JP2002350779A

JP2002350779A - 照明光学系、液晶表示装置およびプロジェクタ

Info

Publication number: JP2002350779A
Application number: JP2001162030A
Authority: JP
Inventors: Koichi Akiyama; 光一秋山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】ロッドのごとき光伝送体を用いることによる
構成の簡潔さは失わずに結像の筋や照明領域の色ムラを
生じないようにした照明光学系並びにこれを利用した液
晶表示装置およびプロジェクタを提供する。【解決手段】光源装置１０と、光源装置１０から出射
される光線束の焦点またはその近傍に入射側端面が配置
された棒状の光伝送体２０と、光伝送体２０の出射側端
面もしくはその近傍または中間部に配置された偏光発生
光学系３０と、偏光発生光学系３０の透過系および反射
系の光路上に配置された偏心系レンズ４０とを備えた構
成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、棒状の光伝送体を
用いた照明光学系、並びにこの照明光学系を用いた液晶
表示装置およびプロジェクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】アクティブ方式の液晶表示装置は、例え
ばプロジェクタに利用されている。かかる液晶表示装置
（液晶ライトバルブとも称される。）は、画素毎に駆動
素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やダイオード
等を有し、画像情報（画像信号）に応じて入射する光を
変調することにより画像を形成する。そして、一般的な
プロジェクタは、例えば特開平２０００−２９２７４０
号公報に示されるように、光源から出射された偏りのな
い光を所定の直線偏光光に変換して出射する偏光発生光
学系を含む照明光学系と、照明光学系から出射された直
線偏光光を赤、緑、青の３色の色光に分離する色光分離
光学系と、画像情報（画像信号）に応じて各色光を変調
する３つの液晶ライトバルブと、変調された各色光を合
成するクロスダイクロイックプリズムからなる色光合成
光学系と、合成された光をスクリーン上に投写する投写
光学系とを具備する構成となっている。

【０００３】このような液晶ライトバルブの照明光学系
における従来技術の問題点を図面を用いて説明する。図
８に、従来の照明光学系の概要図を示す。この照明光学
系７００は、光源装置７１０とインテグレータ光学系７
２０からなり、光源装置７１０は光源ランプ７１１と放
物面鏡（パラボラリフレクタ）７１２からなっている。
インテグレータ光学系７２０は、第１レンズアレイ７２
２、第２レンズアレイ７２４、遮光板７２６、偏光変換
素子アレイ７２７、λ／２位相差板（ただし、λは光の
波長）７２８、および重疂レンズ７２９を備えている。

【０００４】第１レンズアレイ７２２は、光源装置７１
０から出射される略平行な光線束を複数の部分光線束に
分割するもので、複数の小レンズ７２２ａを有するマル
チレンズアレイである。第２レンズアレイ７２４と重疂
レンズ７２９は、分割された部分光線束を液晶パネル９
００の照明領域に重ね合わせるように結像させるための
もので、第１レンズアレイ７２２の小レンズ７２２ａに
対応する小レンズ７２４ａを有するマルチレンズアレイ
である。

【０００５】遮光板７２６は、開口部７２６ａと遮光部
７２６ｂが交互にストライプ状に配列されたもので、開
口部７２６ａを通して偏光変換素子アレイ７２７に入射
する入射光量を調節する機能を有する。偏光変換素子ア
レイ７２７は、入射された光線束を１種類の直線偏光光
（ｓ偏光光あるいはｐ偏光光）に変換して出射する機能
を有するもので、偏光分離膜７２７ａと反射膜７２７ｂ
を有する偏光ビームスプリッタアレイである。この偏光
変換素子アレイ７２７の出射面には選択的に配置された
λ／２位相差板７２８が設けられている。

【０００６】重疂レンズ７２９は、球面状の凸面を有す
る平凸レンズであり、偏光変換素子アレイ７２７とλ／
２位相差板７２８により１種類の直線偏光光のそれぞれ
を液晶パネル９００の照明領域に重畳して照射する機能
を有するものである。

【０００７】上記のように構成された照明光学系７００
では、光源装置７１０から出射された略平行な光線束は
第１レンズアレイ７２２によって複数の部分光線束に分
割され、それぞれ分割された部分光線束はさらに第１レ
ンズアレイ７２２によって偏光変換素子アレイ７２７に
集光される。この偏光変換素子アレイ７２７において、
各部分光線束のｓ偏光光は偏光分離膜７２７ａによって
反射され、さらに反射膜７２７ｂによって反射されて、
λ／２位相差板７２８の開口層よりｓ偏光光のままで出
射する。一方、各部分光線束のｐ偏光光は、偏光分離膜
７２７ａを透過し、λ／２位相差板７２８により偏光方
向を変換されてｓ偏光光となって出射する。このよう
に、ほとんど１種類の直線偏光光に変換した部分光線束
を重疂レンズ７２９により液晶パネル９００の照明領域
に重畳させるので、照明領域を照射する光の強度分布を
ほぼ均一にすることができる。

【０００８】しかしながら、従来の照明光学系７００
は、上記のように、光源装置７１０、第１レンズアレイ
７２２、第２レンズアレイ７２４、遮光板７２６、偏光
変換素子アレイ７２７、λ／２位相差板７２８、および
重疂レンズ７２９から構成されているので、マルチレン
ズやその他多くの光学部材を必要とし、構成が複雑で光
路長が長くなるなどの問題があった。

【０００９】そこで、照明光学系をより簡単な構成とす
るために、ロッド（ロッドインテグレータ）を用いた照
明光学系が知られている。例えば、図９に示すように、
出射側端面に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳと略記す
る。）８３０を取り付けたロッド８２０を用いた構成と
する。すなわち、この照明光学系８００は、光源装置８
１０と、ロッド８２０と、ＰＢＳ８３０と、レンズ８４
０とからなるものである。

【００１０】光源装置８１０は、光源ランプ８１１と楕
円リフレクタ８１２とからなっている。ロッド８２０
は、ガラス材からなる棒状の光伝送体であり、断面が四
角形で、側面（内面）は光が全反射するように設定され
ている。このロッド８２０は光源光軸８０１上に同心状
に配置され、ロッド８２０の入射側端面８２１は楕円リ
フレクタ８１２の第２焦点の近傍に配置されている。

【００１１】ＰＢＳ８３０は、ロッド８２０から出射さ
れる光線束をｓ偏光光とｐ偏光光に分離するもので、ｓ
偏光光を反射しｐ偏光光を透過する偏光分離膜８３２
と、反射されたｓ偏光光を再度反射して開口面より出射
する反射面８３４とを有する光学素子である。そしてさ
らに、偏光分離膜８３２を透過したｐ偏光光をｓ偏光光
に変換して出射するように、ＰＢＳ８３０の出射面には
λ／２位相差板８３６が取り付けられている。

【００１２】レンズ８４０は、凸レンズからなり、か
つ、光源光軸８０１より偏心した位置、すなわちＰＢＳ
８３０の透過系と反射系の境界位置８３１にレンズ８４
０の光軸８４１が来るように、しかもその境界位置８３
１を焦点とする位置に配置されている。

【００１３】このようなロッド８２０による照明光学系
８００を用いると、光源装置８１０から放射された光線
束は、楕円リフレクタ８１２の第２焦点近傍に配置され
たロッドレンズ８２０の入射側端面８２１に焦点を結び
（結焦し）、ロッド８２０の側面（内面）で多重反射し
ながら出射側端面より出射するので、出射側端面の照度
分布が均一になるものである。そして、ロッド８２０の
出射側端面に取り付けられたＰＢＳ８３０によって、ロ
ッド８２０より出射される光線束を２つの直線偏光光に
分離し、一方のｐ偏光光は偏光分離膜８３２を透過し、
さらにλ／２位相差板８３６により偏光方向を変換して
出射する透過系となし、他方のｓ偏光光は偏光分離膜８
３２および反射面８３４でそれぞれ反射させる反射系と
なして、ともにレンズ８４０に入射させる。そして、こ
のレンズ８４０により透過系および反射系の各々分離さ
れた直線偏光光の光線束を液晶パネル９００の照明領域
に結像させる。

【００１４】しかし、この照明光学系８００の構成で
は、透過系と反射系が光軸８４１をはさんで反対側にあ
るため、透過系は液晶パネル９００の紙面上下半分を、
反射系は液晶パネル９００の紙面上上半分を照明してい
るので、照明領域の中央部に結像の筋ができたり、また
偏光分離膜８３２の反射率を透過系と反射系とで必ずし
も５０％対５０％に製作することができない（例えば、
透過系が５５％、反射系が４５％になったりする）た
め、照明領域に色ムラが生じたりする問題があった。

【００１５】上記の問題点を解決するための一つの手段
として、例えば、図１０に示すように、２つの凸レンズ
によってタンデム系を構成し、その間にＰＢＳを配置す
るものがある。この照明光学系８０２では、第１レンズ
８２４を光源光軸８０１上に配置し、第１レンズ８２４
によりロッド８２０から出射される光線束を平行化し
て、この平行光をＰＢＳ８３０に入射させている。ＰＢ
Ｓ８３０では、上述したように２つの直線偏光光に分離
し、透過系と反射系とを共に平行光で第２レンズ（重疂
レンズ）８４０に入射させているので、液晶パネル９０
０の照明領域では透過系と反射系の結像が重なり合うた
め、上記のような結像の筋や照明領域の色ムラをなくす
ことができる。

【００１６】しかしながら、この照明光学系８０２で
は、第１レンズ８２４および第２レンズ８４０がそれぞ
れ焦点距離ｆ１，ｆ２をもつ必要があるため、光路長が
長くなり、また第２レンズ８４０が大径化するので照明
光学系が大きくなる、部品点数が増えコスト高になるな
どの問題があった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のロッドを用いた照明光学系では、マルチレンズを用い
たものよりも構成が簡単になるものの、液晶パネルにお
いて結像の筋や照明領域の色ムラが生じたり、これを解
消するための構成でも２つの凸レンズを用いているた
め、照明光学系が大きくなりコスト高になるなどの問題
があった。

【００１８】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもので、ロッドのごとき光伝送体を用いることに
よる構成の簡潔さは失わずに結像の筋や照明領域の色ム
ラを生じないようにした照明光学系を提供することを目
的としている。また、本発明の他の目的は、かかる照明
光学系を利用することにより、コンパクトで安価な液晶
表示装置およびプロジェクタを提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る照明光学系
は、光源装置と、前記光源装置から出射される光線束の
焦点またはその近傍に入射側端面が配置された棒状の光
伝送体と、前記光伝送体の出射側端面もしくはその近傍
または中間部に配置された偏光発生光学系と、前記偏光
発生光学系の透過系および反射系の光路上に配置された
偏心系レンズと、を備えたことを特徴とするものであ
る。

【００２０】本発明の照明光学系では、偏心系レンズを
用い、この偏心系レンズを偏光発生光学系の透過系およ
び反射系の光路上に配置しているので、液晶パネルの照
明領域においては透過系の像と反射系の像が重なり合っ
て結像することになるため、照明領域の中央部に結像の
筋は生じない。また、偏光発生光学系の偏光分離膜の透
過率が製造上のバラツキ（不可避的バラツキ）のため透
過系と反射系とで必ずしも同じにできない場合でも、偏
心系レンズにより透過系と反射系を照明領域に重ね合わ
せて結焦させるので、照明領域はほぼ同一の照度分布と
なり色ムラや明暗などは生じない。

【００２１】本発明の照明光学系において、光源装置か
ら出射される光線束を焦点に結焦させる一手段として、
光源装置の反射鏡に楕円リフレクタを用いる。この場
合、光源ランプを楕円リフレクタの一方の第１焦点に配
置することにより、光源ランプから出射される放射状の
光線束を楕円リフレクタにより反射させてもう一つの第
２焦点に結焦させることができる。したがって、楕円リ
フレクタの第２焦点またはその近傍に光伝送体の入射側
端面を配置することにより、光源装置からの光線束を効
率よく伝送することができる。

【００２２】光源装置から出射される光線束を焦点に結
焦させる別の手段は、光源装置の反射鏡にパラボラリフ
レクタを用い、その焦点に配置された光源ランプから出
射される放射状の光線束を平行光となして凸レンズに入
射させるものである。したがって、この凸レンズの焦点
またはその近傍に光伝送体の入射側端面を配置すること
により、上記と同様の効果が得られる。ただ、請求項２
に記載の発明と比べて部品点数が１つ増えるため、その
限りにおいて若干コスト高になることは否めないが、照
明光学系の構成全体としてのコンパクト性はほとんど変
わらない。なお、照明光の効率的利用の観点からは、凸
レンズを含まない請求項２に記載の発明の方が優れてい
る。

【００２３】光伝送体には、一般に安価に入手できるロ
ッドを用いることが適当である。ロッドは、光源光軸上
に同心状に配置される。ロッドの断面形状は特に限定さ
れないが、一般的には四角形である。

【００２４】偏光発生光学系は、偏光分離膜と反射膜と
を含む偏光ビームスプリッタからなるものである。偏光
発生光学系は光伝送体（ロッド）の出射側端面もしくは
その近傍または中間部に配置される。光伝送体（ロッ
ド）の出射側端面に直接取り付けてもよいし、若干隙間
を設けて配置してもよい。また、光伝送体（ロッド）の
中間部に介在させてもよい。このように偏光発生光学系
は光伝送体（ロッド）の出射側において任意の位置に配
置することができる。

【００２５】また、偏光発生光学系の反射系を構成する
透光性部材の長さを調節することにより、透過系と反射
系の間隔を調節してなるものである。すなわち、偏光発
生光学系の反射系を構成する透光性部材の長さによっ
て、透過系と反射系の間隔を自由に設定することができ
る。そして、この透光性部材の断面中心と液晶パネルの
照明領域の中心とを結ぶ直線がシステム光軸として設定
され、システム光軸が偏心系レンズの基準軸となる。な
お、システム光軸は光源光軸に平行な偏心軸である。

【００２６】偏光発生光学系の透過系と反射系の間隔を
自由に設定できることから、偏光発生光学系は、透過系
に配置された偏光ビームスプリッタと、反射系に配置さ
れた全反射プリズムとから構成することができる。つま
り、偏光ビームスプリッタの反射膜を有する透光性部材
を全反射プリズムで代用するものである。

【００２７】また、偏光発生光学系の透過系と反射系の
間隔を自由に設定できることから、偏光ビームスプリッ
タと全反射プリズムとの間にブロック状あるいはチップ
状の透光性部材を介在させることもできる。

【００２８】偏光発生光学系の透過系または反射系のい
ずれか一方に位相差板を配置する。偏光発生光学系は、
光源装置から出射される偏りのない照明光を効率よく利
用する目的で設けるものであるので、透過系または反射
系のいずれか一方に位相差板を配置することにより、偏
りのない照明光をほとんど１種類の直線偏光光として出
射させることができる。

【００２９】偏光発生光学系の出射面は、照明領域と相
似形となっている。これによって、透過系と反射系の照
明光（光線束）が全く同じ大きさで照明領域に重畳され
ることになる。ただし、偏光発生光学系を光伝送体の中
間部に介在させた場合は、光伝送体の出射面が、照明領
域と相似形となっている。

【００３０】偏心系レンズは、偏光発生光学系の透過系
および反射系にそれぞれ配置された２枚の凸レンズから
なるものである。この２枚の凸レンズによって、透過系
と反射系の照明光を全く同じ大きさで照明領域に重畳さ
せることができる。

【００３１】２枚の凸レンズは、光源装置の光源光軸に
平行なシステム光軸に対して互いに逆方向に偏心して配
置されている。すなわち、システム光軸に直交する直線
上に、システム光軸を挟んで反対側に各凸レンズを配置
する。各凸レンズの中心はシステム光軸に対して偏心し
ている。各凸レンズの偏心量は同一とすることが望まし
い。

【００３２】また、２枚の凸レンズは、ほぼ同一の焦点
距離を有することが望ましい。このように各凸レンズで
偏心系レンズを構成することによって、透過系と反射系
の照明光を全く同じ大きさで照明領域に重畳させること
ができる。

【００３３】各凸レンズは、システム光軸上で干渉する
部分が生じる場合がある。ここで、「干渉」とは、凸レ
ンズの光学上の意味ではなく、配置上の意味での干渉
（衝突、妨げ）である。したがって、このような場合に
は各凸レンズの干渉部分をカットなどして除去する。

【００３４】また、各凸レンズの干渉部分を除去し、一
体に接合した一体型偏心レンズとすることもできる。

【００３５】本発明に係る液晶表示装置は、請求項１〜
１５のいずれかに記載の照明光学系と、該照明光学系の
偏心系レンズの焦点またはその近傍に配置された液晶パ
ネルとを備えたことを特徴とする。

【００３６】本発明による照明光学系は、上述したよう
にコンパクトな構成であるうえに、照明領域における結
像の筋や色ムラなどの問題が解消されているので、この
照明光学系の上記偏心系レンズの焦点またはその近傍に
液晶パネルを配置することにより、明るくて見やすい画
面が得られるとともに、小型・コンパクトで安価な液晶
表示装置が得られる。

【００３７】照明光学系は、光源光軸に平行なシステム
光軸を有し、液晶パネルはシステム軸を中心とするよう
に配置されていることが好ましい。このように構成する
ことによって、液晶パネル全体を均一に照明することが
できる。なお、液晶パネルは、いわゆる「光透過型」、
「光反射型」のいずれにも適用できるものである。

【００３８】本発明に係るプロジェクタは、請求項１〜
１５のいずれかに記載の照明光学系と、該照明光学系か
らの入射光を画像情報に応じて変調する一または複数の
電気光学装置と、該電気光学装置で得られる変調光線束
を投写する投写光学系とを備えたことを特徴とする。

【００３９】光変調手段としての電気光学装置には、一
般に液晶パネルまたは液晶ライトバルブが利用される
が、これに限られるものではない。また、液晶パネル等
の使用枚数から、単板式、２板式、３板式、４板式等が
あるが、いずれの方式のものでも使用可能である。ま
た、カラー表示の場合は、電気光学装置からの出射光を
合成してから投写する。

【００４０】照明光学系と色光分離光学系との間に反射
ミラーを配置することにより、照明光学系のシステム光
軸を直角その他の角度に屈折できるので、光学要素（部
材）のレイアウトの自由度が増し、プロジェクタの小型
化に寄与する。

【００４１】カラー表示とする場合には、電気光学装置
を色光分離光学系により分離される３色の色光のそれぞ
れに対応して配置することが好ましい。以上のような構
成により、顧客のニーズに対応した、小型・コンパクト
な安価なプロジェクタが得られる。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の照明光学系の概要
を示す平面図である。この照明光学系１００は、光源装
置１０と、棒状の光伝送体２０と、偏光発生光学系３０
と、偏心系レンズ４０とから構成されている。５０は液
晶パネル、５１は液晶パネル５０の照明領域である。

【００４３】光源装置１０は、光源ランプ１２と、ここ
では楕円リフレクタ１４とを備えている。楕円リフレク
タ１４は、光源光軸１１に軸対称な回転楕円面をもつ凹
面１４１を反射面とする反射鏡である。そのため、回転
楕円面のもつ２つの焦点のうちリフレクタ内に位置する
焦点（第１焦点）に光源ランプ１２の中心１２１を配置
すれば、光源ランプ１２から放射された光線は凹面１４
１によって反射されて回転楕円面のもう一つの焦点（第
２焦点）に集まる（結焦する）。ここで、「光源ランプ
の中心」とは、光源ランプ１２のアークの中心１２１を
意味している。

【００４４】楕円リフレクタ１４の反射面には、例え
ば、誘電体多層膜あるいはアルミニウム膜や銀膜などの
金属反射膜が形成されている。また、光源ランプ１２に
は、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀
ランプなどが用いられる。

【００４５】棒状の光伝送体２０は、その一例を図２に
示すように、一般的にはガラス材からなる断面が四角形
のロッド（ロッドインテグレータとも呼ばれる。）２２
からなっている。なお、ロッド２２の断面形状は特に限
定されない。ロッド２２は、光源光軸１１と同心状に配
置され、さらにロッド２２の入射側端面２２１は、楕円
リフレクタ１４の第２焦点もしくはその近傍に配置され
ている。そのため、このロッド２１は、入射側端面２２
１から入射した光を、側面（内面）で全反射を繰り返し
ながら出射側端面２２２に導光し、出射側端面２２２に
おいて均一な面光源を形成する光学作用を有している。
ロッド２２の長さは特に限定されないが、上記光学作用
を行わせるためにはある程度の長さは必要である。

【００４６】偏光発生光学系３０は、光伝送体２０の出
射面側に配置されている。出射側端面２２２に直接取り
付けてもよいし、その近傍すなわち出射側端面２２２と
の間に間隙を設けて配置してもよい。また、図５に示す
ようにロッド２２の中間部に配置することもできる。偏
光発生光学系３０は、例えば、偏光ビームスプリッタ
（ＰＢＳと略記する）３２と、選択的位相差板３４とか
ら構成されている。

【００４７】図３は偏光ビームスプリッタの光学作用を
示す説明図である。ＰＢＳ３２は、偏りのない照明光を
効率よく利用するために直線偏光光を発生させる偏光発
生光学系３０を構成するもので、断面が直角三角形のブ
ロック状（あるいはチップ状）の透光性部材３２１と断
面が平行四辺形のブロック状（あるいはチップ状）の透
光性部材３２２とを貼り合わせた構成となっている。そ
して、両透光性部材３２１，３２２の接合界面および透
光性部材３２２の外部斜面にはそれぞれ偏光分離膜３２
３と反射膜３２４が形成されている。また、偏光発生光
学系３０の出射面の形状、すなわち透光性部材３２１，
３２２の出射面３２５，３２６のそれぞれは、液晶パネ
ル５０の照明領域５１と相似形となっている。

【００４８】選択的位相差板３４は、この例ではλ／２
位相差板（λは光の波長）３４１となっており、ＰＢＳ
３２の出射面に選択的に配置されている。λ／２位相差
板３４１によって、偏光分離膜３２３を透過するｐ偏光
光をｓ偏光光に変換して出射する。ＰＢＳ３２から出射
する直線偏光光をｐ偏光光に揃えたい場合には、λ／２
位相差板３４１は反射系側の透光性部材３２２の出射面
に配置すればよい。

【００４９】偏心系レンズ４０は、液晶パネル５０の照
明領域５１を均一に照明する重疂レンズとしての機能を
有するものである。この偏心系レンズ４０は、ＰＢＳ３
２から出射される直線偏光光の透過系および反射系のそ
れぞれの光路に配置される２枚の凸レンズ（偏心レン
ズ）４２，４４からなるものである。凸レンズ４２，４
４は、光源光軸１１に平行なシステム光軸１０１に対し
て互いに逆方向（図１において上下方向）に偏心してい
る。システム光軸１０１は、反射系側透光性部材３２２
の断面中心（図１の場合は、平行四辺形断面の対角線の
交点）と液晶パネル５０の照明領域５１の中心とを結ぶ
ように設定される軸線である。各凸レンズ４２，４４
は、システム光軸１０１に直交する直線上に同一の偏心
量で配置されている。

【００５０】このように各凸レンズからなる偏心レンズ
４２，４４は、液晶パネル５０上に焦点を結ぶ（結焦す
る）ように配置されるので、２つの偏心レンズ４２，４
４が互いに干渉するような場合には干渉部分（図１等に
おいて点線で示す部分）４３，４５をカットしてから使
用する（配置する）。あるいは、２つの偏心レンズ４
２，４４を干渉部分を除去して一体的に接合した「８の
字」状もしくは繭型状の一体型偏心レンズ４６を使用し
てもよい（図４（ｃ）参照）。偏心レンズ４２，４４の
除去する部分は、一方の偏心レンズ４２はシステム光軸
１０１より下側の部分、他方の偏心レンズ４４はシステ
ム光軸１０１より上側の部分である。

【００５１】この実施形態の照明光学系１００は、上記
のように構成されているので、次にその光学作用を説明
する。

【００５２】光源装置１０において、光源ランプ１２よ
り放射状に出射された光線束（照明光）は、楕円リフレ
クタ１４により反射され、楕円リフレクタ１４の第２焦
点に結焦する。楕円リフレクタ１４の第２焦点またはそ
の近傍に、ロッド２２の入射側端面２２１が配置されて
いるので、光源装置１０から出射された光線束はロッド
２２の入射側端面２２１より入射し、ロッド２２の中を
側面で反射を繰り返して導光され、出射側端面２２２よ
り均一な照度分布をもつ状態となって、すなわち面光源
の状態で出射する。

【００５３】ロッド２２の出射側端面２２２より出射し
た光線束は、ＰＢＳ３２において、偏光分離膜３２３に
よりｐ偏光光とｓ偏光光に分離され、ｐ偏光光は偏光分
離膜３２３を透過する透過系となり、ｓ偏光光は偏光分
離膜３２３により反射されて透光性部材３２２の反射膜
３２４に向かい、この反射膜３２４で再度反射されて出
射する。ここにｓ偏光光の反射系が形成される。偏光分
離膜３２３を透過したｐ偏光光はλ／２位相差板３４１
により偏光方向を変換されてｓ偏光光となって出射され
る。このようにして透過系と反射系とで位相の揃った波
長の直線偏光光が偏光発生光学系３０より出射され、偏
心系レンズ４０に入射する。

【００５４】ここで、偏心系レンズ４０の光学作用を図
４を参照して説明する。図４（ａ）は偏心レンズ４２の
光学作用を示し、図４（ｂ）は偏心レンズ４４の光学作
用を示す。また、図４（ｃ）は両者を重ね合わせて示し
たものである。図４において、１０１はシステム光軸、
４２１は偏心レンズ４２の中心、４２２は偏心レンズ４
２の光軸、４４１は偏心レンズ４４の中心、４４２は偏
心レンズ４４の光軸を示す。また、４３，４５は偏心レ
ンズ４２，４４の干渉部分で、除去する部分である。

【００５５】図４（ａ）において、システム光軸１０１
の上に置いた直立物体Ｐ１は、偏心レンズ４２により、
システム光軸１０１および偏心レンズ４２の光軸４２２
と直交する倒立像Ｑ１を形成する。直立物体Ｐ１の光軸
４２２からの線分長さｐ１１，ｐ１２は、それぞれ、倒
立像Ｑ１において光軸４２２からの線分長さｑ１１，ｑ
１２に対応する。

【００５６】図４（ｂ）においては、システム光軸１０
１の下に置いた倒立物体Ｐ２は、偏心レンズ４４によ
り、システム光軸１０１および偏心レンズ４４の光軸４
４２と直交する直立像Ｑ２を形成する。倒立物体Ｐ２の
光軸４４２からの線分長さｐ２１，ｐ２２は、それぞ
れ、直立像Ｑ２において光軸４４２からの線分長さｑ２
１，ｑ２２に対応する。

【００５７】偏心レンズ４２と偏心レンズ４４の焦点距
離は等しいので、図４（ｃ）に示すように、液晶パネル
５０上において像Ｑ１と像Ｑ２とが同じ大きさで重ね合
わせられる。したがって、照明領域５１の中央部に結像
の筋が生じたり、またＰＢＳ３２の偏光分離膜３２３の
反射率が製造上のバラツキにより５０％対５０％と同じ
でなくても、照明領域５１に色ムラや明暗等が生じたり
するようなことは全くない。よって、液晶パネル５０の
照明領域全体を均一な照度分布で照明することができ
る。

【００５８】図５はロッドにおけるＰＢＳの設置位置を
示すものである。ＰＢＳ３２は、図１の実施形態ではロ
ッド２２の出射側端面２２２またはその近傍に配置した
が、図５に示すようにロッド２２の中間部に設置しても
よいものである。ＰＢＳ３２の透過系には、偏光分離膜
３２３を介して第２ロッド２４が配置され、ＰＢＳ３２
の反射系には、透光性部材３２７および全反射プリズム
３２８を介して第３ロッド２６が配置されている。ま
た、透光性部材３２７の長さを調節することにより第２
ロッド２４と第３ロッド２６の間隔を自由に調節（設
定）することができる。なお、この間隔および第２、第
３のロッド２４，２６の長さをあまり長くすると楕円偏
光になるので好ましくない。選択的位相差板３４は、第
２ロッド２４または第３ロッド２６の出射面側に配置さ
れる。また、全反射プリズム３２８はロッド２２に接触
する状態に配置することもできる。

【００５９】図６は本発明の照明光学系の他の実施形態
を示す概略平面図である。この実施形態では、光源装置
１０がパラボラリフレクタ１６と凸レンズ１８とを含む
構成となっている点が図１の実施形態と相違する。パラ
ボラリフレクタ１６は、光源光軸１１に軸対称な回転放
物面をもつ凹面１６１を反射面とする反射鏡である。そ
のため、回転放物面の焦点に光源ランプ１２の中心を配
置すれば、光源ランプ１２から放射状に出射する光線束
は光源光軸１１に平行な平行光となって凸レンズ１８に
入射するので、この凸レンズ１８の焦点またはその近傍
にロッド２２の入射側端面２２１を配置することによ
り、図１の実施形態と同様の作用効果が得られる。

【００６０】次に、本発明の照明光学系を適用したプロ
ジェクタの一例を図７に示す。図７は図１の照明光学系
１００を利用したもので、この利用形態のプロジェクタ
１０００は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光
にそれぞれ対応する３つの液晶ライトバルブ３００Ｒ，
３００Ｇ，３００Ｂを備えているが、液晶パネルまたは
液晶ライトバルブは単板式、２板式、あるいは４板式の
場合でも同様に本発明の照明光学系を適用することがで
きるものである。

【００６１】図７のプロジェクタ１０００では、上述し
た照明光学系１００と、照明光を３色の色光に分離する
色光分離光学系２００と、リレー光学系２１０と、３つ
の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、
色光合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム４
００と、投写光学系５００とを主要な構成要素としてい
る。また、照明光学系１００と色光分離光学系２００の
間には反射ミラー１１０を配置してシステム光軸１０１
を直角に屈折することにより、プロジェクタ１０００を
小型、コンパクトに構成している。

【００６２】このプロジェクタ１０００では、照明光学
系１００から出射された光線束（照明光）は、その光線
束の焦点またはその近傍に入射側端面が配置された光伝
送体２０によって導光され、出射側端面から出射する光
線束は偏光発生光学系３０によってほとんど１種類の直
線偏光光に変換されて出射し、さらに偏心系レンズ４０
によって重畳されたのち、反射ミラー１１０により色光
分離光学系２００に導かれる。そして、色光分離光学系
２００において赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の
色光に分離され、分離された各色光は、液晶ライトバル
ブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて画像情報に対
応して変調される。変調された各色光は、クロスダイク
ロイックプリズム４００で合成され、投写光学系５００
によってスクリーン（図示せず）上に画像が投写表示さ
れることとなる。

【００６３】色光分離光学系２００は、２枚のダイクロ
イックミラー２０２，２０４と、反射ミラー２０６を備
えており、照明光学系１００から出射される光線束を、
赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する
機能を有する。第１ダイクロイックミラー２０２は、照
明光学系１００から出射された光の赤色光成分を透過さ
せるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。
第１ダイクロイックミラー２０２を透過した赤色光Ｒ
は、反射ミラー２０６で反射されて、クロスダイクロイ
ックプリズム４００へ向けて出射される。反射ミラー２
０６により反射された赤色光Ｒは、さらにフィールドレ
ンズ２０１を通って赤色光用の液晶ライトバルブ３００
Ｒに達する。フィールドレンズ２０１は、照明光学系１
００の偏心系レンズ４０から出射される光線束をシステ
ム光軸１０１に対して平行に変換するものである。な
お、他の液晶ライトバルブ３００Ｇ，３００Ｂの光入射
面側に設けられたフィールドレンズ２０３，２０５につ
いても同様である。

【００６４】第１ダイクロイックミラー２０２で反射さ
れた緑色光Ｇと青色光Ｂのうち、緑色光Ｇは第２ダイク
ロイックミラー２０４によって反射され、クロスダイク
ロイックプリズム４００へ向けて出射される。第２ダイ
クロイックミラー２０４により反射された緑色光Ｇは、
さらにフィールドレンズ２０３を通って緑色光用の液晶
ライトバルブ３００Ｇに達する。一方、第２ダイクロイ
ックミラー２０４を透過した青色光Ｂは、色光分離光学
系２００から出射されて、リレー光学系２１０に入射す
る。

【００６５】リレー光学系２１０は、入射側レンズ２１
２と、リレーレンズ２１４と、反射ミラー２１６，２１
８とを備えており、リレー光学系２１０に入射した青色
光Ｂは、入射側レンズ２１２、反射ミラー２１６、リレ
ーレンズ２１４、反射ミラー２１８およびフィールドレ
ンズ２０５を経由して青色光用の液晶ライトバルブ３０
０Ｂに達する。なお、青色光Ｂにリレー光学系２１０を
用いている理由は、青色光Ｂの光路の長さが他の色光
Ｒ，Ｇの光路の長さよりも長いためであり、光の拡散等
による光の利用効率の低下を防止するためである。すな
わち、入射側レンズ２１２に入射した照明光の光線束を
そのまま、フィールドレンズ２０５に伝えるためであ
る。

【００６６】３つの液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００
Ｇ，３００Ｂは、それぞれ、電気光学装置としての液晶
パネル（図示せず）と、その光入射面側および光出射面
側に配置された偏光板（図示せず）とを備え、さらに、
緑色光用の液晶ライトバルブ３００Ｇ以外の赤および青
色光用の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｂは、それ
ぞれ、光出射面側にλ／２位相差板（図示せず）を備え
ている。

【００６７】上記のように色光分離光学系２００により
分離され、３つの液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００
Ｇ，３００Ｂに入射した各色光は、与えられた画像情報
（画像信号）に従って変調されて各色光の画像を生成す
る。

【００６８】クロスダイクロイックプリズム４００は、
液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂを透過
して変調された３色の色光（変調光線束）を合成してカ
ラー画像をあらわす合成光を生成する。クロスダイクロ
イックプリズム４００には、赤色反射膜４０１と青色反
射膜４０２が、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に
形成されている。赤色反射膜４０１は赤色光を選択して
反射する誘電体多層膜によって形成されており、青色反
射膜４０２は青色光を選択して反射する誘電体多層膜に
よって形成されている。これらの赤色反射膜４０１と青
色反射膜４０２によって３色の色光が合成されて、カラ
ー画像をあらわす合成光が生成される。

【００６９】なお、クロスダイクロイックプリズム４０
０に形成された２つの反射膜４０１，４０２の反射特性
は、ｓ偏光光の方がｐ偏光光よりも優れており、逆に、
透過特性は、ｐ偏光光の方がｓ偏光光よりも優れている
ため、２つの反射膜４０１，４０２で反射すべき光をｓ
偏光光とし、２つの反射膜４０１，４０２を透過すべき
光をｐ偏光光としている。これは、クロスダイクロイッ
クプリズム４００での光の利用効率を高めるためであ
る。

【００７０】クロスダイクロイックプリズム４００で生
成された合成光は、ズーム機構を有する投写光学系５０
０の方向に出射される。投写光学系５００を構成する投
写レンズ５０２は、クロスダイクロイックプリズム４０
０から出射された合成光を拡大投写して、スクリーン
（図示せず）上にカラー画像を表示する。

【００７１】なお、上記実施形態では、透過型の液晶ラ
イトバルブを用いたプロジェクタに本発明を適用した場
合について説明したが、本発明は、反射型の液晶ライト
バルブを用いたプロジェクタにも適用することができ
る。ここで、「透過型」とは、液晶ライトバルブが光を
透過するタイプであることを意味しており、「反射型」
とは、液晶ライトバルブが光を反射するタイプであるこ
とを意味している。反射型の液晶ライトバルブを採用し
たプロジェクタでは、ダイクロイックプリズムが、光を
赤、緑、青の３色の光に分離する色光分離手段として利
用されるとともに、変調された３色の光を合成して同一
の方向に出射する色光合成手段としても利用されること
がある。

【００７２】また、プロジェクタとしては、投写像を観
察する方向から投写を行う前面投写型表示装置と、投写
像を観察する方向とは反対側から投写を行う背面プロジ
ェクタとがあるが、上記実施形態で示した構成は、その
いずれにも適用可能である。

【００７３】また、上記実施形態では、カラー画像を表
示するプロジェクタを例に説明したが、モノクロ画像を
表示するプロジェクタに本発明の照明光学系を適用する
ことも可能である。この場合にも、上記プロジェクタと
同様の効果を得ることができる。

【００７４】上記実施形態において、プロジェクタは、
電気光学装置として液晶パネルを用いた例を示している
が、これに限られない。電気光学装置としては、一般
に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよ
く、マイクロミラー型光変調装置などを利用してもよ
い。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、Ｄ
ＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商
標）を用いることができる。

【００７５】

【発明の効果】以上のように本発明の照明光学系は、偏
心系レンズを用い、該偏心系レンズを光伝送体の出射面
側に配置される偏光発生光学系の透過系と反射系の光路
上に配置する構成としたので、照明領域において透過系
と反射系を重ね合わせて照明することになるため、結像
の筋や色ムラ等が生ぜず、照明領域を均一に照明するこ
とができる。しかもコンパクトな照明光学系となってい
る。

【００７６】また、本発明の液晶表示装置およびプロジ
ェクタは、上記照明光学系を利用したものであり、光学
構成が簡潔になるため、コンパクトで安価な装置が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の照明光学系の概略平面図である。

【図２】図１の光伝送体の光学作用を示す図で、（ａ）
は光伝送体の平面図、（ｂ）は断面図である。

【図３】光伝送体の出射側端面近傍に配置される偏光発
生光学系の光学作用を示す説明図である。

【図４】偏心系レンズの光学作用を示す説明図で、
（ａ），（ｂ）は各偏心レンズの幾何光学図、（ｃ）は
合成図である。

【図５】光伝送体の中間部に偏光発生光学系を配置する
例を示す図である。

【図６】本発明の他の実施形態による照明光学系を示す
概略平面図である。

【図７】本発明の照明光学系の一利用形態であるプロジ
ェクタの概略平面図である。

【図８】従来の照明光学系の概略平面図である。

【図９】従来の他の照明光学系の概略平面図である。

【図１０】従来のさらに他の照明光学系の概略平面図で
ある。

【符号の説明】

１０光源装置１１光源光軸１２光源ランプ１４楕円リフレクタ１６パラボラリフレクタ１８凸レンズ２０光伝送体２２ロッド３０偏光発生光学系３２偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３４選択的位相差板４０偏心系レンズ４２，４４凸レンズ（偏心レンズ）４６一体型偏心レンズ５０液晶パネル５１照明領域１００照明光学系１０１システム光軸１１０反射ミラー２００色光分離光学系２１０リレー光学系２２１ロッドの入射側端面２２２ロッドの出射側端面３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ液晶ライトバルブ４００クロスダイクロイックプリズム５００投写光学系１０００プロジェクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０２Ｂ 27/00 ＶＦターム(参考） 2H052 BA01 BA02 BA03 BA09 BA14 2H088 EA13 HA08 HA13 HA20 HA24 HA25 HA28 MA06 MA20 2H091 FA05Z FA07Z FA10Z FA26X FA26Z FA29Z FA41Z LA11 LA12 LA18 MA07 2H099 AA12 BA09 CA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源装置と、前記光源装置から出射される光線束の焦点またはその近
傍に入射側端面が配置された棒状の光伝送体と、前記光伝送体の出射側端面もしくはその近傍または中間
部に配置された偏光発生光学系と、前記偏光発生光学系の透過系および反射系の光路上に配
置された偏心系レンズと、を備えたことを特徴とする照
明光学系。
【請求項２】前記光源装置は、楕円リフレクタを含
み、該楕円リフレクタの第２焦点またはその近傍に前記
光伝送体の入射側端面を配置することを特徴とする請求
項１記載の照明光学系。
【請求項３】前記光源装置は、パラボラリフレクタと
凸レンズを含み、該凸レンズの焦点またはその近傍に前
記光伝送体の入射側端面を配置することを特徴とする請
求項１記載の照明光学系。
【請求項４】前記光伝送体は、ロッドからなることを
特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明光学
系。
【請求項５】前記偏光発生光学系は、偏光分離膜と反
射膜とを含む偏光ビームスプリッタからなることを特徴
とする請求項１〜４のいずれかに記載の照明光学系。
【請求項６】前記偏光発生光学系の反射系を構成する
透光性部材の長さを調節することにより、透過系と反射
系の間隔を調節してなることを特徴とする請求項１〜５
のいずれかに記載の照明光学系。
【請求項７】前記偏光発生光学系は、前記透過系に配
置された偏光ビームスプリッタと、前記反射系に配置さ
れた全反射プリズムとを含むことを特徴とする請求項１
〜６のいずれかに記載の照明光学系。
【請求項８】前記偏光ビームスプリッタと前記全反射
プリズムとの間に透光性部材を介在させたことを特徴と
する請求項７記載の照明光学系。
【請求項９】前記偏光発生光学系の透過系または反射
系のいずれか一方に位相差板を配置したことを特徴とす
る請求項１〜８のいずれかに記載の照明光学系。
【請求項１０】前記偏光発生光学系の出射面は、照明
領域と相似形となっていることを特徴とする請求項１〜
９のいずれかに記載の照明光学系。
【請求項１１】前記偏心系レンズは、前記偏光発生光
学系の透過系および反射系にそれぞれ配置された２枚の
凸レンズからなることを特徴とする請求項１〜１０のい
ずれかに記載の照明光学系。
【請求項１２】前記２枚の凸レンズは、前記光源装置
の光源光軸に平行なシステム光軸に対して互いに逆方向
に偏心して配置されていることを特徴とする請求項１１
記載の照明光学系。
【請求項１３】前記２枚の凸レンズは、ほぼ同一の焦
点距離を有することを特徴とする請求項１１または１２
記載の照明光学系。
【請求項１４】前記２枚の凸レンズは、干渉部分を除
去してなることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれ
かに記載の照明光学系。
【請求項１５】前記２枚の凸レンズは、干渉部分を除
去し、一体に接合した一体型偏心レンズからなることを
特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載の照明光
学系。
【請求項１６】請求項１〜１５のいずれかに記載の照
明光学系と、該照明光学系の偏心系レンズの焦点または
その近傍に配置された液晶パネルとを備えたことを特徴
とする液晶表示装置。
【請求項１７】前記照明光学系は、光源光軸に平行な
システム光軸を有し、前記液晶パネルは前記システム光
軸を中心とするように配置されていることを特徴とする
請求項１６記載の液晶表示装置。
【請求項１８】請求項１〜１５のいずれかに記載の照
明光学系と、該照明光学系からの入射光を画像情報に応
じて変調する一または複数の電気光学装置と、該電気光
学装置で得られる変調光線束を投写する投写光学系とを
備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１９】前記照明光学系と色光分離光学系との
間に反射ミラーを配置したことを特徴とする請求項１８
記載のプロジェクタ。
【請求項２０】前記電気光学装置は、前記色光分離光
学系により分離される３色の色光のそれぞれに対応して
配置してなることを特徴とする請求項１８または１９記
載のプロジェクタ。