JP3336794B2 - 偏光照明装置およびそれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、偏光方向を揃えた偏光
光を用いて特定の矩形領域などを均一に照明する偏光照
明装置、およびこの偏光照明装置から出射された偏光光
をライトバルブにより変調して映像をスクリーン上に拡
大表示する投写型表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】偏光光を変調するタイプの液晶ライトバ
ルブを用いた一般的な投写型表示装置においては、光の
利用効率の向上が解決すべき重要な課題の一つとして挙
げられる。上記課題を解決するために、例えば、特開平
６−２０２０９４号公報に開示されている様に、インテ
グレータ照明法に偏光変換法を組み合わせた新規な照明
光学系が提案されている。

【０００３】上記公報に開示されている照明光学系は、
図１５（Ａ）に示すように、従来のインテグレータ光学
系をベースとしており、このインテグレータ光学系９８
９には、第１のレンズ板９８１、および第２のレンズ板
９８３が設けられている。ここで、第１のレンズ板９８
１の近傍には、偏光分離手段９８２が配置され、第２の
レンズ板９８３には、λ／２位相差板９８４が形成され
ている。インテグレータ光学系９８９では、第１のレン
ズ板９８１として、図１５（Ｂ）に示す複数の微小な矩
形レンズ９８５を備えるものが用いられ、第２のレンズ
板９８３としては、矩形レンズ９８５と同数の微小なレ
ンズを備えるものが用いられている。かかる構成の照明
光学系では、まず、光源部９８６から出射された偏光方
向がランダムな偏光光（実際には、Ｐ偏光光とＳ偏光光
との混合光と考えられる。）は、液晶材料を主要な構成
要素とする偏光分離手段９８２に入射され、この偏光分
離手段９８２が有する偏光光毎の出射角度依存特性によ
って、出射角度がわずかに異なるＰ偏光光とＳ偏光光に
分離される。偏光分離手段９８２を出た２つの偏光光
は、インテグレータ光学系９８９の第１のレンズ板９８
１に入射され、その集光作用によって、Ｐ偏光光による
光源像とＳ偏光光による光源像とからなる一対の二次光
源像を第２のレンズ板９８３の中に形成する。一対の二
次光源像の数は、第１のレンズ板を構成する微小レンズ
の数に等しい。ここで、第２のレンズ板９８３の中に
は、二次光源像の各形成位置に合わせてλ／２位相差板
９８４が配置されているため、この位相差板９８４を一
方の偏光光（たとえば、Ｐ偏光光）が通過することによ
り、この偏光光は、偏光面の回転作用を受け、他方の偏
光光（たとえば、Ｓ偏光光）と偏光面が揃った状態で照
明領域９８８へと導かれる。それ故、この光学系では、
インテグレータ光学系９８９において形成される二次光
源像を、偏光光の種類により空間的に分離することで、
特定の偏光光の偏光面を変換することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の偏光照明装置で
は、偏光分離手段として液晶材料を用いた光学システム
が用いられ、この光学システムでは、光の利用効率が向
上するので、明るい投写映像を得ることができるという
点で優れているものの、液晶材料では、屈折率の温度依
存性が大きいため、著しい温度変化が生じるような投写
型表示装置の光源系に組み込むと、偏光分離角が不安定
であるという問題点がある。

【０００５】以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、
偏光分離角の温度依存性に優れた偏光分離手段を用いる
ことによって、著しい温度変化を伴う環境下において
も、すぐれた性能を安定して発揮できる照明装置を実現
することにある。

【０００６】また、本発明の課題は、かかる照明装置を
用いて、光の利用効率を向上して、明るい投写映像を形
成可能な投写型表示装置を実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の偏光照明装置は、光源部から偏光方向がラ
ンダムな偏光光を出射し、前記光源部から射出された偏
光光を、偏光分離膜を備えた偏光分離部によって、偏光
方向が互いに直交するＰ偏光光とＳ偏光光の２つの偏光
光に分離して出射し、前記偏光分離部から出射されたＰ
偏光光を、矩形状の外形を有する複数の微小集光ミラー
を備えた第１の集光ミラー板によって集光するととも
に、第１のλ／４位相差板によってその偏光方向を変換
して、Ｓ偏光光による複数の２次光源像を形成し、前記
偏光分離部から出射されたＳ偏光光を、矩形状の形状を
有する複数の微小集光ミラーを備えた第２の集光ミラー
板によって集光するとともに、第２のλ／４位相差板に
よってその偏光方向を変換して、前記第１の複数の２次
光源像が形成される位置とはわずかに異なる位置に、Ｐ
偏光光による複数の２次光源像を形成し、λ／２位相差
板によって、前記Ｓ偏光光による複数の２次光源像の偏
光方向と、前記Ｐ偏光光による複数の２次光源像の偏光
方向とを同一の偏光方向に揃えるとともに、集光レンズ
によって照明領域に重畳することを特徴とする。

【０００８】本発明では、光源部と偏光分離部との間
に、変角プリズムが配置されていることが好ましい。

【０００９】あるいは、本発明では、偏光分離部と第１
の集光ミラー板との間に、及び偏光分離部と第２の集光
ミラー板との間に、変角プリズムが配置されていること
が好ましい。その際には、変角プリズムは、偏光分離部
と一体化されていることが好ましく、あるいは、変角プ
リズムは、第１の集光ミラー板と、及び第２の集光ミラ
ー板と一体化されていることが好ましい。さらには、変
角プリズムは、偏光分離部と第１の集光ミラー板と、及
び第２の集光ミラー板と一体化されていることが好まし
い。

【００１０】本発明においては、偏光分離部は平板状の
偏光分離板により構成されていることがある。

【００１１】また、本発明においては、偏光分離部を構
成する直角プリズムは液体充填プリズムであることがあ
る。

【００１２】さらに、本発明においては、λ／２位相差
板及びλ／４位相差板はＴＮ（ツイスティド・ネマチッ
ク）液晶で形成されていることがある。

【００１３】本発明においては、２つの集光ミラー板に
よって形成される２種類の２次光源像の分離方向は、照
明領域の長手方向に一致していることが好ましい。

【００１４】

【００１５】さらに、本発明の投写型表示装置は、上記
のように構成した偏光照明装置から射出された光を三原
色の色光に分離し、分離された色光をそれぞれ変調し、
変調された色光を合成して投写することを特徴とする。

【００１６】ここで、変調された色光が、ダイクロイッ
クプリズムによって合成される場合には、各色光の光路
のうち、光路長が最も長い光路に、導光手段を設けるこ
とが好ましい。

【００１７】

【作用】本発明に係る偏光照明装置では、誘電体多層膜
を用いた偏光分離部で２つに分離した偏光光のうち、一
方の偏光光、または両方の偏光光に対して、位相差層に
よって偏光面の回転作用を与え、偏光面が揃った状態と
する。このため、偏光方向の揃った偏光光を照射でき
る。従って、液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置
に本発明に係る偏光照明装置を用いた場合には、偏光面
が揃った偏光光が液晶ライトバルブに供給できるので、
光の利用効率が向上し、投写映像の明るさを向上するこ
とができる。また、偏光板による光吸収量が低減するの
で、偏光板での温度上昇が抑制される。それ故、冷却装
置の小型化や低騒音化を実現できる。しかも、偏光分離
膜として熱的に安定な誘電体多層膜を用いているため、
偏光分離部の偏光分離性能は、熱的に安定である。それ
故、大きな光出力が要求される投写型表示装置において
も常に安定した偏光分離性能を発揮する。

【００１８】

【実施例】図面に基づいて、本発明の実施例を説明す
る。尚、実施例１〜実施例１０では、何れの場合も偏光
方向がランダムな偏光光（以下、単に、ランダムな偏光
光という。）をＳ偏光光に揃える形式としているが、勿
論、Ｐ偏光光に揃える形式としても本質的な違いはな
い。また、Ｐ偏光光およびＳ偏光光の双方に対し、位相
差層によって偏光面の回転作用を与えて、偏光面を揃え
てもよい。

【００１９】〔実施例１〕図１は、本例の偏光照明装置
の要部を平面的にみた概略構成図である。

【００２０】図１において、本例の偏光照明装置１０Ａ
は、その直角に折れ曲がるシステム光軸Ｌ（Ｌ’）に沿
って、光源部２０、偏光分離部３０、第１の集光ミラー
板４０、第２の集光ミラー板５０、及び集光レンズ部６
０を有し、光源部２０から出射された光束は、偏光分離
部３０において２種類の偏光光束に分離された後、第１
の集光ミラー板４０と第２の集光ミラー板５０と偏光分
離部３０及び集光レンズ部６０により再び１種類の偏光
光束に合成され、矩形状の照明領域７０に至るようにな
っている。

【００２１】光源部２０は、光源ランプ２１と、放物面
リフレクター２２とから大略構成されており、光源ラン
プ２１から放射された偏光方向がランダムな偏光光は、
放物面リフレクター２２によって一方向に反射され、略
平行な光束となって偏光分離部３０に入射される。ここ
で、放物面リフレクター２２に代えて、楕円面リフレク
ター、球面リフレクターなども用いることができる。

【００２２】偏光分離部３０は一般的な四角柱状の偏光
ビームスプリッタであり、つまり、誘電体多層膜からな
る偏光分離膜３１を２つのガラス製の直角プリズム（三
角柱プリズム）３２の斜面で挟持した構造となってい
る。この時、偏光分離膜３１は偏光分離部３０の入射面
３０１に対して角度α＝４５度をなすように形成されて
いる。但し、偏光分離膜３１と入射面３０１とがなす角
度αについては、４５°に限定されることなく、光源部
２０からの入射光束の入射角に応じて設定すればよい。

【００２３】偏光分離部３０の第１の出射面３０２には
第１のλ／４位相差板３３が、また第２の出射面３０３
には第２のλ／４位相差板３４が各々形成され、それら
の位相差板の外側には、偏光分離部３０の略中心を向く
ように第１の集光ミラー板４０及び第２の集光ミラー板
５０が設置されている。これらの集光ミラー板は、その
外観図を図２に示すように、いずれも矩形状の外形を有
する同一の微小集光ミラー４１をマトリックス状に複数
配列し、その表面に一般的なアルミニウムの蒸着膜から
なる反射面４２を形成してなるもので、本例では、微小
集光ミラー４１の反射面４２は放物面状に形成されてい
る。但し、この反射面４２の曲率形状は、球面状、楕円
面状、或いは、トーリック面状であってもよく、それら
は、光源部２０からの入射光束の入射角に応じて設定す
ればよい。

【００２４】偏光分離部３０の第３の出射面３０４の照
明領域７０側には、集光レンズ板６１とλ／２位相差板
６２により構成された集光レンズ部６０が、後述する過
程を経て第１の集光ミラー板４０及び第２の集光ミラー
板５０によって２次光源像が形成される位置にシステム
光軸Ｌに対して垂直な向きに設置されている。集光レン
ズ板６１は、先に図１５（Ｂ）で示したような矩形状の
微小レンズ６１１からなる複合レンズ体であり、集光レ
ンズ板６１を構成する微小レンズの数は第１及び第２の
集光ミラー板（４０及び５０）を構成する微小集光ミラ
ー４１の数に等しい。尚、本例の場合、複数の微小レン
ズ６１１の一部には偏心レンズを使用している。また、
λ／２位相差板６２に形成されているλ／２位相差層６
２１は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光が形成する二次光源像
のうち、Ｐ偏光光が二次光源像を形成する位置に対応す
るように規則的に形成されている。

【００２５】以上のように構成された偏光照明装置１０
Ａにおいて、図１に示すように、光源部２０からは、ラ
ンダムな偏光光が放射され、偏光分離部３０に入射され
る。偏光分離部３０に入射されたランダムな偏光光は、
Ｐ偏光光とＳ偏光光との混合光として考えることがで
き、偏光分離部３０において、混合光は、偏光分離膜３
１によってＰ偏光光とＳ偏光光の２種類の偏光光に分離
される。すなわち、ランダムな偏光光に含まれるＰ偏光
光は、偏光分離膜３１をそのまま透過し第１の出射面３
０２へと向かうが、他方、Ｓ偏光光は、偏光分離膜３１
で反射されて偏光分離部３０の第２の出射面３０３へと
進行方向を変える。

【００２６】偏光分離部３０により分離された２種類の
偏光光は、λ／４位相差板を通過し、集光ミラー板によ
り反射され、再度λ／４位相差板を通過する間に、偏光
光の進行方向を略１８０度反転されると同時に偏光面が
９０度回転する。この偏光光の変化の様子を図３により
説明する。尚、図３では説明の簡略化のために、第１或
いは第２の集光ミラー板（４０或いは５０）を平面状の
ミラー板３３２として描いてある。λ／４位相差板３３
１に入射したＰ偏光光３３３は、λ／４位相差板により
右回りの円偏光光３３５に変換されミラー板３３２へと
達する。ミラー板３３２により光は反射されるが、同時
に偏光面の回転方向も変化する。すなわち、右回りの偏
光光は左回りの偏光光へと（左回りの偏光光は右回りの
偏光光へと）変化する。ミラー板３３２により光の進行
方向を１８０度反転され、同時に左回りの円偏光光３３
６となった偏光光は、再度λ／４位相差板３３１を通過
する際にＳ偏光光３３４へと変換される。また、同様の
過程を経て、Ｓ偏光光はＰ偏光光へと変換される。

【００２７】従って、第１の出射面３０２に達したＰ偏
光光は、第１のλ／４位相差板３３及び第１の集光ミラ
ー板４０により偏光光の進行方向を略１８０度反転され
ると同時にＳ偏光光へと変換され、偏光分離膜３１で反
射され進行方向を変えて、第３の出射面３０４へと向か
う。他方、第２の出射面３０３に達したＳ偏光光は、第
２のλ／４位相差板３４及び第２の集光ミラー板５０に
より偏光光の進行方向を略１８０度反転されると同時に
Ｐ偏光光へと変換され、今度は偏光分離膜３１をそのま
ま透過し、第３の出射面３０４へと向かう。すなわち、
この時偏光分離膜３１は偏光合成膜としても作用してい
ることになる。

【００２８】第１の集光ミラー板４０及び第２の集光ミ
ラー板５０は集光作用を有する微小集光ミラー４１によ
り構成されているため、偏光光の進行方向を略反転させ
ると同時に、各々の集光ミラー板を構成する微小集光ミ
ラーと同数の複数の集光像を形成する。これらの集光像
は光源像に他ならないため、以下では２次光源像と呼
ぶ。

【００２９】この時、第１の集光ミラー板４０及び第２
の集光ミラー板５０は、各々僅かに傾けられた状態（第
１の集光ミラー板４０はシステム光軸Ｌ’に対して、ま
た、第２の集光ミラー板５０はシステム光軸Ｌに対して
各々β度の角度をなすように設定されている。）で設置
されているため、Ｐ偏光光による２次光源像とＳ偏光光
による２次光源像とは僅かに異なった位置に形成される
ことになる。つまり、照明領域７０側からレンズ部６０
を見た場合に２種類の偏光光が形成する２次光源像を図
４に示すと、Ｐ偏光光が形成する二次光源像Ｃ１（円形
の像のうち、左上がりの斜線を付した領域）と、Ｓ偏光
光が形成する二次光源像Ｃ２（円形の像のうち、右上が
りの斜線を付した領域）の２つの二次光源像が横方向に
並ぶ状態で形成されることになる。これに対して、λ／
２位相差板６２では、Ｐ偏光光による二次光源像Ｃ１の
形成位置に対応して位相差層６２１が選択的に形成され
ている。従って、Ｐ偏光光は、位相差層６２１を通過す
る際に偏光面の回転作用を受け、Ｐ偏光光は、Ｓ偏光光
へと変換される。一方、Ｓ偏光光は、位相差層６２１を
通過しないので、偏光面の回転作用を受けずにλ／２位
相差板６２を通過する。従って、集光レンズ部６０から
出射される光束のほとんどは、Ｓ偏光光に揃えられる。

【００３０】このようにしてＳ偏光光に揃えられた光束
は、集光レンズ部６０によって照明領域７０に照射され
る。すなわち、第１の集光ミラー板４０及び第２の集光
ミラー板５０の微小集光ミラー４１で切り出されたイメ
ージ面は、集光レンズ板６１によって一か所に重畳結像
され、λ／２位相差板６２を通過する際に１種類の偏光
光に変換されてほとんど全ての光が照明領域７０へと達
するので、照明領域７０は、ほとんど一種類の偏光光で
均一に照明される。

【００３１】以上説明したように、本例の偏光照明装置
１０Ａによれば、光源部２０から放射されたランダムな
偏光光を偏光分離部３０で２種類の偏光光に方向分離し
た後、各偏光光をλ／２位相差板６２の所定の領域に導
いて、Ｐ偏光光をＳ偏光光に転換する。従って、光源部
２０から放射されたランダムな偏光光をほとんどＳ偏光
光に揃えた状態で照明領域７０に照射できるという効果
を奏する。

【００３２】しかも、２種類の偏光光をそれぞれλ／２
位相差板６２の所定の領域に導くには、偏光分離部３０
の偏光分離性能が高いことが必要であるが、本例では、
ガラス製のプリズムと、無機材料からなる誘電体多層膜
とを利用して偏光分離部３０を構成してあるので、偏光
分離部３０の偏光分離性能は、熱的に安定である。それ
故、大きな光出力が要求される照明装置においても常に
安定した偏光分離性能を発揮するので、満足の得られる
性能を有する偏光照明装置を実現できる。

【００３３】さらに、本例では、横長の矩形形状である
照明領域７０の形状に合わせて、第１の集光ミラー板４
０及び第２の集光ミラー板５０の微小集光ミラー４１を
横長の矩形形状とし、同時に、偏光分離部３０から出射
された２種類の偏光光は横方向に分離される形態となっ
ている。このため、横長の矩形形状を有する照明領域７
０を形成する場合でも、光量を無駄にすることなく、照
明効率を高めることができる。

【００３４】〔実施例１の変形例〕実施例１において
は、λ／２位相差板６２を集光レンズ板６１の照明領域
側に配置したが、二次光源像が形成される位置近傍なら
ば他の位置でもよく、限定がない。例えば、λ／２位相
差板６２を集光レンズ板６１の光源部側に配置してもよ
い。

【００３５】さらに、集光レンズ板６１を構成する微小
レンズ６１１は横長の矩形レンズとしたが、その形状に
ついては特に限定がない。但し、図４に示すように、Ｐ
偏光光が形成する二次光源像Ｃ１と、Ｓ偏光光が形成す
る二次光源像Ｃ２は、横方向に並ぶ状態で形成されるの
で、かかる像の形成位置に対応させて、集光レンズ板６
１を構成する微小レンズ６１１は決定されることが望ま
しい。

【００３６】また、特性の異なる２種類の位相差層を、
Ｐ偏光光による集光位置と、Ｓ偏光光による集光位置の
それぞれに配置し、ある特定の偏光方向を有する１種類
の偏光光に揃えてもよい。

【００３７】〔実施例２〕実施例１においては、Ｐ偏光
光による２次光源像とＳ偏光光による２次光源像の形成
位置を空間的に分離させるため、第１の集光ミラー板４
０及び第２の集光ミラー板５０を、各々僅かに傾けられ
た状態（第１の集光ミラー板４０はシステム光軸Ｌ’に
対して、また、第２の集光ミラー板５０はシステム光軸
Ｌに対して各々β゜の角度をなすように設定されてい
る。）で配置する必要があったが、変角プリズムを使用
することにより、片方の集光ミラー板或いは両方の集光
ミラー板をシステム光軸Ｌ（或いはＬ’）に対し垂直に
配置することが出来る。後述するように、垂直な配置が
実現できれば、偏光分離部３０やλ／４位相差板３３
（或いはλ／４位相差板３４）等との一体化が容易にな
る。

【００３８】すなわち、図５に示す実施例２に係わる偏
光照明装置のように構成してもよい。この偏光照明装
置、および以下に説明する各実施例では、基本的な構成
が実施例１に係る偏光照明装置と同じであるため、同じ
機能を有する部分には同じ符号を付して、その説明を省
略する。

【００３９】図５に示す偏光照明装置１０Ｂでは、変角
プリズム７１が光源部２０と偏光分離部３０の間に配置
されている。この位置に変角プリズム７１を配置するこ
とにより、第１の集光ミラー板４０はシステム光軸Ｌ’
に対して垂直な位置に配置することが出来、光学系の作
製が容易になる。勿論、変角プリズム７１の向きを逆に
すれば（図５で、変角プリズムの鋭角部分が第２の集光
ミラー板５０の方を向くように配置する。）、第１の集
光ミラー板４０に代えて、第２の集光ミラー板５０をシ
ステム光軸Ｌに対して垂直な位置に配置することが出来
る。

【００４０】更に、変角プリズム７１は偏光分離部３０
と一体化することが出来、その場合には変角プリズム７
１と偏光分離部３０の入射面３０１との界面における光
の反射損失を削減できる効果がある。

【００４１】〔実施例３〕先の実施例２においては、変
角プリズム７１を光源部２０と偏光分離部３０の間に配
置したことにより、第１の集光ミラー板４０をシステム
光軸Ｌ’（或いは第２の集光ミラー板５０をシステム光
軸Ｌ）に対して垂直な位置に配置することができ、偏光
分離部３０やλ／４位相差板３３（或いはλ／４位相差
板３４）等との一体化が容易になると述べたが、その具
体例を、実施例３に係わる偏光照明装置１０Ｃとして、
図６に示す。

【００４２】本例では、図７にその外観を示すような集
光ミラー板７２を使用している。すなわち、光の入射面
７２１は平面であり、ガラス製ブロック７２２の裏面に
反射面７２３が形成されている。この様な形状とするこ
とで、図６に示したように、偏光分離部３０の出射面
（この場合は第１の出射面３０２）とλ／４位相差板
（この場合は第１のλ／４位相差板３３）と、及び、集
光ミラー板７２（この場合は第１の集光ミラー板に相当
する）を一体化することが出来、光学系がより小型化で
きると共に、界面における光の反射損失を削減できる効
果がある。

【００４３】〔実施例４〕また、図８に示す偏光照明装
置１０Ｄのように、変角プリズム７１を偏光分離部３０
と、第１の集光ミラー板４０及び第２の集光ミラー板５
０の２ヶ所に配置した構成としてもよい。この場合に
は、第１の集光ミラー板４０及び第２の集光ミラー板５
０の両方をシステム光軸Ｌ’（或いはシステム光軸Ｌ）
に対して垂直な位置に配置でき、集光ミラー板の設置が
容易となる。

【００４４】尚、本例の場合には、変角プリズム７１を
偏光分離部３０の第１の出射面３０２と、及び第２の出
射面３０３とに光学接着により一体化してあり、界面に
おける光の反射損失を削減できる効果がある。

【００４５】さらに、第１のλ／４位相差板３３（或い
は第２のλ／４位相差板３４）は、偏光分離部の３０の
第１の出射面３０２（或いは第２の出射面３０３）と変
角プリズム７１の間に配置してもよい。

【００４６】〔実施例５〕さらに、実施例４で２ヶ所の
位置に配置した変角プリズム７１を第１の集光ミラー板
４０及び第２の集光ミラー板５０に一体化した形態で配
置することもでき、その場合にも、界面における光の反
射損失を削減できる効果がある。その場合の構成例を実
施例５に係わる偏光照明装置１０Ｅとして図９に示す。
本例においては、変角プリズム７１と第１の集光ミラー
板４０と、及び変角プリズム７１と第２の集光ミラー板
５０とを一体化するために、先の実施例３で示したもの
と同様の集光ミラー板７２を用いている。

【００４７】また、第１のλ／４位相差板３３（或いは
第２のλ／４位相差板３４）は、第１の集光ミラー板４
０（或いは第２の集光ミラー板５０）と変角プリズム７
１の間に配置してもよい。

【００４８】〔実施例６〕さらに、また、図１０に示す
偏光照明装置１０Ｆのように、偏光分離部３０と第１の
λ／４位相差板３３と変角プリズム７１と第１の集光ミ
ラー板４０と、また、偏光分離部３０と第２のλ／４位
相差板３４と変角プリズム７１と第２の集光ミラー板５
０とを全て一体化することも出来、その場合には、界面
における光の反射損失を削減できると共に、光学系全体
を小型化できる効果がある。なお、本例においても、先
の実施例３で示したものと同様の集光ミラー板７２を用
いている。

【００４９】また、第１のλ／４位相差板３３（或いは
第２のλ／４位相差板３４）は、第１の集光ミラー板４
０（或いは第２の集光ミラー板５０）と変角プリズム７
１の間に配置してもよい。

【００５０】〔実施例７〕図１１に示す偏光照明装置１
０Ｇでは、各光学系の配置は、実施例１と同じである
が、壁面を構成する６枚の透明板７３でプリズム構造体
３０Ｇを構成し、その内部に偏光分離膜３１が形成され
ている平板状の偏光分離板７４を配置し、さらに液体７
５を充填してなる構造体を偏光分離部３０として用いて
いる点に特徴がある。これにより、偏光分離部３０の低
コスト化及び軽量化を図ることができる。

【００５１】〔実施例８〕図１２に示す偏光照明装置１
０Ｈでは、各光学系の配置は、実施例１と同じである
が、偏光分離部３０を平板状の構造体としているところ
に特徴がある。すなわち、偏光分離膜３１が形成された
偏光分離板７４をシステム光軸Ｌ’に対してγ＝４５度
の角度を成すように配置することで、図１に示した主に
２つの直角プリズムからなる偏光分離部３０とほぼ同様
の機能を発揮させている。これにより、偏光分離部３０
の低コスト化及び軽量化を図ることができる。

【００５２】〔実施例９〕本例の投写型表示装置（液晶
プロジェクター）は、実施例１ないし実施例８の偏光照
明装置を用いて、その映像の明るさを向上したものであ
り、そのうち、図１３は、図１に示した偏光照明装置を
用いた投写型表示装置を平面的にみた概略構成図であ
る。

【００５３】図１３において、本例の投写型表示装置８
００には、偏光照明装置１０Ａが組み込まれており、つ
まり、ランダムな偏光光を一方方向に出射する光源部２
０が構成され、この光源部２０から放射されたランダム
な偏光光は、偏光分離部３０において、２種類の偏光光
に分離するとともに、分離された各偏光光のうち、Ｐ偏
光光については、集光レンズ部６０のλ／２位相差板６
２によって、Ｓ偏光光に変換するようになっている。

【００５４】かかる偏光照明装置１０Ａから出射された
光束は、まず、青色緑色反射ダイクロイックミラー８０
１において、赤色光が透過し、青色光および緑色光が反
射するようになっている。赤色光は、反射ミラー８０２
で反射され、第１の液晶ライトバルブ８０３に達する。
一方、青色光および緑色光のうち、緑色光は、緑色反射
ダイクロイックミラー８０４によって反射され、第２の
液晶ライトバルブ８０５に達する。

【００５５】ここで、青色光は、各色光のうちで最も長
い光路長をもつため、青色光に対しては、入射側レンズ
８０６、リレーレンズ８０８、および出射側レンズ８１
０からなるリレーレンズ系で構成した導光手段８５０を
設けてある。すなわち、青色光は、緑色反射ダイクロイ
ックミラー８０４を透過した後、まず、出射側レンズ８
０６、および反射ミラー８０７を経て、リレーレンズ８
０８に導かれ、このリレーレンズ８０８で集束された
後、反射ミラー８０９によって出射側レンズ８１０に導
かれ、しかる後に、第３の液晶ライトバルブ８１１に達
する。ここで、第１および第３の液晶ライトバルブ８０
３、８０５、８１１は、それぞれの色光を変調し、各色
に対応した映像情報を含ませた後、変調した色光をダイ
クロイックプリズム８１３（色合成手段）に入射する。
ダイクロイックプリズム８１３は、赤色反射の誘電体多
層膜と、青色反射の誘電体多層膜とを十字状に有してお
り、それぞれの変調光束を合成する。ここで合成された
光束は、投写レンズ８１４（投写手段）を通過してスク
リーン８１５上に映像を形成することになる。

【００５６】このように構成した投写型表示装置８００
では、１種類の偏光光を変調するタイプの液晶ライトバ
ルブが用いられている。従って、従来の照明装置を用い
てランダムな偏光光を液晶ライトバルブに導くと、ラン
ダムな偏光光のうちの半分は、偏光板で吸収されて熱に
変わってしまうため、光の利用効率が低いとともに、偏
光板の発熱を抑える大型で騒音が大きな冷却装置が必要
であるという問題点があったが、本例の投写型表示装置
８００では、かかる問題点が大幅に解消されている。

【００５７】すなわち、本例の投写型表示装置８００で
は、偏光照明装置１０Ａにおいて、一方の偏光光（たと
えば、Ｐ偏光光）のみに対して、λ／２位相差板６２に
よって偏光面の回転作用を与え、他方の偏光光（たとえ
ば、Ｓ偏光光）と偏光面が揃った状態とする。それゆ
え、偏光方向の揃った偏光光が第１ないし第３の液晶ラ
イトバルブ８０３、８０５、８１１に導かれるので、光
の利用効率が向上し、明るい投写映像を得ることができ
る。また、偏光板による光吸収量が低減するので、偏光
板での温度上昇が抑制される。それ故、冷却装置の小型
化や低騒音化を実現できる。しかも、偏光照明装置１０
Ａでは、偏光分離膜として熱的に安定な誘電体多層膜を
用いているため、偏光分離部３０の偏光分離性能は、熱
的に安定である。それ故、大きな光出力が要求される投
写型表示装置８００においても常に安定した偏光分離性
能を発揮する。

【００５８】さらに、偏光照明装置１０Ａでは、偏光分
離部３０から出射された２種類の偏光光は、横方向に分
離されていることから、光量を無駄にすることなく、横
長の矩形形状を有する照明領域を形成できる。それ故、
偏光照明装置１０Ａは、見やすくて、かつ、迫力のある
映像を投写できる横長の液晶ライトバルブ用に適してい
る。

【００５９】それに加えて、本例では、色合成手段とし
ては、ダイクロイックプリズム８１３を用いているた
め、小型化が可能であると共に、液晶ライトバルブ８０
３、８０５、８１１と投写レンズ８１４との間の光路長
が短いため、比較的小口径の投写レンズを用いても、明
るい投写映像を実現できる特徴がある。また、各色光
は、３光路の内の一光路のみ、その光路長が異なるが、
本例では、光路長が最も長い青色光に対しては、入射側
レンズ８０６、リレーレンズ８０８、および出射側レン
ズ８１０からなるリレーレンズ系で構成した導光手段８
５０を設けてあるため、色差などが生じない。

【００６０】〔実施例１０〕なお、投写型表示装置とし
ては、図１４に示すように、ミラー光学系で色合成手段
を構成してもよい。色合成手段にミラー光学系を用いた
場合には、３箇所の液晶ライトバルブ８０３、８０５、
８１１と光源部２０との光路長が何れも等しいため、特
別な導光手段を用いなくても、明るさムラや色ムラの少
ない効果的な照明を行い得る特徴がある。

【００６１】すなわち、図１４において、本例の投写型
表示装置９００では、図１に示した偏光照明装置１０Ａ
が用いられており、光源部２０から放射されたランダム
な偏光光は、偏光分離部３０において、２種類の偏光光
に分離するとともに、分離された各偏光光のうち、Ｐ偏
光光については、集光レンズ部６０のλ／２位相差板６
２によって、Ｓ偏光光に転換するようになっている。

【００６２】かかる偏光照明装置１０Ａから出射された
光束は、まず、赤色反射ダイクロイックミラー９０１に
おいて、赤色光が反射し、青色光および緑色光が透過す
るようになっている。ここで、赤色光は、反射ミラー９
０２で反射され、第１の液晶ライトバルブ８０３に達す
る。一方、青色光および緑色光のうち、緑色光は、緑色
反射ダイクロイックミラー９０３によって反射され、第
２の液晶ライトバルブ８０５に達する。青色光は、緑色
反射ダイクロイックミラー９０３を透過した後、第３の
液晶ライトバルブ８１１に達する。しかる後、第１およ
び第３の液晶ライトバルブ８０３、８０５、８１１は、
それぞれの色光を変調し、各色に対応した映像情報を含
ませた後、変調した色光を出射する。ここで、強度変調
された赤色光は、緑色反射ダイクロイックミラー９０４
および青色反射ダイクロイックミラー９０５を透過し
て、投写レンズ８１４（投写手段）に達する。強度変調
された緑色光は、緑色反射ダイクロイックミラー９０４
で反射した後、青色反射ダイクロイックミラー９０５を
透過して、投写レンズ８１４に達する。強度変調された
緑色光は、緑色反射ダイクロイックミラー９０４で反射
した後、青色反射ダイクロイックミラー９０５を透過し
て、投写レンズ８１４に達する。強度変調された青色光
は、青色反射ダイクロイックミラー９０５で反射した
後、投写レンズ８１４に達する。

【００６３】このように、ダイクロイックミラーからな
るミラー光学系で色合成手段を構成した投写型表示装置
９００においても、１種類の偏光光を変調するタイプの
液晶ライトバルブが用いられているため、従来の照明装
置を用いてランダムな偏光光を液晶ライトバルブに導く
と、ランダムな偏光光のうちの半分は、偏光板で吸収さ
れて熱に変わってしまう。従って、従来の照明装置では
光の利用効率が低いとともに、偏光板の発熱を抑える大
型で騒音の大きな冷却装置が必要であるという問題点が
あったが、本例の投写型表示装置９００では、かかる問
題点が大幅に解消されている。

【００６４】すなわち、本例の投写型表示装置９００で
は、偏光照明装置１０Ａにおいて、一方の偏光光（たと
えば、Ｐ偏光光）のみに対して、λ／２位相差板６２に
よって偏光面の回転作用を与え、他方の偏光光（たとえ
ば、Ｓ偏光光）と偏光面が揃った状態とする。それゆ
え、偏光方向の揃った偏光光が第１ないし第３の液晶ラ
イトバルブ８０３、８０５、８１１に導かれるので、光
の利用効率が向上し、明るい投写映像を得ることができ
る。また、偏光板による光吸収量が低減するので、偏光
板での温度上昇が抑制される。それ故、冷却装置の小型
化や低騒音化を実現できる。しかも、偏光照明装置１０
Ａでは、偏光分離膜として熱的に安定な誘電体多層膜を
用いているため、偏光分離部３０の偏光分離性能は、熱
的に安定である。それ故、大きな光出力が要求される投
写型表示装置９００においても常に安定した偏光分離性
能を発揮する。

【００６５】〔その他の実施例〕尚、上記の各実施例に
おいては、一般的な高分子フィルムからなるλ／２位相
差板及びλ／４位相差板を用いて構成されてるが、それ
らの位相差板をツイスティド・ネマチック液晶（ＴＮ液
晶）を用いて構成してもよい。ＴＮ液晶を用いた場合に
は、位相差板の波長依存性を小さくできるため、一般的
な高分子フィルムを用いた場合に比べて、λ／２位相差
板及びλ／４位相差板の偏光変換性能を向上できる効果
がある。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る偏光
照明装置では、誘電体多層膜を用いた偏光分離部で２つ
に分離した偏光光のうち、一方の偏光光、または両方の
偏光光に対して、位相差層によって偏光面の回転作用を
与え、偏光面が揃った状態とするため、偏光方向の揃っ
た偏光光を照射できる。従って、液晶ライトバルブを用
いた投写型表示装置に本発明に係る偏光照明装置を用い
た場合には、偏光面が揃った偏光光を液晶ライトバルブ
に供給できるので、光の利用効率が向上し、投写映像の
明るさを向上することができる。また、偏光板による光
吸収量が低減するので、偏光板での温度上昇が抑制され
る。それ故、冷却装置の小型化や低騒音化を実現でき
る。しかも、偏光分離膜として熱的に安定な誘電体多層
膜を用いているため、偏光分離部の偏光分離性能は、熱
的に安定である。このため、大きな光出力が要求される
投写型表示装置においても常に安定した偏光分離性能を
発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１に係る偏光照明装置の構成
を示す概略平面図。

【図２】 本発明の実施例１に示す偏光照明装置に使用
される集光ミラー板の構成を示す外観図。

【図３】 λ／４位相差板と集光ミラー板による偏光面
の回転過程を説明するための図。

【図４】 本発明の実施例１に示す偏光照明装置におい
て、集光レンズ部近傍にＰ偏光光とＳ偏光光の２種類の
偏光光が形成する二次光源像の形成の様子を照明領域側
から偏光分離部に向かって見た場合の説明図。

【図５】 本発明の実施例２に係る偏光照明装置の構成
を示す概略平面図。

【図６】 本発明の実施例３に係る偏光照明装置の構成
を示す概略平面図。

【図７】 本発明の実施例３、実施例５及び実施例６で
用いた集光ミラー板の構成を示す外観図。

【図８】 本発明の実施例４に係る偏光照明装置の構成
を示す概略平面図。

【図９】 本発明の実施例５に係る偏光照明装置の構成
を示す概略平面図。

【図１０】 本発明の実施例６に係る偏光照明装置の構
成を示す概略平面図。

【図１１】 本発明の実施例７に係る偏光照明装置の構
成を示す概略平面図。

【図１２】 本発明の実施例８に係る偏光照明装置の構
成を示す概略平面図。

【図１３】 本発明の実施例９に係る投写型表示装置の
構成を示す概略平面図。

【図１４】 本発明の実施例１０に係る投写型表示装置
の構成を示す概略平面図。

【図１５】 （Ａ）は、従来の偏光照明装置の構成を示
す概略平面図、（Ｂ）は、集光レンズ板の構成を示す外
観図。

【符号の説明】 １０Ａ〜１０Ｈ・・・偏光照明装置 ２０・・・光源 ２１・・・光源ランプ ２２・・・放物面リフレクター ３０・・・偏光分離部 ３０Ｇ・・・プリズム構造体 ３０１・・・入射面 ３０２・・・第１の出射面 ３０３・・・第２の出射面 ３０４・・・第３の出射面 ３１・・・偏光分離膜 ３２・・・直角プリズム ３３・・・第１のλ／４位相差板 ３３１・・・λ／４位相差板 ３３２・・・ミラー板 ３３３・・・Ｐ偏光光 ３３４・・・Ｓ偏光光 ３３５・・・右回りの円偏光光 ３３６・・・左回りの円偏光光 ３４・・・第２のλ／４位相差板 ４０・・・第１の集光ミラー板 ４１・・・微小集光ミラー ４２・・・反射面 ５０・・・第２の集光ミラー板 ６０・・・集光レンズ部 ６１・・・集光レンズ板 ６１１・・・微小レンズ ６２・・・λ／２位相差板 ６２１・・・λ／２位相差層 ７０・・・照明領域 ７１・・・変角プリズム ７２・・・集光ミラー板 ７２１・・・入射面 ７２２・・・ガラス製ブロック ７２３・・・反射面 ７３・・・透明板 ７４・・・偏光分離板 ７５・・・液体 ８００・・・投写型表示装置（ダイクロイックプリズム
型） ８０１・・・青色緑色反射ダイクロイックミラー ８０２・・・反射ミラー ８０３・・・第１の液晶ライトバルブ ８０４・・・緑色反射ダイクロイックミラー ８０５・・・第２の液晶ライトバルブ ８０６・・・入射側レンズ ８０７、８０９・・・反射ミラー ８０８・・・リレーレンズ ８１０・・・出射側レンズ ８１１・・・第３の液晶ライトバルブ ８１３・・・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 ９００・・・投写型表示装置（ミラー光学系） ９０１・・・赤色反射ダイクロイックミラー ９０２・・・反射ミラー ９０３、９０４・・・緑色反射ダイクロイックミラー ９０５・・・青色反射ダイクロイックミラー ９８１・・・第１のレンズ板 ９８２・・・偏光分離手段 ９８３・・・第２のレンズ板 ９８４・・・λ／２位相差板 ９８５・・・矩形レンズ ９８６・・・光源部 ９８８・・・照明領域 ９８９・・・インテグレータ光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/28 G02F 1/13 505 G02F 1/1335

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源部から偏光方向がランダムな偏光光
   を出射し、 前記光源部から射出された偏光光を、偏光分離膜を備え
   た偏光分離部によって、 偏光方向が互いに直交するＰ偏
   光光とＳ偏光光の２つの偏光光に分離して出射し、 前記偏光分離部から出射されたＰ偏光光を、 矩形状の外
   形を有する複数の微小集光ミラーを備えた第１の集光ミ
   ラー板によって集光するとともに、第１のλ／４位相差
   板によってその偏光方向を変換して、Ｓ偏光光による複
   数の２次光源像を形成し、 前記偏光分離部から出射されたＳ偏光光を、矩形状の形
   状を有する複数の微小集光ミラーを備えた第２の集光ミ
   ラー板によって集光するとともに、第２のλ／４位相差
   板によってその偏光方向を変換して、 前記第１の複数の
   ２次光源像が形成される位置とはわずかに異なる位置
   に、Ｐ偏光光による複数の２次光源像を形成し、 λ／２位相差板によって、前記Ｓ偏光光による複数の２
   次光源像の偏光方向と、前記Ｐ偏光光による複数の２次
   光源像の偏光方向とを同一の偏光方向に揃えるととも
   に、集光レンズによって照明領域に重畳する 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、前記光源部と前記偏
   光分離部との間には、変角プリズムが配置されているこ
   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、前記変角プリズム
   は、前記偏光分離部と一体化さ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において、前記偏光分離部と前
   記第１の集光ミラー板との間には、第１の変角プリズム
   が配置されており、前記偏光分離部と前記第２の集光ミ
   ラー板との間には、第２の変角プリズムが配置されてい
   ることを特徴とする偏光照明装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記第１、第２の変
   角プリズムは、前記偏光分離部と一体化されていること
   を特徴とする偏光照明装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５において、前記第１の
   変角プリズムは、前記第１の集光ミラー板と一体化され
   ており、前記第２の変角プリズムは、前記第２の集光ミ
   ラー板と一体化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１ないし６のいずれかの項におい
   て、前記偏光分離部は、２つの直角プリズムと、前記直
   角プリズムの間に挟持された偏光分離膜と、を備えて構
   成されていることを特徴とする偏光照明装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし６のいずれかの項におい
   て、前記偏光分離部は、６つの壁面を備えたプリズム構
   造体と、前記プリズム構造体の内部に配置された偏光分
   離膜と、前記プリズム構造体の内部に充填された液体
   と、を備えて構成された液体充填プリズムであることを
   特徴とする偏光照明装置。
9. 【請求項９】 請求項１ないし６のいずれかの項におい
   て、前記偏光分離部は、平板状の偏光分離板により構成
   されていることを特徴とする偏光照明装置。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし９のいずれかの項にお
    いて、前記λ／２位相差板はＴＮ（ツイスティド・ネマ
    チック）液晶で形成されていることを特徴とする偏光照
    明装置。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし９のいずれかの項にお
    いて、前記λ／４位相差板はＴＮ（ツイスティド・ネマ
    チック）液晶で形成されていることを特徴とする偏光照
    明装置。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし１１のいずれかの項に
    おいて、前記２つの集光ミラー板によって形成される２
    種類の２次光源像の分離方向は、前記照明領域の長手方
    向に一致していることを特徴とする偏光照明装置。
13. 【請求項１３】 請求項１ないし１２のいずれかの項に
    記載の偏光照明装置から出射された光を三原色の色光に
    分離し、分離された色光をそれぞれ変調し、変調された
    色光を合成して投写することを特徴とする投写型表示装
    置。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、前記変調された
    色光は、ダイクロイックプリズムによって合成され、前
    記三原色の色光の光路のうち、光路長が最も長い光路に
    は、導光手段を有することを特徴とする投写型表示装
    置。