JP3298579B2 - 偏光照明装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、入射された光を
所定の偏光光束に変換して出射する偏光照明装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】投写型表示装置の照明光学系には、光の
利用効率を高めて明るい表示を得るために、ランダムな
偏光方向を有する光を、一方向の偏光方向を有する光に
変換して使用する方法が用いられている。このような、
ランダムな偏光方向を有する光を、一方向の偏光方向を
有する光に変換する光学素子（偏光変換素子）として
は、特開平７−２９４９０６号公報に記載されたものが
知られている。図１４は、このような光学素子の平面図
である。この光学素子は、偏光分離膜３６を有する線状
の偏光ビームスプリッタ３０と、反射膜４６を有する線
状のプリズム４０とを交互に貼り合わせた偏光ビームス
プリッタアレイ２０を備えている。また、偏光ビームス
プリッタアレイ２０の光の入射面には複数の集光レンズ
で構成されるレンズアレイ１０を備え、光の出射面の一
部には、λ／２位相差板２４が選択的に設けられてい
る。

【０００３】図１４（Ａ）に示すように、レンズアレイ
１０に入射された光束は、レンズアレイ１０によって集
光されて、複数の分割光束（中間光束）に変換され、レ
ンズアレイ１０に対応して配置される偏光ビームスプリ
ッタ３０に、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを含む入射光と
して入射される。この入射光は、まず、偏光分離膜３６
によってｓ偏光光とｐ偏光光とに分離される。ｓ偏光光
は、光入射面に対して４５度をなす偏光分離膜３６によ
ってほぼ垂直に反射され、光入射面に対して４５度をな
す反射膜４６によってさらに垂直に反射されて、プリズ
ム４０から出射される。一方、ｐ偏光光は、偏光分離膜
３６をそのまま透過し、λ／２位相差板２４によってｓ
偏光光に変換されて出射される。従って、この光学素子
は、入射したランダムな偏光方向を有する光束を、すべ
てｓ偏光光束に変換して出射する素子である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】レンズアレイ１０に入
射された光束は、レンズアレイ１０を構成する各集光レ
ンズによって集光されて、各集光レンズに対応する偏光
ビームスプリッタに、すべての光束が入射することが理
想的である。しかしながら、現実のレンズアレイ１０に
入射された光束には、図１４（Ｂ）に示すように、完全
に集光されずにプリズム４０に入射する光束が存在す
る。このような、プリズム４０に入射した光束は、反射
膜４６で全反射して隣に配置された偏光ビームスプリッ
タ３０に入射する。そして、偏光ビームスプリッタ３０
に入射した光束は、偏光分離膜３６によってｓ偏光光と
ｐ偏光光とに分離される。分離されたｓ偏光光は、偏光
分離膜３６で反射し、λ／２位相差板２４によってｐ偏
光光に変換されて出射する。また、ｐ偏光光は、偏光分
離膜３６を透過して透過方向に配置されたプリズム４０
の反射膜４６で反射して出射する。従って、この光学素
子に入射した光束は、ｓ偏光光の単一光束ではなく、ｐ
偏光光束も含んだ光束に変換されて出射することにな
る。ここで、偏光変換素子の入射領域は、有効入射領域
ＥＡと無効入射領域ＵＡとに分けられる。有効入射領域
ＥＡは、入射された光束が所望の偏光光に変換されて出
射される偏光変換素子の入射領域をいう。また、無効入
射領域ＵＡは、入射された光束が所望ではない偏光光に
変換されて出射される偏光変換素子の入射領域をいう。
したがって、本従来例では、複数の偏光ビームスプリッ
タ３０の入射面が有効入射領域ＥＡであり、複数のプリ
ズム４０の入射面が無効入射領域ＵＡとなる。

【０００５】一種類の偏光光のみを利用することが望ま
れている場合には、このような無効入射領域ＵＡに入射
される光を偏光板等でカットしなければならない。すな
わち、このような場合に、上述のｐ偏光光の出射光は利
用されないため、光の利用効率が低下してしまうという
課題があった。

【０００６】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、偏光照明装置の
光の利用効率を向上させる技術を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題を解決するため、第１の発明は、光源と、前記
光源から出射された光束を複数の分割光束に分割するた
めの複数のレンズが配置されたレンズアレイと、偏光方
向がランダムな偏光光を１種類の偏光光に変換する２つ
の偏光変換素子アレイと、を有する偏光照明装置であっ
て、前記偏光変換素子アレイのそれぞれは、偏光方向が
ランダムな偏光光を２種類の直線偏光光に分離する偏光
分離面と、前記偏光分離面により反射された直線偏光光
を反射する反射面とを備え、前記偏光分離面と前記反射
面とは透光性部材を介して交互に複数配列され、前記２
つの偏光変換素子アレイは、互いの前記偏光分離面が向
かい合うように配置されており、前記２つの偏光変換素
子アレイの最も中心側の偏光分離面どうしが所定の間隔
を隔てて配置されており、前記複数のレンズのうち、前
記第１の偏光分離面に最も近い位置に配置されているレ
ンズから出射される分割光束は、少なくとも前記第１の
偏光分離面に入射し、前記第１の偏光分離面に最も近い
位置に配置されている前記レンズから出射される分割光
束のうち、前記所定の間隔に入射する一部の光束は、前
記所定の間隔を通過して出射されることを特徴とする。

【０００８】偏光変換素子アレイの光の入射面は、入射
光が偏光分離膜面に直接入射する第１の領域と、反射面
に直接入射する第２の領域とに分けられる。このうち第
１の入射領域に入射した光は、所定の１種類の偏光光
（有効な偏光光）に変換されるが、第２の入射領域に入
射した光は、それとは異なった無効な偏光光に変換され
る。上記第１の発明の構成によれば、レンズアレイから
出射した光束のうち、偏光変換素子アレイに入射せずに
所定の間隔を通過する光は、第２の領域に入射されるこ
とはないので、無効な偏光光に変換されずにランダムな
偏光光のままで偏光照明装置から出射する。したがっ
て、このような所定の間隔を通過するランダムな偏光光
に含まれる有効な偏光光も利用することができるため、
偏光照明装置の光の利用効率を高めることができる。

【０００９】ここで、前記２つの偏光変換素子アレイの
それぞれの両端部のうち、前記所定の間隔側に、前記偏
光分離面、前記反射面のいずれも存在しないダミー領域
を、透光性部材により形成することが好ましい。

【００１０】このようにすれば、偏光変換素子アレイを
通過する光束と、所定の間隔を通過する光束の光路長を
近付けることができる。また、２つの偏光変換素子アレ
イのそれぞれの両端部のうち、所定の間隔側の端面で反
射した光束は、反射の方向によっては有効に照射面を照
射できず、光を有効に利用できないこともある。上記の
ように構成にすれば、この問題を緩和することができ
る。

【００１１】なお、上記各構成において、前記ダミー領
域の前記所定の間隔側の角部が取り除かれていることが
好ましい。

【００１２】こうすれば、レンズアレイに２つの偏光変
換素子アレイを接着剤で貼りつけた場合に、所定の間隔
に接着剤がはみ出すのを少なくすることができる。

【００１３】上記各構成において、前記２つの偏光変換
素子アレイのそれぞれの両端部のうち、前記所定の間隔
側ではない側に、前記偏光分離面、前記反射面のいずれ
も存在しない領域を、透光性部材により形成してもよ
い。

【００１４】第１の発明の偏光照明装置の中心は、一般
には、配置された２つの変換素子アレイの中間、すなわ
ち所定の間隔内に設定され、光源の光軸上にその中心を
一致させて用いられる。一方、光源の出射光は、一般に
は、光源の光軸から離れるほど弱くなる傾向にあり、２
つの偏光変換素子アレイの所定の間隔側ではない側の端
部に入射される光を所定の１種類の偏光光に変換して
も、光の利用効率上ほとんど効果がない。したがって、
上記のような構成にすれば、偏光分離面や反射面を減ら
すことができるので、安価な偏光照明装置を実現でき
る。

【００１５】第２の発明は、光源と、前記光源から出射
された光束を複数の分割光束に分割するための複数のレ
ンズが配置されたレンズアレイと、偏光方向がランダム
な偏光光を１種類の偏光光に変換する２つの偏光変換素
子アレイと、を有する偏光照明装置であって、前記偏光
変換素子アレイのそれぞれは、偏光方向がランダムな偏
光光を２種類の直線偏光光に分離する偏光分離面と、前
記偏光分離面により反射された直線偏光光を反射する反
射面とを備え、前記偏光分離面と前記反射面とは透光性
部材を介して交互に複数配列され、前記２つの偏光変換
素子アレイは、互いの前記偏光分離面が向かい合うよう
に配置されており、前記偏光変換素子アレイのそれぞれ
の偏光分離面は、前記レンズアレイから出射される光の
分布に合わせて一定の間隔で配列されていることを特徴
とする。

【００１６】第２の発明の偏光照明装置も、第１の発明
の偏光照明装置と同様の作用・効果を得ることができ
る。また、レンズアレイから出射される光を有効に利用
することができるため、照明装置の光の利用効率をさら
に向上させることができる。

【００１７】ここで、前記２つの偏光変換素子アレイの
最も中心側に配列された２つの第１の偏光分離面の中心
は、前記複数のレンズのうち、それぞれの前記第１の偏
光分離面と最も近い位置に配置されているレンズの中心
軸よりも前記所定の間隔側に配置されていることが好ま
しい。

【００１８】光源の出射光は、光源の光軸付近の光量が
多い。また、光源光軸付近から出射される光の光量分布
は、２つの偏光変換素子アレイの最も中心側の偏光分離
面と最も近い位置に配置されているレンズの中心軸より
も光源光軸側に偏っている。したがって、上記のような
構成によれば、この光源光軸付近の光を有効に利用する
ことができるため、照明装置の光の利用効率をさらに向
上させることができる。

【００１９】また、上記各構成において、前記偏光変換
素子アレイの光入射面に沿った前記偏光分離面と前記反
射面との配列ピッチが、前記偏光分離面及び前記反射面
の配列方向に沿った前記レンズアレイの配列ピッチの１
／２よりも大きいことが好ましい。

【００２０】上記構成によれば、レンズアレイから出射
した光束がより効率よく入射するように偏光変換素子ア
レイを構成できるため、照明装置の光の利用効率をさら
に高めることができる。

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づき説明する。

【００２４】Ａ．偏光照明装置： 図１は、本発明の実施例を適用する偏光照明装置５０の
要部を平面的にみた概略構成図である。この偏光照明装
置５０は、光源部６０と、偏光発生装置７０とを備えて
いる。光源部６０は、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを含む
ランダムな偏光方向の光束を出射する。光源部６０から
出射された光束は、偏光発生装置７０によって偏光方向
がほぼ揃った一種類の直線偏光光（例えば、ｓ偏光光）
に変換されて、照明領域８０を照明する。

【００２５】光源部６０は、光源ランプ１０１と、放物
面リフレクター１０２とを備えている。光源ランプ１０
１から放射された光は、放物面リフレクター１０２によ
って一方向に反射され、略平行な光束となって偏光発生
装置７０に入射する。

【００２６】偏光発生装置７０は、第１の光学要素２０
０と、第２の光学要素４００とを備えている。図２は、
第１の光学要素２００の斜視図である。第１の光学要素
２００は、矩形状の輪郭を有する微小な光束分割レンズ
２０１が、縦方向にＭ行、横方向に２Ｎ列のマトリクス
状に配列された構成を有している。従って、レンズ横方
向中心ＣＬからは、左方向にＮ列、右方向にＮ列存在す
る。この例では、Ｍ＝１０，Ｎ＝４である。第１の光学
要素２００は、光軸が第１の光学要素２００の中心に一
致するように配置されている。各光束分割レンズ２０１
をＺ方向から見た外形形状は、照明領域８０の形状と相
似形をなすように設定されている。本実施例では、ｘ方
向に長い横長の照明領域８０を想定しているため、光束
分割レンズ２０１のＸＹ平面上における外形形状も横長
である。

【００２７】図１の第２の光学要素４００は、光学素子
３００と出射側レンズ３９０とを備えている。そして、
光学素子３００および出射側レンズ３９０は、その中心
が光軸と一致するように配置されている。

【００２８】光学素子３００は、集光レンズアレイ３１
０と２つの偏光変換素子アレイ３２０ａ，３２０ｂとを
備えている。集光レンズアレイ３１０は、第１の光学要
素２００と同じ構成のレンズアレイで、相対する向きに
配置される。集光レンズアレイ３１０は、第１の光学要
素２００とともに、各光束分割レンズ２０１で分割され
た複数の分割光束を集光する役割を有する。偏光変換素
子アレイ３２０ａ，３２０ｂは、入射された光束を１種
類の直線偏光光（例えば、ｓ偏光光やｐ偏光光）に変換
して出射する役割を有する。図３は、偏光変換素子アレ
イ３２０ｂ（３２０ａ）の基本動作を示す説明図であ
る。偏光変換素子の入射面に、ｓ偏光成分とｐ偏光成分
とを含むランダムな偏光方向を有する入射光が入射す
る。この入射光は、まず、偏光分離膜３３１によってｓ
偏光光とｐ偏光光に分離される。ｓ偏光光は、偏光分離
膜３３１によってほぼ垂直に反射され、反射膜３３２に
よってさらに垂直に反射されてから出射される。一方、
ｐ偏光光は、偏光分離膜３３１をそのまま透過する。偏
光分離膜を透過したｐ偏光光の出射面には、λ／２位相
差板３８１が配置されており、このｐ偏光光がｓ偏光光
に変換されて出射する。従って、偏光変換素子を通過し
た光は、そのほとんどがｓ偏光光となって出射される。
また、偏光変換素子から出射される光をｐ偏光光とした
い場合には、λ／２位相差板３８１を、反射膜３３２に
よって反射されたｓ偏光光が出射する出射面に配置する
ようにすればよい。なお、本発明は、光学素子３００に
特徴を有するものであり、詳細については後述する。

【００２９】図１の出射側レンズ３９０は、光学素子３
００から出射される複数の分割光束（偏光変換素子アレ
イ３２０ａ，３２０ｂによって変換された直線偏光光の
分割光束）がすべて照明領域８０を照射するように重畳
する役割を有する。

【００３０】光源部６０から出射されて第１の光学要素
２００に入射した光束は、それぞれの光束分割レンズ２
０１によって中間光束２０２に分割される。中間光束２
０２は、光束分割レンズ２０１と集光レンズ３１１の集
光作用によって、光軸と垂直な平面内（図１ではＸＹ平
面）で収束する。中間光束２０２が収束する位置には、
光束分割レンズ２０１の数と同数の光源像が形成され
る。なお、光源像が形成される位置は、偏光変換素子ア
レイ３２０ａ，３２０ｂ内の偏光分離膜３３１（図３参
照）の近傍である。

【００３１】光学素子３００に入射された光束のうち、
集光レンズアレイ３１０で集光されて偏光分離膜３３１
を照射した光束は、１種類の直線偏光光に変換されて出
射される。光学素子３００から出射された光束は、出射
側レンズ３９０によって照明領域８０を照明する。照明
領域８０は、多数の光束分割レンズ２０１で分割された
多数の光束で照明されるので、照明領域８０の全体をむ
らなく照明することができる。

【００３２】Ｂ．光学素子の第１実施例： 図４は第１実施例である光学素子３００の光の入射面を
示す正面図、図５は出射面を示す背面図、図６は図５の
Ａ−Ａ’断面図、図７は側面図を示している。

【００３３】この光学素子３００は、集光レンズアレイ
３１０の平坦な光出射面に、２つの偏光変換素子アレイ
３２０ａ，３２０ｂが光学接着剤で貼り合わされたもの
である。２つの偏光変換素子アレイ３２０ａ，３２０ｂ
は、集光レンズアレイ３１０の横方向中心ＣＬを基準
に、所定の間隔Ｃｐを挟んで左右に反対向きに配置され
ている。この所定の間隔Ｃｐについては後述する。集光
レンズアレイ３１０は、第１の光学要素２００（図２）
と同様に略矩形状の輪郭を有する集光レンズ３１１が、
たて方向にＭ行、よこ方向には２Ｎ列のマトリクス状に
配列された構成を有している。従って、レンズ横方向の
中心ＣＬからは、左方向にＮ列，右方向にＮ列存在す
る。この例では、Ｍ＝１０，Ｎ＝４である。

【００３４】図８は、偏光変換素子アレイ３２０ａ，３
２０ｂの構成を示す斜視図である。この偏光変換素子ア
レイ３２０ａ，３２０ｂは、偏光ビームスプリッタアレ
イ３４０と、偏光ビームスプリッタアレイ３４０の光出
射面の一部に選択的に配置されたλ／２位相差板３８１
（図中斜線で示す）とを備えている。偏光ビームスプリ
ッタアレイ３４０は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状
の複数の透光性部材３２３が、順次貼り合わされた形状
を有している。透光性部材３２３の界面には、偏光分離
膜３３１と反射膜３３２とが交互に形成されている。λ
／２位相差板３８１は、偏光分離膜３３１あるいは反射
膜３３２の光の出射面のｘ方向の写像部分に、選択的に
配置される。この例では、偏光分離膜３３１の光の出射
面のｘ方向の写像部分にλ／２位相差板３８１を選択配
置している。

【００３５】先に図３を用いて説明したように、偏光分
離膜３３１に入射された入射光は、偏光分離膜３３１を
透過し、λ／２位相差板３８１により所定の直線偏光光
に変換されて出射する直線偏光光と、偏光分離膜３３１
で反射し、反射膜３３２で反射して出射する所定の直線
偏光光とに分離される。従って、隣り合う１つの偏光分
離膜３３１および１つの反射膜３３２を含み、さらに１
つのλ／２位相差板３８１で構成される１つのブロック
を、１つの偏光変換素子３５０とみなすことができる。
偏光変換素子アレイ３２０ａ，３２０ｂは、このような
偏光変換素子３５０が、ｘ方向に複数列配列されたもの
である。この実施例では、集光レンズアレイ３１０の片
側の列方向の数Ｎは４であるため、片側には原則として
４列の偏光変換素子３５０が構成されている。ただし、
４列めの偏光変換素子に相当する部分３６０は、偏光分
離膜３３１も反射膜３３２も有さず、透光性部材のみで
構成されている。以下、説明上、この部分３６０を透光
部と呼ぶこととする。また、この透光部３６０について
は後述する。

【００３６】図８において、一番左側の列の偏光変換素
子３５０の側面（端面）部分には、透光性部材で構成さ
れるダミー部３７０が設けられている。また、ダミー部
３７０の光の入射面（接着面）側の端部３７２は、角を
丸くしたり、角をとったりされている。これらの理由は
後で説明する。

【００３７】図９は、偏光ビームスプリッタアレイ３４
０の製造例を示す説明図である。この偏光ビームスプリ
ッタアレイ３４０は、偏光分離膜３３１と反射膜３３２
とが交互に配置されるように、例えば、偏光分離膜３３
１と反射膜３３２とが形成された板ガラス３２１と、何
も形成されていない板ガラス３２２とを接着剤３２５に
より交互に貼り合わせる。この際、貼り合わせの最初と
最後には、板ガラス３２２と異なる厚さの板ガラス３２
２ｂ（ダミー部３７０（図８））および３２２Ｃ（透光
部３６０（図８））を貼り合わせる。こうすれば、ダミ
ー部３７０および透光部３６０を形成することができ
る。こうして互いに接着された複数の透光性部材３２
１，３２２，３２２ｂ，３２２ｃを、その表面と所定の
角度θをなす切断面（図中、破線で示す）でほぼ平行に
切断することによって、透光性ブロックが切り出され
る。θの値は、約４５度とすることが好ましい。また、
両端の突出した部分を切断して略直方体形状とする。こ
うして切り出された透光性ブロックの表面（切断面）を
研磨することによって、偏光ビームスプリッタアレイ３
４０（図８）を得ることができる。なお、この明細書に
おいては、透光性板材（透光性部材）を「基板」とも呼
び、また、複数の透光性板材を貼り合わせたブロック
や、これから切り出されたブロックを「基板ブロック」
とも呼ぶ。

【００３８】図１０は、図５に示すＡ−Ａ’断面の一部
拡大図である。偏光変換素子アレイ３２０ａ，３２０ｂ
はレンズ中心に対して反対向きに対称な位置に配置され
ているだけで、その機能は全く同じであるため、以下で
は偏光変換素子アレイ３２０ａについて説明する。偏光
変換素子アレイ３２０ａの光の入射面は、偏光分離膜３
３１へ入射して有効な偏光光に変換される光が入射する
有効入射領域ＥＡ（偏光分離膜３３１に対応する光の入
射面）と、反射膜３３２に入射して、無効な偏光光に変
換される光が入射する無効入射領域ＵＡ（反射膜３３２
に対応する光の入射面）とが、交互に配置されている。
この有効入射領域ＥＡおよび無効入射領域ＵＡのｘ方向
の大きさＷp は、集光レンズ３１１のｘ方向の大きさＷ
L の１／２に等しくしている。また、集光レンズ３１１
の中心３１１ｃは、有効入射領域ＥＡのｘ方向の中心と
等しくなるように配置されている。ここでは、偏光変換
素子で変換されて利用される有効な偏光光をｓ偏光光と
する。

【００３９】集光レンズアレイ３１０で集光された光
（ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを含むランダムな偏光方向
を有する光）は、偏光変換素子アレイ３２０ａに入射す
る。このような入射光のうち有効入射領域ＥＡに入射す
る光束Ｌ１は、先に図３を用いて説明したように、偏光
分離膜３３１でｓ偏光光とｐ偏光光に分離される。ｓ偏
光光は、偏光分離膜３３１で反射し、さらに反射膜３３
２で反射して出射する。ｐ偏光光は、偏光分離膜３３１
を透過し、さらにλ／２位相差板３８１でｓ偏光光に変
換されて出射する。従って、偏光変換素子アレイ３２０
ａの有効入射領域ＥＡに入射した光は、ほぼすべてｓ偏
光光に変換されて出射する。

【００４０】なお、λ／２位相差板３８１を、反射膜３
３２の出射面側に選択的に設けるようにすれば、偏光変
換素子からほとんどｐ偏光光のみを選択的に出射するこ
とができる。

【００４１】無効入射領域ＵＡに入射する光は、従来の
技術で説明したように不要な偏光光（本実施例ではｐ偏
光光）に変換される。通常は、無効入射領域ＵＡ上に遮
光板等を設けて光を遮断するなどしているため、光の利
用効率が低下することとなる。特に、図１に示した偏光
照明装置５０のような構成においては、光源光軸付近の
光量が最も大きくなるため、光軸付近の無効入射領域Ｕ
Ａが存在する場合には、光の利用効率の低下が顕著であ
る。本発明は、上述の問題を解決したものであり、次に
その詳細を説明する。

【００４２】本実施例では、偏光変換素子アレイ３２０
ａの光軸に最も近い偏光変換素子３５０ａ（図１０参
照）と、偏光変換素子アレイ３２０ｂ（図１０）の光軸
に最も近い偏光変換素子３５０ｂとが、間隔Ｃｐを挟ん
で左右に反対向きに配置される構成としている。この間
隔Ｃｐには、２つの偏光変換素子アレイ３２０ａ，３２
０ｂのダミー部３７０と、これらの間の隙間Ｇｐとが存
在する。これにより、光軸付近で集光レンズアレイ３１
０に入射した光束のうち、集光レンズアレイ３１０で集
光しきれないために偏光分離膜３３１を照射できない光
束Ｌ２は、偏光分離膜３３１も反射膜３３２もない間隔
Ｃｐを通過し、そのまま出射することになる。この間隔
Ｃｐの通過光は、有効な偏光光であるｓ偏光光と無効な
偏光光であるｐ偏光光とを含む光束である。そして、こ
の間隔Ｃｐを通過する出射光のうち、必要な偏光光（本
実施例ではｓ偏光光）のみを、例えば、この間隔Ｃｐの
出射面側に偏光板を設けることにより、有効な光束とし
て利用することが可能である。また、偏光照明装置５０
（図１）を、後述する投写型表示装置に適用した場合に
は、照明領域８０である液晶ライトバルブの入射面に、
通常、偏光板が設けられている。従って、このような場
合には、別途偏光板を設ける必要がない。

【００４３】偏光変換素子アレイ３２０ａの最外側であ
る透光部３６０は、集光レンズアレイ３１０の最外側の
レンズからの光が通過する部分である。この実施例を使
用して構成される偏光照明装置５０の光源は、通常、集
光レンズアレイ３１０の光の入射面の中心で光の入射面
に垂直な中心線上に配置されるため（図４参照）、レン
ズアレイ３１０の外側、すなわち、この透光部３６０に
入射される光は最も光量が小さい。このような状態にお
いて、この集光レンズアレイ３１０の最外側からの入射
光を偏光変換素子によって変換された偏光光として利用
する場合と、変換しないでそのまま利用する場合とで
は、第１の光学要素３００（図１）全体で有効に利用で
きる光量にほとんど差がないことが多い。そこで、偏光
変換素子アレイ３２０ａにおける集光レンズアレイ３１
０の最外側に対応するこの透光部３６０は、偏光変換素
子３５０（図８参照）の構成とせずに透光性部材のみの
構成とし、λ／２位相差板３８１も削除している。これ
により、集光レンズアレイ３１０の最外側のレンズを通
過する光束Ｌ３は、この透光部３６０を通過し、そのま
ま出射することになる。そして、この透光部３６０から
出射する出射光は、上記の間隔Ｃｐを通過して出射する
出射光と同様に、有効な偏光光であるｓ偏光光と無効な
偏光光であるｐ偏光光とを含む光束である。そして、こ
の透光部３６０を通過する出射光のうち、必要な偏光光
（本実施例ではｓ偏光光）のみを、例えば、この透光部
３６０の出射面側に偏光板を設けるにより、有効な光束
として利用することが可能である。

【００４４】図１１は、図８に示したダミー部３７０お
よびダミー部３７０の光の入射面側の端部３７２を拡大
して示す説明図である。図１１（Ａ）に示すように、ダ
ミー部３７０を有しない偏光変換素子アレイ３２０ａと
３２０ｂとが、集光レンズアレイ３１０の光の出射面の
レンズ横方向中心ＣＬに対して所定の間隔Ｃｐを設けて
配置されているとする。このとき、間隔Ｃｐを通過する
光束と、偏光変換素子アレイ３２０ａ，３２０ｂを通過
する光束では、光路長が異なることになるが、可能であ
れば、できる限り光路長を等しくすることが望ましい。
また、偏光変換素子アレイ３２０ａ，３２０ｂの端面３
７１で反射した光束Ｌex1 は、反射の方向によっては有
効に利用できないこともある。また、集光レンズアレイ
３１０と、偏光変換素子アレイ３２０ａおよび３２０ｂ
とは、例えば、図１１（Ａ）に示すように、接着剤３７
５によって接着される。このとき、所定の間隔Ｃｐに
は、接着剤のはみ出し部３７６が発生する。このような
接着剤のはみ出し部３７６を通過する光束Ｌex2 は、接
着剤表面の不均一性によって乱反射することになり、有
効に利用できないことになる。

【００４５】そこで、図１１（Ｂ）に示すように、所定
の間隔Ｃｐに偏光変換素子アレイ３２０ａ，３２０ｂを
構成する透光性部材３２３と同じ部材でダミー部３７０
を設けることとした。こうすれば、上記光路長の問題
や、偏光変換素子アレイ３２０ａ，３２０ｂの端面３７
１での反射光Ｌex1 の問題を緩和することができる。ま
た、図１１（Ｂ）に示すように、ダミー部３７０を設け
るとともに、ダミー部３７０の光の入射面（接着面）側
の端部３７２の角を丸くしたり、角をとったりすること
により、接着剤のはみ出しを少なくすることとした。な
お、中心部の隙間Ｇｐはなくてもよい。しかし、偏光変
換素子アレイ３２０ａと３２０ｂとを集光レンズアレイ
３１０の出射面に接着する場合の接着位置の位置合わせ
精度を考慮すると、偏光変換素子アレイ３２０ａおよび
３２０ｂを集光レンズアレイ３１０の出射面に接着した
際に、中心部に若干の隙間Ｇｐができる程度でダミー部
３７０を設けることが好ましい。

【００４６】Ｃ．光学素子の第２実施例： 図１２は、第２実施例の光学素子３００’について示す
説明図である。

【００４７】図１２の中段には、偏光照明装置５０（図
１）のような構成において、レンズアレイ３１０の各レ
ンズＬａ〜Ｌｄで集光され偏光変換素子アレイ３２０
ａ’の入射面を照射する光の光量分布が示されている。
一般に、光軸に最も近いレンズＬａで集光される光の光
強度Ｉａが最も強くなり、光軸から遠いレンズで集光さ
れる光ほど弱くなり、図１２では、４番目のレンズＬｄ
で集光される光の光強度Ｉｄが最も弱くなる。また、各
レンズＬａ〜Ｌｄで集光された光の光量分布は、あるレ
ンズ位置（図１２では３番目のレンズＬｃの位置）を境
に、光軸に近いほどレンズ中心に対して光軸寄りの分布
になり、光軸から遠いほど光軸の反対寄りの分布にな
る。図１２では、レンズＬｃで集光された光の光量分布
Ｐｃがほぼレンズ中心に分布し、レンズＬｂ、Ｌａと光
軸に近いほどその光量分布Ｐｂ、Ｐａと次第に光軸寄り
の分布になっている。また、レンズＬｄで集光された光
の光量分布Ｐｄが光軸の反対寄りになっている。

【００４８】このような場合に、偏光変換素子アレイの
有効入射領域の中心を一律にレンズ中心と一致させる
と、上記のような光量分布のずれに起因する光の損失が
発生する。特に、光源光軸付近において、レンズアレイ
から出射される光の分布と有効入射領域とのずれは、大
きな光の損失となる。したがって、レンズアレイ３１０
から出射される光の分布に合わせて、すなわち、レンズ
アレイ３１０から出射される光の分布のピーク間隔に合
わせて偏光変換素子アレイ３２０ａ’の各有効入射領域
の中心を配列するようにすることが好ましい。また、レ
ンズアレイ３１０で集光される光をより有効に利用する
ためには、光軸に近いレンズで集光される光ほどより有
効に利用できるようにすることが好ましい。特に、光源
光軸付近の光量が大きく、また、光源光軸付近のレンズ
Ｌａから出射される光の分布Ｐａがレンズの中心光軸よ
りも光源光軸側に偏っている場合には、偏光変換素子ア
レイ３２０ａ’の最も光源光軸側に近い有効入射領域Ｅ
Ａ１の中心を光の分布Ｐａのピーク位置にほぼ合わせる
ようにすることが好ましい。

【００４９】第２実施例は、上記のような、集光レンズ
アレイのレンズ位置に対する依存性を有する、光強度や
光量分布に対応したものである。第２実施例の光学素子
３００’は、基本的には第１実施例と同じ構成である
が、有効入射領域ＥＡ（図中ＥＡ１〜ＥＡ４）および無
効入射領域ＵＡ（図中ＵＡ１〜ＵＡ４）のｘ方向の幅Ｗ
ｐ’が、レンズアレイ３１０の各レンズＬａ〜Ｌｄのｘ
方向の幅ＷL の１／２よりも大きい偏光変換素子アレイ
３２０ａ’，３２０ｂ’を用いている点が異なってい
る。図１２は、このうち偏光変換素子アレイ３２０ａ’
側のみを示している。偏光変換素子アレイ３２０ｂ’側
は光軸を基準として偏光変換素子アレイ３２０ａ側と対
称であるだけなので、省略した。

【００５０】例えば、３列目のレンズＬｃの中心と、そ
れに対応する有効入射領域ＥＡ３の中心とを等しくする
ように、偏光変換素子アレイ３２０ａ’を配置する。通
常、無効入射領域の幅ＵＡ（図ではＵＡ１からＵＡ４）
は、有効入射領域ＥＡの幅Ｗp'と等しいので、左側の２
つの有効入射領域ＥＡ２，ＥＡ１は各レンズＬｂ，Ｌａ
の中心に対してしだいに光軸寄りとなる。また、一番右
側の有効入射領域ＥＡ４はレンズＬｄの中心に対して光
軸の反対寄りとなる。この結果、各有効入射領域ＥＡ１
〜ＥＡ４が、レンズアレイ３１０から出射される光の光
量分布の位置とほぼ一致する。特に、光軸に近い所定の
数のレンズ、例えば、２〜３個のレンズは、光強度が強
いので、これらのレンズで集光される光の光量分布と、
それに対応する有効入射領域がほぼ一致することが好ま
しい。このような構成にすることで、第２実施例は、よ
り光の利用効率を高めることができる。なお、有効入射
領域の幅をレンズの幅の１／２に対してどの程度大きく
するか、および、どのレンズに対する有効入射領域を基
準に配置するかは、レンズアレイの数や、各レンズに対
応する光量分布の関係から実験的に容易に求められる。
また、有効入射領域や無効入射領域の幅は、レンズの幅
の１／２より大きくすることに限定する必要はなく、偏
光変換素子アレイの光の入射面を照射する実際の光量分
布によって決定される。

【００５１】Ｄ．投写型表示装置： 図１３は、図１に示す偏光照明装置５０を備えた投写型
表示装置８００の要部を示す概略構成図である。この投
写型表示装置８００は、偏光照明装置５０と、ダイクロ
イックミラー８０１，８０４と、反射ミラー８０２，８
０７，８０９と、リレーレンズ８０６，８０８，８１０
と、３枚の液晶ライトバルブ８０３，８０５，８１１
と、クロスダイクロイックプリズム８１３と、投写レン
ズ８１４とを備えている。

【００５２】ダイクロイックミラー８０１，８０４は、
白色光束を赤、青、緑の３色の色光に分離する色光分離
手段としての機能を有する。３枚の液晶ライトバルブ８
０３，８０５，８１１は、与えられた画像情報（画像信
号）に従って、３色の色光をそれぞれ変調して画像を形
成する光変調手段としての機能を有する。クロスダイク
ロイックプリズム８１３は、３色の色光を合成してカラ
ー画像を形成する色光合成手段としての機能を有する。
投写レンズ８１４は、合成されたカラー画像を表す光を
スクリーン８１５上に投写する投写光学系としての機能
を有する。

【００５３】青光緑光反射ダイクロイックミラー８０１
は、偏光照明装置５０から出射された白色光束の赤色光
成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分と
を反射する。透過した赤色光は、反射ミラー８０２で反
射されて、赤光用液晶ライトバルブ８０３に達する。一
方、第１のダイクロイックミラー８０１で反射された青
色光と緑色光のうちで、緑色光は緑光反射ダイクロイッ
クミラー８０４によって反射され、緑光用液晶ライトバ
ルブ８０５に達する。一方、青色光は、第２のダイクロ
イックミラー８０４も透過する。

【００５４】この実施例では、青色光の光路長が３つの
色光のうちで最も長くなる。そこで、青色光に対して
は、ダイクロイックミラー８０４の後に、入射レンズ８
０６と、リレーレンズ８０８と、出射レンズ８１０とを
含むリレーレンズ系で構成された導光手段８５０が設け
られている。すなわち、青色光は、緑光反射ダイクロイ
ックミラー８０４を透過した後に、まず、入射レンズ８
０６及び反射ミラー８０７を経て、リレーレンズ８０８
に導かれる。さらに、反射ミラー８０９によって反射さ
れて出射レンズ８１０に導かれ、青光用液晶ライトバル
ブ８１１に達する。なお、３枚の液晶ライトバルブ８０
３，８０５，８１１は、図７における照明領域８０に相
当する。

【００５５】３つの液晶ライトバルブ８０３、８０５、
８１１は、図示しない外部の制御回路から与えられた画
像信号（画像情報）に従って、それぞれの色光を変調
し、それぞれの色成分の画像情報を含む色光を生成す
る。変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプ
リズム８１３に入射する。クロスダイクロイックプリズ
ム８１３には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を
反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。こ
れらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、
カラー映像を表す光が形成される。合成された光は、投
写光学系である投写レンズ８１４によってスクリーン８
１５上に投写され、映像が拡大されて表示される。

【００５６】この投写型表示装置８００では、光変調手
段として、特定の偏光方向の光束（ｓ偏光光またはｐ偏
光光）を変調するタイプの液晶ライトバルブ８０３，８
０５，８１１が用いられている。これらの液晶ライトバ
ルブには、入射側と出射側にそれぞれ偏光板（図示せ
ず）が貼り付けられているのが普通である。従って、所
定の偏光方向、例えばｓ偏光光のみが変調されてクロス
ダイクロイックプリズム８１３に入射する。このとき、
光学素子３００に入射された光束のうち、集光レンズア
レイ３１０で集光されて偏光分離膜３３１を照射した光
束は、前述した図５にも示したように、すべてｓ偏光光
に変換されて出射される。光学素子３００から出射され
た光束は、出射側レンズ３９０によって液晶ライトバル
ブ８０３，８０５，８１１を照明する。

【００５７】また、光学素子３００に入射された光束の
うち、集光レンズアレイ３１０で集光しきれずに、反射
膜３３２を照射した光束は、従来の技術で説明したよう
にｐ偏光光に変換されて出射され、液晶ライトバルブ８
０３，８０５，８１１を照明する。しかし、上述したよ
うに、液晶ライトバルブ８０３，８０５，８１１の入射
面には、上述したように、ｓ偏光光のみを利用するべく
偏光板が設けられており、ｐ偏光光は遮断される。一
方、本発明の実施例による光学素子３００における間隔
Ｃｐ（図１０）を通過した光束は、偏光光に変換される
ことなく出射されて、液晶ライトバルブ８０３，８０
５，８１１を照明する。この照明光は、液晶ライトバル
ブ８０３，８０５，８１１で利用可能なｓ偏光光成分を
含む白色光であるため、液晶ライトバルブ８０３，８０
５，８１１に照射した光のうちのｓ偏光光成分のみを利
用することが可能である。従って、図１３に示す投写型
表示装置８００は、実施例による光学素子３００を用い
た偏光照明装置５０を使用しているので、従来よりも光
の利用効率が高いという利点を有している。

【００５８】以上のように、この実施例による光学素子
を用いることによって、投写型表示装置における光の利
用効率を従来に比べて高めることができる。従って、ス
クリーン８１５上に投写される映像をより明るくするこ
とができる。

【００５９】なお、この発明は上記の実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能であり、
例えば次のような変形も可能である。

【００６０】本発明による偏光照明装置は、図１３に示
す投写型表示装置に限らず、これ以外の種々の装置に適
用することが可能である。例えば、カラー画像でなく、
白黒画像を投写する投写型表示装置にも本発明による偏
光ビームスプリッタアレイを適用することができる。こ
の場合には、図１３の装置において、液晶ライトバルブ
が１枚で済み、また、光束を３色に分離する色光分離手
段と、３色の光束を合成する色光合成手段とを省略でき
る。さらに、ライトバルブを１つしか用いない投写型カ
ラー表示装置にも本発明を適用することができる。ま
た、反射型のライトバルブを用いる投写型表示装置やリ
ア型表示装置等の偏光照明光を利用する画像表示装置に
も適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を適用する偏光照明装置５０の
要部を平面的にみた概略構成図。

【図２】第１の光学要素２００の斜視図。

【図３】偏光変換素子アレイ３２０ｂ（３２０ａ）の基
本動作を示す説明図。

【図４】第１実施例である光学素子３００の光の入射面
を示す正面図。

【図５】第１実施例である光学素子３００の光の出射面
を示す背面図。

【図６】図５のＡ−Ａ’断面図。

【図７】第１実施例である光学素子３００の側面図。

【図８】偏光変換素子アレイ３２０ａ，３２０ｂの構成
を示す斜視図。

【図９】偏光ビームスプリッタアレイ３４０の製造例を
示す説明図。

【図１０】図５に示すＡ−Ａ’断面の一部拡大図。

【図１１】図８に示したダミー部３７０およびダミー部
３７０の光の入射面側の端部３７２を拡大して示す説明
図。

【図１２】第２実施例の光学素子３００’について示す
説明図。

【図１３】図１に示す偏光照明装置５０を備えた投写型
表示装置８００の要部を示す概略構成図。

【図１４】従来の光学素子の平面図。

【符号の説明】

１０…レンズアレイ ２０…偏光ビームスプリッタアレイ ３０…偏光ビームスプリッタ ３６…偏光分離膜 ４０…プリズム ４６…反射膜 ５０…偏光照明装置 ６０…光源部 ７０…偏光発生装置 ８０…照明領域 ９０…照明領域 １０１…光源ランプ １０２…放物面リフレクター ２００…第１の光学要素 ２０１…光束分割レンズ ２０２…中間光束 ３００…光学素子 ３１０…集光レンズアレイ ３１１…集光レンズ ３１１ｃ…中心 ３２０ａ，３２０ｂ…偏光変換素子アレイ ３２１，３２２，３２２ｂ，３２２ｃ…透光性部材 ３２３…透光性部材（板ガラス） ３２５…接着剤 ３３１…偏光分離膜 ３３２…反射膜 ３４０…偏光ビームスプリッタアレイ ３５０…偏光変換素子 ３５０ａ…偏光変換素子 ３５０ｂ…偏光変換素子 ３６０…透光部 ３７０…ダミー部 ３７１…端面 ３７２…端部 ３７５…接着剤 ３７６…接着剤のはみ出し部 ３８１…λ／２位相差板 ３９０…出射側レンズ ４００…第２の光学要素 ８００…投写型表示装置 ８０１，８０４…ダイクロイックミラー ８０２，８０７，８０９…反射ミラー ８０３，８０５，８１１…液晶ライトバルブ ８０６…入射レンズ ８０７…反射ミラー ８０８…リレーレンズ ８０９…反射ミラー ８１０…出射レンズ ８１３…クロスダイクロイックプリズム ８１４…投写レンズ ８１５…スクリーン ８５０…導光手段 ＣＬ…レンズ横方向中心 Ｃｐ…間隔 ＥＡ…有効入射領域 ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３，ＥＡ４…有効入射領域 Ｇｐ…隙間 Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄ…光強度 Ｌex1…光束 Ｌex2…光束 Ｌ１…光束 Ｌ２…光束 Ｌ３…光束 Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ…レンズ Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ…光量分布 ＵＡ…無効入射領域 ＵＡ１，ＵＡ２，ＵＡ３，ＵＡ４…無効入射領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ 9/31 9/31 Ｃ (56)参考文献 特開 平８−114765（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−304739（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/28 G02B 5/30 G02F 1/13 505 G03B 21/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、前記光源から出射された光束を
   複数の分割光束に分割するための複数のレンズが配置さ
   れたレンズアレイと、偏光方向がランダムな偏光光を１
   種類の偏光光に変換する２つの偏光変換素子アレイと、
   を有する偏光照明装置であって、 前記偏光変換素子アレイのそれぞれは、偏光方向がラン
   ダムな偏光光を２種類の直線偏光光に分離する偏光分離
   面と、前記偏光分離面により反射された直線偏光光を反
   射する反射面とを備え、前記偏光分離面と前記反射面と
   は透光性部材を介して交互に複数配列され、 前記２つの偏光変換素子アレイは互いの前記偏光分離面
   が向かい合うように配置されており、前記２つの偏光素
   子アレイの最も中心側の第１の偏光分離面どうしが所定
   の間隔を隔てて配置されており、 前記複数のレンズのうち、前記第１の偏光分離面に最も
   近い位置に配置されているレンズから出射される分割光
   束は、少なくとも前記第１の偏光分離面に入射し、 前記第１の偏光分離面に最も近い位置に配置されている
   前記レンズから出射される分割光束のうち、前記所定の
   間隔に入射する一部の光束は、前記所定の間隔を通過し
   て出射される ことを特徴とする偏光照明装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記２つの偏光変換素子アレイのそれぞれの両端部のう
   ち、前記所定の間隔側に、前記偏光分離面、前記反射面
   のいずれも存在しないダミー領域を、透光性部材により
   形成したことを特徴とする偏光照明装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記ダミー領域の前記所定の間隔側の角部が取り除かれ
   ていることを特徴とする偏光照明装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、 前記２つの偏光変換素子アレイのそれぞれの両端部のう
   ち、前記所定の間隔側ではない側に、前記偏光分離面、
   前記反射面のいずれも存在しない領域を、透光性部材に
   より形成したことを特徴とする偏光照明装置。
5. 【請求項５】 光源と、前記光源から出射された光束を
   複数の分割光束に分割するための複数のレンズが配置さ
   れたレンズアレイと、偏光方向がランダムな偏光光を１
   種類の偏光光に変換する２つの偏光変換素子アレイと、
   を有する偏光照明装置であって、 前記偏光変換素子アレイのそれぞれは、偏光方向がラン
   ダムな偏光光を２種類の直線偏光光に分離する偏光分離
   面と、前記偏光分離面により反射された直線偏光光を反
   射する反射面とを備え、前記偏光分離面と前記反射面と
   は透光性部材を介して交互に複数配列され、 前記２つの偏光変換素子アレイは、互いの前記偏光分離
   面が向かい合うように配置されており、 前記偏光変換素子アレイのそれぞれの偏光分離面は、 前
   記レンズアレイから出射される光の分布に合わせて一定
   の間隔で配列されていることを特徴とする偏光照明装
   置。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記２つの偏光変換素子アレイの最も中心側に配列され
   た２つの第１の偏光分離面の中心は、前記複数のレンズ
   のうち、それぞれの前記第１の 偏光分離面と最も近い位
   置に配置されているレンズの中心軸よりも前記所定の間
   隔側に配置されていることを特徴とする偏光照明装置。
7. 【請求項７】 請求項５または６において、 前記偏光変換素子アレイの光入射面に沿った前記偏光分
   離面と前記反射面との配列ピッチが、前記偏光分離面及
   び前記反射面の配列方向に沿った前記レンズアレイの配
   列ピッチの１／２よりも大きいことを特徴とする偏光照
   明装置。