JP3371291B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は反射型液晶装置のような反射型変調素子によ
り形成された表示画像を投写面に投写表示する、投写型
表示装置に関するものである。

背景技術 今日、大画面の画像を表示する方法としては、液晶装
置をライトバルブとして用いた投写型表示装置が良く知
られている。このような投写型表示装置の例として、３
枚の液晶装置を用いた投写型表示装置の代表的な構成例
を第14図に示す。光源部110は光源ランプ111と放物面リ
フレクター112とから構成されており、光源ランプ111か
ら出射された光は放物面リフレクター112により反射さ
れてダイクロイックミラー401へ入射する。そして、波
長選択性のある２枚のダイクロイックミラー401、402に
より赤色光、緑色光、青色光の３色の色光に分離された
後、それぞれの色光に対応した透過型液晶装置301R、30
1G、301Bに照射され、それぞれの透過型液晶装置を透過
してきた光がクロスダイクロイックプリズム420により
合成され、投写光学系500を介して投写面600上に投写表
示される。なお、赤色光の光路と、青色光の光路には、
光束を反射する反射ミラー403、404、405が設けられて
いる。

ここで、色光合成手段として用いるクロスダイクロイ
ックプリズム420には、ダイクロイック膜がＸ字状に配
置されている。３つの液晶装置を用いた投写型表示装置
の色光合成手段は、クロスダイクロイックプリズム420
の代わりに２枚のダイクロイックミラーを平行に配置し
ても実現できる。しかしながら、クロスダイクロイック
プリズム420を用いた方が、２枚のダイクロイックミラ
ーを平行に配置した場合に比べて液晶装置301R、301G、
301Bと投写光学系500との間の距離を短くできるため、
大口径の投写レンズを用いなくとも明るい投写画像が得
られるという特徴がある。

しかしながら、従来の投写型表示装置では、光合成の
部分についてはクロスダイクロイックプリズム420を用
いることにより光路を短くすることができるもの、光分
離の部分については、ダイクロイックミラー401、402、
および、反射ミラー403、404、405を用いているため、
光路の長さがかなり長いものとなっている。よって、従
来の投写型表示装置では光を分離する過程における光損
失が多く、クロスダイクロイックプリズム420の持つ特
性を十分に活かすことができなかった。

また、光源ランプ111と放物面リフレクター112とから
構成される光源部110からの出射光束は、光束の断面内
で不均一な光強度分布を有しており、光源光軸近傍の照
明光の光強度は大きく、光軸から離れるにしたがって照
明光の光強度は小さくなるという特性を持つ。したがっ
て、第14図に示した従来の投写型表示装置においては、
被照明領域である液晶装置301R、301G、301Bにおける照
明光の光強度分布が不均一となり、投写面600に投写さ
れる画像に明るさムラや色ムラが生じてしまうという問
題点がある。

そこで、本発明は、光路の長さを短くして光の損失を
防ぐことにより、大口径の投写レンズを用いなくともよ
り明るい投写画像を得ることができる投写型表示装置を
提供することを目的とする。

また、被照明領域における照明光の光強度分布の不均
一性を低減し、明るさが均一で、画質の良い投写型表示
装置を提供することを目的とする。

発明の開示 本発明第１の投写型表示装置は、光源と、前記光源か
らの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光
学要素と、前記第１の光学要素の光出射面側であって、
前記中間光束が集光する位置に配置された第２の光学要
素と、前記第２の光学要素から出射された光を変調する
唯一の反射型変調素子と、を有する投写型表示装置であ
って、前記第２の光学要素は、前記中間光束を集光させ
るとともに、前記中間光束の光軸をシステム光軸と略平
行にさせる集光手段と、前記集光手段からの前記中間光
束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前
記Ｐ偏光光束、前記Ｓ偏光光束うちいずれか一方の偏光
方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射する偏光
変換素子と、前記偏光変換素子の光出射側に配置され、
前記中間光束のそれぞれを前記反射型変調素子の一箇所
の被照射領域上に重畳結合させる重畳結合素子と、を有
してなり、前記第２の光学要素と前記反射型変調素子と
の間の光路上に、前記第２の光学要素から出射された光
を反射または透過させて前記反射型変調素子に到達させ
るとともに、前記反射型変調素子により変調された光を
透過または反射させて投写光学系へ到達させる偏光光束
選択素子が設けられたことを特徴とする。

本発明第１の投写型表示装置の上記構成によれば、光
路の長さをきわめて短くすることができ、光の損失を最
小限にとどめることが可能となる。よって、大口径の投
写レンズを用いなくともきわめて明るい投写画像を得る
ことが可能となる。

第１の光学要素としては、例えば複数の光束分割レン
ズがマトリックス状に配置されたレンズアレイを用いる
ことができる。このようなレンズアレイによって光源か
らの光束を複数の中間光束に分割し、それらの中間光束
を被照明領域上で重畳結合することにより、単一光束の
場合よりも照度のムラを低減することができる。よっ
て、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強
度分布を有していた場合でも、明るさが均一な照明光を
得ることができる。時に、光源ランプと放物面等のリフ
レクターとからなる光源から出射される光束に見られる
ように、光束の光強度分布が全く無秩序ではなく、光強
度分布に一定の傾向を有している場合には、上記の第１
の光学要素を用いることにより、被照明領域における照
明光の光強度分布やその角度分布をきわめて均一なもの
とすることができる。

第２の光学要素は、中間光束をＰ偏光光束、Ｓ偏光光
束に分離した後、どちらか一方の偏光方向を他方の偏光
方向と揃え、最終的に一箇所の被照明領域上に重畳結合
させるものである。従来の投写型表示装置においては、
Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のいずれか一方しか用いること
ができず、光損失が大きなものもあったが、本発明の第
２の光学要素を用いれば、どちらの偏光光束も無駄なく
用いることが可能となるため、明るい画像を得ることが
可能となる。また、分割された複数の中間光束を、最終
的に一箇所の被照明領域上で重畳結合させるため、光源
からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を
有していた場合でも、明るさが均一な偏光光束を照明光
として得ることができる。特に、均等な光強度や分光特
性で中間光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束に分離できない
場合や、両偏光光束の偏光方向を揃える過程で一方の偏
光光束の光強度やその分光特性が変化した場合において
も、明るさが均一で色ムラの少ない偏光光束を照明光と
して得ることができる。

第２の光学要素の偏光変換素子として、一対の偏光分
離面と反射面とを備えた偏光分離ユニットが複数配列さ
れた偏光分離ユニットアレイと、λ/2位相差層が規則的
に形成された選択位相差板とからなる板状の偏光変換素
子を採用することができる。このような偏光変換素子を
採用することにより、光源からの出射光束を拡幅させる
ことなく、かつ少ないスペースで偏光変換を行うことが
できる。

なお、上記構成の第２の光学要素を備えた本発明第１
の投写型表示装置において、前記重畳結合素子が前記偏
光変換素子から離れた位置に設けられていることによ
り、第１の光学要素と偏光変換素子との距離を短くし、
集光力の大きい光束分割レンズからなる第１の光学要素
の使用を可能にする。その結果、各光束分割レンズによ
って形成される像の大きさを小さくでき、各中間光束の
それぞれを、それと対応する偏光分離面上にのみ入射さ
せ、反射面に直接光束が入射するのを防ぐことができ
る。したがって、光の利用効率をより高めることがで
き、さらに明るい投写画像を得ることが可能となる。

また、この場合、前記重畳結合素子を前記偏光光束選
択素子の光入射面に取り付けるようにすれば、重畳結合
素子と反射透過素子との界面において発生する光損失を
防ぐことができ、さらに光の利用効率を高めることが可
能となる。

また、本発明第１の投写型表示装置において、前記重
畳結合素子と前記偏光光束選択素子との間の光路上や、
前記偏光光束選択素子と前記投写光学系との間の光路上
に偏光板を配置しても良い。前者の位置に偏光板を配置
すれば、偏光光束選択素子に入射する偏光光束、結果的
には反射型変調素子を照明する照明光の偏光度を高める
ことができる。後者の位置に偏光板を配置すれば、偏光
光束選択素子から出射する偏光光束、結果的には投写光
学系を介して表示面、あるいは投写面上に投写される画
像の偏光度を高めることができる。したがって、このよ
うに偏光板を配置することにより、投写画像のコントラ
ストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像を
得ることが可能となる。

本発明第２の投写型表示装置は、光源と、前記光源か
らの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光
学要素と、前記第１の光学要素の光出射面側であって、
前記中間光束が集光する位置に配置された第２の光学要
素と、前記第２の光学要素から出射された光束を３色の
色光に分離するとともに、前記３色の色光をそれぞれ変
調する３つの反射型変調素子によって変調された色光を
合成する色光分離合成素子と、を有する投写型表示装置
であって、前記第２の光学要素は、前記中間光束を集光
させるとともに、前記中間光束の光軸をシステム光軸と
略平行にさせる集光手段と、前記集光手段からの前記中
間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離
し、前記Ｐ偏光光束、前記Ｓ偏光光束のうちいずれか一
方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて出射
する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の光出射面側に
配置され、前記中間光束のそれぞれを前記各々の反射型
変調素子の一箇所の被照明領域上に重畳結合させる重畳
結合素子と、を有してなり、前記第２の光学要素と前記
色光分離合成素子との間の光路上に、前記第２の光学要
素から出射された光を反射または透過させて前記色光分
離合成素子に到達させるとともに、前記色光分離合成素
子により合成された光を透過または反射させ投写光学系
へ到達させる偏光光束選択素子が設けられたことを特徴
とする。

本発明第２の投写型表示装置においては、光を分離す
る機能と、光を合成する機能とを同一手段で達成してい
るため、前述した従来の投写型表示装置ようにダイクロ
イックミラー401、402や反射ミラー403、404、405を配
置する必要がなくなる。よって、光路の長さをきわめて
短くすることができ、光の損失を最小限にとどめること
が可能となる。よって、大口径の投写レンズを用いなく
ともきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。

第１の光学要素としては、例えば複数の光束分割レン
ズがマトリックス状に配置されたレンズアレイを用いる
ことができる。このようなレンズアレイによって光源か
らの光束を複数の中間光束に分割し、それらの中間光束
を被照明領域上で重畳結合することにより、単一光束の
場合よりも照度のムラを低減することができる。よっ
て、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強
度分布を有していた場合でも、明るさが均一な照明光を
得ることができる。特に、光源ランプと放物面等のリフ
レクターとからなる光源から出射される光束に見られる
ように、光束の光強度分布が全く無秩序ではなく、光強
度分布に一定の傾向を有している場合には、上記の第１
の光学要素を用いることにより、被照明領域における照
明光の光強度分布やその角度分布をきわめて均一なもの
とすることができる。

第２の光学要素は、中間光束をＰ偏光光束、Ｓ偏光光
束に分離した後、どちらか一方の偏光方向を他方の偏光
方向と揃え、最終的に一箇所の被照明領域上で重畳結合
させるものである。従来の投写型表示装置においては、
Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のいずれか一方しか用いること
ができず、光損失が大きなものもあったが、本発明の第
２の光学要素を用いれば、どちらの偏光光束も無駄なく
用いることが可能となるため、明るい画像を得ることが
可能となる。また、分割された複数の中間光束を、最終
的に一箇所の被照明領域上で重畳結合させるため、光源
からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を
有していた場合でも、明るさが均一な偏光光束を照明光
として得ることができる。特に、均等な光強度や分光特
性で中間光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束に分離できない
場合や、両偏光光束の偏光方向を揃える過程で一方の偏
光光束の光強度やその分光特性が変化した場合において
も、明るさが均一で色ムラの少ない偏光光束を照明光と
して得ることができる。

第２の光学要素の偏光変換素子として、一対の偏光分
離面と反射面とを備えた偏光分離ユニットが複数配列さ
れた偏光分離ユニットアレイと、λ/2位相差層が規則的
に形成された選択位相差板とからなる板状の偏光変換素
子を採用することができる。このような偏光変換素子を
採用することにより、光源からの出射光束を拡幅させる
ことなく、かつ少ないスペースで偏光変換を行うことが
できる。

なお、上記構成の第２の光学要素を備えた本発明第２
の投写型表示装置において、前記重畳結合素子が前記偏
光変換素子から離れた位置に設けられていることによ
り、第１の光学要素と偏光変換素子との距離を短くし、
集光力の大きい光束分割レンズからなる第１の光学要素
の使用を可能にする。その結果、各光束分割レンズによ
って形成される像の大きさを小さくでき、各中間光束の
それぞれを、それと対応する偏光分離面上にのみ入射さ
せ、反射面に直接光束が入射するのを防ぐことができ
る。したがって、光の利用効率をより高めることがで
き、さらに明るい投写画像を得ることが可能となる。

また、この場合、前記重畳結合素子を前記偏光光束選
択素子の光入射面に取り付けるようにすれば、重畳結合
素子と反射透過素子との界面において発生する光損失を
防ぐことができ、さらに光の利用効率を高めることが可
能となる。

さらに、上記構成の第２の光学要素を備えた本発明第
２の投写型表示装置において、前記光源と前記偏光光束
選択素子との間に光の進行方向を約90度変える反射ミラ
ーを配置すれば、光学系をコンパクトにすることが可能
となる。

さらに、この反射ミラーを前記偏光変換素子によって
得られる特定の偏光光束のみを選択的に反射する誘電体
ミラーとし、前記偏光変換素子と前記重畳結合素子との
間に配置することにより、偏光光束選択素子に入射する
偏光光束の偏光度を、結果的には反射型変調素子を照明
する照明光の偏光度を高めることができる。したがっ
て、投写画像のコントラストを高めることができ、きわ
めて質の高い投写画像を得ることが可能となる。

また、第２の光学要素の偏光変換素子として、斜面に
偏光分離膜が形成された三角柱のプリズムと、一方の面
に反射膜が形成された板状のプリズムとが、前記偏光分
離膜と前記反射膜とが略平行になるように組み合わされ
た偏光分離プリズムと、λ/2位相差層が規則的に形成さ
れた選択位相差板とからなる偏光変換素子を採用するこ
とができる。このような偏光変換素子によっても、光源
からの出射光束を拡幅させることなく、かつ少ないスペ
ースで偏光変換を行うことができる。さらに、このよう
な偏光変換素子を採用すれば、偏光変換を行うと同時に
光の進行方向が約90度変えられるため、光の進行方向を
変える反射ミラーを配置することなく光学系をコンパク
トにすることが可能となる。

本発明第２の投写型表示装置において、前記色光分離
合成素子を２つのプリズム部品の間にダイクロイック膜
が挟持されたダイクロイックプリズムで構成し、前記偏
光光束選択素子を２つのプリズム部品の間に偏光光束選
択膜が挟持された偏光ビームスプリッタで構成し、前記
ダイクロイックプリズムを構成する前記プリズム部品の
一方と、前記偏光ビームスプリッタを構成する前記プリ
ズム部品の一方とが一体化された構成としても良い。

また、本発明第２の投写型表示装置において、前記色
光分離合成素子は、２つのプリズム部品の間にダイクロ
イック膜が挟持された第１、第２のダイクロイックプリ
ズムを備え、前記第１のダイクロイックプリズムを構成
する前記プリズム部品の一方と、前記第２のダイクロイ
ックプリズムを構成する前記プリズム部品の一方とが一
体化された構成としても良い。

さらに、前記色光分離合成素子にさらに導光プリズム
を設け、前記第１または第２のダイクロイックプリズム
を構成する前記プリズム部品の一方と前記導体プリズム
とが一体化された構成としても良い。

このように、プリズム部品を一体構成とすることによ
り、プリズム部品どうしの境界部分において発生する光
損失を防ぐことができる。したがって、より一層光の利
用効率を高めることができ、さらに明るい投写画像を得
ることが可能となる。

本発明第２の投写型表示装置において、前記色光分離
合成素子を４つのプリズム部品の間にダイクロイック膜
がＸ字状に配置されたクロスダイクロイックプリズムで
構成し、前記３つの反射型変調素子を前記クロスダイク
ロイックプリズムの隣り合う３辺に沿って配置するよう
にしても良い。

このような構成とすれば、色光の分離、合成を１つの
クロスダイクロイックプリズムで行うことができる。し
たがって、反射型変調素子を３つ使用した場合でも光路
の長さが長くなることが無く、光の損失を防ぐことが可
能となる。よって、３つの反射型変調素子を用いた場合
でも、表示面、あるいは投写面全体に渡って明るさムラ
や色ムラが無く、かつ大口径の投写レンズを用いなくて
もきわめて明るい投写画像を得ることができる。

このクロスダイクロイックプリズムを用いた投写型表
示装置において、前記偏光光束選択素子を２つのプリズ
ム部品の間に偏光光束選択膜が挟持された偏光ビームス
プリッタで構成し、前記偏光ビームスプリッタを構成す
る前記２つのプリズム部品の一方と、前記クロスダイク
ロイックプリズムを構成する４つのプリズム部品のうち
いずれか１つとを一体化するようにしても良い。

このように、プリズム部品を一体構成とすることによ
り、クロスダイクロイックプリズムと偏光ビームスプリ
ッタとの境界部分において発生する光損失を防ぐことが
できる。したがって、より一層光の利用効率を高めるこ
とができ、さらに明るい投写画像を得ることが可能とな
る。

本発明第２の投写型表示装置において、前記色光分離
合成素子を、３色の色光をそれぞれ分離、合成する２つ
のダイクロイック膜を互いに光軸に対して異なる角度で
配置したダイクロイックプリズムで構成することもでき
る。

前述したクロスダイクロイックプリズムを用いた場合
には、プリズムの中央部にダイクロイック膜が直交する
部分が存在し、この部分が投写画像に影として現れる場
合がある。２つのダイクロイック膜を互いに光軸に対し
て異なる角度で配置したダイクロイックプリズムを採用
すれば、この現象を防止することが可能である。

また、本発明第２の投写型表示装置において、前記重
畳結合素子と前記偏光光束選択素子との間の光路上や、
前記偏光光束選択素子と前記投写光学系との間の光路上
に偏光板を配置しても良い。前者の位置に偏光板を配置
すれば、偏光光束選択素子に入射する偏光光束の偏光度
を、つまり結果的には反射型変調素子を照明する照明光
の偏光度を高めることができる。後者の位置に偏光板を
配置すれば、偏光光束選択素子から出射する偏光光束の
偏光度を、つまり結果的には投写光学系を介して表示
面、あるいは投写面上に投写される画像の偏光度を高め
ることができる。したがって、このように偏光板を配置
することにより、投写画像のコントラストを高めること
ができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能と
なる。

図面の簡単な説明 第１図は、第１実施例の投写型表示装置１の要部を示
す概略構成図である。

第２図は、偏光照明装置100における第１の光学要素1
20の構成を示す斜視図である。

第３図は、偏光照明装置100における第２の光学要素1
30の機能を説明するための図である。

第４図（Ａ）は、偏光照明装置100における偏光分離
ユニットアレイ141の構成を示す斜視図、第４図（Ｂ）
は、偏光照明装置100における選択位相差板147の構成を
示す斜視図である。

第５図は、反射型液晶装置の一例を示す概略断面図で
ある。

第６図は、第２実施例の投写型表示装置２の要部を示
す概略構成図である。

第７図は、第３実施例の投写型表示装置３の要部を示
す概略構成図である。

第８図は、第４実施例の投写型表示装置４の要部を示
す概略構成図である。

第９図は、第５実施例の投写型表示装置５の要部を示
す概略構成図である。

第10図は、偏光照明装置100Aと偏光照明装置100とを
比較した図である。

第11図は、第６実施例の投写型表示装置６の要部を示
す概略構成図である。

第12図（Ａ）は、偏光照明装置100Bにおける偏光分離
プリズム820の構成を示す斜視図、第12図（Ｂ）は、偏
光分離プリズム820のうち、底面が直角二等辺三角形で
ある三角柱のプリズム821の構成を示す斜視図、第12図
（Ｃ）は、偏光分離プリズム820のうち、板状のプリズ
ム823の構成を示す斜視図である。

第13図は、偏光照明装置100Bにおける出射側レンズ84
0の構成を示す斜視図である。

第14図は、従来の投写型表示装置の要部を示す概略構
成図である。

発明を実施するための最良の形態 以下に、図面を参照して本発明を実施するための最良
の形態（実施例）を説明する。以下の各実施例において
は、互いに直交する３つの方向を、便宜的にＸ方向、Ｙ
方向、Ｚ方向とし、Ｚ方向を光の進行方向とした。

（第１実施例） 第１図は、第１実施例の投写型表示装置１の要部を平
面的に見た概略構成図である。なお、第１図は、後に詳
しく述べる第１の光学要素120の中心を通るXZ平面にお
ける断面図である。

本例の投写型表示装置１は、システム光軸Ｌに沿って
配置した光源部110、第１の光学要素120、第２の光学要
素130から概略構成される偏光照明装置100、偏光照明装
置100からの光を反射させて反射型液晶装置300に到達さ
せるとともに、反射型液晶装置300により変調された光
を透過させて投写光学系500へ到達させるＳ偏光光束反
射膜201を備えた偏光ビームスプリッタ200、偏光ビーム
スプリッタ200から出射された光を変調する反射型液晶
装置300、反射型液晶装置300にて変調された光を投写面
600に投写する投写光学系500から大略構成されている。

光源部110は、光源ランプ111と、放物面リフレクター
112とから大略構成されている。光源ランプ111から放射
された光は、放物面リフレクター112によって一方向に
反射され、略平行な光束となって第１の光学要素120に
入射する。ここで、光源ランプ111としては、メタルハ
ライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロ
ゲンランプ等が、また、リフレクターとしては本例に挙
げた放物面リフレクター112の他に、楕円リフレクタ
ー、球面リフレクター等が使用できる。

第１の光学要素120は、その外観を第２図に示す様
に、マトリックス状に配列された複数の矩形の光束分割
レンズ121を備えたレンズアレイである。光源部110と第
１の光学要素120との位置関係は、光源光軸Ｒが第１の
光学要素120の中心に来るように設定されている。第１
の光学要素120に入射した光は、光束分割レンズ121によ
り複数の中間光束122に分割され、同時に光束分割レン
ズの集光作用により、システム光軸Ｌと垂直な平面内
（第１図ではXY平面）の中間光束が集束する位置に光束
分割レンズの数と同数の集光像123を形成する。尚、光
束分割レンズ121のXY平面上における断面形状は反射型
液晶装置300の表示領域（被照明領域）の形状とほぼ相
似形をなすように設計すると良い。本例では、XY平面上
でＸ方向に長い長方形の被照明領域を想定しているた
め、光束分割レンズ121のXY平面上における断面形状も
Ｘ方向に長い長方形としてある。

次に、第３図に基づいて第２の光学要素130の機能に
ついて説明する。

第２の光学要素130は、集光レンズアレイ131、偏光分
離ユニットアレイ141と選択位相差板147とからなる板状
の偏光変換素子140、偏光変換素子140から出射された中
間光束を所定の被照明領域160上に重畳させる出射側レ
ンズ150から大略構成される複合体である。第２の光学
要素130は、第１の光学要素の光出射面側に、システム
光軸Ｌに対してほぼ垂直となるように配置される。この
第２の光学要素130は、中間光束122のそれぞれをＰ偏光
光束とＳ偏光光束とに分離した後、一方の偏光光束の偏
光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃え、偏光方向
がほぼ揃ったそれぞれの光束を一箇所の被照明領域160
に導くという機能を有している。

集光レンズアレイ131は、第１の光学要素120と同様
に、第１の光学要素120を構成する光束分割レンズ121と
同数の集光レンズ132が、マトリックス状に複数配列さ
れたものである。集光レンズアレイ131は、中間光束122
のそれぞれを偏光分離ユニットアレイ141の特定の場所
に集光しながら導くとともに、中間光束122の光軸をシ
ステム光軸Ｌと平行にするという機能を有している。し
たがって、各集光レンズのレンズ特性は、第１の光学要
素120により分割された中間光束122の特性に合わせて、
また、偏光分離ユニットアレイ141に入射する光の主光
線の傾きがシステム光軸Ｌと平行となるように、各々最
適化されることが望ましい。但し、光学系の低コスト化
および設計の容易さを考慮して、第１の光学要素120と
全く同じレンズアレイを用いるか、あるいは、XY平面に
おける断面形状が、第１の光学要素120を構成する光束
分割レンズ121とほぼ相似形をなす集光レンズで構成し
たレンズアレイを用いても良い。本例の場合には、第１
の光学要素120と同じレンズアレイを集光レンズアレイ1
31として用いている。尚、第１の光学要素120に入射す
る光束の平行性がきわめて高い場合には、第２の光学要
素から集光レンズアレイ131を省略しても良い。

偏光分離ユニットアレイ141は、第４図（Ａ）に示さ
れたように、Ｘ方向に配列された複数の偏光分離ユニッ
ト142から構成されている。偏光分離ユニット142は、光
学ガラス等からなるプリズム内に一対の偏光分離面143
と反射面144とを備えた四角柱状の構造体であり、入射
する中間光束122のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束
とに分離する機能を有している。尚、偏光分離ユニット
アレイ141は、交互に繰り返し配列した偏光分離面143と
反射面144とをその内部に有する構造体であれば良く、
必ずしも、複数の偏光分離ユニット142によって構成さ
れる必要はない。偏光分離ユニットアレイの機能の理解
を容易にするために、偏光分離ユニット142という概念
を導入したに過ぎない。

偏光分離面143と反射面144とはＸ方向に交互に並ぶよ
うに配置されていおり、それぞれシステム光軸Ｌに対し
て約45度の傾きをなしている。また、偏光分離面143と
反射面144とは互いに重なり合わないように配置されて
いる。また、偏光分離面143をXY平面上に投影した面積
と反射面144をXY平面上に投影した面積とはそれぞれ等
しい。偏光分離面143は誘電体多層膜等で、また、反射
面144は誘電体多層膜、アルミニウム膜等で形成するこ
とができる。

偏光分離ユニット142に入射した光は、偏光分離面143
を透過するＰ偏光光束と、偏光分離面143で反射されて
反射面144の方向に進行方向を変えるＳ偏光光束とに分
離される。Ｐ偏光光束は偏光分離ユニット142のＰ偏光
光束出射面145から出射される。一方、Ｓ偏光光束は反
射面144で反射され、Ｐ偏光光束とほぼ平行な状態とな
って、偏光分離ユニット142のＳ偏光光束出射面146から
出射される。すなわち、偏光分離ユニット142に入射し
たランダムな偏光方向を有する中間光束122は、偏光分
離ユニット142によりＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離
され、それぞれ偏光分離ユニット142のＰ偏光光束出射
面145、Ｓ偏光光束出射面146からほぼ同じ方向に向けて
出射される。

なお、本例の偏光照明装置100では、偏光分離ユニッ
ト142の偏光分離面143上にそれぞれの中間光束122を導
く必要がある。したがって、本例では、偏光分離面143
の中央部に中間光束123が集光されるように、集光レン
ズアレイ131が偏光分離ユニット142の横幅Ｗの1/4に相
当する距離Ｄだけ、偏光分離ユニットアレイ141に対し
てＸ方向にずらした状態で配置されている。また、その
結果、光源部110も、その光源光軸Ｒがシステム光軸Ｌ
に対して距離ＤだけＸ方向に平行シフトした状態となる
ように配置されている（第３図参照）。

偏光分離ユニットアレイ141の光出射面側には、λ/2
位相差層148が規則的に形成された選択位相差板147が設
置されている。第４図（Ｂ）に選択位相差板147の例を
示す。

選択位相差板147は、偏光分離ユニット142のＰ偏光光
束出射面145の部分にのみλ/2位相差層148が形成され、
Ｓ偏光光束出射面146の部分にはλ/2位相差層148が形成
されていない光学素子である。したがって、偏光分離ユ
ニット142から出射されたＰ偏光光束は、選択位相差板1
47を通過する際にλ/2位相差層148によって偏光方向の
回転作用を受け、Ｓ偏光光束へと変換される。一方、Ｓ
偏光光束出射面146の部分にはλ/2位相差層148が形成さ
れていないので、偏光分離ユニット142のＳ偏光光束出
射面146から出射されたＳ偏光光束はＳ偏光のまま選択
位相差板147を通過する。

すなわち、第１の光学要素から出射されたランダムな
偏光方向を有する中間光束は、偏光分離ユニットアレイ
141によりＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離され、選択
位相差板147により、偏光方向が揃った一種類の偏光光
束（本例の場合はＳ偏光光束）に変換されたことにな
る。

偏光変換素子140の光出射面側に配置された出射側レ
ンズ150（第３図）は、偏光変換素子140によりＳ偏光光
束に揃えられたそれぞれの中間光束を、被照明領域160
上で重畳結合する重畳結合素子としての機能を有してい
る。すなわち、第１の光学要素120により分割された中
間光束122（つまり、光束分割レンズ121により切り出さ
れたイメージ面）のそれぞれが、偏光変換素子140によ
って偏光方向の揃った一種類の偏光光に変換され、出射
側レンズ150によって一箇所の被照明領域160上で重畳結
合される。この場合、第１の光学素子120に入射する光
束の光強度分布がその入射断面内で均一でなくとも、複
数の分割された中間光束が重畳結合される過程で光強度
は平均化されるため、被照明領域上における照明光の光
強度分布は殆ど均一である。よって、被照明領域160
を、一種類の偏光光束でほぼ均一に照明することができ
る。なお、出射側レンズ150は１つのレンズ体である必
要はなく、第１の光学要素120のように、複数のレンズ
から構成されたレンズアレイとしても良い。

以上をまとめると、偏光照明装置100によって、明る
さが均一で偏光方向がほぼ揃った照明光を得ることがで
きる。

偏光照明装置100では、第１の光学要素120により微小
な複数の集光像123を形成し、それらの形成過程で生じ
た光の存在しない空間を上手く利用し、その空間に偏光
分離ユニット142の反射面144を配置している。したがっ
て、光源からの出射光束を２種類の偏光光束に分離する
際に生じる光束の拡幅を抑えることができ、少ないスペ
ースで偏光変換を行うことができるという特徴がある。

なお、Ｘ方向に長い長方形である被照明領域160の形
状に合わせて、第１の光学要素120を構成する光束分割
レンズ121の断面形状をＸ方向に長い長方形にするとと
もに、偏光分離ユニットアレイ141から出射された二種
類の偏光光束がＸ方向に交互に並ぶようにしている。こ
のため、長方形の被照明領域160を照明する場合でも、
光量を無駄にすることなく、光の利用効率を高めること
ができる。

また、第２の光学要素130を構成する集光レンズアレ
イ131、偏光分離ユニットアレイ141、選択位相差板14
7、および出射側レンズ150を光学的に一体化することに
より、それらの界面において発生する光損失を低減し、
光の利用効率を一層高めるようにしている。しかしなが
ら、これらの光学素子は必ずしも光学的に一体化する必
要はない。

再び第１図に戻って説明する。

偏光ビームスプリッタ200は、２つのプリズム部品20
2、203の接合面に、Ｓ偏光光束反射膜201が形成された
ものである。Ｓ偏光光束反射膜201は誘電体多層膜等で
構成され、Ｓ偏光光束を反射し、かつＰ偏光光束を透過
させる偏光光束選択素子として機能する。先に説明した
ように、偏光照明装置100から出射される光束は、その
ほとんどが一種類の偏光光束に変換されている。したが
って、偏光照明装置100から出射された光束のほとんど
すべてがＳ偏光光束反射膜201によって反射あるいは透
過されることとなる。本例では、第２の光学要素130か
ら出射される光束はＳ偏光光束である。よって、偏光ビ
ームスプリッタ200に入射した光束は、その殆どがＳ偏
光光束反射膜201によって反射されて反射型液晶装置300
に到達することになる。

なお、第２の光学要素130から出射される光束がＰ偏
光光束である場合には、偏光ビームスプリッタ200に入
射した光束はＳ偏光光束反射膜201を透過する。したが
って、この場合には、偏光ビームスプリッタ200を挟ん
で第２の光学要素と対向するように反射型液晶装置300
を配置すれば良い。

反射型液晶装置300に入射した光束は、反射型液晶装
置300により所定の画像情報に基づいた変調を受ける。

ここで、反射型液晶装置300の一例を第５図に示す。
反射型液晶装置300は、マトリックス状に配置された反
射画素電極319に、薄膜トランジスタからなるスイッチ
ング素子が接続されたアクティブマトリックス型液晶装
置であり、一対の基板310、330間に液晶層320が挟持さ
れた構造となっている。基板310は珪素からなり、その
一部にソース311、ドレイン316が形成されている。ま
た、基板310上には、アルミニウムからなるソース電極3
12およびドレイン電極317、二酸化珪素からなるチャネ
ル313、珪素層314およびタンタル層315とからなるゲー
ト電極、層間絶縁膜318、アルミニウムからなる反射画
素電極319が形成され、ドレイン電極317と反射画素電極
319とはコンタクトホールＨを介して電気的に接続され
ている。反射画素電極319は不透明であるため、ゲート
電極、ソース電極312、ドレイン電極317の上に層間絶縁
膜318を介して積層することができる。したがって、隣
り合う反射画素電極319間の距離Ｘをかなり小さくする
ことができ、開口率を大きく取ることができる。

なお、本例においては、ドレイン316、二酸化珪素層3
40、珪素層341、タンタル層342から構成される保持容量
部を設けている。

一方、対向する基板330には、液晶層320側の面にITO
からなる対向電極331が形成されており、他方の面には
反射防止層332が形成されている。この対向電極331とそ
れぞれの画素電極319との間に電圧を印加することによ
って、液晶層320の駆動が行われる。

液晶層320は、電圧無印加（OFF）時には液晶分子321
が垂直に配向しており、電圧印加（ON）時には液晶分子
321が90度ねじれるスーパーホメオトロピックタイプの
ものである。よって、第５図に示したように、電圧無印
加（OFF）時に偏光ビームスプリッタ200から反射型液晶
装置300に入射したＳ偏光光束は、その偏光方向を変え
ること無く反射型液晶装置300から偏光ビームスプリッ
タ200へ戻される。よって、Ｓ偏光光束反射膜201によっ
て反射されて投写光学系500の方へ到達することはな
い。一方、電圧印加（ON）時に偏光ビームスプリッタ20
0から反射型液晶装置300に入射したＳ偏光光束は、液晶
分子321のねじれによりその偏光方向が変えられてＰ偏
光光束となり、Ｓ偏光光束反射膜201を透過した後、投
写光学系500を介して投写面600に投写されることとな
る。

以上述べたように、本例の投写型表示装置１は、光路
の長さがきわめて短い。また、液晶装置の開口率を大き
くすることができるため、光の損失を最大限に防ぐこと
が可能となる。よって、大口径の投写レンズを用いなく
ともきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。

さらに、第１の光学要素、第２の光学要素を用いたこ
とにより、明るさが均一な偏光光束を照明光として得る
ことができる。したがって、表示面、あるいは投写面全
体に渡って明るさムラや色ムラが無く、かつきわめて明
るい投写画像を得ることが可能となる。

なお、反射型液晶装置300の構造、その各構成要素の
材料、並びに液晶層320の動作モードについては上述の
例に限られるものではない。

また、上述した反射型液晶装置300はモノクロ画像表
示用であるが、反射型液晶装置300と偏光ビームスプリ
ッタ200との間に、或いは反射型液晶装置300の内部にカ
ラーフィルタを設ければ、カラー画像を表示することも
可能である。

（第２実施例） 第６図は、第２実施例の投写型表示装置２の要部を平
面的に見た概略構成図である。なお、第６図は、第１の
光学要素120の中心を通るXZ平面における断面図であ
る。本例の投写型表示装置２において、前に説明した第
１実施例の投写型表示装置１の構成要素と同様の構成要
素については、第１図〜第５図で用いたものと同じ参照
番号を付し、その詳細な説明については省略する。

本例の投写型表示装置２は、システム光軸Ｌに沿って
配置した光源部110、第１の光学要素120、第２の光学要
素130から概略構成される偏光照明装置100、偏光照明装
置100からの光を反射させて、ダイクロイックプリズム4
11、413と導光プリズム412とからなる色光分離合成素子
に到達させるとともに、色光分離合成素子により合成さ
れた光を透過させて投写光学系500へ到達させるＳ偏光
光束反射膜201を備えた偏光ビームスプリッタ200、偏光
ビームスプリッタ200から出射された光を赤色光
（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）に分離するととも
に、反射型液晶装置300R、300G、300Bによって変調され
た色光を合成する色光分離合成素子（ダイクロイックプ
リズム411、413、および導光プリズム412）、３色の色
光をそれぞれ変調する反射型液晶装置300R、300G、300
G、３つの反射型液晶装置300R、300G、300Bによって変
調された光を投写面600に投写する投写光学系500から大
略構成されている。

本例の投写型表示装置２では、第１実施例とまったく
同じ構成の偏光照明装置100が用いられている。第１実
施例で説明したように、偏光照明装置100において、光
源部110から出射されたランダムな偏光光束は、第１の
光学要素120により複数の中間光束に分割された後、第
２の光学要素130により偏光方向がほぼ揃った一種類の
偏光光束（本例ではＳ偏光光束）に変換される。そし
て、偏光照明装置100から出射されたＳ偏光光束は、偏
光ビームスプリッタ200のＳ偏光光束反射膜201によって
反射される。

Ｓ偏光光束反射膜201によって反射された光束は、２
つのダイクロイックプリズム411、412によって赤色光
（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の三色の色光に分
離される。

ダイクロイックプリズム411は、２つのプリズム部品4
14、414の接合面に、誘電体多層膜等からなる青色光反
射ダイクロイック膜418が形成されたものである。Ｓ偏
光光束反射面201で反射されたＳ偏光光束のうち、青色
光（Ｂ）はこの青色光反射ダイクロイック膜418にて反
射され、導光プリズム412を経て反射型液晶装置300Bに
入射する。そして、反射型液晶装置300Bによって、所定
の画像情報に基づいた変調が施される。なお、導光プリ
ズム412は青色光（Ｂ）の色光の光路の長さを、他の色
光の光路の長さと等しくするために用いられているもの
である。

ダイクロイックプリズム413は、２つのプリズム部品4
16、417の接合面に、誘電体多層膜等からなる赤色反射
ダイクロイック膜419が形成されたものである。ダイク
ロイックプリズム411の青色光反射ダイクロイック膜418
を透過した色光のうち、赤色光（Ｒ）は、この赤色光反
射ダイクロイック膜419にて反射され、反射型液晶装置3
00Rに入射する。そして、反射型液晶装置300Rによっ
て、所定の画像情報に基づいた変調が施される。

さらに、ダイクロイックプリズム413の赤色光反射ダ
イクロイック膜を透過した緑色光（Ｇ）は、反射型液晶
装置300Gに入射する。そして、反射型液晶装置300Gによ
って、所定の画像情報に基づいた変調が施される。

このようにして、それぞれの反射型液晶装置300R、30
0B、300Gによって変調された赤、青、緑の色光は、再び
ダイクロイックプリズム413、411にて合成され、投写光
学系500を介して投写面600へ投写される。

本例の投写型表示装置２も、前述した投写型表示装置
１と同様、液晶装置の開口率が大きいため、光の損失を
最大限に防ぐことが可能となる。よって、きわめて明る
い投写画像を得ることが可能となる。

さらに、第１の光学要素、第２の光学要素を用いたこ
とにより、明るさが均一な偏光光束を照明光として得る
ことができる。よって、表示面、あるいは投写面全体に
渡って明るさムラや色ムラが無く、かつきわめて明るい
投写画像を得ることが可能となる。

なお、本例の投写型表示装置２において、偏光ビーム
スプリッタ200を構成するプリズム部品202とダイクロイ
ックプリズム411を構成するプリズム部品414とは、一体
のプリズムにて構成することが可能である。また、同様
に、プリズム部品415とプリズム部品416、プリズム部品
414と導光プリズム412とを一体のプリズムにて構成する
ことも可能である。これらのプリズム部品を一体構成と
することにより、プリズム部品どうしの境界部分におい
て発生する光の損失を防ぐことができ、より一層光の利
用効率を高めることが可能となる。

（第３実施例） 前述した第２実施例の投写型表示装置２においては、
色光分離合成素子として２つのダイクロイックプリズム
411、413を用い、また、他の色光との光路の長さを等し
くするために青色光の光路には導光プリズム412を設け
ている。この色分離合成素子を、１つのクロスダイクロ
イックプリズムによって構成することも可能である。こ
のような投写型表示装置の例を第７図に示す。

第７図は、第３実施例の投写型表示装置３の要部を平
面的に見た概略構成図である。なお、第７図は、第１の
光学要素120の中心を通るXZ平面における断面図であ
る。本例の投写型表示装置３において、前に説明した第
１実施例の投写型表示装置１の構成要素と同様の構成要
素については、第１図〜第５図で用いたものと同じ参照
番号を付し、その詳細な説明は省略する。

本例の投写型表示装置３は、前述した投写型表示装置
２の色光分離合成素子を構成するダイクロイックプリズ
ム411、412の代わりに、４つのプリズム部品421、422、
423、424の間に赤色光反射ダイクロイック膜425、426と
青色光反射ダイクロイック膜427、428とがＸ字状に配置
されたクロスダイクロイックプリズム420を用いてい
る。このような、クロスダイクロイックプリズム420を
用いることにより、光路の長さをきわめて短縮化するこ
とができる、したがって、大口径の投写レンズを用いな
くともきわめて明るい投写画像を得ることができる。

また、本例の投写型表示装置３において、偏光ビーム
スプリッタ200を構成するプリズム部品202とクロスダイ
クロイックプリズム420を構成するプリズム部品421とは
一体のプリズムにて構成することが可能である。プリズ
ム部品202、421を一体構成とすることにより、プリズム
部品202と421との境界部分において発生する光の損失を
防ぐことができ、より一層光の利用効率を高めることが
可能となる。

なお、本例の投写型表示装置３は、投写型表示装置２
と同様の効果も有している。

（第４実施例） 第３実施例における投写型表示装置３のように、色光
分離合成素子としてクロスダイクロイックプリズム420
を用いた場合、プリズムの中央部にダイクロイック膜が
直交する部分が存在し、この部分が投写画像に影として
現れる場合がある。クロスダイクロイックプリズム420
の代わりに、第８図に示したようなダイクロイックプリ
ズム430を採用すれば、この現象を完全に防止すること
が可能である。

第８図は、第４実施例の投写型表示装置４の要部を平
面的に見た概略構成図である。なお、第８図は、第１の
光学要素120の中心を通るXZ平面における断面図であ
る。本例の投写型表示装置４は、第３実施例の投写型表
示装置３のクロスダイクロイックプリズム420を、２つ
のダイクロイック膜が互いに光軸に対して異なる角度で
配置されたダイクロイックプリズム430に代えたもので
ある。その他の構成については第４実施例と同様である
ため、詳細な説明については省略する。

ダイクロイックプリズム430は、互いに形状が異なる
３つのプリズム部品431、432、433と、プリズム部品431
とプリズム部品432との接合面に形成された緑色光反射
ダイクロイック膜434、および、プリズム部品432とプリ
ズム部品433との接合面に形成された赤色光反射ダイク
ロイック膜435から構成されている。ここで、緑色光反
射ダイクロイック膜434と赤色光反射ダイクロイック膜4
36とは互いに光軸に対して異なる角度で配置されてい
る。したがって、クロスダイクロイックプリズムを用い
た場合のように、ダイクロイック膜が直交する部分が投
写画像に影として現れることが無く、きわめて質の良い
投写画像を得ることができる。

なお、本例の投写型表示装置４は、第３実施例の投写
型表示装置３と同様の効果も有している。

（第５実施例） 第９図は、第５実施例の投写型表示装置５の要部を平
面的に見た概略構成図である。なお、第９図は、第１の
光学要素120の中心を通るXZ平面における断面図であ
る。本例の投写型表示装置５は、前述した第３実施例の
投写型表示装置３の変形例である。前述した第３実施例
の投写型表示装置３と同様の構成については第７図で用
いたものと同じ参照番号を付し、その詳細な説明につい
ては省略する。

まず第１に、本例の投写型表示装置５は、前述した第
３実施例の投写型表示装置３と偏光照明装置の構成が相
違している。本例の投写型表示装置５における偏光照明
装置100Aは、出射側レンズ150が偏光変換素子140から離
れた位置に設けられている点、偏光分離ユニットアレイ
141と出射側レンズ150との間に反射ミラー700が設けら
れている点で、前述した偏光照明装置100と相違してい
る。

第10図は、偏光照明装置100Aと偏光照明装置100とを
比較した図である。説明の便宜上、関係のない部分は省
略してある。図中実線は、本例の投写型表示装置５にお
ける第１の光学要素120、集光レンズアレイ131、偏光変
換素子140、出射側レンズ150の位置関係を示している。
図中点線は、偏光変換素子140と出射側レンズ150とが分
離されていない状態、すなわち前述した偏光照明装置10
0における第１の光学要素120と出射側レンズ150を示し
ている。なお、図中160は、偏光照明装置100または100A
によって照明される被照明領域である。

光源部110から出射される光束の平行性が極めて高
く、かつ第１の光学要素120を構成する光束分割レンズ1
21の精度が極めて高い場合には、先の第３図に示したよ
うに、各中間光束122は偏光分離ユニット142の偏光分離
面143上の極めて微小な領域に集光される。しかしなが
ら、実際は光源ランプ111の発光点が有限の大きさを有
していること、放物面リフレクター112の面精度や光束
分割レンズ121のレンズ精度にばらつきがあることか
ら、各中間光束122によって偏光分離面143上に形成され
る像はある程度の大きさを有することとなる。この像の
大きさは偏光分離面143の開口断面の大きさよりも小さ
いことが望ましいが、そうでない場合には、偏光分離面
143を経ずに偏光分離面143と隣接して配置されている反
射面144に直接入射する光が発生することになる。ある
偏光分離ユニット（これを、「第１の偏光分離ユニッ
ト」とする）の反射面に直接入射した光は、反射面で反
射されて、隣接する偏光分離ユニット（これを、「第２
の偏光分離ユニット」とする）に侵入し、第２の偏光分
離ユニットの偏光分離面で２種類の偏光光束に分離され
る。但し、第１の偏光分離ユニットの反射面で反射され
て第２の偏光分離ユニットに侵入した光束と、第２の偏
光分離ユニットの偏光分離面に直接入射した光束とで
は、第２の偏光分離ユニットの偏光分離面に入射する方
向が90度異なることとなる。よって、第２の偏光分離ユ
ニットのＰ偏光光束出射面から出射される光束には、第
１の偏光分離ユニットから侵入して第２の偏光分離ユニ
ットの偏光分離面で反射されたＳ偏光光束が混入するこ
ととなる。また、第２の偏光分離ユニットのＳ偏光光束
出射面から出射される光束には、第１の偏光分離ユニッ
トから侵入して第２の偏光分離ユニットの偏光分離面を
透過したＰ偏光光束が混入することとなる。このよう
に、ある偏光分離ユニットの反射面に直接入射した光
は、隣接する偏光分離ユニットにおいて、直接偏光分離
面に入射した光束とは異なる状態で偏光分離されてしま
い、Ｐ偏光光束出射面、Ｓ偏光光束出射面から本来出射
されるべき偏光光束とは異なる偏光方向を有する偏光光
束となって出射されるため、偏光照明装置から出射され
る光束の偏光度を低下させる原因となる。偏光照明装置
から出射された光束のうち、反射型液晶装置300R、300
G、300Bの照明光として有効な光は一種類の偏光光のみ
であるため、偏光照明装置から出射される光束の偏光度
の低下は、光の利用効率の低下、ひいては投写画像の明
るさを低下させてしまうこととなり、好ましくない。

そこで、前述した偏光照明装置100では、第２の光学
要素130に集光レンズアレイ131を設け、この集光レンズ
アレイ131の集光力によって第１の光学要素120から出射
される光を偏光分離面に導き、反射面に直接入射する光
がなるべく少なくなるようにしている。

一方、反射面144に直接光束が入射するのを防ぐに
は、集光力が大きいレンズを用いて各中間光束122によ
って偏光分離面143上に形成される像の大きさを小さく
する方法も有効である。

第10図から解るように、出射側レンズ150を偏光変換
素子140から離れた位置に設ければ、第１の光学要素120
と偏光分離ユニットアレイ141との距離を小さくして、
偏光照明装置100における光束分割レンズ121よりも焦点
距離の短い、すなわち集光力のより大きい光束分割レン
ズ121を使用することができる。したがって、各中間光
束122によって偏光分離面143上に形成される像の大きさ
を小さくすることができ、反射面144に直接光束が入射
するのを防ぐことが可能となる。

ここで、偏光分離面143は光が入射する角度によって
その偏光分離性能が変化するため、光束分割レンズ121
の集光力をむやみに高めることはできない。したがっ
て、光源部100から出射される光の平行性があまり高く
ない場合には、本例の投写型表示装置５のように、出射
側レンズ150を偏光分離ユニットアレイ141から離れた位
置に設けるだけでなく、集光レンズアレイ131を併用す
ることが好ましい。

また、本例の投写型表示装置５のように、出射側レン
ズ150を偏光ビームスプリッタ200の光入射面204に取り
付けることにより、出射側レンズ150と偏光ビームスプ
リッタ200との界面における光反射を低減することがで
き、より一層光の利用効率を高めることが可能となる。

さらに、本例の投写型表示装置５における偏光照明装
置100Aでは、偏光分離ユニットアレイ141と出射側レン
ズ150との間に、光の進行方向を約90度変える反射ミラ
ー700を設けている。このような反射ミラー700を設ける
ことにより、偏光ビームスプリッタ200とクロスダイク
ロイックプリズム420とからなる部分と、偏光照明装置1
00Aとを並べて配置することができるため、光学系をコ
ンパクトにすることが可能となる。

この反射ミラー700は、全反射ミラーで構成すること
ができる。しかしながら、この反射ミラー700を、偏光
分離ユニットアレイ141と選択位相差板147とからなる偏
光変換素子によって得られる特定の偏光光束（本例では
Ｓ偏光光束）のみを選択的に反射する誘電体ミラーとす
れば、偏光ビームスプリッタ200に入射する偏光光束の
偏光度を、つまり結果的には反射型液晶装置300R、300
G、300Bを照明する照明光の偏光度を高めることができ
る。したがって、投写画像のコントラストを高めること
ができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能と
なる。

さらに、この反射ミラー700に、可視光のみを反射さ
せ、赤外線や紫外線は透過させる機能を持たせれば、反
射ミラー700以降の光学素子が赤外線や紫外線によって
劣化してしまうのを防ぐことができる。

また、反射ミラー700を設ける位置は、第９図に示さ
れた位置には限られず、光源部110と偏光ビームスプリ
ッタ200との間のどの位置に設けても良い。例えば、前
述した偏光照明装置100のように、第２の光学要素130を
構成する集光レンズアレイ131、偏光分離ユニットアレ
イ141、選択位相差板147、および出射側レンズ150が一
体化されている場合には、出射側レンズ150と偏光ビー
ムスプリッタ200との間に反射ミラー700を配置すること
も可能である。

なお、本例の偏光照明装置100Aは、前述した第１実施
例〜第４実施例の投写型表示装置１〜４における偏光照
明装置100と置き換えることが可能である。

第２に、本例の投写型表示装置５は、偏光ビームスプ
リッタ200の光入射面204と光出射面205にそれぞれ偏光
板210、211が設けられている点で、前述した第３実施例
の投写型表示装置３と相違している。偏光板210は、偏
光ビームスプリッタ200に入射する偏光光束の偏光度
を、つまり結果的には反射型液晶装置300R、300G、300B
を照明する照明光の偏光度を高めるものである。また、
偏光板211は、偏光ビームスプリッタ200から出射した偏
光光束の偏光度を、つまり結果的には投写光学系500を
介して表示面、あるいは投写面上に投写される画像のコ
ントラストを高めるものである。本例の投写型表示装置
５では、これらの偏光板210、211を配置することによ
り、投写画像のコントラストを高めることができ、きわ
めて質の高い投写画像を得ることが可能となる。

ここで、偏光板210、211を必ずしも偏光ビームスプリ
ッタ200の面に取り付ける必要はなく、出射側レンズ150
と偏光ビームスプリッタ200との間の光路上、偏光ビー
ムスプリッタ200と投写光学系500との間の光路上に配置
すれば良い。しかしながら、偏光板210、211を偏光ビー
ムスプリッタ200の面に取り付けることにより、偏光板2
10、211と偏光ビームスプリッタ200との界面における光
反射を低減することができ、光の利用効率を向上させる
ことが可能となる。

なお、前述した第１実施例〜第４実施例の投写型表示
装置１〜４において、本例のように偏光板210、211を配
置するようにしても良い。

本例の投写型表示装置５は、上述した点以外の部分は
第３実施例の投写型表示装置３と同一であるため、第３
実施例における投写型表示装置３と同様の効果も有して
いる。

（第６実施例） 第11図は、第６実施例の投写型表示装置６の要部を平
面的に見た概略構成図である。なお、図11は、第１の光
学要素800の中心を通るXZ平面における断面図である。
本例の投写型表示装置６は、前述した第３実施例の投写
型表示装置３の変形例である。前述した第３実施例の投
写型表示装置３と同様の構成については図７で用いたも
のと同じ参照番号を付し、その詳細な説明については省
略する。

まず第１に、本例の投写型表示装置６は、前述した第
３実施例の投写型表示装置３と偏光照明装置の構成が相
違している。

本例の投写型表示装置６における偏光照明装置100B
は、システム光軸Ｌに沿って配置した光源部110、第１
の光学要素800、第２の光学要素850から概略構成されて
いる。

第１の光学要素800は、図２に示した第１の光学要素1
20と同様に、マトリックス状に配列された複数の矩形の
光束分割レンズ801からなるレンズアレイである。光源
部110は、光源111の光軸が第１の光学要素120の中心と
一致するように配置されている。光源部110から出射さ
れ、第１の光学要素800に入射した光は、光束分割レン
ズ801により複数の中間光束に分割されて第２の光学要
素850へ入射する。

なお、各光束分割レンズ801の特性は、後に詳しく述
べる偏光分離プリズム820の板状のプリズム823の厚み等
に応じて各々最適化される。

第１の光学要素800の光出射面側に配置されている第
２の光学要素850は、偏光分離プリズム820と選択位相差
板830とからなる偏光変換素子810、偏光変換素子810か
ら出射された中間光束を被照明領域である反射型液晶装
置300R、300G、300B上に重畳させる出射側レンズ840か
ら大略構成される複合体である。

偏光分離プリズム820は、第12図（Ａ）〜（Ｃ）に示
したように、斜面に偏光分離膜822が形成され、底面の
形状が直角二等辺三角形である三角柱のプリズム821
と、三角柱プリズム821と接合しない面に反射膜824が形
成された板状のプリズム823とが組み合わされたもので
ある。偏光分離膜822と反射膜824とはほぼ平行になるよ
うに配置されている。偏光分離膜822は誘電体多層膜等
で、反射膜824は誘電体多層膜、アルミニウム膜等で形
成することができる。

偏光分離プリズム820に入射した光は、偏光分離膜822
を透過するＰ偏光光束と、偏光分離膜822で反射されて
選択位相差板830の方向に進行方向を変えるＳ偏光光束
とに分離される。Ｐ偏光光束は、板状のプリズム823に
入射し、反射膜824で反射されることにより、その進行
方向を変えＳ偏光光束とほぼ平行な状態となる。すなわ
ち、偏光分離プリズム820に入射したランダムな偏光方
向を有する中間光束は、偏光分離プリズム820の偏光分
離膜822によりＳ偏光光束とＰ偏光光束とに分離され
る。そして、Ｓ偏光光束は第12図（Ａ）に右上がりの斜
線で示すＳ偏光光束出射面825から、Ｐ偏光光束は第12
図（Ａ）に右下がりの斜線で示すＰ偏光光束出射面826
から、それぞれほぼ同じ方向に向けて出射される。

なお、第12図（Ａ）におけるＳ偏光光束出射面825、
Ｐ偏光光束出射面826のＸ方向の幅は、板状のプリズム8
22のＺ方向およびＸ方向の厚みに対応している。ここ
で、本例では、板状のプリズム822のＺ方向およびＸ方
向の厚みが第１の光学要素を構成する光束分割レンズ80
1のＸ方向の大きさ（第２図参照）の約1/2となってい
る。したがって、Ｓ偏光光束出射面825、Ｐ偏光光束出
射面826のＸ方向の幅も光束分割レンズ801のピッチの約
1/2となっている。

偏光分離プリズム820の光出射面側には、第11図に示
すように、λ/2位相差層831が規則的に形成された選択
位相差板830が設置されている。選択位相差板830は、偏
光分離プリズムのＰ偏光光束出射面826の部分にのみλ/
2位相差層831が形成され、Ｓ偏光光束出射面825の部分
にはλ/2位相差層831が形成されていない光学素子であ
る。したがって、第11図に示すように、偏光分離プリズ
ム820から出射されたＰ偏光光束は、選択位相差板830を
通過する際にλ/2位相差層831によって偏光方向の回転
作用を受け、Ｓ偏光光束へと変換される。一方、Ｓ偏光
光束出射面825の部分にはλ/2位相差層831が形成されて
いないので、偏光分離プリズム820のＳ偏光光束出射面8
25から出射されたＳ偏光光束は、Ｓ偏光のまま選択位相
差板830を通過する。

すなわち、第１の光学要素800から出射されたランダ
ムな偏光方向を有する中間光束は、偏光分離プリズム82
0によりＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離され、選択位
相差板830により、偏光方向が揃ったほぼ一種類の偏光
光束（本例の場合はＳ偏光光束）に変換されたことにな
る。

偏光変換素子810の光出射面側に配置された出射側レ
ンズ840は、第13図に示すように、マトリックス状に配
列された複数の矩形レンズ841からなるレンズアレイで
ある。図13において、十字の交点はレンズ光軸を示して
いる。この図から解るように、矩形レンズ841は偏心レ
ンズとなっている。出射側レンズ840は、偏光照明装置1
00における出射側レンズ150と同様に、偏光変換素子810
により揃えられたそれぞれの中間光束を、被照明領域で
ある反射型液晶装置300R、300G、300B上で重畳結合する
重畳結合素子としての機能を有している。すなわち、第
１の光学要素800により分割された中間光束（つまり、
光束分割レンズ801により切り出されたイメージ面）の
それぞれが、偏光変換素子810によって一箇所の被照明
領域上に重畳結合される。よって、被照明領域である反
射型液晶装置300R、300G、300B上を、一種類の偏光光束
で、ほぼ均一に照明することができる。

なお、矩形レンズ841のＸ方向の配列ピッチは、偏光
分離プリズム820のＳ偏光光束出射面825、Ｐ偏光光束出
射面826のＸ方向の幅とほぼ同じである。また、本例で
は、矩形レンズ841のＹ方向の配列ピッチを、第１の光
学要素の光束分割レンズ801のＹ方向の配列ピッチとほ
ぼ同じにしてある。

しかしながら、矩形レンズのＸ方向の配列ピッチは、
偏光分離プリズム820のＳ偏光光束出射面825のＸ方向の
幅とＰ偏光光束出射面826のＸ方向の幅の和とほぼ同じ
にしても良い。この場合は、出射側レンズ840として、
第１の光学要素800と同じレンズアレイを用いることが
可能となる。或いは、矩形レンズのＸ方向の配列ピッチ
を、偏光分離プリズム820のＳ偏光光束出射面825のＸ方
向の幅とＰ偏光光束出射面826のＸ方向の幅の和よりも
小さくしても良い。同様に、矩形レンズ841のＹ方向の
配列ピッチについても光束分割レンズ801のＹ方向の配
列ピッチよりも小さくすることが可能である。以上の状
態は、第１の光学要素800を構成する光束分割レンズ801
を偏心レンズとすることによって実現できる。それによ
り、偏光ビームスプリッタ200に入射する光束の断面積
を小さくできるため、結果として、偏光ビームスプリッ
タ200を小型化できる効果がある。

以上をまとめると、偏光照明装置100Bによっても、偏
光照明装置100の場合と同様、明るさが均一で、偏光方
向がほぼ揃った照明光を得ることができる。

偏光照明装置100Bでは、第１の光学要素800により光
源部110からの出射光を複数の中間光束に分割し、それ
ぞれの中間光束の断面積とほぼ同じ断面積内で、中間光
束をＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離するようにしてい
る。したがって、光束の拡幅を殆ど伴うことなく、光源
からの出射光束を２種類の偏光光束に分離することがで
き、少ないスペースで偏光変換を行うことができるとい
う特徴がある。

なお、反射型液晶装置300の表示領域、即ち、被照明
領域（Ｘ方向に長い長方形状）の形状に合わせて、第１
の光学要素800を構成する光束分割レンズ801の断面形状
をＸ方向に長い長方形にするとともに、偏光分離プリズ
ム820から出射された２種類の偏光光束がＸ方向に交互
に並ぶようにしている。このため、長方形の被照明領域
を照明する場合でも、光を無駄にすることなく、光の利
用効率を高めることができる。

また、第１の光学要素と、第２の光学要素を構成する
偏光分離プリズム820、選択位相差板830、出射側レンズ
840を光学的に一体化することにより、それらの界面に
おいて発生する光損失を低減し、光の利用効率を一層高
めるようにしている。しかしながら、これらの光学要素
を必ずしも光学的に一体化する必要はない。

本例の投写型表示装置６は、以上述べたような偏光照
明装置100Bを用いたことにより、明るさが均一な光束を
照明光として得ることができる。したがって、表示面、
あるいは投写面全体にわたってきわめて均一であり、か
つきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。

さらに、偏光照明装置100Bでは偏光変換を行うと同時
に光の進行方向が約90度変えられるため、前述した第５
実施例の投写型表示装置５のように、光の進行方向を変
える反射ミラーを配置することなく光学系をコンパクト
にすることが可能となる。

なお、本例の投写型表示装置６においても、前述した
第５実施例の投写型表示装置５のように、偏光ビームス
プリッタ200の光入射面や光出射面に、偏光度を高める
ための偏光板を配置すれば、投写画像のコントラストを
高めることができ、きわめて質の高い投写画像を得るこ
とが可能となる。

（その他） 上述した実施例においては、いずれも偏光照明装置で
Ｓ偏光光束を得る構成としているが、勿論、Ｐ偏光光束
を得る構成としても良い。この場合は、選択位相差板14
7、830のλ/2位相差層148、831を偏光分離ユニットアレ
イ141、あるいは偏光分離プリズム820のＳ偏光光束出射
面146、825に形成するようにすれば良い。

また、投写型表示装置としては、投写面600のうち、
投写光学系500の側の面から投写画像を観察するフロン
ト型、あるいは投写光学系500の反対側の面から投写画
像を観察するリア型のものがあるが、本発明はいずれの
タイプにも適用可能である。

以上述べたように、本発明の投写型表示装置によれ
ば、従来の投写型表示装置と比較して光路の長さを短縮
化することが可能となるため、大口径の投写レンズを用
いなくとも明るい投写画像を得ることが可能である。ま
た、被照明領域に対する照度のムラを低減することが可
能であり、表示面、あるいは投写面全体に渡ってきわめ
て均一であり、かつきわめて明るい投写画像を得ること
が可能となる。

産業上の利用可能性 本発明の投写型表示装置は、例えばコンピュータから
出力された画像やビデオレコーダから出力された画像を
スクリーン上に投写して表示するために適用可能であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−187696（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−243912（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−80321（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−242463（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−3510（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−209621（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−294851（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−310903（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−181135（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−75200（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−94902（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−202094（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/00

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 前記光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割す
   る第１の光学要素と、 前記第１の光学要素の光出射面側であって、前記中間光
   束が集光する位置に配置された第２の光学要素と、 前記第２の光学要素から出射された光を変調する唯一の
   反射型変調素子と、を有する投写型表示装置であって、 前記第２の光学要素は、 前記中間光束を集光させるとともに、前記中間光束の光
   軸をシステム光軸と略平行にさせる集光手段と、 前記集光手段からの前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光
   束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、前記Ｓ偏
   光光束うちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の
   偏光方向に揃えて出射する偏光変換素子と、 前記偏光変換素子の光出射側に配置され、前記中間光束
   のそれぞれを前記反射型変調素子の一箇所の被照射領域
   上に重畳結合させる重畳結合素子と、を有してなり、 前記第２の光学要素と前記反射型変調素子との間の光路
   上に、前記第２の光学要素から出射された光を反射また
   は透過させて前記反射型変調素子に到達させるととも
   に、前記反射型変調素子により変調された光を透過また
   は反射させて投写光学系へ到達させる偏光光束選択素子
   が設けられたことを特徴とする投写型表示装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記偏光変換素子は、一対の偏光分離面と反射面とを備
   えた偏光分離ユニットが複数配列された偏光分離ユニッ
   トアレイと、λ/2位相差層が規則的に形成された選択位
   相差板とからなることを特徴とする投写型表示装置。
3. 【請求項３】請求項２において、 前記重畳結合素子が前記偏光光束選択素子の光入射面側
   に取り付けられていることを特徴とする投写型表示装
   置。
4. 【請求項４】光源と、 前記光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割す
   る第１の光学要素と、 前記第１の光学要素の光出射面側であって、前記中間光
   束が集光する位置に配置された第２の光学要素と、 前記第２の光学要素から出射された光束を３色の色光に
   分離するとともに、前記３色の色光をそれぞれ変調する
   ３つの反射型変調素子によって変調された色光を合成す
   る色光分離合成素子と、を有する投写型表示装置であっ
   て、 前記第２の光学要素は、 前記中間光束を集光させるとともに、前記中間光束の光
   軸をシステム光軸と略平行にさせる集光手段と、 前記集光手段からの前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光
   束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、前記Ｓ偏
   光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束
   の偏光方向に揃えて出射する偏光変換素子と、 前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光
   束のそれぞれを前記各々の反射型変調素子の一箇所の被
   照明領域上に重畳結合させる重畳結合素子と、を有して
   なり、 前記第２の光学要素と前記色光分離合成素子との間の光
   路上に、前記第２の光学要素から出射された光を反射ま
   たは透過させて前記色光分離合成素子に到達させるとと
   もに、前記色光分離合成素子により合成された光を透過
   または反射させて投写光学系へ到達させる偏光光束選択
   素子が設けられたことを特徴とする投写型表示装置。
5. 【請求項５】請求項４において、 前記偏光変換素子は、一対の偏光分離面と反射面とを備
   えた偏光分離ユニットが複数配列された偏光分離ユニッ
   トアレイと、λ/2位相差層が規則的に形成された選択位
   相差板とからなることを特徴とする投写型表示装置。
6. 【請求項６】請求項５において、 前記重畳結合素子が前記偏光光束選択素子の光入射面に
   取り付けられていることを特徴とする投写型表示装置。
7. 【請求項７】請求項５において、 前記光源と前記偏光光束選択素子との間に光の進行方向
   を約90度変える反射ミラーを設けたことを特徴とする投
   写型表示装置。
8. 【請求項８】請求項７において、 前記反射ミラーは、前記偏光変換素子によって得られる
   特定の偏光光束のみを選択的に反射する誘電体ミラーか
   らなり、前記偏光変換素子と前記重畳結合素子との間に
   配置されることを特徴とする投写型表示装置。
9. 【請求項９】請求項４において、 前記偏光変換素子は、斜面に偏光分離膜が形成された三
   角柱のプリズムと、一対の面に反射膜が形成された板状
   のプリズムとが、前記偏光分離膜と前記反射膜とが略平
   行になるように組み合わされた偏光分離プリズムと、λ
   /2位相差層が規則的に形成された選択位相差板とからな
   ることを特徴とする投写型表示装置。
10. 【請求項１０】請求項５または請求項９において、 前記色光分離合成素子は２つのプリズム部品の間にダイ
    クロイック膜が挟持されたダイクロイックプリズムから
    なり、 前記偏光光束選択素子は２つのプリズム部品の間に偏光
    光束選択膜が挟持された偏光ビームスプリッタからな
    り、 前記ダイクロイックプリズムを構成する前記２つのプリ
    ズム部品の一方と、前記偏光ビームスプリッタを構成す
    る前記２つのプリズム部品の一方とが一体化されてなる
    ことを特徴とする投写型表示装置。
11. 【請求項１１】請求項５または請求項９において、 前記色光分離合成素子は２つのプリズム部品の間にダイ
    クロイック膜が挟持された第１、第２のダイクロイック
    プリズムを有し、 前記第１のダイクロイックプリズムを構成する前記２つ
    のプリズム部品の一方と、前記第２のダイクロイックプ
    リズムを構成する前記２つのプリズム部品の一方とが一
    体化されてなることを特徴とする投写型表示装置。
12. 【請求項１２】請求項11において、 前記色光分離合成素子にはさらに導光プリズムが設けら
    れ、前記第１または第２のダイクロイックプリズムを構
    成する前記プリズム部品の一方と前記導光プリズムとが
    一体化されてなることを特徴とする投写型表示装置。
13. 【請求項１３】請求項５または請求項９において、 前記色光分離合成素子は４つのプリズム部品の間にダイ
    クロイック膜がＸ字状に配置されたクロスダイクロイッ
    クプリズムからなり、 前記３つの反射型変調素子は前記クロスダイクロイック
    プリズムの隣り合う３辺に沿って配置されてなることを
    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、 前記偏光光束選択素子は２つのプリズム部品の間に偏光
    光束選択膜が挟持された偏光ビームスプリッタからな
    り、 前記偏光ビームスプリッタを構成する前記２つのプリズ
    ム部品の一方と、前記クロスダイクロイックプリズムを
    構成する４つのプリズム部品のうちいずれか１つとが一
    体化されてなることを特徴とする投写型表示装置。
15. 【請求項１５】請求項５または請求項９において、 前記色光分離合成素子は、３つの色光をそれぞれ分離、
    合成する２つのダイクロイック膜を、互いの光軸に対し
    て異なる角度で配置したダイクロイックプリズムからな
    ることを特徴とする投写型表示装置。