JP3661392B2 - 偏光照明装置および投写型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光方向を揃えた偏光光を用いて矩形の照明領域などを均一に照明する偏光照明装置、及び該偏光照明装置を用いた投写型表示装置に関するものである。さらに詳しくは、２つの光源部から出射された光の偏光方向を揃えながら合成するための構造技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶素子のように特定の偏光光を変調するタイプの変調素子を用いた液晶表示装置では、光源から出射される光が有する２種類の偏光成分のうち、一方の偏光成分しか利用できない。よって、明るい投写画像を得るには光の利用効率を高める必要がある。しかしながら、唯一の光源を用いた投写型表示装置で光の利用効率を高めるには限度があるため、複数の光源を用いて光量を増やすことも明るい投写画像を得るための１つの手段である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単に光源を複数並べただけでは、光源像の面積が複数倍になり、被照明領域を照明する光の角度分布も拡大する（照明角の増大）のみであり、ある一定の面積における光量は唯一の光源を用いた場合と同じである。よって、この場合は複数の光源を用いても実質的に一定面積当たりの光量は増えていないことになる。
【０００４】
また、光源を複数用いて光量を増やしたとしても、光源から出射される光が有する２種類の偏光成分のうち、一方の偏光成分しか利用できなければ、その光量の半分は無駄になってしまい、その効果は半減してしまう。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、複数の光源を用いながらも照明角を大きくすることなく、かつ、両方の偏光成分を利用することが可能な偏光照明装置を提供し、また、極めて明るい投写画像を投写することが可能な投写型表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、
第１の面側から入射した光を２種類の偏光光に分離して、一方を第３の面側に出射し、他方を第４の面側に出射する第１の偏光分離膜と、第２の面側から入射した光を２種類の偏光光に分離して、一方を第４の面側に出射し、他方を第５の面側に出射する第２の偏光分離膜とを有する略６面体形状の偏光分離・合成光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第１、第２の面にそれぞれ光を入射させる第１、第２の光源部と、
前記偏光分離・合成光学素子の第３の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第１の集光反射光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第４の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第２の集光反射光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第５の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第３の集光反射光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第３の面と前記第１の集光反射光学素子との間に配置された第１の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第４の面と前記第２の集光反射光学素子との間に配置された第２の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第５の面と前記第３の集光反射光学素子との間に配置された第３の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第６の面側に配置され、前記偏光分離・合成光学素子から出射された光の偏光方向を揃える偏光変換光学素子と、を備えた偏光照明装置であって、
前記第１の集光反射光学素子及び前記第３の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子によって反射されて前記偏光変換光学素子に入射する光の主光線と、前記第２の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子によって反射されて前記偏光変換光学素子に入射する光の主光線とは、互いに平行であり、かつ重なり合わないことを特徴とする。
【０００７】
本発明の偏光照明装置では、偏光分離・合成光学素子の第１、第２の面に光を入射させる第１及び第２の光源部から出射されたランダムな偏光光を、偏光分離・合成光学素子により２種類の偏光光、すなわちＰ偏光光、Ｓ偏光光に分離する。そして、各偏光光を、偏光分離・合成光学素子の第３、第４、第５の面側にそれぞれ配置された第１、第２、第３の集光反射光学素子によって、複数の中間光束に分離する。さらに、それぞれの中間光束の偏光方向を、偏光分離・合成光学素子の第６の面側に配置された偏光変換光学素子により揃える。従って、２つの光源部を用いているにもかかわらず、照明光の被照明領域に対する入射角度（照明角）を大きくすることなく、照明する面積をほぼ１つの光源部が照明する面積と同じにすることができる。このため、一定面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合と比較して約２倍とすることができるので、照明領域を大変明るく照明することが可能となる。また、各集光反射光学素子によって分離された中間光束を、１ヶ所の被照明領域上で重畳するようにすれば、被照明領域を均一に照明することが可能となる。したがって、本発明の偏光照明装置を表示装置の光源として用いれば、極めて均一な画像を得ることができる。さらにまた、本発明の偏光照明装置では、第１及び第２の光源部から出射されたランダムな偏光光をほとんど損失を伴うことなくＰ偏光光やＳ偏光光などに揃えて合成することができる。したがって、液晶素子のような特定の偏光光を変調するタイプの変調素子を用いた表示装置に本発明の偏光照明装置を採用すれば、極めて明るい画像を得ることが可能となる。さらにまた、第１の集光反射光学素子及び第３の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射されて偏光変換光学素子に入射する光の主光線と、第２の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射されて偏光変換光学素子に入射する光の主光線とが、互いに平行である、ということは、第１〜第３の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射された光が、ほぼ同じ角度で偏光分離・合成素子に入射することを意味する。従って、偏光分離・合成素子の偏光分離・合成特性が光の入射角度に依存しやすい場合であっても、安定した偏光分離・合成を行うことが可能であり、むらの少ない照明光を得ることが可能となる。
【０００８】
本発明において、第１の集光反射光学素子が偏光分離・合成光学素子の第３の面と略平行に配置され、第２の集光反射光学素子が偏光分離・合成光学素子の第４の面と略平行に配置され、第３の集光反射光学素子が偏光分離・合成光学素子の第５の面と略平行に配置されている場合には、
第１の集光反射光学素子、第２の集光反射光学素子、第３の集光反射光学素子を、第１の集光反射光学素子及び第３の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射されて偏光変換光学素子に入射する光の主光線と、第２の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射されて偏光変換光学素子に入射する光の主光線とが、互いに平行であり、かつ重なり合わないように配置すれば良い。このように第１、第２、第３の集光反射光学素子を配置すれば、集光反射光学素子を構成する微小集光反射素子によって、Ｐ偏光光およびＳ偏光光によるそれぞれの２次光源像を空間的に異なった所定の位置に形成することができる。
【０００９】
但し、上記の第１ないし第３の集光反射光学素子を配置する位置については、明確に規定される性質のものではない。要するに、第１及び第２の光源部のそれぞれからの出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像とＳ偏光光による２次光源像とが、それぞれ空間的に分離された位置に形成されると共に、第１の光源部の出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像と第２の光源部の出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像とが重なり合うように、また、第１の光源部の出射光に含まれているＳ偏光光による２次光源像と第２の光源部の出射光に含まれているＳ偏光光による２次光源像とが重なり合うように、第１ないし第３の集光反射光学素子を配置すればよい。
【００１０】
本発明において、前記微小集光反射素子の開口形状は、被照明領域の形状と相似形とすることができる。光源部からの光は集光反射光学素子によって複数の光の分割され、最終的に被照明領域で重畳されるため、上記のような構成を採用することによって、光源部からの光を無駄なく被照明領域に導くことが可能である。
【００１１】
本発明において、前記偏光変換光学素子の入射面側或いは出射面側には、前記偏光分離・合成光学素子から出射された光を集光するために、複数の集光素子を備えた集光光学素子を配置することができる。このように集光光学素子を配置することによって、集光反射光学素子によって分割形成された複数の光のそれぞれを集光しながら偏光変換光学素子の所定の場所に効果的に導くことが可能となるため、偏光変換光学素子における偏光変換効率を向上できる効果がある。尚、第１ないし第３の集光反射光学素子を構成する微小集光反射素子の数がそれぞれ異なる場合には、最も多くの反射光学素子によって構成される集光反射光学素子において、そこに使用されている反射光学素子の数の２倍の数の集光素子によって集光光学素子を構成すればよい。
【００１２】
本発明において、前記偏光変換光学素子の出射面側には、前記偏光変換光学素子から出射された光を被照明領域上に重畳する重畳光学素子を配置することができる。このように重畳光学素子を配置することによって、集光反射光学素子によって分割形成された複数の光のそれぞれを被照明領域に効果的に導くことが可能となるため、照明効率を向上できる効果がある。
【００１３】
本発明において、前記偏光変換光学素子の出射面側には、前記偏光変換光学素子から出射された光の光路を変更する光路変更光学素子を配置することができる。寸法が比較的大きな２つの光源部の光軸によって規定される平面と平行な方向に照明光を出射できるように光路変更光学素子を配置すれば、偏光照明装置の一方方向の厚みを薄くすることができ、薄型の偏光照明装置を実現できる。従って、この偏光照明装置を投写型表示装置等の光源として用いた場合には、コンパクトな投写型表示装置を得ることも可能となる。
【００１４】
本発明において、前記第１ないし第３の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子は、いずれも複数の曲面反射ミラーで構成することができる。また、前記第１ないし第３の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子は、レンズと、前記レンズの前記偏光分離・合成光学素子とは反対側の面に設けられた反射面で構成することもできる。このように構成すると、光源部からの光を複数の中間光束に容易に分離することができる。ここで、曲面反射ミラーを偏心ミラーとしたり、或いは、レンズを偏心レンズとすれば、上述した偏光変換光学素子や集光光学素子を小型化できると共に、上述した重畳光学素子を用いなくとも、効果的に光を被照明領域に導くことができる。
【００１５】
本発明に係わる偏光照明装置は、偏光照明装置から出射された光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系とを有する投写型表示装置に用いることができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る偏光照明装置は、偏光照明装置から出射された光を複数の色光に分離する色光分離光学素子と、前記色光分離光学素子によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の光変調素子と、前記複数の光変調素子によって変調された光を合成する色光合成光学素子と、前記色光合成光学素子によって合成された光を投写する投写光学系とを有するカラー画像を表示できる投写型表示装置に用いることもできる。
【００１７】
また、本発明に係る偏光照明装置は、偏光照明装置から出射された光を変調する反射型光変調素子と、前記偏光照明装置から出射された光、及び、前記反射型光変調素子によって変調された光に含まれる複数の偏光成分を分離する偏光分離光学素子と、前記反射型光変調素子によって変調され、前記偏光分離光学素子を介して出射された光を投写する投写光学系とを有する投写型表示装置に用いることもできる。
【００１８】
さらにまた、本発明に係る偏光照明装置は、偏光照明装置から出射された光を複数の色光に分離する色光分離光学素子と、前記色光分離光学素子によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の反射型光変調素子と、前記色光分離光学素子によって分離された各色光、及び、前記複数の反射型光変調素子によって変調された各色光に含まれる複数の偏光成分を分離する複数の偏光分離光学素子と、各々の前記反射型光変調素子によって変調され、各々の前記偏光分離光学素子を介して出射された光を合成する色光合成光学素子と、前記色光合成光学素子によって合成された光を投写する投写光学系とを有する投写型表示装置に用いることもできる。
【００１９】
このようにして、本発明の偏光照明装置を用いた投写型表示装置を構成すると、明るく、かつ、明るさが均一な投写画像を得ることができる。なお、本発明の偏光照明装置は、偏光方向の揃った光束を出射するので、光変調素子として液晶素子を用いた投写型表示装置に適している。
【００２０】
上記投写型表示装置では、前記第１、第２の光源部のうち、少なくとも一方が着脱可能に構成されていることが好ましい。このように構成すると、投写型表示装置を持ち運びする際にいずれか一方の光源部を取り外すことが可能となり、可搬性が向上する。
【００２１】
また、上記投写型表示装置では、前記第１、第２の光源部のうち、少なくとも一方が選択点灯可能となっていることが好ましい。このように構成すると、例えば、投写型表示装置をバッテリ駆動する際に一方の光源のみを選択点灯することによりバッテリの寿命時間を延ばすことができる。また、周囲が明るい場所で投写画像を観察する場合には、２つの光源部を点灯させ、周囲が暗い場所で投写画像を観察する場合には一方のみを選択点灯させるというように投写画像の明るさを環境や観察者の好みに応じて適宜変化させることが可能となる。
【００２２】
さらに、上記投写型表示装置では、前記第１、第２の光源部から出射される光の分光特性や輝度特性を互いに異なった特性とすることもできる。このように構成すると、照明光の色合いを所定の色合いに容易に設定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
なお、以下の各実施例の説明及び添付図面においては、相互に対応する部分には同一の符号を付して、それらの説明の重複を回避している。また、互いに直交する３つの空間軸をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とし、ｘ軸に平行な２つの方向をそれぞれ＋ｘ方向及び−ｘ方向、ｙ軸に平行な２つの方向をそれぞれ＋ｙ方向及び−ｙ方向、ｚ軸に平行な２つの方向をそれぞれ＋ｚ方向及び−ｚ方向とする。
【００２５】
［実施の形態１］
図１は本発明の偏光照明装置の第１の実施形態を示す斜視図である。本実施形態では、偏光方向がランダムな光（以下、「ランダムな偏光光」と称す。）を出射する第１の光源部１０１と第２の光源部１０２の２つの光源部が設けられている。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態に係る偏光照明装置１は、ｘｙ平面内において直角に交わるシステム光軸Ｌ１とＬに沿って、第１の光源部１０１、偏光分離・合成光学素子２０１、第１のλ／４位相差板３５１（第１の偏光状態変換光学素子）と第２のλ／４位相差板３５２（第２の偏光状態変換光学素子）、第１の集光ミラー板３０１（第１の集光反射光学素子）と第２の集光ミラー板３０２（第２の集光反射光学素子）、集光レンズ部４０１（集光光学素子、偏光変換光学素子及び重畳光学素子）、及び折り返し反射ミラー５０１（光路変更光学素子）を有している。第１の光源部１０１から出射されたランダムな偏光光は、後で説明するとおり、偏光分離・合成光学素子２０１において２種類の偏光光に分離された後、第１のλ／４位相差板３５１、第１の集光ミラー板３０１、第２のλ／４位相差板３５２、第２の集光ミラー板３０２、偏光分離・合成光学素子２０１、及び集光レンズ部４０１により再び１種類の偏光光として合成され、折り返し反射ミラー５０１を経て、矩形状の被照明領域６０１に至るようになっている。
【００２７】
また、ｙｚ平面内において直角に交わるシステム光軸Ｌ２、Ｌに沿って、第２の光源部１０２、前記の偏光分離・合成光学素子２０１、第３のλ／４位相差板３５３（第３の偏光状態変換光学素子）と前記の第２のλ／４位相差板３５２、第３の集光ミラー板３０３（第３の集光反射光学素子）と前記の第２の集光ミラー板３０２、前記の集光レンズ部４０１、及び前記の折り返し反射ミラー５０１が配置された構成になっている。第２の光源部１０２から出射されたランダムな偏光光は、後で説明するとおり、偏光分離・合成光学素子２０１において２種類の偏光光に分離された後、第３のλ／４位相差板３５３、第３の集光ミラー板３０３、第２のλ／４位相差板３５２、第２の集光ミラー板３０２、偏光分離・合成光学素子２０１、及び集光レンズ部４０１により再び１種類の偏光光として合成され、同様に折り返し反射ミラー５０１を経て、矩形状の被照明領域６０１に至るようになっている。尚、折り返し反射ミラー５０１によってその進行方向を略９０度曲げられた照明光の出射方向は、第１及び第２の光源部１０１、１０２を含む平面に対してほぼ平行である。
【００２８】
第１及び第２の光源部１０１、１０２は、それぞれ光源ランプ１１１、１１２と、放物面リフレクター１２１、１２２とから大略構成されており、光源ランプ１１１、１１２から放射されたランダムな偏光光は、それぞれ放物面リフレクター１２１、１２２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・合成光学素子２０１に入射する。ここで、放物面リフレクター１２１、１２２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。
【００２９】
偏光分離・合成光学素子２０１は略６面体形状の偏光ビームスプリッタであり、誘電体多層膜からなる第１及び第２の偏光分離膜２１１、２１２をガラス製のプリズム２０２に内蔵した構造となっている。第１の偏光分離膜２１１は、第１の光源部１０１からの出射光に対して斜め配置され、偏光分離・合成光学素子２０１の第１の面２２１に対して角度α１＝４５度をなすように形成されている。また、第２の偏光分離膜２１２は、第２の光源部１０２からの出射光に対して斜め配置され、偏光分離・合成光学素子２０１の第２の面２２２に対して角度α２＝４５度をなすように形成されている。
【００３０】
図２は、この偏光分離・合成光学素子２０１の詳細な構造を説明するための図である。図２に示すように、偏光分離・合成光学素子２０１は、２つの三角錐プリズム２９１、２９５と２つの四角錐プリズム２９２、２９４とで構成されている。
【００３１】
第１の三角錐プリズム２９１の側面ＢＤＨと第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨとの間、及び、第２の四角錐プリズム２９４の側面ＢＦＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＦＨとの間には、それぞれ第１の偏光分離膜２１１が形成されている。この第１の偏光分離膜２１１は、例えば、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＢＤＨと第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨとのうちのいずれか一方と、第２の四角錐プリズム２９４の側面ＢＦＨと第２の三角錐プリズムの側面ＢＦＨとのうちのいずれか一方とに、それぞれ誘電体多層膜を蒸着することによって形成される。ここで、第１の偏光分離膜２１１を形成する面は、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＢＤＨと第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨのどちらであっても良く、また、第２の三角錐プリズム２９４の側面ＢＦＨと第２の四角錐プリズム２９５の側面ＢＦＨのどちらであっても良い。しかしながら、２つのプリズムに形成される第１の偏光分離膜２１１は平坦であることが望ましいため、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＢＤＨと第２の四角錐プリズム２９４の側面ＢＦＨとに形成するか、あるいは、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＦＨとに形成することが好ましい。
【００３２】
一方、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＡＢＨと第２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨとの間、及び、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＧＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＧＨとの間には、それぞれ第２の偏光分離膜２１２が形成されている。この第２の偏光分離膜２１２は、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＡＢＨと第２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨとのうちのいずれか一方と、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＧＦと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＧＨとのうちのいずれか一方とに、それぞれ誘電体多層膜を蒸着することによって形成される。ここで、第２の偏光分離膜２１２を形成する面は、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＡＢＨと第２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨのどちらであっても良く、また、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＧＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＧＨのどちらであっても良い。しかしながら、２つのプリズムに形成される第２の偏光分離膜２１２は平坦であることが望ましいため、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＡＢＨと第１の四角錐プリズムの側面ＢＧＨとに形成するか、あるいは、第２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＧＨとに形成することが好ましい。
【００３３】
さらに、第１の三角錐プリズム２９１と第１の四角錐プリズム２９２の第１の偏光分離膜２１１が形成された面ＢＤＨが貼り合わされることにより、第１のプリズム合成体２９３が形成される。また、第２の四角錐プリズム２９４と第２の三角錐プリズム２９５の偏光分離膜２１１が形成された面ＢＦＨが貼り合わされることにより、第２のプリズム合成体２９６が形成される。最後に、２つのプリズム合成体２９３、２９６の第２の偏光分離膜２１２が形成された面ＡＢＧＨが貼り合わされることにより、偏光分離・合成光学素子２０１が完成する。勿論、上記に示した４つのプリズムの組み上げ順序は一例に過ぎないため、上記の順序に限定されるものではない。
【００３４】
再び、図１に基づいて説明する。偏光分離・合成光学素子２０１の第３の面側２３１には、これと対向して第１のλ／４位相差板３５１が、さらにその位相差板の外側には第１の集光ミラー板３０１が配置されている。そして、本例では、第１のλ／４位相差板３５１と第１の集光ミラー板３０１とが、第３の面２３１とほぼ平行に配置されている。また、偏光分離・合成光学素子２０１の第４の面２３２側には、これと対向して第２のλ／４位相差板３５２が、さらにその位相差板の外側には第２の集光ミラー板３０２が配置されている。そして、本例では、第２のλ／４位相差板３５２と第２の集光ミラー板３０２とが、第４の面２３２とほぼ平行に配置されている。さらに、偏光分離・合成光学素子２０１の第５の面２３３側には、これと対向して第３のλ／４位相差板３５３が、さらにその位相差板の外側には第３の集光ミラー板３０３が配置されている。そして、本例では、第３のλ／４位相差板３５３と第３の集光ミラー板３０３とが、第５の面２３３とほぼ平行に配置されている。第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３の構成の詳細については後述する。尚、図１では、見やすさを優先して、第１ないし第３のλ／４位相差板３５１、３５２、３５３は偏光分離・合成光学素子２０１から離して描かれているが、偏光分離・合成光学素子２０１に密着させて配置する方が望ましい。
【００３５】
偏光分離・合成光学素子２０１の第６の面２３４の側には、後で詳しく説明する集光レンズ板４１１、λ／２位相差板４２１（偏光変換光学素子）、及び重畳レンズ４３１（重畳光学素子）により構成された集光レンズ部４０１がシステム光軸Ｌに対して垂直な向きに設置されている。
【００３６】
以上のように構成された偏光照明装置１において、第１の光源部１０１から出射されたランダムな偏光光がその偏光方向に応じて２種類の偏光光に分離される過程について説明する。図３は、図１のｘｙ平面における断面図を示したものである。ここで、上記過程の説明には直接関係がないため、折り返し反射ミラー５０１は省略され、従って、集光レンズ部４０１から被照明領域６０１に至る光路は直線的に表現されている。尚、この点に関しては、後述する図９及び図１０においても同様である。
【００３７】
第１の光源部１０１から出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る。第１の光源部１０１から出射され、偏光分離・合成光学素子２０１の第１の面２２１に入射した混合光は、第１の偏光分離膜２１１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、第１の偏光分離膜２１１をそのまま透過し第３の面２３１へと向かうが、Ｓ偏光光は第１の偏光分離膜２１１で反射されて偏光分離・合成光学素子２０１の第４の面２３２へと進行方向を変える。
【００３８】
偏光分離・合成光学素子２０１により分離された２種類の偏光光は、第１及び第２のλ／４位相差板３５１、３５２を通過し、第１及び第２の集光ミラー板３０１、３０２によりそれぞれ反射される。
【００３９】
これらの集光ミラー板３０１、３０２は、その外観図を図４に示すように、被照明領域６０１とほぼ相似関係にあるような、いずれも矩形状の外形を有する同一の微小集光ミラー３１１をマトリックス状に複数配列し、その表面にアルミニウムの蒸着膜や誘電体多層膜などからなる反射面３１２を形成してなるものである。本実施の形態では、微小集光ミラー３１１の反射面３１２は球面状に形成されている。但し、この反射面３１２の曲率形状は、放物面状、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、第１及び第２の光源部１０１、１０２からの入射光の特性に応じて設定することが出来る。なお、後述する第３の集光ミラー板３０３も同様である。
【００４０】
第１の偏光分離膜２１１により分離されたＰ偏光光及びＳ偏光光は、それぞれ第１及び第２のλ／４位相差板３５１、３５２を通過し、第１及び第２の集光ミラー板３０１、３０２により反射され、再度λ／４位相差板３５１、３５２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方向が９０度回転する。この偏光光の変化の様子を図５により説明する。尚、この図では説明の簡略化のために、集光ミラー板３０１、３０２を平面状のミラー板３２１として描いてある。λ／４位相差板３５１、３５２に入射したＰ偏光光３２２は、λ／４位相差板により右回りの円偏光光３２３（但し、λ／４位相差板の設置の仕方によっては左回りの円偏光光となる。）に変換されミラー板３２１へと達する。ミラー板３２１により光は反射されると同時に偏光面の回転方向も変化する。すなわち、右回りの円偏光光は左回りの円偏光光へと（左回りの円偏光光は右回りの円偏光光へと）変化する。ミラー板３２１により光の進行方向を略１８０度反転され、同時に左回りの円偏光光３２４となった偏光光は、再度λ／４位相差板３５１、３５２を通過する際にＳ偏光光３２５へと変換される。また、同様の過程を経て、Ｓ偏光光３２５はＰ偏光光３２２へと変換される。
【００４１】
再び、図３に基づいて説明する。したがって、第３の面２３１に達したＰ偏光光は、第１のλ／４位相差板３５１及び第１の集光ミラー板３０１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、第１の偏光分離膜２１１で反射され進行方向を変えて、第６の面２３４へと向かう。他方、第４の面２３２に達したＳ偏光光は、第２のλ／４位相差板３５２及び第２の集光ミラー板３０２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、今度は第１の偏光分離膜２１１をそのまま透過し、第６の面２３４へと向かう。すなわち、第１の偏光分離膜２１１は偏光合成膜としても機能していることになるので、偏光分離・合成光学素子２０１は偏光分離・合成光学素子として機能する。
【００４２】
第１及び第２の集光ミラー板３０１、３０２は集光作用を有する微小集光ミラー３１１により構成されているため、偏光光の進行方向は略反転させると同時に、各々の集光ミラー板３０１、３０２を構成する微小集光ミラー３１１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。
【００４３】
集光レンズ板４１１は、その外観を図６に示すように、矩形状の微小レンズ４１２からなる複合レンズ体であり、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３を構成する微小集光ミラー３１１の数の２倍の数の微小レンズ４１２によって集光レンズ板４１１は構成されている。但し、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３を構成する微小集光ミラー３１１の数がそれぞれ異なる場合には、最も多くの微小集光ミラー３１１によって構成される集光ミラー板において、その集光ミラー板を構成する微小集光ミラーの数の２倍の数の微小レンズ４１２によって集光レンズ板４１１は構成される。
【００４４】
ここで、第１の集光ミラー板３０１は、ｘ軸に対して集光ミラー板３０１の略中心がβ１だけ＋ｙ方向にシフトした状態で配置されている。また、第２の集光ミラー板３０２は、ｙ軸に対して集光ミラー板３０２の略中心がβ２だけ−ｘ方向にシフトした状態でそれぞれ配置されている。
【００４５】
上記のように各々の集光ミラー板はその位置がｘ軸或いはｙ軸に対してずらしてあるので、第１の集光ミラー板３０１の微小集光ミラー３１１によって反射されて集光レンズ部４０１に入射するＳ偏光光の主光線と、第２の集光ミラー板３０２の微小集光ミラー３１１によって反射されて集光レンズ部４０１に入射するＰ偏光光の主光線とは、互いに平行であり、かつ重なり合わない。すなわち、第１の集光ミラー板３０１によって形成されるＳ偏光光による２次光源像と第２の集光ミラー板３０２によって形成されるＰ偏光光による２次光源像とは、ｘ軸方向に僅かに異なった位置に形成されることになる。本実施の形態の場合には、Ｐ偏光光による２次光源像とＳ偏光光による２次光源像との配列間隔はβ１＋β２に等しい。すなわち、被照明領域６０１側から集光レンズ板４１１を見た場合に２種類の偏光光が形成する２次光源像を第７図に示すと、Ｐ偏光光が形成する２次光源像Ｃ１（円形の像のうち、右上がりの斜線を付した領域）と、Ｓ偏光光が形成する２次光源像Ｃ２（円形の像のうち、左上がりの斜線を付した領域）の２つの２次光源像がβ１＋β２の間隔を隔ててｘ軸方向に並ぶ状態で形成されることになる。これに対して、集光レンズ板４１１の被照射領域６０１側の面には、Ｐ偏光光による２次光源像Ｃ１の形成位置に対応して位相差層４２２が選択的に形成されたλ／２位相差板４２１が設けられている。したがって、Ｐ偏光光は、位相差層４２２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４２２を通過しないので、偏光面の回転作用を受けずにそのままλ／２位相差板４２１を通過する。それ故、集光レンズ部４０１から出射される光のほとんどは、Ｓ偏光光に揃えられる。
【００４６】
このようにしてＳ偏光光に揃えられた光は、λ／２位相差板４２１の被照射領域６０１側の面に配置された重畳レンズ４３１によって、一ヶ所の被照明領域６０１上で重畳される。この場合、図３では省略されているが、先に図１に示されているように、重畳レンズ４３１と被照明領域６０１との間に配置された折り返し反射ミラー５０１によって、照明光はその進行方向を約９０度曲げられ、被照明領域６０１に達する。すなわち、第１及び第２の集光ミラー板３０１、３０２の微小集光ミラー３１１によって切り出された複数のイメージ面は、集光レンズ板４１１と重畳レンズ４３１によって一ヶ所に重畳されると共に、λ／２位相差板４２１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被照明領域６０１へと達するので、被照明領域６０１はほとんど１種類の偏光光で照明される。同時に、被照明領域６０１は複数の２次光源像によって照明されるため、照明強度のむらが非常に少なく、被照明領域６０１は均一に照明される。
【００４７】
再び、図１に基づいて説明する。第１の光源部１０１から出射されたランダムな偏光光の場合と原理的には同様な過程を経て、第２の光源部１０２から出射されたランダムな偏光光も、偏光分離・合成光学素子２０１、第２及び第３の集光ミラー板３０２、３０３、第２及び第３のλ／４位相差板３５２、３５３等によって偏光方向に応じてわずかに異なる位置に集光された後、集光レンズ部４０１で１種類の偏光光に変換されて一ヶ所の被照明領域６０１を均一に照明する。
【００４８】
すなわち、第２の光源部１０２から出射されたランダムな偏光光のうち、Ｐ偏光光は偏光分離・合成光学素子２０１の第２の偏光分離膜２１２をそのまま透過し第５の面２３３へと向かうが、Ｓ偏光光は第２の偏光分離膜２１２で反射されて第４の面２３２へと進行方向を変える。このように分離されたＰ偏光光及びＳ偏光光は、それぞれ第３及び第２のλ／４位相差板３５３、３５２を通過し、第３及び第２の集光ミラー板３０３、３０２により反射され、再度λ／４位相差板３５３、３５２を通過する。したがって、第５の面２３３に達したＰ偏光光は、第３のλ／４位相差板３５３及び第３の集光ミラー板３０３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、第２の偏光分離膜２１２で反射され進行方向を変えて、第６の面２３４へと向かう。他方、第４の面２３２に達したＳ偏光光は、第２のλ／４位相差板３５２及び第２の集光ミラー板３０２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、第２の偏光分離膜２１２をそのまま透過し、第６の面２３４へと向かう。
【００４９】
ここで、第３の集光ミラー板３０３も、第１及び第２の集光ミラー板３０１、３０２と同様に、集光作用を有する微小集光ミラー３１１により構成され、ｚ軸に対して集光ミラー板３０３の略中心がβ３だけ＋ｘ方向にシフトした状態で配置されている。従って、第２の集光ミラー板３０２の微小集光ミラー３１１によって反射されて集光レンズ部４０１に入射するＰ偏光光の主光線と、第３の集光ミラー板３０３の微小集光ミラー３１１によって反射されて集光レンズ部４０１に入射するＳ偏光光の主光線とは、互いに平行であり、かつ重なり合わない。すなわち、第２の集光ミラー板３０２によって形成されるＰ偏光光による２次光源像と、第３の集光ミラー板３０３によって形成される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。但し、このとき形成される２種類の２次光源像（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）は、第１の光源部１０１から出射された光によって形成される２種類の２次光源像と、それぞれ偏光方向が一致するように重なる。すなわち、第１の光源部１０１からの出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像と、第２の光源部１０２からの出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像とは、重なるように同じ位置に形成されるという具合である。そのため、第３の集光ミラー板のシフト量β３はβ１と等しくなるように設定されている。以上により、第２の光源部１０２からの出射光も、第１の光源部１０１からの出射光と同様にＳ偏光光に揃えられる。その結果、第１及び第２の光源部１０１、１０２からの出射光はＳ偏光光として合成され、折り返し反射ミラー５０１を経て被照明領域６０１に達する。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態の偏光照明装置１によれば、第１及び第２の光源部１０１、１０２から出射されたランダムな偏光光を偏光分離・合成光学素子２０１で２種類の偏光光に分離した後、各偏光光をλ／２位相差板４２１の所定の領域に導いてＰ偏光光をＳ偏光光に変換する。したがって、第１及び第２の光源部１０１、１０２から出射されたランダムな偏光光を損失することなく、ほとんどＳ偏光光に揃えた状態で合成できるため、被照明領域６０１を明るく照明できるという効果を奏する。また、２つの光源部１０１、１０２を用いているにもかかわらず、照明光の被照明領域に対する入射角度（照明角）を大きくすることなく、２つの光源部１０１、１０２からの照明光を合成できるため、照明光の断面積は１つの光源部を用いた場合と同じであり、従って、一定面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合と比較して２倍にすることができる。さらに、第１及び第２の光源部１０１、１０２からなる２つの光源部を設けるといっても、双方をｘｚ平面上に配置できる。この場合、集光レンズ部４０１から出射された照明光の進行方向を変える折り返し反射ミラー５０１が配置されているので、２つの光源部が配置されているｘｚ平面と照明光の出射方向とを平行にすることが出来る。それ故、照明装置の薄型化や低背化に適している。つまり、集光レンズ部４０１の後段に配置された折り返し反射ミラー５０１によって偏光照明装置の小型化のための設計の自由度はさらに向上する。
【００５１】
しかも、２種類の偏光光をそれぞれλ／２位相差板４２１の所定の領域に導くには、偏光分離・合成光学素子２０１の偏光分離性能が高いことが必要であるが、本実施の形態においては、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・合成光学素子２０１を構成してあるので、偏光分離・合成光学素子２０１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できるので、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。
【００５２】
さらに、本実施の形態では、横長の矩形形状である被照明領域６０１の形状に合わせて、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３の微小集光ミラー３１１を横長の矩形形状（被照明領域の形状とほぼ相似形）とし、同時に偏光分離・合成光学素子２０１から出射された２種類の偏光光の分離の方向（２種類の偏光光によって形成される２次光源像が並ぶ方向）も被照明領域６０１の形状に合わせて横方向（ｘ方向）に設定されている。このため、横長の矩形形状を有する被照明領域６０１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。
【００５３】
さらにまた、第１の集光ミラー板３０１及び第３の集光ミラー板３０３の微小集光反射素子によって反射されて集光レンズ部４０１に入射するＳ偏光光の主光線と、第２の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射されて集光レンズ部４０１に入射するＰ偏光光の主光線とが、互いに平行である、ということは、第１〜第３の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射された光が、ほぼ同じ角度で偏光分離・合成素子２０１に入射することを意味する。従って、偏光分離・合成素子２０１の偏光分離・合成特性が光の入射角度に依存しやすい場合であっても、安定した偏光分離・合成を行うことが可能であり、むらの少ない照明光を得ることが可能となる。
【００５４】
本実施の形態において説明してきた第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からのシフト量β１、β２、β３とそれらのシフトの方向は、本実施の形態に限定されるものではない。要するに、第１及び第２の光源部１０１、１０２のそれぞれからの出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像とＳ偏光光による２次光源像とが、それぞれ空間的に分離された位置に形成されると共に、第１の光源部１０１の出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像と第２の光源部１０２の出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像とが重なり合うように、また、第１の光源部１０１の出射光に含まれているＳ偏光光による２次光源像と第２の光源部１０２の出射光に含まれているＳ偏光光による２次光源像とが重なり合うように、第１ないし第３の集光ミラー板のシフト量β１、β２、β３とそれらのシフトの方向を各々設定すればよい。
【００５５】
従って、第１ないし第３の集光ミラー板の全てを対応するそれぞれの軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）に対して平行シフトさせる必要は必ずしもない。例えば、第２の集光ミラー板３０２のみを平行シフトさせ、第１及び第３の集光ミラー板３０１、３０３は平行シフトさせずに、それぞれの集光ミラー板の略中心をｘ軸或いはｚ軸が通過するように配置しても良い。逆に、第１及び第３の集光ミラー板３０１、３０３のみを平行シフトさせ、第２の集光ミラー板３０２は平行シフトさせずに、第２の集光ミラー板３０２の略中心をｙ軸が通過するように配置しても良い。但し、第１ないし第３の集光ミラー板のシフト量とそれらのシフトの方向によっては、集光レンズ部４０１をｙ軸に対して同様にシフトさせる必要がある場合もある。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、λ／２位相差板４２１を集光レンズ板４１１の被照明領域側に配置したが、２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４２１を集光レンズ板４１１の光源部側に配置してもよい。
【００５７】
また、集光レンズ板４１１を構成する微小レンズ４１２を偏心レンズとすれば、それぞれの微小レンズ４１２を出射する光の方向を被照明領域６０１に向けることが出来るため、集光レンズ板４１１に重畳レンズ４３１の機能を合わせ持たせることができる。或いは、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３を構成する微小集光ミラー３１１を偏心ミラーとすれば、微小集光ミラー３１１を出射する光の方向を被照明領域６０１に向けることが出来るため、同様に第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３に重畳レンズ４３１の機能を合わせ持たせることも可能である。それらの場合には、重畳レンズ４３１を省略できるため、偏光照明装置の低コスト化が可能となる。但し、後者の場合には、図７で示したＰ偏光光によって形成される２次光源像とＳ偏光光によって形成される２次光源像との間隔はβ１＋β２よりも狭くなる。
【００５８】
また、第１及び第２の光源部１０１、１０２から出射される光の平行性が高い場合には、集光レンズ板４１１を省略することも可能である。
【００５９】
さらに、集光レンズ板４１１を構成する微小レンズ４１２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７に示すように、Ｐ偏光光が形成する２次光源像Ｃ１とＳ偏光光が形成する２次光源像Ｃ２は横方向に並ぶ状態で形成されるので、それぞれの２次光源像の形成位置に対応させて、集光レンズ板４１１を構成する微小レンズ４１２の形状は決定されることが望ましい。
【００６０】
また、特性の異なる２種類の位相差層を、Ｐ偏光光による２次光源像の形成位置とＳ偏光光による２次光源像の形成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し、位相差層４２２をＳ偏光光による２次光源像Ｃ２の形成される位置に配置して、照明光をＰ偏光光とする構成としてもよい。
【００６１】
［実施の形態２］
図１に示す偏光照明装置１では、Ｐ偏光光が形成する２次光源像とＳ偏光光が形成する２次光源像とがｘ軸にほぼ平行に並ぶ様に、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３を配置したが、図８に示す偏光照明装置２のように、Ｐ偏光光が形成する２次光源像とＳ偏光光が形成する２次光源像とがｚ軸に平行に並ぶ様に、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３を配置してもよい。この場合には、例えば、第１の集光ミラー板３０１はその略中心がｘ軸に対してγ１だけ−ｚ方向に、第２の集光ミラー板３０２はその略中心がｙ軸に対してγ２だけ＋ｚ方向に、第３の集光ミラー板３０３はその略中心がｚ軸に対してγ３だけ＋ｙ方向に、それぞれ平行シフトした状態に設定すればよい。尚、この場合においても、偏光照明装置としての基本的な原理については、偏光照明装置１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６２】
［実施の形態３］
図９（ｘｙ平面における断面図を示している。）に示す偏光照明装置３では、各光学系の配置は、実施の形態１とほぼ同じであるが、壁面を構成する６枚の透明板２５２でプリズム構造体２５１を構成し、その内部に第１の偏光分離膜２１１が形成されている平板状の第１の偏光分離板２５３と第２の偏光分離膜（図示せず）が形成されている平板状の第２の偏光分離板（図示せず。また、第２の偏光分離板は第１の偏光分離板２５３によって分離されるため、正確には２枚必要。）とを配置し、さらに液体２５４を充填してなる構造体を偏光分離・合成光学素子２０１として用いている点に特徴がある。ここで、透明板、第１及び第２の偏光分離板、及び液体のそれぞれの屈折率をほぼ一致させておくことが必要である。これにより、偏光分離・合成光学素子２０１の低コスト化及び軽量化を図ることができる。
【００６３】
さらに、偏光照明装置３では、実施の形態１で説明したように、集光レンズ部４０１の集光レンズ板４１１を構成する微小レンズを偏心系のレンズすることによって、集光レンズ板４１１に重畳レンズの機能を合わせ持たせ、重畳レンズを省略した構成としている。これによって、偏光照明装置の低コスト化を及び軽量化を図ることができる。
【００６４】
［実施の形態４］
図１０に示す偏光照明装置４では、各光学系の配置は、実施の形態１と同一であるが、偏光分離・合成光学素子２０１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２６２を２枚のガラス基板２６３で挟持した構造の２枚（一方の偏光分離板は他方の偏光分離板によって分離されるため、正確には３枚）の偏光分離板２６１をシステム光軸Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）に対してα＝４５度の角度をなすように配置することによって、６面体形状のプリズムを用いた偏光分離・合成光学素子２０１（図１参照。）とほぼ同一の機能を発揮させている。これにより、偏光分離・合成光学素子２０１の低コスト化及び軽量化を図ることができる。なお、本例の偏光分離・合成光学素子２０１では、第１ないし第３の実施形態における偏光分離・合成光学素子２０１のごとく、第１ないし第６の面は実在しない。しかしながら、図中点線で示したように、仮想的に第１ないし第６の面を有すると考えることができる。従って、この仮想的な第１ないし第６の面に対して、前述した第１ないし第３の実施形態のごとく、光源部２０１、２０２、λ／４位相差板３５１、３５２、３５３、集光ミラー板３０１、３０２、３０３、集光レンズ部４０１等を配置すれば良い。
【００６５】
［実施の形態５］
以上説明した偏光照明装置１ないし４において、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３の一部または全部を図１１に示すような集光ミラー板３０４としてもよい。集光ミラー板３０４は、複数の微小レンズ３０５と反射ミラー板３０６とから構成されたものである。
【００６６】
さらに、この構成において、複数の微小レンズ３０５のそれぞれを偏心レンズとすれば、微小レンズ３０５を出射する光の方向を被照明領域６０１に向けることが出来るため、第１ないし第３の集光ミラー板に重畳レンズ４３１の機能を合わせ持たせることが可能である。その場合には、重畳レンズ４３１を省略できるため、偏光照明装置の低コスト化が可能となる。
【００６７】
［実施の形態６］
図１２、図１３には、実施の形態１ないし５に係る偏光照明装置のうち、実施の形態１に係る偏光照明装置１を用いて、その投写画像の明るさを向上させた投写型表示装置の一例を示してある。本実施の形態の投写型表示装置５においては、光変調素子として透過型の液晶ライトバルブを使用すると共に、偏光照明装置１の２つの光源部に発光スペクトルが異なる２種類の光源ランプを用い、それらの光源ランプを選択的に点灯可能としている。尚、図１２は投写型表示装置５のｘｚ平面における断面図であり、図１３は投写型表示装置５のｙｚ平面における断面図である。また、図１２においては、集光レンズ部４０１や光路変更光学素子である折り返し反射ミラー５０１等は省略されて描かれている。
【００６８】
図１２、図１３において、本実施の形態の投写型表示装置５に組み込まれた偏光照明装置１は、ランダムな偏光光を一方向に出射する第１の光源部１０１、及び第２の光源部１０２を有し、これらの光源部から出射されたランダムな偏光光は、偏光分離・合成光学素子２０１において２種類の偏光光に分離されると共に、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４０１のλ／２位相差板４２１によってＳ偏光光に変換され、ほぼ１種類の偏光状態（Ｓ偏光状態）となって集光レンズ部から出射される。集光レンズ部から出射された偏光光は、折り返し反射ミラー５０１によって出射方向を−ｚ方向に変えられ、青色緑色反射ダイクロイックミラー７０１に入射するようになっている。
【００６９】
この偏光照明装置１から出射された照明光は、まず、青色光緑色光反射ダイクロイックミラー７０１（色光分離光学素子）において赤色光が透過し、青色光及び緑色光が反射される。赤色光は、反射ミラー７０２で反射され、平行化レンズ７１６を経て、第１の液晶ライトバルブ７０３に達する。尚、液晶ライトバルブの入射側及び出射側には偏光板が配置されているが、図１２には図示されていない。一方、青色光及び緑色光のうちの緑色光は、緑色光反射ダイクロイックミラー７０４（色光分離光学素子）によって反射されて、平行化レンズ７１６を経て、第２の液晶ライトバルブ７０５に達する。第１及び第２の液晶ライトバルブ７０３、７０５の入射側に配置された平行化レンズ７１６は、液晶ライトバルブを照明する光の広がりを抑え照明効率の向上を図ると共に、液晶ライトバルブから後述する投写レンズに入射する光を投写レンズに効果的に導く機能を有する。尚、第３の液晶ライトバルブ７１１の入射側には、後述するように導光手段７５０を構成する出射側レンズ７１０が配置されており、そこでは出射側レンズ７１０が平行化レンズ７１６の機能も担っている。但し、これらの平行化レンズは省略することも可能である。
【００７０】
ここで、青色光は他の２色光に比べて光路の長さが長いので、青色光に対しては、入射側レンズ７０６、リレーレンズ７０８、及び出射側レンズ７１０からなるリレーレンズ系で構成した導光手段７５０を設けてある。すなわち、青色光は、緑色光反射ダイクロイックミラー７０４を透過した後に、まず、入射側レンズ７０６及び反射ミラー７０７を経てリレーレンズ７０８に導かれ、このリレーレンズ７０８で集束された後に、反射ミラー７０９によって出射側レンズ７１０に導かれる。しかる後に、第３の液晶ライトバルブ７１１に達する。
【００７１】
第１ないし第３の液晶ライトバルブ７０３、７０５、７１１は、それぞれの色光を変調し、各色に対応した画像情報を含ませた後に、変調した色光をクロスダイクロイックプリズム７１３（色光合成光学素子）に入射する。クロスダイクロイックプリズム７１３は、その内部に赤色光反射の誘電体多層膜と、青色光反射の誘電体多層膜とが十字状に形成された構成を有しており、それぞれの変調された色光を合成する。合成された光は、投写レンズ７１４（投写光学系）を通過してスクリーン７１５上に画像を形成する。
【００７２】
このように構成した投写型表示装置５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。したがって、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以上（約６０％）の光は、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、本実施の形態の投写型表示装置５では、かかる問題点が大幅に解消されている。
【００７３】
すなわち、本実施の形態の投写型表示装置５では、偏光照明装置１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４２１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７０３、７０５、７１１に導かれるので、光の利用効率が向上し、明るい投写画像を得ることができる。また、偏光板における光吸収量が低減されるので、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。さらに、第１及び第２の光源部１０１、１０２からなる２つの光源部を有し、かつ、いずれの光源部からの出射光についても損失することなく偏光方向を揃えているので、明るい投写画像を得ることができる。しかも、偏光照明装置１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・合成光学素子２０１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５においても常に安定した偏光分離性能を発揮できる。
【００７４】
さらに、２つの光源部１０１、１０２を用いているにもかかわらず、照明光の被照明領域に対する入射角度（照明角）を大きくすることなく、２つの光源部１０１、１０２からの照明光を合成できるため、照明光の断面積は１つの光源部を用いた場合と同じであり、従って、一定面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合と比較して２倍にすることができる。従って、より明るい投写画像を実現できる。
【００７５】
さらにまた、偏光照明装置１では、被照明領域である液晶ライトバルブの横長の表示領域に対応させて、偏光分離・合成光学素子２０１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被照明領域を効率的に照明することが出来る。それゆえに、偏光照明装置１は、見やすくて、かつ、迫力のある画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。
【００７６】
これに加えて、本実施の形態では、色光合成光学素子としてクロスダイクロイックプリズム７１３を用いているので、小型化が可能であると共に、液晶ライトバルブ７０３、７０５、７１１と投写レンズ７１４との間の光路の長さを短く出来る。したがって、比較的小口径の投写レンズを用いても、明るい投写画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、その光路の長さが異なるが、本実施の形態においては、光路の長さが最も長い青色光に対しては、入射側レンズ７０６、リレーレンズ７０８、及び出射側レンズ７１０からなるリレーレンズ系で構成した導光手段７５０を設けてあるため、色ムラなどが生じない。
【００７７】
さらに、本実施の形態では、偏光変換光学素子である集光レンズ部４０１と青色光緑色光反射ダイクロイックミラー７０１との間に、光路変更光学素子である折り返し反射ミラー５０１を配置しているので、偏光変換光学素子から出射された偏光光の進行方向を変えることができる。これによって、色光分離光学素子、色光合成光学素子、光変調素子及び投写光学系等が配置される平面と、寸法が比較的大きい２つの光源部を有する偏光照明装置１を含む平面とを、平行な状態で配置することができ、一方向の厚みを薄くした薄型の投写型表示装置を実現することが出来る。
【００７８】
また、本実施の形態の投写型表示装置５に組み込まれた偏光照明装置１において、第１、第２の光源部１０１、１０２のうち、いずれか一方を着脱可能としてもよい。このように構成することによって、例えば投写型表示装置５を持ち運びする際に、いずれか一方の光源部を取り外すことが可能となり、可搬性が向上する。
【００７９】
本例の投写型表示装置５に組み込まれた偏光照明装置１の２つの光源部１０１、１０２には、発光スペクトルや輝度特性の異なる２種類の光源ランプが用いられ、さらに、それらの光源ランプは選択的に点灯できる構成となっている。この様な構成を採用することによって、以下の様な効果を得ることが出来る。
【００８０】
１）発光スペクトルの異なる２種類の光源ランプを組み合わせて使用することにより、理想的な照明装置、或いは、投写型表示装置に理想的な照明装置を実現できる。この点について一例を挙げて説明する。例えば、投写型表示装置に使用される光源ランプに対しては、青色光、緑色光、赤色光の全ての波長域において光出力が大きく、且つ、それらの割合がバランスしていることが理想的であるが、現状では、そのような理想的な光源ランプは殆どない。第１４図は、光源ランプと偏光照明装置から出射される光のスペクトルについて示す説明図である。例えば、光源ランプとしては、（Ａ）に示すように、発光効率は比較的高いが赤色光の強度が相対的に低いランプ（一般的な高圧水銀ランプがこの場合に相当する）とか、（Ｂ）に示すように、赤色光の発光強度は比較的大きいが全体の発光効率が相対的に低いランプ（ある種のメタルハライドランプがこの場合に相当する）などが一般的に多く存在する。この様な光源ランプの現状において、（Ａ）と（Ｂ）に示した発光スペクトルを有する２種類の光源ランプを本例の投写型表示装置５の偏光照明装置１に用い同時点灯した状態で使用すれば、偏光照明装置１から出射される光のスペクトルは（Ｃ）に示すような理想的なものとすることができ、明るく高品位の投写画像を得られる投写型表示装置を容易に実現することが可能となる。
【００８１】
２）発光スペクトルの異なる２種類の光源ランプを選択的に点灯可能にすることにより、投写画像の色合いを観察者の好みに応じて適宜変化させることが可能となる。
【００８２】
３）２つの光源ランプを選択的に点灯可能にすることにより、投写型表示装置を使用する周辺環境に応じて、或いは、観察者の好みに応じて投写画像の明るさを適宜変化させることが可能となる。例えば、周囲が明るい場所で投写画像を観察する場合には２つの光源部を点灯させ、周囲が暗い場所で投写画像を観察する場合には一方のみを選択点灯させるという具合である。
【００８３】
４）２つの光源ランプを選択的に切り替えて使用する形態とすれば、光源ランプ自体の寿命を延ばすことができると共に、例えば、一方の光源ランプが寿命や故障などで点灯できなくなった場合にも、他方の光源ランプを使用することによって、投写画像を引き続き表示することが可能となるなど、使い勝手が向上する。さらには、例えば投写型表示装置５をバッテリ駆動する際に、一方の光源ランプのみを選択点灯することによりバッテリの寿命時間を長く持たせることもできる。
【００８４】
なお、偏光照明装置１の代りに、前に述べた偏光照明装置２〜４を用いても良いことは勿論である。
【００８５】
［実施の形態７］
本発明の偏光照明装置は、光変調素子として反射型の液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置に対しても、適用することが可能である。
【００８６】
すなわち、図１５（投写型表示装置のｘｚ平面における断面図）に示す投写型表示装置６では、実施の形態１に示した偏光照明装置１が用いられており、第１及び第２の光源部１０１、１０２から出射されたランダムな偏光光は、偏光分離・合成光学素子２０１において、２種類の偏光光に分離されると共に、分離されたそれぞれの偏光光のうちのＰ偏光光については、集光レンズ部（図示せず）のλ／２位相差板（図示せず）によってＳ偏光光に変換され、３ヶ所の反射型液晶ライトバルブ８０１、８０２、８０３を照明する構成となっている。
【００８７】
かかる偏光照明装置１（本実施の形態においても、先の投写型表示装置５の場合と同様に、集光レンズ部や光路変更光学素子である折り返し反射ミラー等を備えているが、それらは省略されて描かれている。）から出射された光は、まず、青色光緑色光反射の誘電体多層膜と赤色光反射の誘電体多層膜とが十字状に形成されて成る色光分離用クロスダイクロイックプリズム８０４（色光分離光学素子）において、赤色光と、青色光及び緑色光とに分離される。赤色光は反射ミラー８０５と平行化レンズ７１６を経て第１の偏光ビームスプリッタ８０８に入射する。一方、青色光及び緑色光は反射ミラー８０６で反射された後に、緑色光反射ダイクロイックミラー８０７（色光分離光学素子）によって緑色光（反射光）と青色光（透過光）とに分離され、それぞれの色光は平行化レンズ７１６を経て、対応する第２及び第３の偏光ビームスプリッタ８０９、８１０に入射する。３ヶ所の偏光ビームスプリッター８０８、８０９、８１０（偏光分離光学素子）は、その内部に偏光分離面８１１を備え、入射する光のうちのＰ偏光光を透過させ、Ｓ偏光光を反射させることで、Ｐ偏光光とＳ偏光光とを分離する偏光分離機能を有している光学素子である。偏光照明装置１から出射された光はその大部分がＳ偏光光であるため、第１ないし第３の偏光ビームスプリッタ８０８、８０９、８１０に入射したそれぞれの色光の大部分は、偏光分離面８１１で反射され進行方向を略９０度変えられ、隣接する第１ないし第３の反射型液晶ライトバルブ８０１、８０２、８０３に入射する。但し、第１ないし第３の偏光ビームスプリッタ８０８、８０９、８１０に入射したそれぞれの色光の中には、Ｓ偏光光と偏光方向が異なる偏光光（例えば、Ｐ偏光光）が僅かながら混入している場合がある。その様な偏光方向が異なる偏光光は偏光分離面８１１をそのまま通過し、偏光ビームスプリッタの内部で進行方向を変えられることなく出射されるため、反射型液晶ライトバルブを照明する光とはならない。尚、偏光ビームスプリッタの入射側に配置されている平行化レンズ７１６の機能は、実施の形態６で説明した投写型表示装置５に使用されている平行化レンズ７１６と同様である。従って、本実施の形態に代えて、偏光ビームスプリッタと反射型液晶ライトバルブとの間に平行化レンズを配置しても良い。また、これらの平行化レンズを省略することも可能である。
【００８８】
反射型液晶ライトバルブに入射した光（Ｓ偏光光）は、それぞれの液晶ライトバルブにおいて外部からの画像情報に応じた光変調を受け、具体的にはそれぞれの反射型液晶ライトバルブから出射される光の偏光方向を表示情報に対応させて変化させ、且つ、光の進行方向を略反転されて、反射型液晶ライトバルブから出射される。反射型液晶ライトバルブから出射された光は、再び偏光ビームスプリッタに入射するが、この時、それぞれの反射型液晶ライトバルブからの出射光は表示情報に応じて部分的にＰ偏光光となっているため、偏光ビームスプリッタの偏光選択機能により、Ｐ偏光光のみが偏光ビームスプリッタを通過して（この段階で表示画像が形成される。）色光合成用クロスダイクロイックプリズム８１２へと達する。色光合成用クロスダイクロイックプリズム８１２（色光合成光学素子）に入射したそれぞれの色光は一つの光学像に合成され、投写レンズ７１４（投写光学系）によってカラー画像としてスクリーン７１５上に投写される。
【００８９】
このように、反射型液晶ライトバルブを用いて構成した投写型表示装置６においても、１種類の偏光光を変調するタイプの反射型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反射型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以上（約６０％）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、本実施の形態の投写型表示装置６では、かかる問題点が大幅に解消されている。
【００９０】
すなわち、本実施の形態の投写型表示装置６では、偏光照明装置１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（図示せず）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の反射型液晶ライトバルブ８０１、８０２、８０３に導かれるので、光の利用効率が向上し、明るい投写画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。さらに、第１及び第２の光源部１０１、１０２からなる２つの光源部を有し、かつ、いずれの光源部からの出射光についても損失することなく偏光方向を揃えているので、明るい投写画像を得ることができる。しかも、偏光照明装置１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・合成光学素子２０１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６においても常に安定した偏光分離性能を発揮できる。
【００９１】
さらに、２つの光源部１０１、１０２を用いているにもかかわらず、照明光の被照明領域に対する入射角度（照明角）を大きくすることなく、２つの光源部１０１、１０２からの照明光を合成できるため、照明光の断面積は１つの光源部を用いた場合と同じであり、従って、一定面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合と比較して２倍にすることができる。従って、より明るい投写画像を実現できる。
【００９２】
また、本実施の形態の投写型表示装置６においても、偏光変換光学素子である集光レンズ部（図示せず。）と色光分離用クロスダイクロイックプリズム８０４との間に、光路変更光学素子である折り返し反射ミラー（図示せず。）を配置しているので、実施の形態６で述べたように、一方向の厚みを薄くした薄型の投写型表示装置を実現することが出来る。
【００９３】
さらにまた、本実施の形態の投写型表示装置６においても、前述したように、第１及び第２の光源部１０１、１０２のうち、いずれか一方を着脱可能としたり、第１及び第２の光源部１０１、１０２に発光スペクトルや輝度特性が互いに異なる２種類の光源ランプを用いたり、２つの光源ランプを選択的に点灯可能とする構成とすることが可能であり、前述したような効果を得ることができる。
【００９４】
尚、それぞれの偏光ビームスプリッタ８０８、８０９、８１０の入射側と、それぞれの偏光ビームスプリッタ８０８、８０９、８１０の出射側或いは色光合成用クロスダイクロイックプリズムの出射側の何れかに、偏光板を配置してもよく、その場合には、表示画像のコントラスト比を向上できる可能性がある。
【００９５】
また、偏光照明装置１の代りに、前に述べた偏光照明装置２〜４を用いても良いことは勿論である。
【００９６】
［その他の実施形態］
透過型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置においては、実施の形態６の投写型表示装置５で用いたクロスダイクロイックプリズム７１３に代えて、２枚のダイクロイックミラーによって色光合成光学素子を構成した、いわゆるミラー光学系に対しても、本発明の偏光照明装置を適用することが出来る。ミラー光学系の場合には、３ヶ所の液晶ライトバルブと偏光照明装置との間の光路の長さを等しくできるため、実施の形態１に示したような導光手段７５０を用いなくとも、明るさムラや色ムラの少ない効果的な照明を行える特徴がある。
【００９７】
上記の何れの実施の形態においても、集光レンズ部４０１においてはＰ偏光光をＳ偏光光に変換し、Ｓ偏光状態の光を照明光として用いているが、逆にＳ偏光光をＰ偏光光に変換し、Ｐ偏光状態の光を照明光として用いてもよい。この場合にはλ／２位相差板４２１の位相差層４２２をＳ偏光光による２次光源像が形成される位置に配置すればよい。また、Ｐ偏光光及びＳ偏光光の双方に対して偏光面の回転作用を与えることにより、偏光面を揃えてもよい。この場合には双方の偏光光による２次光源像が形成される位置に位相差層を配置すればよい。
【００９８】
また、上記の例では、λ／２位相差板、λ／４位相差板として一般的な高分子フィルムからなるものを想定している。しかし、これらの位相差板をツイステッド・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ので、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させることができる。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の偏光照明装置では、第１及び第２の光源部から出射されたランダムな偏光光を偏光分離・合成光学素子でそれぞれ２種類の偏光光に方向分離した後、各偏光光を所定の領域に導いて偏光方向を揃える。したがって、第１及び第２の光源部から放射されたランダムな偏光光のほとんど全てをＰ偏光光またはＳ偏光光に揃え、かつ、合成した状態で被照明領域に照射できるため、被照明領域を明るく照明できるという効果を奏する。また、２つの光源部を用いているにもかかわらず、照明光の被照明領域に対する入射角度（照明角）を大きくすることなく、２つの光源部からの照明光を合成できるため、照明光の断面積は１つの光源部を用いた場合と同じであり、従って、一定面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合と比較して２倍にすることができるので、この点からも被照明領域をより一層明るく照明できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る偏光照明装置に構成した光学系の概略構成図である。
【図２】 偏光分離・合成光学素子２０１の詳細な構造を説明するための図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。
【図４】 図１に示す偏光照明装置の集光ミラー板の斜視図である。
【図５】 図１に示す偏光照明装置での偏光動作を示す説明図である。
【図６】 図１に示す偏光照明装置のレンズ板の斜視図である。
【図７】 図１に示す偏光照明装置の集光レンズ板における２次光源像の形成位置を示す説明図である。
【図８】 本発明の実施の形態２に係る偏光照明装置に構成した光学系の概略構成図である。
【図９】 本発明の実施の形態３に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。
【図１０】 本発明の実施の形態４に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。
【図１１】 実施の形態５として、実施の形態１ないし４に係る偏光照明装置に用いることのできる集光ミラー板の斜視図である。
【図１２】 図１、図３に示す偏光照明光学系を備えた投写型表示装置の例の光学系のｘｚ平面における概略構成図である。
【図１３】 図１２に示す投写型表示装置の光学系のｙｚ平面における概略構成図である。
【図１４】 偏光照明装置の光源ランプの発光スペクトルについて示す説明図である。
【図１５】 図１、図３に示す偏光照明光学系を備えた投写型表示装置の別の例の光学系のｘｚ平面における概略構成図である。
【符号の説明】
１、２、３、４ 偏光照明装置
５、６ 投写型表示装置
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２ システム光軸
１０１ 第１の光源部
１０２ 第２の光源部
１１１、１１２ 光源ランプ
１２１、１２２ 放物面ランプ
２０１ 偏光分離・合成光学素子
２０２ プリズム構造体
２１１ 第１の偏光分離膜
２１２ 第２の偏光分離膜
２２１ 第１の面
２２２ 第２の面
２３１ 第３の面
２３２ 第４の面
２３３ 第５の面
２３４ 第６の面
２５１ プリズム構造体
２５２ 透明板
２５３ 第１の偏光分離板
２５４ 液体
２６１ 偏光分離板
２６２ 偏光分離膜
２６３ ガラス基板
２９１ 第１の三角錐プリズム
２９２ 第１の四角錐プリズム
２９３ 第１のプリズム合成体
２９４ 第２の四角錐プリズム
２９５ 第２の三角錐プリズム
２９６ 第２のプリズム合成体
３０１ 第１の集光ミラー板
３０２ 第２の集光ミラー板
３０３ 第３の集光ミラー板
３０４ 集光ミラー板
３０５ 微小レンズ
３０６ 反射ミラー板
３１１ 微小集光ミラー
３１２ 反射面
３２１ 平板状のミラー板
３２２ Ｐ偏光光
３２３ 右回りの円偏光光
３２４ 左回りの円偏光光
３２５ Ｓ偏光光
３５１ 第１のλ／４位相差板
３５２ 第２のλ／４位相差板
３５３ 第３のλ／４位相差板
４０１ 集光レンズ部
４１１ 集光レンズ板
４１２ 微小レンズ
４２１ λ／２位相差板
４２２ 位相差層
４３１ 重畳レンズ
５０１ 折り返し反射ミラー
６０１ 被照明領域
７０１ 青色光緑色光反射ダイクロイックミラー
７０２、７０７、７０９ 反射ミラー
７０３ 第１の液晶ライトバルブ
７０４ 緑色光反射ダイクロイックミラー
７０５ 第２の液晶ライトバルブ
７０６ 入射側レンズ
７０８ リレーレンズ
７１０ 出射側レンズ
７１１ 第３の液晶ライトバルブ
７１３ クロスダイクロイックプリズム
７１４ 投写レンズ
７１５ スクリーン
７１６ 平行化レンズ
７５０ 導光手段
８０１ 第１の反射型液晶ライトバルブ
８０２ 第２の反射型液晶ライトバルブ
８０３ 第３の反射型液晶ライトバルブ
８０４ 色光分離用クロスダイクロイックプリズム
８０５、８０６ 反射ミラー
８０７ 緑色光反射ダイクロイックミラー
８０８ 第１の偏光ビームスプリッタ
８０９ 第２の偏光ビームスプリッタ
８１０ 第３の偏光ビームスプリッタ
８１１ 偏光分離面
８１２ 色光合成用クロスダイクロイックプリズム
Ｃ１ Ｐ偏光光による２次光源像
Ｃ２ Ｓ偏光光による２次光源像
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光方向を揃えた偏光光を用いて矩形の照明領域などを均一に照明する偏光照明装置、及び該偏光照明装置を用いた投写型表示装置に関するものである。さらに詳しくは、２つの光源部から出射された光の偏光方向を揃えながら合成するための構造技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶素子のように特定の偏光光を変調するタイプの変調素子を用いた液晶表示装置では、光源から出射される光が有する２種類の偏光成分のうち、一方の偏光成分しか利用できない。よって、明るい投写画像を得るには光の利用効率を高める必要がある。しかしながら、唯一の光源を用いた投写型表示装置で光の利用効率を高めるには限度があるため、複数の光源を用いて光量を増やすことも明るい投写画像を得るための１つの手段である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単に光源を複数並べただけでは、光源像の面積が複数倍になり、被照明領域を照明する光の角度分布も拡大する（照明角の増大）のみであり、ある一定の面積における光量は唯一の光源を用いた場合と同じである。よって、この場合は複数の光源を用いても実質的に一定面積当たりの光量は増えていないことになる。
【０００４】
また、光源を複数用いて光量を増やしたとしても、光源から出射される光が有する２種類の偏光成分のうち、一方の偏光成分しか利用できなければ、その光量の半分は無駄になってしまい、その効果は半減してしまう。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、複数の光源を用いながらも照明角を大きくすることなく、かつ、両方の偏光成分を利用することが可能な偏光照明装置を提供し、また、極めて明るい投写画像を投写することが可能な投写型表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、
第１の面側から入射した光を２種類の偏光光に分離して、一方を第３の面側に出射し、他方を第４の面側に出射する第１の偏光分離膜と、第２の面側から入射した光を２種類の偏光光に分離して、一方を第４の面側に出射し、他方を第５の面側に出射する第２の偏光分離膜とを有する略６面体形状の偏光分離・合成光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第１、第２の面にそれぞれ光を入射させる第１、第２の光源部と、
前記偏光分離・合成光学素子の第３の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第１の集光反射光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第４の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第２の集光反射光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第５の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第３の集光反射光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第３の面と前記第１の集光反射光学素子との間に配置された第１の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第４の面と前記第２の集光反射光学素子との間に配置された第２の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第５の面と前記第３の集光反射光学素子との間に配置された第３の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第６の面側に配置され、前記偏光分離・合成光学素子から出射された光の偏光方向を揃える偏光変換光学素子と、を備えた偏光照明装置であって、
前記第１の集光反射光学素子及び前記第３の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子によって反射されて前記偏光変換光学素子に入射する光の主光線と、前記第２の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子によって反射されて前記偏光変換光学素子に入射する光の主光線とは、互いに平行であり、かつ重なり合わないことを特徴とする。
【０００７】
本発明の偏光照明装置では、偏光分離・合成光学素子の第１、第２の面に光を入射させる第１及び第２の光源部から出射されたランダムな偏光光を、偏光分離・合成光学素子により２種類の偏光光、すなわちＰ偏光光、Ｓ偏光光に分離する。そして、各偏光光を、偏光分離・合成光学素子の第３、第４、第５の面側にそれぞれ配置された第１、第２、第３の集光反射光学素子によって、複数の中間光束に分離する。さらに、それぞれの中間光束の偏光方向を、偏光分離・合成光学素子の第６の面側に配置された偏光変換光学素子により揃える。従って、２つの光源部を用いているにもかかわらず、照明光の被照明領域に対する入射角度（照明角）を大きくすることなく、照明する面積をほぼ１つの光源部が照明する面積と同じにすることができる。このため、一定面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合と比較して約２倍とすることができるので、照明領域を大変明るく照明することが可能となる。また、各集光反射光学素子によって分離された中間光束を、１ヶ所の被照明領域上で重畳するようにすれば、被照明領域を均一に照明することが可能となる。したがって、本発明の偏光照明装置を表示装置の光源として用いれば、極めて均一な画像を得ることができる。さらにまた、本発明の偏光照明装置では、第１及び第２の光源部から出射されたランダムな偏光光をほとんど損失を伴うことなくＰ偏光光やＳ偏光光などに揃えて合成することができる。したがって、液晶素子のような特定の偏光光を変調するタイプの変調素子を用いた表示装置に本発明の偏光照明装置を採用すれば、極めて明るい画像を得ることが可能となる。さらにまた、第１の集光反射光学素子及び第３の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射されて偏光変換光学素子に入射する光の主光線と、第２の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射されて偏光変換光学素子に入射する光の主光線とが、互いに平行である、ということは、第１〜第３の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射された光が、ほぼ同じ角度で偏光分離・合成素子に入射することを意味する。従って、偏光分離・合成素子の偏光分離・合成特性が光の入射角度に依存しやすい場合であっても、安定した偏光分離・合成を行うことが可能であり、むらの少ない照明光を得ることが可能となる。
【０００８】
本発明において、第１の集光反射光学素子が偏光分離・合成光学素子の第３の面と略平行に配置され、第２の集光反射光学素子が偏光分離・合成光学素子の第４の面と略平行に配置され、第３の集光反射光学素子が偏光分離・合成光学素子の第５の面と略平行に配置されている場合には、
第１の集光反射光学素子、第２の集光反射光学素子、第３の集光反射光学素子を、第１の集光反射光学素子及び第３の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射されて偏光変換光学素子に入射する光の主光線と、第２の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射されて偏光変換光学素子に入射する光の主光線とが、互いに平行であり、かつ重なり合わないように配置すれば良い。このように第１、第２、第３の集光反射光学素子を配置すれば、集光反射光学素子を構成する微小集光反射素子によって、Ｐ偏光光およびＳ偏光光によるそれぞれの２次光源像を空間的に異なった所定の位置に形成することができる。
【０００９】
但し、上記の第１ないし第３の集光反射光学素子を配置する位置については、明確に規定される性質のものではない。要するに、第１及び第２の光源部のそれぞれからの出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像とＳ偏光光による２次光源像とが、それぞれ空間的に分離された位置に形成されると共に、第１の光源部の出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像と第２の光源部の出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像とが重なり合うように、また、第１の光源部の出射光に含まれているＳ偏光光による２次光源像と第２の光源部の出射光に含まれているＳ偏光光による２次光源像とが重なり合うように、第１ないし第３の集光反射光学素子を配置すればよい。
【００１０】
本発明において、前記微小集光反射素子の開口形状は、被照明領域の形状と相似形とすることができる。光源部からの光は集光反射光学素子によって複数の光の分割され、最終的に被照明領域で重畳されるため、上記のような構成を採用することによって、光源部からの光を無駄なく被照明領域に導くことが可能である。
【００１１】
本発明において、前記偏光変換光学素子の入射面側或いは出射面側には、前記偏光分離・合成光学素子から出射された光を集光するために、複数の集光素子を備えた集光光学素子を配置することができる。このように集光光学素子を配置することによって、集光反射光学素子によって分割形成された複数の光のそれぞれを集光しながら偏光変換光学素子の所定の場所に効果的に導くことが可能となるため、偏光変換光学素子における偏光変換効率を向上できる効果がある。尚、第１ないし第３の集光反射光学素子を構成する微小集光反射素子の数がそれぞれ異なる場合には、最も多くの反射光学素子によって構成される集光反射光学素子において、そこに使用されている反射光学素子の数の２倍の数の集光素子によって集光光学素子を構成すればよい。
【００１２】
本発明において、前記偏光変換光学素子の出射面側には、前記偏光変換光学素子から出射された光を被照明領域上に重畳する重畳光学素子を配置することができる。このように重畳光学素子を配置することによって、集光反射光学素子によって分割形成された複数の光のそれぞれを被照明領域に効果的に導くことが可能となるため、照明効率を向上できる効果がある。
【００１３】
本発明において、前記偏光変換光学素子の出射面側には、前記偏光変換光学素子から出射された光の光路を変更する光路変更光学素子を配置することができる。寸法が比較的大きな２つの光源部の光軸によって規定される平面と平行な方向に照明光を出射できるように光路変更光学素子を配置すれば、偏光照明装置の一方方向の厚みを薄くすることができ、薄型の偏光照明装置を実現できる。従って、この偏光照明装置を投写型表示装置等の光源として用いた場合には、コンパクトな投写型表示装置を得ることも可能となる。
【００１４】
本発明において、前記第１ないし第３の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子は、いずれも複数の曲面反射ミラーで構成することができる。また、前記第１ないし第３の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子は、レンズと、前記レンズの前記偏光分離・合成光学素子とは反対側の面に設けられた反射面で構成することもできる。このように構成すると、光源部からの光を複数の中間光束に容易に分離することができる。ここで、曲面反射ミラーを偏心ミラーとしたり、或いは、レンズを偏心レンズとすれば、上述した偏光変換光学素子や集光光学素子を小型化できると共に、上述した重畳光学素子を用いなくとも、効果的に光を被照明領域に導くことができる。
【００１５】
本発明に係わる偏光照明装置は、偏光照明装置から出射された光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系とを有する投写型表示装置に用いることができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る偏光照明装置は、偏光照明装置から出射された光を複数の色光に分離する色光分離光学素子と、前記色光分離光学素子によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の光変調素子と、前記複数の光変調素子によって変調された光を合成する色光合成光学素子と、前記色光合成光学素子によって合成された光を投写する投写光学系とを有するカラー画像を表示できる投写型表示装置に用いることもできる。
【００１７】
また、本発明に係る偏光照明装置は、偏光照明装置から出射された光を変調する反射型光変調素子と、前記偏光照明装置から出射された光、及び、前記反射型光変調素子によって変調された光に含まれる複数の偏光成分を分離する偏光分離光学素子と、前記反射型光変調素子によって変調され、前記偏光分離光学素子を介して出射された光を投写する投写光学系とを有する投写型表示装置に用いることもできる。
【００１８】
さらにまた、本発明に係る偏光照明装置は、偏光照明装置から出射された光を複数の色光に分離する色光分離光学素子と、前記色光分離光学素子によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の反射型光変調素子と、前記色光分離光学素子によって分離された各色光、及び、前記複数の反射型光変調素子によって変調された各色光に含まれる複数の偏光成分を分離する複数の偏光分離光学素子と、各々の前記反射型光変調素子によって変調され、各々の前記偏光分離光学素子を介して出射された光を合成する色光合成光学素子と、前記色光合成光学素子によって合成された光を投写する投写光学系とを有する投写型表示装置に用いることもできる。
【００１９】
このようにして、本発明の偏光照明装置を用いた投写型表示装置を構成すると、明るく、かつ、明るさが均一な投写画像を得ることができる。なお、本発明の偏光照明装置は、偏光方向の揃った光束を出射するので、光変調素子として液晶素子を用いた投写型表示装置に適している。
【００２０】
上記投写型表示装置では、前記第１、第２の光源部のうち、少なくとも一方が着脱可能に構成されていることが好ましい。このように構成すると、投写型表示装置を持ち運びする際にいずれか一方の光源部を取り外すことが可能となり、可搬性が向上する。
【００２１】
また、上記投写型表示装置では、前記第１、第２の光源部のうち、少なくとも一方が選択点灯可能となっていることが好ましい。このように構成すると、例えば、投写型表示装置をバッテリ駆動する際に一方の光源のみを選択点灯することによりバッテリの寿命時間を延ばすことができる。また、周囲が明るい場所で投写画像を観察する場合には、２つの光源部を点灯させ、周囲が暗い場所で投写画像を観察する場合には一方のみを選択点灯させるというように投写画像の明るさを環境や観察者の好みに応じて適宜変化させることが可能となる。
【００２２】
さらに、上記投写型表示装置では、前記第１、第２の光源部から出射される光の分光特性や輝度特性を互いに異なった特性とすることもできる。このように構成すると、照明光の色合いを所定の色合いに容易に設定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
なお、以下の各実施例の説明及び添付図面においては、相互に対応する部分には同一の符号を付して、それらの説明の重複を回避している。また、互いに直交する３つの空間軸をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とし、ｘ軸に平行な２つの方向をそれぞれ＋ｘ方向及び−ｘ方向、ｙ軸に平行な２つの方向をそれぞれ＋ｙ方向及び−ｙ方向、ｚ軸に平行な２つの方向をそれぞれ＋ｚ方向及び−ｚ方向とする。
【００２５】
［実施の形態１］
図１は本発明の偏光照明装置の第１の実施形態を示す斜視図である。本実施形態では、偏光方向がランダムな光（以下、「ランダムな偏光光」と称す。）を出射する第１の光源部１０１と第２の光源部１０２の２つの光源部が設けられている。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態に係る偏光照明装置１は、ｘｙ平面内において直角に交わるシステム光軸Ｌ１とＬに沿って、第１の光源部１０１、偏光分離・合成光学素子２０１、第１のλ／４位相差板３５１（第１の偏光状態変換光学素子）と第２のλ／４位相差板３５２（第２の偏光状態変換光学素子）、第１の集光ミラー板３０１（第１の集光反射光学素子）と第２の集光ミラー板３０２（第２の集光反射光学素子）、集光レンズ部４０１（集光光学素子、偏光変換光学素子及び重畳光学素子）、及び折り返し反射ミラー５０１（光路変更光学素子）を有している。第１の光源部１０１から出射されたランダムな偏光光は、後で説明するとおり、偏光分離・合成光学素子２０１において２種類の偏光光に分離された後、第１のλ／４位相差板３５１、第１の集光ミラー板３０１、第２のλ／４位相差板３５２、第２の集光ミラー板３０２、偏光分離・合成光学素子２０１、及び集光レンズ部４０１により再び１種類の偏光光として合成され、折り返し反射ミラー５０１を経て、矩形状の被照明領域６０１に至るようになっている。
【００２７】
また、ｙｚ平面内において直角に交わるシステム光軸Ｌ２、Ｌに沿って、第２の光源部１０２、前記の偏光分離・合成光学素子２０１、第３のλ／４位相差板３５３（第３の偏光状態変換光学素子）と前記の第２のλ／４位相差板３５２、第３の集光ミラー板３０３（第３の集光反射光学素子）と前記の第２の集光ミラー板３０２、前記の集光レンズ部４０１、及び前記の折り返し反射ミラー５０１が配置された構成になっている。第２の光源部１０２から出射されたランダムな偏光光は、後で説明するとおり、偏光分離・合成光学素子２０１において２種類の偏光光に分離された後、第３のλ／４位相差板３５３、第３の集光ミラー板３０３、第２のλ／４位相差板３５２、第２の集光ミラー板３０２、偏光分離・合成光学素子２０１、及び集光レンズ部４０１により再び１種類の偏光光として合成され、同様に折り返し反射ミラー５０１を経て、矩形状の被照明領域６０１に至るようになっている。尚、折り返し反射ミラー５０１によってその進行方向を略９０度曲げられた照明光の出射方向は、第１及び第２の光源部１０１、１０２を含む平面に対してほぼ平行である。
【００２８】
第１及び第２の光源部１０１、１０２は、それぞれ光源ランプ１１１、１１２と、放物面リフレクター１２１、１２２とから大略構成されており、光源ランプ１１１、１１２から放射されたランダムな偏光光は、それぞれ放物面リフレクター１２１、１２２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・合成光学素子２０１に入射する。ここで、放物面リフレクター１２１、１２２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。
【００２９】
偏光分離・合成光学素子２０１は略６面体形状の偏光ビームスプリッタであり、誘電体多層膜からなる第１及び第２の偏光分離膜２１１、２１２をガラス製のプリズム２０２に内蔵した構造となっている。第１の偏光分離膜２１１は、第１の光源部１０１からの出射光に対して斜め配置され、偏光分離・合成光学素子２０１の第１の面２２１に対して角度α１＝４５度をなすように形成されている。また、第２の偏光分離膜２１２は、第２の光源部１０２からの出射光に対して斜め配置され、偏光分離・合成光学素子２０１の第２の面２２２に対して角度α２＝４５度をなすように形成されている。
【００３０】
図２は、この偏光分離・合成光学素子２０１の詳細な構造を説明するための図である。図２に示すように、偏光分離・合成光学素子２０１は、２つの三角錐プリズム２９１、２９５と２つの四角錐プリズム２９２、２９４とで構成されている。
【００３１】
第１の三角錐プリズム２９１の側面ＢＤＨと第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨとの間、及び、第２の四角錐プリズム２９４の側面ＢＦＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＦＨとの間には、それぞれ第１の偏光分離膜２１１が形成されている。この第１の偏光分離膜２１１は、例えば、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＢＤＨと第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨとのうちのいずれか一方と、第２の四角錐プリズム２９４の側面ＢＦＨと第２の三角錐プリズムの側面ＢＦＨとのうちのいずれか一方とに、それぞれ誘電体多層膜を蒸着することによって形成される。ここで、第１の偏光分離膜２１１を形成する面は、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＢＤＨと第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨのどちらであっても良く、また、第２の三角錐プリズム２９４の側面ＢＦＨと第２の四角錐プリズム２９５の側面ＢＦＨのどちらであっても良い。しかしながら、２つのプリズムに形成される第１の偏光分離膜２１１は平坦であることが望ましいため、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＢＤＨと第２の四角錐プリズム２９４の側面ＢＦＨとに形成するか、あるいは、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＦＨとに形成することが好ましい。
【００３２】
一方、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＡＢＨと第２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨとの間、及び、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＧＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＧＨとの間には、それぞれ第２の偏光分離膜２１２が形成されている。この第２の偏光分離膜２１２は、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＡＢＨと第２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨとのうちのいずれか一方と、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＧＦと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＧＨとのうちのいずれか一方とに、それぞれ誘電体多層膜を蒸着することによって形成される。ここで、第２の偏光分離膜２１２を形成する面は、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＡＢＨと第２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨのどちらであっても良く、また、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＧＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＧＨのどちらであっても良い。しかしながら、２つのプリズムに形成される第２の偏光分離膜２１２は平坦であることが望ましいため、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＡＢＨと第１の四角錐プリズムの側面ＢＧＨとに形成するか、あるいは、第２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＧＨとに形成することが好ましい。
【００３３】
さらに、第１の三角錐プリズム２９１と第１の四角錐プリズム２９２の第１の偏光分離膜２１１が形成された面ＢＤＨが貼り合わされることにより、第１のプリズム合成体２９３が形成される。また、第２の四角錐プリズム２９４と第２の三角錐プリズム２９５の偏光分離膜２１１が形成された面ＢＦＨが貼り合わされることにより、第２のプリズム合成体２９６が形成される。最後に、２つのプリズム合成体２９３、２９６の第２の偏光分離膜２１２が形成された面ＡＢＧＨが貼り合わされることにより、偏光分離・合成光学素子２０１が完成する。勿論、上記に示した４つのプリズムの組み上げ順序は一例に過ぎないため、上記の順序に限定されるものではない。
【００３４】
再び、図１に基づいて説明する。偏光分離・合成光学素子２０１の第３の面側２３１には、これと対向して第１のλ／４位相差板３５１が、さらにその位相差板の外側には第１の集光ミラー板３０１が配置されている。そして、本例では、第１のλ／４位相差板３５１と第１の集光ミラー板３０１とが、第３の面２３１とほぼ平行に配置されている。また、偏光分離・合成光学素子２０１の第４の面２３２側には、これと対向して第２のλ／４位相差板３５２が、さらにその位相差板の外側には第２の集光ミラー板３０２が配置されている。そして、本例では、第２のλ／４位相差板３５２と第２の集光ミラー板３０２とが、第４の面２３２とほぼ平行に配置されている。さらに、偏光分離・合成光学素子２０１の第５の面２３３側には、これと対向して第３のλ／４位相差板３５３が、さらにその位相差板の外側には第３の集光ミラー板３０３が配置されている。そして、本例では、第３のλ／４位相差板３５３と第３の集光ミラー板３０３とが、第５の面２３３とほぼ平行に配置されている。第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３の構成の詳細については後述する。尚、図１では、見やすさを優先して、第１ないし第３のλ／４位相差板３５１、３５２、３５３は偏光分離・合成光学素子２０１から離して描かれているが、偏光分離・合成光学素子２０１に密着させて配置する方が望ましい。
【００３５】
偏光分離・合成光学素子２０１の第６の面２３４の側には、後で詳しく説明する集光レンズ板４１１、λ／２位相差板４２１（偏光変換光学素子）、及び重畳レンズ４３１（重畳光学素子）により構成された集光レンズ部４０１がシステム光軸Ｌに対して垂直な向きに設置されている。
【００３６】
以上のように構成された偏光照明装置１において、第１の光源部１０１から出射されたランダムな偏光光がその偏光方向に応じて２種類の偏光光に分離される過程について説明する。図３は、図１のｘｙ平面における断面図を示したものである。ここで、上記過程の説明には直接関係がないため、折り返し反射ミラー５０１は省略され、従って、集光レンズ部４０１から被照明領域６０１に至る光路は直線的に表現されている。尚、この点に関しては、後述する図９及び図１０においても同様である。
【００３７】
第１の光源部１０１から出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る。第１の光源部１０１から出射され、偏光分離・合成光学素子２０１の第１の面２２１に入射した混合光は、第１の偏光分離膜２１１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、第１の偏光分離膜２１１をそのまま透過し第３の面２３１へと向かうが、Ｓ偏光光は第１の偏光分離膜２１１で反射されて偏光分離・合成光学素子２０１の第４の面２３２へと進行方向を変える。
【００３８】
偏光分離・合成光学素子２０１により分離された２種類の偏光光は、第１及び第２のλ／４位相差板３５１、３５２を通過し、第１及び第２の集光ミラー板３０１、３０２によりそれぞれ反射される。
【００３９】
これらの集光ミラー板３０１、３０２は、その外観図を図４に示すように、被照明領域６０１とほぼ相似関係にあるような、いずれも矩形状の外形を有する同一の微小集光ミラー３１１をマトリックス状に複数配列し、その表面にアルミニウムの蒸着膜や誘電体多層膜などからなる反射面３１２を形成してなるものである。本実施の形態では、微小集光ミラー３１１の反射面３１２は球面状に形成されている。但し、この反射面３１２の曲率形状は、放物面状、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、第１及び第２の光源部１０１、１０２からの入射光の特性に応じて設定することが出来る。なお、後述する第３の集光ミラー板３０３も同様である。
【００４０】
第１の偏光分離膜２１１により分離されたＰ偏光光及びＳ偏光光は、それぞれ第１及び第２のλ／４位相差板３５１、３５２を通過し、第１及び第２の集光ミラー板３０１、３０２により反射され、再度λ／４位相差板３５１、３５２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方向が９０度回転する。この偏光光の変化の様子を図５により説明する。尚、この図では説明の簡略化のために、集光ミラー板３０１、３０２を平面状のミラー板３２１として描いてある。λ／４位相差板３５１、３５２に入射したＰ偏光光３２２は、λ／４位相差板により右回りの円偏光光３２３（但し、λ／４位相差板の設置の仕方によっては左回りの円偏光光となる。）に変換されミラー板３２１へと達する。ミラー板３２１により光は反射されると同時に偏光面の回転方向も変化する。すなわち、右回りの円偏光光は左回りの円偏光光へと（左回りの円偏光光は右回りの円偏光光へと）変化する。ミラー板３２１により光の進行方向を略１８０度反転され、同時に左回りの円偏光光３２４となった偏光光は、再度λ／４位相差板３５１、３５２を通過する際にＳ偏光光３２５へと変換される。また、同様の過程を経て、Ｓ偏光光３２５はＰ偏光光３２２へと変換される。
【００４１】
再び、図３に基づいて説明する。したがって、第３の面２３１に達したＰ偏光光は、第１のλ／４位相差板３５１及び第１の集光ミラー板３０１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、第１の偏光分離膜２１１で反射され進行方向を変えて、第６の面２３４へと向かう。他方、第４の面２３２に達したＳ偏光光は、第２のλ／４位相差板３５２及び第２の集光ミラー板３０２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、今度は第１の偏光分離膜２１１をそのまま透過し、第６の面２３４へと向かう。すなわち、第１の偏光分離膜２１１は偏光合成膜としても機能していることになるので、偏光分離・合成光学素子２０１は偏光分離・合成光学素子として機能する。
【００４２】
第１及び第２の集光ミラー板３０１、３０２は集光作用を有する微小集光ミラー３１１により構成されているため、偏光光の進行方向は略反転させると同時に、各々の集光ミラー板３０１、３０２を構成する微小集光ミラー３１１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。
【００４３】
集光レンズ板４１１は、その外観を図６に示すように、矩形状の微小レンズ４１２からなる複合レンズ体であり、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３を構成する微小集光ミラー３１１の数の２倍の数の微小レンズ４１２によって集光レンズ板４１１は構成されている。但し、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３を構成する微小集光ミラー３１１の数がそれぞれ異なる場合には、最も多くの微小集光ミラー３１１によって構成される集光ミラー板において、その集光ミラー板を構成する微小集光ミラーの数の２倍の数の微小レンズ４１２によって集光レンズ板４１１は構成される。
【００４４】
ここで、第１の集光ミラー板３０１は、ｘ軸に対して集光ミラー板３０１の略中心がβ１だけ＋ｙ方向にシフトした状態で配置されている。また、第２の集光ミラー板３０２は、ｙ軸に対して集光ミラー板３０２の略中心がβ２だけ−ｘ方向にシフトした状態でそれぞれ配置されている。
【００４５】
上記のように各々の集光ミラー板はその位置がｘ軸或いはｙ軸に対してずらしてあるので、第１の集光ミラー板３０１の微小集光ミラー３１１によって反射されて集光レンズ部４０１に入射するＳ偏光光の主光線と、第２の集光ミラー板３０２の微小集光ミラー３１１によって反射されて集光レンズ部４０１に入射するＰ偏光光の主光線とは、互いに平行であり、かつ重なり合わない。すなわち、第１の集光ミラー板３０１によって形成されるＳ偏光光による２次光源像と第２の集光ミラー板３０２によって形成されるＰ偏光光による２次光源像とは、ｘ軸方向に僅かに異なった位置に形成されることになる。本実施の形態の場合には、Ｐ偏光光による２次光源像とＳ偏光光による２次光源像との配列間隔はβ１＋β２に等しい。すなわち、被照明領域６０１側から集光レンズ板４１１を見た場合に２種類の偏光光が形成する２次光源像を第７図に示すと、Ｐ偏光光が形成する２次光源像Ｃ１（円形の像のうち、右上がりの斜線を付した領域）と、Ｓ偏光光が形成する２次光源像Ｃ２（円形の像のうち、左上がりの斜線を付した領域）の２つの２次光源像がβ１＋β２の間隔を隔ててｘ軸方向に並ぶ状態で形成されることになる。これに対して、集光レンズ板４１１の被照射領域６０１側の面には、Ｐ偏光光による２次光源像Ｃ１の形成位置に対応して位相差層４２２が選択的に形成されたλ／２位相差板４２１が設けられている。したがって、Ｐ偏光光は、位相差層４２２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４２２を通過しないので、偏光面の回転作用を受けずにそのままλ／２位相差板４２１を通過する。それ故、集光レンズ部４０１から出射される光のほとんどは、Ｓ偏光光に揃えられる。
【００４６】
このようにしてＳ偏光光に揃えられた光は、λ／２位相差板４２１の被照射領域６０１側の面に配置された重畳レンズ４３１によって、一ヶ所の被照明領域６０１上で重畳される。この場合、図３では省略されているが、先に図１に示されているように、重畳レンズ４３１と被照明領域６０１との間に配置された折り返し反射ミラー５０１によって、照明光はその進行方向を約９０度曲げられ、被照明領域６０１に達する。すなわち、第１及び第２の集光ミラー板３０１、３０２の微小集光ミラー３１１によって切り出された複数のイメージ面は、集光レンズ板４１１と重畳レンズ４３１によって一ヶ所に重畳されると共に、λ／２位相差板４２１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被照明領域６０１へと達するので、被照明領域６０１はほとんど１種類の偏光光で照明される。同時に、被照明領域６０１は複数の２次光源像によって照明されるため、照明強度のむらが非常に少なく、被照明領域６０１は均一に照明される。
【００４７】
再び、図１に基づいて説明する。第１の光源部１０１から出射されたランダムな偏光光の場合と原理的には同様な過程を経て、第２の光源部１０２から出射されたランダムな偏光光も、偏光分離・合成光学素子２０１、第２及び第３の集光ミラー板３０２、３０３、第２及び第３のλ／４位相差板３５２、３５３等によって偏光方向に応じてわずかに異なる位置に集光された後、集光レンズ部４０１で１種類の偏光光に変換されて一ヶ所の被照明領域６０１を均一に照明する。
【００４８】
すなわち、第２の光源部１０２から出射されたランダムな偏光光のうち、Ｐ偏光光は偏光分離・合成光学素子２０１の第２の偏光分離膜２１２をそのまま透過し第５の面２３３へと向かうが、Ｓ偏光光は第２の偏光分離膜２１２で反射されて第４の面２３２へと進行方向を変える。このように分離されたＰ偏光光及びＳ偏光光は、それぞれ第３及び第２のλ／４位相差板３５３、３５２を通過し、第３及び第２の集光ミラー板３０３、３０２により反射され、再度λ／４位相差板３５３、３５２を通過する。したがって、第５の面２３３に達したＰ偏光光は、第３のλ／４位相差板３５３及び第３の集光ミラー板３０３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、第２の偏光分離膜２１２で反射され進行方向を変えて、第６の面２３４へと向かう。他方、第４の面２３２に達したＳ偏光光は、第２のλ／４位相差板３５２及び第２の集光ミラー板３０２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、第２の偏光分離膜２１２をそのまま透過し、第６の面２３４へと向かう。
【００４９】
ここで、第３の集光ミラー板３０３も、第１及び第２の集光ミラー板３０１、３０２と同様に、集光作用を有する微小集光ミラー３１１により構成され、ｚ軸に対して集光ミラー板３０３の略中心がβ３だけ＋ｘ方向にシフトした状態で配置されている。従って、第２の集光ミラー板３０２の微小集光ミラー３１１によって反射されて集光レンズ部４０１に入射するＰ偏光光の主光線と、第３の集光ミラー板３０３の微小集光ミラー３１１によって反射されて集光レンズ部４０１に入射するＳ偏光光の主光線とは、互いに平行であり、かつ重なり合わない。すなわち、第２の集光ミラー板３０２によって形成されるＰ偏光光による２次光源像と、第３の集光ミラー板３０３によって形成される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。但し、このとき形成される２種類の２次光源像（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）は、第１の光源部１０１から出射された光によって形成される２種類の２次光源像と、それぞれ偏光方向が一致するように重なる。すなわち、第１の光源部１０１からの出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像と、第２の光源部１０２からの出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像とは、重なるように同じ位置に形成されるという具合である。そのため、第３の集光ミラー板のシフト量β３はβ１と等しくなるように設定されている。以上により、第２の光源部１０２からの出射光も、第１の光源部１０１からの出射光と同様にＳ偏光光に揃えられる。その結果、第１及び第２の光源部１０１、１０２からの出射光はＳ偏光光として合成され、折り返し反射ミラー５０１を経て被照明領域６０１に達する。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態の偏光照明装置１によれば、第１及び第２の光源部１０１、１０２から出射されたランダムな偏光光を偏光分離・合成光学素子２０１で２種類の偏光光に分離した後、各偏光光をλ／２位相差板４２１の所定の領域に導いてＰ偏光光をＳ偏光光に変換する。したがって、第１及び第２の光源部１０１、１０２から出射されたランダムな偏光光を損失することなく、ほとんどＳ偏光光に揃えた状態で合成できるため、被照明領域６０１を明るく照明できるという効果を奏する。また、２つの光源部１０１、１０２を用いているにもかかわらず、照明光の被照明領域に対する入射角度（照明角）を大きくすることなく、２つの光源部１０１、１０２からの照明光を合成できるため、照明光の断面積は１つの光源部を用いた場合と同じであり、従って、一定面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合と比較して２倍にすることができる。さらに、第１及び第２の光源部１０１、１０２からなる２つの光源部を設けるといっても、双方をｘｚ平面上に配置できる。この場合、集光レンズ部４０１から出射された照明光の進行方向を変える折り返し反射ミラー５０１が配置されているので、２つの光源部が配置されているｘｚ平面と照明光の出射方向とを平行にすることが出来る。それ故、照明装置の薄型化や低背化に適している。つまり、集光レンズ部４０１の後段に配置された折り返し反射ミラー５０１によって偏光照明装置の小型化のための設計の自由度はさらに向上する。
【００５１】
しかも、２種類の偏光光をそれぞれλ／２位相差板４２１の所定の領域に導くには、偏光分離・合成光学素子２０１の偏光分離性能が高いことが必要であるが、本実施の形態においては、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・合成光学素子２０１を構成してあるので、偏光分離・合成光学素子２０１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できるので、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。
【００５２】
さらに、本実施の形態では、横長の矩形形状である被照明領域６０１の形状に合わせて、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３の微小集光ミラー３１１を横長の矩形形状（被照明領域の形状とほぼ相似形）とし、同時に偏光分離・合成光学素子２０１から出射された２種類の偏光光の分離の方向（２種類の偏光光によって形成される２次光源像が並ぶ方向）も被照明領域６０１の形状に合わせて横方向（ｘ方向）に設定されている。このため、横長の矩形形状を有する被照明領域６０１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。
【００５３】
さらにまた、第１の集光ミラー板３０１及び第３の集光ミラー板３０３の微小集光反射素子によって反射されて集光レンズ部４０１に入射するＳ偏光光の主光線と、第２の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射されて集光レンズ部４０１に入射するＰ偏光光の主光線とが、互いに平行である、ということは、第１〜第３の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射された光が、ほぼ同じ角度で偏光分離・合成素子２０１に入射することを意味する。従って、偏光分離・合成素子２０１の偏光分離・合成特性が光の入射角度に依存しやすい場合であっても、安定した偏光分離・合成を行うことが可能であり、むらの少ない照明光を得ることが可能となる。
【００５４】
本実施の形態において説明してきた第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からのシフト量β１、β２、β３とそれらのシフトの方向は、本実施の形態に限定されるものではない。要するに、第１及び第２の光源部１０１、１０２のそれぞれからの出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像とＳ偏光光による２次光源像とが、それぞれ空間的に分離された位置に形成されると共に、第１の光源部１０１の出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像と第２の光源部１０２の出射光に含まれているＰ偏光光による２次光源像とが重なり合うように、また、第１の光源部１０１の出射光に含まれているＳ偏光光による２次光源像と第２の光源部１０２の出射光に含まれているＳ偏光光による２次光源像とが重なり合うように、第１ないし第３の集光ミラー板のシフト量β１、β２、β３とそれらのシフトの方向を各々設定すればよい。
【００５５】
従って、第１ないし第３の集光ミラー板の全てを対応するそれぞれの軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）に対して平行シフトさせる必要は必ずしもない。例えば、第２の集光ミラー板３０２のみを平行シフトさせ、第１及び第３の集光ミラー板３０１、３０３は平行シフトさせずに、それぞれの集光ミラー板の略中心をｘ軸或いはｚ軸が通過するように配置しても良い。逆に、第１及び第３の集光ミラー板３０１、３０３のみを平行シフトさせ、第２の集光ミラー板３０２は平行シフトさせずに、第２の集光ミラー板３０２の略中心をｙ軸が通過するように配置しても良い。但し、第１ないし第３の集光ミラー板のシフト量とそれらのシフトの方向によっては、集光レンズ部４０１をｙ軸に対して同様にシフトさせる必要がある場合もある。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、λ／２位相差板４２１を集光レンズ板４１１の被照明領域側に配置したが、２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４２１を集光レンズ板４１１の光源部側に配置してもよい。
【００５７】
また、集光レンズ板４１１を構成する微小レンズ４１２を偏心レンズとすれば、それぞれの微小レンズ４１２を出射する光の方向を被照明領域６０１に向けることが出来るため、集光レンズ板４１１に重畳レンズ４３１の機能を合わせ持たせることができる。或いは、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３を構成する微小集光ミラー３１１を偏心ミラーとすれば、微小集光ミラー３１１を出射する光の方向を被照明領域６０１に向けることが出来るため、同様に第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３に重畳レンズ４３１の機能を合わせ持たせることも可能である。それらの場合には、重畳レンズ４３１を省略できるため、偏光照明装置の低コスト化が可能となる。但し、後者の場合には、図７で示したＰ偏光光によって形成される２次光源像とＳ偏光光によって形成される２次光源像との間隔はβ１＋β２よりも狭くなる。
【００５８】
また、第１及び第２の光源部１０１、１０２から出射される光の平行性が高い場合には、集光レンズ板４１１を省略することも可能である。
【００５９】
さらに、集光レンズ板４１１を構成する微小レンズ４１２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７に示すように、Ｐ偏光光が形成する２次光源像Ｃ１とＳ偏光光が形成する２次光源像Ｃ２は横方向に並ぶ状態で形成されるので、それぞれの２次光源像の形成位置に対応させて、集光レンズ板４１１を構成する微小レンズ４１２の形状は決定されることが望ましい。
【００６０】
また、特性の異なる２種類の位相差層を、Ｐ偏光光による２次光源像の形成位置とＳ偏光光による２次光源像の形成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し、位相差層４２２をＳ偏光光による２次光源像Ｃ２の形成される位置に配置して、照明光をＰ偏光光とする構成としてもよい。
【００６１】
［実施の形態２］
図１に示す偏光照明装置１では、Ｐ偏光光が形成する２次光源像とＳ偏光光が形成する２次光源像とがｘ軸にほぼ平行に並ぶ様に、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３を配置したが、図８に示す偏光照明装置２のように、Ｐ偏光光が形成する２次光源像とＳ偏光光が形成する２次光源像とがｚ軸に平行に並ぶ様に、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３を配置してもよい。この場合には、例えば、第１の集光ミラー板３０１はその略中心がｘ軸に対してγ１だけ−ｚ方向に、第２の集光ミラー板３０２はその略中心がｙ軸に対してγ２だけ＋ｚ方向に、第３の集光ミラー板３０３はその略中心がｚ軸に対してγ３だけ＋ｙ方向に、それぞれ平行シフトした状態に設定すればよい。尚、この場合においても、偏光照明装置としての基本的な原理については、偏光照明装置１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６２】
［実施の形態３］
図９（ｘｙ平面における断面図を示している。）に示す偏光照明装置３では、各光学系の配置は、実施の形態１とほぼ同じであるが、壁面を構成する６枚の透明板２５２でプリズム構造体２５１を構成し、その内部に第１の偏光分離膜２１１が形成されている平板状の第１の偏光分離板２５３と第２の偏光分離膜（図示せず）が形成されている平板状の第２の偏光分離板（図示せず。また、第２の偏光分離板は第１の偏光分離板２５３によって分離されるため、正確には２枚必要。）とを配置し、さらに液体２５４を充填してなる構造体を偏光分離・合成光学素子２０１として用いている点に特徴がある。ここで、透明板、第１及び第２の偏光分離板、及び液体のそれぞれの屈折率をほぼ一致させておくことが必要である。これにより、偏光分離・合成光学素子２０１の低コスト化及び軽量化を図ることができる。
【００６３】
さらに、偏光照明装置３では、実施の形態１で説明したように、集光レンズ部４０１の集光レンズ板４１１を構成する微小レンズを偏心系のレンズすることによって、集光レンズ板４１１に重畳レンズの機能を合わせ持たせ、重畳レンズを省略した構成としている。これによって、偏光照明装置の低コスト化を及び軽量化を図ることができる。
【００６４】
［実施の形態４］
図１０に示す偏光照明装置４では、各光学系の配置は、実施の形態１と同一であるが、偏光分離・合成光学素子２０１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２６２を２枚のガラス基板２６３で挟持した構造の２枚（一方の偏光分離板は他方の偏光分離板によって分離されるため、正確には３枚）の偏光分離板２６１をシステム光軸Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）に対してα＝４５度の角度をなすように配置することによって、６面体形状のプリズムを用いた偏光分離・合成光学素子２０１（図１参照。）とほぼ同一の機能を発揮させている。これにより、偏光分離・合成光学素子２０１の低コスト化及び軽量化を図ることができる。なお、本例の偏光分離・合成光学素子２０１では、第１ないし第３の実施形態における偏光分離・合成光学素子２０１のごとく、第１ないし第６の面は実在しない。しかしながら、図中点線で示したように、仮想的に第１ないし第６の面を有すると考えることができる。従って、この仮想的な第１ないし第６の面に対して、前述した第１ないし第３の実施形態のごとく、光源部２０１、２０２、λ／４位相差板３５１、３５２、３５３、集光ミラー板３０１、３０２、３０３、集光レンズ部４０１等を配置すれば良い。
【００６５】
［実施の形態５］
以上説明した偏光照明装置１ないし４において、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３の一部または全部を図１１に示すような集光ミラー板３０４としてもよい。集光ミラー板３０４は、複数の微小レンズ３０５と反射ミラー板３０６とから構成されたものである。
【００６６】
さらに、この構成において、複数の微小レンズ３０５のそれぞれを偏心レンズとすれば、微小レンズ３０５を出射する光の方向を被照明領域６０１に向けることが出来るため、第１ないし第３の集光ミラー板に重畳レンズ４３１の機能を合わせ持たせることが可能である。その場合には、重畳レンズ４３１を省略できるため、偏光照明装置の低コスト化が可能となる。
【００６７】
［実施の形態６］
図１２、図１３には、実施の形態１ないし５に係る偏光照明装置のうち、実施の形態１に係る偏光照明装置１を用いて、その投写画像の明るさを向上させた投写型表示装置の一例を示してある。本実施の形態の投写型表示装置５においては、光変調素子として透過型の液晶ライトバルブを使用すると共に、偏光照明装置１の２つの光源部に発光スペクトルが異なる２種類の光源ランプを用い、それらの光源ランプを選択的に点灯可能としている。尚、図１２は投写型表示装置５のｘｚ平面における断面図であり、図１３は投写型表示装置５のｙｚ平面における断面図である。また、図１２においては、集光レンズ部４０１や光路変更光学素子である折り返し反射ミラー５０１等は省略されて描かれている。
【００６８】
図１２、図１３において、本実施の形態の投写型表示装置５に組み込まれた偏光照明装置１は、ランダムな偏光光を一方向に出射する第１の光源部１０１、及び第２の光源部１０２を有し、これらの光源部から出射されたランダムな偏光光は、偏光分離・合成光学素子２０１において２種類の偏光光に分離されると共に、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４０１のλ／２位相差板４２１によってＳ偏光光に変換され、ほぼ１種類の偏光状態（Ｓ偏光状態）となって集光レンズ部から出射される。集光レンズ部から出射された偏光光は、折り返し反射ミラー５０１によって出射方向を−ｚ方向に変えられ、青色緑色反射ダイクロイックミラー７０１に入射するようになっている。
【００６９】
この偏光照明装置１から出射された照明光は、まず、青色光緑色光反射ダイクロイックミラー７０１（色光分離光学素子）において赤色光が透過し、青色光及び緑色光が反射される。赤色光は、反射ミラー７０２で反射され、平行化レンズ７１６を経て、第１の液晶ライトバルブ７０３に達する。尚、液晶ライトバルブの入射側及び出射側には偏光板が配置されているが、図１２には図示されていない。一方、青色光及び緑色光のうちの緑色光は、緑色光反射ダイクロイックミラー７０４（色光分離光学素子）によって反射されて、平行化レンズ７１６を経て、第２の液晶ライトバルブ７０５に達する。第１及び第２の液晶ライトバルブ７０３、７０５の入射側に配置された平行化レンズ７１６は、液晶ライトバルブを照明する光の広がりを抑え照明効率の向上を図ると共に、液晶ライトバルブから後述する投写レンズに入射する光を投写レンズに効果的に導く機能を有する。尚、第３の液晶ライトバルブ７１１の入射側には、後述するように導光手段７５０を構成する出射側レンズ７１０が配置されており、そこでは出射側レンズ７１０が平行化レンズ７１６の機能も担っている。但し、これらの平行化レンズは省略することも可能である。
【００７０】
ここで、青色光は他の２色光に比べて光路の長さが長いので、青色光に対しては、入射側レンズ７０６、リレーレンズ７０８、及び出射側レンズ７１０からなるリレーレンズ系で構成した導光手段７５０を設けてある。すなわち、青色光は、緑色光反射ダイクロイックミラー７０４を透過した後に、まず、入射側レンズ７０６及び反射ミラー７０７を経てリレーレンズ７０８に導かれ、このリレーレンズ７０８で集束された後に、反射ミラー７０９によって出射側レンズ７１０に導かれる。しかる後に、第３の液晶ライトバルブ７１１に達する。
【００７１】
第１ないし第３の液晶ライトバルブ７０３、７０５、７１１は、それぞれの色光を変調し、各色に対応した画像情報を含ませた後に、変調した色光をクロスダイクロイックプリズム７１３（色光合成光学素子）に入射する。クロスダイクロイックプリズム７１３は、その内部に赤色光反射の誘電体多層膜と、青色光反射の誘電体多層膜とが十字状に形成された構成を有しており、それぞれの変調された色光を合成する。合成された光は、投写レンズ７１４（投写光学系）を通過してスクリーン７１５上に画像を形成する。
【００７２】
このように構成した投写型表示装置５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。したがって、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以上（約６０％）の光は、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、本実施の形態の投写型表示装置５では、かかる問題点が大幅に解消されている。
【００７３】
すなわち、本実施の形態の投写型表示装置５では、偏光照明装置１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４２１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７０３、７０５、７１１に導かれるので、光の利用効率が向上し、明るい投写画像を得ることができる。また、偏光板における光吸収量が低減されるので、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。さらに、第１及び第２の光源部１０１、１０２からなる２つの光源部を有し、かつ、いずれの光源部からの出射光についても損失することなく偏光方向を揃えているので、明るい投写画像を得ることができる。しかも、偏光照明装置１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・合成光学素子２０１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５においても常に安定した偏光分離性能を発揮できる。
【００７４】
さらに、２つの光源部１０１、１０２を用いているにもかかわらず、照明光の被照明領域に対する入射角度（照明角）を大きくすることなく、２つの光源部１０１、１０２からの照明光を合成できるため、照明光の断面積は１つの光源部を用いた場合と同じであり、従って、一定面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合と比較して２倍にすることができる。従って、より明るい投写画像を実現できる。
【００７５】
さらにまた、偏光照明装置１では、被照明領域である液晶ライトバルブの横長の表示領域に対応させて、偏光分離・合成光学素子２０１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被照明領域を効率的に照明することが出来る。それゆえに、偏光照明装置１は、見やすくて、かつ、迫力のある画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。
【００７６】
これに加えて、本実施の形態では、色光合成光学素子としてクロスダイクロイックプリズム７１３を用いているので、小型化が可能であると共に、液晶ライトバルブ７０３、７０５、７１１と投写レンズ７１４との間の光路の長さを短く出来る。したがって、比較的小口径の投写レンズを用いても、明るい投写画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、その光路の長さが異なるが、本実施の形態においては、光路の長さが最も長い青色光に対しては、入射側レンズ７０６、リレーレンズ７０８、及び出射側レンズ７１０からなるリレーレンズ系で構成した導光手段７５０を設けてあるため、色ムラなどが生じない。
【００７７】
さらに、本実施の形態では、偏光変換光学素子である集光レンズ部４０１と青色光緑色光反射ダイクロイックミラー７０１との間に、光路変更光学素子である折り返し反射ミラー５０１を配置しているので、偏光変換光学素子から出射された偏光光の進行方向を変えることができる。これによって、色光分離光学素子、色光合成光学素子、光変調素子及び投写光学系等が配置される平面と、寸法が比較的大きい２つの光源部を有する偏光照明装置１を含む平面とを、平行な状態で配置することができ、一方向の厚みを薄くした薄型の投写型表示装置を実現することが出来る。
【００７８】
また、本実施の形態の投写型表示装置５に組み込まれた偏光照明装置１において、第１、第２の光源部１０１、１０２のうち、いずれか一方を着脱可能としてもよい。このように構成することによって、例えば投写型表示装置５を持ち運びする際に、いずれか一方の光源部を取り外すことが可能となり、可搬性が向上する。
【００７９】
本例の投写型表示装置５に組み込まれた偏光照明装置１の２つの光源部１０１、１０２には、発光スペクトルや輝度特性の異なる２種類の光源ランプが用いられ、さらに、それらの光源ランプは選択的に点灯できる構成となっている。この様な構成を採用することによって、以下の様な効果を得ることが出来る。
【００８０】
１）発光スペクトルの異なる２種類の光源ランプを組み合わせて使用することにより、理想的な照明装置、或いは、投写型表示装置に理想的な照明装置を実現できる。この点について一例を挙げて説明する。例えば、投写型表示装置に使用される光源ランプに対しては、青色光、緑色光、赤色光の全ての波長域において光出力が大きく、且つ、それらの割合がバランスしていることが理想的であるが、現状では、そのような理想的な光源ランプは殆どない。第１４図は、光源ランプと偏光照明装置から出射される光のスペクトルについて示す説明図である。例えば、光源ランプとしては、（Ａ）に示すように、発光効率は比較的高いが赤色光の強度が相対的に低いランプ（一般的な高圧水銀ランプがこの場合に相当する）とか、（Ｂ）に示すように、赤色光の発光強度は比較的大きいが全体の発光効率が相対的に低いランプ（ある種のメタルハライドランプがこの場合に相当する）などが一般的に多く存在する。この様な光源ランプの現状において、（Ａ）と（Ｂ）に示した発光スペクトルを有する２種類の光源ランプを本例の投写型表示装置５の偏光照明装置１に用い同時点灯した状態で使用すれば、偏光照明装置１から出射される光のスペクトルは（Ｃ）に示すような理想的なものとすることができ、明るく高品位の投写画像を得られる投写型表示装置を容易に実現することが可能となる。
【００８１】
２）発光スペクトルの異なる２種類の光源ランプを選択的に点灯可能にすることにより、投写画像の色合いを観察者の好みに応じて適宜変化させることが可能となる。
【００８２】
３）２つの光源ランプを選択的に点灯可能にすることにより、投写型表示装置を使用する周辺環境に応じて、或いは、観察者の好みに応じて投写画像の明るさを適宜変化させることが可能となる。例えば、周囲が明るい場所で投写画像を観察する場合には２つの光源部を点灯させ、周囲が暗い場所で投写画像を観察する場合には一方のみを選択点灯させるという具合である。
【００８３】
４）２つの光源ランプを選択的に切り替えて使用する形態とすれば、光源ランプ自体の寿命を延ばすことができると共に、例えば、一方の光源ランプが寿命や故障などで点灯できなくなった場合にも、他方の光源ランプを使用することによって、投写画像を引き続き表示することが可能となるなど、使い勝手が向上する。さらには、例えば投写型表示装置５をバッテリ駆動する際に、一方の光源ランプのみを選択点灯することによりバッテリの寿命時間を長く持たせることもできる。
【００８４】
なお、偏光照明装置１の代りに、前に述べた偏光照明装置２〜４を用いても良いことは勿論である。
【００８５】
［実施の形態７］
本発明の偏光照明装置は、光変調素子として反射型の液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置に対しても、適用することが可能である。
【００８６】
すなわち、図１５（投写型表示装置のｘｚ平面における断面図）に示す投写型表示装置６では、実施の形態１に示した偏光照明装置１が用いられており、第１及び第２の光源部１０１、１０２から出射されたランダムな偏光光は、偏光分離・合成光学素子２０１において、２種類の偏光光に分離されると共に、分離されたそれぞれの偏光光のうちのＰ偏光光については、集光レンズ部（図示せず）のλ／２位相差板（図示せず）によってＳ偏光光に変換され、３ヶ所の反射型液晶ライトバルブ８０１、８０２、８０３を照明する構成となっている。
【００８７】
かかる偏光照明装置１（本実施の形態においても、先の投写型表示装置５の場合と同様に、集光レンズ部や光路変更光学素子である折り返し反射ミラー等を備えているが、それらは省略されて描かれている。）から出射された光は、まず、青色光緑色光反射の誘電体多層膜と赤色光反射の誘電体多層膜とが十字状に形成されて成る色光分離用クロスダイクロイックプリズム８０４（色光分離光学素子）において、赤色光と、青色光及び緑色光とに分離される。赤色光は反射ミラー８０５と平行化レンズ７１６を経て第１の偏光ビームスプリッタ８０８に入射する。一方、青色光及び緑色光は反射ミラー８０６で反射された後に、緑色光反射ダイクロイックミラー８０７（色光分離光学素子）によって緑色光（反射光）と青色光（透過光）とに分離され、それぞれの色光は平行化レンズ７１６を経て、対応する第２及び第３の偏光ビームスプリッタ８０９、８１０に入射する。３ヶ所の偏光ビームスプリッター８０８、８０９、８１０（偏光分離光学素子）は、その内部に偏光分離面８１１を備え、入射する光のうちのＰ偏光光を透過させ、Ｓ偏光光を反射させることで、Ｐ偏光光とＳ偏光光とを分離する偏光分離機能を有している光学素子である。偏光照明装置１から出射された光はその大部分がＳ偏光光であるため、第１ないし第３の偏光ビームスプリッタ８０８、８０９、８１０に入射したそれぞれの色光の大部分は、偏光分離面８１１で反射され進行方向を略９０度変えられ、隣接する第１ないし第３の反射型液晶ライトバルブ８０１、８０２、８０３に入射する。但し、第１ないし第３の偏光ビームスプリッタ８０８、８０９、８１０に入射したそれぞれの色光の中には、Ｓ偏光光と偏光方向が異なる偏光光（例えば、Ｐ偏光光）が僅かながら混入している場合がある。その様な偏光方向が異なる偏光光は偏光分離面８１１をそのまま通過し、偏光ビームスプリッタの内部で進行方向を変えられることなく出射されるため、反射型液晶ライトバルブを照明する光とはならない。尚、偏光ビームスプリッタの入射側に配置されている平行化レンズ７１６の機能は、実施の形態６で説明した投写型表示装置５に使用されている平行化レンズ７１６と同様である。従って、本実施の形態に代えて、偏光ビームスプリッタと反射型液晶ライトバルブとの間に平行化レンズを配置しても良い。また、これらの平行化レンズを省略することも可能である。
【００８８】
反射型液晶ライトバルブに入射した光（Ｓ偏光光）は、それぞれの液晶ライトバルブにおいて外部からの画像情報に応じた光変調を受け、具体的にはそれぞれの反射型液晶ライトバルブから出射される光の偏光方向を表示情報に対応させて変化させ、且つ、光の進行方向を略反転されて、反射型液晶ライトバルブから出射される。反射型液晶ライトバルブから出射された光は、再び偏光ビームスプリッタに入射するが、この時、それぞれの反射型液晶ライトバルブからの出射光は表示情報に応じて部分的にＰ偏光光となっているため、偏光ビームスプリッタの偏光選択機能により、Ｐ偏光光のみが偏光ビームスプリッタを通過して（この段階で表示画像が形成される。）色光合成用クロスダイクロイックプリズム８１２へと達する。色光合成用クロスダイクロイックプリズム８１２（色光合成光学素子）に入射したそれぞれの色光は一つの光学像に合成され、投写レンズ７１４（投写光学系）によってカラー画像としてスクリーン７１５上に投写される。
【００８９】
このように、反射型液晶ライトバルブを用いて構成した投写型表示装置６においても、１種類の偏光光を変調するタイプの反射型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反射型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以上（約６０％）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、本実施の形態の投写型表示装置６では、かかる問題点が大幅に解消されている。
【００９０】
すなわち、本実施の形態の投写型表示装置６では、偏光照明装置１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（図示せず）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の反射型液晶ライトバルブ８０１、８０２、８０３に導かれるので、光の利用効率が向上し、明るい投写画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。さらに、第１及び第２の光源部１０１、１０２からなる２つの光源部を有し、かつ、いずれの光源部からの出射光についても損失することなく偏光方向を揃えているので、明るい投写画像を得ることができる。しかも、偏光照明装置１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・合成光学素子２０１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６においても常に安定した偏光分離性能を発揮できる。
【００９１】
さらに、２つの光源部１０１、１０２を用いているにもかかわらず、照明光の被照明領域に対する入射角度（照明角）を大きくすることなく、２つの光源部１０１、１０２からの照明光を合成できるため、照明光の断面積は１つの光源部を用いた場合と同じであり、従って、一定面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合と比較して２倍にすることができる。従って、より明るい投写画像を実現できる。
【００９２】
また、本実施の形態の投写型表示装置６においても、偏光変換光学素子である集光レンズ部（図示せず。）と色光分離用クロスダイクロイックプリズム８０４との間に、光路変更光学素子である折り返し反射ミラー（図示せず。）を配置しているので、実施の形態６で述べたように、一方向の厚みを薄くした薄型の投写型表示装置を実現することが出来る。
【００９３】
さらにまた、本実施の形態の投写型表示装置６においても、前述したように、第１及び第２の光源部１０１、１０２のうち、いずれか一方を着脱可能としたり、第１及び第２の光源部１０１、１０２に発光スペクトルや輝度特性が互いに異なる２種類の光源ランプを用いたり、２つの光源ランプを選択的に点灯可能とする構成とすることが可能であり、前述したような効果を得ることができる。
【００９４】
尚、それぞれの偏光ビームスプリッタ８０８、８０９、８１０の入射側と、それぞれの偏光ビームスプリッタ８０８、８０９、８１０の出射側或いは色光合成用クロスダイクロイックプリズムの出射側の何れかに、偏光板を配置してもよく、その場合には、表示画像のコントラスト比を向上できる可能性がある。
【００９５】
また、偏光照明装置１の代りに、前に述べた偏光照明装置２〜４を用いても良いことは勿論である。
【００９６】
［その他の実施形態］
透過型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置においては、実施の形態６の投写型表示装置５で用いたクロスダイクロイックプリズム７１３に代えて、２枚のダイクロイックミラーによって色光合成光学素子を構成した、いわゆるミラー光学系に対しても、本発明の偏光照明装置を適用することが出来る。ミラー光学系の場合には、３ヶ所の液晶ライトバルブと偏光照明装置との間の光路の長さを等しくできるため、実施の形態１に示したような導光手段７５０を用いなくとも、明るさムラや色ムラの少ない効果的な照明を行える特徴がある。
【００９７】
上記の何れの実施の形態においても、集光レンズ部４０１においてはＰ偏光光をＳ偏光光に変換し、Ｓ偏光状態の光を照明光として用いているが、逆にＳ偏光光をＰ偏光光に変換し、Ｐ偏光状態の光を照明光として用いてもよい。この場合にはλ／２位相差板４２１の位相差層４２２をＳ偏光光による２次光源像が形成される位置に配置すればよい。また、Ｐ偏光光及びＳ偏光光の双方に対して偏光面の回転作用を与えることにより、偏光面を揃えてもよい。この場合には双方の偏光光による２次光源像が形成される位置に位相差層を配置すればよい。
【００９８】
また、上記の例では、λ／２位相差板、λ／４位相差板として一般的な高分子フィルムからなるものを想定している。しかし、これらの位相差板をツイステッド・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ので、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させることができる。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の偏光照明装置では、第１及び第２の光源部から出射されたランダムな偏光光を偏光分離・合成光学素子でそれぞれ２種類の偏光光に方向分離した後、各偏光光を所定の領域に導いて偏光方向を揃える。したがって、第１及び第２の光源部から放射されたランダムな偏光光のほとんど全てをＰ偏光光またはＳ偏光光に揃え、かつ、合成した状態で被照明領域に照射できるため、被照明領域を明るく照明できるという効果を奏する。また、２つの光源部を用いているにもかかわらず、照明光の被照明領域に対する入射角度（照明角）を大きくすることなく、２つの光源部からの照明光を合成できるため、照明光の断面積は１つの光源部を用いた場合と同じであり、従って、一定面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合と比較して２倍にすることができるので、この点からも被照明領域をより一層明るく照明できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る偏光照明装置に構成した光学系の概略構成図である。
【図２】 偏光分離・合成光学素子２０１の詳細な構造を説明するための図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。
【図４】 図１に示す偏光照明装置の集光ミラー板の斜視図である。
【図５】 図１に示す偏光照明装置での偏光動作を示す説明図である。
【図６】 図１に示す偏光照明装置のレンズ板の斜視図である。
【図７】 図１に示す偏光照明装置の集光レンズ板における２次光源像の形成位置を示す説明図である。
【図８】 本発明の実施の形態２に係る偏光照明装置に構成した光学系の概略構成図である。
【図９】 本発明の実施の形態３に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。
【図１０】 本発明の実施の形態４に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。
【図１１】 実施の形態５として、実施の形態１ないし４に係る偏光照明装置に用いることのできる集光ミラー板の斜視図である。
【図１２】 図１、図３に示す偏光照明光学系を備えた投写型表示装置の例の光学系のｘｚ平面における概略構成図である。
【図１３】 図１２に示す投写型表示装置の光学系のｙｚ平面における概略構成図である。
【図１４】 偏光照明装置の光源ランプの発光スペクトルについて示す説明図である。
【図１５】 図１、図３に示す偏光照明光学系を備えた投写型表示装置の別の例の光学系のｘｚ平面における概略構成図である。
【符号の説明】
１、２、３、４ 偏光照明装置
５、６ 投写型表示装置
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２ システム光軸
１０１ 第１の光源部
１０２ 第２の光源部
１１１、１１２ 光源ランプ
１２１、１２２ 放物面ランプ
２０１ 偏光分離・合成光学素子
２０２ プリズム構造体
２１１ 第１の偏光分離膜
２１２ 第２の偏光分離膜
２２１ 第１の面
２２２ 第２の面
２３１ 第３の面
２３２ 第４の面
２３３ 第５の面
２３４ 第６の面
２５１ プリズム構造体
２５２ 透明板
２５３ 第１の偏光分離板
２５４ 液体
２６１ 偏光分離板
２６２ 偏光分離膜
２６３ ガラス基板
２９１ 第１の三角錐プリズム
２９２ 第１の四角錐プリズム
２９３ 第１のプリズム合成体
２９４ 第２の四角錐プリズム
２９５ 第２の三角錐プリズム
２９６ 第２のプリズム合成体
３０１ 第１の集光ミラー板
３０２ 第２の集光ミラー板
３０３ 第３の集光ミラー板
３０４ 集光ミラー板
３０５ 微小レンズ
３０６ 反射ミラー板
３１１ 微小集光ミラー
３１２ 反射面
３２１ 平板状のミラー板
３２２ Ｐ偏光光
３２３ 右回りの円偏光光
３２４ 左回りの円偏光光
３２５ Ｓ偏光光
３５１ 第１のλ／４位相差板
３５２ 第２のλ／４位相差板
３５３ 第３のλ／４位相差板
４０１ 集光レンズ部
４１１ 集光レンズ板
４１２ 微小レンズ
４２１ λ／２位相差板
４２２ 位相差層
４３１ 重畳レンズ
５０１ 折り返し反射ミラー
６０１ 被照明領域
７０１ 青色光緑色光反射ダイクロイックミラー
７０２、７０７、７０９ 反射ミラー
７０３ 第１の液晶ライトバルブ
７０４ 緑色光反射ダイクロイックミラー
７０５ 第２の液晶ライトバルブ
７０６ 入射側レンズ
７０８ リレーレンズ
７１０ 出射側レンズ
７１１ 第３の液晶ライトバルブ
７１３ クロスダイクロイックプリズム
７１４ 投写レンズ
７１５ スクリーン
７１６ 平行化レンズ
７５０ 導光手段
８０１ 第１の反射型液晶ライトバルブ
８０２ 第２の反射型液晶ライトバルブ
８０３ 第３の反射型液晶ライトバルブ
８０４ 色光分離用クロスダイクロイックプリズム
８０５、８０６ 反射ミラー
８０７ 緑色光反射ダイクロイックミラー
８０８ 第１の偏光ビームスプリッタ
８０９ 第２の偏光ビームスプリッタ
８１０ 第３の偏光ビームスプリッタ
８１１ 偏光分離面
８１２ 色光合成用クロスダイクロイックプリズム
Ｃ１ Ｐ偏光光による２次光源像
Ｃ２ Ｓ偏光光による２次光源像
Claims (14)
- 第１の面側から入射した光を２種類の偏光光に分離して、一方を第３の面側に出射し、他方を第４の面側に出射する第１の偏光分離膜と、第２の面側から入射した光を２種類の偏光光に分離して、一方を第４の面側に出射し、他方を第５の面側に出射する第２の偏光分離膜とを有する略６面体形状の偏光分離・合成光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第１、第２の面にそれぞれ光を入射させる第１、第２の光源部と、
前記偏光分離・合成光学素子の第３の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第１の集光反射光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第４の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第２の集光反射光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第５の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第３の集光反射光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第３の面と前記第１の集光反射光学素子との間に配置された第１の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第４の面と前記第２の集光反射光学素子との間に配置された第２の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第５の面と前記第３の集光反射光学素子との間に配置された第３の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離・合成光学素子の第６の面側に配置され、前記偏光分離・合成光学素子から出射された光の偏光方向を揃える偏光変換光学素子と、を備えた偏光照明装置であって、
前記第１の集光反射光学素子及び前記第３の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子によって反射されて前記偏光変換光学素子に入射する光の主光線と、前記第２の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子によって反射されて前記偏光変換光学素子に入射する光の主光線とは、互いに平行であり、かつ重なり合わないことを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１において、
前記第１の集光反射光学素子は、前記偏光分離・合成光学素子の前記第３の面と略平行に配置され、
前記第２の集光反射光学素子は、前記偏光分離・合成光学素子の前記第４の面と略平行に配置され、
前記第３の集光反射光学素子は、前記偏光分離・合成光学素子の前記第５の面と略平行に配置され、
前記第１の集光反射光学素子、前記第２の集光反射光学素子、前記第３の集光反射光学素子は、前記第１の集光反射光学素子及び前記第３の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子によって反射されて前記偏光変換光学素子に入射する光の主光線と、前記第２の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子によって反射されて前記偏光変換光学素子に入射する光の主光線とは、互いに平行であり、かつ重なり合わないように配置されてなることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１または２において、
前記微小集光反射素子の開口形状は、被照明領域の形状と相似形であることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記偏光変換光学素子の入射面側或いは出射面側には、前記偏光分離・合成光学素子から出射された光を集光するために、複数の集光素子を備えた集光光学素子が配置されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記偏光変換光学素子の出射面側には、前記偏光変換光学素子から出射された光を被照明領域上に重畳する重畳光学素子が配置されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記偏光変換光学素子の出射面側には、前記偏光変換光学素子から出射された光の光路を変更する光路変更光学素子が配置されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記第１ないし第３の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子は、曲面反射ミラーからなることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記第１ないし第３の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子は、レンズと、前記レンズの前記偏光分離・合成光学素子とは反対側の面に設けられた反射面とからなることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１ないし８のいずれかに記載の偏光照明装置と、
前記偏光照明装置から出射された光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。 - 請求項１ないし８のいずれかに記載の偏光照明装置と、
前記偏光照明装置から出射された光を複数の色光に分離する色光分離光学素子と、
前記色光分離光学素子によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の光変調素子と、
前記複数の光変調素子によって変調された光を合成する色光合成光学素子と、前記色光合成光学素子によって合成された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。 - 請求項１ないし８のいずれかに記載の偏光照明装置と、
前記偏光照明装置から出射された光を変調する反射型光変調素子と、
前記偏光照明装置から出射された光、及び、前記反射型光変調素子によって変調された光に含まれる複数の偏光成分を分離する偏光分離光学素子と、
前記反射型光変調素子によって変調され、前記偏光分離光学素子を介して出射された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。 - 請求項１ないし８のいずれかに記載の偏光照明装置と、
前記偏光照明装置から出射された光を複数の色光に分離する色光分離光学素子と、
前記色光分離光学素子によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の反射型光変調素子と、
前記色光分離光学素子によって分離された各色光、及び、前記反射型光変調素子によって変調された各色光に含まれる複数の偏光成分を分離する複数の偏光分離光学素子と、
各々の前記反射型光変調素子によって変調され、各々の前記偏光分離光学素子を介して出射された光を合成する色光合成光学素子と、
前記色光合成光学素子によって合成された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。 - 請求項９ないし１２のいずれかにおいて、
前記第１、第２の光源部のうち、少なくとも一方が着脱可能に構成されていることを特徴とする投写型表示装置。 - 請求項９ないし１２のいずれかにおいて、
前記第１、第２の光源部のうち、少なくとも一方が選択点灯可能となっていることを特徴とする投写型表示装置。
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