JP2005258469A - Lighting unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a bright image display by effectively using illumination light emitted by a light source. <P>SOLUTION: A lighting unit is equipped with a lighting optical system having a rod integrator 26 which makes the light intensity distribution uniform in luminous flux emitted by a light source 27 having a reflector 16 having a curvedly formed reflecting surface reflecting light emitted by light emission part 12 and lens systems 30 and 20 which project luminous flux emitted by the rod integrator 26 as illumination light, a 1st reflecting element 6 which is arranged to reflect unnecessary light, unused as illumination light, of the luminous flux projected from the lighting optical system toward the light source 27, and a 2nd reflecting element 14 which is provided with an opening part that the luminous flux from the light source 27 passes through and is arranged on one end side where the luminous flux from the light source 27 of the rod integrator 26 is made incident to reflect the unnecessary light which is reflected by the 1st reflecting element 6 and passes through the rod integrator 26 to the lens system side through the rod integrator 26. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、照明装置に関し、特に、投射型の画像表示装置に用いられる照明装置に関する。   The present invention relates to an illuminating device, and more particularly to an illuminating device used for a projection-type image display device.

従来、照明装置と、この照明装置によって照明される変調素子と、この変調素子の像を結像させる投射レンズとを備えた投射型の画像表示装置が提案されている。このような画像表示装置は、照明装置の光源として放電ランプを用い、変調素子として液晶を用いて、比較的大型の画像表示装置として実用化されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed a projection type image display device that includes an illumination device, a modulation element illuminated by the illumination device, and a projection lens that forms an image of the modulation element. Such an image display device has been put to practical use as a relatively large image display device using a discharge lamp as a light source of an illumination device and using liquid crystal as a modulation element.

このような画像表示装置においては、1個の変調素子の各画素にカラーフィルタを配置する構造や、時分割でカラー表示するいわゆるシーケンシャルカラー表示方式を採用することにより、装置の低コスト化が図られてはいるが、光利用効率が低く、消費電力が大きいことが問題となっている。   In such an image display device, the cost of the device can be reduced by adopting a structure in which a color filter is arranged in each pixel of one modulation element and a so-called sequential color display method for performing color display in a time division manner. However, there is a problem that light utilization efficiency is low and power consumption is large.

光利用効率が低い原因としては、変調素子が入射光の偏光状態を変調する非発光の素子であるため、光源から発せられる光束を偏光成分により分離しその後合成する手段が必要であり、自発光の表示装置と違い、黒表示においても光源が発光していること、変調素子の開口率で決まる光利用効率に応じた損失があることである。   The reason why the light use efficiency is low is that the modulation element is a non-light-emitting element that modulates the polarization state of incident light, so a means for separating the light beam emitted from the light source by the polarization component and then synthesizing it is necessary. Unlike the display device, the light source emits light even in black display, and there is a loss corresponding to the light use efficiency determined by the aperture ratio of the modulation element.

このような問題点を解決するため、特開平6−281814号公報(特許文献1)に記されるようなものが提案されている。   In order to solve such problems, there has been proposed one described in JP-A-6-281814 (Patent Document 1).

特開平6−281814号公報JP-A-6-281814

ところで、従来提案されている照明装置では、製造プロセスが複雑であり、製造が煩雑であるとともにコスト高ともなっている。   By the way, in the conventionally proposed lighting device, the manufacturing process is complicated, the manufacturing is complicated, and the cost is high.

また、上記特許文献1に記載される照明装置は、画像表示装置として必要なコントラストを得るために、吸収型の偏光板(他方の偏光を吸収する偏光板)と併用することが必要であり、光利用効率を向上させることが困難であった。   Moreover, in order to obtain the contrast necessary for the image display device, the illumination device described in Patent Document 1 needs to be used in combination with an absorption-type polarizing plate (polarizing plate that absorbs the other polarized light). It was difficult to improve the light utilization efficiency.

そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、構成の複雑化や製造の煩雑化を招くことなく、照明光の利用効率を向上した照明装置を提供しようとするものである。   Therefore, the present invention is proposed in view of the above-described circumstances, and intends to provide an illuminating device that improves the use efficiency of illuminating light without causing a complicated configuration and a complicated manufacturing. It is.

上述の課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、発光部とこの発光部から発光された光を反射する湾曲形成された反射面を有する反射鏡とを有する光源と、上記光源から出射された光束内の光強度分布を均一化するロッドインテグレータと、上記ロッドインテグレータから出射される光束を照明光として出射するレンズ系とを有する照明光学系と、上記照明光学系から出射され光束のうち、照明光として用いられない不要光を、上記光源側に反射させるように配置された第1の反射素子と、上記光源からの光束を透過する開口部が設けられて、上記ロッドインテグレータの上記光源からの光束が入射される一端部側に配設され、上記第1の反射素子により反射され、上記ロッドインテグレータを透過した上記不要光を反射し、上記ロッドインテグレータを介して上記レンズ系側に反射する第2の反射素子を備える。   In order to solve the above-described problem, an illumination device according to the present invention includes a light source having a light emitting unit and a reflecting mirror having a curved reflecting surface that reflects light emitted from the light emitting unit, and the light source emits light from the light source. An illumination optical system having a rod integrator that equalizes the light intensity distribution in the emitted light beam, a lens system that emits the light beam emitted from the rod integrator as illumination light, and the light beam emitted from the illumination optical system. The light source of the rod integrator is provided with a first reflecting element disposed so as to reflect unnecessary light that is not used as illumination light to the light source side, and an opening that transmits a light beam from the light source. Is disposed on one end side where the light beam from the incident light is incident, is reflected by the first reflecting element, reflects the unnecessary light transmitted through the rod integrator, and A second reflective element for reflecting to the lens system side through the integrator.

本発明に係る照明装置は、上記ロッドインテグレータの上記照明光を出射するレンズ系を構成するリレーレンズとフィールドレンズとの間にコンデンサレンズを配置し、上記光源から上記ロッドインテグレータまでの光学系の光軸に対して、上記コンデンサレンズ以降の光学系の光軸を平行にずらすとともに、上記コンデンサレンズの光源側に、上記第1の反射素子により反射された上記不要光を上記第1の反射素子側に反射させる更なる反射素子を備えるようにしたものである。   In the illumination device according to the present invention, a condenser lens is disposed between a relay lens and a field lens constituting a lens system that emits the illumination light of the rod integrator, and light of an optical system from the light source to the rod integrator. The optical axis of the optical system after the condenser lens is shifted in parallel with respect to the axis, and the unnecessary light reflected by the first reflective element is moved to the light source side of the condenser lens on the first reflective element side. A further reflecting element that reflects the light is provided.

本発明に係る照明装置は、不要光が、第1反射素子に光源側に反射され、照明光として利用できるので、照明光の利用効率が向上する。   In the illumination device according to the present invention, unnecessary light is reflected to the light source side by the first reflecting element and can be used as illumination light, so that the utilization efficiency of illumination light is improved.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

〔一般的な照明装置の概要〕
本発明の説明に先立って、偏光状態を変調する変調素子を用いた画像表示装置における一般的な照明装置を説明する。この照明装置は、図1に示すように、光源1、インテグレータ素子2、偏光変換素子3及びコンデンサレンズ群4からなる。この照明装置から出射された照明光は、変調素子5に入射する。また、3原色(R、G、B)の表示に対応する変調素子に対応するため、偏光変換素子3と変調素子5との間には、色分離素子が配置される場合がある。
[Outline of general lighting equipment]
Prior to the description of the present invention, a general lighting device in an image display device using a modulation element that modulates the polarization state will be described. As shown in FIG. 1, the illumination device includes a light source 1, an integrator element 2, a polarization conversion element 3, and a condenser lens group 4. The illumination light emitted from the illumination device enters the modulation element 5. In addition, a color separation element may be disposed between the polarization conversion element 3 and the modulation element 5 in order to correspond to a modulation element corresponding to the display of the three primary colors (R, G, B).

インテグレータ素子2は、光源1から出射された光束内の光強度分布のムラを平均化する。偏光変換素子3は、光源1から発せられた光束を、偏光成分に応じて分離し、また、合成する機能を有する素子である。コンデンサレンズ群4は、インテグレータ素子3から出射された光束を変調素子5に効率よく入射させるための素子である。このコンデンサレンズ群4は、インテグレータ素子2の像を、変調素子5上に結像するレンズである。   The integrator element 2 averages the unevenness of the light intensity distribution in the light beam emitted from the light source 1. The polarization conversion element 3 is an element having a function of separating and synthesizing a light beam emitted from the light source 1 according to a polarization component. The condenser lens group 4 is an element for efficiently causing the light beam emitted from the integrator element 3 to enter the modulation element 5. The condenser lens group 4 is a lens that forms an image of the integrator element 2 on the modulation element 5.

〔照明装置の概要〕
本発明に係る照明装置は、光源より発せられた光束のうちの変調素子を照明しない不要光を光源側に反射する第1の反射素子と、この第1の反射素子により反射された光束を変調素子側に反射する第2の反射素子とを備えている。これら反射素子により、不要光を照明光として再利用することが可能となり、光源そのものの発光強度を上げることなく、表示画像を明るくすることが可能となる。
[Outline of lighting device]
An illumination device according to the present invention modulates a first reflecting element that reflects unwanted light that does not illuminate a modulation element among light beams emitted from a light source to the light source side, and a light beam reflected by the first reflecting element. And a second reflecting element that reflects toward the element side. With these reflecting elements, unnecessary light can be reused as illumination light, and the display image can be brightened without increasing the light emission intensity of the light source itself.

このような、不要光の照明光としての再利用が可能となされた照明装置を、以下の説明では、「リサイクル型照明装置」と呼ぶこととする。本発明においては、この「リサイクル型照明装置」を使用して、以下に示すような画像表示装置を構成することができる。   Such an illuminating device in which unnecessary light can be reused as illuminating light is referred to as a “recyclable illuminating device” in the following description. In the present invention, an image display device as shown below can be configured by using this “recycle type lighting device”.

(1)偏光型リサイクル照明装置を備えた画像表示装置
(2)変調素子の開口率を実効的に改善する照明装置を備えた画像表示装置
(3)高効率単板カラー画像表示装置
(4)高効率シーケンシャルカラー画像表示装置
(5)ピーク輝度を改善した画像表示装置
これら画像装置に用いられる各照明装置については、後述する。
(1) Image display device provided with polarization type recycling illumination device (2) Image display device provided with illumination device that effectively improves aperture ratio of modulation element (3) High-efficiency single plate color image display device (4) High-efficiency sequential color image display device (5) Image display device with improved peak luminance Each lighting device used in these image devices will be described later.

〔リサイクル型照明装置の基本型〕
リサイクル型照明装置は、図2に示すように、光源1、インテグレータ素子2、図示しない偏光変換素子、コンデンサレンズ群4からなる照明光学系を有し、さらに、第1の反射素子6を有している。ここで、光源1には、回転放物面の反射鏡である放物面鏡7を備えた放電ランプが用いられている。発光部である放電ランプの発光点は、放物面鏡7の焦点に位置している。インテグレータ素子2としては、第1のフライアイ(fly-eye)レンズ面8及び第2のフライアイレンズ面9を有するフライアイインテグレータとして示している。このインテグレータ素子2の後に、図示しない偏光変換素子が配置されている。コンデンサレンズ群4は、コンデンサレンズ10及びフィールドレンズ11からなるものとして示している。第1の反射素子6は、ここでは、光軸に垂直な平面鏡として示している。
[Basic type of recyclable lighting equipment]
As shown in FIG. 2, the recycle type illumination device includes an illumination optical system including a light source 1, an integrator element 2, a polarization conversion element (not shown), and a condenser lens group 4, and further includes a first reflection element 6. ing. Here, the light source 1 uses a discharge lamp provided with a parabolic mirror 7 which is a rotating parabolic reflecting mirror. The light emitting point of the discharge lamp as the light emitting unit is located at the focal point of the parabolic mirror 7. The integrator element 2 is shown as a fly-eye integrator having a first fly-eye lens surface 8 and a second fly-eye lens surface 9. A polarization conversion element (not shown) is disposed after the integrator element 2. The condenser lens group 4 is shown as comprising a condenser lens 10 and a field lens 11. Here, the first reflecting element 6 is shown as a plane mirror perpendicular to the optical axis.

ここからの説明では、光源1から第1の反射素子6に達する光束を1次光と称し、第1の反射素子6により反射された後の光束をリサイクル光と称する。図2においては、1次光の代表的な光束を実線で示し、この1次光に対応するリサイクル光を破線で示している。   In the following description, the light beam reaching the first reflecting element 6 from the light source 1 is referred to as primary light, and the light beam after being reflected by the first reflecting element 6 is referred to as recycled light. In FIG. 2, a representative light beam of the primary light is indicated by a solid line, and recycled light corresponding to the primary light is indicated by a broken line.

すなわち、放物面鏡7の焦点に位置する放電ランプの発光点から出射された1次光は、放物面鏡7により反射されて平行光束となり、フライアイインテグレータの第1のフライアイレンズ面8に垂直に入射する。この1次光は、第1のフライアイレンズ面8の各分割エレメントごとに収束され、第2のフライアイレンズ面9の各分割エレメント上に集光する。すなわち、1次光の光源像は、第2のフライアイレンズ面9の各分割エレメント上に結像する。そして、1次光は、第2のフライアイレンズ面9、コンデンサレンズ群4を経て、第1の反射素子6に至る。この照明光学系は、第1の反射素子6の位置において、主光線が光軸に平行となっており、すなわち、テレセントリック光学系となっている。   That is, the primary light emitted from the light emitting point of the discharge lamp located at the focal point of the parabolic mirror 7 is reflected by the parabolic mirror 7 to become a parallel light flux, and the first fly eye lens surface of the fly eye integrator. 8 is incident perpendicularly. The primary light is converged for each divided element of the first fly-eye lens surface 8 and condensed on each divided element of the second fly-eye lens surface 9. That is, the light source image of the primary light is formed on each divided element of the second fly-eye lens surface 9. The primary light passes through the second fly-eye lens surface 9 and the condenser lens group 4 and reaches the first reflecting element 6. This illumination optical system is a telecentric optical system in which the principal ray is parallel to the optical axis at the position of the first reflecting element 6.

ここで、第1のフライアイレンズ面8の各分割エレメントと、第1の反射素子6とは、共役の関係となっている。また、第2のフライアイレンズ面9と、光源1の発光点とは、共役の関係となっており、第1のフライアイレンズ面8の対応する分割エレメントが絞りの作用を奏する。   Here, each divided element of the first fly-eye lens surface 8 and the first reflecting element 6 have a conjugate relationship. The second fly's eye lens surface 9 and the light emitting point of the light source 1 are in a conjugate relationship, and the corresponding dividing element of the first fly's eye lens surface 8 has a diaphragm action.

そして、第1の反射素子6に反射されたリサイクル光は、フライアイインテグレータ素子2に戻る。このリサイクル光のうち、第2のフライアイレンズ面9において1次光が通過した範囲を通過した光束で、かつ、対応する第1のフライアイレンズ面8を通過した光束は、発光点に結像する。   Then, the recycled light reflected by the first reflecting element 6 returns to the fly eye integrator element 2. Of this recycled light, the light beam that has passed through the range where the primary light has passed through the second fly-eye lens surface 9 and has passed through the corresponding first fly-eye lens surface 8 is coupled to the light emitting point. Image.

実際には、放物面鏡7の大きさが有限であり、光源1を形成するガラスバルブが遮蔽物となるため、発光点に戻る過程で遮光されるリサイクル光が存在する。   Actually, since the size of the parabolic mirror 7 is finite and the glass bulb forming the light source 1 is a shielding object, there exists recycled light that is shielded in the process of returning to the light emitting point.

〔リサイクル効率を改善する照明装置〕
本発明に係る画像表示装置に用いられる照明装置では、図3に示すように、第1の反射素子6を、光軸に対して傾けるとともに、第2の反射素子となる反射板14を設けることにより、照明光のリサイクル効率を改善している。この照明装置は、光源1、インテグレータ素子2、図示しない偏光変換素子、コンデンサレンズ群4からなる照明光学系を有し、さらに、第1の反射素子6を有している。ここで、光源1は、回転楕円面の反射鏡である楕円鏡16を備えた放電ランプとして示しており、発光点が楕円鏡16の第1の焦点上に位置している。コンデンサレンズ群4は、コンデンサレンズ(リレーレンズ)10及びフィールドレンズ11の2枚のレンズにより構成されている。
[Lighting equipment that improves recycling efficiency]
In the illuminating device used for the image display device according to the present invention, as shown in FIG. 3, the first reflecting element 6 is inclined with respect to the optical axis, and the reflecting plate 14 serving as the second reflecting element is provided. This improves the recycling efficiency of illumination light. The illumination device has an illumination optical system including a light source 1, an integrator element 2, a polarization conversion element (not shown), and a condenser lens group 4, and further includes a first reflection element 6. Here, the light source 1 is shown as a discharge lamp provided with an elliptical mirror 16 that is a reflecting mirror of a spheroidal surface, and the light emitting point is located on the first focal point of the elliptical mirror 16. The condenser lens group 4 includes two lenses, a condenser lens (relay lens) 10 and a field lens 11.

そして、楕円鏡16の第2の焦点位置には、絞りを兼ねた反射板14が配置されている。この反射板14は、反射率の高い材料により形成され、インテグレータ素子2第2のフライアイレンズ面9から各分割エレメントごとに出射される光束に対応した開口パターンを有している。   At the second focal position of the elliptical mirror 16, a reflecting plate 14 that also serves as a stop is disposed. The reflecting plate 14 is made of a material having high reflectivity, and has an opening pattern corresponding to a light beam emitted from the second fly-eye lens surface 9 of the integrator element 2 for each divided element.

コンデンサレンズ10の像側焦点距離は、フィールドレンズ11の近傍となるように設定されている。この照明光学系は、第1の反射素子6の位置において、主光線が光軸に平行となっており、すなわち、テレセントリック光学系となっている。この照明光学系において、第1の反射素子6に反射されたリサイクル光は、第1の反射素子6が光軸に対して傾いているために、反射板14の開口パターンからずれた位置に戻り、この反射板14によって反射される。反射板14によって反射されたリサイクル光は、再び第1の反射素子6に戻る。図3においては、1次光の代表的光線を実線で示し、リサイクルの経路を破線で示している。   The image side focal length of the condenser lens 10 is set to be in the vicinity of the field lens 11. This illumination optical system is a telecentric optical system in which the principal ray is parallel to the optical axis at the position of the first reflecting element 6. In this illumination optical system, the recycled light reflected by the first reflecting element 6 returns to a position deviated from the opening pattern of the reflecting plate 14 because the first reflecting element 6 is inclined with respect to the optical axis. The reflection plate 14 reflects the light. The recycled light reflected by the reflecting plate 14 returns to the first reflecting element 6 again. In FIG. 3, a representative light beam of the primary light is indicated by a solid line, and a recycling path is indicated by a broken line.

この照明装置は、図4に示すように、コンデンサレンズ10以降の光学系の光軸を適当量平行にずらして構成してもよい。ここで、光軸をずらす適当量とは、フライアイインテグレータ2におけるエレメントの分割ピッチの1/4程度である。図4においても、1次光の代表的光線を実線で示し、リサイクルの経路を破線で示している。   As shown in FIG. 4, this illuminating device may be configured by shifting the optical axis of the optical system after the condenser lens 10 in parallel by an appropriate amount. Here, the appropriate amount for shifting the optical axis is about 1/4 of the element division pitch in the fly-eye integrator 2. Also in FIG. 4, a representative light beam of the primary light is indicated by a solid line, and a recycling path is indicated by a broken line.

これら図3及び図4に示す照明装置において、反射板14の開口径は、被照明物のエテンデュー(Etendue)によって概ね決まるが、被照明物のアスペクト比、リサイクルの効率を考慮して決定する。   In the illumination devices shown in FIGS. 3 and 4, the opening diameter of the reflector 14 is generally determined by the etendue of the object to be illuminated, but is determined in consideration of the aspect ratio of the object to be illuminated and the recycling efficiency.

また、第2のフライアアイレンズ面9と反射板14の位置は、概ね共役の位置となっている。つまり、第1の反射素子6で反射されたリサイクル光は、第2のフライアイレンズ面9に1次光の照度分布とは違う照度分布を形成し、その各エレメントの照度パターンが反射板14の位置に重ね合わされる。例えば、第2のフライアイレンズ面9の各エレメント形状が同一の矩形形状であれば、リサイクル光の反射板14における照度パターンは、各エレメント形状に対応する中央の開口部分の照度が低い矩形形状となる。   The positions of the second flyer eye lens surface 9 and the reflecting plate 14 are substantially conjugate positions. That is, the recycled light reflected by the first reflecting element 6 forms an illuminance distribution different from the illuminance distribution of the primary light on the second fly-eye lens surface 9, and the illuminance pattern of each element is the reflector 14. It is superimposed on the position of. For example, if each element shape of the second fly-eye lens surface 9 is the same rectangular shape, the illuminance pattern on the reflection plate 14 of the recycled light is a rectangular shape in which the illuminance at the central opening corresponding to each element shape is low. It becomes.

また、第1の反射素子6での反射光のパターンは、第1のフライアイレンズ面8の各分割エレメントにおいて相似パターンを形成する。第1のフライアイレンズ面8とコンデンサレンズ群4の像側焦点位置が一致している場合、再び第1のフライアイレンズ面8に達した時点で、光軸に対して対称位置に戻る。第1のフライアイレンズ面8の構成が光軸に対して対称なレイアウトとなっている場合は、反射パターンの対称パターンが第1のフライアイレンズ面8の各分割エレメント上に形成され、再び第1の反射素子6を照度を均一化されずに照明する。照度の均一化を目的とする場合には、フィールドレンズ11と第1のフライアイレンズ面8との間に間隔をとるほうがよい。主光線以外の光線は、第1のフライアイレンズ面8の位置において対称関係とはならないため、リサイクル光の照度の均一化が可能となる。   Further, the pattern of the reflected light from the first reflecting element 6 forms a similar pattern in each divided element of the first fly-eye lens surface 8. When the first fly's eye lens surface 8 and the image side focal position of the condenser lens group 4 coincide with each other, when the first fly's eye lens surface 8 is reached again, it returns to a symmetrical position with respect to the optical axis. In the case where the configuration of the first fly-eye lens surface 8 is a symmetrical layout with respect to the optical axis, a symmetrical pattern of the reflection pattern is formed on each divided element of the first fly-eye lens surface 8, and again The first reflective element 6 is illuminated without making the illuminance uniform. For the purpose of making the illuminance uniform, it is better to leave a gap between the field lens 11 and the first fly-eye lens surface 8. Since the light rays other than the principal ray do not have a symmetrical relationship at the position of the first fly-eye lens surface 8, the illuminance of the recycled light can be made uniform.

本発明に係る照明装置は、図5に示すように、楕円鏡16を有する光源1、楕円鏡16の第2の焦点上に配置されるリレーレンズ20、このリレーレンズ20の近傍に配置される反射板14、フィールドレンズ21、反射型偏光板19、フライアイインテグレータ2、コンデンサレンズ10、フィールドレンズ11及び第1の反射素子6を順次配列させて構成した場合において、コンデンサレンズ10以降の光学系の光軸を平行にずらして構成することができる。   As shown in FIG. 5, the illuminating device according to the present invention is disposed near the light source 1 having the elliptical mirror 16, the relay lens 20 disposed on the second focal point of the elliptical mirror 16, and the relay lens 20. When the reflector 14, the field lens 21, the reflective polarizing plate 19, the fly eye integrator 2, the condenser lens 10, the field lens 11 and the first reflective element 6 are sequentially arranged, the optical system after the condenser lens 10 is arranged. These optical axes can be shifted in parallel.

反射板14は、中央部分が開口部となっており、リレーレンズ20に対する絞りの機能を果たしている。   The reflecting plate 14 has an opening at the center and functions as a diaphragm for the relay lens 20.

この照明装置において、反射型偏光板19により反射されたリサイクル光は、フィールドレンズ21、リレーレンズ20、楕円鏡16を介して、光源1の発光点に戻る。第1の反射素子6において反射されたリサイクル光は、反射板14によって反射されて、再び第1の反射素子6に戻る。この図5においても、1次光の代表的光線を実線で示し、リサイクルの経路を破線で示している。   In this illumination device, the recycled light reflected by the reflective polarizing plate 19 returns to the light emitting point of the light source 1 through the field lens 21, the relay lens 20, and the elliptical mirror 16. The recycled light reflected by the first reflecting element 6 is reflected by the reflecting plate 14 and returns to the first reflecting element 6 again. Also in FIG. 5, a representative light beam of the primary light is indicated by a solid line, and a recycling path is indicated by a broken line.

〔第1の反射素子について〕
第1の反射素子は、必ずしも第1の反射素子として特別の素子を付加しなければならないものではない。すなわち、本来は別の目的で不要光を反射するために存在する素子を、第1の反射素子として使用することができる。この第1の反射素子となり得る素子としては、反射型偏光板、偏光ビームスプリッタ、遮光層、反射型変調素子の反射層、反射型カラーフィルタ等が挙げられる。具体的な配置については、後述する。
[About the first reflective element]
The first reflective element does not necessarily have to be added with a special element as the first reflective element. That is, an element that originally exists to reflect unnecessary light for another purpose can be used as the first reflecting element. Examples of the element that can be the first reflective element include a reflective polarizing plate, a polarizing beam splitter, a light shielding layer, a reflective layer of a reflective modulation element, and a reflective color filter. Specific arrangement will be described later.

〔リサイクル効率を改善するための要件〕
照明光についてのリサイクル効率を改善するための要件としては、下記の4つの要件が挙げられる。
(1)第1の反射素子とインテグレータが光学的共役点の関係であること。
(2)照明装置を構成する部材の表面反射が極力少ないこと。
(3)戻り光を効率良く反射する構造が備わっていること。
(4)変調素子のエテンデュー(Etendue)がリサイクルの過程で増大する光源のエテンデュー(Etendue)を許容する大きさであること。
[Requirements for improving recycling efficiency]
The requirements for improving the recycling efficiency of the illumination light include the following four requirements.
(1) The relationship between the first reflective element and the integrator is an optical conjugate point.
(2) The surface reflection of the members constituting the lighting device should be as small as possible.
(3) A structure for efficiently reflecting the return light is provided.
(4) The modulation element has an etendue that allows the etendue of the light source to increase during the recycling process.

第1の要件については、前述した通りである。   The first requirement is as described above.

第2の要件を満たすためには、各光学部品に反射防止膜を施すとともに、一体化できる部品については一体化することによって反射面を少なくすることが必要である。例えば、放電バルブを構成するガラス表面にも反射防止膜が施されていることが望ましい。また、図2において、P−S変換素子、コンデンサレンズ10及びフライアイインテグレータの第2のフライアイレンズ面9は、光学的に密着させる。   In order to satisfy the second requirement, it is necessary to apply an antireflection film to each optical component and to reduce the number of reflecting surfaces by integrating components that can be integrated. For example, it is desirable that an antireflection film is also applied to the glass surface constituting the discharge bulb. In FIG. 2, the PS conversion element, the condenser lens 10, and the second fly-eye lens surface 9 of the fly-eye integrator are optically brought into close contact with each other.

第3の要件に関しては、後述する。   The third requirement will be described later.

第4の要件である「変調素子のエテンデュー(Etendue)」は、変調素子に照明される照明面積と照明光の立体角の積で表される。これに対して、「光源のエテンデュー(Etendue)」は、発光面積と出射光の放射立体角の積で表される。例えば、放物面鏡と放電バルブからなる光源においては、「光源のエテンデュー」は、放物面鏡の開口部の面積とその位置における出射光の放射立体角との積である。不要光を光源側に戻し、これを再度変調素子側に反射する過程において、光源のエテンデュー(Etendue)は増大することとなる。変調素子のエテンデュー(Etendue)が光源のエテンデューに比較して相対的に小さい場合には、リサイクル光は、目的とする照明範囲より大きな範囲を照明することとなり、リサイクル効率が低下する。   The fourth requirement “Etendue of the modulation element” is expressed by the product of the illumination area illuminated by the modulation element and the solid angle of the illumination light. On the other hand, “Etendue of the light source” is expressed by the product of the emission area and the solid solid angle of the emitted light. For example, in a light source composed of a parabolic mirror and a discharge bulb, the “light source etendue” is the product of the area of the opening of the parabolic mirror and the radiant solid angle of the emitted light at that position. In the process of returning unnecessary light to the light source side and reflecting it again to the modulation element side, the etendue of the light source increases. When the etendue of the modulation element is relatively small compared to the etendue of the light source, the recycled light illuminates a range larger than the intended illumination range, and the recycling efficiency decreases.

〔リサイクル効率を改善する光源の構成(1)〕
前述したように、リサイクル光は、光源が放物面鏡を備える場合において、この放物面鏡の開口部に不要光が戻った時点において、1次光と同じ位置、角度には完全には一致しない。また、リサイクル光は、製造上における光学素子の位置合わせにズレがある場合にも、光源の発光点に戻らなくなる。この点を改善した構造としては、図6に示すように、放物面鏡7を備えた光源において、この放物面鏡7の開口端に設けられた保護ガラス(フェースプレート)13の表面13b若しくは裏面13aに、第2の反射素子となる反射板14a,14bを付加することが考えられる。この反射板14a,14bは、保護ガラス13の中央部及び周辺部に位置しており、保護ガラス13にアルミ、銀等の金属材料からなる薄膜や誘電体多層膜を形成することによって設けてもよく、また、保護ガラス13とは別体の基板を有する反射板を反射板13に近接させて配置することによって設けてもよい。
[Configuration of light source to improve recycling efficiency (1)]
As described above, when the light source includes a parabolic mirror, the recycled light is completely at the same position and angle as the primary light when the unnecessary light returns to the opening of the parabolic mirror. It does not match. Further, the recycled light does not return to the light emitting point of the light source even when there is a deviation in the alignment of the optical element in manufacturing. As a structure in which this point is improved, as shown in FIG. 6, in a light source provided with a parabolic mirror 7, a surface 13b of a protective glass (face plate) 13 provided at the opening end of the parabolic mirror 7 is used. Alternatively, it is conceivable to add reflecting plates 14a and 14b serving as second reflecting elements to the back surface 13a. The reflecting plates 14a and 14b are located at the central portion and the peripheral portion of the protective glass 13, and may be provided by forming a thin film or a dielectric multilayer film made of a metal material such as aluminum or silver on the protective glass 13. Alternatively, a reflection plate having a substrate separate from the protective glass 13 may be provided in the vicinity of the reflection plate 13.

なお、発光点はガラスチューブからなるバルブ12中にあり、ガラスチューブの表面には、反射防止膜15が形成されている。   The light emitting point is in the bulb 12 made of a glass tube, and an antireflection film 15 is formed on the surface of the glass tube.

すなわち、一般的には、放物面鏡7とバルブ12とからなる光源において、放物面鏡7の開口端の全領域が光源として有効なのではなく、図7に示すように、バルブ12の正面である中央部と、周辺部とは、放物面鏡7によって反射された照明光が透過しない無効な領域となる。そこで、このような無効な領域に、反射板14a,14bを形成する。   That is, in general, in the light source composed of the parabolic mirror 7 and the bulb 12, the entire area of the opening end of the parabolic mirror 7 is not effective as a light source, and as shown in FIG. The central portion and the peripheral portion, which are the front, are invalid areas where the illumination light reflected by the parabolic mirror 7 does not pass. Therefore, the reflectors 14a and 14b are formed in such invalid areas.

そして、反射板14a,14bは、なるべく光源の発光点に近い位置に形成されていることが望ましい。なぜなら、図7に示すように、反射板14a,14bが発光点から離れていると、リサイクル光のうち、バルブ12のガラスチューブによって遮光される光束の比率が増えてしまうからである。そこで、図8に示すように、反射板14a,14bは、保護ガラス13の裏面13aに形成することによって発光点に近づけたほうが、保護ガラス13の表面13bに形成するよりも望ましい。また、反射板14a,14bの位置は、放物面鏡7の有効範囲に近いほうが望ましいといえる。反射板14a,14bが放物面鏡7の有効範囲から遠くなると、不要な1次光(発光点から直接発光された光)を充分に遮光できず、かつ、光源側に戻すべき反射光を反射してしまう比率が高くなるからである。   The reflecting plates 14a and 14b are preferably formed as close to the light emitting point of the light source as possible. This is because, as shown in FIG. 7, when the reflectors 14a and 14b are separated from the light emitting point, the ratio of the luminous flux shielded by the glass tube of the bulb 12 in the recycled light increases. Therefore, as shown in FIG. 8, it is preferable that the reflecting plates 14 a and 14 b be formed on the back surface 13 a of the protective glass 13 to be close to the light emitting point, rather than be formed on the front surface 13 b of the protective glass 13. Further, it can be said that the positions of the reflecting plates 14a and 14b are preferably close to the effective range of the parabolic mirror 7. When the reflectors 14a and 14b are far from the effective range of the parabolic mirror 7, unnecessary primary light (light directly emitted from the light emitting point) cannot be sufficiently shielded, and reflected light to be returned to the light source side is reduced. This is because the ratio of reflection increases.

また、保護ガラス13の周囲部の反射板14bは、図9に示すように、光軸に対して適度に傾斜させておいてもよい。すなわち、この場合、反射板14bは、円錐面、または、球面の一部である形状となる。反射板14bを傾斜させない場合には、この反射板14bにより反射された光束は、第1のフライアイレンズ面8において、半径方向に大きく拡がった範囲に達する。反射板14bを傾斜させることにより、第1のフライアイレンズ面8において、この反射板14bにより反射された光束が拡がらないようにすることができる。なお、反射板14bの傾斜角は、放物面鏡7の焦点距離と発光点の大きさとの関係によって決まる。   Further, the reflection plate 14b around the protective glass 13 may be appropriately inclined with respect to the optical axis as shown in FIG. That is, in this case, the reflecting plate 14b has a conical surface or a shape that is a part of a spherical surface. When the reflecting plate 14 b is not tilted, the light beam reflected by the reflecting plate 14 b reaches a range that greatly spreads in the radial direction on the first fly-eye lens surface 8. By inclining the reflecting plate 14b, the light beam reflected by the reflecting plate 14b can be prevented from spreading on the first fly-eye lens surface 8. The inclination angle of the reflecting plate 14b is determined by the relationship between the focal length of the parabolic mirror 7 and the size of the light emitting point.

〔リサイクル効率を改善する光源の構成(2)〕
光源を、図10に示すように、バルブ12と、上述の放物面鏡に代えて回転楕円面形状の楕円鏡16と、保護ガラス13とを用いて構成した場合にも、放物面鏡を用いた光源の場合と同様に、反射板14a,14bを、保護ガラス13上であって1次光が透過しない無効な領域に形成する。すなわち、反射板14a,14bは、保護ガラス13の中央部及び周辺部に形成する。
[Configuration of light source to improve recycling efficiency (2)]
As shown in FIG. 10, even when the light source is configured using a bulb 12, a spheroidal elliptical mirror 16 instead of the above-described parabolic mirror, and a protective glass 13, the parabolic mirror is used. As in the case of the light source using, the reflectors 14a and 14b are formed in an ineffective area on the protective glass 13 where the primary light is not transmitted. That is, the reflecting plates 14 a and 14 b are formed at the central portion and the peripheral portion of the protective glass 13.

但し、楕円鏡16においては、放物面鏡と違って、保護ガラス13上に単に反射板14a,14bを形成しただけでは有効ではない。すなわち、この光源においては、発光点が楕円鏡16の第1の焦点上に置かれているので、この発光点から発せられた光(1次光)は、楕円鏡16の第2の焦点上に結像する。そのため、リサイクル光を有効にするためには、反射板により反射された光束を、楕円鏡16の第2の焦点に結像させる必要がある。そのため、反射板14a,14bの近傍に、集光レンズ17a,17bを配置する。これら集光レンズ17a,17bは、反射板14a,14bに対応して保護ガラス13の中央部及び周辺部に配置される円形及び円環状のレンズであって、焦点位置を楕円鏡16の第2の焦点に一致させるようになされている。集光レンズ17a,17bによって楕円鏡16の第2の焦点を経たリサイクル光は、上述したように、第1の反射素子においてテレセントリックとなる。したがって、第1の反射素子により反射されたリサイクル光は、楕円鏡16の第2の焦点に戻り、その後、有効な光束となる。   However, unlike the parabolic mirror, the elliptical mirror 16 is not effective simply by forming the reflection plates 14a and 14b on the protective glass 13. That is, in this light source, since the light emitting point is placed on the first focus of the elliptical mirror 16, the light (primary light) emitted from this light emitting point is on the second focus of the elliptical mirror 16. To form an image. Therefore, in order to make the recycled light effective, it is necessary to image the light beam reflected by the reflecting plate at the second focal point of the elliptical mirror 16. Therefore, condensing lenses 17a and 17b are disposed in the vicinity of the reflecting plates 14a and 14b. These condensing lenses 17a and 17b are circular and annular lenses disposed in the central portion and the peripheral portion of the protective glass 13 corresponding to the reflecting plates 14a and 14b, respectively. It is made to match the focus of. The recycled light that has passed through the second focal point of the elliptical mirror 16 by the condensing lenses 17a and 17b becomes telecentric in the first reflecting element as described above. Accordingly, the recycled light reflected by the first reflecting element returns to the second focal point of the elliptical mirror 16, and thereafter becomes an effective light beam.

〔リサイクル効率を改善する光源の構成(3)〕
光源は、図11に示すように、放物面鏡7を備えたバルブ12、1/4波長板18、及び、反射型円偏光板19を備えた構成とすることができる。前述したように、放物面鏡7による反射における位相変化は、180°とは限らず、また、入射角度や波長によっても変化する。そこで、この光源においては、1/4波長板18及び反射型円偏光板19の作用により、放物面鏡7の入射面に対して、P偏光若しくはS偏光に揃えるようにしている。1/4波長板18は、図12に示すように、放物面鏡7の中心軸を対称軸として、放射線状に複数(偶数個)の領域18a,18b,18c,18d,18a´,18b´,18c´,18d´に分割されている。これら各領域の遅相軸は、各領域における中心部と放物面鏡7の中心軸とを結ぶ直線に対して、45°をなす方向となっており、かつ、放物面鏡7の中心軸を介して対称となる位置関係の領域の遅相軸に対して、直交する方向となっている。なお、1/4波長板18とバルブ12の保護ガラス13の間には、図示しない紫外線、赤外線カットフィルタが形成されている。
[Configuration of light source to improve recycling efficiency (3)]
As shown in FIG. 11, the light source can be configured to include a bulb 12 having a parabolic mirror 7, a quarter-wave plate 18, and a reflective circularly polarizing plate 19. As described above, the phase change in the reflection by the parabolic mirror 7 is not limited to 180 °, and also changes depending on the incident angle and wavelength. Therefore, in this light source, the incident surface of the parabolic mirror 7 is aligned with P-polarized light or S-polarized light by the action of the quarter-wave plate 18 and the reflective circularly polarizing plate 19. As shown in FIG. 12, the quarter-wave plate 18 has a plurality of (even number) regions 18a, 18b, 18c, 18d, 18a ′, 18b in a radial pattern with the central axis of the parabolic mirror 7 as the axis of symmetry. ', 18c', and 18d '. The slow axis of each region is in a direction of 45 ° with respect to a straight line connecting the central portion of each region and the central axis of the parabolic mirror 7, and the center of the parabolic mirror 7. The direction is orthogonal to the slow axis of the region of positional relationship that is symmetric with respect to the axis. An ultraviolet and infrared cut filter (not shown) is formed between the quarter wavelength plate 18 and the protective glass 13 of the bulb 12.

反射型円偏光板19としては、コレステリック液晶ポリマ円偏光板を使用することができる。また、1/4波長板18は、広帯域の波長域で機能するものが望ましい。なお、空気界面には、反射防止膜が形成されている。   As the reflective circularly polarizing plate 19, a cholesteric liquid crystal polymer circularly polarizing plate can be used. Further, it is desirable that the quarter wavelength plate 18 functions in a wide wavelength range. An antireflection film is formed at the air interface.

バルブ12から出射された光は、1/4波長板18を通過することにより直線偏光に変化され、反射型円偏光板19に至る。このとき、この光の偏光軸は、反射型円偏光板19の入射面に対してP偏光若しくはS偏光となる。そして、この反射型円偏光板19においては、一方の方向の偏光が光源側に反射される。   The light emitted from the bulb 12 is converted into linearly polarized light by passing through the quarter-wave plate 18 and reaches the reflective circularly polarizing plate 19. At this time, the polarization axis of this light is P-polarized light or S-polarized light with respect to the incident surface of the reflective circularly polarizing plate 19. In the reflective circularly polarizing plate 19, polarized light in one direction is reflected to the light source side.

反射型円偏光板19により反射された光は、1/4波長板18を経て、放物面鏡7において2回反射されて、再び1/4波長板18に至る。このとき、この光は、反射型円偏光板19により反射されたときに透過した1/4波長板18の領域(例えば18a)に対して、放物面鏡7の中心軸を介して対称となっいる領域(例えば18a´)に至る。そして、この光は、すでに1/4波長板18及び反射型円偏光板19を経ているため、P偏光若しくはS偏光に揃っており、位相差を発生していない。したがって、遅相軸が直交する方位となっている1/4波長板18の領域を通過することにより、反射型円偏光板19への始めの入射時とは逆方向の円偏光となり、この反射型円偏光板19を通過する。このようにして、この光源においては、偏光の変換が行われる。   The light reflected by the reflective circularly polarizing plate 19 passes through the quarter-wave plate 18, is reflected twice by the parabolic mirror 7, and reaches the quarter-wave plate 18 again. At this time, this light is symmetric through the central axis of the parabolic mirror 7 with respect to the region (for example, 18a) of the quarter-wave plate 18 that is transmitted when reflected by the reflective circularly polarizing plate 19. It reaches the area (for example, 18a '). Since this light has already passed through the quarter-wave plate 18 and the reflective circularly polarizing plate 19, it is aligned with P-polarized light or S-polarized light, and no phase difference is generated. Therefore, by passing through the area of the quarter-wave plate 18 in which the slow axis is orthogonal, the circularly polarized light in the direction opposite to the initial incidence on the reflective circularly polarizing plate 19 is obtained. It passes through the mold circular polarizer 19. In this way, polarization conversion is performed in this light source.

なお、図11においては、1/4波長板18及び反射型円偏光板19は、放物面鏡7に一体化された保護ガラス13に一体化された構成としているが、この保護ガラス13に対して別体とした構造としてもよい。   In FIG. 11, the quarter-wave plate 18 and the reflective circularly polarizing plate 19 are configured to be integrated with the protective glass 13 integrated with the parabolic mirror 7. Alternatively, a separate structure may be used.

但し、1/4波長板18は、放物面鏡7にできるだけ近い位置に配置されることが望ましい。なぜなら、1/4波長板18が放物面鏡7から離れた位置に配置されると、光軸に対して傾き角度が大きい光束が放物面鏡7における2回の反射を受けて再び1/4波長板18に達したとき、対称関係にある1/4波長板18の領域を通過しなくなる可能性が大きくなるからである。   However, it is desirable that the quarter-wave plate 18 is disposed at a position as close as possible to the parabolic mirror 7. This is because when the quarter-wave plate 18 is arranged at a position away from the parabolic mirror 7, a light beam having a large tilt angle with respect to the optical axis is reflected twice by the parabolic mirror 7 and is again 1 This is because when the ¼ wavelength plate 18 is reached, there is a greater possibility that the ¼ wavelength plate 18 will not pass through the region of the ¼ wavelength plate 18 that is in a symmetrical relationship.

また、反射型円偏光板19の位置が放物面鏡7から離れるにしたがい、この反射型円偏光板19による反射光は、周縁部の反射板14bに達する可能性が大きくなる。この場合、この光は、1/4波長板18を通過せずに、円偏光として反射板14bに達する。この光は、反射板14bに反射されるときに位相が180°変化して逆の円偏光となり、反射型円偏光板19を通過する。この場合には、放物面鏡7による反射やバルブ12の影響を受けないため、照明光の効率が改善する場合がある。   Further, as the position of the reflective circularly polarizing plate 19 moves away from the parabolic mirror 7, the possibility that the reflected light from the reflective circularly polarizing plate 19 reaches the reflecting plate 14b at the peripheral portion increases. In this case, this light does not pass through the quarter-wave plate 18 and reaches the reflection plate 14b as circularly polarized light. When this light is reflected by the reflecting plate 14 b, the phase changes by 180 ° to become reverse circularly polarized light, and passes through the reflective circularly polarizing plate 19. In this case, since it is not affected by the reflection by the parabolic mirror 7 or the bulb 12, the efficiency of the illumination light may be improved.

なお、上述したような1/4波長板と円偏光板との組合わせではなく、二分の一(1/2)波長板と反射型直線偏光板との組合わせでも、同様の作用を発揮する光源を構成することが可能である。   In addition, the combination of a quarter wavelength plate and a circularly polarizing plate as described above, but also a combination of a half (1/2) wavelength plate and a reflective linear polarizing plate, exhibits the same effect. It is possible to construct a light source.

〔リサイクル効率を改善する光源の構成(4)〕
光源は、図13に示すように、楕円鏡16を備えたバルブ12、1/4波長板18、リレーレンズ20、フィールドレンズ21及び反射型円偏光板19を備えて構成されたものとしてもよい。
[Configuration of light source to improve recycling efficiency (4)]
As shown in FIG. 13, the light source may include a bulb 12 having an elliptical mirror 16, a quarter-wave plate 18, a relay lens 20, a field lens 21, and a reflective circularly polarizing plate 19. .

図14に示すように、放物面鏡7を備えた光源の場合、放物面鏡7の焦点位置から外れた光束は、反射型円偏光板19において反射されて、再びバルブ12に進入したとき、このバルブ12の電極等の遮蔽物に遮光される可能性がある。そこで、この楕円鏡16を備えた光源においては、図15に示すように、バルブ12の発光点を楕円鏡16の第1の焦点位置に配置し、この楕円鏡16の第2焦点位置にリレーレンズ20を配置するとともに、楕円鏡16における反射位置とリレーレンズ20についての概ね共役点に、反射型円偏光板19を配置することとしている。そして、反射型円偏光板19への入射光については、フィールドレンズ21によって、テレセントリックな状態を設定している。   As shown in FIG. 14, in the case of a light source equipped with a parabolic mirror 7, the light beam deviating from the focal position of the parabolic mirror 7 is reflected by the reflective circularly polarizing plate 19 and enters the bulb 12 again. At this time, there is a possibility that light is shielded by a shield such as an electrode of the bulb 12. Therefore, in the light source provided with the elliptical mirror 16, as shown in FIG. 15, the light emitting point of the bulb 12 is arranged at the first focal position of the elliptical mirror 16 and relayed to the second focal position of the elliptical mirror 16. The lens 20 is disposed, and the reflection type circularly polarizing plate 19 is disposed at a substantially conjugate point with respect to the reflection position of the elliptical mirror 16 and the relay lens 20. The light incident on the reflective circularly polarizing plate 19 is set in a telecentric state by the field lens 21.

反射型円偏光板19により反射された光束は、楕円鏡16によって1次光が反射された位置と同じ位置に戻る。そして、ここで楕円鏡16に反射された光束は、楕円鏡16の第1の焦点を中心として発光点と対称である位置に戻る。つまり、この光束は、バルブ12の放電電極等に遮光される比率が少ない。   The light beam reflected by the reflective circularly polarizing plate 19 returns to the same position where the primary light is reflected by the elliptical mirror 16. Then, the light beam reflected by the elliptical mirror 16 returns to a position that is symmetrical with the light emitting point with the first focal point of the elliptical mirror 16 as the center. In other words, the ratio of the light beam shielded by the discharge electrode of the bulb 12 is small.

1/4波長板18は、上述した〔光源構造(3)〕におけると同様に、図12に示すように、遅相軸方位の異なる複数の領域に放射状に分割されており、図13に示すように、保護ガラス13の近傍に配置されている。この1/4波長板18は、反射型円偏光板19とフィールドレンズ21との間に配置しても、同様の効果を得ることができる。   As in [Light source structure (3)] described above, the quarter-wave plate 18 is radially divided into a plurality of regions having different slow axis orientations as shown in FIG. Thus, it arrange | positions in the vicinity of the protective glass 13. FIG. Even if the quarter-wave plate 18 is disposed between the reflective circularly polarizing plate 19 and the field lens 21, the same effect can be obtained.

この1/4波長板18は、広帯域の波長域で機能するものが望ましい。また、1/4波長板18と放電ランプの保護ガラス13との間には、図示しない紫外線、赤外線カットフィルタが形成されている。   The quarter-wave plate 18 desirably functions in a wide wavelength range. Further, an ultraviolet and infrared cut filter (not shown) is formed between the quarter wavelength plate 18 and the protective glass 13 of the discharge lamp.

反射型円偏光板19としては、コレステリック液晶ポリマ円偏光板を使用することができる。なお、空気界面には、反射防止膜23が形成されている。   As the reflective circularly polarizing plate 19, a cholesteric liquid crystal polymer circularly polarizing plate can be used. An antireflection film 23 is formed at the air interface.

バルブ12から出射された光は、1/4波長板18を通過することにより直線偏光に変化され、反射型円偏光板19に至る。このとき、この光の偏光軸は、反射型円偏光板19の入射面に対してP偏光若しくはS偏光となる。そして、この反射型円偏光板19においては、一方の方向の偏光が光源側に反射される。   The light emitted from the bulb 12 is converted into linearly polarized light by passing through the quarter-wave plate 18 and reaches the reflective circularly polarizing plate 19. At this time, the polarization axis of this light is P-polarized light or S-polarized light with respect to the incident surface of the reflective circularly polarizing plate 19. In the reflective circularly polarizing plate 19, polarized light in one direction is reflected to the light source side.

反射型円偏光板19により反射された光は、1/4波長板18を経て、楕円鏡16において2回反射されて、再び1/4波長板18に至る。このとき、この光は、反射型円偏光板19により反射されたときに透過した1/4波長板18の領域(例えば18a)に対して、楕円鏡16の中心軸を介して対称となっいる領域(例えば18a´)に至る。そして、この光は、すでに1/4波長板18及び反射型円偏光板19を経ているため、P偏光若しくはS偏光に揃っており、位相差を発生していない。したがって、遅相軸が直交する方位となっている1/4波長板18の領域を通過することにより、反射型円偏光板19への始めの入射時とは逆方向の円偏光となり、この反射型円偏光板19を通過する。このようにして、この光源においては、偏光の変換が行われる。   The light reflected by the reflective circularly polarizing plate 19 passes through the quarter-wave plate 18, is reflected twice by the elliptical mirror 16, and reaches the quarter-wave plate 18 again. At this time, this light is symmetric through the central axis of the elliptical mirror 16 with respect to the region (for example, 18a) of the quarter-wave plate 18 that is transmitted when reflected by the reflective circularly polarizing plate 19. It reaches an area (for example, 18a ′). Since this light has already passed through the quarter-wave plate 18 and the reflective circularly polarizing plate 19, it is aligned with P-polarized light or S-polarized light, and no phase difference is generated. Therefore, by passing through the area of the quarter-wave plate 18 in which the slow axis is orthogonal, the circularly polarized light in the direction opposite to the initial incidence on the reflective circularly polarizing plate 19 is obtained. It passes through the mold circular polarizer 19. In this way, polarization conversion is performed in this light source.

なお、上述したような1/4波長板と円偏光板との組合わせではなく、二分の一(1/2)波長板と反射型直線偏光板との組合わせでも、同様の作用を発揮する光源を構成することが可能である。
〔リサイクル効率を改善する照明装置の構成(1)〕
また、この照明装置は、図16に示すように、ロッドインテグレータ26を使って構成することもできる。ロッドインテグレータ26は、透明材料からなる角柱状の光学素子であり、一端部より光束が入射され、他端部より出射する。この照明装置は、楕円鏡16を有する光源27と、ロッドインテグレータ26と、これら光源27及びロッドインテグレータ26間に、リレーコンデンサ光学系を配置して構成されている。リレーコンデンサ光学系は、コンデンサレンズ28及びリレーレンズ29からなり、楕円鏡16の第2の焦点位置にコンデンサレンズ28が配置され、このコンデンサレンズ28の焦点位置にリレーレンズ29が配置されている。
In addition, the combination of a quarter wavelength plate and a circularly polarizing plate as described above, but also a combination of a half (1/2) wavelength plate and a reflective linear polarizing plate, exhibits the same effect. It is possible to construct a light source.
[Configuration of lighting equipment to improve recycling efficiency (1)]
Moreover, this illuminating device can also be comprised using the rod integrator 26, as shown in FIG. The rod integrator 26 is a prismatic optical element made of a transparent material, and a light beam enters from one end and exits from the other end. This illuminating device includes a light source 27 having an elliptical mirror 16, a rod integrator 26, and a relay condenser optical system disposed between the light source 27 and the rod integrator 26. The relay condenser optical system includes a condenser lens 28 and a relay lens 29. The condenser lens 28 is disposed at the second focal position of the elliptical mirror 16, and the relay lens 29 is disposed at the focal position of the condenser lens 28.

ロッドインテグレータ26の光源27からの光束が入射される一端部の近傍には、開口を設けた反射板14が配置されている。この反射板14は、図17中の(a)及び(b)に示すように、例えば、ロッドインテグレータ26の光源27側の端面に形成することができる。   In the vicinity of one end where the light beam from the light source 27 of the rod integrator 26 is incident, the reflecting plate 14 having an opening is disposed. As shown in FIGS. 17A and 17B, the reflecting plate 14 can be formed, for example, on the end surface of the rod integrator 26 on the light source 27 side.

そして、ロッドインテグレータ26の光束入射端側には、リレーレンズ系30,20、フィールドレンズ21及び第1の反射素子6が配置されている。   The relay lens systems 30 and 20, the field lens 21, and the first reflecting element 6 are disposed on the light beam incident end side of the rod integrator 26.

第1の反射素子6により反射されたリサイクル光は、ロッドインテグレータ26の光束入射端に戻ったときに、このロッドインテグレータ26によって照度を均一化されている。そのため、反射板14の開口部以外の部分に戻ったリサイクル光は、この反射板14によって反射される。反射板14で反射された光束は、1次光と同様に、ロッドインテグレータ26によって均一化された状態で、被照明物を効率良く照明する。開口部を通過したリサイクル光は、光源27に戻る。この過程が繰り返されることにより、照明光のリサイクルが達成される。   When the recycled light reflected by the first reflecting element 6 returns to the light beam incident end of the rod integrator 26, the illuminance is made uniform by the rod integrator 26. Therefore, the recycled light that has returned to the part other than the opening of the reflecting plate 14 is reflected by the reflecting plate 14. The luminous flux reflected by the reflecting plate 14 efficiently illuminates the object to be illuminated in a state of being uniformed by the rod integrator 26 as in the case of the primary light. The recycled light that has passed through the opening returns to the light source 27. By repeating this process, recycling of the illumination light is achieved.

なお、光源としては、放物面鏡を有するものを使用してもよい。   In addition, as a light source, you may use what has a parabolic mirror.

〔リサイクル効率を改善する照明装置の構成(2)〕
また、この照明装置は、図18に示すように、光学系の一部の光軸を他の光学系の光軸に対して平行にずらして構成することもできる。この照明装置は、図16に示す照明装置におけるリレーレンズ20とフィールドレンズ21との間に、さらに、コンデンサレンズ10を追加するとともに、このコンデンサレンズ10以降の光学系の光軸を、光源27からリレーレンズ20までの光学系の光軸に対して平行にずらして構成されている。そして、コンデンサレンズ10の光源側には、リレーレンズ20までの光学系の光軸に対してコンデンサレンズ10以降の光学系の光軸を中心として対称な位置に、反射板14cが配置されている。
[Configuration of lighting device to improve recycling efficiency (2)]
In addition, as shown in FIG. 18, this illuminating device can also be configured by shifting the optical axis of a part of the optical system in parallel to the optical axes of other optical systems. In this illuminating device, a condenser lens 10 is further added between the relay lens 20 and the field lens 21 in the illuminating device shown in FIG. 16, and the optical axis of the optical system after the condenser lens 10 is changed from the light source 27. The relay lens 20 is configured to be shifted parallel to the optical axis of the optical system. On the light source side of the condenser lens 10, a reflector 14 c is disposed at a position symmetrical about the optical axis of the optical system after the condenser lens 10 with respect to the optical axis of the optical system up to the relay lens 20. .

この正面装置において、第1の反射素子6によって反射されたリサイクル光は、反射板14cに達し、この反射板14cにより反射されて、コンデンサレンズ10及びフィールドレンズ21を経て再び第1の反射素子6に達する。ここで、再度第1の反射素子6によって反射されたリサイクル光は、ロッドインテグレータ26に戻る。このリサイクル光は、ロッドインテグレータ26の光源側の端部に戻ったときに、このロッドインテグレータ26によって照度を均一化されている。そのため、反射板14の開口部以外の部分に戻ったリサイクル光は、この反射板14によって反射される。反射板14で反射された光束は、1次光と同様に、ロッドインテグレータ26によって均一化された状態で、被照明物を効率良く照明する。開口部を通過したリサイクル光は、光源27に戻る。この過程が繰り返されることにより、照明光のリサイクルが達成される。   In this front device, the recycled light reflected by the first reflecting element 6 reaches the reflecting plate 14 c, is reflected by the reflecting plate 14 c, passes through the condenser lens 10 and the field lens 21, and again becomes the first reflecting element 6. To reach. Here, the recycled light reflected again by the first reflective element 6 returns to the rod integrator 26. When the recycled light returns to the end of the rod integrator 26 on the light source side, the illuminance is made uniform by the rod integrator 26. Therefore, the recycled light that has returned to the part other than the opening of the reflecting plate 14 is reflected by the reflecting plate 14. The luminous flux reflected by the reflecting plate 14 efficiently illuminates the object to be illuminated in a state of being uniformed by the rod integrator 26 as in the case of the primary light. The recycled light that has passed through the opening returns to the light source 27. By repeating this process, recycling of the illumination light is achieved.

〔偏光変換機能を備えた画像表示装置の構成(1)〕
本発明に係る照明装置を用いた画像表示装置は、例えば、図19に構成することができる。この画像表示装置は、図19中の(a)に示すように、楕円鏡16を備えた光源27、リレーレンズ28、フィールドレンズ29、開口部を有する反射板14、ロッドインテグレータ26、コンデンサレンズ30、リレーレンズ20、反射板14c、コンデンサレンズ10、フィールドレンズ21、反射型偏光板6からなる照明装置に、変調素子31を加えることによって構成される。コンデンサレンズ10以降の光学系の光軸は、光源27からリレーレンズ20までの光学系の光軸に対して、平行にずれて配置されている。この画像表示装置においては、照明装置27と反射型偏光板6とにより、偏光変換機能が達成される。上述した実施の形態と同様に、反射型偏光板6としては、コレステリック液晶ポリマ円偏光板を使用する。
[Configuration of Image Display Device with Polarization Conversion Function (1)]
An image display device using the illumination device according to the present invention can be configured, for example, in FIG. As shown in FIG. 19A, the image display device includes a light source 27 having an elliptical mirror 16, a relay lens 28, a field lens 29, a reflector 14 having an opening, a rod integrator 26, and a condenser lens 30. In addition, a modulation element 31 is added to an illumination device including the relay lens 20, the reflection plate 14c, the condenser lens 10, the field lens 21, and the reflective polarizing plate 6. The optical axis of the optical system after the condenser lens 10 is arranged in parallel with the optical axis of the optical system from the light source 27 to the relay lens 20. In this image display device, the polarization conversion function is achieved by the illumination device 27 and the reflective polarizing plate 6. As in the embodiment described above, a cholesteric liquid crystal polymer circularly polarizing plate is used as the reflective polarizing plate 6.

光源27から出射された照明光は、リレーレンズ28、フィールドレンズ29、ロッドインテグレータ26、コンデンサレンズ30、リレーレンズ20、コンデンサレンズ10及びフィールドレンズ21を経て反射型偏光板6に至り、図19中の(b)に示すように、この反射型偏光板6において、一方の円偏光が透過し、他方の円偏光が反射される。反射された円偏光は、反射板14cに至り、この反射板14cで反射されることにより、逆回りの円偏光となる。この光は、再度、反射型偏光板6に達し、この反射型偏光板6を透過する。このようにして反射型偏光板6を透過した光は、変調素子31に至り、この変調素子31によって、表示画像に応じた空間変調を施される。   Illumination light emitted from the light source 27 passes through the relay lens 28, the field lens 29, the rod integrator 26, the condenser lens 30, the relay lens 20, the condenser lens 10, and the field lens 21, and reaches the reflective polarizing plate 6, as shown in FIG. As shown in (b), one circularly polarized light is transmitted through the reflective polarizing plate 6 and the other circularly polarized light is reflected. The reflected circularly polarized light reaches the reflecting plate 14c, and is reflected by the reflecting plate 14c to become reversely polarized circularly polarized light. This light reaches the reflective polarizing plate 6 again and passes through the reflective polarizing plate 6. The light transmitted through the reflective polarizing plate 6 in this way reaches the modulation element 31 and is subjected to spatial modulation according to the display image by the modulation element 31.

なお、変調素子31に直線偏光を入射させる必要がある場合には、反射型偏光板6と変調素子31との間に、1/4波長板を配置すればよい。さらに、吸収型の偏光板を付加することで、不要な偏光を遮断することができる。   If linearly polarized light needs to be incident on the modulation element 31, a quarter-wave plate may be disposed between the reflective polarizing plate 6 and the modulation element 31. Furthermore, unnecessary polarized light can be blocked by adding an absorption type polarizing plate.

また、反射型偏光板としては、反射型直線偏光板を使用してもよい。この場合には、反射板14上、あるいは、反射型直線偏光板の光源側に、1/4波長板を配置するようにする。   Further, as the reflective polarizing plate, a reflective linear polarizing plate may be used. In this case, a quarter wavelength plate is disposed on the reflecting plate 14 or on the light source side of the reflective linearly polarizing plate.

〔偏光変換機能を備えた画像表示装置の構成(2)〕
この画像表示装置は、図20中の(a)、図21中の(a)及び図22に示すように、楕円鏡16を備えた光源27、リレーレンズ28、フィールドレンズ29、開口部を有する反射板14、ロッドインテグレータ26、コンデンサレンズ30、リレーレンズ20、反射板14c、コンデンサレンズ10、フィールドレンズ21を備え、さらに、偏光ビームスプリッタ32を介して、変調素子31を配置して構成してもよい。コンデンサレンズ10以降の光学系の光軸は、光源27からリレーレンズ20までの光学系の光軸に対して、平行にずらされている。また、コンデンサレンズ10と反射板14cとの間には、1/4波長板34が配置してある。そして、この画像表示装置においては、偏光ビームスプリッタ32によって、偏光変換機能が達成される。
[Configuration of Image Display Device with Polarization Conversion Function (2)]
This image display device has a light source 27 having an elliptical mirror 16, a relay lens 28, a field lens 29, and an opening, as shown in FIG. 20 (a), FIG. 21 (a) and FIG. The reflection plate 14, the rod integrator 26, the condenser lens 30, the relay lens 20, the reflection plate 14 c, the condenser lens 10, and the field lens 21 are provided, and a modulation element 31 is disposed via a polarization beam splitter 32. Also good. The optical axis of the optical system after the condenser lens 10 is shifted in parallel to the optical axis of the optical system from the light source 27 to the relay lens 20. A quarter wavelength plate 34 is disposed between the condenser lens 10 and the reflection plate 14c. In this image display device, the polarization conversion function is achieved by the polarization beam splitter 32.

すなわち、図20中の(a)に示すように、フィールドレンズ21より偏光ビームスプリッタ32を通過した位置に反射板33を配置し、この偏光ビームスプリッタ32の側面に変調素子31を配置する。これら反射板33及び変調素子31は、偏光ビームスプリッタ32内の反射面を介して、互いにフィールドレンズ21からの光路長が等しくなされて配置されている。   That is, as shown in FIG. 20A, the reflection plate 33 is disposed at a position where the field lens 21 has passed through the polarization beam splitter 32, and the modulation element 31 is disposed on the side surface of the polarization beam splitter 32. The reflection plate 33 and the modulation element 31 are arranged such that their optical path lengths from the field lens 21 are equal to each other via a reflection surface in the polarization beam splitter 32.

この画像表示装置においては、光源27よりの出射光は、照明光学系を経て偏光ビームスプリッタ32に達する。この照明光は、図20中の(b)に示すように、この偏光ビームスプリッタ32において、この偏光ビームスプリッタ32の反射面に対するS偏光は、反射面により反射されて変調素子31に到達し、P偏光は、反射面を透過して反射板33に到達しこの反射板33により反射される。この反射板33により反射されたリサイクル光は、光路を逆に辿って1/4波長板34を経て反射板14cにより反射され、再び1/4波長板34を透過することによりS偏光に変換されて、再度偏光ビームスプリッタ32に至る。このとき、リサイクル光は、偏光ビームスプリッタ32の反射面に対するS偏光となっているので、反射面により反射されて変調素子31を照明する。   In this image display device, the light emitted from the light source 27 reaches the polarization beam splitter 32 through the illumination optical system. As shown in (b) of FIG. 20, this illumination light is reflected by the reflecting surface of the polarizing beam splitter 32 so that the S-polarized light with respect to the reflecting surface of the polarizing beam splitter 32 reaches the modulation element 31. The P-polarized light passes through the reflection surface and reaches the reflection plate 33 and is reflected by the reflection plate 33. The recycled light reflected by the reflecting plate 33 traces the optical path in the reverse direction, is reflected by the reflecting plate 14c through the quarter wavelength plate 34, and is again converted to S-polarized light by passing through the quarter wavelength plate 34. Then, it reaches the polarization beam splitter 32 again. At this time, since the recycled light is S-polarized light with respect to the reflection surface of the polarization beam splitter 32, it is reflected by the reflection surface and illuminates the modulation element 31.

なお、コンデンサレンズ10以降の光学系の光軸をずらす方向は、図20中の(c)に示すように、光軸の移動によってフィールドレンズ21と偏光ビームスプリッタ32の反射面との距離が変化しない方向であることが望ましい。光軸の移動に相当する光束の入射角度の広がりを許容するためである。また、この構成においては、後述するピーク輝度を改善する効果もある。   Note that the direction in which the optical axis of the optical system after the condenser lens 10 is shifted is such that the distance between the field lens 21 and the reflecting surface of the polarizing beam splitter 32 changes due to the movement of the optical axis, as shown in FIG. It is desirable that the direction is not. This is to allow the spread of the incident angle of the light beam corresponding to the movement of the optical axis. In addition, this configuration also has an effect of improving peak luminance described later.

そして、1つのビームスプリッタによっては目的とする消光比が得られない場合には、図21中の(a)及び(b)に示すように、補助的に偏光ビームスプリッタを追加した構成とすることができる。すなわち、この画像表示装置においては、フィールドレンズ21より、2個の偏光ビームスプリッタ35,32を通過した位置に反射板33を配置し、2個めの偏光ビームスプリッタ32の側面に変調素子31を配置する。また、1個めの偏光ビームスプリッタ35の側面には、光路長調整ブロック36を介して、反射板37が配置されている。これら反射板33、変調素子31及び反射板37は、各偏光ビームスプリッタ35,32内の反射面を介して、互いにフィールドレンズ21からの光路長が等しくなされて配置されている。そして、2個の偏光ビームスプリッタ35,32は、反射面において光束を反射させたときの反射光の方向が直交する位置関係となされている。   If the desired extinction ratio cannot be obtained with one beam splitter, a configuration in which a polarizing beam splitter is added as shown in FIGS. 21A and 21B is used. Can do. That is, in this image display device, the reflection plate 33 is disposed at a position that has passed through the two polarization beam splitters 35 and 32 from the field lens 21, and the modulation element 31 is disposed on the side surface of the second polarization beam splitter 32. Deploy. A reflecting plate 37 is disposed on the side surface of the first polarizing beam splitter 35 via an optical path length adjustment block 36. The reflection plate 33, the modulation element 31, and the reflection plate 37 are arranged such that the optical path lengths from the field lens 21 are equal to each other through the reflection surfaces in the polarization beam splitters 35 and 32. The two polarization beam splitters 35 and 32 are in a positional relationship in which the directions of reflected light are orthogonal when the light beam is reflected on the reflection surface.

この画像表示装置においては、図20中の(a)に示した画像表示装置と同様に、リサイクル光を変調素子31に戻すことができるが、偏光ビームスプリッタが2個重ねられていることにより、より高い消光比を得ることができる。   In this image display device, similarly to the image display device shown in (a) of FIG. 20, the recycled light can be returned to the modulation element 31, but two polarizing beam splitters are overlapped. A higher extinction ratio can be obtained.

さらに、変調素子として、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)の三原色に対応した3枚の変調素子を使用する場合においては、図22に示すように、フィールドレンズ21より、偏光ビームスプリッタ32及び光路長調整ブロック36を通過した位置に反射板33を配置し、偏光ビームスプリッタ32の側面に色分離プリズム37,38,39を介して、各色用の変調素子31a,31b,31cを配置する。これら反射板33及び各変調素子31a,31b,31cは、偏光ビームスプリッタ32内の反射面を介して、光路長調整ブロック36及び色分離プリズム37,38,39を透して、互いにフィールドレンズ21からの光路長が等しくなされて配置されている。   Further, when three modulation elements corresponding to the three primary colors of R (red), G (green), and B (blue) are used as the modulation elements, as shown in FIG. A reflecting plate 33 is disposed at a position that has passed through the beam splitter 32 and the optical path length adjustment block 36, and modulation elements 31 a, 31 b, 31 c for the respective colors are provided on the side surfaces of the polarizing beam splitter 32 via color separation prisms 37, 38, 39. Place. The reflection plate 33 and the modulation elements 31a, 31b, and 31c pass through the optical path length adjustment block 36 and the color separation prisms 37, 38, and 39 through the reflection surface in the polarization beam splitter 32, and are mutually connected to the field lens 21. The optical path lengths from are set equal.

この画像表示装置においては、照明光が色分離プリズム37,38,39によってR(赤色)、G(緑色)、B(青色)の三原色に分離され、各変調素子31a,31b,31cが表示画像のR(赤色)、G(緑色)、B(青色)の各色成分に応じた変調を行い、これら変調素子31a,31b,31cを経た光束が再び合成されることによって、画像表示が行われる。   In this image display device, the illumination light is separated into three primary colors of R (red), G (green), and B (blue) by the color separation prisms 37, 38, 39, and the modulation elements 31a, 31b, 31c are displayed on the display image. The image is displayed by performing modulation according to each of the R (red), G (green), and B (blue) color components, and the light beams that have passed through the modulation elements 31a, 31b, and 31c are combined again.

なお、図22においては、コンデンサレンズ10以降の光学系の光軸のずれの方向が紙面と垂直な方向となっているために、図においては光軸のずれが表示されていないが、光源27からフィールドレンズ21までの光学系の構成は、図20中の(a)及び図21中の(a)に示しているものと同様である。   In FIG. 22, since the direction of the optical axis shift of the optical system after the condenser lens 10 is a direction perpendicular to the paper surface, the optical axis shift is not displayed in the figure, but the light source 27 The configuration of the optical system from the field lens 21 to the field lens 21 is the same as that shown in (a) of FIG. 20 and (a) of FIG.

〔ピーク輝度を改善するための照明装置の構成(1)〕
また、本発明に係る照明装置を用いた画像表示装置は、図23に示すように、楕円鏡16を備えた光源27、リレーレンズ28、フィールドレンズ29、開口部を有する反射板14、ロッドインテグレータ26、コンデンサレンズ30、リレーレンズ20、反射板14c、コンデンサレンズ10、フィールドレンズ21、反射型偏光板6、透過型の変調素子31、さらに、検光子となる反射型偏光板6を順次配列させて構成することができる。コンデンサレンズ10以降の光学系の光軸は、光源27からリレーレンズ20までの光学系の光軸に対して、平行にずれて配置されている。
[Configuration of lighting apparatus for improving peak luminance (1)]
Further, as shown in FIG. 23, an image display device using the illumination device according to the present invention includes a light source 27 having an elliptical mirror 16, a relay lens 28, a field lens 29, a reflector 14 having an opening, a rod integrator. 26, condenser lens 30, relay lens 20, reflector 14c, condenser lens 10, field lens 21, reflective polarizing plate 6, transmissive modulation element 31, and reflective polarizing plate 6 serving as an analyzer are sequentially arranged. Can be configured. The optical axis of the optical system after the condenser lens 10 is arranged in parallel with the optical axis of the optical system from the light source 27 to the relay lens 20.

この画像表示装置においては、照明装置27と反射型偏光板6とにより、偏光変換機能が達成される。上述した実施の形態と同様に、反射型偏光板6としては、コレステリック液晶ポリマ円偏光板を使用する。   In this image display device, the polarization conversion function is achieved by the illumination device 27 and the reflective polarizing plate 6. As in the embodiment described above, a cholesteric liquid crystal polymer circularly polarizing plate is used as the reflective polarizing plate 6.

光源27から出射された照明光は、リレーレンズ28、フィールドレンズ29、ロッドインテグレータ26、コンデンサレンズ30、リレーレンズ20、コンデンサレンズ10及びフィールドレンズ21を経て反射型偏光板6,6に至り、この反射型偏光板6,6において、一方の円偏光が透過し、他方の円偏光が反射される。反射された円偏光は、反射板14cに至り、この反射板14cで反射されることにより、逆回りの円偏光となる。この光は、再度、反射型偏光板6に達し、この反射型偏光板6を透過する。このようにして反射型偏光板6を透過した光は、変調素子31に至り、この変調素子31によって、表示画像に応じた空間変調を施される。   The illumination light emitted from the light source 27 passes through the relay lens 28, the field lens 29, the rod integrator 26, the condenser lens 30, the relay lens 20, the condenser lens 10, and the field lens 21, and reaches the reflective polarizing plates 6 and 6. In the reflective polarizing plates 6 and 6, one circularly polarized light is transmitted and the other circularly polarized light is reflected. The reflected circularly polarized light reaches the reflecting plate 14c, and is reflected by the reflecting plate 14c to become reversely polarized circularly polarized light. This light reaches the reflective polarizing plate 6 again and passes through the reflective polarizing plate 6. The light transmitted through the reflective polarizing plate 6 in this way reaches the modulation element 31 and is subjected to spatial modulation according to the display image by the modulation element 31.

この画像表示装置において、検光子となる反射型偏光板6においては、図25に示すように、コレステリック液晶ポリマ円偏光板を変調素子31の内部に形成してある。すなわち、この変調素子31は、TFT基板48、配向層45、液晶層46、配向層47、透明電極44、反射型偏光板6及び基板41が順次積層された構造を有している。そして、両面には、反射防止膜15,15が形成されている。また、変調素子の31の前後の反射型偏光板6,6は、互いに反射型偏光板の螺旋方向が逆になっている。   In this image display device, in the reflective polarizing plate 6 serving as an analyzer, a cholesteric liquid crystal polymer circular polarizing plate is formed inside the modulation element 31 as shown in FIG. That is, the modulation element 31 has a structure in which the TFT substrate 48, the alignment layer 45, the liquid crystal layer 46, the alignment layer 47, the transparent electrode 44, the reflective polarizing plate 6 and the substrate 41 are sequentially laminated. Antireflection films 15 and 15 are formed on both surfaces. In addition, the reflective polarizing plates 6 and 6 before and after the modulation element 31 have the spiral directions of the reflective polarizing plates reversed from each other.

この画像表示装置において、変調素子31で変調を受けなかった光束は、この変調素子31を透過して反射型偏光板6で反射され、ロッドインテグレータ26若しくは反射板14cに達する。反射板cに反射された光束は、逆捩れの円偏光となり、反射型偏光板6で反射され、ロッドインテグレータ26に達する。この光は、ロッドインテグレータ26で均一化され、光源27側の端部の開口周辺に設けられた反射板14によって一部が反射され、開口を通過した残部は光源27に戻る。リサイクル光は、ロッドインテグレータ26で均一化され、偏光変換された状態で、変調素子31を均一に照明する。   In this image display device, the light beam that has not been modulated by the modulation element 31 passes through the modulation element 31 and is reflected by the reflective polarizing plate 6 to reach the rod integrator 26 or the reflection plate 14c. The light beam reflected by the reflecting plate c becomes counter-twisted circularly polarized light, is reflected by the reflective polarizing plate 6, and reaches the rod integrator 26. This light is made uniform by the rod integrator 26, partly reflected by the reflector 14 provided around the opening at the end on the light source 27 side, and the remaining part that has passed through the opening returns to the light source 27. Recycled light is uniformly illuminated by the rod integrator 26 and uniformly illuminates the modulation element 31 in a state of polarization conversion.

この画像表示装置において、変調素子の液晶のモードはVAモードを採用しているが、コレステリック液晶ポリマ円偏光板と液晶層との間に1/4波長板を配置して直線偏光に変換することにより、直線偏光を用いるTNモード等の液晶とすることもできる。   In this image display device, the liquid crystal mode of the modulation element adopts the VA mode, but a quarter wavelength plate is placed between the cholesteric liquid crystal polymer circularly polarizing plate and the liquid crystal layer to convert it into linearly polarized light. Thus, a liquid crystal such as a TN mode using linearly polarized light can be obtained.

さらに、この画像表示装置は、図24に示すように、3枚の変調素子31a,31b,31cを用いて構成することもできる。すなわち、この画像表示装置においては、楕円鏡16を備えた光源27、リレーレンズ28、フィールドレンズ29、開口部を有する反射板14、ロッドインテグレータ26、コンデンサレンズ30、リレーレンズ20、反射板14c、コンデンサレンズ10を順次配列させ、コンデンサレンズ10の光軸を光源27からリレーレンズ20までの光学系の光軸に対して平行にずらした照明光学系を構成し、この光学系のからの射出光を、ミラー56を経て第1の分光反射ミラー57に導く。
第1の分光反射ミラー57においては、例えば、R(赤色)光が透過され、G(緑色)光及びB(青色)光が反射される。R(赤色)光は、ミラー62に反射され、リレーレンズ64を経て、反射型偏光板6、透過型の変調素子31b及び検光子となる反射型偏光板6を経て、合成プリズム66に至る。G(緑色)光及びB(青色)光は、第2の分光反射ミラー58に至り、例えばG(緑色)光が透過し、B(青色)光が反射される。G(緑色)光は、リレーレンズ60を経て、反射型偏光板6、透過型の変調素子31a及び検光子となる反射型偏光板6を経て、合成プリズム66に至る。B(青色)光は、リレーレンズ61を経て、ミラー63に反射され、リレーレンズ65を経て、反射型偏光板6、透過型の変調素子31c及び検光子となる反射型偏光板6を経て、合成プリズム66に至る。
Furthermore, as shown in FIG. 24, this image display device can also be configured using three modulation elements 31a, 31b, and 31c. That is, in this image display device, a light source 27 having an elliptical mirror 16, a relay lens 28, a field lens 29, a reflecting plate 14 having an opening, a rod integrator 26, a condenser lens 30, a relay lens 20, a reflecting plate 14c, Condenser lenses 10 are sequentially arranged, and an illumination optical system in which the optical axis of the condenser lens 10 is shifted in parallel to the optical axis of the optical system from the light source 27 to the relay lens 20 is configured, and light emitted from this optical system Is guided to the first spectral reflection mirror 57 through the mirror 56.
In the first spectral reflection mirror 57, for example, R (red) light is transmitted and G (green) light and B (blue) light are reflected. The R (red) light is reflected by the mirror 62, passes through the relay lens 64, passes through the reflective polarizing plate 6, the transmissive modulation element 31 b, and the reflective polarizing plate 6 serving as an analyzer, and reaches the combining prism 66. The G (green) light and B (blue) light reach the second spectral reflection mirror 58, and for example, G (green) light is transmitted and B (blue) light is reflected. The G (green) light passes through the relay lens 60, passes through the reflective polarizing plate 6, the transmissive modulation element 31 a, and the reflective polarizing plate 6 serving as an analyzer, and reaches the combining prism 66. The B (blue) light is reflected by the mirror 63 through the relay lens 61, passes through the relay lens 65, passes through the reflective polarizing plate 6, the transmissive modulation element 31 c, and the reflective polarizing plate 6 serving as an analyzer, The composition prism 66 is reached.

そして、合成プリズム66においては、R(赤色)光、G(緑色)光及びB(青色)光が合成されて、図示しない投射レンズに向けて出射される。この光は、投射レンズにより、スクリーンに投射される。   In the combining prism 66, R (red) light, G (green) light, and B (blue) light are combined and emitted toward a projection lens (not shown). This light is projected onto the screen by the projection lens.

上述した各実施の形態においては、変調素子として液晶変調素子を使用しており、この変調素子において変調された光は、図示しない投射レンズを介してスクリーンに投射される。そして、変調素子としては、液晶変調素子に限らず、他の方式の変調素子を使用することとしてもよい。また、照明光学系の構造によってリサイクル効率を改善する構成は、上述したものに限定されず、光源の最適位置に反射機能を備えることでリサイクル効率を改善できる構造であればよい。   In each of the above-described embodiments, a liquid crystal modulation element is used as a modulation element, and light modulated by the modulation element is projected onto a screen via a projection lens (not shown). The modulation element is not limited to the liquid crystal modulation element, and other types of modulation elements may be used. In addition, the configuration for improving the recycling efficiency by the structure of the illumination optical system is not limited to the above-described configuration, and any structure that can improve the recycling efficiency by providing a reflection function at the optimum position of the light source may be used.

上述のように、本発明においては、投射装置における不要光のリサイクルを効率良く可能とする光源と照明装置とにより、偏光分離合成を安価に達成することが可能となる。また、カラーフィルタを用いた単板変調素子を用いた場合において、光利用効率を改善することが可能となり、シーケンシャルカラータイプの単板変調素子を用いた場合においても、光利用効率を改善することが可能となる。そして、開口率の低い変調素子の光利用効率を改善することが可能となり、暗い画面におけるピーク輝度を高くすることが可能となる。   As described above, in the present invention, polarization separation / combination can be achieved at low cost by the light source and the illumination device that can efficiently recycle unnecessary light in the projection device. In addition, when using a single-plate modulation element using a color filter, it becomes possible to improve the light utilization efficiency, and even when using a sequential color type single-plate modulation element, the light utilization efficiency can be improved. Is possible. And it becomes possible to improve the light utilization efficiency of a modulation element with a low aperture ratio, and to increase the peak luminance in a dark screen.

本発明に係る画像表示装置の構成の概要を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of a structure of the image display apparatus which concerns on this invention. 上記画像表示装置を構成する照明装置における基本的な光路を示す側面図である。It is a side view which shows the basic optical path in the illuminating device which comprises the said image display apparatus. 上記画像表示装置を構成する照明装置における反射素子を傾けた場合の光路を示す側面図である。It is a side view which shows the optical path at the time of tilting the reflective element in the illuminating device which comprises the said image display apparatus. 上記画像表示装置を構成する照明装置における光学系の一部の光軸をずらした場合の光路を示す側面図である。It is a side view which shows the optical path at the time of shifting the one part optical axis of the optical system in the illuminating device which comprises the said image display apparatus. 上記画像表示装置における光学系の一部の光軸をずらした場合の光路を示す側面図である。It is a side view which shows the optical path at the time of shifting the one part optical axis of the optical system in the said image display apparatus. 上記画像表示装置を構成する光源の第1の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 1st structure of the light source which comprises the said image display apparatus. 上記画像表示装置を構成する光源の第2の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 2nd structure of the light source which comprises the said image display apparatus. 上記画像表示装置を構成する光源の第3の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 3rd structure of the light source which comprises the said image display apparatus. 上記画像表示装置を構成する光源の第4の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 4th structure of the light source which comprises the said image display apparatus. 上記画像表示装置を構成する光源の第5の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 5th structure of the light source which comprises the said image display apparatus. 上記画像表示装置を構成する光源の第6の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 6th structure of the light source which comprises the said image display apparatus. 上記光源の第6の構成における四分の一波長板の構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the quarter wavelength plate in the 6th structure of the said light source. 上記画像表示装置を構成する照明装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the illuminating device which comprises the said image display apparatus. 上記画像表示装置を構成する光源において問題が生じている状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state which has produced the problem in the light source which comprises the said image display apparatus. 上記画像表示装置を構成する照明装置の光路を示す側面図である。It is a side view which shows the optical path of the illuminating device which comprises the said image display apparatus. 本発明に係る照明装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the illuminating device which concerns on this invention. 本発明に係る照明装置を構成するロッドインテグレータ及び反射板の構成を示す斜視図(a)及び平面図(b)である。It is the perspective view (a) and top view (b) which show the structure of the rod integrator which comprises the illuminating device which concerns on this invention, and a reflecting plate. 本発明に係る照明装置の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the illuminating device which concerns on this invention. 本発明に係る照明装置のさらに他の例を示す縦断面図(a)及び原理図(b)である。It is the longitudinal cross-sectional view (a) and principle figure (b) which show the other example of the illuminating device which concerns on this invention. 本発明に係る照明装置のさらに他の例を示す縦断面図(a)、原理図(b)及び要部斜視図(c)である。It is the longitudinal cross-sectional view (a), principle figure (b), and principal part perspective view (c) which show the further another example of the illuminating device which concerns on this invention. 本発明に係る照明装置のさらに他の例を示す縦断面図(a)及び原理図(b)である。It is the longitudinal cross-sectional view (a) and principle figure (b) which show the other example of the illuminating device which concerns on this invention. 本発明に係る照明装置を用いた画像表示装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the image display apparatus using the illuminating device which concerns on this invention. 本発明に係る照明装置を用いた画像表示装置の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the image display apparatus using the illuminating device which concerns on this invention. 本発明に係る照明装置を用いた画像表示装置の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the image display apparatus using the illuminating device which concerns on this invention. 本発明に係る照明装置を用いた画像表示装置に用いられる変調素子の構成を示す要部縦断面図である。It is a principal part longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the modulation element used for the image display apparatus using the illuminating device which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,27 光源、 12 バルブ、 3 偏光変換素子、 4 コンデンサレンズ群、 5,31 変調素子、 6 反射素子、 7 放物面鏡、 14 反射板、 16 楕円鏡、 20 リレーレンズ、 26 ロッドインテグレータ、 27 光源、 コンデンサレンズ

1,27 light source, 12 bulb, 3 polarization conversion element, 4 condenser lens group, 5,31 modulation element, 6 reflection element, 7 parabolic mirror, 14 reflector, 16 elliptical mirror, 20 relay lens, 26 rod integrator, 27 Light source, condenser lens

Claims (2)

発光部とこの発光部から発光された光を反射する湾曲形成された反射面を有する反射鏡とを有する光源と、
上記光源から出射された光束内の光強度分布を均一化するロッドインテグレータと、上記ロッドインテグレータから出射される光束を照明光として出射するレンズ系とを有する照明光学系と、
上記照明光学系から出射され光束のうち、照明光として用いられない不要光を、上記光源側に反射させるように配置された第1の反射素子と、
上記光源からの光束を透過する開口部が設けられて、上記ロッドインテグレータの上記光源からの光束が入射される一端部側に配設され、上記第1の反射素子により反射され、上記ロッドインテグレータを透過した上記不要光を反射し、上記ロッドインテグレータを介して上記レンズ系側に反射する第2の反射素子を備えることを特徴とする照明装置。
A light source having a light emitting part and a reflecting mirror having a curved reflecting surface that reflects light emitted from the light emitting part;
An illumination optical system having a rod integrator that uniformizes the light intensity distribution in the light beam emitted from the light source, and a lens system that emits the light beam emitted from the rod integrator as illumination light;
A first reflecting element disposed so as to reflect unnecessary light that is not used as illumination light out of the luminous flux emitted from the illumination optical system, to the light source side;
An opening for transmitting the light beam from the light source is provided, disposed on one end side of the rod integrator where the light beam from the light source is incident, reflected by the first reflecting element, and An illumination device comprising: a second reflecting element that reflects the transmitted unnecessary light and reflects the reflected light toward the lens system via the rod integrator.
上記ロッドインテグレータの上記照明光を出射するレンズ系を構成するリレーレンズとフィールドレンズとの間にコンデンサレンズを配置し、上記光源から上記ロッドインテグレータまでの光学系の光軸に対して、上記コンデンサレンズ以降の光学系の光軸を平行にずらすとともに、上記コンデンサレンズの光源側に、上記第1の反射素子により反射された上記不要光を上記第1の反射素子側に反射させる更なる反射素子を備えることを特徴とする請求項1記載の照明装置。
A condenser lens is disposed between a relay lens and a field lens constituting a lens system for emitting the illumination light of the rod integrator, and the condenser lens is arranged with respect to the optical axis of the optical system from the light source to the rod integrator. A further reflecting element for shifting the optical axis of the subsequent optical system in parallel and reflecting the unnecessary light reflected by the first reflecting element to the first reflecting element side on the light source side of the condenser lens. The illumination device according to claim 1, further comprising:
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