JP2888624B2 - 偏光照明装置および該偏光照明装置を有する投写型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は偏光照明装置および該偏光照明装置を有する
投写型表示装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第８図はこの種の投写型表示装置の従来例の一つを示
す要部構成図である。

この投写型表示装置は、ハロゲンランプ，メタルハラ
イドランプなどからなる光源１と、光源１から発せられ
る光束の一部を反射する反射ミラー２と、光源１から直
接または反射ミラー２を介して入射される光束の熱線を
吸収または反射する熱線カットフィルタ３と、該熱線が
除去された光束を平行光束に変換するコンデンサレンズ
４と、該平行光束を直線偏光光に変換する偏光板５と、
該直線偏光光を画像信号に応じて変調する液晶ライトバ
ルブ７と、該変調された直線偏光光のうちその透過軸方
向の成分のみを透過する偏光板８と、該透過する直線偏
光光を不図示のスクリーンに拡大投射する投写レンズ10
とを有する。

第９図はこの種の投写型表示装置の他の従来例を示す
要部構成図である。

この投写型表示装置は、第８図に示した投写型表示装
置の２つの偏光板5,8の代わりに、２つの偏光ビームス
プリッタ6,9を液晶ライトバルブ７の前後にそれぞれ配
置したものである。

第８図、第９図に示す投写型表示装置は、光源１から
発せられる光束のうち偏光板5,偏光ビームスプリッタ６
を透過する直線偏光成分のみが液晶ライトバルブ７の照
明光として利用され、該直線偏光成分と直交する直線偏
光成分が損失となるため、光の利用効率が50％以下にな
るという欠点がある。

この欠点を改善した投写型表示装置として、第10図に
示す特開昭61−90584号公報に記載されているものがあ
る。

この投写型表示装置では、コンデンサレンズ４から出
射される平行光束は偏光ビームスプリッタ11に入射し、
偏光ビームスプリッタ11の作用面（２つの直角プリズム
が互いに接着される斜面に形成される蒸着膜）11aでそ
のＰ偏光成分L_Pはそのまま透過し、そのＳ偏光成分L_Sは
直角に反射して全反射プリズム12に入射する。該Ｓ偏光
成分L_Sは全反射プリズム12で再度直角に反射されること
により、変更ビームスプリッタ11を透過してくる前記Ｐ
偏光成分L_Pと同一方向に全反射プリズム12から出射され
る。ここで、Ｓ偏光成分L_Sとは偏光ビームスプリッタ11
の作用面11aに平行な偏光成分のことであり、Ｐ偏光成
分L_Pとは該Ｓ偏光成分と直交する偏光成分のことであ
る。

全反射プリズム12の出射側にλ/2光学位相板13が配置
され、全反射プリズム12より出射される前記Ｓ偏光成分
L_Sは、λ/2光学位相板13によりその偏光方向が90°回転
され、Ｐ偏光成分L_P ^*に変換される。また、偏光ビーム
スプリッタ11およびλ/2光学位相板13の出射側にはそれ
ぞれ光路変更用のクサビ型レンズ14,15が配置され、偏
光ビームスプリッタ11を透過してくる前記Ｐ偏光成分L_P
およびλ/2光学位相板13で変換された前記Ｐ偏光成分L_P
^*は光路が変更され、液晶ライトバルブ７の入射側の面
上の点P₀で交差して合成光となる。

したがって、この投写型表示装置では、偏光ビームス
プリッタ11で分離される前記Ｓ偏光成分L_Sおよび前記Ｐ
偏光成分L_Pの両方で液晶ライトバルブ７を照明すること
ができるため、第８図、第９図に示す投写型表示装置よ
りも光の利用効率を倍にすることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した特開昭61−90584号公報記載の投写型表示装
置は、前記Ｐ偏光成分L_Pとλ/2光学位相板13で変換され
たＰ偏光成分L_P ^*を第10図に示す角度θをもって液晶ラ
イトバルブ７にそれぞれ入射させるため、入射角による
特性劣化が大きい液晶ライトバルブ７を使用する際に
は、クサビ型レンズ14,15から液晶ライトバルブ７まで
の距離をかなり大きくとり、該入射角を小さくする必要
があるという欠点がある。

この欠点を改善する方法としては、第10図のクサビ型
レンズ14,15に取り除き、前記Ｐ偏光成分L_Pと前記変換
されたＰ偏光成分L_P ^*を互いに平行のまま液晶ライトバ
ルブ７に入射させる並列照明方式が考えられる。しか
し、この並列照明方式を特開昭61−90584号公報記載の
投写型表示装置に適用しても、光源１が完全な点光源あ
るいは線光源でない限り、コンデンサレンズ４から出射
される平行光束は完全なものでないため、前記Ｐ偏光成
分L_Pと前記変換されたＰ偏光成分L_P ^*も完全なものとは
ならず問題が生じる。このことを第11図を用いて説明す
る。

有限な径φをもつ光源１から発せられる光束は距離Ｔ
を隔てて配置されるコンデンサレンズ４により集束され
るが、コンデンサレンズ４の出射光は完全な平行光束と
はならず、角度２ω（ω＝tan^-1（（φ/2）/T））の範
囲に拡がりをもつ非平行光束となる。該非平行光束のう
ち光線αは、偏光ビームスプリッタ11の作用を受けずに
λ/2光学位相板13に入射するため、λ/2光学位相板13か
らＳ偏光成分,P偏光成分をともに含んだまま出射され
る。また、光線βは、偏光ビームスプリッタ11でＳ偏光
成分L_Sとなるが、全反射プリズム12で反射された後、再
び偏光ビームスプリッタ11で反射され、光源β₁で示す
ように全く別の位置からＰ偏光成分L_P ^*としてλ/2光学
位相板13から出射されるか、第11図に光線β₂で示すよ
うにλ/2光学位相板13の界面で吸収されたりそのまま透
過するため損失光となる。

本発明の目的は、光源から発せられる光を損失なくラ
イトバルブに入射させることができる偏光照明装置およ
び該偏光照明装置を有する投写型表示装置を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の偏光照明装置は、光源からの光束を第１のＰ
偏光成分および第１のＳ偏光成分とに分離する偏光ビー
ムスプリッタと、 第１のＰ偏光成分または第１のＳ偏光成分が入射され
る、前記偏光ビームスプリッタの作用面の一端と接する
λ/4光学位相板と、 該λ/4光学位相板を透過してくる第１のＰ偏光成分ま
たは第１のＳ偏光成分を該λ/4光学位相板の方向に反射
させる反射部材とを有し、 第１のＰ偏光成分または第１のＳ偏光成分を前記λ/4
光学位相板、前記反射部材により第２のＳ偏光成分また
は第２のＰ変光成分に変換し、 第１のＰ偏光成分、第２のＰ偏光成分または第１のＳ
偏光成分、第２のＳ偏光成分を出射させる偏光照明装置
であって、 光源からの光束を前記偏光ビームスプリッタへ向ける
手段を有し、該手段は、該偏光ビームスプリッタからの
入射開口部以外へ向かう光束の少なくとも一部を直接ま
たは間接的に光源または光源近傍へ向わせる偏向手段を
有することを特徴とする。

本発明の他の形態による偏光照明装置は、光源からの
光束のＰ偏光成分を透過させて該光束のＳ偏光成分を直
角に反射させる作用面を有する偏光ビームスプリッタ
と、 一端が該偏光ビームスプリッタの作用面と角度に接す
る、前記Ｐ偏光成分を直角に反射する反射部材と、 一端が該偏光ビームスプリッタの作用面と45°の角度
で接し、かつ、前記反射部材の反射面の一端と接するλ
/4光学位相板と、 該λ/4光学位相板に接着された反射板とを有し、 前記反射されるＳ偏光成分を前記λ/4光学位相板、前
記反射板によりＰ偏光成分に変換して該偏光ビームスプ
リッタに入射させ、 該変換されたＰ偏光成分および前記透過されるＰ偏光
成分を出射させる偏光照明装置であって、 前記光源からの光束を前記偏光ビームスプリッタへ向
ける手段を有し、該手段は、該偏光ビームスプリッタの
入射開口部以外へ向う光束の少なくとも一部を直接また
は間接的に光源または光源近傍へ向わせる偏向手段を有
することを特徴とする。

上記いずれの場合においても、前記偏向手段は、中央
部に開口を有する凹面鏡を備えることとしてもよい。

本発明の投写型表示装置は、上記の偏光照明装置によ
りライトバルブを照明することを特徴とする。

この場合、前記ライトバルブは反射型のライトバルブ
であるとしてもよい。

本発明の他の形態による偏光照明装置は、光源と、偏
光ビームスプリッタと、光源からの光を偏光ビームスプ
リッタへ向ける指向手段とを有し、 前記指向手段は前記偏光ビームスプリッタの入射開口
部以外へ向う光束の少なくとも一部を直接または間接的
に光源または光源近傍へ戻す手段を備えることを特徴と
する。

本発明の他の形態による投写型表示装置は、上記の偏
光照明装置によりライトバルブを照明することを特徴と
する。

この場合、前記ライトバルブは反射型のライトバルブ
であるとしてもよい。

本発明の他の形態による偏光照明装置は、光源と、該
光源からの光束を反射する第１反射鏡と、矩形の入射開
口を有する偏光ビームスプリッタとを有する偏光照明装
置において、 前記第１反射鏡に対向配置せしめた第２反射鏡を有
し、 該第２反射鏡が中央部に矩形あるいはそれに近い形状
の開口を備え、前記第２反射鏡により前記偏光ビームス
プリッタの前記矩形の入射開口以外に向う光束の少なく
とも一部を直接または前記第１反射鏡を介して前記光源
または前記光源近傍に向わせるようにし、前記光源から
の光を第１反射鏡または第１および第２反射鏡により反
射して該矩形あるいはそれに近い形状の開口を介して前
記偏光ビームスプリッタの前記矩形の入射開口に照射す
ることを特徴とする。

本発明の他の形態による投写型表示装置は、矩形の表
示領域を有する液晶ライトバルブと、 該液晶ライトバルブを光で照明する照明系と、 該照明系で照明された前記液晶ライトバルブからの光
束を所定の平面へ向け、該所定の平面に画像を表示する
投影系とを有する投写型表示装置において、 前記照明系が、第１反射鏡と、光源と、偏光ビームス
プリッタと、前記第１反射鏡に対向配置せしめた第２反
射鏡とを有し、 該第２反射鏡が中央部に矩形あるいはそれに近い形状
の開口を備え、前記第２反射鏡により前記偏光ビームス
プリッタの前記矩形の入射開口以外に向う光束の少なく
とも一部を直接または前記第１反射鏡を介して前記光源
または前記光源近傍に向わせるようにし、前記光源から
の光を第１反射鏡または第１および第２反射鏡により反
射して該矩形あるいはそれに近い形状の開口を介して前
記偏光ビームスプリッタの前記矩形の入射開口に照射す
ることを特徴とする。

上記のいずれにおいても、該偏光ビームスプリッタの
入射開口部以外へ向う光束の少なくとも一部を遮断し、
かつ該遮断された光束の少なくとも一部を直接または光
源近傍へ向わせる手段を該指向性光束を得る手段の中に
少なくとも一つ設けてもよい。

本発明の他の形態による偏光照明装置は、光源と、偏
光ビームスプリッタと、光源からの光を偏光ビームスプ
リッタに向ける指向手段とを有し、 前記指向手段は、前記偏光ビームスプリッタの入射開
口部以外へ向う光束の少なくとも一部を直接または間接
的に光源近傍へ戻す手段を備えることを特徴とする。

本発明の投写型表示装置は、ライトバルブ方式であっ
て、上記のように構成された偏光照明装置を有すること
を特徴とする。

この場合、反射型のライトバルブ方式としてもよい。

本発明のさらに他の形態による偏光照明装置は、第１
反射鏡と、光源と、偏光ビームスプリッタとを有する偏
光照明装置において、 前記第１反射鏡に対向配置せしめた第２反射鏡を有
し、 該第２反射鏡が中央部に矩形の開口を備え、前記光源
からの光を該矩形の開口を介して前記偏光ビームスプリ
ッタの矩形の入射開口に照射することを特徴とする。

本発明の他の形態による投写型表示装置は、矩形の表
示領域を有する液晶ライトバルブと、 該液晶ライトバルブを光で照明する照明系と、 該照明系で照明された前記液晶ライトバルブからの光
束を所定の平面へ向け、該所定の平面に画像を表示する
投影系とを有する投写型表示装置において、 前記照明系が、第１反射鏡と、光源と、偏光ビームス
プリッタと、前記第１反射鏡に対向配置せしめた第２反
射鏡とを有し、 該第２反射鏡が中央部に矩形の開口を備え、前記光源
からの光を該矩形の開口を介して前記偏光ビームスプリ
ッタの矩形の入射開口に照射することを特徴とする。

〔作用〕

偏光ビームスプリッタで分離される入射光束のＰ偏光
成分およびＳ偏光成分のいずれか一方をλ/4光学位相
板，反射部材に入射すると、その偏光面が90°回転され
他方のそれと一致するため、この両者を出射することに
より入射光束を100％利用することができる。

また、偏光ビームスプリッタの作用面，該作用面を透
過してくるＰ偏光成分の反射部材の反射面，λ/4光学位
相板の一端が所定角度で接するように構成され、かつ反
射板の反射面が該λ/4光学位相板に接着されることによ
り、前記作用面で反射されるＳ偏光成分が前記λ/4光学
位相板，前記反射板で変換されるＰ偏光成分と前記Ｐ偏
光成分とを同じ光路長で、対称性をもって出射させるこ
とができる。

さらに、指向性光束を得る手段の中に前述の遮光と偏
向を兼ねる手段を有することにより、光源からの発光光
を該偏光ビームスプリッタへ効率よく入射させると共
に、偏光ビームスプリッタより光源へ戻る光束も再び有
効な光束として偏光ビームスプリッタへ入射させること
ができる。

本発明の偏光照明装置を有する投写型表示装置では、
入射光束を100％利用してライトバルブを照明すること
ができるとともに、並列照明方式においてはコンパクト
化が図れる。

さらに、反射型ライトバルブ方式の投写型表示装置に
おいては、投写光として用いられず、ライトバルブより
光源側へ戻る光束についても本発明の偏光照明装置を用
いることにより、再び有効な光束として利用することが
できる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明の偏光照明装置の第１の実施例を示す
構成図、第２図は第１図の偏光照明装置における光路の
説明図である。

この偏光照明装置は、コンデンサレンズ24から出射さ
れる平行光束のＰ偏光成分L_Pを透過させ、Ｓ偏光成分L_S
を直角に反射させる作用面（２つの直角プリズムが互い
に接着される斜面に形成される蒸着膜）26aを有する偏
光ビームスプリッタ26と、一端が偏光ビームスプリッタ
26の作用面26aの一端と互いに直角に接する、前記透過
されるＰ偏光成分L_Pを直角に反射する全反射面29aを有
する全反射プリズム29と、一端が偏光ビームスプリッタ
26の作用面26aの一端と互いに45°の角度で接しかつ全
反射プリズム29の全反射面29aの一端と接する、前記反
射されるＳ偏光成分L_Sが入射されるλ/4光学位相板27
と、λ/4光学位相板27に接着されたアルミ蒸着膜または
光学多層膜よりなる反射面を有する反射板28とから構成
される。

この装置では、反射ミラー22が球面鏡より成り、その
曲率中心が光源21の中心と一致しており、またコンデン
サレンズ24の焦点位置と光源21の中心とが一致してい
る。コンデンサレンズ24から出射される平行光束は、偏
光ビームスプリッタ26の作用面26aでそのＰ偏光成分L_P
が透過され、そのＳ偏光成分L_Sが直角に反射されること
により、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離される。該反射
されるＳ偏光成分L_Sは、λ/4光学位相板27に入射し、反
射板28の反射面で反射され再びλ/4光学位相板27を透過
することにより、その偏光面が90°回転しＰ偏光成分L_P
^*に変換される。該変換されたＰ偏光成分L_P ^*は作用面26
aをそのまま透過し偏光ビームスプリッタ26から出射さ
れる。一方、前記透過されるＰ偏光成分L_Pは全反射プリ
ズム29の全反射面29aで直角に反射され、前記変換され
たＰ偏光成分L_P ^*と平行に全反射プリズム29から出射さ
れる。

したがって、この偏光照明装置では第２図に光線
α₁，α₂，α₃で示すように、偏光ビームスプリッタ26
に入射した光束は必ず偏光ビームスプリッタ26の作用面
26aに入射するため、すべての光束はＰ偏光成分L_PとＳ
偏光成分L_Sに分離される。しかも該Ｓ偏光成分L_Sは必ず
λ/4光学位相板27に入射するため、その偏光面も必ず回
転する。逆に前記Ｐ偏光成分L_Pがλ/4光学位相板27に入
射することはない。また一つのの光線に関しては全反射
プリズム29から出射される前記Ｐ偏光成分L_Pと偏光ビー
ムスプリッタ26から出射される前記変換されたＰ偏光成
分L_P ^*とが上下対称となる。そのため、光源21の配置の
ずれなどにより偏光ビームスプリッタ26への入射光束に
アンバランスが生じても出射される前記Ｐ偏光成分L_Pと
前記変換されたＰ偏光成分L_P ^*との接合部において照度
が急激に変化することが妨げる。さらに、出射される前
記Ｐ偏光成分L_Pと前記変換されたＰ偏光成分L_P ^*の光路
長は等しいため、非コリメート光を使用した際の照度の
アンバランスの発生を防止することができる。これらは
偏光ビームスプリッタ26の作用面26aとλ/4光学位相板2
7と全反射プリズム29の全反射面29aとが所定角度で接す
るように構成されているためであり、第10図に示すλ/2
光学位相板13を用いた従来例では、偏光ビームスプリッ
タ11の作用面と全反射プリズム12の全反射面とが平行に
配置されているため実現することができない。

また、この偏光照明装置では第２図に示す光線γのよ
うに、偏光ブームスプリッタ26への入射光束がλ/4光学
位相板27に対して斜めに入射した場合、λ/4光学位相板
27で透過あるいは吸収されて光量損失となる可能性があ
るが、偏光ビームスプリッタ26とλ/4光学位相板27の接
合面に光線γのように入射角が大きい光線は反射し入射
角の小さい正常光は透過する光学多層膜を形成すること
により防止することができる。

さらに、第２図に示す光線δのように、前記入射光束
が全反射プリズム29の全反射面29aに対して全反射角以
下で入射した場合、一部透過により前記Ｐ偏光成分L_Pに
光量損失が生じるが、この場合も全反射面29aに反射光
学多層膜または金属反射膜などを形成することにより該
損失を防止することができる。

以上のように、この偏光照明装置では、偏光ベームス
プリッタ26により分離されるＰ偏光成分L_PおよびＳ偏光
成分L_Sの両方ともライドバルブ（図示せず）の照明光と
して利用することができるので、光の利用効率が改善さ
れる。また、この装置では、偏光ビームスプリッタおよ
びλ/4板の入射角依存性と波長依存性に起因して、一部
の光が偏光ビームスプリッタからコンデンサレンズへと
戻るが、ここでは、コンデンサレンズと光源とミラーを
前記のごとく配置したので、戻り光を再び偏光ビームス
プリッタへ再反射−指向することができる。この効果
は、以下に示す他の実施例でも生じる。また、前記Ｐ偏
光成分L_Pと前記変換されたＰ偏光成分L_P ^*を並列照明す
る際に問題となる照度分布のアンバランスも飛躍的に改
善されるとともに、第10図に示した合成光によりライト
バルブを照明する方式では解決が困難だった偏光照明装
置とライトバルブ間の距離の短縮も行え、本発明の偏光
照明装置を有する投写型表示装置の小型化も可能とな
る。

なお、全反射プリズム29は、偏光ビームスプリッタ26
の全反射プリズム29側の直角プリズムと一体に形成され
てもよい。

また、本実施例ではプリズムからなる偏光ビームスプ
リッタ26や全反射面29aを用いたが、平板上に形成され
た光学多層膜や金属薄膜に代えることにより、軽量化・
低コスト化等の効果も得られる。このことは以下の実施
例に於いても同様である。

第３図は本発明の偏光照明装置の第２の実施例を示す
構成図である。

この偏光照明装置が第１図に示したものと異なる点
は、偏光ビームスプリッタ36の作用面36aで透過される
Ｐ偏光成分L_Pがそのまま偏光ビームスプリッタ36より出
射され、該作用面36aで反射されるＳ偏光成分L_Sがλ/4
光学位相板37,反射板38でＰ偏光成分L_P ^*に変換された
後、全反射プリズム39の全反射面39aで直角に反射さ
れ、全反射プリズム39から前記Ｐ偏光成分L_Pと平行に出
射されることである。

この偏光照明装置では、他の光学部品を付加すること
なく入射光束と出射光束の進行方向を一致させることが
できる。また出射される前記Ｐ偏光成分と前記変換され
たＰ偏光成分L_P ^*とではその光路長が異なるため、非コ
リメート光への使用には問題があるが、それ以外に関し
ては第１図に示した偏光照明装置と同じ効果をもつ。

なお、全反射プリズム39は、偏光ビームスプリッタ36
の全反射プリズム39側の直角プリズムと一体に形成され
てもよい。

第４図は本発明の偏光照明装置に第３の実施例を示す
構成図である。

この偏光照明装置は、第１図の偏光照明装置の反射板
28の代わりに直角プリズム40を用い、偏光ビームスプリ
ッタ46の作用面46aで反射されたＳ偏光成分L_Sを不要偏
光成分を発生させることなく反射させるものである。

本実施例では、前記Ｓ偏光成分L_Sが左右反転された直
角プリズム40からλ/4光学位相板47へ出射されＰ偏光成
分L_P ^*に変換される。したがって、該変換されたＰ偏光
成分L_P ^*と全反射プリズム49から出射されるＰ偏光成分L
_Pとでは、第１図の偏光照明装置で述べた対称性がなく
なるため、偏光ビームスプリッタ46に入射される入射光
束にアンバランスが生じると照度分布のアンバランスが
生じ易くなる。また、全反射プリズム49から出射される
Ｐ偏光成分L_Pと偏光ビームスプリッタ46から出射される
前記変換されたＰ偏光成分L_P ^*とではその光路長が異な
るため、非コリメート光への使用にも問題があるが、そ
れ以外に関しては第１図の偏光照明装置と同じ効果をも
つ。

なお、全反射プリズム49は、偏光ビームスプリッタ46
の全反射プリズム49側の直角プリズムと一体に形成され
てもよい。

第５図は本発明の偏光照射装置の第４の実施例を示す
構成図である。

この偏光照明装置は、入射光束のＰ偏光成分L_Pを透過
させ、そのＳ偏光成分L_Sを直角に反射させる第１の作用
面（３つの直角プリズムが接着される２つの斜面の１つ
に形成される蒸着膜）56aと、一端が第１の作用面56aと
直角に接する同様の第２の作用面（前記２つの斜面の他
の１つに形成される蒸着膜）56bとをもつ偏光ビームス
プリッタ56と、一端が第２の作用面56bの他端と互いに4
5°の角度で接し、偏光ビームスプリッタ56の反入射面
側に接着されているλ/4光学位相板57と、λ/4位相板57
に接着された反射面を有する反射板58とから構成され
る。

不図示のコンデンサレンズからの入射光束のＳ偏光成
分L_Sは、偏光ビームスプリッタ56の第１の作用面56aで
反射されそのまま出射される。一方、該入射光束のＰ偏
光成分L_Pは、偏光ビームスプリッタ56の第1,第２の作用
面56a,56bを透過し、λ/4光学位相板57に入射する。該
Ｐ偏光成分L_Pは、λ/4光学位相板57,反射板58により偏
光面が90°回転されＳ偏光成分L_S ^*に変換された後、偏
光ビームスプリッタ56の第２の作用面56bで直角に反射
され、前記Ｓ偏光成分L_Sと同方向に出射される。

本実施例では、前記Ｓ偏光成分L_Sと前記変換されたＳ
偏光成分L_S ^*とでは光路長が異なるため、非コリメート
光への使用には問題があるが、その他の点では第１図に
示した偏光照明装置と同様の効果がある。また、本実施
例では、偏光ビームスプリッタ56の反出射側にλ/4光学
位相板57,反射板58が配置されないため、検光子として
も動作させることができる（詳しくは後述する）。

次に、本発明による偏光照明装置を他の光学部品と組
み合せて構成した投写型表示装置の実施例について説明
する。

第６図は第５図に示した偏光照明装置を有する投写型
表示装置の一実施例を示す要部構成図である。

この投写型表示装置は第６図に示すように、光源61、
球面鏡より成る反射ミラー62、熱線カットフィルタ63、
コンデンサレンズ64からなる光源部100と、第５図に示
した偏光照明装置101と、一面が偏光照明装置101の出射
面に接着され、他の３面に赤、緑、青用の反射型液晶ラ
イトバルブ65R,65G,65Bがそれぞれ接着されているクロ
スダイクロイックプリズム102と、偏光照明装置101の反
出射面側に設けられている投写レンズ103とを有する。
この装置も、反射ミラー62が球面鏡より成り、その曲率
中心が光源61の中心と一致しており、コンデンサレンズ
64がコリメート機能を有し、その焦点位置が光源61の中
心と一致している。従って、光源61からの光束がレンズ
64により平行光束に変換される。

光源部100から出射される白色平行光束のＳ偏光成分L
_Sは、偏光照明装置101を構成する偏光ビームスプリッタ
56の第１の作用面56aで直角に反射され（第５図参
照）、クロスダイクロイックプリズム102に入射する。
また、該白色平行光束のＰ偏光成分L_Pは、前述したとお
りλ/4光学位相板57,反射板58によりＳ偏光成分L_S ^*に変
換された後、偏光ビームスプリッタ56の第２の作用面56
bで直角に反射され（第５図参照）、クロスダイクロイ
ックプリズム102に入射する。つまり、前記白色平行光
束は偏光照明装置101でＳ偏光成分L_S，L_S ^*からなる直線
偏光光束に変換されて、クロスダイクロイックプリズム
102に出射される。

該直線偏光光束は、クロスダイクロイックプリズム10
2により赤、緑、青の各色光束R,G,Bに分離され、それぞ
れ赤、緑、青用の反射型液晶ライトバルブ65R,65G,65B
に投射される。反射型液晶ライトバルブ65R,65G,65Bに
用いられている液晶は、ECB（Electrically Controlled
Birefringence）型または45°TN型のものであり、画像
信号に応じて印加される電圧によって入射光の偏光面を
回転させる性質をもつ。したがって、各反射型液晶ライ
トバルブ65R,65G,65Bへの入射光は、Ｓ偏光成分の直線
偏光光束であるが、その反射光は前記画像信号の各画素
の信号に応じてＰ偏光成分をもった光束となる。該反射
光はクロスダイクロイックプリズム102により合成され
た後、偏光照明装置101に戻される。偏光照明装置101で
は、偏光ビームスプリッタ56（第５図参照）が検光子と
して働き、前記合成された反射光のＰ偏光成分L_P0はそ
のまま透過し、投写レンズ103を介して映像光として不
図示のスクリーンに投射される。一方、前記合成された
反射光のＳ偏光成分L_S0のうち偏光ビームスプリッタ56
の第１の作用面56aに入射するものは、第１の作用面56a
で直角に反射され光源部100に戻る。また、該Ｓ偏光成
分L_S0のうち偏光ビームスプリッタ56の第２の作用面56b
に入射するものは、第２の作用面56bで直角に反射さ
れ、λ/4光学位相板57に入射するため、λ/4光学位相板
57,反射板58によりＰ偏光成分に変換された後、第２の
作用面56bに入射するので、第２の作用面56b,第１の作
用面56aを透過して光源部100に戻る。したがって、この
偏光照明装置101の偏光ビームスプリッタ56は完全な検
光子として動作する。

以上述べたように、該投写型表示装置は、偏光照明装
置101で光源部100から発せられる白色平行光束をロスな
く直線偏光光束に変換するため、光の利用率の向上が図
れる効果があり、また、クロスダイクロイックプリズム
102を用いて各色光束を分離，合成するため、投写レン
ズ103のバックフォーカスを従来のこの種の投写型表示
装置に比べて著しく小さくすることができ、投写レンズ
103の設計自由度を広げることができる効果および該投
写型表示装置全体をコンパクト化できる効果がある。さ
らに偏光照明装置101を検光子としても動作させること
ができる効果がある。

第７図（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ第１図に示した偏
光照明装置を有する投写型表示装置の一実施例の要部を
示す側面図および上面図である。

この投写型表示装置は、光源部110を、第１図に示し
た偏光照明装置111と、偏光照明装置111から出射される
光束を下方直角に反射させるミラー77と、ミラー77で反
射された光束のＳ偏光成分を偏光照明装置111側に直角
に反射させ、該光束のＰ偏光成分を透過させる偏光ビー
ムスプリッタ78と、一側面が偏光ビームスプリッタ78の
前記Ｓ偏光成分の出射面に接着され、他の３つの側面に
それぞれ赤、緑、青用の反射型液晶ライトバルブ75R,75
G,75Bが接着されているクロスダイクロイックプリズム1
12と、前記偏光ビームスプリッタ78の反クロスダイクロ
イックプリズム112側に設けられている投写レンズ113と
を有する。

光源部100から発せられる白色平行光束は偏光照明装
置111に入射し、第１図に示すように、該白色平行光束
のＰ偏光成分およびλ/4光学位相板27,反射板28によっ
て変換されたＰ偏光成分が偏光照明装置111からミラー7
7に出射される（以下、該Ｐ偏光成分および該変換され
たＰ偏光成分をあわせてＰ偏光光束と称する）。該Ｐ偏
光光束はミラー77で全反射し、偏光ビームスプリッタ78
に入射する。偏光ビームスプリッタ78の作用面に対し
て、前記Ｐ偏光光束の偏光面はＳ偏光面となるので、該
Ｐ偏光光束は該作用面で反射され、クロスダイクロイッ
クプリズム112に入射する。クロスダイクロイックプリ
ズム112に入射した前記Ｐ偏光光束は、第６図に示した
投写型表示装置のクロスダイクロイックプリズム102に
入射した前記直線偏光光束と同様に動作し、各反射型液
晶ライトバルブ75R,75G,75Bで画像信号によって変調さ
れた反射光として偏光ビームスプリッタ78に入射され
る。このとき、偏光ビームスプリッタ78は第６図の偏光
照明装置101と同様に検光子として動作し、該偏光ビー
ムスプリッタ78を透過してくる前記反射光の成分が投写
レンズ113を介して不図示のスクリーンに投射され、該
スクリーン上に画像が結ばれる。

以上のように、本実施例の投写型表示装置においても
第６図に示したものと同様に、光の利用率の向上、投写
レンズ113の設計自由度の向上、全体構成のコンパクト
化が図れるという効果がある。

なお、本実施例では偏光照明装置として第１図に示し
たものを用いたが、第３図、第４図に示したものであっ
ても同様であることは説明するまでもない。

第12図は本発明の偏光照明装置の第１の実施例をさら
に発展させた形態の他の実施例を示す構成図である。

この偏光照明装置が第１図に示したものと異なる点
は、第１図中の反射ミラー22およびコンデンサレンズ24
の代わりに、光源21の位置またはその近傍に焦点をもつ
回転放物面から成るミラー30および同じく光源21または
その近傍に焦点を持つ回転放物形状を成し、ミラー30よ
りも出射側に位置し、その出射開口が偏光ビームスプリ
ッタ26の入射開口に近い形状または大きさを成す反射ミ
ラー31からなることである。

一般の偏光ビームスプリッタ26は、その作用面26aに
対するＰ偏光光に対して100％の透過率を得ることは難
しく、特に可視波長域の様に非常に広い帯域に対して高
い透過率を維持することは、より困難である。また、偏
光ビームスプリッタ26の作用面26aへの入射角が最適角
からずれた入射光線の場合、そのＰ偏光成分の作用面26
aに対する透過率はさらに著しく低下する。従って、第1
2図中の入射光のうち、作用面26aで反射される光束
に一部Ｐ偏光成分が混ざる。また、λ/4光学位相板27を
往復する光束についても、そのリタデーション量が波
長によって異なるため、偏光方向が完全に90度回転しな
い成分が生じる。

さらに、光束が偏光ビームスプリッタ26の作用面26
aに入射するとき、やはり、そのＰ偏光成分の一部は反
射されてしまう。すなわち、上記３つの作用により、第
１図に示した実施例においても光源21の方へ戻り、偏光
照明光として利用されない損失光がＰ偏光,S偏光両成分
共生じる。

第12図に示す実施例により、第１図に示した実施例と
同様に上記損失光も再度有効光として利用することによ
り、さらに光利用効率を高めることができる。

すなわち、第12図中の光源側へ戻る光束は、反射ミ
ラー30で反射されて、その焦点位置にある光源21の方へ
集光される。

光源21を透過した光線は、反射ミラー31,反射ミラ
ー30を介して再び焦点位置へ集光され、さらに反射ミラ
ー30を介して再び偏光ビームスプリッタ26へほぼ平行な
光束として出射される。このように本構成においては、
光源側へ戻された光束を再び有効な平行光束として出射
することが可能となる（以後、再帰光束と呼ぶ）。この
再帰光束は偏光ビームスプリッタ26等を介して、第１の
実施例に示したものと同様に偏光照明光として出射され
る。

本実施例では、反射ミラー31として、反射ミラー30と
共焦点の放物ミラーを用いたが、代わりに反射ミラーの
焦点位置に中心をもつ適切な球面ミラー等、偏光ビーム
スプリッタ26より光源へ戻る光束を再度光源位置を介し
て、有効な光束として出射するミラー部を付加すれば同
等の効果が得られる。また、反射ミラー31を除いた形態
でもある程度の効果は得られる。

第13図は有効な再帰光束を得る他の実施例を示す図で
ある。第12図に示した実施例と異なる所は、光源21の位
置またはその近傍に焦点を持ち、出射開口が矩形あるい
はそれに近い形状をなす半楕円ミラー32、一部半楕円ミ
ラー32と重なる回転楕円体の２つの焦点の２等分面に位
置する平面ミラー33、および光源21を焦点とするコンデ
ンサレンズ34である。この実施例においても偏光ビーム
スプリッタ26より光源21へ戻る光束は光源21の位置を
中心にミラー32,33で複数回反射されて、再び有効な再
帰光束として出射される。

第12図，第13図で示したような構成においては、その
出射開口を矩形あるいはそれに近い形状とし、光源21か
ら発光される光束のうち、第１図に示したものの場合に
は偏光ビームスプリッタ26の入射面以外に出射されてし
まう光束のすくなくとも一部を遮断かつ偏向させること
により、有効な光束として出射されると共に、偏光ビー
ムスプリッタ26から光源21へ戻る光束も再帰光束として
有効に利用される。上記出射開口の形状は、偏光ビーム
スプリッタ26の入射開口の形状と一致させる必要はかな
らずしもなく、上記入射開口内へ向かう光束の一部も遮
断、偏向することにより所望の光束分布を得る機能を兼
ねることもできる。

また、第12図、第13図で示した様な有効な再帰光束を
得る手段は、特に第７図で示されたような反射型ライト
バルブを用いた投写型表示装置においてさらに効果が得
られる。すなわち、第７図中の各反射型ライトバルブ75
R,75G,75Bから偏光ビームスプリッタ78へ入射する光束
のうち、主に、Ｓ偏光成分からなる反射光束は偏光照明
装置111に対してはＰ偏光成分として入射し、Ｓ偏光,P
偏光両成分に変換されて光源部110へ戻る。本構成では
この光束を再度有効な再帰光束として利用することが可
能となる。

また、第１図および第３図〜第５図、第12図，第13図
に示した本発明による偏光照明装置と第10図に示すクサ
ビ型レンズ14,15とを組み合せて、第10図に示す透過型
の液晶ライトバルブ７を用いた投写型表示装置も構成で
きる。さらに、第８図，第９図に示す投写型表示装置に
おいて、コンデンサレンズ４と偏光板５の間またはコン
デンサレンズ４と偏光ビームスプリッタ６の間に本発明
による偏光照明装置を挿入してもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記
載する効果を奏する。

請求項第１項の偏光照明装置においては、偏光ビーム
スプリッタで分離される入射光束のＰ偏光成分およびＳ
偏光成分のいずれか一方と、偏光面がλ/4光学位相板，
反射部材で90°回転された他方とを出射させることによ
り、光の利用効率を向上することができるという効果が
ある。

請求項第２項の偏光照明装置においては、出射される
２つの偏光成分の光路長が等しくまた対称性をもつよう
に構成されるため、非コリメート光への使用や照度分布
のアンバランスの改善ができるという効果がある。

請求項第３項の偏光照明装置においては、光源への戻
り光を再度有効光束として利用することにより、光利用
率を向上することができる効果がある。

請求項第４項の投写型表示装置は、本発明の偏光照明
装置を有することにより、光の利用効率が向上できるた
め明るさが改善されるという効果と並列照明方式による
コンパクト化が図れるという効果がある。

請求項第５項の投写型表示装置においては、反射型ラ
イトバルブを照明することにより、該偏光照明装置にお
ける光利用率の向上をさらに図ることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の偏光照明装置の第１の実施例を示す構
成図、第２図は第１図の偏光照明装置における光路の説
明図、第３図は本発明の偏光照明装置の第２の実施例を
示す構成図、第４図は本発明の偏光照明装置の第３の実
施例を示す構成図、第５図は本発明の偏光照明装置の第
４の実施例を示す構成図、第６図は第５図に示した偏光
照明装置を有する投写型表示装置の一実施例を示す要部
構成図、第７図は第１図に示した偏光照明装置を有する
投写型表示装置の一実施例の要部を示し、（Ａ）はその
側面図、（Ｂ）はその上面図、第８図はこの種の投写型
表示装置の従来例の一つを示す要部構成図、第９図はこ
の種の投写型表示装置の他の従来例を示す要部構成図、
第10図は特開昭61−90584号公報に記載されている投写
型表示装置を示す要部構成図、第11図は第10図の投写型
表示装置において並列照明方式を適用したときの問題点
を説明する図、第12図，第13図は本発明の他の実施例を
示す図である。 21,6……光源、22,30,31,32,33,62……反射ミラー、23,
63……熱線カットフィルタ、24,34,64……コンデンサレ
ンズ、26,36,46,56,78……偏光ビームスプリッタ、26a,
36a,46a,56a,56b……作用面、27,37,47,57……λ/4光学
位相板、28,38,58……反射板、29,39,49……全反射プリ
ズム、29a,39a,49a……全反射面、40……直角プリズ
ム、65R,65G,65B,75R,75G,75B……反射型液晶ライトバ
ルブ、77……ミラー、100,110……光源部、101,111……
偏光照明装置、102,112……クロスダイクロイックプリ
ズム、103,113……投写レンズ、L_S，L_S ^*……Ｓ偏光成
分、L_P，L_P ^*……Ｐ偏光成分、L_S0……合成されたＳ偏光
成分、L_P0……合成されたＰ偏光成分、R,G,B……色光
束。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榑松 克巳 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 川崎 茂 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 木村 一己 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 新嘉喜 純子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−90584（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−121821（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−175412（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−191318（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−288126（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−177335（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G09F 9/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光束を第１のＰ偏光成分および
   第１のＳ偏光成分とに分離する偏光ビームスプリッタ
   と、 第１のＰ偏光成分または第１のＳ偏光成分が入射され
   る、前記偏光ビームスプリッタの作用面の一端と接する
   λ/4光学位相板と、 該λ/4光学位相板を透過してくる第１のＰ偏光成分また
   は第１のＳ偏光成分を該λ/4光学位相板の方向に反射さ
   せる反射部材とを有し、 第１のＰ偏光成分または第１のＳ偏光成分を前記λ/4光
   学位相板、前記反射部材により第２のＳ偏光成分または
   第２のＰ変光成分に変換し、 前記第１のＰ偏光成分、第２のＰ偏光成分または第１の
   Ｓ偏光成分、第２のＳの偏光成分を出射させる偏光照明
   装置であって、 光源からの光束を前記偏光ビームスプリッタへ向ける手
   段を有し、該手段は、該偏光ビームスプリッタからの入
   射開口部以外へ向かう光束の少なくとも一部を直接また
   は間接的に光源または光源近傍へ向わせる偏向手段を有
   することを特徴とする偏光照明装置。
2. 【請求項２】光源からの光束のＰ偏光成分を透過させて
   該光束のＳ偏光成分を直角に反射させる作用面を有する
   偏光ビームスプリッタと、 一端が該偏光ビームスプリッタの作用面と直角に接す
   る、前記Ｐ偏光成分を直角に反射する反射部材と、 一端が該偏光ビームスプリッタの作用面と45°の角度で
   接し、かつ、前記反射部材の反射面の一端と接するλ/4
   光学位相板と、 該λ/4光学位相板に接着された反射板とを有し、 前記反射されるＳ偏光成分を前記λ/4光学位相板、前記
   反射板によりＰ偏光成分に変換して該偏光ビームスプリ
   ッタに入射させ、 該変換されたＰ偏光成分および前記透過されるＰ偏光成
   分を出射させる偏光照明装置であって、 前記光源からの光束を前記偏光ビームスプリッタへ向け
   る手段を有し、該手段は、該偏光ビームスプリッタの入
   射開口部以外へ向う光束の少なくとも一部を直接または
   間接的に光源または光源近傍へ向わせる偏向手段を有す
   ることを特徴とする偏光照明装置。
3. 【請求項３】請求項第１項または第２項の偏光照明装置
   において、 前記偏向手段は、中央部に開口を有する凹面鏡を備える
   ことを特徴とする偏光照明装置。
4. 【請求項４】請求項第１項、第２項または第３項記載の
   偏光照明装置によりライトバルブを照明することを特徴
   とする投写型表示装置。
5. 【請求項５】請求項第４項記載の投写型表示装置におい
   て、 前記ライトバルブは反射型のライトバルブであることを
   特徴とする投写型表示装置。
6. 【請求項６】光源と、偏光ビームスプリッタと、光源か
   らの光を偏光ビームスプリッタへ向ける指向手段とを有
   し、 前記指向手段は前記偏光ビームスプリッタの入射開口部
   以外へ向う光束の少なくとも一部を直接または間接的に
   光源または光源近傍へ戻す手段を備えることを特徴とす
   る偏光照明装置。
7. 【請求項７】請求項第６項記載の偏光照明装置によりラ
   イトバルブを照明することを特徴とする投写型表示装
   置。
8. 【請求項８】請求項第７項記載の投写型表示装置におい
   て、 前記ライトバルブは反射型のライトバルブであることを
   特徴とする投写型表示装置。
9. 【請求項９】光源と、該光源からの光束を反射する第１
   反射鏡と、矩形の入射開口を有する偏光ビームスプリッ
   タとを有する偏光照明装置において、 前記第１反射鏡に対向配置せしめた第２反射鏡を有し、 該第２反射鏡が中央部に矩形あるいはそれに近い形状の
   開口を備え、前記第２反射鏡により前記偏光ビームスプ
   リッタの前記矩形の入射開口以外に向う光束の少なくと
   も一部を直接または前記第１反射鏡を介して前記光源ま
   たは前記光源近傍に向わせるようにし、前記光源からの
   光を第１反射鏡または第１および第２反射鏡により反射
   して該矩形あるいはそれに近い形状の開口を介して前記
   偏光ビームスプリッタの前記矩形の入射開口に照射する
   ことを特徴とする偏光照明装置。
10. 【請求項１０】矩形の表示領域を有する液晶ライトバル
    ブと、 該液晶ライトバルブを光で照明する照明系と、 該照明系で照明された前記液晶ライトバルブからの光束
    を所定の平面へ向け、該所定の平面に画像を表示する投
    影系とを有する投写型表示装置において、 前記照明系が、第１反射鏡と、光源と、偏光ビームスプ
    リッタと、前記第１反射鏡に対向配置せしめた第２反射
    鏡とを有し、 該第２反射鏡が中央部に矩形あるいはそれに近い形状の
    開口を備え、前記第２反射鏡により前記偏光ビームスプ
    リッタの前記矩形の入射開口以外に向う光束の少なくと
    も一部を直接または前記第１反射鏡を介して前記光源ま
    たは前記光源近傍に向わせるようにし、前記光源からの
    光を第１反射鏡または第１および第２反射鏡により反射
    して該矩形あるいはそれに近い形状の開口を介して前記
    偏光ビームスプリッタの前記矩形の入射開口に照射する
    ことを特徴とする偏光照明装置。