JP2006301376A - 偏光変換部材及び照明装置及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光入射面の大きさに対して偏光変換された光を出射する面の大きさを同じ又は略同じにできる偏光変換部材、照明装置、及び投写型映像表示装置を提供する。
【解決手段】 ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂは、Ｐ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する。ロッドインテグレータ１４の光入射面には前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂを透過したＰ偏光光が導かれる。ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂにて反射されたＳ偏光光はミラー１３ｃ，１３ｄに反射されて前記三角プリズム１３ａの前記第２面に導かれる。１／２λ板１３ｅによって戻り光であるＳ偏光光はＰ偏光光に変換される。そして、このＰ偏光光（戻り光）は三角プリズム１３ａの傾斜面に全反射し、ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂを透過してロッドインテグレータ１４の光入射面に導かれる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、偏光変換部材及びこの偏光変換部材を用いた照明装置及びこの照明装置を用いた投写型映像表示装置に関する。

従来より、図１２に示すように、光源１０５から出射された光の強度分布の不均一性を解消するロッドインテグレータ１０４及び特定の直線偏光光のみを出射する（出射光の偏光方向を揃える）偏光変換装置１００を備えた照明装置が知られている。前記偏光変換装置１００は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０１と、前記ＰＢＳ１０１にて反射されたＳ偏光光を反射するミラー１０２と、前記ミラー１０２にて反射されたＳ偏光光をＰ偏光光に変換する位相差板（１／２λ板）１０３とから成る（このような構成に類似する構成を示すものとして特許文献１参照）。
特開２００１−４２４３２号公報

しかしながら、上記従来の技術では、光入射面の大きさに対して偏光変換された光を出射する面の大きさは略２倍になってしまう。このため、投写レンズの光取り込み効率が低下し、光利用効率が低下する。

この発明は、上記事情に鑑み、光入射面の大きさに対して偏光変換された光を出射する面の大きさを同じ又は略同じにできる、或いは、光を出射する面の大きさが大きくなったとしても分散角低減効果を享受することができる偏光変換部材、及びこれを用いた照明装置、及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

この発明の偏光変換部材は、上記の課題を解決するために、特定の直線偏光光を透過させて出射する一方で他の偏光光を反射して戻り光を生成する偏光ビームスプリッタと、光源からの光を導入する光導入面及び前記戻り光に対する全反射面として機能する面を有した三角プリズム又は三角プリズム部と、前記戻り光を前記特定の直線偏光光に変換する位相差板と、を備え、前記特定の直線偏光光に変換された前記戻り光が前記偏光ビームスプリッタから出射されるように構成されたことを特徴とする（以下、この項において第１構成という）。

上記の構成であれば、光入射面の大きさに対して偏光変換された光を出射する面の大きさを同じ又は略同じにできる。

第１構成の偏光変換部材において、当該偏光変換部材における光出射方向に対して前記偏光ビームスプリッタが所定角度傾けて配置されており、前記偏光ビームスプリッタにて反射された戻り光を前記三角プリズム又は三角プリズム部を経由させて前記偏光ビームスプリッタに導く環状的反射経路が形成されており、前記戻り光が前記環状的反射経路を通って前記偏光ビームスプリッタに至るまでの過程で前記位相差板である１／２λ板にて前記特定の直線偏光光に変換される構成としてもよい（以下、この項において第２構成という）。

第２構成の偏光変換部材において、光入射面から入射された光を重畳して光出射面から出射するロッドインテグレータを前記循環的反射経路外に備えており、前記偏光ビームスプリッタを透過した特定の直線偏光光が前記ロッドインテグレータの前記光入射面に入射される構成としてもよい。

第２構成の偏光変換部材において、光入射面から入射された光を重畳して光出射面から出射するロッドインテグレータを前記循環的反射経路内に備えており、前記ロッドインテグレータを経た光が前記偏光ビームスプリッタに入射する構成としてもよい。

第１構成の偏光変換部材において、当該偏光変換部材における光出射方向に対して前記偏光ビームスプリッタが直交又は略直交して配置されており、前記偏光ビームスプリッタにて反射された戻り光を前記三角プリズム又は三角プリズム部を経由させて前記偏光ビームスプリッタに導く往復的反射経路が形成されており、前記戻り光が前記往復的反射経路を通って前記偏光ビームスプリッタに至るまでの過程で前記位相差板である１／４λ板にて前記特定の直線偏光光に変換される構成としてもよい（以下、この項において第３構成という）。

第３構成の偏光変換部材において、前記三角プリズムにおける前記面以外の第１面が光出射面とされ、この光出射面の側に前記偏光ビームスプリッタが配置されており、第２面には前記１／４λ板及び反射板が配置されていてもよい。

第３構成の偏光変換部材において、前記三角プリズムにおける前記面以外の第１面が光出射面とされ、この光出射面と前記偏光ビームスプリッタとの間に前記往復的反射経路の一部を成すロッドインテグレータが配置されており、第２面には前記１／４λ板及び反射板が配置されていてもよい。

第３構成の偏光変換部材において、当該偏光変換部材は前記三角プリズム部及びロッドインテグレータ部を一体的に有する透明ロッド部材を有して成り、前記三角プリズム部の前記面に傾斜対面する面に前記１／４λ板及び反射板が配置されており、前記ロッドインテグレータ部の光出射面に前記偏光ビームスプリッタが配置されている構成としてもよい。

これら構成の偏光変換部材において、前記三角プリズム又は三角プリズム部の前記面に、光源からの光を導入するのに好適な面形状を有する微小部位を形成していてもよい（以下、この項において第４構成という）。

また、この発明の照明装置は、上述したいずれかの偏光変換部材（第４構成は除く）と、前記三角プリズム又は三角プリズム部の前記面に向けて光を出射する光源と、を備えて成ることを特徴とする。かかる構成において、前記三角プリズム又は三角プリズム部内での光源光の屈折方向が前記偏光変換部材における光出射面に直交又は略直交するように、前記光源の主光線軸が設定されていてもよい。

また、この発明の照明装置は、第４構成の偏光変換部材と、前記三角プリズム又は三角プリズム部の前記微小部位に出射光を集光させて導く光源と、を備えて成ることを特徴とする。かかる構成において、前記光源は屈折と反射と回折のいずれかによって集光を行うこととしてもよい。

これら照明装置において、前記光源は、所定の色光を出射する色光源であってもよい（以下、この項において第１照明装置という）。或いは、これら照明装置において、前記光源は白色光源であってもよい（以下、この項において第２照明装置という）。或いは、これら照明装置において、前記光源として第１色光を出射する第１光源と、第２色光を出射する第２光源と、第３色光を出射する第３光源と、を備えるとともに各光源からの各色光を略同一方向に導く光学部材によって各色光を前記三角プリズム又は三角プリズム部の前記面に導く構成としてもよい（以下、この項において第３照明装置という）。

第３照明装置において、第１色光は赤色であり、第２色光は青色であり、第３色光は緑色であってもよい（以下、この項において第４照明装置という）。第４照明装置において、照明中は赤色光と青色光と緑色光が常時出射されるように構成されていてもよい（以下、この項において第５照明装置という）。或いは、第４照明装置において、照明中は赤色光と青色光と緑色光が時分割で出射されるように構成されていてもよい（以下、この項において第６照明装置という）。

また、この発明の投写型映像表示装置は、赤色光を出射する第１照明装置と、青色光を出射する第１照明装置と、緑色光を出射する第１照明装置と、各照明装置からの色光をそれぞれ受けるように設けられたライトバルブと、各ライトバルブを経た各色映像光を合成して投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明の投写型映像表示装置は、第２照明装置又は第５照明装置と、一つのフルカラーライトバルブと、前記フルカラーライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明の投写型映像表示装置は、第２照明装置と、この第２照明装置から出射された白色光を赤色光と緑色光と青色光に分離する分離手段と、各色光をそれぞれ受けるように設けられたライトバルブと、各ライトバルブ経た各色映像光を合成して投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明の投写型映像表示装置は、第６照明装置と、一つのライトバルブと、各色光の出射タイミングに同期して前記ライトバルブに各色用の映像信号を供給する手段と、前記ライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、光入射面の大きさに対して偏光変換された光を出射する面の大きさを同じ又は略同じにできる、或いは、光を出射する面の大きさが大きくなったとしてもそれによる分散角低減効果を享受することができるという効果を奏する。

以下、この発明の実施例を図１乃至図１１に基づいて説明していく。

図１は投写型映像表示装置４Ａの光学系を示した図である。この投写型映像表示装置４Ａは３つの照明装置５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂを備える（以下、個々の照明装置を特定しないで示すときには、符号”５１”を用いる）。各照明装置５１は、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源１１と、偏光変換部材１２Ａと、を備えて成る。照明装置５１Ｒは赤色光を出射し、照明装置５１Ｇは緑色光を出射し、照明装置５１Ｂは青色光を出射する。

ＬＥＤ光源１１は、例えば複数のＬＥＤをアレイ状に配置して成る。照明装置５１ＲにおけるＬＥＤは赤色光を出射し、照明装置５１ＧにおけるＬＥＤは緑色光を出射し、照明装置５１ＢにおけるＬＥＤは青色光を出射する。

前記偏光変換部材１２Ａは、各ＬＥＤ光源１１からの出射光を特定方向の直線偏光光に揃える作用を有する偏光変換部１３Ａと、ＬＥＤ光源１１から出射された光の強度が照明対象物（例えば、液晶表示パネル）の面上で均一となるように光インテグレートを行うロッドインテグレータ１４とを備える。ロッドインテグレータ１４は透明ガラスから成り、光出射面の形状は液晶表示パネル１の形状に一致又は略一致している。ロッドインテグレータ１４に替えて内面がミラー面とされた中空構造のロッドインテグレータを用いることもできる。偏光変換部１３Ａの詳細構造については後述する。

液晶表示パネル１Ｒ，１Ｂ，１Ｇには図示しないドライバから各色用の液晶駆動信号（映像信号）が供給される。各液晶表示パネル１を透過することで変調された各色映像光は、クロスダイクロイックプリズム２によって合成されてフルカラー映像光となる。このフルカラー映像光は、投写レンズ３によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投影表示される。

偏光変換部１３Ａは、図２にも示しているように、三角プリズム１３ａと、偏光ビームスプリッタ（この実施形態では、いわゆるワイヤーグリッドタイプのＰＢＳを用いており、以下、ＷＧ−ＰＢＳと記す）１３ｂと、ミラー１３ｃ，１３ｄと、１／２λ板１３ｅと、を備えて成る。

前記三角プリズム１３ａは直角の頂部を有する（断面形状は二等辺三角形である）。この三角プリズム１３ａの二つの直交面を第１面及び第２面と呼ぶとともに残り一面を傾斜面と呼ぶこととする。前記第１面は光出射面となり、前記第２面は戻り光の入射面となる。そして、前記傾斜面は前記ＬＥＤ光源１１からの光が入射する入射面として機能するとともに前記戻り光に対する全反射面としても機能する。前記ＬＥＤ光源１１の主光線軸と前記傾斜面の法線との交差角度（光入射角）は、前記傾斜面に入射した光（屈折後の光）の光軸（光の進む方向）が前記第１面に直交又は略直交するように設定されている。

ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂは前記三角プリズム１３ａの前記第１面の側に配置されている。前記第１面とＷＧ−ＰＢＳ１３ｂとの交差角度は４５°としている。前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂは、この実施形態では、Ｐ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する。前記ロッドインテグレータ１４の光入射面には前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂを透過したＰ偏光光が導かれる。前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂにて反射されたＳ偏光光はミラー１３ｃ，１３ｄに反射されて前記三角プリズム１３ａの前記第２面に導かれる。前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂと前記ミラー１３ｃとの交差角度は９０°であり、前記ミラー１３ｃと前記ミラー１３ｄとの交差角度は９０°であり、前記ミラー１３ｄと前記三角プリズム１３ａの前記第２面との交差角度は４５°である。

前記三角プリズム１３ａの前記第２面には、前記１／２λ板１３ｅが配置されている。この１／２λ板１３ｅによって戻り光であるＳ偏光光はＰ偏光光に変換される。そして、このＰ偏光光（戻り光）は前記三角プリズム１３ａの前記傾斜面に全反射し、前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂを透過して前記ロッドインテグレータ１４の光入射面に導かれる。

前記ミラー１３ｃ，１３ｄ等によって環状的反射経路が形成される。環状的反射経路は、前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂにて反射された戻り光を前記三角プリズム１３ａを経由させて前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂに導く経路である。なお、上記構成例においては、ミラー１１ａを設け、ＬＥＤ光源１１からの光が前記傾斜面に極力導かれるようにしている。

図３に偏光変換部材１２Ｂを示す。この偏光変換部材１２Ｂにおける偏光変換部１３Ｂは、前述した偏光変換部１３Ａの構成要素と同じ構成要素を備えるものであるが、構成要素の並びが異なっている。図３において、図２に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付記している。ＬＥＤ光源１１はロッドインテグレータ１４の光入射面の側方近傍に配置されている。ＬＥＤ光源１１から出射された光は前記三角プリズム１３ａの前記傾斜面に照射される。前記三角プリズム１３ａの第１面から出射した光は前記ミラー１３ｃにて反射された後、１／２λ板１３ｅを透過する。その後、前記ミラー１３ｄにて反射されて前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂに至る。光源光中のＰ偏光光は前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂを透過してロッドインテグレータ１４の光入射面に入射する。光源光中のＳ偏光光は前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂにて反射され、当該偏光変換部１３Ｂの循環的反射経路を経て再び前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂに導かれる。そして、前記戻り光であるＳ偏光光は前記循環的反射経路上で１／２λ板１３ｅを透過することによりＰ偏光光に変換され、前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂを透過する（すなわち、偏光変換部１３Ｂから出射する）ことになる。すなわち、所望偏光光の出射と、非所望偏光光を上述した循環的反射経路上に導くことと、この循環的反射経路上で非所望偏光光を所望偏光光に変換することができれば、上述した構成要素の並びはどのような並びでもよい。なお、図３中の点線で示すように、ミラー１３ｄにて反射した光を受ける位置に１／２λ板１３ｅを設けるとすると、１／２λ板１３ｅで反射される光はＳ偏光光となり、反射効率を高めることができる。

図４に偏光変換部材１２Ｃを示す。この偏光変換部材１２Ｃにおける偏光変換部１３Ｃは、前述した偏光変換部１３Ｂの構成要素と同じ構成要素を備えるとともに、内面がミラー面とされた中空構造のロッドインテグレータ部１３ｆとロッドインテグレータ１４とを当該偏光変換部材１２Ｃの循環的反射経路上に組み込んだ構成を有する。図４において、図３に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付記している。ＬＥＤ光源１１は液晶表示パネル１の近傍に配置されている。前記ロッドインテグレータ部１３ｆは前記三角プリズム１３ａの第１面から出射した光に対して光インテグレートを行う。前記ロッドインテグレータ１４は前記ミラー１３ｄから前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂに至る区間で光インテグレートを行う。ロッドインテグレータ部１３ｆ，１４は中空構造及び非中空構造のいずれでもよい。なお、図４中の点線で示すように、ミラー１３ｄにて反射した光を受ける位置に１／２λ板１３ｅを設けるとすると、１／２λ板１３ｅで反射される光はＳ偏光光となり、反射効率を高めることができる。

図５に偏光変換部材１２Ｄを示す。この偏光変換部材１２Ｄにおける偏光変換部１３Ｄは、前述した偏光変換部１３Ｃの構成要素と略同じ構成要素を備えるものであるが、構成要素の並びが異なっている。図５において、図４に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付記している。ＬＥＤ光源１１Ａから出射された光は前記三角プリズム１３ａの前記傾斜面に照射される。前記三角プリズム１３ａの第１面から出射した光は前記ロッドインテグレータ１４を経て前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂに導かれる。前記ロッドインテグレータ１４と三角プリズム１３ａとをそれらの屈折率と同等の屈折率を有する接着剤にて接合してもよいが、低屈折率を有する接着剤で接合されるのもよく、また、エアギャップを有するのもよい。また、前記三角プリズム１３ａとロッドインテグレータ１４とを一体化した構成を採用することもできる。光源光中のＰ偏光光は前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂを透過して液晶表示パネル１に至る。光源光中のＳ偏光光は前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂにて反射され、当該偏光変換部材１２Ｄの循環的反射経路を経て再び前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂに導かれる。そして、前記Ｓ偏光光は前記循環的反射経路上で１／２λ板１３ｅを透過することでＰ偏光光に変換され、前記ＷＧ−ＰＢＳ１３ｂを透過する（偏光変換部１３Ｄから出射する）ことになる。すなわち、所望偏光光の出射と、非所望偏光光を前記循環的反射経路上に導くことと、この循環的反射経路で非所望偏光光を所望偏光光に変換することができれば、上述した構成要素の並びはどのような並びでもよい。

なお、ＬＥＤ光源１１ＡはＬＥＤアレイから成るが、個々のＬＥＤを前記三角プリズム１３ａの傾斜面に近接させている。そして、個々のＬＥＤの主光線軸と前記傾斜面の法線との交差角度（光入射角）は、前記傾斜面に入射した光（屈折後の光）の光軸（光の進む方向）が前記第１面に直交又は略直交するように設定されている。また、前記ＬＥＤ光源１１Ａは、図２、図３、図４に示した構成にも用いることができる。また、これら構成において光源として一つのＬＥＤから成る光源を用いることもできる。

図６に偏光変換部材１２０Ａを示す。この偏光変換部材１２０Ａにおける偏光変換部１３０Ａは、三角プリズム１３０ａと、１／４λ板１３０ｂと、ミラー１３０ｃと、反射型ＷＧ−ＰＢＳ１３０ｄと、を備えて成る。前記反射型のＷＧ−ＰＢＳ１３０ｄは、その面に垂直に受けた光に対し、例えばＰ偏光光を透過してＳ偏光光を反射するものである。前記反射型のＷＧ−ＰＢＳ１３０ｄは前記三角プリズム１３０ａの第１面（光出射面）と平行に配置されている（出射光軸に対して直交して設けられており）。前記反射型のＷＧ−ＰＢＳ１３０ｄと前記三角プリズム１３０ａとの間にはロッドインテグレータ１４０が配置されている。前記三角プリズム１３０ａとロッドインテグレータ１４０とはそれらの屈折率と同等の屈折率を有する接着剤で接合されていてもよいが、低屈折率を有する接着剤で接合されるのもよく、また、エアギャップを有するのもよい。前記三角プリズム１３０ａの第２面（戻り光入射面）には、前記１／４λ板１３０ｂとミラー１３０ｃとがこの順で配置されている。前記三角プリズム１３０ａの傾斜面に入射した光源光は、第１面から出射され、ロッドインテグレータ１４０を経て反射型ＷＧ−ＰＢＳ１３０ｄに至る。そして、光源光中のＰ偏光光は反射型ＷＧ−ＰＢＳ１３０ｄを透過して液晶表示パネル１に至る。一方、光源光中のＳ偏光光は反射型ＷＧ−ＰＢＳ１３０ｄに反射して前記ロッドインテグレータ１４０内に戻され、更に、前記三角プリズム１３０ａの傾斜面に全反射し、前記第２面から出射される。この第２面から出射した前記Ｓ偏光光（戻り光）は、ミラー１３０ｃにて反射されて戻ってくるので前記１／４λ板１３０ｂを２回通過することになり、これによってＰ偏光光に変換される。このＰ偏光光（戻り光）は前記三角プリズム１３０ａの傾斜面にて全反射し、ロッドインテグレータ１４０及び反射型ＷＧ−ＰＢＳ１３０ｄを透過して液晶表示パネル１に至る。すなわち、この偏光変換部材１２０Ａは往復的反射経路を備えるものである。往復的反射経路は、前記反射型ＷＧ−ＰＢＳ１３０ｄにて反射された戻り光を前記三角プリズム１３０ａを経由させて前記反射型ＷＧ−ＰＢＳ１３０ｄに導く経路である。なお、往復的反射経路は短くなるが、三角プリズム１３０ａの第１面（光出射面）に反射型ＷＧ−ＰＢＳ１３０ｄを配置する構成も採用できる。

図７に偏光変換部材１２０Ｂを示す。この偏光変換部材１２０Ｂは、ロッド部材１３０ｅと、１／４λ板１３０ｂと、ミラー１３０ｃと、反射型ＷＧ−ＰＢＳ１３０ｄと、を備えて成る。前記ロッド部材１３０ｅは例えばガラスロッドの一端側を斜めカットしたものであり、三角プリズム部（前記斜めカットされた端部側領域）とロッドインテグレータ部とを一体的に備えたものとなっている。前記三角プリズム部における傾斜面（斜めカットにより形成される面）は光入射面及び戻り光に対する全反射面となる。前記傾斜面に全反射された戻り光を受ける位置に前記１／４λ板１３０ｂ及びミラー１３０ｃがこの順で設けられている。かかる構成における偏光変換機能は図６に示した構成の偏光変換機能と同様である。一方、図６に示した構成では三角プリズムとロッドインテグレータとが別体であるために部品点数が増えるが、図７に示す構成であれば、三角プリズムとロッドインテグレータとが一体であるため、部品点数を少なくできる。

図８に偏光変換部材１２０Ｃを示す。この偏光変換部材１２０Ｃは、図６に示した偏光変換部材１２０Ａの構成において、ロッドインテグレータ１４０に替えてテーパ型ロッドインテグレータ１４１を備えた構造を有する。このテーパ型ロッドインテグレータ１４１の光出射面はその光入射面よりも大きい。光出射面が大きいと単位面積当たりの光量は低下してしまうが、テーパ形状を有することで出射光の低分散角化が図れるという利点が得られる。

図９に偏光変換部材１２０Ｄを備えた単板型の投写型映像表示装置を示す。前記偏光変換部材１２０Ｄは、前述した偏光変換部材１２０Ｂと同様の構成を有するものであるが、ロッド部材１３０ｅに替えてロッド部材１３０ｆを備えている点で異なっている。ロッド部材１３０ｅとロッド部材１３０ｆとの相違は、それらの傾斜面に存在している。すなわち、ロッド部材１３０ｆの傾斜面（三角プリズム部の傾斜面）には光源からの光をロッド内に導入するのに好適な面形状を有する微小部位Ｘが形成されている。この実施形態では、前記微小部位Ｘは光出射光軸に直交する平面形状領域から成るが、このような平面形状に限るものではなく、また、曲面形状としてもよいものである。ランプ光源１５０は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等のランプと、その照射光を集光する楕円リフレクタとから成る。なお、前記楕円リフレクタを用いずに、前記照射光を平行光化するパラボラリフレクタと、このパラボラリフレクタからの平行光を集光するレンズとを備えてもよい。すなわち、前記集光は反射、屈折、或いは回折を生じさせる光学部品を用いても実現できる。ランプ光源１５０から出射された白色光は前記微小部位Ｘに集光される。ランプ光源１５０の出射光の主光線軸は、偏光変換部材１２０Ｄにおける出射光軸に平行又は略平行になっている。前記微小部位Ｘは前記傾斜面に中央以外に形成してもよい。偏光変換部材１２０Ｄからの出射光を受ける位置にフルカラーの透過型の液晶表示パネル１１０及び図示しない投写レンズが設けられている。前記微小部位Ｘを形成するとともにこの微小部位Ｘに光源光を集光させる構成を、先述した他の偏光変換部材に適用して、単板型の投写型映像表示装置を構成することができる。

図１０に光学部材１２０Ｂを備えた単板型の投写型映像表示装置を示す。光源１５１は赤色光を出射するＬＥＤ光源１１と、緑色光を出射するＬＥＤ光源１１と、青色光を出射するＬＥＤ光源１１と、これらの色光を同一方向に導くクロスダイクロイックミラー１５２と、から成る。この投写型映像表示装置で用いられる液晶表示パネル１５３は、ＲＧＢカラーフィルタを備えた構造、或いはＲＧＢカラーフィルタを備えない構造を有する。ＲＧＢカラーフィルタを備える構造の液晶表示パネルを用いる場合には、全ＬＥＤ光源１１を同時点灯して白色光を液晶表示パネル１５３に導く。前記ＲＧＢカラーフィルタを備えない構造の液晶表示パネル１５３を用いる場合には、各ＬＥＤ光源１１を時分割で点灯させると共に、この時分割点灯のタイミングに同期させて液晶表示パネル１５３に各色の映像信号を供給する。このような単板型の投写型映像表示装置は、図２乃至図８に示した偏光変換部材を用いて実現することもできる。

図１１は三板式の投写型映像表示装置４Ｂを示した説明図である。この投写型映像表示装置４Ｂは一例として図７に示した偏光変換部材１２０Ｂ及びパラボラリフレクタを備えて平行光を出射する光源１５４を備えている。勿論、偏光変換部材１２０Ｂ及び光源１５４に替えてこの発明の他の偏光変換部材及び光源を用いることができる。光源１５４から出射された白色光は偏光変換部材１２０Ｂに入射し、偏光方向を揃えられ且つ光インテグレートされて偏光変換部材１２０Ｂから出射される。偏光変換部材１２０Ｂから出射された白色光は第１ダイクロイックミラー６８へと導かれる。第１ダイクロイックミラー６８は、赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー６８を透過した赤色波長帯域の光は、反射ミラー６９にて反射されて光路を変更される。反射ミラー６９にて反射された赤色光はコンデンサレンズ７０を経て赤色光用の透過型の液晶表示パネル８１を透過することによって光変調される。一方、第１ダイクロイックミラー６８にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー７１に導かれる。

第２ダイクロイックミラー７１は、青色波長帯域の光を透過し、緑色波長帯域の光を反射する。第２ダイクロイックミラー７１にて反射した緑色波長帯域の光はコンデンサレンズ７２を経て緑色光用の透過型の液晶表示パネル８２に導かれ、これを透過することによって光変調される。また、第２ダイクロイックミラー７１を透過した青色波長帯域の光は、反射ミラー７４，７６、リレーレンズ７３，７５、及びコンデンサレンズ７７を経て青色光用の透過型の液晶表示パネル８３に導かれ、これを透過することによって光変調される。

各液晶表示パネル８１，８２，８３は、入射側偏光板８１ａ，８２ａ，８３ａと、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部８１ｂ，８２ｂ，８３ｂと、出射側偏光板８１ｃ，８２ｃ，８３ｃとを備えて成る。液晶表示パネル８１，８２，８３を経ることで変調された変調光（各色映像光）は、クロスダイクロイックプリズム７８によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ７９によって拡大投写され、スクリーン上に投影表示される。

以上の説明において、投写型映像表示装置（リア型或いはフロント型）は透過型の液晶パネルを用いることとしたが、これに限らず、反射型の液晶パネルを用いてもよいし、これら液晶パネルに替えて、画素となる多数の微小ミラーをそれぞれ駆動するタイプの表示パネルを用いることとしてもよい。

また、以上説明した投写型映像表示装置において、投写レンズに代えて投写用の曲面ミラーを備えてもよい。また、固体発光素子はＬＥＤに限らず、有機或いは無機のＥＬ（エレクトロルミネッセンス）などを用いてもよい。

この発明の偏光変換部材（照明装置）を備えた三板式の投写型映像表示装置を示した説明図である。 図１の偏光変換部材（照明装置）を示した説明図である。 この発明の他の偏光変換部材（照明装置）を示した説明図である。 この発明の他の偏光変換部材（照明装置）を示した説明図である。 この発明の他の偏光変換部材（照明装置）を示した説明図である。 この発明の他の偏光変換部材（照明装置）を示した説明図である。 この発明の他の偏光変換部材（照明装置）を示した説明図である。 この発明の他の偏光変換部材（照明装置）を示した説明図である。 この発明の偏光変換部材（照明装置）を備えた単板式の投写型映像表示装置を示した説明図である。 この発明の偏光変換部材（照明装置）を備えた単板式の投写型映像表示装置を示した説明図である。 この発明の偏光変換部材（照明装置）を備えた三板式の投写型映像表示装置を示した説明図である。 従来の偏光変換機能付きのロッドインテグレータを示した説明図である。

符号の説明

４Ａ，４Ｂ 投写型映像表示装置
１１ ＬＥＤ光源
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ 偏光変換部材
１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ 偏光変換部材
１３ａ 三角プリズム
１３ｂ 偏光ビームスプリッタ
１３ｅ １／２λ板
１４ ロッドインテグレータ
５１ 照明装置

Claims (23)

1. 特定の直線偏光光を透過させて出射する一方で他の偏光光を反射して戻り光を生成する偏光ビームスプリッタと、光源からの光を導入する光導入面及び前記戻り光に対する全反射面として機能する面を有した三角プリズム又は三角プリズム部と、前記戻り光を前記特定の直線偏光光に変換する位相差板と、を備え、前記特定の直線偏光光に変換された前記戻り光が前記偏光ビームスプリッタから出射されるように構成されたことを特徴とする偏光変換部材。
2. 請求項１に記載の偏光変換部材において、当該偏光変換部材における光出射方向に対して前記偏光ビームスプリッタが所定角度傾けて配置されており、前記偏光ビームスプリッタにて反射された戻り光を前記三角プリズム又は三角プリズム部を経由させて前記偏光ビームスプリッタに導く環状的反射経路が形成されており、前記戻り光が前記環状的反射経路を通って前記偏光ビームスプリッタに至るまでの過程で前記位相差板である１／２λ板にて前記特定の直線偏光光に変換されることを特徴とする偏光変換部材。
3. 請求項２に記載の偏光変換部材において、光入射面から入射された光を重畳して光出射面から出射するロッドインテグレータを前記循環的反射経路外に備えており、前記偏光ビームスプリッタを透過した特定の直線偏光光が前記ロッドインテグレータの前記光入射面に入射されることを特徴とする偏光変換部材。
4. 請求項２に記載の偏光変換部材において、光入射面から入射された光を重畳して光出射面から出射するロッドインテグレータを前記循環的反射経路内に備えており、前記ロッドインテグレータを経た光が前記偏光ビームスプリッタに入射することを特徴とする偏光変換部材。
5. 請求項１に記載の偏光変換部材において、当該偏光変換部材における光出射方向に対して前記偏光ビームスプリッタが直交又は略直交して配置されており、前記偏光ビームスプリッタにて反射された戻り光を前記三角プリズム又は三角プリズム部を経由させて前記偏光ビームスプリッタに導く往復的反射経路が形成されており、前記戻り光が前記往復的反射経路を通って前記偏光ビームスプリッタに至るまでの過程で前記位相差板である１／４λ板にて前記特定の直線偏光光に変換されることを特徴とする偏光変換部材。
6. 請求項５に記載の偏光変換部材において、前記三角プリズムにおける前記面以外の第１面が光出射面とされ、この光出射面の側に前記偏光ビームスプリッタが配置されており、第２面には前記１／４λ板及び反射板が配置されていることを特徴とする偏光変換部材。
7. 請求項５に記載の偏光変換部材において、前記三角プリズムにおける前記面以外の第１面が光出射面とされ、この光出射面と前記偏光ビームスプリッタとの間に前記往復的反射経路の一部を成すロッドインテグレータが配置されており、第２面には前記１／４λ板及び反射板が配置されていることを特徴とする偏光変換部材。
8. 請求項５に記載の偏光変換部材において、当該偏光変換部材は前記三角プリズム部及びロッドインテグレータ部を一体的に有する透明ロッド部材を有して成り、前記三角プリズム部の前記面に傾斜対面する面に前記１／４λ板及び反射板が配置されており、前記ロッドインテグレータ部の光出射面に前記偏光ビームスプリッタが配置されていることを特徴とする偏光変換部材。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の偏光変換部材において、前記三角プリズム又は三角プリズム部の前記面に、光源からの光を導入するのに好適な面形状を有する微小部位を形成していることを特徴とする偏光変換部材。
10. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の偏光変換部材と、前記三角プリズム又は三角プリズム部の前記面に向けて光を出射する光源と、を備えて成ることを特徴とする照明装置。
11. 請求項１０に記載の照明装置において、前記三角プリズム又は三角プリズム部内での光源光の屈折方向が前記偏光変換部材における光出射面に直交又は略直交するように、前記光源の主光線軸が設定されていることを特徴とする照明装置。
12. 請求項９に記載の偏光変換部材と、前記三角プリズム又は三角プリズム部の前記微小部位に出射光を集光させて導く光源と、を備えて成ることを特徴とする照明装置。
13. 請求項１２に記載の照明装置において、前記光源は屈折と反射と回折のいずれかによって集光を行うことを特徴とする照明装置。
14. 請求項１０乃至請求項１３のいずれかに記載の照明装置において、前記光源は、所定の色光を出射する色光源であることを特徴とする照明装置。
15. 請求項１０乃至請求項１３のいずれかに記載の照明装置において、前記光源は白色光源であることを特徴とする照明装置。
16. 請求項１０乃至請求項１３のいずれかに記載の照明装置において、前記光源として第１色光を出射する第１光源と、第２色光を出射する第２光源と、第３色光を出射する第３光源と、を備えるとともに各光源からの各色光を略同一方向に導く光学部材によって各色光を前記三角プリズム又は三角プリズム部の前記面に導くことを特徴とする照明装置。
17. 請求項１６に記載の照明装置において、第１色光は赤色であり、第２色光は青色であり、第３色光は緑色であることを特徴とする照明装置。
18. 請求項１７に記載の照明装置において、照明中は赤色光と青色光と緑色光が常時出射されるように構成されていることを特徴とする照明装置。
19. 請求項１７に記載の照明装置において、照明中は赤色光と青色光と緑色光が時分割で出射されるように構成されていることを特徴とする照明装置。
20. 赤色光を出射する請求項１４に記載の照明装置と、青色光を出射する請求項１４に記載の照明装置と、緑色光を出射する請求項１４に記載の照明装置と、各照明装置からの色光をそれぞれ受けるように設けられたライトバルブと、各ライトバルブを経た各色映像光を合成して投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
21. 請求項１５又は請求項１８に記載の照明装置と、一つのフルカラーライトバルブと、前記フルカラーライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
22. 請求項１５に記載の照明装置と、前記照明装置から出射された白色光を赤色光と緑色光と青色光に分離する分離手段と、各色光をそれぞれ受けるように設けられたライトバルブと、各ライトバルブ経た各色映像光を合成して投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
23. 請求項１９に記載の照明装置と、一つのライトバルブと、各色光の出射タイミングに同期して前記ライトバルブに各色用の映像信号を供給する手段と、前記ライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。

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