JP2000029138A

JP2000029138A - 照明装置、偏光照明装置および投写型表示装置

Info

Publication number: JP2000029138A
Application number: JP10193321A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Ito; 嘉高伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2000-01-28
Anticipated expiration: 2018-07-08
Also published as: JP3642190B2

Abstract

(57)【要約】【課題】照明装置からの出射光を偏光ビームスプリッ
タで確実に偏光分離できるようにすること。【解決手段】照明装置１において、発光管４はその中
央に発光部５を有している。発光部５の内側輪部１１の
形状は、直交平面（ＸＹ平面）に沿って切断した位置で
は円形をしており、同一部分の外側輪部１２の形状は楕
円形をしている。この内側輪部１１および外側輪部１２
によって規定される両側に向かって厚くなっている発光
部断面のレンズ効果によって、発散光における直交平面
（ＸＹ平面）での光強度分布曲線Ｈは、Ｘ方向に長い非
円形形状となる。この照明装置１を用いれば、照明装置
１からの出射光を偏光ビームスプリッタで精度良く偏光
分離できる。また、偏光変換装置を備えた投写型表示装
置を高輝度化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源ランプからの
発散光をリフレクタで反射することにより略平行な出射
光として出射する照明装置、偏光照明装置および投写型
表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】投写型表示装置としては、平行光を出射
する照明装置と、照明装置から出射された平行光を変調
する液晶ライトバルブ等の光変調素子と、この光変調素
子によって変調された光束を投写面上に拡大投写する投
写レンズとを有するものが知られている。中でも、反射
型液晶ライトバルブを光変調素子として用いた投写型表
示装置では、反射型液晶ライトバルブを照明する照明光
と、反射型液晶ライトバルブで変調され画像情報を含ん
だ投写光とを、偏光状態の違いを利用して空間的に合成
あるいは分離する必要があるため、一般的には大型の偏
光ビームスプリッタがその目的のために利用される。

【０００３】さらに、光の利用効率を高めるために、液
晶ライトバルブで利用できない偏光光束を、当該液晶ラ
イトバルブで利用可能な偏光光束に変換するための偏光
変換装置が組み込まれることも多く、特に、透過型液晶
ライトバルブや反射型液晶ライトバルブを光変調素子と
して用いた投写型表示装置では一般的である。尚、偏光
変換装置にも、やはり偏光ビームスプリッタが使用され
る場合が多い。

【０００４】図９には反射型液晶ライトバルブを用いた
投写型表示装置の典型的な例を示してある。この図に示
すように、投写型表示装置１０００は、照明装置１００
と、照明装置１００から出射された照明光を反射型液晶
ライトバルブ２００に導く偏光ビームスプリッタ３００
と、反射型液晶ライトバルブ２００によって変調された
光をスクリーン４００に拡大投写する投写光学系５００
とを有している。照明装置１００は、光源ランプ１１０
と、この光源ランプ１１０からの発散光を反射するリフ
レクタ１２０とを備え、当該発散光をリフレクタ１２０
で反射することにより略平行な照明光を出射する。

【０００５】投写型表示装置１０００において、照明装
置１００から出射された照明光は、偏光ビームスプリッ
タ３００の偏光分離面３００ａに入射し、そこでＰ偏光
光束とＳ偏光光束に分離される。分離後の一方の偏光光
束（例えば、Ｓ偏光光束）は、その進行方向が９０度折
り曲げられて反射型液晶ライトバルブ２００に導かれ、
他方の偏光光束は偏光分離面３００ａを透過する。この
液晶ライトバルブ２００に導かれた偏光光束は、そこで
画像情報に基づいて変調された後、同一の光路を戻り再
び偏光ビームスプリッタ３００の偏光分離面３００ａに
入射する。反射型液晶ライトバルブ２００で変調された
光は、変調時に偏光面の回転作用を受けて他方の偏光光
束（Ｐ偏光光束）に変化している。このため、この変調
された光は偏光分離面３００ａを透過して投写光学系５
００に到り、この投写光学系５００によってスクリーン
４００に拡大投写される。

【０００６】ここで、偏光ビームスプリッタ３００の偏
光分離面３００ａは、誘電体多層膜等から構成され、そ
の偏光分離特性は大きな入射角依存性を有している。図
１０に拡大して示すように、この偏光分離面３００ａは
光路（Ｚ方向）に対して４５度傾斜した状態となるよう
に配置され、偏光分離面３００ａに入射した光のうち、
例えば、Ｐ偏光光束Ｐをそのまま透過し、Ｓ偏光光束Ｓ
を直角に反射する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、照明装置の光
源は完全な点光源ではないので、照明装置からの出射光
は、完全な平行光ではなく、所定の拡がりをもった非平
行光となる。このため、投写型表示装置に組み込まれた
偏光ビームスプリッタ３００の偏光分離面３００ａに
は、Ｘ方向（横方向）およびＹ方向（縦方向）に拡がり
を持つ光（非平行光）が入射することになる。このよう
な非平行光の入射に起因して次のような問題が発生す
る。

【０００８】偏光分離面３００ａの偏光分離特性は一般
に光の入射角に依存する。特に、Ｘ方向における入射角
依存性は、偏光分離面３００ａとなる偏光分離膜の膜特
性を工夫することによってある程度小さくすることが出
来るが、Ｙ方向における入射角依存性を小さくすること
は非常に難しい。その理由は、入射角がＹ方向に傾くに
従って、偏光分離面３００ａの法線と入射光によって規
定される平面と、偏光分離面３００ａとのなす角度が９
０度からずれるため、偏光分離面３００ａから出射され
る２つの直線偏光（Ｐ偏光光束ＰとＳ偏光光束Ｓ）の偏
光方向が回転するためである。これは偏光ビームスプリ
ッタ３００の偏光分離面３００ａとそこに入射する光の
立体的な位置関係により決まる本質的な現象であり、偏
光分離膜の膜特性を工夫することでは回避出来ない現象
である。

【０００９】このため、偏光分離面３００ａでは、特に
Ｙ方向に広がりを持つ非平行光をＰ偏光光束ＰとＳ偏光
光束Ｓとに完全に偏光分離することができない。この結
果、偏光ビームスプリッタから出射されるＰ偏光光束Ｐ
およびＳ偏光光束Ｓには、それぞれＳ偏光成分およびＰ
偏光成分の光が混在する。このように偏光状態の分離が
不完全な偏光光束を投写型表示装置における画像形成用
の光として用いると、投写画像の明るさ及びコントラス
トが低下してしまう。

【００１０】勿論、この現象は偏光ビームスプリッタを
用いて構成した偏光変換装置に対しても当てはまり、投
写画像の明るさを低下させる原因となる。

【００１１】上記の点に鑑みて、本発明の課題は、偏光
ビームスプリッタによって偏光分離が精度良く行われる
形態の光束を出射可能な照明装置を提案することにあ
る。

【００１２】また、本発明の課題は、偏光変換装置が組
み込まれた投写型表示装置において、光の利用効率が高
い照明装置を提案することにある。

【００１３】さらに、本発明の課題は、この新規な構成
の照明装置を光源として備えた偏光照明装置および投写
型表示装置を提案することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明では、光源ランプと、この光源ランプの発散
光を反射して略平行光として出射するためのリフレクタ
とを有する照明装置において、前記発散光のランプ光軸
に直交する直交平面内における光強度の分布曲線は、前
記ランプ光軸を中心とする縦長あるいは横長の非円形形
状であり、前記光源ランプの発光管は、当該非円形形状
の光強度分布曲線が得られるように、前記直交平面に沿
って切断した場合の肉厚が当該発光管の円周方向に沿っ
て変化していることを特徴としている。

【００１５】本発明の照明装置では、光源ランプの発光
管からは非円形形状の光強度分布曲線を持った光が発光
されるので、リフレクタで反射して得られる光の光強度
分布曲線も、ランプ光軸を中心とする縦長あるいは横長
の非円形形状となる。すなわち、本発明の照明装置によ
れば、従来の照明装置の出射光に比べ、所定の方向の拡
がりが大きく、その方向に直交する方向の拡がりが小さ
い光束を出射できる。従って、光の拡がりが大きな方向
（非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向）と偏光ビー
ムスプリッタの偏光分離方向とが一致するように照明装
置を配置することによって、照明装置からの出射光を偏
光ビームスプリッタで２種類の偏光光束（Ｓ偏光光束と
Ｐ偏光光束）に精度良く偏光分離できる。また、本発明
の照明装置を、光の広がりが大きな方向と、偏光ビーム
スプリッタを用いて構成した偏光変換装置の偏光分離方
向とが一致するように配置することによって、偏光変換
装置において照明装置からの出射光を他の偏光成分の混
入が少ない一種類の偏光光束に変換できる。

【００１６】ここで、前記発光部としては、当該発光部
を前記直交平面に沿って切断した場合に、その内側輪部
およびその外側輪部の一方の断面形状が円により実現さ
れ、他方の輪部の断面形状が楕円により実現されるもの
を採用できる。また、前記直交平面内に沿って切断した
場合の肉厚が均一な円形発光部と、この円形発光部の外
周面に取り付けられた肉厚調整部材とを備えたものであ
っても良い。

【００１７】本発明の照明装置は、一種類の偏光光束の
みを出射可能な偏光照明装置の光源として利用すること
ができる。すなわち、照明装置と、この照明装置から出
射された光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前
記Ｐ偏光光束と前記Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の
偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃え
て出射する偏光変換装置とを有する偏光照明装置の照明
装置として利用できる。

【００１８】この場合、本発明の照明装置を、前記非円
形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光変換装置
の偏光分離方向とが一致するように配置すれば、前述し
たように、偏光変換装置において照明装置からの出射光
を他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束に変換
できる。

【００１９】また、本発明の照明装置は、次の偏光照明
装置の光源として利用することも可能である。すなわ
ち、照明装置と、当該照明装置から出射された光束を複
数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記中間光
束が集束する位置付近に配置された第２の光学要素とを
有し、前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれ
をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束
と前記Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏
光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏
光変換装置と、それらの偏光光束を重畳結合させる結合
レンズとを備えている偏光照明装置の照明装置として利
用できる。

【００２０】この場合においても、本発明の照明装置
を、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記
偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置す
れば、偏光変換装置において照明装置からの出射光を他
の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束に変換でき
る。

【００２１】本発明の照明装置は、投写型表示装置の照
明装置として用いることが可能である。すなわち、照明
装置と、この照明装置から出射された光束をＰ偏光光束
とＳ偏光光束とに分離する偏光分離素子と、当該偏光分
離素子によって分離された一方の偏光光束を変調する反
射型光変調素子と、当該反射型光変調素子によって変調
された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有す
る投写型表示装置の前記照明装置として本発明の照明装
置を用いることができる。

【００２２】この場合、本発明の照明装置を、前記非円
形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光分離素子
の偏光分離方向とが一致するように配置すれば、前述し
たように、照明装置からの出射光を偏光ビームスプリッ
タ（偏光分離素子）でＰ偏光光束とＳ偏光光束とに精度
良く偏光分離できる。このため、本発明の投写型表示装
置の光学系においては、他の偏光光束の混入の少ない高
精度のＰ偏光光束およびＳ偏光光束を得ることができ
る。これにより、これらの偏光光束を画像形成用の光と
して用いることが可能となるので、投写画像のコントラ
スト及び明るさを向上できる。

【００２３】また、本発明の照明装置は、次の投写型表
示装置の照明装置として適用できる。その投写型表示装
置は、照明装置と、当該照明装置から出射された光束を
複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記中間
光束が集束する位置付近に配置された第２の光学要素
と、前記第２の光学要素から出射された光束をＰ偏光光
束とＳ偏光光束とに分離する偏光分離素子と、前記偏光
分離素子によって分離された一方の偏光光束を変調する
反射型光変調素子と、前記反射型光変調素子によって変
調された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有
し、前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれを
Ｐ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束と
前記Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光
方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光
変換装置と、それらの偏光光束を重畳結合させる結合レ
ンズとを備えたものである。

【００２４】この場合、本発明の照明装置を、前記非円
形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前記偏光変換装置
の偏光分離方向及び前記偏光分離素子の偏光分離方向と
が一致するように配置すれば、偏光変換装置によって分
離された偏光光束の双方を画像形成用の光として利用で
きるので、投写型表示装置における光の利用効率を向上
できる。

【００２５】さらに、本発明の照明装置は、次の投写型
表示装置の照明装置としても適用可能である。その投写
型表示装置は、照明装置から出射された光束を複数の中
間光束に分割する第１の光学要素と、前記中間光束が集
束する位置付近に配置された第２の光学要素と、この光
学要素から出射された光を変調する透過型光変調素子
と、前記透過型光変調素子により変調が施された光束を
投写面上に拡大投写する投写手段とを有し、前記第２の
光学要素は、前記中間光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束と
に分離し、前記Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のうちのいずれ
か一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方
向に揃えて出射する偏光変換装置と、それらの偏光光束
を重畳結合させる結合レンズとを備えたものである。

【００２６】このような構成の場合も、本発明の照明装
置を、前記非円形形状の光強度分布曲線の長軸方向と前
記偏光変換装置の偏光分離方向とが一致するように配置
すると、前述したように、偏光変換装置で他の偏光成分
の混入が少ない一種類の偏光光束に変換できる。このた
め、この偏光光束を画像形成用の光として利用できるた
め、コントラストと明るさに優れた投写画像を得ること
ができる。

【００２７】なお、第１および第２の光学要素を備えた
構成の投写型表示装置の場合、第１の光学要素と第２の
光学要素との間、あるいは第２の光学要素の内部に、集
光レンズアレイを配置することによって、偏光変換装置
における偏光変換効率を向上できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】（照明装置）以下に図面を参照し
て本発明を適用した照明装置を説明する。図１（Ａ）は
照明装置の概略断面構成図であり、図１（Ｂ）は図１
（Ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。図１に示す
照明装置１は、光源ランプ２からの発散光をリフレクタ
３によって反射して、ランプ光軸Ｍに略平行な出射光と
して出射する形式のものである。なお、以下の説明にお
いては、特にことわりのない限り、互いに直交する３方
向を便宜的にＸ方向（横方向）、Ｙ方向（縦方向）、Ｚ
方向（ランプ光軸Ｍの方向）とする。

【００２９】光源ランプ２としては、メタルハライドラ
ンプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ等を使用でき
る。光源ランプ２の発光管４は、その中央には断面が楕
円形状をした球状の発光部５が形成されている。この発
光部５の両側には外側（Ｚ方向）に細長く直線的に伸び
る封止部６、７が一体形成されている。発光部５の内部
には、電極芯棒が所定の位置に配置されている。また、
例えば、沃化ジスプロシウム、沃化ネオジム、沃化セシ
ウム等の金属ハロゲン化物が封入されている。

【００３０】リフレクタ３には、放物面状の反射面８が
備わっており、この反射面８の前端縁によって前面開口
９が規定されている。反射面８に照射された光源ランプ
２からの発散光はランプ光軸Ｍに略平行な出射光として
反射される。反射面８からはその背面側に向けて筒型の
ランプ取付け部１０が延びている。このランプ取付け部
１０に、光源ランプ２の一方の封止部７が挿入されてい
る。

【００３１】なお、光源ランプ２は、封止部７に口金が
取り付けられ、この口金を介してランプ取付け部１０に
挿入された後、耐熱性の接着剤等によって固定される。
また、光源ランプ２は、管軸とランプ光軸Ｍが水平とな
るようにリフレクタ３に取り付けられ、発光部５が取付
け部の底部中央から所定の量だけ前方に突き出た状態で
固定される。

【００３２】ここで、発光部５から発光された発散光に
おけるランプ光軸Ｍに直交する直交平面（ＸＹ平面）で
の光強度の分布曲線は、ランプ光軸Ｍを中心としてＸ方
向に長い非円形形状をしている。発光管４の発光部５
は、当該非円形形状の光強度分布曲線が得られるよう
に、直交平面（ＸＹ平面）に沿って切断した場合の肉厚
が当該発光管４の円周方向に沿って変化している。

【００３３】詳しく説明すると、発光部５の内側輪部１
１は、直交平面（ＸＹ平面）に沿って切断した場合の断
面形状が真円形をしている。また、発光部５の外側輪部
１２は直交平面（ＸＹ平面）に沿って切断した場合の断
面形状がＸ方向に長い楕円形をしている。この内側輪部
１１および外側輪部１２によって規定されている肉厚部
分１３の断面形状は、ランプ光軸Ｍから見て短軸方向
（Ｙ方向）の厚さ１３ａが最も薄く、ランプ光軸Ｍから
見て長軸方向（Ｘ方向）の厚さ１３ｂが最も厚くなるよ
うに徐々に変化する形状となっている。このような形状
をしている肉厚部分１３にはレンズと同じ効果が生じ
る。

【００３４】このような発光部５では、内部で発光した
光は、図１（Ｂ）に実線で示すように、肉厚部分１３の
レンズ効果による屈折を受けて、その出射角度がＹ方向
からＸ方向にそのレンズ効果の程度に応じた角度だけ傾
く。この結果、図１（Ｃ）に示すように、発光部５から
の発散光における直交平面（ＸＹ平面）での光強度分布
プロファイルＨは、ランプ光軸Ｍを中心としたＸ方向に
長い非円形形状となる。この強度分布曲線Ｈの意味する
ところは、照明装置１から出射される光の内、Ｘ軸の近
傍を通過する光線の割合が大きく（つまり光線密度が大
きい）、Ｘ軸から離れた位置を通過する光線の割合は小
さい（つまり光線密度が小さい）ということである。こ
の発散光は、リフレクタ３の反射面８に照射され、そこ
で反射されてランプ光軸Ｍに略平行な光に変換される。

【００３５】照明装置１の出射光のプロファイルは、従
来の照明装置の出射光のそれに比べて、光線密度がＸ軸
の近傍に局在化したものとなる。従って、照明装置１で
光線密度の高い領域が分布する方向（Ｘ方向）と偏光ビ
ームスプリッタ（偏光分離素子）の偏光分離方向（横方
向）とが一致するように、照明装置１と偏光ビームスプ
リッタとを配置すれば、縦方向に大きな角度を伴って偏
光ビームスプリッタに入射する光が少なくなるため、偏
光ビームスプリッタから出射される２つの直線偏光（Ｐ
偏光光束ＰとＳ偏光光束Ｓ）の偏光方向が回転する程度
とその光束量を小さく抑え込むことが出来る。従って、
照明装置１からの出射光を偏光ビームスプリッタでＰ偏
光光束ＰおよびＳ偏光光束Ｓに精度良く偏光分離でき
る。また、当該照明装置１を、そこから出射される光の
光強度分布プロファイルにおける光線密度の高い領域が
分布する方向（Ｘ方向）と偏光変換装置の偏光分離方向
とが一致するように配置することにより、光量低下を招
くことなく、効率良く偏光変換を行うことが可能であ
る。

【００３６】なお、偏光ビームスプリッタの偏光分離方
向とは、図１０に示す偏光ビームスプリッタ３００の入
射面３００ｂにおける横方向（Ｘ方向）である。また、
偏光ビームスプリッタを用いて構成した偏光変換装置の
偏光分離方向も、偏光ビームスプリッタの入射面におけ
る横方向である。

【００３７】照明装置１においては、発光管４の代わり
に、図２（Ａ）に示すように、Ｙ方向に長い楕円形断面
をした内側輪部１４と、円形断面をした外側輪部１５と
を備えた発光部５Ａを有する発光管を採用することも可
能である。また、図２（Ｂ）に示すように、直交平面
（ＸＹ平面）に沿って切断した場合の肉厚が均一の円形
発光部１６と、この円形発光部１６の外周面に肉厚調整
部材１７ａ、１７ｂとを備えた構成の発光部５Ｂを有す
る発光管４であっても良い。肉厚調整部材１７ａ、１７
ｂとしては、例えば、円形発光部１６の左右の側部に取
り付けた状態で発光部５Ｂの直交平面（ＸＹ平面）にお
ける断面形状が発光部５と同じ形状になるものを使用す
れば良い。

【００３８】これらの発光部５Ａ、５Ｂを備えた発光管
であっても、実質的な肉厚部分１３は、前述した発光部
５を備えた発光管４と同様に、肉厚部分１３の断面形状
は、ランプ光軸Ｍから見て短軸方向（Ｙ方向）の厚さ１
３ａが最も小さく、ランプ光軸Ｍから見て長軸方向（Ｘ
方向）の厚さ１３ｂが最も大きくなるように徐々に変化
する形状となる。このため、肉厚部分１３のレンズ効果
によって、発光管の発散光における直交平面（ＸＹ平
面）での光強度分布曲線は、図１（Ｃ）に示したような
非円形形状となる。

【００３９】（偏光照明装置の第１の例）次に、この照
明装置１を備えた偏光照明装置を説明する。図３（Ａ）
にはその偏光照明装置の一例を示してある。この図に示
す偏光照明装置１Ａは、基本的には、照明装置１と、こ
の照明装置１から出射された光束をＳ偏光光束ＳとＰ偏
光光束Ｐとに分離する偏光分離素子としての２つの偏光
ビームスプリッタ３５、３６と、この偏光ビームスプリ
ッタ３５、３６によって分離された２つの偏光光束のう
ち、Ｐ偏光光束ＰをＳ偏光光束Ｓに変換する偏光変換素
子としてのλ／２位相差板３９とから構成されている。

【００４０】照明装置１から出射された光束のほぼ全成
分は２つの偏光ビームスプリッタ３５、３６の入射面３
５ｂ、３６ｂに入射する。各偏光ビームスプリッタ３
５、３６はランプ光軸Ｍに対して４５度傾斜した偏光分
離面３５ａ、３６ａを備えており、これらの偏光分離面
３５ａ、３６ａは互いに直交するように設定されてい
る。偏光ビームスプリッタ３５、３６の入射面３５ｂ、
３６ｂに入射した照明装置１からの光束のうち、その光
束に含まれるＰ偏光光束Ｐはそれぞれの偏光分離面３５
ａ、３６ａを透過し、Ｓ偏光光束Ｓはそれぞれの偏光分
離面３５ａ、３６ａで外側に向けて折り曲げられる。こ
れらのＳ偏光光束Ｓは、偏光ビームスプリッタ３５、３
６における出射面３５ｃ、３６ｃから出射する。

【００４１】出射面３５ｃの外側には、偏光分離面３５
ａと平行な反射面を有する反射ミラー３７が配置され、
出射面３６ｃの外側には、偏光分離面３６ａと平行な反
射面を有する反射ミラー３８が配置されている。出射面
３５ｃから出射したＳ偏光光束Ｓは反射ミラー３７で直
角に反射されて、ランプ光軸Ｍに平行な光束になる。ま
た、出射面３６ｃから出射したＳ偏光光束Ｓは反射ミラ
ー３８で直角に反射されて、ランプ光軸Ｍに平行な光束
になる。

【００４２】各偏光分離面３５ａ、３６ａを透過したＰ
偏光光束Ｐは入射面３５ｂ、３６ｂと対峙している出射
面３５ｄ、３６ｄから出射する。これらの出射面３５
ｄ、３６ｄにはλ／２位相差板３９が設置されている。
出射面３５ｄ、３６ｄから出射したＰ偏光光束Ｐは、λ
／２位相差板３９を通過する際に偏光面の回転作用を受
けＳ偏光光束Ｓへと変換される。この結果、照明装置１
から出射された光束は一種類の偏光光束（Ｓ偏光光束
Ｓ）に変換されて照明領域９０を照射する。

【００４３】ここで、図３（Ｂ）に示すように、偏光照
明装置１Ａにおいては、照明装置１を、そこから出射さ
れる光の光の強度分布プロファイルにおける光線密度の
高い領域が分布する方向（Ｘ方向）が偏光ビームスプリ
ッタ３５、３６の偏光分離方向（Ｘ方向）に一致するよ
うに配置してある。照明装置１と偏光ビームスプリッタ
３５、３６をこのような配置関係にすると、前述したよ
うに、偏光ビームスプリッタ３５、３６において、照明
装置１からの出射光を他の偏光成分の混入の少ないＳ偏
光光束ＳおよびＰ偏光光束Ｐに偏光分離できる。この偏
光分離されたＰ偏光光束ＰにはＳ偏光成分がほとんど含
まれていないので、λ／２位相板３９によって変換され
たＳ偏光光束ＳにもＰ偏光成分はほとんど存在しない。
このため、偏光照明装置１Ａによって、他の偏光成分の
混入が少ない一種類の偏光光束（本例では、Ｓ偏光光
束）を得ることができる。

【００４４】（偏光照明装置の第２の例）図４（Ａ）に
は偏光照明装置の異なる例を示してある。この図に示す
偏光照明装置１Ｂは、照明装置１と、この照明装置１か
ら出射された光束を複数の中間光束に分割する第１の光
学要素６１と、中間光束が集光する位置付近に配置され
た第２の光学要素６２とを有している。

【００４５】照明装置１は、ランプ光軸Ｍがシステム光
軸Ｎに対して一定の距離ＤだけＸ方向に平行シフトした
状態となるように配置されている。照明装置１から出射
された光束は、第１の光学要素６１に入射する。

【００４６】第１の光学要素６１は、ＸＹ平面上で矩形
状の外形を有する複数の光束分割レンズ６１ａをマトリ
クス状に配列して構成されており、ランプ光軸Ｍが第１
の光学要素６１の中心に来るように、照明装置１と第１
の光学要素６１との位置関係が設定されている。第１の
光学要素６１に入射した光は、光束分割レンズ６１ａに
より複数の中間光束６１ｂに分割され、同時に光束分割
レンズ６１ａの集光作用により、システム光軸Ｎと垂直
な平面内（ＸＹ平面内）の中間光束が集束する位置に光
束分割レンズの数と同数の集光像６１ｃを形成する。光
束分割レンズ６１ａのＸＹ平面上における外形形状は、
照明領域９０の形状と相似形をなすように設定される。
本例では、ＸＹ平面上でＸ方向に長い横長の照明領域９
０を想定しているため、光束分割レンズ６１ａのＸＹ平
面上における外形形状も横長である。なお、この照明領
域９０は、後述する投写型表示装置においては、その装
置内の液晶ライトバルブにおける画像形成領域に相当す
る。

【００４７】集光像６１ｃが形成される位置近傍には、
システム光軸Ｎに対して垂直な平面内（ＸＹ平面内）に
第２の光学要素６２が配置されている。この第２の光学
要素６２は、集光レンズアレイ６３、遮光板６４、偏光
変換装置６８および結合レンズ６７から大略構成される
複合体である。なお、第１の光学要素６１に入射する光
束の平行性が極めて良い場合には、第２の光学要素６２
から集光レンズアレイ６３を省略した構成としても良
い。この第２の光学要素６２は、中間光束６１ｂのそれ
ぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに空間的に分離した
後、一方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光
方向とを揃え、偏光方向がほぼ揃ったそれぞれの光束を
照明領域に導くような機能を有している。

【００４８】集光レンズアレイ６３は、第１の光学要素
６１とほぼ同様な構成となっており、即ち、第１の光学
要素６１を構成する光束分割レンズ６１ａと同数の集光
レンズ６３ａをマトリクス状に配列したものであり、そ
れぞれの中間光束６１ｂを後述する偏光変換装置６８の
偏光分離ユニットアレイ６５の特定の場所に集光しなが
ら導く機能を有している。

【００４９】従って、第１の光学要素６１により形成さ
れた中間光束６１ｂの特性に合わせて、また、偏光分離
ユニットアレイ６５に入射する光はその主光線の傾きが
システム光軸Ｎと平行であることが理想的である点を考
慮して、各集光レンズ６３ａのレンズ特性は各々最適化
されることが望ましい。

【００５０】ただし、一般的には、光学系の低コスト化
および設計の容易さを考慮して、第１の光学要素６１と
全く同じものを集光レンズアレイ６３として用いるか、
或いは、光束分割レンズ６１ａとＸＹ平面での形状が相
似形である集光レンズを用いて構成した集光レンズアレ
イを用いても良いことから、本例の場合には、第１の光
学要素６１を集光レンズアレイ６３として用いている。

【００５１】なお、集光レンズアレイ６３が配置される
位置は第２の光学要素６２の入射側には限定されず、遮
光板６４や偏光変換装置６８から離れた位置（第１の光
学要素６１に近い側）に配置してもよい。また、集光レ
ンズアレイ６３を結合レンズ６７と一体化して偏光変換
装置６８の出射側に配置することも可能である。

【００５２】遮光板６４は複数の遮光面６４ａと複数の
開口面６４ｂが配列して構成されたものであり、遮光面
６４ａと開口面６４ｂの配列の仕方は後述する偏光分離
ユニットの配列の仕方に対応している。遮光板６４の遮
光面６４ａに入射した光束は遮られ、開口面６４ｂに入
射した光束は遮光板６４をそのまま透過する。従って、
遮光板６４は、遮光板６４上の位置に応じて透過する光
束を制御する機能を有しており、遮光面６４ａと開口面
６４ｂの配列の仕方は、第１の光学要素６１による集光
像６１ｃが後述する偏光分離ユニットの偏光分離面上の
みに形成されるように設定されている。

【００５３】遮光板６４としては、ガラス板等の平板状
の透明体に、クロムやアルミニウム等からなる遮光性の
膜を部分的に形成したものや、アルミニウム板のような
遮光性の平板に開口部を設けたもの等を使用することが
できる。特に、遮光性を有する膜を利用する場合には、
遮光性を有する膜を集光レンズアレイ６３や後述する偏
光分離ユニットアレイ６５上に直接形成しても同様の機
能を発揮させることができる。

【００５４】次に、偏光変換装置６８は偏光分離ユニッ
トアレイ（偏光分離素子）６５と、この偏光分離ユニッ
トアレイ６５の出射面の側に取り付けられた選択位相差
板（偏光変換素子）６６とを有している。

【００５５】偏光分離ユニットアレイ６５は、複数の偏
光分離ユニット６５ａがマトリクス状に配列した構成を
なしている。偏光分離ユニット６５ａの配列の仕方は、
第１の光学要素６１を構成する光束分割レンズ６１ａの
レンズ特性およびそれらの配列の仕方に対応している。
本例においては、全て同じレンズ特性を有する同心系の
光束分割レンズ６１ａを用いて、それらの光束分割レン
ズ６１ａを直交マトリクス状に配列することで第１の光
学要素６１を構成しているため、偏光分離ユニットアレ
イ６５も全て同じ偏光分離ユニット６５ａを全て同じ向
きに直交マトリクス状に配列することにより構成されて
いる。

【００５６】なお、Ｙ方向に並ぶ同一列の偏光分離ユニ
ットが全て同じ偏光分離ユニットである場合には、Ｙ方
向に細長い偏光分離ユニットをＸ方向に配列して構成し
た偏光分離ユニットアレイ６５を用いた方が、偏光分離
ユニット間の界面における光損失を低減できると共に偏
光分離ユニットアレイの製造コストを低減できるという
利点がある。

【００５７】偏光分離ユニット６５ａは内部に偏光分離
面６５ｂと反射面６５ｃを備えた四角柱状の構造体であ
り、偏光分離ユニット６５ａに入射する中間光束６１ｂ
のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに空間的に分離
する機能を有している。偏光分離ユニット６５ａのＸＹ
平面上における外観形状は、光束分割レンズ６１ａのＸ
Ｙ平面上における外観形状と相似形をなしており、即
ち、横長の矩形状である。従って、偏光分離面６５ｂと
反射面６５ｃとは横方向（Ｘ方向）に並ぶように配置さ
れている。

【００５８】ここで、偏光分離面６５ｂと反射面６５ｃ
とは、偏光分離面６５ｂがシステム光軸Ｎに対して約４
５度の傾きをなし、且つ、反射面６５ｃが偏光分離面と
平行な状態をなし、さらに、偏光分離面６５ｂがＸＹ平
面上に投影する断面積（後述するＰ出射面の面積に等し
い）と反射面６５ｃがＸＹ平面上に投影する断面積（後
述するＳ出射面の面積に等しい）とが等しくなるように
配置されている。

【００５９】従って、本例では、偏光分離面６５ｂが存
在する領域のＸＹ平面上での横幅と反射面が存在する領
域のＸＹ平面上での横幅とは等しくなり、且つ、それぞ
れが偏光分離ユニットのＸＹ平面上での横幅の半分にな
るように設定されている。なお、一般的に、偏光分離面
６５ｂは誘電体多層膜で、また、反射面６５ｃは誘電体
多層膜或いはアルミニウム膜で形成することができる。

【００６０】偏光分離ユニット６５ａに入射した光は、
偏光分離面６５ｂにおいて、進行方向を変えずに偏光分
離面６５ｂを透過するＰ偏光光束と、偏光分離面６５ｂ
で反射され隣接する反射面６５ｃの方向に進行方向を変
えるＳ偏光光束とに分離される。Ｐ偏光光束はそのまま
Ｐ出射面６５ｄを経て偏光分離ユニットから出射され、
Ｓ偏光光束は再び反射面６５ｃで進行方向を変え、Ｐ偏
光光束とほぼ平行な状態となって、Ｓ出射面６５ｅを経
て偏光分離ユニットから出射される。

【００６１】従って、偏光分離ユニットに入射したラン
ダムな偏光光束は偏光分離ユニットにより偏光方向が異
なるＰ偏光光束とＳ偏光光束の二種類の偏光光束に分離
され、偏光分離ユニットの異なる場所（Ｐ出射面６５ｄ
とＳ出射面６５ｅ）からほぼ同じ方向に向けて出射され
る。偏光分離ユニット６５ａは上記のような機能を有す
ることから、それぞれの偏光分離ユニット６５ａの偏光
分離面６５ｂが存在する領域にそれぞれの中間光束６１
ｂを導く必要があり、そのため、偏光分離ユニット内の
偏光分離面６５ｂの中央部に中間光束６１ｂが入射する
ように、それぞれの偏光分離ユニット６５ａとそれぞれ
の集光レンズ６３ａの位置関係やそれぞれの集光レンズ
６３ａのレンズ特性は設定されている。特に、本例の場
合には、それぞれの偏光分離ユニット内の偏光分離面６
５ｂの中央部にそれぞれの集光レンズの中心軸が来るよ
うに配置するため、集光レンズアレイ６５は、偏光分離
ユニットの横幅の１／４に相当する距離Ｄだけ、偏光分
離ユニットアレイ６５に対してＸ方向にずらした状態で
配置されている。

【００６２】尚、偏光分離ユニットアレイにおいては、
その内部に上述した偏光分離面と反射面が規則的に形成
されたものであれば良く、上述した偏光分離ユニットを
基本的な構成単位として用いる必要は必ずしもない。こ
こでは、偏光分離ユニットアレイの機能を説明し易くす
るために、偏光分離ユニットという構成単位を導入した
に過ぎない。

【００６３】遮光板６４は偏光分離ユニットアレイ６５
と集光レンズアレイ６３との間にあって、遮光板６４の
それぞれの開口面６４ｂの中心とそれぞれの偏光分離ユ
ニット６５ａの偏光分離面６５ｂの中心がほぼ一致する
ように配置され、また、開口面６４ｂの開口横幅（Ｘ方
向の開口幅）は偏光分離ユニット６５ａの横幅の約半分
の大きさに設定されている。この結果、偏光分離面６５
ｂを経ずして反射面６５ｃに直接入射する中間光束６１
ｂは、予め遮光板６４の遮光面６４ａで遮られるためほ
とんど存在せず、遮光板６４の開口面６４ｂの通過した
光束はそのほとんど全てが偏光分離面６５ｂに入射する
ことになる。従って、遮光板６４の設置により、偏光分
離ユニット６５ａにおいて、直接反射面６５ｃに入射
し、反射面６５ｃを経て隣接する偏光分離面６５ｂに入
射する光束はほとんど存在しないことになる。

【００６４】偏光分離ユニットアレイ６５の出射面側に
は、λ／２位相差板６６ａが規則的に配置された選択位
相差板６６が設置されている。即ち、偏光分離ユニット
アレイ６５を構成する偏光分離ユニット６５ａのＰ出射
面６５ｄの部分にのみλ／２位相差板６６ａが配置さ
れ、Ｓ出射面６５ｅの部分にはλ／２位相差板６６ａは
設置されていない。この様なλ／２位相差板６６ａの配
置状態により、偏光分離ユニット６５ａから出射された
Ｐ偏光光束は、λ／２位相差板６６ａを通過する際に偏
光方向の回転作用を受けＳ偏光光束へと変換される。一
方、Ｓ出射面６５ｅから出射されたＳ偏光光束はλ／２
位相差板６６ａを通過しないので、偏光方向は変化せ
ず、Ｓ偏光光束のまま選択位相差板６６を通過する。以
上をまとめると、偏光分離ユニットアレイ６５と選択位
相差板６６により、偏光方向がランダムな中間光束６１
ｂは一種類の偏光光束（この場合はＳ偏光光束）に変換
されたことになる。

【００６５】選択位相差板６６の出射面の側には、結合
レンズ６７が配置されており、選択位相差板６６により
Ｓ偏光光束に揃えられた光束は、結合レンズ６７により
照明領域（後述する投写型表示装置の液晶ライトバルブ
の画像形成領域）へと導かれ、照明領域上で重畳結合さ
れる。ここで、結合レンズ６７は１つのレンズ体である
必要はなく、第１の光学要素６１のように、複数のレン
ズの集合体であっても良い。

【００６６】第２の光学要素６２の機能をまとめると、
第１の光学要素６１により分割された中間光束６１ｂ
（つまり、光束分割レンズ６１ａにより切り出されたイ
メージ面）は、第２の光学要素６２により照明領域上で
重畳結合される。これと同時に、途中の偏光変換装置６
８により、ランダムな偏光光束である中間光束は偏光方
向が異なる二種類の偏光光束に空間的に分離され、その
分離された二種類の偏光光束が一種類の偏光光束に変換
される。ここで、偏光変換装置６８の偏光分離ユニット
アレイ６５の入射側には遮光板６４が配置され、偏光分
離ユニット６５ａの偏光分離面６５ｂにだけ中間光束が
入射する構成となっているため、反射面６５ｃを経て偏
光分離面６５ｂに入射する中間光束６１ｂはほとんどな
く、偏光分離ユニットアレイ６５から出射される偏光光
束の種類はほぼ一種類に限定される。従って、照明領域
は殆ど一種類の偏光光束でほぼ均一に照明されることに
なる。

【００６７】ここで、図４（Ｂ）に示すように、偏光照
明装置１Ｂにおいては、照明装置１を、そこから出射さ
れる光の光強度分布プロファイルにおける光線密度の高
い領域が分布する方向（Ｘ方向）と偏光変換装置６８に
おける偏光分離ユニットアレイ（偏光分離素子）６５の
偏光分離方向（Ｘ方向）とが一致するように配置してあ
る。照明装置１と偏光分離ユニットアレイ６５をこのよ
うな配置関係にすると、前述したように、偏光分離ユニ
ットアレイ６５において、照明装置１からの出射光を他
の偏光成分の混入の少ないＳ偏光光束およびＰ偏光光束
に分離できる。この分離されたＰ偏光光束にはＳ偏光成
分がほとんど含まれていないので、選択位相差板６６の
λ／２位相差板６６ａによって変換されたＳ偏光光束Ｓ
にもＰ偏光成分はほとんど含まれないことになる。すな
わち、他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束
（本例では、Ｓ偏光光束）を得ることができる。（投写
型表示装置の第１の例）次に、この照明装置１を用いた投写型表示装置を説明す
る。図５（Ａ）にはその一例として反射型液晶ライトバ
ルブ（反射型光変調素子）を用いた投写型表示装置の光
学系を示してある。

【００６８】この図に示す投写型表示装置２０は、前述
した照明装置１からの出射光を赤、緑、青の３色の色光
Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂに対し
て反射型液晶ライトバルブにより各色の画像信号に応じ
た変調を施し、変調後の各色光を再合成して投写面上に
拡大投写する形式のものである。

【００６９】詳細に説明すると、照明装置１からの出射
光は、それに含まれるＰ偏光成分ＰおよびＳ偏光成分Ｓ
を空間的に分離する偏光ビームスプリッタ２１に入射す
る。この偏光ビームスプリッタ２１は、ランプ光軸Ｍに
対して４５度傾斜した偏光分離面２１ａを備えており、
出射光に含まれるＰ偏光光束Ｐを透過し、Ｓ偏光光束Ｓ
を直交する方向に向けて反射することにより、空間的に
９０度の角度で分離する。

【００７０】この偏光ビームスプリッタ２１におけるＰ
偏光光束Ｐの出射面３１に対峙させて、ダイクロイック
プリズム２２が配置されている。このダイクロイックプ
リズム２２は上記の偏光分離面２１ａと略平行に赤色・
青色反射膜２２ａが形成されている。

【００７１】ダイクロイックプリズム２２に入射したＰ
偏光光束Ｐに含まれる緑色光Ｇは赤色・青色反射膜２２
ａを透過して当該ダイクロイックプリズム２２の出射面
４１から出射する。この出射面４１に対峙させて、出射
した緑色光Ｇの光路に直交する状態で、反射型の緑色用
液晶ライトバルブ２３Ｇが配置されている。従って、Ｐ
偏光光束Ｐから分離された緑色光Ｇは当該液晶ライトバ
ルブ２３Ｇに入射して、緑色画像信号に対応した変調が
施される。Ｐ偏光光束Ｐに含まれる赤色光Ｒおよび青色
光Ｂはダイクロイックプリズム２２の赤色・緑色反射膜
２２ａで反射される。

【００７２】一方、偏光ビームスプリッタのＳ偏光光束
Ｓの出射面３２の側には、ダイクロイックプリズム２４
と、ダイクロイックプリズム２４における偏光ビームス
プリッタ２１からのＳ偏光光束Ｓが入射する入射面４２
に形成された緑色反射ダイクロイックフィルタ２５とが
設けられている。偏光ビームスプリッタ２１から出射さ
れたＳ偏光光束Ｓは、緑色反射ダイクロイックフィルタ
２５を通過する際に緑色成分が除去される。

【００７３】そして、ダイクロイックプリズム２４に入
射したＳ偏光光束Ｓは、偏光分離面２１ａとは直交する
方向に形成された青色反射膜２４ａによって青色光Ｂが
反射されて出射面４３から出射する。この出射面４３に
対峙させて、出射した青色光Ｂの光路に直交する状態
で、反射型の青色用液晶ライトバルブ２３Ｂが配置され
ている。従って、Ｓ偏光光束Ｓから分離された青色光Ｂ
は当該液晶ライトバルブ２３Ｂに入射して青色画像信号
に対応する変調が施される。青色反射膜２４ａを透過し
た赤色光Ｒは出射面４４から出射する。この出射面４４
に対峙させて、出射した赤色光Ｒの光路に直交する状態
で、反射型の赤色用液晶ライトバルブ２３Ｒが配置され
ている。従って、Ｓ偏光光束Ｓから分離された赤色光Ｒ
は当該液晶ライトバルブ２３Ｒに入射して赤色画像信号
に対応する変調が施される。

【００７４】反射型の液晶ライトバルブ２３Ｒ、２３
Ｇ、２３Ｂに入射した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれに
供給されている各色の画像信号の画素信号に応じて各画
素電極毎に偏光面の回転を受け、反射光（変調光）とな
る。このようにして得られた変調光は、再度、同一光路
に沿って戻り、ダイクロイックプリズム２２、２４を通
り、偏光ビームスプリッタ２１に至る。

【００７５】ここで、Ｐ偏光光束Ｐが入射した緑色用液
晶ライトバルブ２３Ｇからの反射光は偏光面の回転作用
を受けて部分的にＳ偏光光束となっており、このＳ偏光
成分のみが、当該偏光ビームスプリッタ２１の偏光分離
面２１ａで反射されて、投写光学系を構成している投写
レンズ２６に供給され、変調されなかった光は偏光面の
回転作用を受けずにＰ偏光光束のままであるので、その
残りのＰ偏光成分は光源の側に向けて戻っていく。

【００７６】一方、Ｓ偏光光束Ｓが入射した青色用およ
び赤色用の液晶ライトバルブ２３Ｂ、２３Ｒからの変調
光は、偏光面の回転作用を受けて部分的にＰ偏光光束と
なっており、このＰ偏光成分のみが、当該偏光ビームス
プリッタ２１の偏光分離面２１ａを透過して、投写レン
ズ２６に供給され、残りのＳ偏光成分は反射されて光源
の側に戻っていく。

【００７７】この結果、偏光ビームスプリッタ２１の出
射面３３からは各色の画像信号に応じて変調が施された
各色光（変調光）が再度合成されて出力される。この合
成光は投写レンズ２６を介して、投写面２７の上に拡大
投写される。

【００７８】ここで、図５（Ｂ）に示すように、投写型
表示装置２０においては、照明装置１から出射される光
の光強度分布プロファイルにおける光線密度が高い領域
が分布する方向（Ｘ方向）と偏光ビームスプリッタ２１
の偏光分離方向（Ｘ方向）とが一致するように、照明装
置１と偏光ビームスプリッタ２１とは配置されているの
で、前述したように、照明装置１から出射された光が偏
光ビームスプリッタ２１でＰ偏光光束およびＳ偏光光束
に精度良く偏光分離される。従って、照明装置１を備え
た投写型表示装置２０では、他の偏光成分の混入の少な
い高精度の偏光光束（本例では、Ｓ偏光光束Ｓ）を画像
形成用の光として利用できるので、コントラストと明る
さに優れた投写画像を得ることができる。

【００７９】（投写型表示装置の第２の例）次に、図５
（Ａ）とは異なる投写型表示装置の例を説明する。図６
（Ａ）は、その投写型表示装置の光学系の要部を示す概
略構成図である。この図に示す投写型表示装置２０Ａ
は、前述した投写型表示装置２０と同様に、照明装置１
からの出射光を３色の色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離し
た各色光Ｒ、Ｇ、Ｂに対して反射型液晶ライトバルブに
より各色の画像信号に応じた変調を施し、変調後の各色
光を再合成して投写面上に拡大投写する形式のものであ
る。

【００８０】照明装置１からの出射光は、反射ミラー５
１において進行方向を９０度折り曲げられ青光緑光反射
ダイクロイックミラー５２に向かう。そして、この青光
緑光反射ダイクロイックミラー５２において、赤色光Ｒ
が透過し、青色光Ｂおよび緑色光Ｇが反射する。赤色光
Ｒは、反射ミラー５３で反射され、それに含まれるＰ偏
光成分ＰおよびＳ偏光成分Ｓを空間的に分離する偏光ビ
ームスプリッタ２１Ｒに入射する。この偏光ビームスプ
リッタ２１Ｒは、ランプ光軸Ｍに対して４５度傾斜した
偏光分離面２１ａを備えており、赤色光Ｒに含まれるＰ
偏光光束Ｐを透過し、Ｓ偏光光束Ｓを直交する方向に向
けて反射することにより、２種類の偏光光束を空間的に
９０度の角度で分離する。

【００８１】この偏光ビームスプリッタ２１Ｒにおける
Ｓ偏光光束Ｓの出射面３２Ｒに対峙させて、出射した赤
色光ＲのＳ偏光光束Ｓの光路に直交する状態で、反射型
液晶ライトバルブ２３Ｒが配置されている。従って、そ
のＳ偏光光束Ｓは当該液晶ライトバルブ２３Ｒに入射し
て、赤色画像信号に対応した変調が施される。

【００８２】一方、青光緑光反射ダイクロイックミラー
５２で反射された青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、緑反射ダ
イクロイックミラー５４において、青色光Ｂが透過し、
緑色光Ｇが反射する。青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、それ
らに含まれるＰ偏光成分ＰおよびＳ偏光成分Ｓを空間的
に分離する個別の偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１Ｂ
にそれぞれ入射する。これらの偏光ビームスプリッタ２
１Ｇ、２１Ｂは、上記の偏光ビームスプリッタ２１Ｒと
同様に、偏光分離面２１ａを備えており、青色光Ｂおよ
び緑色光Ｇに含まれるＰ偏光光束Ｐを透過し、Ｓ偏光光
束Ｓを直交する方向に向けて反射することにより、２種
類の偏光光束を空間的に９０度の角度で分離する。

【００８３】これらの偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２
１ＢにおけるＳ偏光光束Ｓの出射面３２Ｇ、３２Ｂに対
峙させて、出射した青色光Ｂ、緑色光ＧのＳ偏光光束Ｓ
の光路に直交する状態で、反射型液晶ライトバルブ２３
Ｂ、２３Ｇがそれぞれ配置されている。従って、青色光
ＢのＳ偏光光束Ｓは当該液晶ライトバルブ２３Ｂに入射
して、青色画像信号に対応した変調が施される。また、
緑色光ＧのＳ偏光光束Ｓは当該液晶ライトバルブ２３Ｇ
に入射して、緑色画像信号に対応した変調が施される。

【００８４】反射型液晶ライトバルブ２３Ｒ、２３Ｇ、
２３Ｂに入射した各色光Ｒ、Ｇ、ＢのＳ偏光光束Ｓは、
それぞれに供給されている各色の画像信号の画素信号に
応じて各画素電極毎に偏光面の回転を受け、反射光（変
調光）となる。この反射光は、再度、同一光路に沿って
戻り、それぞれの偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１
Ｇ、２１Ｂに達する。

【００８５】ここで、変調が施された当該反射光はＰ偏
光光束Ｐに変換され、一方、変調が施されなかった当該
反射光はＳ偏光光束Ｓのままになっている。このため、
偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに入射し
た各色光の内、変調が施され、Ｐ偏光光束Ｐに変換され
ている反射光は、偏光分離面２１ａを透過してクロスダ
イクロイックプリズム８５に供給される。一方、変調が
施されず、Ｓ偏光光束Ｓのままの反射光は、偏光分離面
２１ａで反射され、さらに、同一光路を辿って照明装置
１に戻っていく。

【００８６】クロスダイクロイックプリズム８５に供給
された各色光Ｒ、Ｇ、Ｂの変調光は、ここで色合成さ
れ、投写光学系を構成している投写レンズ２６に出力さ
れる。そして、この色合成された光は投写レンズ２６を
介して、投写面の上に拡大投写される。

【００８７】図６（Ｂ）に示すように、この投写型表示
装置２０Ａにおいても、照明装置１と偏光ビームスプリ
ッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂとの配置関係を上述した投
写型表示装置２０と同様に設定してある。このため、他
の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束を画像形成
用の光として利用できるため、コントラストと明るさに
優れた投写画像を得ることができる。

【００８８】（投写型表示装置の第３の例）次に、反射
型の液晶ライトバルブを備えた投写型表示装置に図４
（Ａ）に示した偏光照明装置１Ｂを組み込んだ例を説明
する。図７は、その投写型表示装置の光学系の要部を示
す概略構成図である。この図に示す投写型表示装置２０
Ｂは、偏光照明装置１Ｂから出射された一種類の偏光光
束を３色の色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離した各色光
Ｒ、Ｇ、Ｂに対して反射型の液晶ライトバルブにより各
色の画像信号に応じた変調を施し、変調後の各色光を再
合成して投写面上に拡大投写する形式のものである。

【００８９】なお、図４（Ａ）における照明領域９０は
反射型液晶ライトバルブの画像形成領域に相当する。ま
た、図７に示す投写型表示装置２０Ｂにおいて、前述し
た投写型表示装置２０Ａと共通する部分には同一符号を
付してある。

【００９０】偏光照明装置１Ｂからの一種類の偏光光束
（本例では、Ｓ偏光光束Ｓ）は、Ｘ字状に配置された青
光緑光反射ダイクロイックミラー５２および赤光反射ダ
イクロイックミラー８６に入射する。Ｓ偏光光束Ｓに含
まれる赤色光Ｒは、赤光反射ダイクロイックミラー８６
において、その進行方向を９０度折り曲げられて反射ミ
ラー８７に向かう。Ｓ偏光光束Ｓに含まれる青色光Ｂお
よび緑色光Ｇは、青光緑光反射ダイクロイックミラー５
２において、赤色光Ｒの進行方向とは反対方向に折り曲
げられて反射ミラー８８に向かう。

【００９１】赤色光Ｒは、反射ミラー８７で反射され、
偏光ビームスプリッタ２１Ｒに入射する。入射した赤色
光ＲはＳ偏光光束Ｓであるので、赤色光Ｒの略全てが偏
光ビームスプリッタ２１Ｒの偏光分離面２１ｒで直角に
折り曲げられて出射面３２Ｒから出射する。この出射面
３２Ｒから出射した赤色光Ｒは、反射型の液晶ライトバ
ルブ２３Ｒに入射し、この液晶ライトバルブ２３Ｒで赤
色画像信号に対応した変調が施される。

【００９２】一方、青光緑光反射ダイクロイックミラー
５２で反射された青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、反射ミラ
ー８８において、緑光反射ダイクロイックミラー５４に
向けて反射される。緑光反射ダイクロイックミラー５４
において、青色光Ｂが透過し、緑色光Ｇが反射する。

【００９３】青色光Ｂおよび緑色光Ｇは、個別の偏光ビ
ームスプリッタ２１Ｇ、２１Ｂにそれぞれ入射する。青
色光Ｂおよび緑色光Ｇは共にＳ偏光光束Ｓであるので、
それらの略全てが各偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１
Ｂの偏光分離面２１ｇ、２１ｂで直交する方向に向けて
反射され、当該偏光ビームスプリッタ２１Ｇ、２１Ｂに
おける出射面３２Ｇ、３２Ｂから出射する。各出射面３
２Ｇ、３２Ｂから出射した緑色光Ｇおよび青色光Ｂは、
反射型の液晶ライトバルブ２３Ｇ、２３Ｂに入射する。
緑色光Ｇは液晶ライトバルブ２３Ｇで緑色画像信号に対
応した変調が施され、青色光Ｂは液晶ライトバルブＢで
青色画像信号に対応した変調が施される。

【００９４】反射型の液晶ライトバルブ２３Ｒ、２３
Ｇ、２３Ｂに入射した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれに
供給されている各色の画像信号の画素信号に応じて各画
素電極毎に偏光面の回転を受け、反射光（変調光）とな
る。この反射光は、再度、同一の光路に沿って戻り、そ
れぞれの偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ
に到達する。

【００９５】この後は、上述した投写型表示装置２０Ａ
と同様に、クロスダイクロイックプリズム８５、投写光
学系を構成している投写レンズ２６を介して投写面２７
に拡大投写される。

【００９６】ここで、投写型表示装置２０Ｂには前述し
た偏光照明装置１Ｂが組み込まれている。特に、偏光照
明装置１Ｂに組み込まれている照明装置１から出射され
る光の光強度分布プロファイルにおける光線密度が高い
領域が分布する方向と、第２の光学要素６２における偏
光分離方向および偏光ビームスプリッタ２１Ｒ、２１
Ｇ、２１Ｂにおける偏光分離方向とが一致するように、
照明装置１と第２の光学要素６２及び偏光ビームスプリ
ッタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは配置されている。このた
め、投写型表示装置２０Ｂでは、他の偏光成分の混入が
少ない一種類の偏光光束（Ｓ偏光光束Ｓ）を画像形成用
の光として利用されている。よって、コントラストと明
るさに優れた投写画像を得ることができる。

【００９７】（投写型表示装置の第４の例）次に、透過
型の液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の一例を
説明する。図８はその投写型表示装置の光学系の要部を
示した概略構成図である。この図に示す投写型表示装置
２０Ｃには光源として図４（Ａ）に示した偏光照明装置
１Ｂが組み込まれている。すなわち、投写型表示装置２
０Ｃは偏光変換装置６８が組み込まれたものである。な
お、図４（Ａ）における照明領域９０は透過型の液晶ラ
イトバルブの画像形成領域に相当する。

【００９８】この投写型表示装置２０Ｃは、偏光照明装
置１Ｂから出射された一種類の偏光光束を３色の色光
Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂに対し
て透過型の液晶ライトバルブにより各色の画像信号に応
じた変調を施し、変調後の各色光を再合成して投写面上
に拡大投写する形式のものである。

【００９９】偏光照明装置１Ｂから出射された一種類の
偏光光束（本例では、Ｓ偏光光束Ｓ）は、まず青光緑光
反射ダイクロイックミラー７１において、赤色光Ｒが透
過し、青色光Ｂおよび緑色光Ｇが反射する。赤色光Ｒ
は、反射ミラー７２で反射され、赤色用の透過型液晶ラ
イトバルブ８０Ｒに達する。一方、青色光Ｂおよび緑色
光Ｇのうち、緑色光Ｇは、緑光反射ダイクロイックミラ
ー７３によって反射され、緑光用の透過型液晶ライトバ
ルブ８０Ｇに達する。

【０１００】ここで、青色光Ｂは、各色光のうちでその
光路の長さが最も長いので、青色光Ｂに対しては、入射
レンズ７４、リレーレンズ７５、および出射レンズ７６
からなるリレーレンズ系で構成された導光手段７９を設
けてある。即ち、青色光Ｂは、緑光反射ダイクロイック
ミラー７３を透過した後に、まず、入射レンズ７４を経
て反射ミラー７７により反射されてリレーレンズ７５に
導かれ、このリレーレンズ７５に集束された後、反射ミ
ラー７８によって出射レンズ７６に導かれ、しかる後
に、青光用の透過型液晶ライトバルブ８０Ｂに達する。
ここで、３ヶ所の透過型液晶ライトバルブ８０Ｒ、８０
Ｇ、８０Ｂは、それぞれの色光を変調し、各色光に対応
した画像情報を含まれた後に、変調した色光をクロスダ
イクロイックプリズム８５に入射させる。クロスダイク
ロイックプリズム８５には、赤光反射の誘電体多層膜と
青光反射の誘電体多層膜とがＸ字状に形成されており、
それぞれの変調光束を合成しカラー画像を形成する。こ
こで形成されたカラー画像は、投写光学系である投写レ
ンズ２６により投写面２７上に拡大投影され、投写画像
を形成する。

【０１０１】この投写型表示装置２０Ｃは、前述した投
写型表示装置２０Ｂと同様に、偏光照明装置１Ｂが組み
込まれている。このため、投写型表示装置２０Ｃでも、
他の偏光成分の混入が少ない一種類の偏光光束を画像形
成用の光として利用されているので、コントラストと明
るさに優れた投写画像を得ることができる。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明装置
は、光強度分布曲線がランプ光軸を中心とする縦長ある
いは横長の非円形形状をした光を出射する。換言すれ
ば、従来の照明装置の出射光に比べ、所定の方向の拡が
りが大きく、その方向に直交する方向の拡がりが小さい
光を出射できる。

【０１０３】従って、偏光分離素子が組み込まれた投写
型表示装置において、光の拡がりが大きな方向と偏光分
離素子（偏光ビームスプリッタ）の偏光分離方向とが一
致するように本発明の照明装置を配置すれば、偏光分離
素子の偏光分離方向における入射角依存性は比較的小さ
くできるので、全体として、照明装置からの出射光を偏
光分離素子で高精度に偏光分離できる。従って、偏光光
束を画像形成用の光として効率良く使用できるので、コ
ントラストと明るさに優れた投写画像を形成可能な投写
型表示装置を実現できる。

【０１０４】また、偏光変換装置が組み込まれた投写型
表示装置において、光の拡がりが大きな方向と偏光変換
装置の偏光分離方向とが一致するように本発明の照明装
置を配置すれば、光量低下を招くことなく、効率良く偏
光変換を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明を適用した照明装置の概略断面
構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、
（Ｃ）は、発散光のランプ光軸に直交する直交平面での
光強度分布プロファイルを示す図である。

【図２】図１に示す発光部の変形例を示す断面図であ
る。

【図３】（Ａ）は図１に示す照明装置を備えた偏光照明
装置の概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の偏光照明装置にお
ける照明装置の配置関係を説明するための図である。

【図４】（Ａ）は図３とは異なる例の偏光照明装置の概
略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の偏光照明装置における照明
装置の配置関係を説明するための図である。

【図５】（Ａ）は、図１に示す照明装置を備えた投写型
表示装置の光学系の概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の投写
型表示装置における照明装置の配置関係を説明するため
の図である。

【図６】（Ａ）は図３とは異なる投写型表示装置の光学
系の例を示す概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の投写型表示
装置における照明装置の配置関係を説明するための図で
ある。

【図７】図４に示す偏光照明装置を備えた投写型表示装
置の光学系の例を示す概略構成図である。

【図８】図７とは異なる投写型表示装置の光学系の例を
示す概略構成図である。

【図９】反射型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装
置の光学系の概略構成図である。

【図１０】偏光ビームスプリッタに入射する光の状態を
説明するための図である。

【符号の説明】

１照明装置１Ａ、１Ｂ偏光照明装置２光源ランプ３リフレクタ４発光管５、５Ａ、５Ｂ発光部１１内側輪部１２外側輪部１３肉厚部分１４内側輪部１５外側輪部１６発光部１７ａ、１７ｂ肉厚調整部材２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ投写型表示装置２１、２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、３５、３６偏光ビー
ムスプリッタ２１ａ偏光分離面２３Ｒ、２３Ｇ、２３
Ｂ反射型液晶ライトバルブ２６投写レンズ３９ λ／２位相差板６１第１の光学要素６２第２の光学要素６３集光レンズアレイ６４遮光板６５偏光分離ユニット（偏光分離素子）６６選択位相差板（偏光変換素子）６７結合レンズ６８偏光変換装置８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ透過型液晶ライトバルブＭランプ光軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源ランプと、この光源ランプの発散光
を反射して略平行光として出射するためのリフレクタと
を有する照明装置において、前記発散光のランプ光軸に直交する直交平面内における
光強度の分布曲線は、前記ランプ光軸を中心とする縦長
あるいは横長の非円形形状であり、前記光源ランプの発光管は、当該非円形形状の光強度分
布曲線が得られるように、前記直交平面に沿って切断し
た場合の肉厚が当該発光管の円周方向に沿って変化して
いることを特徴とする照明装置。
【請求項２】請求項１において、前記発光管を前記直
交平面に沿って切断した場合の断面形状は、その内側輪
部および外側輪部の一方が円により実現され、他方の輪
部が楕円により実現されたものであることを特徴とする
照明装置。
【請求項３】請求項１において、前記発光管は、前記
直交平面に沿って切断した場合の肉厚が均一である円形
発光部と、この円形発光部の外周面に取り付けられた肉
厚調整部材とを備えており、前記発光管は、前記肉厚調
整部材によって、前記直交平面に沿って切断した場合の
肉厚が当該発光管の円周方向に沿って変化していること
を特徴とする照明装置。
【請求項４】請求項１に記載の照明装置と、当該照明
装置から出射された光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに
分離し、前記Ｐ偏光光束と前記Ｓ偏光光束のうちのいず
れか一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光
方向に揃えて出射する偏光変換装置とを有し、前記照明装置は、前記非円形形状の光強度分布曲線の長
軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向とが一致する
ように配置されていることを特徴とする偏光照明装置。
【請求項５】請求項１に記載の照明装置と、当該照明
装置から出射された光束を複数の中間光束に分割する第
１の光学要素と、前記中間光束が集束する位置付近に配
置された第２の光学要素とを有し、前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏
光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束と前記
Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向
を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換
装置と、それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズ
とを備えており、前記照明装置は、前記非円形形状の光強度分布曲線の長
軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向とが一致する
ように配置されていることを特徴とする偏光照明装置。
【請求項６】請求項１に記載の照明装置と、当該照明
装置から出射された光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに
分離する偏光分離素子と、当該偏光分離素子によって分
離された一方の偏光光束を変調する反射型光変調素子
と、当該反射型光変調素子によって変調された光束を投
写面上に拡大投写する投写手段とを有し、前記照明装置は、前記非円形形状の光強度分布曲線の長
軸方向と前記偏光分離素子の偏光分離方向とが一致する
ように配置されていることを特徴とする投写型表示装
置。
【請求項７】請求項１に記載の照明装置と、当該照明
装置から出射された光束を複数の中間光束に分割する第
１の光学要素と、前記中間光束が集束する位置付近に配
置された第２の光学要素と、前記第２の光学要素から出
射された光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離する偏
光分離素子と、前記偏光分離素子によって分離された一
方の偏光光束を変調する反射型光変調素子と、前記反射
型光変調素子によって変調された光束を投写面上に拡大
投写する投写手段とを有し、前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏
光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束と前記
Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向
を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換
装置と、それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズ
とを備えており、前記照明装置は、前記非円形形状の光強度分布曲線の長
軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向及び前記偏光
分離素子の偏光分離方向とが一致するように配置されて
いることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項８】請求項１に記載の照明装置と、当該照明
装置から出射された光束を複数の中間光束に分割する第
１の光学要素と、前記中間光束が集束する位置付近に配
置された第２の光学要素と、前記第２の光学要素から出
射された光を変調する透過型光変調素子と、前記透過型
光変調素子により変調が施された光束を投写面上に拡大
投写する投写手段とを有し、前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏
光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、Ｓ偏
光光束のうちのいずれか一方の偏光光束の偏光方向を他
方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光変換装置
と、それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを
備えており、前記照明装置は、前記非円形形状の光強度分布曲線の長
軸方向と前記偏光変換装置の偏光分離方向とが一致する
ように配置されていることを特徴とする投写型表示装
置。