明装置射出的光进行调制的反射型光调制元件、对从上述偏振光照明装置射出的光及由上述反射型光调制元件调制后的光中所含有的多个偏振光分量进行分离的偏振光分离光学元件、及将由上述反射型光调制元件调制后通过上述偏振光分离光学元件射出的光投影的投影光学系统的投影型显示装置。

进一步，本发明的偏振光照明装置，也可以应用于具有将从偏振光照明装置射出的光分离为多个有色光的有色光分离光学元件、对由上述有色光分离光学元件分离后的有色光分别进行调制的多个反射型光调制元件、对由上述有色光分离光学元件分离后的各有色光及由上述多个反射型光调制元件调制后的各有色光中所含有的多个偏振光分量进行分离的多个偏振光分离光学元件、对由上述各反射型光调制元件调制后通过上述各偏振光分离光学元件射出的光进行合成的有色光合成光学元件、及将由上述有色光合成光学元件合成后的光投影的投影光学系统的投影型显示装置。

如按上述方式构成采用了本发明的偏振光照明装置的投影型显示装置，则可以获得明亮且亮度均匀的投影图象。此外，由于本发明的偏振光照明装置射出将偏振方向调整一致后的光束，所以适用于使用液晶元件作为光调制元件的投影型显示装置。

在上述投影型显示装置内，上述第1、第2光源部中的至少一个最好以可拆装的方式构成。如采用这种结构，则当搬运投影型显示装置时，可以将任何一个光源部拆下，因而提高了可搬运性。

另外，在上述投影型显示装置内，最好可以有选择地点亮上述第1、第2光源部中的至少一个。如采用这种结构，则例如当以电池驱动投影型显示装置时，可以有选择地只将其中一个光源部点亮，从而能够延长电池的寿命期限。此外，在周围明亮的环境观察投影图象时可以点亮2个光源部、而在周围暗黑的环境观察投影图象时可以有选择地只点亮其中一个光源部，按照这种方式，便可根据环境或观察者的爱好适当地改变投影图象的亮度。

进一步，在上述投影型显示装置中，也可以使从上述第1、第2光源部射出的光的分光特性或亮度特性为彼此不同的特性。如采用这种结构，则可以很容易地将照明光的色调设定为规定的色调。

附图说明

图1是本发明实施形态1的偏振光照明装置中构成的光学系统的简略结构图。

图2是用于说明偏振光分离·合成光学元件201的详细结构的图。

图3是表示本发明实施形态1的偏振光照明装置中构成的光学系统的基本结构的简略结构图。

图4是图1中示出的偏振光照明装置的聚光镜板的斜视图。

图5是表示图1中示出的偏振光照明装置中的偏振动作的说明图。

图6是表示图1中示出的偏振光照明装置的透镜板的斜视图。

图7是表示图1中示出的偏振光照明装置的聚光透镜板的2次光源像形成位置的说明图。

图8是本发明实施形态2的偏振光照明装置中构成的光学系统的简略结构图。

图9是表示本发明实施形态3的偏振光照明装置中构成的光学系统的基本结构的简略结构图。

图10是表示本发明实施形态4的偏振光照明装置中构成的光学系统的基本结构的简略结构图。

图11是作为实施形态5的可以在实施形态1～4的偏振光照明装置中使用的聚光镜板的斜视图。

图12是备有图1、图3中示出的偏振光照明光学系统的投影型显示装置例的光学系统的xz平面的简略结构图。

图13是图12中示出投影型显示装置的光学系统的yz平面的简略结构图。

图14是表示偏振光照明装置的光源灯发光光谱的说明图。

图15是备有图1、图3中示出的偏振光照明光学系统的投影型显示装置的另一例的光学系统的xz平面的简略结构图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施形态。

另外，在以下各实施形态的说明及附图中，对相互对应的部分附加同一符号，以避免其说明的重复。此外，将相互正交的3个空间轴作为x轴、y轴、z轴，并将与x轴平行的2个方向分别作为+x方向和-x方向、将与y轴平行的2个方向分别作为+y方向和-y方向、将与z轴平行的2个方向分别作为+z方向和-z方向。进一步，将偏振方向与x轴平行的光作为x偏振光，将偏振方向与y轴平行的光作为y偏振光，将偏振方向与z轴平行的光作为z偏振光，

[实施形态1]

图1是表示本发明的偏振光照明装置第1实施形态的斜视图。在本实施形态中，设置着射出偏振方向随机的光(以下，称作「随机偏振光」)的2个光源部，即第1光源部101和第2光源部102。

如图1所示，本实施形态的偏振光照明装置1，沿着在xy平面内相交成直角的系统光轴L1和L，具有第1光源部101、偏振光分离·合成光学元件201、第1λ/4相位差板351(第1偏振状态变换元件)和第2λ/4相位差板352(第2偏振状态变换元件)、第1聚光镜板301(第1聚光反射光学元件)和第2聚光镜板302(第2聚光反射光学元件)、聚光透镜部401(聚光光学元件、偏振变换光学元件和重叠光学元件)、及折转反射镜501(光路变更光学元件)。从第1光源部101射出的随机偏振光，如后文所述，由偏振光分离·合成光学元件201分离为两种偏振光后，由第1λ/4相位差板351、第1聚光镜板301、第2λ/4相位差板352、第2聚光镜板302、偏振光分离·合成光学元件201及聚光透镜部401再次合成为一种偏振光，并经过折转反射镜501后到达矩形被照明区域601。

另外，在结构上还沿着在yz平面内相交成直角的系统光轴L2和L配置有第2光源部102、上述偏振光分离·合成光学元件201、第3λ/4相位差板353(第3偏振状态变换元件)和上述第2λ/4相位差板352、第3聚光镜板303(第3聚光反射光学元件)和上述第2聚光镜板302、上述聚光透镜部401及上述折转反射镜501。从第2光源部102射出的随机偏振光，如后文所述，由偏振光分离·合成光学元件201分离为两种偏振光后，由第3λ/4相位差板353、第3聚光镜板303、第2λ/4相位差板352、第2聚光镜板302、偏振光分离·合成光学元件201及聚光透镜部401再次合成为一种偏振光，并同样经过折转反射镜501后到达矩形被照明区域601。此外，由折转反射镜501将其传播方向折转大致90度后的照明光的射出方向，与包含第1和第2光源部101、102的平面基本平行。

另外，系统光轴L1与从第1光源部射出的光的中心轴基本一致，系统光轴L2与从第2光源部射出的光的中心轴基本一致，系统光轴L与从偏振光分离·合成光学元件射出的合成光的中心轴基本一致，

第1和第2光源部101、102，大体上分别由光源灯111、112及抛物面反射镜121、122构成，从光源灯111、112射出的随机偏振光，分别由抛物面反射镜121、122沿一个方向反射并形成大致平行的光束后，入射到偏振光分离·合成光学元件201。这里，抛物面反射镜121、122也可以用椭圆面反射镜、球面反射镜等代替。

偏振光分离·合成光学元件201，是近似六面体形状的偏振光束分离器，其结构为在玻璃制的棱镜内装有由电介质多层膜构成的第1和第2偏振光分离膜211、212。第1偏振光分离膜211，相对于从第1光源部101射出的光的中心轴倾斜配置，其形成方式为对偏振光分离·合成光学元件201的第1面221构成角度α1＝45度。同样，第2偏振光分离膜212，相对于从第2光源部102射出的光的中心轴倾斜配置，其形成方式为对偏振光分离·合成光学元件201的第2面222构成角度α2＝45度。

图2是用于说明该偏振光分离·合成光学元件201的详细结构的图。如图2所示，偏振光分离·合成光学元件201，由2个三角锥棱镜291、295及2个四角锥棱镜292、294构成。

在第1三角锥棱镜291的侧面BDH与第1四角锥棱镜292的侧面BDH之间及第2四角锥棱镜294的侧面BFH与第2三角锥棱镜295的侧面BFH之间，分别形成着第1偏振光分离膜211。该第1偏振光分离膜211，例如通过在第1三角锥棱镜291的侧面BDH和第1四角锥棱镜292的侧面BDH中的任何一个上、以及在第2四角锥棱镜294的侧面BFH和第2三角锥棱镜295的侧面BFH中的任何一个上分别蒸镀电介质多层膜形成。这里，形成第1偏振光分离膜211的面，是第1三角锥棱镜291的侧面BDH和第1四角锥棱镜292的侧面BDH中的哪一个都可以，同样，是第2四角锥棱镜294的侧面BFH和第2三角锥棱镜295的侧面BFH中的哪一个都可以。但是，由于在2个棱镜上形成的第1偏振光分离膜211最好是平坦的，所以最好在第1三角锥棱镜291的侧面BDH及第2四角锥棱镜294的侧面BFH上形成、或者在第1四角锥棱镜292的侧面BDH及第2三角锥棱镜295的侧面BFH上形成。

另一方面，在第1三角锥棱镜291的侧面ABH与第2四角锥棱镜294的侧面ABH之间及第1四角锥棱镜292的侧面BGH与第2三角锥棱镜295的侧面BGH之间，分别形成着第2偏振光分离膜212。该第2偏振光分离膜212，通过在第1三角锥棱镜291的侧面ABH和第2四角锥棱镜294的侧面ABH中的任何一个上、以及在第1四角锥棱镜292的侧面BGF和第2三角锥棱镜295的侧面BGH中的任何一个上分别蒸镀电介质多层膜形成。这里，形成第2偏振光分离膜212的面，是第1三角锥棱镜291的侧面ABH和第2四角锥棱镜294的侧面ABH中的哪一个都可以，同样，是第1四角锥棱镜292的侧面BGH和第2三角锥棱镜295的侧面BGH中的哪一个都可以。但是，由于在2个棱镜上形成的第2偏振光分离膜212最好是平坦的，所以最好在第1三角锥棱镜291的侧面ABH及第1四角锥棱镜的侧面BGH上形成、或者在第2四角锥棱镜294的侧面ABH及第2三角锥棱镜295的侧面BGH上形成。

进一步，通过将形成第1三角锥棱镜291和第1四角锥棱镜292的第1偏振光分离膜211的面BDH粘合，形成第1棱镜合成体293。同样，通过将形成第2四角锥棱镜294和第2三角锥棱镜295的偏振光分离膜211的面BFH粘合，形成第2棱镜合成体296。最后，通过将形成2个棱镜合成体293、296的第2偏振光分离膜212的面ABGH粘合，完成偏振光分离·合成光学元件201。当然，由于如上所述的4个棱镜的组装顺序只不过是一例而已，因此并不限定于上述的顺序。

再来根据图1进行说明。在偏振光分离·合成光学元件201的第3面231一侧，与其相对地配置着第1λ/4相位差板351，进一步，在该相位差板的外侧，配置着第1聚光镜板301。并且，在本例中，第1λ/4相位差板351和第1聚光镜板301，配置得与第3面231基本平行。此外，在偏振光分离·合成光学元件201的第4面232一侧，与其相对地配置着第2λ/4相位差板352，进一步，在该相位差板的外侧，配置着第2聚光镜板302。并且，在本例中，第2λ/4相位差板352和第2聚光镜板302，配置得与第4面232基本平行。另外，在偏振光分离·合成光学元件201的第5面233一侧，与其相对地配置着第3λ/4相位差板353，进一步，在该相位差板的外侧，配置着第3聚光镜板303。并且，在本例中，第3λ/4相位差板353和第3聚光镜板303，配置得与第5面233基本平行。第1～第3聚光镜板301、302、303的详细结构将在下面进行说明。此外，因以清晰易看为优先前提，在图1中，第1～第3λ/4相位差板351、352、353是以与偏振光分离·合成光学元件201分开的形式画出的，但最好与偏振光分离·合成光学元件201贴紧配置。

在偏振光分离·合成光学元件201的第6面234上，沿着与系统光轴L垂直的方向设置着将在后文中详细说明的由聚光镜板411、λ/2相位差板421(偏振变换光学元件)及重叠透镜431(重叠光学元件)构成的聚光透镜部401。

以下，对按如上所述方式构成的偏振光照明装置1中从第1光源部101射出的随机偏振光被分离为两种偏振光后直到被导向聚光透镜板401的过程进行说明。图3示出图1的xy平面的断面图。

这里，由于折转反射镜501与上述过程的说明没有直接关系，所以将其省略，因此，从聚光透镜部401至被照明区域601的光路，以直线表示。此外，在后文中说明的图9、图10亦与此相同。

从第1光源部101射出的随机偏振光，可以看作是偏振方向与第1偏振光分离膜211的入射面(xy平面)平行的直线偏振光和偏振方向与第1偏振光分离膜211的入射面(xy平面)正交的直线偏振光的混合光。

从第1光源部101射出并入射到偏振光分离·合成光学元件201的第1面221的混合光，由第1偏振光分离膜211分离为y偏振光和z偏振光两种偏振光。这里，第1偏振光分离膜211，使偏振方向与第1偏振光分离膜211的入射面(xy平面)平行的直线偏振光即y偏振光透过，并对偏振方向与第1偏振光分离膜211正交的直线偏振光即z偏振光进行反射。即，随机偏振光中所含有的y偏振光，直接透过第1偏振光分离膜211并射向第3面231，z偏振光则由第1偏振光分离膜211反射而使其传播方向改变为射向偏振光分离·合成光学元件201的第4面232。另外，偏振光分离膜211，通常被用作使P偏振光透过并对S偏振光进行反射的偏振光分离膜。

由偏振光分离·合成光学元件201分离后的两种偏振光，通过第1和第2λ/4相位差板351、352，并分别由第1和第2聚光镜板301、302反射。

该聚光镜板301、302，其外观如图4所示，将与被照明区域601有大致相似关系的都具有矩形外形的相同的多个微小聚光镜311按矩阵状排列，并在其表面形成由铝的蒸镀膜或电介质多层膜构成的反射面312。在本实施形态中，微小聚光镜311的反射面312，按球面状形成。但是，该反射面312的曲率形状，也可以是抛物面状、椭圆面状、或复曲面状，采用哪种曲率形状，可以根据来自第1和第2光源部101、102的入射光的特性设定。此外，后文所述的第3聚光镜板303，也具有同样的结构。

由第1偏振光分离膜211分离出的y偏振光和z偏振光，分别通过第1和第2λ/4相位差板351、352，并当由第1和第2聚光镜板301、302反射后再次通过λ/4相位差板351、352时，各偏振光的传播方向大致反转180度，同时其偏振方向旋转90度。根据图5说明该偏振光的变化情况。此外，为简化说明起见，在该图中，将聚光镜板301、302按平面状镜板321画出。入射到λ/4相位差板351的y偏振光322，由λ/4相位差板变换为右旋圆偏振光323(但是，根据λ/4相位差板的设置方式，也可以变换为左旋圆偏振光)后，到达镜板321。在由镜板321对光进行反射的同时，偏振方向的旋转方向也发生变化。即，右旋圆偏振光改变为左旋圆偏振光(也可以是左旋圆偏振光改变为右旋圆偏振光)。在由镜板321使光的传播方向大致反转180度的同时改变为左旋圆偏振光324的偏振光，当再次通过λ/4相位差板351、352时，被变换为z偏振光325。另外，入射到λ/4相位差板351的z偏振光325，由λ/4相位差板变换为左旋圆偏振光324(但是，根据λ/4相位差板的设置方式，也可以变换为右旋圆偏振光)后，到达镜板321。在由镜板321对光进行反射的同时，偏振方向的旋转方向也发生变化。即，左旋圆偏振光改变为右旋圆偏`振光(也可以是右旋圆偏振光改变为左旋圆偏振光)。在由镜板321使光的传播方向大致反转180度的同时改变为右旋圆偏振光323的偏振光，当再次通过λ/4相位差板352时，被变换为x偏振光322。

再来根据图3进行说明。到达第3面231的y偏振光，由第1λ/4相位差板351及第1聚光镜板301将偏振光的传播方向大致反转180度，同时被变换为z偏振光，在由第1偏振光分离膜211反射而改变传播方向后，射向第6面234。另一方面，到达第4面232的z偏振光，由第2λ/4相位差板352及第2聚光镜板302将偏振光的传播方向大致反转180度，同时被变换为x偏振光，这次是直接透过第1偏振光分离膜211并射向第6面234。即，由于第1偏振光分离膜211还起着偏振光合成膜的作用，所以，光学元件201起着偏振光分离·合成光学元件的作用。

由于第1和第2聚光镜板301、302由具有聚光作用的微小聚光镜311构成，所以，在使偏振光的传播方向大致反转的同时，形成与构成各聚光镜板301、302的微小聚光镜311数量相同的多个聚光像。由于这些聚光像乃是光源像，所以，在下文中称作二次光源像。在本实施形态的偏振光照明装置1中，在形成这种二次光源像的位置附近，配置着聚光透镜部401。

这里，第1聚光镜板301的配置状态为，使该聚光镜板301的大致中心沿+y方向相对于x轴仅偏移β1。而第2聚光镜板302的配置状态为，使该聚光镜板302的大致中心沿-x方向相对于y轴仅偏移β2。

由于各聚光镜板分别按如上方式使其位置分别相对于x轴或y轴偏移，所以由第1聚光镜板301的微小聚光镜311反射、并经过上述偏光分离·合成光学元件而入射到聚光透镜部401的z偏振光光束的中心轴与由第2聚光镜板302的微小聚光镜311反射、并经过上述偏光分离·合成光学元件而入射到聚光透镜部401的x偏振光光束的中心轴，相互平行，且不重合。即，如图1中由S1和P1概念性地示出的，由第1聚光镜板301形成的z偏振光的二次光源像，与由第2聚光镜板302形成的x偏振光的二次光源像，沿x轴方向在稍微不同的位置上形成。

以下，根据图1对偏振光照明装置1中从第2光源部102射出的随机偏振光被分离为两种偏振光后直到被导向聚光透镜部401的过程进行说明。

从第2光源部102射出的随机偏振光，可以看作是偏振方向与第2偏振光分离膜212的入射面(yz平面)平行的直线偏振光和偏振方向与第2偏振光分离膜212的入射面(yz平面)正交的直线偏振光的混合光。

从第2光源部102射出并入射到偏振光分离·合成光学元件201的第2面222的混合光，由第2偏振光分离膜212分离为x偏振光和y偏振光两种偏振光。这里，与第1偏振光分离膜211不同，第2偏振光分离膜212对偏振方向与第2偏振光分离膜的入射面(yz平面)平行的直线偏振光即y偏振光进行反射，并使偏振方向与第2偏振光分离膜212正交的直线偏振光即x偏振光透过。即，随机偏振光中所含有的x偏振光，直接透过第2偏振光分离膜212并射向第5面233，y偏振光则由第2偏振光分离膜212反射而使其传播方向改变为射向偏振光分离·合成光学元件201的第4面232。这种对与入射面平行的P偏振光进行反射并反射与入射面正交的S偏振光的偏振光分离膜，被称作为FTIR(Frustrated Total InternalReflection；受抑全内反射)膜。而且，由电介质多层膜构成的FTIR膜，已知可以通过适当地设定用作衬底的玻璃等材料、多层膜材料、多层膜结构等条件形成。由于FTIR膜是众所周知的，所以有关其详细结构的说明省略。

由第2偏振光分离膜212分离出的z偏振光和x偏振光，分别通过第2和第3λ/4相位差板352、353，并当由第2和第3聚光镜板302、303反射后再次通过λ/4相位差板352、353时，各偏振光的传播方向大致反转180度，同时其偏振方向旋转90度。该偏振光的变化过程，与前面根据图5说明过的过程相同。

因此，到达第4面232的z偏振光，由第2λ/4相位差板352及第2聚光镜板302将偏振光的传播方向大致反转180度，同时被变换为x偏振光，在直接透过第2偏振光分离膜212后，射向第6面234。另一方面，到达第5面233的x偏振光，由第3λ/4相位差板353及第3聚光镜板303将偏振光的传播方向大致反转180度，同时被变换为y偏振光，由第2偏振光分离膜212反射并成为z偏振光后射向第6面234。

如上所述，由于第2和第3聚光镜板302、303由具有聚光作用的微小聚光镜311构成，所以，在使偏振光的传播方向大致反转的同时，形成与构成各聚光镜板302、303的微小聚光镜311数量相同的多个聚光像(二次光源像)。

这里，第2聚光镜板302的配置状态为，使该聚光镜板302的大致中心沿-x方向相对于y轴仅偏移β2。而第3聚光镜板303的配置状态为，使聚光镜板303的大致中心沿+y方向相对于x轴仅偏移β3。

因此，由第2聚光镜板302的微小聚光镜311反射、并经过上述偏光分离·合成光学元件而入射到聚光透镜部401的x偏振光光束的中心轴与由第3聚光镜板303的微小聚光镜311反射、并经过上述偏光分离·合成光学元件而入射到聚光透镜部401的z偏振光光束的中心轴，相互平行，且不重合。即，如图1中由S1和P1概念性地示出的，由第2聚光镜板302形成的x偏振光的二次光源像，与由第3聚光镜板303形成的z偏振光的二次光源像，沿x轴方向在稍微不同的位置上形成。但是，此时形成的两种二次光源像(z偏振光的二次光源像和x偏振光的二次光源像)，与由从第1光源部101射出的光形成的两种二次光源像以其偏振方向一致的形式彼此重叠。即，如图1中概念性地示出的，从第1光源部101射出并通过第1偏振光分离膜211、第1λ/4相位差板351、第1聚光镜板301形成的z偏振光的二次光源像，与从第2光源部射出并通过第2偏振光分离膜212、第3λ/4相位差板353、第3聚光镜板303形成的z偏振光的二次光源像，以重叠的方式在相同的位置S1形成。同样，如图1中概念性地示出的，从第1光源部射出并通过第1偏振光分离膜211、第2λ/4相位差板352、第2聚光镜板302形成的x偏振光的二次光源像，与从第2光源部射出并通过第2偏振光分离膜212、第2λ/4相位差板352、第2聚光镜板302形成的x偏振光的二次光源像，以重叠的方式在相同的位置P1形成。因此，将第3聚光镜板303的偏移量β3设定为使其等于β1。

以下，对将按如上方式导向聚光透镜部401的光束的偏振方向调整一致并射向被照明区域601的过程进行说明。

聚光透镜部401的聚光透镜板411，其外观如图6所示，是一种由矩形微小透镜412构成的复合透镜体。并且，聚光透镜板411，由数量为构成第1～第3聚光镜板301、302、303的微小聚光镜311的2倍的微小透镜412构成。但当构成第1～第3聚光镜板301、302、303的微小聚光镜311的数量各自不同时，对于由数量最多的微小聚光镜子311构成的聚光镜板，用数量为构成该聚光镜板的微小聚光镜数的2倍的微小透镜412构成。

这里，在本实施形态的情况下，x偏振光的二次光源像与z偏振光的二次光源像的配置间隔，等于β1+β2。即，当从被照明区域601侧观察聚光透镜板411时，两种偏振光形成的二次光源像，如图7所示，x偏振光形成的二次光源像C1(圆形的像中，画有朝向右上方的斜线的区域)与z偏振光形成的二次光源像C2(圆形的像中，画有朝向左上方的斜线的区域)的两种二次光源像相隔β1+β2的间隔并沿x轴方向排列。与此对应地，在聚光透镜板411的被照明区域601一侧的面上，设置着在与x偏振光的二次光源像C1的形成位置相对应的位置有选择地形成有相位差层422的λ/2相位差板421。因此，x偏振光，当通过相位差层422时，受到偏振方向的旋转作用，从而将x偏振光变换为z偏振光。另一方面，由于z偏振光不通过相位差层422，所以不会受到偏振方向的旋转作用，因而直接通过λ/2相位差板421。因此，从聚光透镜部401射出的光，几乎全部被调整为z偏振光。

按上述方式调整为z偏振光的光，通过配置在λ/2相位差板421的面向被照明区域601的一侧的面上的重叠透镜431重叠在被照明区域601的一个部位上。在这种情况下，照明光由配置在重叠透镜431与被照明区域601之间的折转反射镜501将其传播方向折转大约90度后，到达被照明区域601。即，由第1～第3聚光镜板301、302、303的微小聚光镜311划分出的多个图像面，通过聚光透镜板411和重叠透镜431重叠在一个部位上，并当通过λ/2相位差板421时被变换为一种偏振光，从而使光几乎全部到达被照明区域601。因此，几乎是用一种类型的偏振光照射被照明区域601。同时，由于用多个二次光源像照射被照明区域601，所以照明强度的不均匀性非常小，因而能均匀地照射被照明区域601。

如上所述，按照本实施形态的偏振光照明装置1，从第1和第2光源部101、102射出的随机偏振光，由偏振光分离·合成光学元件201分离为两种偏振光后，将各偏振光导向λ/2相位差板421的规定区域并调整为一种偏振方向。因此，能够以调整为一种偏振光的状态无损失地对从第1和第2光源部101、102射出的随机偏振光进行合成，因而具有可以对被照明区域601进行明亮的照明的效果。

另外，虽然采用2个光源部101、102，但可以对来自2个光源部101、102的照明光进行合成，而不会增大照明光对被照明区域601的入射角度(照明角)，所以照明光的断面积与采用1个光源部时相同，因此，与采用1个光源部的情况相比，能使每一定面积上的光量增加到大约2倍。进一步，虽说是设置着由第1和第2光源部101、102组成的2个光源部，但可以将两者配置在xz平面上。在这种情况下，由于配置着用于改变从聚光透镜部401射出的照明光的传播方向的折转反射镜501，所以能够使照明光的射出方向与配置着2个光源部的xz平面平行。因此，适应于照明装置的薄型化和减低其高度尺寸。就是说，由配置在聚光透镜部401后一级的折转反射镜501提高用于使偏振光照明装置小型化的设计自由度。

而且，为将两种偏振光分别导向λ/2相位差板421的规定区域，必须提高偏振光分离·合成光学元件201的偏振光分离性能，但在本实施形态中，由于利用玻璃制的棱镜和由无机材料构成的电介质多层膜构成偏振光分离·合成光学元件201，所以偏振光分离合成光学元件201的偏振光分离性能是热稳定的。因此，即使在要求大的光输出的照明装置中，也能始终发挥稳定的偏振光分离性能，所以能够实现具有可满足要求的性能的偏振光照明装置。

另外，在本实施形态中，对照着横向较长的矩形被照明区域601的形状，将第1～第3聚光镜板301、302、303的微小聚光镜311作成横向较长的矩形形状(与被照明区域的形状为近似的相似形)，同时将从偏振光分离·合成光学元件201射出的两种偏振光的分离方向(用两种偏振光形成的二次光源像排列方向)也根据被照明区域601的形状设定为横向(x方向)。因此，即使在形成具有横向较长的矩形形状的被照明区域601的情况下，也不会浪费光量，因而能提高照明效率。

进一步，由第1聚光镜板301及第3聚光镜板303的微小聚光反射元件反射、并经过上述偏光分离·合成光学元件而入射到聚光透镜部401的z偏振光光束的中心轴与由第2聚光反射光学元件的微小聚光反射元件反射、并经过上述偏光分离·合成光学元件而入射到聚光透镜部401的x偏振光光束的中心轴，相互平行。这种情况就意味着由第1～第3聚光反射光学元件的微小聚光反射元件反射后的光以大致相同的角度入射到偏振光分离·合成光学元件201。因此，即使是在偏振光分离·合成光学元件201的偏振光分离·合成特性易受光的入射角度的影响的情况下，也能进行稳定的偏振光分离·合成，因而可以获得不均匀性很小的照明光。

在本实施形态中说明过的第1～第3聚光镜板301、302、303的与x轴、y轴、z轴的偏移量β1、β2、β3及其偏移方向，并不限定于于本实施形态。总而言之，只需将第1～第3聚光镜板的与x轴、y轴、z轴的偏移量β1、β2、β3及其偏移方向分别设定为能使z偏振光的二次光源像和x偏振光的二次光源像分别在空间分离的位置上形成、同时使由第1光源部101的射出光形成的z偏振光的二次光源像与由第2光源部102的射出光形成的z偏振光的二次光源像重合并使由第1光源部101的射出光形成的x偏振光的二次光源像与由第2光源部102的射出光形成的x偏振光的二次光源像重合即可。

因此，不一定必须使第1～第3聚光镜板全部相对于对应的各个轴(x轴、y轴、z轴)平行偏移。例如，也可以只将第2聚光镜板302平行偏移，第1和第3聚光镜板301、303则不平行偏移而配置成使这两个聚光镜板的大致中心通过x轴或z轴。相反，也可以只将第1和第3聚光镜板301、303平行偏移，第2聚光镜板302则不平行偏移而配置成使第2聚光镜板302的大致中心通过y轴。但是，有时必须根据第1～第3聚光镜板的偏移量及其偏移方向使聚光透镜部401相对于y轴作同样的偏移。

另外，在本实施形态中，将λ/2相位差板421配置在聚光透镜板411的面向被照明区域601的一侧，但并不限定于此，只要能靠近形成二次光源像的位置，则也可以配置在其他位置。例如，也可以将λ/2相位差板421配置在聚光透镜板411的光源部的一侧。

另外，如果使构成聚光透镜板411的微小透镜412为偏心透镜，则可以使通过各个微小透镜412射出的光的方向射向被照明区域601，因此可以使聚光透镜板411兼有重叠透镜431的功能。或者，如果使构成第1～第3聚光镜板301、302、303的微小聚光镜311为偏心镜，则可以使通过微小聚光镜311射出的光的方向射向被照明区域601，因此同样可以使第1～第3聚光镜板301、302、303兼有重叠透镜431的功能。在这两种情况下，由于可以将重叠透镜431省略，所以能降低偏振光照明装置的成本。但是，在后者的情况下，图7中示出的由x偏振光形成的二次光源像与由z偏振光形成的二次光源像的间隔将小于β1+β2。

另外，在从第1和第2光源部101、102射出的光的平行性高的情况下，也可以将聚光透镜板411省略。

进一步，虽然构成聚光透镜板411的微小透镜412按横向较长的矩形形状形成，但对其形状并没有特别的限定。但是，如图7所示，由于x偏振光形成的二次光源像C1和z偏振光形成的二次光源像C2按横向排列的状态形成，所以构成聚光透镜板411的微小透镜412的形状最好根据各二次光源像的形成位置决定。

另外，在结构上，可以将特性不同的两种相位差层分别配置在x偏振光的二次光源像和z偏振光的二次光源像的各形成位置并调整为具有某个特定偏振方向的一种偏振光，也可以将相位差层422配置在z偏振光的二次光源像C2的形成位置，从而使照明光成为x偏振光。

[实施形态2]

在图1所示的偏振光照明装置1中，将第1～第3聚光镜板301、302、303配置成使x偏振光的二次光源像和z偏振光的二次光源像基本上沿x轴平行排列，但也可以按图8所示的偏振光光照明装置2的方式配置第1～第3聚光镜板301、302、303，以使x偏振光形成的二次光源像和z偏振光形成的二次光源像沿z轴平行排列。在图8中，P2、S2分别概念性地示出了x偏振光、z偏振光的形成二次光源像的位置。并且，在这种情况下，可以将配置状态分别设定为，第1聚光镜板301使其中心大致沿-z方向相对于x轴仅偏移γ1，第2聚光镜板302使其中心大致沿+z方向相对于y轴仅偏移γ2，第3聚光镜板303使其中心大致沿+y方向相对于z轴仅偏移γ3。此外，即使在这种情况下，作为偏振光照明装置的基本原理也与偏振光照明装置1相同，所以详细说明省略。

[实施形态3]

在图9(示出xy平面的断面图)所示的偏振光照明装置3中，各光学系统的配置，与实施形态1基本相同，但其特征在于如下各点：由构成壁面的6个透明板252构成棱镜结构体251，在其内部配置有形成第1偏振光分离膜211的平板状的第1偏振光分离板253及形成第2偏振光分离膜(图中未示)的平板状的第2偏振光分离板(图中未示出。此外，因第2偏振光分离板由第2偏振光分离板253分隔，所以，准确地说需用2个)，进一步将充填液体254的结构体用作偏振光分离·合成光学元件201。这里，必须使透明板、第1和第2偏振光分离板及液体的各自的折射率基本一致。按照这种结构，可以实现偏振光分离·合成光学元件201的低成本化和轻量化。

另外，在偏振光照明装置3中，与在实施形态1中所说明过的一样，在结构上，通过使构成聚光透镜部401的聚光透镜板411的微小透镜为偏心系列的透镜，使聚光透镜板411兼有重叠透镜的功能，因此可将重叠透镜省略。按照这种结构，可以实现偏振光分离·合成光学元件201的低成本化和轻量化。

[实施形态4]

在图10所示的偏振光照明装置4中，各光学系统的配置与实施形态1相同，但其特征在于，使偏振光分离·合成光学元件201为平板状结构体。即，将结构为用2个玻璃基板263挟持偏振光分离膜262的2个(因一个偏振光分离板由另一个偏振光分离板分隔，所以，准确地说应为3个)偏振光分离板261配置成对系统光轴(L1、L2)所成的角度为α＝45度，从而可以发挥与采用了六面体形状棱镜的偏振光分离·合成光学元件201基本相同的功能(参照图1)。按照这种结构，可以实现偏振光分离·合成光学元件201的低成本化和轻量化。另外，在本例的偏振光分离·合成光学元件201中，实际上并不存在象第1～第3实施形态的偏振光分离·合成光学元件201那样的第1～第6面。但是，可以想象为具有如图中虚线所示的虚拟的第1～第6面。因此，可以相对于该虚拟的第1～第6面配置与第1～第3实施形态一样的光源部101、102、λ/4相位差板351、352、353、聚光镜板301、302、303、聚光透镜部401等。

[实施形态5]

在如上所述的偏振光照明装置1～4中，也可以使第1～第3聚光镜板301、302、303的一部分或全部按图11所示的聚光镜板304形成。聚光镜板304由多个微小透镜305和反射镜板306构成。

另外，在该结构中，如果使多个微小透镜305的每一个为偏心透镜，则可以使从微小透镜305射出的光的方向射向被照明区域601，因此可以使第1～第3聚光镜板兼有重叠透镜431的功能。在这种情况下，由于可以将重叠透镜431省略，所以能降低偏振光照明装置的成本。

[实施形态6]

在图12、13中示出采用实施形态1～5的偏振光照明装置中的实施形态1的偏振光照明装置1提高其投影图象的亮度的投影型显示装置的一例。在本实施形态的投影型显示装置5中，使用透射型液晶光阀作为光调制元件，同时在偏振光照明装置1的2个光源部内使用光谱不同的两种光源灯，并可以有选择地点亮这两个光源灯。此外，图12是投影型显示装置5的xz平面的断面图，图13是投影型显示装置5的yz平面的断面图。另外，在图12中没有画出聚光透镜部401和作为光路变更光学元件的折转反射镜501。

在图12、图13中，组装在投影型显示装置5内的偏振光照明装置1，具有沿一个方向射出随机偏振光的第1光源部101及第2光源部102，从这两个光源部射出的随机偏振光，由偏振光分离·合成光学元件201分离成两种偏振光后，将偏振方向调整一致并从聚光透镜部射出。在本实施形态中，偏振方向被调整为与z方向一致。从聚光透镜部射出的偏振光，由折转反射镜501将射出方向改变为-z方向，入射到蓝色光绿色光反射分色镜701。

从该偏振光照明装置1射出的照明光，首先，由蓝色光绿色光反射分色镜701(有色光分离光学元件)透过红色光，并反射蓝色光和绿色光。红色光由反射镜702反射并经过平行化透镜716后，到达第1液晶光阀703。而在液晶光阀的入射侧及射出面侧配置着偏振片，但在图12中没有示出。另一方面，蓝色光和绿色光中的绿色光，由绿色光反射分色镜704(有色光分离光学元件)反射并经过平行化透镜716后，到达第2液晶光阀705。配置在第1和第2液晶光阀703、705的入射侧的平行化透镜716，用于抑制对液晶光阀进行照射的光的发散，从而提高照明效率，同时还具有能将从液晶光阀向后文所蜀的投影透镜入射的光有效地导向投影透镜的功能。此外，在第3液晶光阀711的入射侧配置着如后文所述的构成导光装置750的射出侧透镜710，在该处射出侧透镜710也担负着平行化透镜716的功能。但是，这些平行化透镜也可以省略。

这里，由于蓝色光的光路长度比其他两种颜色光长，所以对蓝色光设有由包括入射侧透镜706、中继透镜708及射出侧透镜710的中继透镜系统构成的导光装置750。即，蓝色光，在透过绿色光反射分色镜704后，首先经入射侧透镜706和反射镜707而导向中继透镜708，在由该中继透镜708集束后，由反射镜709导向射出侧透镜710。然后，到达第3液晶光阀711。

第1～第3第3液晶光阀703、705、711，分别对有色光进行调制并使之包含与各色对应的图象信息，然后使经过调制的有色光入射到正交分色棱镜713(有色光合成光学元件)。正交分色棱镜713，在其内部具有按十字状形成红色光反射电介质多层膜和蓝色光反射电介质多层膜的结构，并对各调制后的有色光进行合成。合成后的光，通过投影透镜714(投影光学系统)而在屏幕715上形成图象。

在按这种方式构成的投影型显示装置5中，采用了型式为对一种偏振光进行调制的液晶光阀。因此，当采用现有的照明装置将随机偏振光导向液晶光阀时，随机偏振光中的一半以上(约为60％)的光将被偏振片吸收而转换为热，因此存在着光的利用效率很低、同时存在需要噪音大的大型冷却装置以抑制偏振片的发热的问题，但在本实施形态的投影型显示装置5中，大幅度地解决了这种问题。

即，在本实施形态的投影型显示装置5中，在偏振光照明装置1内，成为仅由λ/2相位差板421对一种偏振光(例如，x偏振光)施加偏振方向的旋转作用，将其偏振方向调整为与另一种偏振光(例如，z偏振光)一致的状态。因此，由于将偏振方向调整一致后的偏振光导向第1～第3第3液晶光阀703、705、711，所以光的利用效率提高，从而可以获得明亮的投影图象。此外，由于减低了偏振片的光吸收量，所以能抑制偏振片上的温度上升。因此，可以实现冷却装置的小型化和低噪音化。进一步，由于具有由第1和第2光源部101、102组成的2个光源部且从任何一个光源部射出的光都可以无损失地将偏振方向调整一致，所以能够获得明亮的投影图象。而且，在偏振光照明装置1中，由于将热稳定的电介质多层膜用作偏振光分离膜，所以偏振光分离·合成光学元件201的偏振光分离性能是热稳定的。因此，即使在要求大的光输出的投影型显示装置5中，也能始终发挥稳定的偏振光分离性能。

另外，虽然采用着2个光源部101、102，但可以对来自2个光源部101、102的照明光进行合成，而不会增大照明光对被照明区域601的入射角度(照明角)，所以照明光的断面积与采用1个光源部时相同，因此，与采用1个光源部的情况相比，能使每一定面积上的光量增加到大约2倍。所以，能够实现更为明亮的投影图象。

进一步，在偏振光照明装置1中，由于将从偏振光分离·合成光学元件201射出的两种偏振光以与被照明区域即液晶光阀的横向较长的显示区域对应的方式沿横向分离，所以不会浪费光量，因而能对具有横向较长的矩形形状的被照明区域进行有效的照明。因此，偏振光照明装置1适用于能够投影出清晰动人的图象的横向较长的液晶光阀。

除此以外，在本实施形态中，由于将正交分色棱镜713用作有色光合成光学元件，所以能够实现小型化，同时可以缩短液晶光阀703、705、711与投影透镜714之间的光路长度。因此，其特征为即使采用口径较小的投影透镜也能实现明亮的投影图象。此外，各色光的3条光路中仅有一条光路的光路长度不同，但在本实施形态中，对光路长度最长的蓝色光设有由包括入射侧透镜706、中继透镜708及射出侧透镜710的中继透镜系统构成的导光装置750，因此不会发生彩色不均匀等问题。

另外，在本实施形态中，由于在作为偏振光变换光学元件的聚光透镜部401与蓝色光绿色光反射分色镜701之间配置着作为光路变更光学元件的折转反射镜501，所以能够改变从偏振光变换光学元件射出的偏振光的传播方向。按照这种结构，可以将配置有色光分离光学元件、有色光合成光学元件、光调制元件及投影光学系统等的平面及包含着具有尺寸较大的2个光源部的偏振光照明装置1的平面配置成平行状态，因此可以实现使一个方向上的厚度变薄的薄型投影型显示装置。

另外，在组装在本实施形态的投影型显示装置5内的偏振光照明装置1中，第1、第2光源部101、102中的任何一个也可以按可拆装的方式构成。如按这种方式构成，则当例如搬运投影型显示装置5时，可以将任何一个光源部拆下，因而提高了可搬运性。

在组装在本例的投影型显示装置5内的偏振光照明装置1的2个光源部101、102中，采用了发光光谱或亮度特性不同的两种光源灯，而这两个光源灯在结构上可以有选择地点亮。通过采用这种结构，可以获得如下的效果。

1)通过使用发光光谱不同的两种光源灯，可以实现理想的照明装置、或适用于投影型显示装置的理想的照明装置。对这一点可以列举一例加以说明。例如，所使用的光源灯可以在蓝色光、绿色光、红色光的整个波长范围内提供大的光输出，而且其比例均衡，因而对投影型显示装置来说是理想的，但目前这种理想的光源灯很难买到。图14是表示从光源灯和偏振光照明装置射出的光谱的说明图。作为光源灯，一般大多存在着如下的型式，例如，如(A)所示的发光效率较高但红色光的强度较低的等(一般的高压水银灯相当于这种情况)、或如(B)所示的红色光的发光强度较大但总体的发光效率较低的灯(某种金属卤化物灯相当于这种情况)等。在上述光源灯的现状下，如果在本例的投影型显示装置5的偏振光照明装置1中采用具有(A)和(B)所示发光光谱的两种光源灯并在同时点亮的状态下使用，则从偏振光照明装置1射出的光可以具有如(C)所示的理想光谱，因而能够很容易地实现获得获得明亮的高品位投影图象的投影型显示装置。

2)由于可以有选择地点亮发光光谱不同的两种光源灯，因此可以根据观察者的爱好适当地改变投影图象的色调。

3)由于可以有选择地点亮两个光源灯，因此可以根据使用投影型显示装置的周围环境、或根据观察者的爱好适当地改变投影图象的亮度。例如，可以采用这样的方法，即，在周围明亮的环境观察投影图象时点亮2个光源部、而在周围暗黑的环境观察投影图象时有选择地只点亮其中一个光源部，

4)按照有选择地切换使用两个光源灯的形态，可以延长光源灯本身的寿命，同时，例如即使当其中一个光源灯因寿命或故障等而不能点亮时，还可以使用另一个光源灯，从而能够继续显示投影图象等，因而使用的方便性提高。进一步，例如当以电池驱动投影型显示装置5时，可以有选择地只将其中一个光源等点亮，从而能够延长电池的寿命期限。

另外，当然，也可以采用如上所述的偏振光照明装置2～4，代替偏振光照明装置1。

[实施形态7]

本发明的偏振光照明装置，也可以应用使用反射型液晶光阀作为光调制元件的于投影型显示装置。

即，在图15(投影型显示装置的xz平面的断面图)所示的投影型显示装置6中，采用了实施形态1中给出的偏振光照明装置1，从第1光源部101及第2光源部102射出的随机偏振光，由偏振光分离·合成光学元件201分离为两种偏振光后，将偏振方向调整一致并从聚光透镜部射出。在本实施形态中，在结构上，偏振方向被调整为与z方向一致，利用该偏振光照射设在3处的反射型液晶光阀801、802、803。

从偏振光照明装置1(在本实施形态中，也与前面的投影型显示装置5的情况一样，备有聚光透镜部和作为光路变更光学元件的折转反射镜等，但在图中将其省略)射出的光，首先，由按十字状形成蓝色光绿色光的反射电介质多层膜和红色光反射电介质多层膜而构成的正交分色棱镜804(有色光分离光学元件)分离为、红色光、蓝色光及绿色光。另一方面，蓝色光及绿色光，由`反射镜806反射后，由绿色光反射分色镜807(有色光分离光学元件)分离为绿色光(反射光)、蓝色光(透射光)，各有色光经平行化透镜716后，入射到对应的第1和第3偏振光束分离器809、810。设在3处的偏振光束分离器808、809、810(偏振光分离光学元件)，在其内部备有偏振光分离面811，由于可以透射入射光中的P偏振光并反射S偏振光，因而是具有分离为P偏振光和S偏振光的偏振光分离功能的光学元件。从偏振光照明装置1的聚光透镜部401(图1)射出的光，其大部分为z偏振光。该z偏振光，由折转反射镜501反射后，变为y偏振光，y偏振光，对第1～第3偏振光束分离器808、809、810的偏振光分离面811来说，是S偏振光。因此，入射到第1～第3偏振光束分离器808、809、810的各有色光的大部分，由偏振光分离面811反射而使其传播方向改变约90度，并入射到邻接的第1～第3反射型液晶光阀801、802、803。但是，在入射到第1～第3偏振光束分离器808、809、810的各有色光中，有时会混入极少量的偏振方向与S偏振光不同的偏振光(例如，P偏振光)。象这样的偏振方向不同的偏振光，将直接通过偏振光分离面811，而且在偏振光束分离器的内部不改变传播方向地射出，因此这种光不是照射反射型液晶光阀的光。此外，配置在偏振光束分离器的入射侧的平行化透镜716的功能，与在实施形态6所说明过的投影型显示装置5中使用的平行化透镜716相同。因此，也可以代替本实施形态而将平行化透镜配置在偏振光束分离器与反射型液晶光阀之间。另外，也可以将这些平行化透镜省略。

入射到反射型液晶光阀的光(S偏振光)，由各液晶光阀根据来自外部的图象信息进行光调制，具体地说，根据显示信息改变从各反射型液晶光阀射出的光偏振方向，并且使光的传播方向大体上反转，然后从反射型液晶光阀射出。从反射型液晶光阀射出的光，再次入射到偏振光束分离器，但由于此时从各反射型液晶光阀射出的光有一部分已根据显示信息变成P偏振光，所以，借助于偏振光束分离器的偏振光选择功能，仅使P偏振光通过偏振光束分离器(在这一级形成显示图象)并到达有色光合成用正交分色棱镜812。入射到有色光合成用正交分色棱镜812(有色光合成光学元件)的各有色光，被合成为一个光学像，并由投影透镜714(投影光学系统)将其作为投影图象在屏幕715上。

按照这种方式，在采用反射型液晶光阀的投影型显示装置6中，由于采用了型式为对一种偏振光进行调制的反射型液晶光阀，因而当采用现有的照明装置将随机偏振光导向反射型液晶光阀时，随机偏振光中的一半以上(约为60％)也将被偏振片吸收而转换为热，因此存在着在现有的照明装置中光的利用效率很低、同时需要噪音大的大型冷却装置以抑制偏振片的发热的问题，但在本实施形态的投影型显示装置6中，大幅度地解决了这种问题。

即，在本实施形态的投影型显示装置6中，在偏振光照明装置1内，仅由λ/2相位差板(图中未示出)对一种偏振光(例如，x偏振光)施加偏振方向的旋转作用，将其偏振方向调整为与另一种偏振光(例如，z偏振光)一致的状态。因此，由于将偏振方向调整一致后的偏振光被导向第1～第3反射型液晶光阀801、802、803，所以光的利用效率提高，从而可以获得明亮的投影图象。此外，由于减低了偏振片的光吸收量，所以能抑制偏振片上的温度上升。因此，可以实现冷却装置的小型化和低噪音化。进一步，由于具有由第1和第2光源部101、102组成的2个光源部且从任何一个光源部射出的光都可以无损失地将偏振方向调整一致，所以能够获得明亮的投影图象。而且，在偏振光照明装置1中，由于将热稳定的电介质多层膜用作偏振光分离膜，所以偏振光分离·合成光学元件201的偏振光分离性能是热稳定的。因此，即使在要求大的光输出的投影型显示装置6中，也能始终发挥稳定的偏振光分离性能。

另外，虽然采用着2个光源部101、102，但可以对来自2个光源部101、102的照明光进行合成，而不会增大照明光对被照明区域的入射角度(照明角)，所以照明光的断面积与采用1个光源部时相同，因此，与采用1个光源部的情况相比，能使每一定面积上的光量增加到大约2倍。所以，能够实现更为明亮的投影图象。

同样，在本实施形态的投影型显示装置6中，也在作为偏振光变换光学元件的聚光透镜部(图中未示出)与有色光分离用正交分色棱镜804之间配置着作为光路变更光学元件的折转反射镜501(图中未示出)，所以，如实施形态6所述，可以实现使一个方向上的厚度变薄的薄型投影型显示装置。

进一步，在本实施形态的投影型显示装置6中，如上所述，第1、第2光源部101、102中的任何一个也可以按可拆装的方式构成，在第1和第2光源部101、102内也可以采用发光光谱或亮度特性不同的两种光源灯，而这两个光源灯在结构上可以有选择地点亮，因而，可以获得如前所述的效果。

另外，也可以将偏振片配置在各偏振光束分离器808、809、810的输入侧、各偏振光束分离器808、809、810的射出侧或有色光分离用正交分色棱镜的射出侧的任何一侧上，在这种情况下，有能提高显示图象的对比度的可能性。

作为象本实施形态这样的采用了反射型液晶光阀的投影型显示装置，已知由一个偏振光束分离器和一个色分离·合成棱镜的组合构成色分离及色合成光学系统。在这种情况下，由偏振光束分离器将从偏振光照明装置射出的偏振光导向色分离·合成棱镜，并将由该色分离·合成棱镜进行了色分离的光射向反射型液晶光阀。然后，将由反射型液晶光阀调制后的光再次入射到色分离·合成棱镜进行合成，并通过偏振光束分离器进行投影。

另外，当然，也可以采用如上所述的偏振光照明装置2～4，代替偏振光照明装置1。

[其他实施形态]

在采用透射型液晶光阀的投影型显示装置中，对由2个分色镜构成有色光合成光学元件以代替在实施形态6的投影型显示装置5中使用过的正交分色棱镜713的所谓镜光学系统，也可以应用本发明的偏振光照明装置。在镜光学系统的情况下，其特征在于，由于可以使设在3处的液晶光阀与偏振光照明装置之间的光路长度相等，所以即使采用如实施形态1所给出的导光装置750，也能进行亮度均匀或色彩均匀的有效照明。

在上述的任何实施形态中，都能由聚光透镜部401将x偏振光变换为z偏振光，并将偏振方向在z方向上调整一致的光用作照明光，但相反也可以将z偏振光变换为x偏振光并将偏振方向在x方向上调整一致的光用作照明光。在这种情况下，只需将λ/2相位差板421的相位差层422配置在由z偏振光形成二次光源像的位置即可。此外，也可以通过对z偏振光和x偏振光两者施加偏振方向旋转作用而将偏振方向调整一致。在这种情况下，只需将相位差层配置在由两种偏振光形成二次光源像的位置即可。

另外，在上述的例中，作为λ/2相位差板、λ/4相位差板，假定由一般的高分子薄膜构成。但是，也可以用扭曲向列型液晶(TN液晶)构成这些相位差板。当采用TN液晶时，由于相位差板对波长的依赖性小，所以，与使用一般的高分子薄膜的情况相比，能提高λ/2相位差板和λ/4相位差板的偏振光变换性能。

另外，在上述实施形态中，第2偏振光分离膜都是由电介质多层膜构成，但已知FTIR膜也可以用规定的液晶材料构成。因此，第2偏振光分离膜也可以用这种液晶材料构成。

此外，上述实施形态中的偏振光照明装置，对备有利用液晶光阀这样的特定偏振光的光阀的投影型显示装置特别有效。但是，即使将本申请的发明应用于DMD(得克萨斯仪器公司注册商标)等备有不利用特定偏振光的光阀的投影型显示装置中时，也仍能取得与上述实施形态的投影型显示装置相同的效果。

Claims (14)

1.一种偏振光照明装置，备有：沿互相垂直的X、Y、Z轴的X轴将光出射的第1光源部；沿Z轴将光出射的第2光源部；偏振光分离合成光学元件，具有使从上述第1光源部射出的光中偏振方向与入射面平行的直线偏振光透过并对偏振方向与入射面正交的直线偏振光进行反射的第1偏振光分离膜、使从上述第2光源部射出的光中偏振方向与入射面正交的直线偏振光透过并对偏振方向与入射面平行的直线偏振光进行反射的第2偏振光分离膜、且上述X、Y、Z轴的交点为其中心位置；第1聚光反射光学元件，备有在使透过上述第1偏振光分离膜的上述直线偏振光的传播方向大致反转的同时形成聚光像的多个微小聚光反射元件；第2聚光反射光学元件，备有在使由上述第1偏振光分离膜及上述第2偏振光分离膜反射后的上述直线偏振光的传播方向大致反转的同时形成聚光像的多个微小聚光反射元件；第3聚光反射光学元件，备有在使透过上述第2偏振光分离膜的上述直线偏振光的传播方向大致反转的同时形成聚光像的多个微小聚光反射元件；第1偏振状态变换光学元件，配置在上述偏振光分离·合成光学元件与上述第1聚光反射光学元件之间；第2偏振状态变换光学元件，配置在上述偏振光分离·合成光学元件与上述第2聚光反射光学元件之间；第3偏振状态变换光学元件，配置在上述偏振光分离·合成光学元件与上述第3聚光反射光学元件之间；及偏振变换光学元件，用于将由上述偏振光分离·合成光学元件合成、沿上述Y轴射出的直线偏振光的偏振方向调整一致；

该偏振光照明装置的特征在于：将上述第1聚光反射光学元件相对于YZ平面平行地移动而配置，以使得上述第1聚光反射光学元件的中心不位于上述X轴上；

将上述第2聚光反射光学元件相对于XZ平面平行地移动而配置，以使得上述第2聚光反射光学元件的中心不位于上述Y轴上；

将上述第3聚光反射光学元件相对于XY平面平行地移动而配置，以使得上述第3聚光反射光学元件的中心不位于上述Z轴上；

由上述第1聚光反射光学元件及上述第3聚光反射光学元件的上述微小聚光反射元件反射、并经过上述偏光分离·合成光学元件而入射到上述偏振变换光学元件的光束的中心轴与由上述第2聚光反射光学元件的上述微小聚光反射元件反射、并经过上述偏光分离·合成光学元件而入射到上述偏振变换光学元件的光束的中心轴，相互平行、且不重合。

2.根据权利要求1所述的偏振光照明装置，其特征在于：上述微小聚光反射元件，与被照明区域的形状为相似形。

3.根据权利要求1所述的偏振光照明装置，其特征在于：在上述偏振变换光学元件的入射面侧或射出面侧，配置着备有多个聚光元件的聚光光学元件，用于对从上述偏振光分离·合成光学元件射出的光进行聚光。

4.根据权利要求1所述的偏振光照明装置，其特征在于：在上述偏振变换光学元件的射出面侧，配置着用于使从上述偏振变换光学元件射出的光重叠在被照明区域上的重叠光学元件。

5.根据权利要求1所述的偏振光照明装置，其特征在于：在上述偏振变换光学元件的射出面侧，配置着用于变更从上述偏振变换光学元件射出的光的光路的光路变更光学元件。

6.根据权利要求1所述的偏振光照明装置，其特征在于：上述第1～第3聚光反射光学元件的上述微小聚光反射元件，由曲面反射镜构成。

7.根据权利要求1所述的偏振光照明装置，其特征在于：上述第1～第3聚光反射光学元件的上述微小聚光反射元件，由透镜和设在上述透镜的与上述偏振光分离·合成光学元件相反一侧的面上的反射面构成。

8.一种投影型显示装置，其特征在于：具有权利要求1～7中的任何一项所述的偏振光照明装置、用于对从上述偏振光照明装置射出的光进行调制的光调制元件、及用于将由上述光调制元件调制后的光投影的投影光学系统。

9.一种投影型显示装置，其特征在于：具有权利要求1～7中的任何一项所述的偏振光照明装置、用于将从上述偏振光照明装置射出的光分离为多个有色光的有色光分离光学元件、用于对由上述有色光分离光学元件分离后的有色光分别进行调制的多个光调制元件、用于对由上述多个光调制元件调制后的光进行合成的有色光合成光学元件、及用于将由上述有色光合成光学元件合成后的光投影的投影光学系统。

10.一种投影型显示装置，其特征在于：具有权利要求1～7中的任何一项所述的偏振光照明装置、用于对从上述偏振光照明装置射出的光进行调制的反射型光调制元件、用于对从上述偏振光照明装置射出的光及由上述反射型光调制元件调制后的光中所含有的多个偏振光分量进行分离的偏振光分离光学元件、及用于将由上述反射型光调制元件调制后通过上述偏振光分离光学元件射出的光投影的投影光学系统。

11.一种投影型显示装置，其特征在于：具有权利要求1～7中的任何一项所述的偏振光照明装置、用于对从上述偏振光照明装置射出的光进行调制的多个反射型光调制元件、用于对从上述偏振光照明装置射出的光及由上述多个反射型光调制元件调制后的光中所含有的多个偏振光分量进行分离的偏振光分离光学元件、配置在上述偏振光分离光学元件与上述多个反射型光调制元件之间并将从上述偏振光照明装置射出的光分离为多个有色光同时对从上述多个反射型光调制元件射出的有色光进行合成的有色光分离合成光学元件、及用于将由上述反射型光调制元件调制后通过上述有色光分离合成光学元件和上述偏振光分离光学元件射出的光投影的投影光学系统。

12.一种投影型显示装置，其特征在于：具有权利要求1～7中的任何一项所述的偏振光照明装置、用于将从上述偏振光照明装置射出的光分离为多个有色光的有色光分离光学元件、用于对由上述有色光分离光学元件分离后的有色光分别进行调制的多个反射型光调制元件、用于对由上述有色光分离光学元件分离后的各有色光及由上述反射型光调制元件调制后的各有色光中所含有的多个偏振光分量进行分离的多个偏振光分离光学元件、用于对由上述各反射型光调制元件调制后通过上述各偏振光分离光学元件射出的光进行合成的有色光合成光学元件、及用于将由上述有色光合成光学元件合成后的光投影的投影光学系统。

13.根据权利要求9～12中的任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第1、第2光源部中的至少一个以可拆装的方式构成。

14.根据权利要求9～12中的任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第1、第2光源部中的至少一个可以有选择地点亮。

Images