JP3757938B2 - 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に関するものである。また、本発明は、この偏光照明装置から出射された偏光光をライトバルブにより変調して映像をスクリーン上に拡大表示する投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ライトバルブ等の矩形の照明領域を均一に照明する光学系としては、従来から、２枚のレンズ板を用いたインテグレータ光学系が知られている。インテグレータ光学系は、例えば、特開平３−１１１８０６号公報に開示されており、液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の照明装置としてすでに実用化されている。
【０００３】
偏光光を変調するタイプの液晶ライトバルブを用いた一般的な投写型表示装置では、一種類の偏光光しか利用できないため、明るい投写映像を得るには、光の利用効率を高めることが重要である。この投写型表示装置において、光の利用効率を向上させることを目的として、例えば、特開平６−２０２０９４号公報には、インテグレータ照明法に偏光変換法を組み合わせた新規な照明光学系が提案されている。
【０００４】
この公報に開示されている照明光学系を図２１に示してある。図２１（Ａ）に示すように、偏光照明装置１００は、光源１０１と、インテグレータ光学系１０２と、液晶を用いた偏光分離器１０３と、偏光変換素子であるλ／２位相差板１０４を備えている。インテグレータ光学系１０２は、第１のレンズ板１０５、および第２のレンズ板１０６から構成されている。第１のレンズ板１０５の入射面側、すなわち、その光源１０１の側には、偏光分離器１０３が配置されている。第２のレンズ板１０６の出射面にはλ／２位相差板１０４が一体形成されており、さらに、この位相差板１０４の出射面にはフィールドレンズ１０７が貼り付けられている。
【０００５】
図２１（Ｂ）に示すように、インテグレータ光学系１０２の第１のレンズ板１０５は、複数の微小な矩形レンズ１０８を備えており、第２のレンズ板１０６も、矩形レンズ１０８と相似形の微小なレンズを同数備えるものが用いられる。
【０００６】
光源１０１から出射された偏光方向がランダムな偏光光（実際には、Ｐ偏光光とＳ偏光光との混合光と考えられる。）は、液晶材料を主要な構成要素とする偏光分離器１０３に入射され、この偏光分離器１０３が有する偏光光毎の出射角度依存特性によって、出射角度がわずかに異なるＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。図において角度θで方向分離される。偏光分離器１０３を出た２つの偏光光はインテグレータ光学系１０２の第１のレンズ板１０５に入射され、それを構成している各矩形レンズ１０８の焦点位置付近、即ち、対応する第２のレンズ板１０６の各矩形レンズの内側に、Ｐ偏光光による光源像とＳ偏光光による光源像とからなる一対の二次光源像を形成する。
【０００７】
一対の二次光源像の数は、第１のレンズ板を構成する矩形レンズの数に等しい。ここで、第２のレンズ板１０６の出射側には二次光源像の各形成位置に合わせてλ／２位相差板１０４が配置されているので、この位相差板１０４を一方の偏光光（例えば、Ｐ偏光光）が通過することにより、この偏光光は偏光面の回転作用を受け、他方の偏光光（たとえば、Ｓ偏光光）と偏光面が揃った状態となる。この後は、出射側のフィールドレンズ１０７を介して偏光方向が揃った光束が液晶パネル等の照明領域１０９に集められ、この照明領域１０９をほぼ均一に照射する。したがって、原理的には、光源１０１からの光束は、全て照明領域１０９に入射することなる。
【０００８】
図２２には、偏光分離器１０３の構成を示してあり、液晶層１１１をのこぎり状の溝を有するプリズム基板１１２とガラス基板１１３で挟んだ構造となっている。液晶分子はプリズム基板１１２の溝に平行に配向されるので、基板に垂直に入射する光束は、液晶分子に対する異常光と常光に分かれて、方向的に分離されることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成される偏光照明装置では、偏光分離手段として液晶材料を用いている。液晶材料を用いた光学系では、光の利用効率が向上するので、明るい投写映像を得ることができる。しかし、液晶材料は、屈折率の温度依存性が大きいので、著しい温度変化が発生する可能性のある投写型表示装置の照明系に組み込むと、偏光分離角が温度に応じて変動するので不安定になるという問題点がある。
【００１０】
本発明の課題は、温度変化に影響されない安定した偏光分離角を備えた偏光分離手段を用いることにより、著しい温度変化に伴う環境下においても優れた性能を安定して発揮することのできる偏光照明装置を実現することにある。
【００１１】
また、本発明の課題は、かかる偏光照明装置を用いて、光の利用効率を向上して、明るい投写映像を形成することのできる投写型表示装置を実現することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明にかかる第１の偏光照明装置は、光源と、複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、備えた偏光照明装置であって、前記偏光分離手段は、平板状の四角柱プリズムと、前記四角柱プリズムの対向する２つの側面部のうちの一方の側面部に斜面部が接合された三角柱プリズムとを有し、前記四角柱プリズムと前記三角柱プリズムとの接合部分には、偏光分離膜が形成され、前記四角柱プリズムの他方の側面部には、前記２つの偏光光のうち、前記偏光分離膜を透過した偏光光を所定の方向に反射するための反射膜が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる第２の偏光照明装置は、光源と、複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、を備えた偏光照明装置であって、前記偏光分離手段は、平板状の第１の四角柱プリズムと、前記四角柱プリズムの対向する２つの側面部のうちの一方の側面部に側面部が接合された平板状の第２の四角柱プリズムとを有し、前記第１の四角柱プリズムと前記第２の四角柱プリズムの接合部分には、偏光分離膜が形成され、前記第１の四角柱プリズムの他方の側面部には、前記２つの偏光光のうち、前記偏光分離膜を透過した偏光光を所定の方向に反射するための反射膜が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
上記第１、第２の偏光照明装置において、三角柱プリズムとしては、その内部に液体を充填したものを使用することができる。
【００１５】
また、本発明にかかる第３の偏光照明装置は、光源と、複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、を備えた偏光照明装置であって、前記偏光分離手段は、平板状の四角柱プリズムと、前記四角柱プリズムの対向する２つの側面部のうちの一方の側面部に斜面部が接合された複数の三角柱プリズムとを有し、前記四角柱プリズムと前記三角柱プリズムの接合部分には、偏光分離膜が形成され、前記四角柱プリズムの他方の側面部には、前記２つの偏光光のうち、前記偏光分離膜を透過した偏光光を所定の方向に反射するための反射膜が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明にかかる第４の偏光照明装置は、光源と、複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、を備えた偏光照明装置であって、前記偏光分離手段は、斜面部に偏光分離膜が形成された第１の三角柱プリズムと、前記２つの偏光光のうち、前記偏光分離膜を透過した偏光光を所定の方向に反射するための反射膜が斜面部に形成された第２の三角柱プリズムとを有し、該第２の三角柱プリズムと前記第１の三角柱プリズムとは、斜面部の間に液体を充填した状態で一体化されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の偏光照明装置において、前記偏光分離手段は、前記光源と前記第１のレンズ板との間に配置することができる。
【００１８】
このとき、前記偏光分離手段と前記インテグレータ光学系との間、または、前記光源と前記偏光分離手段との間に、変角プリズムを配置することができ、この場合には、前記変角プリズム、前記偏光分離手段、前記第１のレンズ板のうち、少なくとも２つを一体化することができる。
【００１９】
また、本発明の偏光照明装置において、前記偏光分離手段を、前記光源と前記第１のレンズ板との間に配置する代わりに、前記第１のレンズ板と前記第２のレンズ板との間に配置することもできる。このとき、前記光源と前記第１のレンズ板との間、または、前記第１のレンズ板と前記偏光分離手段との間に、変角プリズムを配置することができる。一方、変角プリズムを使用する代わりに、第１のレンズ板を構成している矩形レンズを偏心系のレンズとしてもよい。さらに、前記変角プリズムまたは前記偏心系のレンズ、前記第１のレンズ板、前記偏光分離手段のうち、少なくとも２つを一体化することができる。
【００２０】
ここで、前記偏光分離手段による前記２つの偏光光の分離方向は、被照明領域が長方形等のように一方の側に長い場合には、その長手方向になるようにすることが望ましい。
【００２１】
また、インテグレータ光学系を構成している第２のレンズ板においては、これを構成している各微小レンズの形状を、第１のレンズ板における各矩形レンズと相似形にすることができる。
【００２２】
この代わりに、第２のレンズ板の各微小レンズの形状および大きさは、前記第１のレンズ板の前記矩形レンズのそれぞれを介して形成される各２次光源像の大きさに応じて決定することが望ましい。このようにすれば、光の利用効率を改善でき、より明るく、しかも明るさにムラの無い均一な照明を行うことが可能になる。
【００２３】
一方、本発明は、上記の各構成の偏光照明装置を備えた投写型表示装置に関するものである。すなわち、偏光照明装置と、この偏光照明装置からの光束に含まれる偏光光を変調して画像情報を含ませる液晶ライトバルブを備えた変調手段と、変調光束を投写表示する投写光学系とを有する投写型表示装置において、前記偏光照明装置として、上記の各構成の偏光照明装置を適用した構成を採用している。
【００２４】
一般的には、投写型表示装置は、前記偏光照明装置からの光束を少なくとも２つの光束に分離する色光分離手段と、前記変調手段によって変調された後の変調光束を合成する色光合成手段とを有し、当該色光合成手段により得られた合成光束を、前記投写光学系を介してカラー画像を投写表示する構成となっている。
【００２５】
【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。
【００２６】
なお、以下の各実施例の説明およ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。
【００２７】
（実施例１）
図１に示す実施例１に係る偏光照明装置は、偏光分離手段として、偏光分離角の温度依存性に優れたプリズムビームスプリッタを偏光分離手段として用いることにより、著しい温度変化を伴う環境下においてもすぐれた性能を安定して発揮できるようにしている。
【００２８】
図１は本例の偏光照明装置を平面的に見た場合の概略構成を示してある。本例の偏光照明装置４００は、その直角に折れ曲がるシステム光軸Ｌに沿って、光源部４０１、偏光分離部４０２、およびインテグレータ光学系４０３を有し、光源部４０１から放射された光は、偏光分離部４０２およびインテグレータ光学系４０３を通って矩形状の照明領域４０４に至るようになっている。
【００２９】
光源部４０１は、光源ランプ４１１と、放物面リフレクター４１２から大略構成されており、光源ランプ４０１から放射された偏光方向がランダムな偏光光（以下、単に、ランダムな偏光光という。）は、放物面リフレクター４１２によって一方向に反射され、略平行な光束となって偏光分離部４０２に入射されるようになっている。ここで、放物面リフレクター４１２に代えて、楕円面リフレクター、球面リフレクターなどを用いることもできる。
【００３０】
偏光分離部４０２は、一般的なビームスプリッタをベースに改良したものであり、三角柱形状を有する直角プリズム４２１（三角柱プリズム）と、平板状の四角柱プリズム４２２から大略構成されている。本例では、偏光分離部４０２の出射面４２３には、三角柱形状をもつ変角プリズム４２４が光学的に接着されている。
【００３１】
図２に示すように、直角プリズム４２１の斜面部４２５には、偏光分離膜４２６が形成され、この偏光分離膜４２６を挟むようにして、直角プリズム４２１の斜面部４２５に四角柱プリズム４２２の第１の側面部４２７が光学的に接着されている。四角柱プリズム４２２では、第１の側面部４２７に対向する第２の側面部４２８には、反射膜４２９が形成されている。偏光分離膜４２６は、偏光分離部４０２の入射面４３１に対して角度αをなすように形成され、本例において、角度αは、４５度である。反射膜４２９は、偏光分離膜４２６に対してΘの角度をなすように形成されている。但し、偏光分離膜４２６と入射面４３１とがなす角度αについては、４５度に限定されることなく、光源部４０１からの入射光束の入射角に応じて設定すればよい。
【００３２】
本例において、直角プリズム４２１および四角柱プリズム４２２は、熱的に安定なガラス材料から構成されている。偏光分離膜４２６は、無機材料からなる誘電体多層膜で構成されている。反射膜４２９は、一般的なアルミニウム蒸着膜で構成されている。
【００３３】
偏光分離部４０２および変角プリズム４２４の後段には、第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２を備えるインテグレータ光学系４０３が構成されている。第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２は、図１を用いて説明したように、いずれも同じ数の微小なレンズ４４３、４４４を備える複合レンズ体である。ここで、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３は、照明領域４０４と相似形の横長の矩形形状を有している。
【００３４】
さらに、本例においては、第２のレンズ板４４２には、微小レンズ４４４と、出射側の平凸レンズ４４５との間に、偏光変換素子としてのλ／２位相差板４４６が形成されている。λ／２位相差板４４６は、後述する過程を経て第１のレンズ板４４１が２次光源像を形成する位置にシステム光軸Ｌに対して垂直な向きに形成されている。また、λ／２位相差板４４６に形成されている位相差層４４７は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光が形成する二次光源像のうち、Ｐ偏光光が二次光源像を形成する位置に対応するように規則的に形成されている。
【００３５】
このように構成した偏光照明装置４００において、図１に示すように、光源部４０１からは、ランダムな偏光光が放射され、偏光分離部４０２に入射される。偏光分離部４０２に入射されたランダムな偏光光は、Ｐ偏光光とＳ偏光光との混合光として考えることができ、偏光分離部４０２において、混合光は、偏光分離膜４２６によってＰ偏光光とＳ偏光光の２種類の偏光光に横方向（図１の上下方向）に分離される。すなわち、ランダムな偏光光に含まれるＳ偏光成分は、偏光分離膜４２６で反射されてその進行方向を変えるが、Ｐ偏光成分は、偏光分離膜４２６をそのまま透過し、反射膜４２９で初めて反射される。ここで、反射膜４２９は、偏光分離膜４２６に対してΘの角度をなすように形成されているため、２種類の偏光光は、ガラス材料で構成された各プリズム内で２Θの角度差をもって進行方向が横方向（図１の上下方向、すなわち、照明領域４０４の長手方向に相当する。）にわずかに分離されたことになる。
【００３６】
また、わずかに進行方向を分離された２種類の偏光光は、変角プリズム４２４を出射する際に、横方向において、システム光軸Ｌを挟んでほぼ対称な入射角をもつように出射角が設定され、この状態でインテグレータ光学系４０３に入射される。
【００３７】
インテグレータ光学系４０３において、２種類の偏光光は、第１のレンズ板４４１に入射して、第２のレンズ板４４２の中に二次光源像をそれぞれ形成する。この二次光源像を形成する位置にλ／２位相差板４４６が配置されている。
【００３８】
ここで、２種類の偏光光は、偏光分離部４０２で進行方向を横方向にわずかに分離されているため、第１のレンズ板４４１に対する入射角がわずかに異なる。従って、照明領域４０４の側から第２のレンズ板４４２を見た場合に２種類の偏光光が形成する二次光源像は図３に示ようになる。すなわち、２種類の偏光光は、Ｐ偏光光が形成する二次光源像Ｃ１（円形の像のうち、左上がりの斜線を付した領域）とＳ偏光光が形成する二次光源像Ｃ２（円形の像のうち、右上がりの斜線を付した領域）の２つの二次光源像を横方向に並ぶ状態で形成されることになる。しかも、第１のレンズ板４４１を構成する各微小レンズ４４３は、Ｐ偏光光による二次光源像Ｃ１と、Ｓ偏光光による二次光源像Ｃ２をそれぞれ形成する。これに対して、λ／２位相差板４４６では、Ｐ偏光光による二次光源像Ｃ１の形成位置に対応して位相差層４４７が選択的に形成されている。従って、Ｐ偏光光は、位相差層４４７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４４７を通過しないので、偏光面の回転作用を受けずにλ／２位相差板４４６を通過する。従って、インテグレータ光学系４０３から出射される光束の殆どは、Ｓ偏光光に揃えられる。
【００３９】
このようにしてＳ偏光光に揃えられた光束は、平凸レンズ４４５によって照明領域４０４に照射される。すなわち、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３で切り出されたイメージ面は、第２のレンズ板４４２によって一か所に重畳結像され、λ／２位相差板４４６を通過する際に１種類の偏光光に変換されてほとんど全ての光が照明領域４０４へと達するので、照明領域４０４は、ほとんど一種類の偏光光で均一に照明される。
【００４０】
以上説明したように、本例の偏光照明装置４００によれば、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光を偏光分離部４０２で２種類の偏光光に方向分離した後、各偏光光をλ／２位相差板４４６の所定の領域に導いて、Ｐ偏光光をＳ偏光光に転換する。従って、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光をほとんどＳ偏光光に揃えた状態で照明領域４０４に照射できる。
【００４１】
しかも、２種類の偏光光をそれぞれλ／２位相差板４４６の所定の領域に導くには、偏光分離部４０２の偏光分離性能が高いことが必要であるが、本例では、ガラス製のプリズムと、無機材料からなる誘電体多層膜とを利用して偏光分離部４０２を構成してあるので、偏光分離部４０２の偏光分離性能は、熱的に安定である。それゆえに、大きな光出力が要求される照明装置においても常に安定した偏光分離性能を発揮するので、満足の得られる性能を有する偏光照明装置を実現できる。
【００４２】
また、変角プリズム４２４は、偏光分離部４０２とインテグレータ光学系４０３との間において偏光分離部４０２の出射面４２３に接合され、偏光分離部４０２と一体化してある。このため、直角プリズム４２１と変角プリズム４２４との界面における光反射による光量損失を削減できる。
【００４３】
さらに、本例では、偏光分離部４０２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、第２のレンズ板４４２の微小レンズ４４４を横長の矩形にしてある。このため、横長の矩形形状を有する照明領域４０４を形成する場合でも、光量を無駄にすることがない。ここで、横長の矩形形状を有する照明領域４０４は、たとえば、各種の映像を写し出すのに用いたとき、縦長の映像よりも見やすいとともに、画像に迫力があるという利点がある。
【００４４】
なお、第２のレンズ板４４２の出射側に配置されている平凸レンズ４４５は、第２のレンズ板４４２から出射される光束を照明領域４０４に導くために配置されている。従って、第２のレンズ板４４２を偏心レンズとすれば、平凸レンズ４４５を省略することができる。
【００４５】
また、本例では、λ／２位相差板４４６の位相差層４４７にＰ偏光光を集光したが、逆に、Ｓ偏光光を位相差層４４７に集光してもよい。この場合には、Ｓ偏光光がＰ偏光に変換するので、Ｐ偏光光に揃えた状態で照明領域４０４に照射できる。また、λ／２位相差板４４６を配置する位置については、微小レンズ４４４と平凸レンズ４４５との間に限らず、二次光源像が形成される位置近傍ならば他の位置でもよく、限定がない。
【００４６】
さらに、特性の異なる２種類の位相差層を、Ｐ偏光光による集光位置と、Ｓ偏光光による集光位置のそれぞれに配置し、ある特定の偏光方向を有する１種類の偏光光に揃えてもよい。
【００４７】
なお、本例では、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３を横長の矩形レンズとしたが、第２のレンズ板４４２の微小レンズ４４４については、その形状についての限定がない。但し、図３に示すように、Ｐ偏光光が形成する二次光源像Ｃ１と、Ｓ偏光光が形成する二次光源像Ｃ２は、横方向に並ぶ状態で形成されるので、かかる像の形成位置に対応させて、第２のレンズ板４４２の微小レンズ４４４の形状については、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３と相似形の横長の矩形レンズとしてもよい。
【００４８】
ここで、第２のレンズ板４４２の各微小レンズ４４４の形状は、第１のレンズ板の微小レンズ４４３の相似形とする代わりに、次のようにしても良い。一般に、第２のレンズ板４４２の各微小レンズ４４４に形成される二次光源像の大きさは、システム光軸Ｌの近傍において大きく、そこから離れるにつれて小さくなる。そこで、第２のレンズ板４４２の各微小レンズ４４４の大きさは、それぞれに形成される二次光源像を包含することのできる形状および大きさとなるように決定する。このように微小レンズ４４４を決定することにより、光の利用効率を高めることができ、より明るい均一な照明を行うことが可能になる。
【００４９】
（実施例２）
実施例１において、変角プリズム４２４は、２種類の偏光光の出射方向を所定の方向に設定するために配置されているので、その配置位置については、偏光分離部の出射側に限らず、偏光分離部の入射側、すなわち、光源部側やインテグレータ光学系の第１のレンズ板に隣接する位置であってもよい。
【００５０】
すなわち、図４に示す実施例２に係る偏光照明装置のように構成してもよい。この偏光照明装置、および、以下に説明する各実施例では、基本的な構成が実施例１に係る偏光照明装置と同じであるため、同じ機能を有する部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００５１】
図４に示す偏光照明装置５００では、変角プリズム４２４を、同じく偏光分離部４０２とインテグレータ光学系４０３との間に配置してあるが、インテグレータ光学系４０３の第１のレンズ板４４１に接合されて、インテグレータ光学系４０３と一体化してある。このため、変角プリズム４２４と、第１のレンズ板４４１との界面における光反射による光量損失を削減できる。
【００５２】
（実施例３）
また、図５に示す偏光照明装置６００のように、変角プリズム４２４を偏光分離部４０２と光源部４０１との間に配置すると共に、偏光分離部４０２の入射面４３１に接合し、偏光分離部４０２と一体化してもよい。この場合には、変角プリズム４２４と直角プリズム４２１との界面における光反射による光量損失を削減できる。また、かかる構造の場合には、偏光分離部４０２の出射面４２３に対して、インテグレータ光学系４０３の第１のレンズ板４４１を接続して、変角プリズム４２４、偏光分離部４０２、およびインテグレータ光学系４０３を一体化してもよい。この場合には、さらに、界面における光反射による光量損失を削減できる。
【００５３】
なお、光源部４０１の向きを、点線で示すように、システム光軸Ｌに対してわずかに傾ければ、変角プリズム４２４を省略することもできる。
【００５４】
（実施例４）
なお、図６に示す偏光照明装置７００では、偏光分離部４０２において、入射面４３１と偏光分離膜４２６とがなす角度が４５度であり、入射面４３１と反射膜４２９とがなす角度が４５度以下の場合には、偏角プリズム４２４の向きを図１に示す場合とは逆にすればよい。従って、偏光分離部４０２の形状が変わっても、インテグレータ光学系４０３などの構造は、そのままでよく、変更する必要がない。
【００５５】
（実施例５）
図７に示す偏光照明装置８００では、各光学系の配置は、実施例１と同じであるが、偏光分離部４０２を構成する直角プリズム４２１（三角柱プリズム）および四角柱プリズム４２２のうち、直角プリズム４２１は、その壁面を構成する６枚の透明板を備えるプリズム構造体４２１Ｇと、その内部に充填された液体４２１Ｌで構成されている。従って、直角プリズム４２１の低コスト化を図ることができる。また、直角プリズム４２１では、液体４２１Ｌとして比重の小さな液体をプリズム構造体４２１Ｇの内部に充填することによって、その軽量化を図ることができる。
【００５６】
同様に、偏光分離膜４２６と反射膜４２９との挟まれた部分、すなわち、四角柱プリズム４２２の内部に透明な液体を充填した場合には、四角柱プリズム４２２の低コスト化および軽量化を図ることができる。
【００５７】
（実施例６）
図８に示す偏光分離装置９００の偏光分離部４０２では、対向する２つの側面部のうちの第１の側面部９２１に偏光分離膜４２６が形成され、第２の側面部９２２に反射膜４２９が形成された平板状の四角柱プリズム４２２を用いてある。四角柱プリズム４２２の第１の側面部９２１に対しては、偏光分離膜４２６を挟むようにして複数の小型の直角プリズム９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ、９１Ｄ（三角柱プリズム）の斜面部９１１Ａ、９１１Ｂ、９１１Ｃ、９１１Ｄが接合されている。偏光分離部４０２の出射面、すなわち、各直角プリズム９１Ａ〜９１Ｄの出射面には、小型の変角プリズム９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄが接合されている。ここで、直角プリズム９１Ａ〜９１Ｄ（三角柱プリズム）の数と、第１のレンズ板４４１において幅方向に整列する微小レンズ４４３の数とは、一致している必要はない。
【００５８】
このように構成すると、直角プリズム９１Ａ〜９１Ｄ、および変角プリズム９０Ａ〜９０Ｄとしては、数は多いが、小型のものでよいので、全体としては、軽量化および低コスト化を図ることができる。
【００５９】
（実施例７）
図９に示す偏光照明装置１０００の偏光分離部４０２では、対向する２つの側面部のうちの第１の側面部４２７に偏光分離膜４２６が形成され、第２の側面部４２８に反射膜４２９が形成された平板状の第１の四角柱プリズム４２２と、偏光分離膜４２６を挟むようにして第１の四角柱プリズム４２２に一体化された平板状の第２の四角柱プリズム４２２Ａとを有している。このように構成した偏光照明装置１０００では、薄い第１および第２の四角柱プリズム４２２、４２２Ａで偏光分離部４０２を構成できるので、その軽量化及び低コスト化を図ることができる。
【００６０】
（実施例８）
図１０に示す偏光照明装置１１００の偏光分離部４０２では、斜面部１１０１に偏光分離膜４２６が形成された第１の三角柱プリズム１１０２と、斜面部１１０３に反射膜４２９が形成された第２の三角柱プリズム１１０４とが用いられている。第１の三角柱プリズム１１０２と、第２の三角柱プリズム１１０４とは、斜面部１１０１（偏光分離膜４２６）と斜面部１１０３（反射膜４２９）とが所定の隙間Ｇを隔てた状態に枠体（図示せず。）などで固定され、一体になっている。ここで、隙間Ｇの内部には、液体Ｈが充填されているとともに、液体Ｈは、シール材１１０５によって隙間Ｇの内部に保持されている。
【００６１】
このように構成した偏光照明装置１１００では、実施例１ないし実施例７のようにプリズムの厚さを利用して偏光分離膜４２６と反射膜４２９との間に隙間を確保して所定の角度Θを形成する場合と相違して、隙間Ｇを任意に狭くできるので、光の損失を低減できるという利点があり、更に、低コスト化を図ることが出来る。
【００６２】
（実施例９）
図１１、図１２は、実施例９に係る偏光照明装置の要部を平面的にみた概略構成図、およびその偏光分離部に用いたプリズムの構成を示す外観図である。
【００６３】
図１１において、本例の偏光照明装置１２００も、実施例１の偏光照明装置と同様に、システム光軸Ｌに沿って、光源部４０１、偏光分離部１２０１、およびインテグレータ光学系４０３を有し、光源部４０１から放射された光は、偏光分離部１２０１およびインテグレータ光学系４０３を通って矩形状の照明領域４０４に至るようになっている。但し、光源部４０１は、矩形状の照明領域４０１に向いており、システム光軸Ｌは全体として直線的である。
【００６４】
光源部４０１は、実施例１と同様、光源ランプ４１１から放射されたランダムな偏光光が放物面リフレクター４１２によって一方方向に反射され、略平行な光束となって偏光分離部１２０１に入射されるようになっている。ここで、光源部４０１は、システム光軸Ｌに対して所定の角度をなす方向に向いている。
【００６５】
偏光分離部１２０１は、三角柱形状を有する第１および第２の直角プリズム１２０２、１２０３（三角柱プリズム）と、平板状の四角柱プリズム１２０４から構成された四角柱形状のプリズム合成体１２０５Ａ、１２０５Ｂ、１２０５Ｃ、１２０５Ｄ、１２０５Ｅから構成されている。
【００６６】
プリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｄでは、図１２に示すように、まず、四角柱プリズム１２０４の対向する２つの側面部１２１１、１２１２のうち、第１の側面部１２１１に偏光分離膜４２６が形成され、第２の側面部１２１２に反射膜４２９が形成されている。第１の直角プリズム１２０２の斜面部１２２１は、偏光分離膜４２６を挟むようにして四角柱プリズム１２０４の第１の側面部１２１１に接合されている。また、第２の直角プリズム１２０３の斜面部１２３１は、反射膜４２９を挟むようにして四角柱プリズム１２０４の第２の側面部１２１２に接合されている。但し、プリズム合成体１２０５Ｅについては、光源部４０１からのランダムな偏光光を反射する機能のみを担っているので、偏光分離膜４２６が形成されていない。従って、プリズム合成体１２０５Ｅに代えて、その他の反射機能を有する光学部品を用いることもできる。
【００６７】
このように構成した四角柱状のプリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅは、いずれも同じ向きでシステム光軸Ｌに対して直角をなす横方向に一列に配列されている。従って、各プリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｄの間では、偏光分離膜４２６同士が平行であり、反射膜４２９同士も平行である。
【００６８】
ここで、偏光分離膜４２６は、偏光分離部１２０１の入射面１２４１に対して角度αをなすように形成され、本例では、角度αは、４５度である。反射膜４２９は、偏光分離膜４２６に対してΘの角度をなすように形成されている。
【００６９】
本例でも、第１および第２の直角プリズム１２０２、１２０３、および四角柱プリズム１２０４は、熱的に安定なガラス材料から構成されている。偏光分離膜４２６は、誘電体多層膜で構成されている。反射膜４２９は、一般的なアルミニウム蒸着膜で構成されている。
【００７０】
再び、図１１において、本例では、光源部４０１をシステム光軸Ｌに対して所定の角度をなす方向に向けることにより、偏光分離部１２０１から出射される偏光光の向きを調整してあるため、変角プリズムを省いてある。
【００７１】
本例では、後述のように、光源部４０１からの光がプリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅの１個分に相当する幅だけ横方向（図１１における上方）にシフトしながら偏光分離部１２０１を通過する。したがって、光源部４０１をシステム光軸Ｌに対してプリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅの１個分に相当する幅寸法だけ光のシフト方向とは反対側（図１１における下方）にずらしてある。
【００７２】
偏光分離部１２０１の後段には、第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２からなる２つのレンズ板で構成されたインテグレータ光学系４０３が構成されている。第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２は、同じ数の微小なレンズ４４３、４４４を備える複合レンズ体である。微小レンズ４４３は、照明領域４０４に対応して矩形であり、かつ、照明領域４０４の相似形になっている。さらに、第２のレンズ板４４２には、微小レンズ４４４と、出射側の平凸レンズ４５１との間にλ／２位相差板４４６が形成されている。λ／２位相差板４４６には、第１のレンズ板４４１が二次光源像を形成する位置に位相差層４４７が形成され、位相差層４４７は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光が形成する二次光源像のうち、Ｐ偏光光が二次光源像を形成する位置に規則的に形成されている。
【００７３】
このように構成した偏光照明装置１２００において、光源部４０１からは、ランダムな偏光光が放射され、偏光分離部１２０１に入射される。偏光分離部１２０１に入射したランダムな偏光光は、まず、反射膜４２９で横方向に反射し、隣接するプリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｄに入射される。ここで、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ので、混合光は、偏光分離膜４２６によってＰ偏光光とＳ偏光光の２種類の偏光光に横方向に分離される。すなわち、隣接するプリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｄにシフトしたランダムな偏光光のうち、Ｓ偏光成分は、偏光分離膜４２６で反射されてその進行方向を変えるが、Ｐ偏光成分は、偏光分離膜４２６をそのまま透過し、反射膜４２９で初めて反射される。ここで、反射膜４２９は、偏光分離膜４２６に対してΘの角度をなすように形成されているため、２種類の偏光光は、ガラス材料で構成された各プリズム内で２Θの角度差をもって進行方向が横方向にわずかに分離されたことになる。
【００７４】
そして、進行方向を分離された２種類の偏光光は、インテグレータ光学系４０３に入射される。インテグレータ光学系４０３において、偏光分離部１２０１で進行方向をわずかに分離された２種類の偏光光は、第１のレンズ板４４１に入射して、第２のレンズ板４４２の中に二次光源像を形成する。ここで、二次光源像を形成する位置はλ／２位相差板４４６が形成されている位置である。しかも、λ／２位相差板４４６では、Ｐ偏光光による二次光源像の形成位置に対応して位相差層４４７が選択的に形成されている。したがってＰ偏光光は、位相差層４４７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４４７を通過しないので、偏光面の回転作用を受けずにλ／２位相差板４４６を通過する。従って、インテグレータ光学系４０３から出射される光束のほとんどは、Ｓ偏光の状態にある。このようにしてＳ偏光とされた状態の光束は、偏心レンズ１２３１によって照明領域４０４に照射される。
【００７５】
以上説明したように、本例の偏光照明装置１２００によれば、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光を偏光分離部１２０１で２種類の偏光光に方向分離した後、各偏光光をλ／２位相差板４４６の所定の領域に導いて、Ｐ偏光光をＳ偏光光に転換する。従って、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光をほとんどＳ偏光光に揃えた状態で照明領域４０４に照射できるという効果を奏する。ここで、２種類の偏光光をそれぞれλ／２位相差板４４６の所定の領域に導くには、偏光分離部１２０１の偏光分離性能が高いことが必要であるが、本例では、ガラス製のプリズムと、誘電体多層膜とを利用して偏光分離部１２０１を構成してあるので、偏光分離部１２０１の偏光分離性能は、熱的に安定である。それ故、大きな光出力が要求される照明装置においても常に安定した偏光分離性能を発揮するので、満足の得られる性能を有する偏光照明装置を実現できる。
【００７６】
また、本例では、偏光分離部１２０１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、第２のレンズ板４４２の微小レンズ４４４を横長の矩形に形成してある。このため、光量を無駄にすることなく、横長の矩形形状を有する照明領域４０４を形成できる。かかる横長の矩形形状を有する照明領域４０４は、たとえば、各種の映像を写し出したときに、縦長の投写パターンよりも見やすいとともに、迫力があるという利点がある。
【００７７】
（実施例９の変形例）
なお、実施例９では、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３の幅と、四角柱プリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅの１個分に相当する幅とを同じにしてある。すなわち、ｎを１以上の整数としたときに、プリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅの幅寸法Ｗ１を、第１のレンズ板４４１の矩形レンズ４４３の幅寸法Ｗ２の１／ｎ倍として表せば、ｎが１である条件に相当する。ｎを２、３・・・と大きくしていくと、それに伴って、プリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅの１個分に相当する幅が狭くなるので、プリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅの厚さを薄くできる。
【００７８】
たとえば、ｎを２に設定した場合には、図１３に示す偏光照明装置１２５０の偏光分離部１２０１となる。すなわち、四角柱状のプリズム合成体１２０５Ａ、１２０５Ｂ、１２０５Ｃ・・・の幅寸法Ｗ１は、第１のレンズ板４４１の矩形レンズ４４３の幅寸法Ｗ２の１／２倍である。この場合には、偏光分離部１２０１の薄型化を図ることができるとともに、光源部４０１をシステム光軸Ｌからずらす距離Ｘが短くなるため、結果として、より小型の偏光照明装置を実現できる。
【００７９】
一方、図１１に示す例では、偏光分離部１２０１を第１のレンズ板４４１の手前側に配置しているが、この代わりに、第１のレンズ板４４１と第２のレンズ板４４２の間に配置することもできる。
【００８０】
（実施例１０）
図１４は、実施例１０に係る偏光照明装置の要部を平面的にみた概略構成図である。本例の偏光照明装置１４００も、実施例１の偏光照明装置と同様、システム光軸Ｌに沿って、光源部４０１、偏光分離部１４０１、およびインテグレータ光学系４０３を有し、光源部４０１から放射された光は、偏光分離部１４０１およびインテグレータ光学系４０３を通って矩形状の照明領域４０４に至るようになっている。但し、光源部４０１は、矩形状の照明領域４０４に向いており、システム光軸Ｌは、全体として直線的である。
【００８１】
光源部４０１は、実施例１と同様、光源ランプ４１１から放射されたランダムな偏光光が放物面リフレクター４１２によって一方向に反射され、略平行な光束となって偏光分離部１４０１に入射されるようになっている。
【００８２】
偏光分離部１４０１は、三角柱形状を有する第１および第２の直角プリズム１４０２および１４０３（三角柱プリズム）から構成された四角柱形状のプリズム合成体１４０４Ａ、１４０１Ｂ、１４０４Ｃ、１４０４Ｄ、１４０４Ｅから構成されている。
【００８３】
プリズム合成体１４０４Ａ〜１４０４Ｄでは、第１の直角プリズム１４０２の斜面部１４１１に偏光分離膜４２６が形成され、第２の直角プリズム１４０３の斜面部１４１２は、偏光分離膜４２６を挟むようにして第１の直角プリズム１４０２の斜面部１４１１に接合されている。なお、プリズム合成体１４０４Ａは、プリズム合成体１４０４Ｂで分離されたＳ偏光光を反射する機能のみを担っている。
【００８４】
このように構成したプリズム合成体１４０４Ａ〜１４０４Ｅは、いずれも略同じ向きでシステム光軸Ｌに対して直角をなす横方向に配列されている。但し、本例では、各プリズム合成体１４０４Ａ〜１４０４Ｅは、いずれも幅は同じ寸法であるが、各プリズム合成体１４０４Ａ〜１４０４Ｅの厚さが異なっている。従って、偏光分離部１４０１の入射面１４２１に対して各プリズム合成体１４０４Ａ〜１４０４Ｅの偏光分離膜４２６がなす角度が少しずつ異なる。
【００８５】
本例においては、第１および第２の直角プリズム１４０２、１４０３は、熱的に安定なガラス材料から構成されている。また、偏光分離膜４２６は、誘電体多層膜で構成されている。
【００８６】
本例でも、偏角プリズムを用いて偏光分離部１４０１から出射される偏光光の向きを調整してもよいが、本例では、光源部４０１をシステム光軸Ｌに対して所定の角度をなす方向に向けることにより、偏光分離部１４０１から出射される偏光光の向きを調整してあるため、変角プリズムを省いてある。
【００８７】
偏光分離部１４０１の後段には、第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２を備えるインテグレータ光学系４０３が構成されている。また、レンズ板４４１および第２のレンズ板４４２は、いずれも同じ数の微小なレンズ４４３、４４４を備える複合レンズ体である。ここで、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３は、照明領域４０４に対応して矩形であり、かつ、照明領域４０４の相似形になっている。なお、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３のうち、両端に位置する微小レンズ４４３Ａ（斜線を付した微小レンズ）では、Ｐ偏光光またはＳ偏光光のみが入射されるため、その出射方向を他の部分と変えてある。
【００８８】
本例では、第２のレンズ板４４２は、微小レンズ４４４と、出射側の平凸レンズ４４５との間にλ／２位相差板１４３０が形成されている。λ／２位相差板１４３０では、Ｓ偏光光およびＰ偏光光が形成する二次光源像のうち、Ｐ偏光光が二次光源像を形成する位置に位相差層１４３１が規則的に形成されている。
【００８９】
このように構成した偏光照明装置１４００においても、光源部４０１からのランダムな偏光光が偏光分離部１４０１に入射され、ランダムな偏光光は、偏光分離膜４２６によってＰ偏光光およびＳ偏光光の２種類の偏光光に横方向に分離される。
【００９０】
この原理を、プリズム合成体１４０４Ｃに入射したランダムな偏光光を例に説明する。まず、プリズム合成体１４０４Ｃに入射したランダムな偏光光に含まれるＳ偏光成分は、偏光分離膜４２６で反射されてその進行方向を変えて、隣接するプリズム合成体１４０４Ｂに入射される。次に、Ｓ偏光成分は、プリズム合成体１４０４Ｂにおいて、偏光分離膜４２６で反射され、偏光分離部１４０１から出射される。一方、ランダムな偏光光に含まれるＰ偏光成分は、プリズム合成体１４０４Ｃにおいて、偏光分離膜４２６をそのまま透過する。ここで、各プリズム合成体１４０４Ａ〜１４０４Ｅでは、偏光分離部１４０１の入射面１４２１に対して偏光分離膜４２６がなす角度角度Θ′が僅かな角度ずつずれているので、２種類の偏光光は、ガラス材料で構成された各プリズム内で僅かに角度差をもって進行方向が横方向に分離されたことになる。
【００９１】
進行方向を分離された２種類の偏光光は、インテグレータ光学系４０３に入射される。インテグレータ光学系４０３において、偏光分離部１４０１で進行方向をわずかに分離された２種類の偏光光は、第１のレンズ板４４１に入射して、第２のレンズ板４４２の中に二次光源像を形成する。この二次光源像を形成する位置は、λ／２位相差板１４３０が形成されている位置である。しかも、λ／２位相差板１４３０では、Ｐ偏光光による二次光源像の形成位置に対応して位相差層１４３１が選択的に形成されている。従って、Ｐ偏光光は、位相差層１４３１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１４３１を通過しないので、偏光面の回転作用を受けずにλ／２位相差板１４３０を通過する。従って、インテグレータ光学系４０３から出射される光束のほとんどは、Ｓ偏光の状態にある。このようにしてＳ偏光とされた状態の光束は、偏心レンズ１２３１によって照明領域４０４に照射される。
【００９２】
以上説明したように、本例の偏光照明装置１４００によれば、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光を偏光分離部１４０１で２種類の偏光光に方向分離した後、各偏光光をλ／２位相差板１４３０の所定の領域に導いて、Ｐ偏光光をＳ偏光光に転換する。従って、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光をほとんどＳ偏光光に揃えた状態で照明領域４０４に照射できるという効果を奏する。しかも、ガラス製のプリズムと、誘電体多層膜とを利用して偏光分離部１４０１を構成してあるので、偏光分離部１４０１の偏光分離性能は、熱的に安定である。それゆえに、大きな光出力が要求される照明装置においても常に安定した偏光分離性能を発揮するので、満足の得られる性能を有する偏光照明装置を実現できる。
【００９３】
また、本例では、偏光分離部１４０１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、横長の矩形形状を有する照明領域４０４を形成するのに適している。
【００９４】
なお、本例では、偏光分離部１４０１を第１のレンズ板４４１の手前側に配置しているが、この代わりに、第１のレンズ板４４１と第２のレンズ板４４２の間に配置してもよい。
【００９５】
（実施例１０の変形例）
図１５には上記の実施例１０（図１４参照）の変形例に係る偏光照明装置１９００を示してある。この変形例においては、インテグレータ光学系４０３を構成している第２のレンズ板１４４２の構成が異なっている。すなわち、第２のレンズ板１４４２は、Ｐ偏光光およびＳ偏光光の双方が入射して２つの二次光源像が形成される微小レンズ１４４２Ａ、１４４２Ｂ、１４４２Ｃと、これらの微小レンズよりもシステム光軸Ｌから離れた周辺に位置している単一の二次光源像のみが形成される微小レンズ１４４２Ｄ、１４４２Ｅを備えている。そして、微小レンズ１４４２Ａないし１４４２Ｃの形状および寸法は、２つの二次光源像を包含するように設定されている。これに対して、微小レンズ１４４２Ｄ、１４４２Ｅは、単一の二次光源像を包含する形状および大きさに設定されている。一般には、システム光軸Ｌに近い側の微小レンズに形成される二次光源像の方が、遠い側（周辺側）の微小レンズに形成される二次光源像よりも大きくなるので、システム光軸Ｌに近い所に位置する微小レンズ１４４２Ａないし１４４２Ｃの幅（偏光分離方向の寸法）は、微小レンズ１４４２Ｄ、１４４２Ｅの幅よりも大きく設定される。特に、本例の場合には、微小レンズ１４４２Ｂの幅が最大になるように設定することが望ましい。なお、二次光源像を所定の位置に導くために、第１のレンズ板４４１の設置角度およびプリズムビームスプリッタの偏光分離膜の設置角度を適切に設定する必要がある。
【００９６】
このように、第２のレンズ板１４４２を構成している微小レンズの大きさおよび形状を設定することにより、限られた面積内において微小レンズを効率良く配列できるとともに、光の利用効率を高め、より明るく、しかも明るさにムラのない照明を実現できる。
【００９７】
（実施例１１）
図１６は、実施例１１に係る偏光照明装置の要部を平面的にみた概略構成図である。図において、本例の偏光照明装置１５００も、実施例１０の偏光照明装置と同様、システム光軸Ｌに沿って、光源部４０１、偏光分離部１５０１、およびインテグレータ光学系４０３を有し、光源部４０１から放射された光は、偏光分離部１５０１およびインテグレータ光学系４０３を通って矩形状の照明領域４０４に至るようになっている。光源部４０１は、矩形状の照明領域４０４に向いており、システム光軸Ｌは、全体として直線的である。本例でも、光源部４０１をシステム光軸Ｌに対して所定の角度をなす方向に向けることにより、偏光分離部１５０１から出射される偏光光の向きを調整してあるため、変角プリズムを省いてある。
【００９８】
偏光分離部１５０１は三角柱形状を有する第１および第２の直角プリズム１５０２、１５０３（三角柱プリズム）から構成された四角柱形状のプリズム合成体１５０４Ａ、１５０４Ｂ、１５０４Ｃ、１５０４Ｄ、１５０４Ｅ、１５０４Ｆから構成されている。
【００９９】
プリズム合成体１５０４Ａ〜１５０４Ｆでは、第１の直角プリズム１５０２の斜面部１５１０に偏光分離膜４２６が形成され、第２の直角プリズム１５０３の斜面部１５１１は、偏光分離膜４２６を挟むようにして第１の直角プリズム１５０２の斜面部１５１０に接合されている。
【０１００】
このように構成したプリズム合成体１５０４Ａ〜１５０４Ｆは、各偏光分離膜４２６の向きがシステム光軸Ｌの両側において略反対である。すなわち、光源部４０１の側からみると、システム光軸Ｌに対して右側では、分離膜４２６が外側を向き、システム光軸Ｌに対して左側でも、分離膜４２６が外側を向いている。また、各プリズム合成体１５０４Ａ〜１５０４Ｆは、いずれも幅は同じ寸法であるが、各プリズム合成体１５０４Ａ〜１５０４Ｆの厚さが異なる。従って、偏光分離部１５０１の入射面１５３０に対して各プリズム合成体１５０４Ａ〜１５０４Ｆの偏光分離膜４２６がなす角度が異なる。なお、プリズム合成体１５０４Ａ、１５０４Ｆは、プリズム合成体１５０４Ｂ、１５０４Ｅで分離されたＳ偏光光を反射する機能のみを担っている。
【０１０１】
本例においても、第１および第２の直角プリズム１５０２、１５０３は、熱的に安定なガラス材料から構成されている。また、偏光分離膜４２６は、誘電体多層膜で構成されている。
【０１０２】
偏光分離部１５０１の後段には、第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２からなる２つのレンズ板を備えるインテグレータ光学系４０３が構成されている。第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２は、いずれも同じ数の微小なレンズ４４３、４４４を備える複合レンズ体である。第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３は、照明領域４０４に対応して矩形であり、かつ、照明領域４０４の相似形になっている。なお、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３のうち、斜線を付した微小レンズ４４３Ａでは、Ｓ偏光光或いはＰ偏光光の内のどちらか一方の光束のみが入射されるため、その出射方向を他の部分と変えてある。
【０１０３】
第２のレンズ板４４２には、微小レンズ４４４と、出射側の平凸レンズ４４５との間にλ／２位相差板１５５０が形成されている。また、λ／２位相差板１５５０に形成されている位相差層１５５１は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光が形成する二次光源像のうち、Ｐ偏光光が二次光源像を形成する位置に形成されている。
【０１０４】
このように構成した偏光照明装置１５００において、光源部４０１からのランダムな偏光光は、偏光分離部１５０１に入射され、Ｐ偏光光とＳ偏光光の２種類の偏光光に横方向に分離される。ここにおいて、各プリズム合成体１５０４Ａ〜１５０４Ｆでは、偏光分離部１５０１の入射面１５３０に対して偏光分離膜４２６がなす角度Θ′が僅かな角度ずつずれているので、２種類の偏光光は、ガラス材料で構成された各プリズム内で僅かに角度差をもって進行方向が横方向に分離されたことになる。そして、進行方向を分離された２種類の偏光光は、インテグレータ光学系４０３に入射される。インテグレータ光学系４０３において、偏光分離部１５０１で進行方向をわずかに分離された２種類の偏光光は、第１のレンズ板４４１に入射して、第２のレンズ板４４２の中に二次光源像を形成する。この二次光源像を形成する位置のうち、Ｐ偏光光による二次光源像の形成位置には位相差層１５５１が選択的に形成されている。従って、Ｐ偏光光は、位相差層１５５１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１５５１を通過しないので、偏光面の回転作用を受けずにλ／２位相差板１５５０を通過する。従って、インテグレータ光学系４０３から出射される光束のほとんどは、Ｓ偏光の状態にある。このようにしてＳ偏光とされた状態の光束は、平凸レンズ４４５によって照明領域４０４に照射される。
【０１０５】
以上説明したように、本例の偏光照明装置１５００でも、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光を偏光分離部１５０１で２種類の偏光光に方向分離した後、各偏光光をλ／２位相差板１５５０の所定の領域に導いて、Ｐ偏光光をＳ偏光光に転換する。したがって、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光をほとんどＳ偏光光に揃えた状態で照明領域４０４に照射できるという効果を奏する。また、ガラス製のプリズムと、誘電体多層膜とを利用して偏光分離部１５０１を構成してあるので、偏光分離部１５０１の偏光分離性能は、熱的に安定である。それ故、大きな光出力が要求される照明装置においても常に安定した偏光分離性能を発揮するので、満足の得られる性能を有する偏光照明装置を実現できる。
【０１０６】
また、本例では、偏光分離部１５０１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、横長の矩形形状を有する照明領域４０４を形成するのに適している。
【０１０７】
なお、本例では偏光分離部１５０１を第１のレンズ板の手前側に配置しているが、この代わりに、第１のレンズ板４４１と第２のレンズ板４４２の間に配置してもよい。
【０１０８】
（実施例１１の変形例）
図１７には、上記の実施例１１（図１６参照）の変形例に係る偏光照明装置２０００を示してある。異なる点は、インテグレータ光学系４０３を構成している第２のレンズ板１５４２の微小レンズの形状および大きさである。すなわち、２つの二次光源像が形成される微小レンズ１５４２Ａ，１５４２Ｂの幅寸法（偏光分離方向の寸法）は、単一の二次光源像が形成される微小レンズ１５４２Ｃ、１５４２Ｄ、１５４２Ｅ、１５４２Ｆの幅寸法の２倍に設定されている。
【０１０９】
このように、形成される二次光源像の大きさに応じて、微小レンズの大きさを設定することにより、限られた面積のなかで効率良く微小レンズを配列することができ、その結果、光の利用効率を改善でき、より明るく、しかも明るさムラのない照明を実現できる。
【０１１０】
（実施例１２）
図１８には、本例の別の偏光照明装置を示してある。本例の偏光照明装置１８００も、基本的には、光源４０１と、偏光分離部４０２と、インテグレータ光学系４０３を備えている。しかし、上記の各実施例においては、偏光分離部を構成しているプリズムビームスプリッタをインテグレータ光学系の第１のレンズ板よりも光源の側に配置した構成を採用している。しかるに、本例の装置では、偏光分離部を構成するプリズムビームスプリッタを、第１のレンズ板と第２のレンズ板の間に配置した構成を採用し、光学系を一層コンパクトに構成している。
【０１１１】
図１８に示すように、光源４０１からのランダムな偏光光は、システム光軸Ｌに沿って出射されて、偏光分離部４０２の入射側に配置されている変角プリズム１８０１に入射する。この変角プリズム１８０１により偏光光の進行方向は僅かに傾けられる。従って、偏光光は、変角プリズム１８０１の出射側に配置されているインテグレータ光学系４０３を構成している第１のレンズ板４４１に対して垂直入射方向に対してθだけ傾斜して入射する。図においては、システム光軸Ｌに対して右側にθだけ傾斜した方向に沿って入射する。
【０１１２】
第１のレンズ板４４１は、プリズムビームスプリッタ１８１０の構成素子である直角プリズム１８１１の入射面１８１２に光学的に貼り合わされている。直角プリズム１８１１の入射面１８１２に直交する出射面１８１３には、偏光変換素子であるλ／２位相差板４４６が貼り合わされており、このλ／２位相差板４４６の出射面にはインテグレータ光学系の第２のレンズ板４４２が貼り合わされている。
【０１１３】
プリズムビームスリッタ１８１０は、直角プリズム１８１１と、この傾斜面１８１３に貼り合わせた略平板状の四角柱プリズム１８２０を備えている。そして、前述した例と同様に、直角プリズム１８１１の傾斜面１８１４には偏光分離膜４２６が形成されており、ここに当たった偏光光のうち、たとえば、Ｓ偏光のみが全面反射され、Ｐ偏光はそのまま通過するように構成されている。また、四角柱プリズム１８２０の外側傾斜面１８２１には反射膜４２９が形成されており、ここに当たったＰ偏光が全面反射されるようになっている。
【０１１４】
本例では、偏光分離膜４２６と反射膜４２９のなす角度を適切に設定することにより、変角プリズム１８０１を通って僅かに屈折した状態で入射したランダムな偏光光が、これらの膜４２６、４２９で反射されて、システム光軸Ｌに対して対称な角度で反対側に振り分けられてλ／２位相差板４４６の側に出射するように構成されている。図においては、システム光軸Ｌに対して上下に同一の角度だけ振り分けられた状態となる。
【０１１５】
λ／２位相差板４４６は、通過する偏光の方向を９０度回転させる位相差層（図において斜線で示す部分）４４７と、偏光をそのまま通過させる層４４８とを備えている。この構成は前述の各実施例と同様である。偏光分離部４０２において分離されると共に、システム光軸Ｌに対して上下に対称な方向に振り分けられたＰ偏光とＳ偏光のうち、Ｓ偏光は位相差層４４７の部分に入射する。これに対してＰ偏光の側は層４４８の側に入射する。したがって、Ｓ偏光は偏光方向が９０度回転してＰ偏光となって出射する。この結果、第２のレンズ板４４２にはＰ偏光に揃った光が入射し、ここを介して、照明領域４０４に向かうことになる。
【０１１６】
このように構成した本例の偏光照明装置１８００を用いても、前記の各実施例と同様な効果を得ることができる。また、本例の構成では、インテグレータ光学系を構成している第１および第２のレンズ板がそれぞれ、プリズムビームスプリッタの入射面および出射面に貼り合わされて一体化されている。したがって、構成をコンパクトにできると共に、光学素子の空気との界面を少なくすることができるので、光の利用効率を高めることができる。
【０１１７】
ここで、変角プリズム１８０１を光学経路に配置する理由は、上記のように分離されたＰ偏光およびＳ偏光をシステム光軸に対して対称となるように振り分けるためである。したって、変角プリズム１８０１は、第１のレンズ板の入射側ではなく、その出射側に配置してもよい。例えば、図１８（Ｂ）に示すように、プリズムビームスプリッタの入射面に変角プリズム１８０１を貼り合わせ、この変角プリズム１８０１の入射面に第１のレンズ板を貼り合わせるようにしてもよい。このようにすれば、変角プリズムと第１のレンズ板の間の空気との界面も無くすことができる。
【０１１８】
さらに、変角プリズムを省略して、第１のレンズ板として、図１８（Ｃ）に示すように、偏心系のレンズから構成したものを使用してもよい。
【０１１９】
次に、本例では、第２のレンズ板４４２を構成する微少レンズ４４４の数は、第１のレンズ板４４１を構成する微少レンズ４４３の数と同数とすることもできる。しかし、その２倍として、例えば、図１８（Ｄ）に示すように、第２のレンズ板４４４のぞれぞれを、λ／２位相板４４６の位相差層４４７およびそれ以外の層４４８に対応した一対のレンズ４４４Ａ、４４４Ｂから構成することが望ましい。その理由は、それぞれの偏光光に対応させて設置してレンズの特性を変えることにより、第１のレンズ板と第２のレンズ板との間にできる僅かに異なるＰ、Ｓ偏光光の光路差を吸収し、第２のレンズ板により形成される第１のレンズ板の像の大きさを、照明領域において全て同じにするためである。
【０１２０】
（実施例９の偏光照明装置を用いた投写型表示装置の例）
上述した実施例１乃至１２の偏光照明装置は、液晶ライトバルブを備えた投写型表示装置に用いることができる。
【０１２１】
図１９には、上記の実施例９の装置（図１１参照）を投写型表示装置（液晶プロジェクター）に適用した例である。
【０１２２】
図に示す投写型表示装置１６００には、ランダムな偏光光を一方向に出射する光源部４０１が構成され、この光源部４０１から放射されたランダムな偏光光は、偏光分離部１２０１において、２種類の偏光光に分離するとともに、分離された各偏光光のうち、Ｐ偏光光については、インテグレータ光学系４０３のλ／２位相差板４４６によって、Ｓ偏光光に転換するようになっている。
【０１２３】
かかる偏光照明装置１６００から出射された光束は、まず、青色緑色反射ダイクロイックミラー１６０１において、赤色光が透過して、青色光および緑色光が反射するようになっている。赤色光は、反射ミラー１６０２で反射され、第１の液晶ライトバルブ１６０３に達する。一方、青色光および緑色光のうち、緑色光は、緑色反射ダイクロイックミラー１６０４によって反射され、第２の液晶ライトバルブ１６０５に達する。
【０１２４】
ここで、青色光は、他の２色光に比べて長い光路長（赤色光の光路長と緑色光の光路長は等しい）をもつため、青色光に対しては、入射側レンズ１６０６、リレーレンズ１６０８、および出射側レンズ１６１０からなるリレーレンズ系で構成した導光手段１６５０を設けてある。すなわち、青色光は、緑色反射ダイクロイックミラー１６０４を透過した後、まず、出射側レンズ１６０６、および反射ミラー１６０７を経て、リレーレンズ１６０８に導かれ、このリレーレンズ１６０８に集束された後、反射ミラー１６０９によって出射側レンズ１６１０に導かれ、しかる後に、第３の液晶ライトバルブ１６１１に達する。ここで、第１および第３の液晶ライトバルブ１６０３、１６０５、１６１１は、それぞれの色光を変調し、各色に対応した映像情報を含ませた後、変調した色光をダイクロイックプリズム１６１３（色合成手段）に入射する。ダイクロイックプリズム１６１３は、赤色反射の誘電体多層膜と、青色反射の誘電体多層膜とを十字状に有しており、それぞれの変調光束を合成する。ここで合成された光束は、投写レンズ１６１４（投写手段）を通過してスクリーン１６１５上に映像を形成することになる。
【０１２５】
このように構成した投写型表示装置１６００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は、偏光板で吸収されて熱に変わってしまうため、光の利用効率が低いとともに、偏光板の発熱を抑える大型で騒音が大きな冷却装置が必要であるという問題点があったが、本例の投写型表示装置１６００では、かかる問題点が大幅に解消されている。
【０１２６】
すなわち、本例の投写型表示装置１６００では、偏光照明装置１２００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４４６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１６０３、１６０５、１６１１に導かれるので、光の利用効率が向上し、明るい投写映像を得ることができる。また、偏光板による光吸収量が低減するので、偏光板での温度上昇が抑制される。それ故、冷却装置の小型化や低騒音化を実現できる。しかも、偏光照明装置１２００では、偏光分離膜として熱的に安定な誘電体多層膜を用いているため、偏光分離部１２０１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１６００においても常に安定した偏光分離性能を発揮する。
【０１２７】
さらに、偏光照明装置１６００では、偏光分離部１２０１から出射された２種類の偏光光は、横方向に分離されていることから、光量を無駄にすることなく、横長の矩形形状を有する照明領域を形成できる。それゆえ、偏光照明装置１２００は、見やすくて、かつ、迫力のある映像を投写できる横長の液晶ライトバルブ用に適している。
【０１２８】
それに加えて、本例では、色合成手段としては、ダイクロイックプリズム１６１３を用いているため、小型化が可能である。また、本例では、光路長が他の２色光よりも長い青色光に対しては、入射側レンズ１６０６、リレーレンズ１６０８、および出射側レンズ１６１０からなるリレーレンズ系で構成した導光手段１６５０を設けてあるため、色ムラなどが生じない。
【０１２９】
（実施例１の偏光照明装置を用いた投写型表示装置の例）
投写型表示装置としては、図２０に示すように、ミラー光学系で色合成手段を構成してもよい。図２０に示す投写型表示装置１７００は、図１に示した偏光照明装置４００が用いられており、この偏光照明装置４００でも、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光は、偏光分離部４０２において、２種類の偏光光に分離するとともに、分離された各偏光光のうち、Ｐ偏光光については、インテグレータ光学系４０３のλ／２位相差板４４６によって、Ｓ偏光光に転換するようになっている。
【０１３０】
かかる偏光照明装置４００から出射された光束は、まず、赤色反射ダイクロイックミラー１７０１において、赤色光が反射し、青色光および緑色光が透過するようになっている。ここで、赤色光は、反射ミラー１７０５で反射され、第１の液晶ライトバルブ１７０７に達する。一方、青色光および緑色光のうち、緑色光は、緑色反射ダイクロイックミラー１７０２によって反射され、第２の液晶ライトバルブ１７０８に達する。青色光は、緑色反射ダイクロイックミラー１７０２を透過した後、第３の液晶ライトバルブ１７０９に達する。しかる後、第１および第３の液晶ライトバルブ１７０７、１７０８、１７０９は、それぞれの色光を変調し、各色に対応した映像情報を含ませた後、変調した色光を出射する。ここで、色変調された赤色光は、緑色反射ダイクロイックミラー１７０３および青色反射ダイクロイックミラー１７０４を透過して、投写レンズ１７１０（投写手段）に達する。色変調された緑色光は、緑色反射ダイクロイックミラー１７０３で反射した後、青色反射ダイクロイックミラー１７０４を透過して、投写レンズ１７１０に達する。色変調された青色光は、青色反射ダイクロイックミラー１７０４で反射した後、投写レンズ１７１０に達する。
【０１３１】
このように、ダイクロイックミラーからなるミラー光学系で色合成手段を構成した投写型表示装置１７００においても、１種類の偏光光を変調するタイプの液晶ライトバルブが用いられているため、従来の照明装置を用いてランダムな偏光光を液晶ライトバルブに導くと、ランダムな偏光光のうちの半分は、偏光板で吸収されて熱に変わってしまう。従って、従来の照明装置では光の利用効率が低いとともに、偏光板の発熱を抑える大型で騒音の大きな冷却装置が必要であるという問題点があったが、本例の投写型表示装置１７００では、かかる問題点が大幅に解消されている。
【０１３２】
すなわち、本例の投写型表示装置１７００では、偏光照明装置４００において、一方の偏光光（例えば、Ｐ偏光光）のみに対して、λ／２位相差板４４６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１７０７、１７０８、１７０９に導かれるので、光の利用効率が向上し、明るい投写映像を得ることができる。また、偏光板による光吸収量が低減するので、偏光板での温度上昇が抑制される。それゆえ、冷却装置の小型化や低騒音化を実現できる。しかも、偏光照明装置４００では、偏光分離膜として熱的に安定な誘電体多層膜を用いているため、偏光分離部４０３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１７００においても常に安定した偏光分離性能を発揮する。
【０１３３】
（その他の実施形態）
なお、上記の各実施例においては、偏光分離手段で、例えばＰ偏光をＳ偏光に揃えるようにしているが、勿論、偏光方向はいずれの方向に揃えてもよい。また、Ｐ偏光光およびＳ偏光光の双方に対して、位相差層によって偏光面の回転作用を与えて、偏光面を揃えてもよい。
【０１３４】
一方、各実施例では、λ／２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、λ／２位相差板の偏光変換性能を向上させることができる。
【０１３５】
【発明の効果】
本発明の偏光照明装置は、光源と、複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、を備えている。
【０１３６】
したがって、本発明の偏光照明装置によれば、偏光方向の揃った偏光光を照射領域に照射できる。従って、液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置に本発明に係る偏光照明装置を用いた場合には、偏光面が揃った偏光光を液晶ライトバルブに供給できるので、光の利用効率が向上し、投写映像の明るさを向上することができる。また、偏光板による光吸収量が低減するので、偏光板での温度上昇が抑制される。それ故、冷却装置の小型化や低騒音化を実現できる。
【０１３７】
また、本発明では、インレグレータ光学系の特徴である微小な２次光源像を生成するというプロセスを利用して偏光光の分離により生ずる空間的な広がりを回避している。したがって、偏光変換素子を備えた光学系であるにもかかわらず、装置寸法を、従来の照明装置と同じ程度の寸法に抑えることができる。
【０１３８】
さらにまた、本発明では、偏光分離手段としてプリズムビームスプリッタを用いている。プリズムビームスプリッタは、偏光分離膜として熱的に安定な誘電体多層膜を備えているので、偏光分離部の偏光分離性能は熱的に安定である。このため、大きな光出力が要求される投写型表示装置においても常に安定した偏光分離性能を発揮できる。
【０１３９】
プリズムビームスプリッタを第１のレンズ板の入射面側に配置する構成を採用すると、Ｐ偏光光とＳ偏光光との分離特性が良好になる。なぜならば、プリズムビームスプリッタは光の入射角に対してその分離特性が左右される。そのため、リフレクターによって略平行化した光をプリズムビームスプリッタに入射させることにより光の分離特性が、より良好で安定したものとなるからである。
【０１４０】
また、プリズムビームスプリッタを第１のレンズ板の出射面側に配置する構成を採用すると、より装置を小型化することができる。なぜならば、第１のレンズ板と第２のレンズ板との隙間を狭くできるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図２】 図１の装置の偏光分離部の構成を示す説明図である。
【図３】 図１の装置のインテグレータ光学系における第２のレンズ板における２次光源像の形成位置を示す説明図である。
【図４】 本発明の実施例２に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図５】 本発明の実施例３に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図６】 本発明の実施例４に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図７】 本発明の実施例５に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図８】 本発明の実施例６に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図９】 本発明の実施例７に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１０】本発明の実施例８に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１１】 本発明の実施例９に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１２】 図１１の装置の偏光分離部の構成を示す斜視図である。
【図１３】 実施例９に係る偏光照明装置の変形例を示す光学系の概略構成図である。
【図１４】 本発明の実施例１０に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１５】実施例１０の変形例に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１６】本発明の実施例１１に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１７】 実施例１１の変形例に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１８】 本発明の実施例１２に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１９】 図１１に示す偏光照明光学系を備えた投写型表示装置の例を示す光学系の概略構成図である。
【図２０】 図１に示す偏光照明光学系を備えた投写型表示装置の例を示す光学系の概略構成図である。
【図２１】 従来の偏光照明装置の光学系を示す図であり、（Ａ）はその概略構成図、（Ｂ）はその第１のレンズ板の斜視図である。
【図２２】 図２１の装置における偏光分離器の概略構成図である。
【符号の説明】
４００ 偏光照明装置
４０１ 光源部
４０２ 偏光分離部
４０３ インテグレータ光学系
４０４ 照明領域
４１１ 光源ランプ
４２１ 直角プリズム（三角柱プリズム）
４２２ 四角柱プリズム
４２６ 偏光分離膜
４２９ 反射膜
４４１ 第１のレンズ板
４４２ 第２のレンズ板
４４６ λ／２位相差板
４２４ 変角プリズム
【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に関するものである。また、本発明は、この偏光照明装置から出射された偏光光をライトバルブにより変調して映像をスクリーン上に拡大表示する投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ライトバルブ等の矩形の照明領域を均一に照明する光学系としては、従来から、２枚のレンズ板を用いたインテグレータ光学系が知られている。インテグレータ光学系は、例えば、特開平３−１１１８０６号公報に開示されており、液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の照明装置としてすでに実用化されている。
【０００３】
偏光光を変調するタイプの液晶ライトバルブを用いた一般的な投写型表示装置では、一種類の偏光光しか利用できないため、明るい投写映像を得るには、光の利用効率を高めることが重要である。この投写型表示装置において、光の利用効率を向上させることを目的として、例えば、特開平６−２０２０９４号公報には、インテグレータ照明法に偏光変換法を組み合わせた新規な照明光学系が提案されている。
【０００４】
この公報に開示されている照明光学系を図２１に示してある。図２１（Ａ）に示すように、偏光照明装置１００は、光源１０１と、インテグレータ光学系１０２と、液晶を用いた偏光分離器１０３と、偏光変換素子であるλ／２位相差板１０４を備えている。インテグレータ光学系１０２は、第１のレンズ板１０５、および第２のレンズ板１０６から構成されている。第１のレンズ板１０５の入射面側、すなわち、その光源１０１の側には、偏光分離器１０３が配置されている。第２のレンズ板１０６の出射面にはλ／２位相差板１０４が一体形成されており、さらに、この位相差板１０４の出射面にはフィールドレンズ１０７が貼り付けられている。
【０００５】
図２１（Ｂ）に示すように、インテグレータ光学系１０２の第１のレンズ板１０５は、複数の微小な矩形レンズ１０８を備えており、第２のレンズ板１０６も、矩形レンズ１０８と相似形の微小なレンズを同数備えるものが用いられる。
【０００６】
光源１０１から出射された偏光方向がランダムな偏光光（実際には、Ｐ偏光光とＳ偏光光との混合光と考えられる。）は、液晶材料を主要な構成要素とする偏光分離器１０３に入射され、この偏光分離器１０３が有する偏光光毎の出射角度依存特性によって、出射角度がわずかに異なるＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。図において角度θで方向分離される。偏光分離器１０３を出た２つの偏光光はインテグレータ光学系１０２の第１のレンズ板１０５に入射され、それを構成している各矩形レンズ１０８の焦点位置付近、即ち、対応する第２のレンズ板１０６の各矩形レンズの内側に、Ｐ偏光光による光源像とＳ偏光光による光源像とからなる一対の二次光源像を形成する。
【０００７】
一対の二次光源像の数は、第１のレンズ板を構成する矩形レンズの数に等しい。ここで、第２のレンズ板１０６の出射側には二次光源像の各形成位置に合わせてλ／２位相差板１０４が配置されているので、この位相差板１０４を一方の偏光光（例えば、Ｐ偏光光）が通過することにより、この偏光光は偏光面の回転作用を受け、他方の偏光光（たとえば、Ｓ偏光光）と偏光面が揃った状態となる。この後は、出射側のフィールドレンズ１０７を介して偏光方向が揃った光束が液晶パネル等の照明領域１０９に集められ、この照明領域１０９をほぼ均一に照射する。したがって、原理的には、光源１０１からの光束は、全て照明領域１０９に入射することなる。
【０００８】
図２２には、偏光分離器１０３の構成を示してあり、液晶層１１１をのこぎり状の溝を有するプリズム基板１１２とガラス基板１１３で挟んだ構造となっている。液晶分子はプリズム基板１１２の溝に平行に配向されるので、基板に垂直に入射する光束は、液晶分子に対する異常光と常光に分かれて、方向的に分離されることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成される偏光照明装置では、偏光分離手段として液晶材料を用いている。液晶材料を用いた光学系では、光の利用効率が向上するので、明るい投写映像を得ることができる。しかし、液晶材料は、屈折率の温度依存性が大きいので、著しい温度変化が発生する可能性のある投写型表示装置の照明系に組み込むと、偏光分離角が温度に応じて変動するので不安定になるという問題点がある。
【００１０】
本発明の課題は、温度変化に影響されない安定した偏光分離角を備えた偏光分離手段を用いることにより、著しい温度変化に伴う環境下においても優れた性能を安定して発揮することのできる偏光照明装置を実現することにある。
【００１１】
また、本発明の課題は、かかる偏光照明装置を用いて、光の利用効率を向上して、明るい投写映像を形成することのできる投写型表示装置を実現することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明にかかる第１の偏光照明装置は、光源と、複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、備えた偏光照明装置であって、前記偏光分離手段は、平板状の四角柱プリズムと、前記四角柱プリズムの対向する２つの側面部のうちの一方の側面部に斜面部が接合された三角柱プリズムとを有し、前記四角柱プリズムと前記三角柱プリズムとの接合部分には、偏光分離膜が形成され、前記四角柱プリズムの他方の側面部には、前記２つの偏光光のうち、前記偏光分離膜を透過した偏光光を所定の方向に反射するための反射膜が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる第２の偏光照明装置は、光源と、複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、を備えた偏光照明装置であって、前記偏光分離手段は、平板状の第１の四角柱プリズムと、前記四角柱プリズムの対向する２つの側面部のうちの一方の側面部に側面部が接合された平板状の第２の四角柱プリズムとを有し、前記第１の四角柱プリズムと前記第２の四角柱プリズムの接合部分には、偏光分離膜が形成され、前記第１の四角柱プリズムの他方の側面部には、前記２つの偏光光のうち、前記偏光分離膜を透過した偏光光を所定の方向に反射するための反射膜が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
上記第１、第２の偏光照明装置において、三角柱プリズムとしては、その内部に液体を充填したものを使用することができる。
【００１５】
また、本発明にかかる第３の偏光照明装置は、光源と、複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、を備えた偏光照明装置であって、前記偏光分離手段は、平板状の四角柱プリズムと、前記四角柱プリズムの対向する２つの側面部のうちの一方の側面部に斜面部が接合された複数の三角柱プリズムとを有し、前記四角柱プリズムと前記三角柱プリズムの接合部分には、偏光分離膜が形成され、前記四角柱プリズムの他方の側面部には、前記２つの偏光光のうち、前記偏光分離膜を透過した偏光光を所定の方向に反射するための反射膜が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明にかかる第４の偏光照明装置は、光源と、複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、を備えた偏光照明装置であって、前記偏光分離手段は、斜面部に偏光分離膜が形成された第１の三角柱プリズムと、前記２つの偏光光のうち、前記偏光分離膜を透過した偏光光を所定の方向に反射するための反射膜が斜面部に形成された第２の三角柱プリズムとを有し、該第２の三角柱プリズムと前記第１の三角柱プリズムとは、斜面部の間に液体を充填した状態で一体化されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の偏光照明装置において、前記偏光分離手段は、前記光源と前記第１のレンズ板との間に配置することができる。
【００１８】
このとき、前記偏光分離手段と前記インテグレータ光学系との間、または、前記光源と前記偏光分離手段との間に、変角プリズムを配置することができ、この場合には、前記変角プリズム、前記偏光分離手段、前記第１のレンズ板のうち、少なくとも２つを一体化することができる。
【００１９】
また、本発明の偏光照明装置において、前記偏光分離手段を、前記光源と前記第１のレンズ板との間に配置する代わりに、前記第１のレンズ板と前記第２のレンズ板との間に配置することもできる。このとき、前記光源と前記第１のレンズ板との間、または、前記第１のレンズ板と前記偏光分離手段との間に、変角プリズムを配置することができる。一方、変角プリズムを使用する代わりに、第１のレンズ板を構成している矩形レンズを偏心系のレンズとしてもよい。さらに、前記変角プリズムまたは前記偏心系のレンズ、前記第１のレンズ板、前記偏光分離手段のうち、少なくとも２つを一体化することができる。
【００２０】
ここで、前記偏光分離手段による前記２つの偏光光の分離方向は、被照明領域が長方形等のように一方の側に長い場合には、その長手方向になるようにすることが望ましい。
【００２１】
また、インテグレータ光学系を構成している第２のレンズ板においては、これを構成している各微小レンズの形状を、第１のレンズ板における各矩形レンズと相似形にすることができる。
【００２２】
この代わりに、第２のレンズ板の各微小レンズの形状および大きさは、前記第１のレンズ板の前記矩形レンズのそれぞれを介して形成される各２次光源像の大きさに応じて決定することが望ましい。このようにすれば、光の利用効率を改善でき、より明るく、しかも明るさにムラの無い均一な照明を行うことが可能になる。
【００２３】
一方、本発明は、上記の各構成の偏光照明装置を備えた投写型表示装置に関するものである。すなわち、偏光照明装置と、この偏光照明装置からの光束に含まれる偏光光を変調して画像情報を含ませる液晶ライトバルブを備えた変調手段と、変調光束を投写表示する投写光学系とを有する投写型表示装置において、前記偏光照明装置として、上記の各構成の偏光照明装置を適用した構成を採用している。
【００２４】
一般的には、投写型表示装置は、前記偏光照明装置からの光束を少なくとも２つの光束に分離する色光分離手段と、前記変調手段によって変調された後の変調光束を合成する色光合成手段とを有し、当該色光合成手段により得られた合成光束を、前記投写光学系を介してカラー画像を投写表示する構成となっている。
【００２５】
【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。
【００２６】
なお、以下の各実施例の説明およ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。
【００２７】
（実施例１）
図１に示す実施例１に係る偏光照明装置は、偏光分離手段として、偏光分離角の温度依存性に優れたプリズムビームスプリッタを偏光分離手段として用いることにより、著しい温度変化を伴う環境下においてもすぐれた性能を安定して発揮できるようにしている。
【００２８】
図１は本例の偏光照明装置を平面的に見た場合の概略構成を示してある。本例の偏光照明装置４００は、その直角に折れ曲がるシステム光軸Ｌに沿って、光源部４０１、偏光分離部４０２、およびインテグレータ光学系４０３を有し、光源部４０１から放射された光は、偏光分離部４０２およびインテグレータ光学系４０３を通って矩形状の照明領域４０４に至るようになっている。
【００２９】
光源部４０１は、光源ランプ４１１と、放物面リフレクター４１２から大略構成されており、光源ランプ４０１から放射された偏光方向がランダムな偏光光（以下、単に、ランダムな偏光光という。）は、放物面リフレクター４１２によって一方向に反射され、略平行な光束となって偏光分離部４０２に入射されるようになっている。ここで、放物面リフレクター４１２に代えて、楕円面リフレクター、球面リフレクターなどを用いることもできる。
【００３０】
偏光分離部４０２は、一般的なビームスプリッタをベースに改良したものであり、三角柱形状を有する直角プリズム４２１（三角柱プリズム）と、平板状の四角柱プリズム４２２から大略構成されている。本例では、偏光分離部４０２の出射面４２３には、三角柱形状をもつ変角プリズム４２４が光学的に接着されている。
【００３１】
図２に示すように、直角プリズム４２１の斜面部４２５には、偏光分離膜４２６が形成され、この偏光分離膜４２６を挟むようにして、直角プリズム４２１の斜面部４２５に四角柱プリズム４２２の第１の側面部４２７が光学的に接着されている。四角柱プリズム４２２では、第１の側面部４２７に対向する第２の側面部４２８には、反射膜４２９が形成されている。偏光分離膜４２６は、偏光分離部４０２の入射面４３１に対して角度αをなすように形成され、本例において、角度αは、４５度である。反射膜４２９は、偏光分離膜４２６に対してΘの角度をなすように形成されている。但し、偏光分離膜４２６と入射面４３１とがなす角度αについては、４５度に限定されることなく、光源部４０１からの入射光束の入射角に応じて設定すればよい。
【００３２】
本例において、直角プリズム４２１および四角柱プリズム４２２は、熱的に安定なガラス材料から構成されている。偏光分離膜４２６は、無機材料からなる誘電体多層膜で構成されている。反射膜４２９は、一般的なアルミニウム蒸着膜で構成されている。
【００３３】
偏光分離部４０２および変角プリズム４２４の後段には、第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２を備えるインテグレータ光学系４０３が構成されている。第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２は、図１を用いて説明したように、いずれも同じ数の微小なレンズ４４３、４４４を備える複合レンズ体である。ここで、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３は、照明領域４０４と相似形の横長の矩形形状を有している。
【００３４】
さらに、本例においては、第２のレンズ板４４２には、微小レンズ４４４と、出射側の平凸レンズ４４５との間に、偏光変換素子としてのλ／２位相差板４４６が形成されている。λ／２位相差板４４６は、後述する過程を経て第１のレンズ板４４１が２次光源像を形成する位置にシステム光軸Ｌに対して垂直な向きに形成されている。また、λ／２位相差板４４６に形成されている位相差層４４７は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光が形成する二次光源像のうち、Ｐ偏光光が二次光源像を形成する位置に対応するように規則的に形成されている。
【００３５】
このように構成した偏光照明装置４００において、図１に示すように、光源部４０１からは、ランダムな偏光光が放射され、偏光分離部４０２に入射される。偏光分離部４０２に入射されたランダムな偏光光は、Ｐ偏光光とＳ偏光光との混合光として考えることができ、偏光分離部４０２において、混合光は、偏光分離膜４２６によってＰ偏光光とＳ偏光光の２種類の偏光光に横方向（図１の上下方向）に分離される。すなわち、ランダムな偏光光に含まれるＳ偏光成分は、偏光分離膜４２６で反射されてその進行方向を変えるが、Ｐ偏光成分は、偏光分離膜４２６をそのまま透過し、反射膜４２９で初めて反射される。ここで、反射膜４２９は、偏光分離膜４２６に対してΘの角度をなすように形成されているため、２種類の偏光光は、ガラス材料で構成された各プリズム内で２Θの角度差をもって進行方向が横方向（図１の上下方向、すなわち、照明領域４０４の長手方向に相当する。）にわずかに分離されたことになる。
【００３６】
また、わずかに進行方向を分離された２種類の偏光光は、変角プリズム４２４を出射する際に、横方向において、システム光軸Ｌを挟んでほぼ対称な入射角をもつように出射角が設定され、この状態でインテグレータ光学系４０３に入射される。
【００３７】
インテグレータ光学系４０３において、２種類の偏光光は、第１のレンズ板４４１に入射して、第２のレンズ板４４２の中に二次光源像をそれぞれ形成する。この二次光源像を形成する位置にλ／２位相差板４４６が配置されている。
【００３８】
ここで、２種類の偏光光は、偏光分離部４０２で進行方向を横方向にわずかに分離されているため、第１のレンズ板４４１に対する入射角がわずかに異なる。従って、照明領域４０４の側から第２のレンズ板４４２を見た場合に２種類の偏光光が形成する二次光源像は図３に示ようになる。すなわち、２種類の偏光光は、Ｐ偏光光が形成する二次光源像Ｃ１（円形の像のうち、左上がりの斜線を付した領域）とＳ偏光光が形成する二次光源像Ｃ２（円形の像のうち、右上がりの斜線を付した領域）の２つの二次光源像を横方向に並ぶ状態で形成されることになる。しかも、第１のレンズ板４４１を構成する各微小レンズ４４３は、Ｐ偏光光による二次光源像Ｃ１と、Ｓ偏光光による二次光源像Ｃ２をそれぞれ形成する。これに対して、λ／２位相差板４４６では、Ｐ偏光光による二次光源像Ｃ１の形成位置に対応して位相差層４４７が選択的に形成されている。従って、Ｐ偏光光は、位相差層４４７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４４７を通過しないので、偏光面の回転作用を受けずにλ／２位相差板４４６を通過する。従って、インテグレータ光学系４０３から出射される光束の殆どは、Ｓ偏光光に揃えられる。
【００３９】
このようにしてＳ偏光光に揃えられた光束は、平凸レンズ４４５によって照明領域４０４に照射される。すなわち、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３で切り出されたイメージ面は、第２のレンズ板４４２によって一か所に重畳結像され、λ／２位相差板４４６を通過する際に１種類の偏光光に変換されてほとんど全ての光が照明領域４０４へと達するので、照明領域４０４は、ほとんど一種類の偏光光で均一に照明される。
【００４０】
以上説明したように、本例の偏光照明装置４００によれば、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光を偏光分離部４０２で２種類の偏光光に方向分離した後、各偏光光をλ／２位相差板４４６の所定の領域に導いて、Ｐ偏光光をＳ偏光光に転換する。従って、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光をほとんどＳ偏光光に揃えた状態で照明領域４０４に照射できる。
【００４１】
しかも、２種類の偏光光をそれぞれλ／２位相差板４４６の所定の領域に導くには、偏光分離部４０２の偏光分離性能が高いことが必要であるが、本例では、ガラス製のプリズムと、無機材料からなる誘電体多層膜とを利用して偏光分離部４０２を構成してあるので、偏光分離部４０２の偏光分離性能は、熱的に安定である。それゆえに、大きな光出力が要求される照明装置においても常に安定した偏光分離性能を発揮するので、満足の得られる性能を有する偏光照明装置を実現できる。
【００４２】
また、変角プリズム４２４は、偏光分離部４０２とインテグレータ光学系４０３との間において偏光分離部４０２の出射面４２３に接合され、偏光分離部４０２と一体化してある。このため、直角プリズム４２１と変角プリズム４２４との界面における光反射による光量損失を削減できる。
【００４３】
さらに、本例では、偏光分離部４０２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、第２のレンズ板４４２の微小レンズ４４４を横長の矩形にしてある。このため、横長の矩形形状を有する照明領域４０４を形成する場合でも、光量を無駄にすることがない。ここで、横長の矩形形状を有する照明領域４０４は、たとえば、各種の映像を写し出すのに用いたとき、縦長の映像よりも見やすいとともに、画像に迫力があるという利点がある。
【００４４】
なお、第２のレンズ板４４２の出射側に配置されている平凸レンズ４４５は、第２のレンズ板４４２から出射される光束を照明領域４０４に導くために配置されている。従って、第２のレンズ板４４２を偏心レンズとすれば、平凸レンズ４４５を省略することができる。
【００４５】
また、本例では、λ／２位相差板４４６の位相差層４４７にＰ偏光光を集光したが、逆に、Ｓ偏光光を位相差層４４７に集光してもよい。この場合には、Ｓ偏光光がＰ偏光に変換するので、Ｐ偏光光に揃えた状態で照明領域４０４に照射できる。また、λ／２位相差板４４６を配置する位置については、微小レンズ４４４と平凸レンズ４４５との間に限らず、二次光源像が形成される位置近傍ならば他の位置でもよく、限定がない。
【００４６】
さらに、特性の異なる２種類の位相差層を、Ｐ偏光光による集光位置と、Ｓ偏光光による集光位置のそれぞれに配置し、ある特定の偏光方向を有する１種類の偏光光に揃えてもよい。
【００４７】
なお、本例では、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３を横長の矩形レンズとしたが、第２のレンズ板４４２の微小レンズ４４４については、その形状についての限定がない。但し、図３に示すように、Ｐ偏光光が形成する二次光源像Ｃ１と、Ｓ偏光光が形成する二次光源像Ｃ２は、横方向に並ぶ状態で形成されるので、かかる像の形成位置に対応させて、第２のレンズ板４４２の微小レンズ４４４の形状については、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３と相似形の横長の矩形レンズとしてもよい。
【００４８】
ここで、第２のレンズ板４４２の各微小レンズ４４４の形状は、第１のレンズ板の微小レンズ４４３の相似形とする代わりに、次のようにしても良い。一般に、第２のレンズ板４４２の各微小レンズ４４４に形成される二次光源像の大きさは、システム光軸Ｌの近傍において大きく、そこから離れるにつれて小さくなる。そこで、第２のレンズ板４４２の各微小レンズ４４４の大きさは、それぞれに形成される二次光源像を包含することのできる形状および大きさとなるように決定する。このように微小レンズ４４４を決定することにより、光の利用効率を高めることができ、より明るい均一な照明を行うことが可能になる。
【００４９】
（実施例２）
実施例１において、変角プリズム４２４は、２種類の偏光光の出射方向を所定の方向に設定するために配置されているので、その配置位置については、偏光分離部の出射側に限らず、偏光分離部の入射側、すなわち、光源部側やインテグレータ光学系の第１のレンズ板に隣接する位置であってもよい。
【００５０】
すなわち、図４に示す実施例２に係る偏光照明装置のように構成してもよい。この偏光照明装置、および、以下に説明する各実施例では、基本的な構成が実施例１に係る偏光照明装置と同じであるため、同じ機能を有する部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００５１】
図４に示す偏光照明装置５００では、変角プリズム４２４を、同じく偏光分離部４０２とインテグレータ光学系４０３との間に配置してあるが、インテグレータ光学系４０３の第１のレンズ板４４１に接合されて、インテグレータ光学系４０３と一体化してある。このため、変角プリズム４２４と、第１のレンズ板４４１との界面における光反射による光量損失を削減できる。
【００５２】
（実施例３）
また、図５に示す偏光照明装置６００のように、変角プリズム４２４を偏光分離部４０２と光源部４０１との間に配置すると共に、偏光分離部４０２の入射面４３１に接合し、偏光分離部４０２と一体化してもよい。この場合には、変角プリズム４２４と直角プリズム４２１との界面における光反射による光量損失を削減できる。また、かかる構造の場合には、偏光分離部４０２の出射面４２３に対して、インテグレータ光学系４０３の第１のレンズ板４４１を接続して、変角プリズム４２４、偏光分離部４０２、およびインテグレータ光学系４０３を一体化してもよい。この場合には、さらに、界面における光反射による光量損失を削減できる。
【００５３】
なお、光源部４０１の向きを、点線で示すように、システム光軸Ｌに対してわずかに傾ければ、変角プリズム４２４を省略することもできる。
【００５４】
（実施例４）
なお、図６に示す偏光照明装置７００では、偏光分離部４０２において、入射面４３１と偏光分離膜４２６とがなす角度が４５度であり、入射面４３１と反射膜４２９とがなす角度が４５度以下の場合には、偏角プリズム４２４の向きを図１に示す場合とは逆にすればよい。従って、偏光分離部４０２の形状が変わっても、インテグレータ光学系４０３などの構造は、そのままでよく、変更する必要がない。
【００５５】
（実施例５）
図７に示す偏光照明装置８００では、各光学系の配置は、実施例１と同じであるが、偏光分離部４０２を構成する直角プリズム４２１（三角柱プリズム）および四角柱プリズム４２２のうち、直角プリズム４２１は、その壁面を構成する６枚の透明板を備えるプリズム構造体４２１Ｇと、その内部に充填された液体４２１Ｌで構成されている。従って、直角プリズム４２１の低コスト化を図ることができる。また、直角プリズム４２１では、液体４２１Ｌとして比重の小さな液体をプリズム構造体４２１Ｇの内部に充填することによって、その軽量化を図ることができる。
【００５６】
同様に、偏光分離膜４２６と反射膜４２９との挟まれた部分、すなわち、四角柱プリズム４２２の内部に透明な液体を充填した場合には、四角柱プリズム４２２の低コスト化および軽量化を図ることができる。
【００５７】
（実施例６）
図８に示す偏光分離装置９００の偏光分離部４０２では、対向する２つの側面部のうちの第１の側面部９２１に偏光分離膜４２６が形成され、第２の側面部９２２に反射膜４２９が形成された平板状の四角柱プリズム４２２を用いてある。四角柱プリズム４２２の第１の側面部９２１に対しては、偏光分離膜４２６を挟むようにして複数の小型の直角プリズム９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ、９１Ｄ（三角柱プリズム）の斜面部９１１Ａ、９１１Ｂ、９１１Ｃ、９１１Ｄが接合されている。偏光分離部４０２の出射面、すなわち、各直角プリズム９１Ａ〜９１Ｄの出射面には、小型の変角プリズム９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄが接合されている。ここで、直角プリズム９１Ａ〜９１Ｄ（三角柱プリズム）の数と、第１のレンズ板４４１において幅方向に整列する微小レンズ４４３の数とは、一致している必要はない。
【００５８】
このように構成すると、直角プリズム９１Ａ〜９１Ｄ、および変角プリズム９０Ａ〜９０Ｄとしては、数は多いが、小型のものでよいので、全体としては、軽量化および低コスト化を図ることができる。
【００５９】
（実施例７）
図９に示す偏光照明装置１０００の偏光分離部４０２では、対向する２つの側面部のうちの第１の側面部４２７に偏光分離膜４２６が形成され、第２の側面部４２８に反射膜４２９が形成された平板状の第１の四角柱プリズム４２２と、偏光分離膜４２６を挟むようにして第１の四角柱プリズム４２２に一体化された平板状の第２の四角柱プリズム４２２Ａとを有している。このように構成した偏光照明装置１０００では、薄い第１および第２の四角柱プリズム４２２、４２２Ａで偏光分離部４０２を構成できるので、その軽量化及び低コスト化を図ることができる。
【００６０】
（実施例８）
図１０に示す偏光照明装置１１００の偏光分離部４０２では、斜面部１１０１に偏光分離膜４２６が形成された第１の三角柱プリズム１１０２と、斜面部１１０３に反射膜４２９が形成された第２の三角柱プリズム１１０４とが用いられている。第１の三角柱プリズム１１０２と、第２の三角柱プリズム１１０４とは、斜面部１１０１（偏光分離膜４２６）と斜面部１１０３（反射膜４２９）とが所定の隙間Ｇを隔てた状態に枠体（図示せず。）などで固定され、一体になっている。ここで、隙間Ｇの内部には、液体Ｈが充填されているとともに、液体Ｈは、シール材１１０５によって隙間Ｇの内部に保持されている。
【００６１】
このように構成した偏光照明装置１１００では、実施例１ないし実施例７のようにプリズムの厚さを利用して偏光分離膜４２６と反射膜４２９との間に隙間を確保して所定の角度Θを形成する場合と相違して、隙間Ｇを任意に狭くできるので、光の損失を低減できるという利点があり、更に、低コスト化を図ることが出来る。
【００６２】
（実施例９）
図１１、図１２は、実施例９に係る偏光照明装置の要部を平面的にみた概略構成図、およびその偏光分離部に用いたプリズムの構成を示す外観図である。
【００６３】
図１１において、本例の偏光照明装置１２００も、実施例１の偏光照明装置と同様に、システム光軸Ｌに沿って、光源部４０１、偏光分離部１２０１、およびインテグレータ光学系４０３を有し、光源部４０１から放射された光は、偏光分離部１２０１およびインテグレータ光学系４０３を通って矩形状の照明領域４０４に至るようになっている。但し、光源部４０１は、矩形状の照明領域４０１に向いており、システム光軸Ｌは全体として直線的である。
【００６４】
光源部４０１は、実施例１と同様、光源ランプ４１１から放射されたランダムな偏光光が放物面リフレクター４１２によって一方方向に反射され、略平行な光束となって偏光分離部１２０１に入射されるようになっている。ここで、光源部４０１は、システム光軸Ｌに対して所定の角度をなす方向に向いている。
【００６５】
偏光分離部１２０１は、三角柱形状を有する第１および第２の直角プリズム１２０２、１２０３（三角柱プリズム）と、平板状の四角柱プリズム１２０４から構成された四角柱形状のプリズム合成体１２０５Ａ、１２０５Ｂ、１２０５Ｃ、１２０５Ｄ、１２０５Ｅから構成されている。
【００６６】
プリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｄでは、図１２に示すように、まず、四角柱プリズム１２０４の対向する２つの側面部１２１１、１２１２のうち、第１の側面部１２１１に偏光分離膜４２６が形成され、第２の側面部１２１２に反射膜４２９が形成されている。第１の直角プリズム１２０２の斜面部１２２１は、偏光分離膜４２６を挟むようにして四角柱プリズム１２０４の第１の側面部１２１１に接合されている。また、第２の直角プリズム１２０３の斜面部１２３１は、反射膜４２９を挟むようにして四角柱プリズム１２０４の第２の側面部１２１２に接合されている。但し、プリズム合成体１２０５Ｅについては、光源部４０１からのランダムな偏光光を反射する機能のみを担っているので、偏光分離膜４２６が形成されていない。従って、プリズム合成体１２０５Ｅに代えて、その他の反射機能を有する光学部品を用いることもできる。
【００６７】
このように構成した四角柱状のプリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅは、いずれも同じ向きでシステム光軸Ｌに対して直角をなす横方向に一列に配列されている。従って、各プリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｄの間では、偏光分離膜４２６同士が平行であり、反射膜４２９同士も平行である。
【００６８】
ここで、偏光分離膜４２６は、偏光分離部１２０１の入射面１２４１に対して角度αをなすように形成され、本例では、角度αは、４５度である。反射膜４２９は、偏光分離膜４２６に対してΘの角度をなすように形成されている。
【００６９】
本例でも、第１および第２の直角プリズム１２０２、１２０３、および四角柱プリズム１２０４は、熱的に安定なガラス材料から構成されている。偏光分離膜４２６は、誘電体多層膜で構成されている。反射膜４２９は、一般的なアルミニウム蒸着膜で構成されている。
【００７０】
再び、図１１において、本例では、光源部４０１をシステム光軸Ｌに対して所定の角度をなす方向に向けることにより、偏光分離部１２０１から出射される偏光光の向きを調整してあるため、変角プリズムを省いてある。
【００７１】
本例では、後述のように、光源部４０１からの光がプリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅの１個分に相当する幅だけ横方向（図１１における上方）にシフトしながら偏光分離部１２０１を通過する。したがって、光源部４０１をシステム光軸Ｌに対してプリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅの１個分に相当する幅寸法だけ光のシフト方向とは反対側（図１１における下方）にずらしてある。
【００７２】
偏光分離部１２０１の後段には、第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２からなる２つのレンズ板で構成されたインテグレータ光学系４０３が構成されている。第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２は、同じ数の微小なレンズ４４３、４４４を備える複合レンズ体である。微小レンズ４４３は、照明領域４０４に対応して矩形であり、かつ、照明領域４０４の相似形になっている。さらに、第２のレンズ板４４２には、微小レンズ４４４と、出射側の平凸レンズ４５１との間にλ／２位相差板４４６が形成されている。λ／２位相差板４４６には、第１のレンズ板４４１が二次光源像を形成する位置に位相差層４４７が形成され、位相差層４４７は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光が形成する二次光源像のうち、Ｐ偏光光が二次光源像を形成する位置に規則的に形成されている。
【００７３】
このように構成した偏光照明装置１２００において、光源部４０１からは、ランダムな偏光光が放射され、偏光分離部１２０１に入射される。偏光分離部１２０１に入射したランダムな偏光光は、まず、反射膜４２９で横方向に反射し、隣接するプリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｄに入射される。ここで、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ので、混合光は、偏光分離膜４２６によってＰ偏光光とＳ偏光光の２種類の偏光光に横方向に分離される。すなわち、隣接するプリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｄにシフトしたランダムな偏光光のうち、Ｓ偏光成分は、偏光分離膜４２６で反射されてその進行方向を変えるが、Ｐ偏光成分は、偏光分離膜４２６をそのまま透過し、反射膜４２９で初めて反射される。ここで、反射膜４２９は、偏光分離膜４２６に対してΘの角度をなすように形成されているため、２種類の偏光光は、ガラス材料で構成された各プリズム内で２Θの角度差をもって進行方向が横方向にわずかに分離されたことになる。
【００７４】
そして、進行方向を分離された２種類の偏光光は、インテグレータ光学系４０３に入射される。インテグレータ光学系４０３において、偏光分離部１２０１で進行方向をわずかに分離された２種類の偏光光は、第１のレンズ板４４１に入射して、第２のレンズ板４４２の中に二次光源像を形成する。ここで、二次光源像を形成する位置はλ／２位相差板４４６が形成されている位置である。しかも、λ／２位相差板４４６では、Ｐ偏光光による二次光源像の形成位置に対応して位相差層４４７が選択的に形成されている。したがってＰ偏光光は、位相差層４４７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４４７を通過しないので、偏光面の回転作用を受けずにλ／２位相差板４４６を通過する。従って、インテグレータ光学系４０３から出射される光束のほとんどは、Ｓ偏光の状態にある。このようにしてＳ偏光とされた状態の光束は、偏心レンズ１２３１によって照明領域４０４に照射される。
【００７５】
以上説明したように、本例の偏光照明装置１２００によれば、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光を偏光分離部１２０１で２種類の偏光光に方向分離した後、各偏光光をλ／２位相差板４４６の所定の領域に導いて、Ｐ偏光光をＳ偏光光に転換する。従って、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光をほとんどＳ偏光光に揃えた状態で照明領域４０４に照射できるという効果を奏する。ここで、２種類の偏光光をそれぞれλ／２位相差板４４６の所定の領域に導くには、偏光分離部１２０１の偏光分離性能が高いことが必要であるが、本例では、ガラス製のプリズムと、誘電体多層膜とを利用して偏光分離部１２０１を構成してあるので、偏光分離部１２０１の偏光分離性能は、熱的に安定である。それ故、大きな光出力が要求される照明装置においても常に安定した偏光分離性能を発揮するので、満足の得られる性能を有する偏光照明装置を実現できる。
【００７６】
また、本例では、偏光分離部１２０１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、第２のレンズ板４４２の微小レンズ４４４を横長の矩形に形成してある。このため、光量を無駄にすることなく、横長の矩形形状を有する照明領域４０４を形成できる。かかる横長の矩形形状を有する照明領域４０４は、たとえば、各種の映像を写し出したときに、縦長の投写パターンよりも見やすいとともに、迫力があるという利点がある。
【００７７】
（実施例９の変形例）
なお、実施例９では、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３の幅と、四角柱プリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅの１個分に相当する幅とを同じにしてある。すなわち、ｎを１以上の整数としたときに、プリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅの幅寸法Ｗ１を、第１のレンズ板４４１の矩形レンズ４４３の幅寸法Ｗ２の１／ｎ倍として表せば、ｎが１である条件に相当する。ｎを２、３・・・と大きくしていくと、それに伴って、プリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅの１個分に相当する幅が狭くなるので、プリズム合成体１２０５Ａ〜１２０５Ｅの厚さを薄くできる。
【００７８】
たとえば、ｎを２に設定した場合には、図１３に示す偏光照明装置１２５０の偏光分離部１２０１となる。すなわち、四角柱状のプリズム合成体１２０５Ａ、１２０５Ｂ、１２０５Ｃ・・・の幅寸法Ｗ１は、第１のレンズ板４４１の矩形レンズ４４３の幅寸法Ｗ２の１／２倍である。この場合には、偏光分離部１２０１の薄型化を図ることができるとともに、光源部４０１をシステム光軸Ｌからずらす距離Ｘが短くなるため、結果として、より小型の偏光照明装置を実現できる。
【００７９】
一方、図１１に示す例では、偏光分離部１２０１を第１のレンズ板４４１の手前側に配置しているが、この代わりに、第１のレンズ板４４１と第２のレンズ板４４２の間に配置することもできる。
【００８０】
（実施例１０）
図１４は、実施例１０に係る偏光照明装置の要部を平面的にみた概略構成図である。本例の偏光照明装置１４００も、実施例１の偏光照明装置と同様、システム光軸Ｌに沿って、光源部４０１、偏光分離部１４０１、およびインテグレータ光学系４０３を有し、光源部４０１から放射された光は、偏光分離部１４０１およびインテグレータ光学系４０３を通って矩形状の照明領域４０４に至るようになっている。但し、光源部４０１は、矩形状の照明領域４０４に向いており、システム光軸Ｌは、全体として直線的である。
【００８１】
光源部４０１は、実施例１と同様、光源ランプ４１１から放射されたランダムな偏光光が放物面リフレクター４１２によって一方向に反射され、略平行な光束となって偏光分離部１４０１に入射されるようになっている。
【００８２】
偏光分離部１４０１は、三角柱形状を有する第１および第２の直角プリズム１４０２および１４０３（三角柱プリズム）から構成された四角柱形状のプリズム合成体１４０４Ａ、１４０１Ｂ、１４０４Ｃ、１４０４Ｄ、１４０４Ｅから構成されている。
【００８３】
プリズム合成体１４０４Ａ〜１４０４Ｄでは、第１の直角プリズム１４０２の斜面部１４１１に偏光分離膜４２６が形成され、第２の直角プリズム１４０３の斜面部１４１２は、偏光分離膜４２６を挟むようにして第１の直角プリズム１４０２の斜面部１４１１に接合されている。なお、プリズム合成体１４０４Ａは、プリズム合成体１４０４Ｂで分離されたＳ偏光光を反射する機能のみを担っている。
【００８４】
このように構成したプリズム合成体１４０４Ａ〜１４０４Ｅは、いずれも略同じ向きでシステム光軸Ｌに対して直角をなす横方向に配列されている。但し、本例では、各プリズム合成体１４０４Ａ〜１４０４Ｅは、いずれも幅は同じ寸法であるが、各プリズム合成体１４０４Ａ〜１４０４Ｅの厚さが異なっている。従って、偏光分離部１４０１の入射面１４２１に対して各プリズム合成体１４０４Ａ〜１４０４Ｅの偏光分離膜４２６がなす角度が少しずつ異なる。
【００８５】
本例においては、第１および第２の直角プリズム１４０２、１４０３は、熱的に安定なガラス材料から構成されている。また、偏光分離膜４２６は、誘電体多層膜で構成されている。
【００８６】
本例でも、偏角プリズムを用いて偏光分離部１４０１から出射される偏光光の向きを調整してもよいが、本例では、光源部４０１をシステム光軸Ｌに対して所定の角度をなす方向に向けることにより、偏光分離部１４０１から出射される偏光光の向きを調整してあるため、変角プリズムを省いてある。
【００８７】
偏光分離部１４０１の後段には、第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２を備えるインテグレータ光学系４０３が構成されている。また、レンズ板４４１および第２のレンズ板４４２は、いずれも同じ数の微小なレンズ４４３、４４４を備える複合レンズ体である。ここで、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３は、照明領域４０４に対応して矩形であり、かつ、照明領域４０４の相似形になっている。なお、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３のうち、両端に位置する微小レンズ４４３Ａ（斜線を付した微小レンズ）では、Ｐ偏光光またはＳ偏光光のみが入射されるため、その出射方向を他の部分と変えてある。
【００８８】
本例では、第２のレンズ板４４２は、微小レンズ４４４と、出射側の平凸レンズ４４５との間にλ／２位相差板１４３０が形成されている。λ／２位相差板１４３０では、Ｓ偏光光およびＰ偏光光が形成する二次光源像のうち、Ｐ偏光光が二次光源像を形成する位置に位相差層１４３１が規則的に形成されている。
【００８９】
このように構成した偏光照明装置１４００においても、光源部４０１からのランダムな偏光光が偏光分離部１４０１に入射され、ランダムな偏光光は、偏光分離膜４２６によってＰ偏光光およびＳ偏光光の２種類の偏光光に横方向に分離される。
【００９０】
この原理を、プリズム合成体１４０４Ｃに入射したランダムな偏光光を例に説明する。まず、プリズム合成体１４０４Ｃに入射したランダムな偏光光に含まれるＳ偏光成分は、偏光分離膜４２６で反射されてその進行方向を変えて、隣接するプリズム合成体１４０４Ｂに入射される。次に、Ｓ偏光成分は、プリズム合成体１４０４Ｂにおいて、偏光分離膜４２６で反射され、偏光分離部１４０１から出射される。一方、ランダムな偏光光に含まれるＰ偏光成分は、プリズム合成体１４０４Ｃにおいて、偏光分離膜４２６をそのまま透過する。ここで、各プリズム合成体１４０４Ａ〜１４０４Ｅでは、偏光分離部１４０１の入射面１４２１に対して偏光分離膜４２６がなす角度角度Θ′が僅かな角度ずつずれているので、２種類の偏光光は、ガラス材料で構成された各プリズム内で僅かに角度差をもって進行方向が横方向に分離されたことになる。
【００９１】
進行方向を分離された２種類の偏光光は、インテグレータ光学系４０３に入射される。インテグレータ光学系４０３において、偏光分離部１４０１で進行方向をわずかに分離された２種類の偏光光は、第１のレンズ板４４１に入射して、第２のレンズ板４４２の中に二次光源像を形成する。この二次光源像を形成する位置は、λ／２位相差板１４３０が形成されている位置である。しかも、λ／２位相差板１４３０では、Ｐ偏光光による二次光源像の形成位置に対応して位相差層１４３１が選択的に形成されている。従って、Ｐ偏光光は、位相差層１４３１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１４３１を通過しないので、偏光面の回転作用を受けずにλ／２位相差板１４３０を通過する。従って、インテグレータ光学系４０３から出射される光束のほとんどは、Ｓ偏光の状態にある。このようにしてＳ偏光とされた状態の光束は、偏心レンズ１２３１によって照明領域４０４に照射される。
【００９２】
以上説明したように、本例の偏光照明装置１４００によれば、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光を偏光分離部１４０１で２種類の偏光光に方向分離した後、各偏光光をλ／２位相差板１４３０の所定の領域に導いて、Ｐ偏光光をＳ偏光光に転換する。従って、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光をほとんどＳ偏光光に揃えた状態で照明領域４０４に照射できるという効果を奏する。しかも、ガラス製のプリズムと、誘電体多層膜とを利用して偏光分離部１４０１を構成してあるので、偏光分離部１４０１の偏光分離性能は、熱的に安定である。それゆえに、大きな光出力が要求される照明装置においても常に安定した偏光分離性能を発揮するので、満足の得られる性能を有する偏光照明装置を実現できる。
【００９３】
また、本例では、偏光分離部１４０１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、横長の矩形形状を有する照明領域４０４を形成するのに適している。
【００９４】
なお、本例では、偏光分離部１４０１を第１のレンズ板４４１の手前側に配置しているが、この代わりに、第１のレンズ板４４１と第２のレンズ板４４２の間に配置してもよい。
【００９５】
（実施例１０の変形例）
図１５には上記の実施例１０（図１４参照）の変形例に係る偏光照明装置１９００を示してある。この変形例においては、インテグレータ光学系４０３を構成している第２のレンズ板１４４２の構成が異なっている。すなわち、第２のレンズ板１４４２は、Ｐ偏光光およびＳ偏光光の双方が入射して２つの二次光源像が形成される微小レンズ１４４２Ａ、１４４２Ｂ、１４４２Ｃと、これらの微小レンズよりもシステム光軸Ｌから離れた周辺に位置している単一の二次光源像のみが形成される微小レンズ１４４２Ｄ、１４４２Ｅを備えている。そして、微小レンズ１４４２Ａないし１４４２Ｃの形状および寸法は、２つの二次光源像を包含するように設定されている。これに対して、微小レンズ１４４２Ｄ、１４４２Ｅは、単一の二次光源像を包含する形状および大きさに設定されている。一般には、システム光軸Ｌに近い側の微小レンズに形成される二次光源像の方が、遠い側（周辺側）の微小レンズに形成される二次光源像よりも大きくなるので、システム光軸Ｌに近い所に位置する微小レンズ１４４２Ａないし１４４２Ｃの幅（偏光分離方向の寸法）は、微小レンズ１４４２Ｄ、１４４２Ｅの幅よりも大きく設定される。特に、本例の場合には、微小レンズ１４４２Ｂの幅が最大になるように設定することが望ましい。なお、二次光源像を所定の位置に導くために、第１のレンズ板４４１の設置角度およびプリズムビームスプリッタの偏光分離膜の設置角度を適切に設定する必要がある。
【００９６】
このように、第２のレンズ板１４４２を構成している微小レンズの大きさおよび形状を設定することにより、限られた面積内において微小レンズを効率良く配列できるとともに、光の利用効率を高め、より明るく、しかも明るさにムラのない照明を実現できる。
【００９７】
（実施例１１）
図１６は、実施例１１に係る偏光照明装置の要部を平面的にみた概略構成図である。図において、本例の偏光照明装置１５００も、実施例１０の偏光照明装置と同様、システム光軸Ｌに沿って、光源部４０１、偏光分離部１５０１、およびインテグレータ光学系４０３を有し、光源部４０１から放射された光は、偏光分離部１５０１およびインテグレータ光学系４０３を通って矩形状の照明領域４０４に至るようになっている。光源部４０１は、矩形状の照明領域４０４に向いており、システム光軸Ｌは、全体として直線的である。本例でも、光源部４０１をシステム光軸Ｌに対して所定の角度をなす方向に向けることにより、偏光分離部１５０１から出射される偏光光の向きを調整してあるため、変角プリズムを省いてある。
【００９８】
偏光分離部１５０１は三角柱形状を有する第１および第２の直角プリズム１５０２、１５０３（三角柱プリズム）から構成された四角柱形状のプリズム合成体１５０４Ａ、１５０４Ｂ、１５０４Ｃ、１５０４Ｄ、１５０４Ｅ、１５０４Ｆから構成されている。
【００９９】
プリズム合成体１５０４Ａ〜１５０４Ｆでは、第１の直角プリズム１５０２の斜面部１５１０に偏光分離膜４２６が形成され、第２の直角プリズム１５０３の斜面部１５１１は、偏光分離膜４２６を挟むようにして第１の直角プリズム１５０２の斜面部１５１０に接合されている。
【０１００】
このように構成したプリズム合成体１５０４Ａ〜１５０４Ｆは、各偏光分離膜４２６の向きがシステム光軸Ｌの両側において略反対である。すなわち、光源部４０１の側からみると、システム光軸Ｌに対して右側では、分離膜４２６が外側を向き、システム光軸Ｌに対して左側でも、分離膜４２６が外側を向いている。また、各プリズム合成体１５０４Ａ〜１５０４Ｆは、いずれも幅は同じ寸法であるが、各プリズム合成体１５０４Ａ〜１５０４Ｆの厚さが異なる。従って、偏光分離部１５０１の入射面１５３０に対して各プリズム合成体１５０４Ａ〜１５０４Ｆの偏光分離膜４２６がなす角度が異なる。なお、プリズム合成体１５０４Ａ、１５０４Ｆは、プリズム合成体１５０４Ｂ、１５０４Ｅで分離されたＳ偏光光を反射する機能のみを担っている。
【０１０１】
本例においても、第１および第２の直角プリズム１５０２、１５０３は、熱的に安定なガラス材料から構成されている。また、偏光分離膜４２６は、誘電体多層膜で構成されている。
【０１０２】
偏光分離部１５０１の後段には、第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２からなる２つのレンズ板を備えるインテグレータ光学系４０３が構成されている。第１のレンズ板４４１および第２のレンズ板４４２は、いずれも同じ数の微小なレンズ４４３、４４４を備える複合レンズ体である。第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３は、照明領域４０４に対応して矩形であり、かつ、照明領域４０４の相似形になっている。なお、第１のレンズ板４４１の微小レンズ４４３のうち、斜線を付した微小レンズ４４３Ａでは、Ｓ偏光光或いはＰ偏光光の内のどちらか一方の光束のみが入射されるため、その出射方向を他の部分と変えてある。
【０１０３】
第２のレンズ板４４２には、微小レンズ４４４と、出射側の平凸レンズ４４５との間にλ／２位相差板１５５０が形成されている。また、λ／２位相差板１５５０に形成されている位相差層１５５１は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光が形成する二次光源像のうち、Ｐ偏光光が二次光源像を形成する位置に形成されている。
【０１０４】
このように構成した偏光照明装置１５００において、光源部４０１からのランダムな偏光光は、偏光分離部１５０１に入射され、Ｐ偏光光とＳ偏光光の２種類の偏光光に横方向に分離される。ここにおいて、各プリズム合成体１５０４Ａ〜１５０４Ｆでは、偏光分離部１５０１の入射面１５３０に対して偏光分離膜４２６がなす角度Θ′が僅かな角度ずつずれているので、２種類の偏光光は、ガラス材料で構成された各プリズム内で僅かに角度差をもって進行方向が横方向に分離されたことになる。そして、進行方向を分離された２種類の偏光光は、インテグレータ光学系４０３に入射される。インテグレータ光学系４０３において、偏光分離部１５０１で進行方向をわずかに分離された２種類の偏光光は、第１のレンズ板４４１に入射して、第２のレンズ板４４２の中に二次光源像を形成する。この二次光源像を形成する位置のうち、Ｐ偏光光による二次光源像の形成位置には位相差層１５５１が選択的に形成されている。従って、Ｐ偏光光は、位相差層１５５１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１５５１を通過しないので、偏光面の回転作用を受けずにλ／２位相差板１５５０を通過する。従って、インテグレータ光学系４０３から出射される光束のほとんどは、Ｓ偏光の状態にある。このようにしてＳ偏光とされた状態の光束は、平凸レンズ４４５によって照明領域４０４に照射される。
【０１０５】
以上説明したように、本例の偏光照明装置１５００でも、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光を偏光分離部１５０１で２種類の偏光光に方向分離した後、各偏光光をλ／２位相差板１５５０の所定の領域に導いて、Ｐ偏光光をＳ偏光光に転換する。したがって、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光をほとんどＳ偏光光に揃えた状態で照明領域４０４に照射できるという効果を奏する。また、ガラス製のプリズムと、誘電体多層膜とを利用して偏光分離部１５０１を構成してあるので、偏光分離部１５０１の偏光分離性能は、熱的に安定である。それ故、大きな光出力が要求される照明装置においても常に安定した偏光分離性能を発揮するので、満足の得られる性能を有する偏光照明装置を実現できる。
【０１０６】
また、本例では、偏光分離部１５０１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、横長の矩形形状を有する照明領域４０４を形成するのに適している。
【０１０７】
なお、本例では偏光分離部１５０１を第１のレンズ板の手前側に配置しているが、この代わりに、第１のレンズ板４４１と第２のレンズ板４４２の間に配置してもよい。
【０１０８】
（実施例１１の変形例）
図１７には、上記の実施例１１（図１６参照）の変形例に係る偏光照明装置２０００を示してある。異なる点は、インテグレータ光学系４０３を構成している第２のレンズ板１５４２の微小レンズの形状および大きさである。すなわち、２つの二次光源像が形成される微小レンズ１５４２Ａ，１５４２Ｂの幅寸法（偏光分離方向の寸法）は、単一の二次光源像が形成される微小レンズ１５４２Ｃ、１５４２Ｄ、１５４２Ｅ、１５４２Ｆの幅寸法の２倍に設定されている。
【０１０９】
このように、形成される二次光源像の大きさに応じて、微小レンズの大きさを設定することにより、限られた面積のなかで効率良く微小レンズを配列することができ、その結果、光の利用効率を改善でき、より明るく、しかも明るさムラのない照明を実現できる。
【０１１０】
（実施例１２）
図１８には、本例の別の偏光照明装置を示してある。本例の偏光照明装置１８００も、基本的には、光源４０１と、偏光分離部４０２と、インテグレータ光学系４０３を備えている。しかし、上記の各実施例においては、偏光分離部を構成しているプリズムビームスプリッタをインテグレータ光学系の第１のレンズ板よりも光源の側に配置した構成を採用している。しかるに、本例の装置では、偏光分離部を構成するプリズムビームスプリッタを、第１のレンズ板と第２のレンズ板の間に配置した構成を採用し、光学系を一層コンパクトに構成している。
【０１１１】
図１８に示すように、光源４０１からのランダムな偏光光は、システム光軸Ｌに沿って出射されて、偏光分離部４０２の入射側に配置されている変角プリズム１８０１に入射する。この変角プリズム１８０１により偏光光の進行方向は僅かに傾けられる。従って、偏光光は、変角プリズム１８０１の出射側に配置されているインテグレータ光学系４０３を構成している第１のレンズ板４４１に対して垂直入射方向に対してθだけ傾斜して入射する。図においては、システム光軸Ｌに対して右側にθだけ傾斜した方向に沿って入射する。
【０１１２】
第１のレンズ板４４１は、プリズムビームスプリッタ１８１０の構成素子である直角プリズム１８１１の入射面１８１２に光学的に貼り合わされている。直角プリズム１８１１の入射面１８１２に直交する出射面１８１３には、偏光変換素子であるλ／２位相差板４４６が貼り合わされており、このλ／２位相差板４４６の出射面にはインテグレータ光学系の第２のレンズ板４４２が貼り合わされている。
【０１１３】
プリズムビームスリッタ１８１０は、直角プリズム１８１１と、この傾斜面１８１３に貼り合わせた略平板状の四角柱プリズム１８２０を備えている。そして、前述した例と同様に、直角プリズム１８１１の傾斜面１８１４には偏光分離膜４２６が形成されており、ここに当たった偏光光のうち、たとえば、Ｓ偏光のみが全面反射され、Ｐ偏光はそのまま通過するように構成されている。また、四角柱プリズム１８２０の外側傾斜面１８２１には反射膜４２９が形成されており、ここに当たったＰ偏光が全面反射されるようになっている。
【０１１４】
本例では、偏光分離膜４２６と反射膜４２９のなす角度を適切に設定することにより、変角プリズム１８０１を通って僅かに屈折した状態で入射したランダムな偏光光が、これらの膜４２６、４２９で反射されて、システム光軸Ｌに対して対称な角度で反対側に振り分けられてλ／２位相差板４４６の側に出射するように構成されている。図においては、システム光軸Ｌに対して上下に同一の角度だけ振り分けられた状態となる。
【０１１５】
λ／２位相差板４４６は、通過する偏光の方向を９０度回転させる位相差層（図において斜線で示す部分）４４７と、偏光をそのまま通過させる層４４８とを備えている。この構成は前述の各実施例と同様である。偏光分離部４０２において分離されると共に、システム光軸Ｌに対して上下に対称な方向に振り分けられたＰ偏光とＳ偏光のうち、Ｓ偏光は位相差層４４７の部分に入射する。これに対してＰ偏光の側は層４４８の側に入射する。したがって、Ｓ偏光は偏光方向が９０度回転してＰ偏光となって出射する。この結果、第２のレンズ板４４２にはＰ偏光に揃った光が入射し、ここを介して、照明領域４０４に向かうことになる。
【０１１６】
このように構成した本例の偏光照明装置１８００を用いても、前記の各実施例と同様な効果を得ることができる。また、本例の構成では、インテグレータ光学系を構成している第１および第２のレンズ板がそれぞれ、プリズムビームスプリッタの入射面および出射面に貼り合わされて一体化されている。したがって、構成をコンパクトにできると共に、光学素子の空気との界面を少なくすることができるので、光の利用効率を高めることができる。
【０１１７】
ここで、変角プリズム１８０１を光学経路に配置する理由は、上記のように分離されたＰ偏光およびＳ偏光をシステム光軸に対して対称となるように振り分けるためである。したって、変角プリズム１８０１は、第１のレンズ板の入射側ではなく、その出射側に配置してもよい。例えば、図１８（Ｂ）に示すように、プリズムビームスプリッタの入射面に変角プリズム１８０１を貼り合わせ、この変角プリズム１８０１の入射面に第１のレンズ板を貼り合わせるようにしてもよい。このようにすれば、変角プリズムと第１のレンズ板の間の空気との界面も無くすことができる。
【０１１８】
さらに、変角プリズムを省略して、第１のレンズ板として、図１８（Ｃ）に示すように、偏心系のレンズから構成したものを使用してもよい。
【０１１９】
次に、本例では、第２のレンズ板４４２を構成する微少レンズ４４４の数は、第１のレンズ板４４１を構成する微少レンズ４４３の数と同数とすることもできる。しかし、その２倍として、例えば、図１８（Ｄ）に示すように、第２のレンズ板４４４のぞれぞれを、λ／２位相板４４６の位相差層４４７およびそれ以外の層４４８に対応した一対のレンズ４４４Ａ、４４４Ｂから構成することが望ましい。その理由は、それぞれの偏光光に対応させて設置してレンズの特性を変えることにより、第１のレンズ板と第２のレンズ板との間にできる僅かに異なるＰ、Ｓ偏光光の光路差を吸収し、第２のレンズ板により形成される第１のレンズ板の像の大きさを、照明領域において全て同じにするためである。
【０１２０】
（実施例９の偏光照明装置を用いた投写型表示装置の例）
上述した実施例１乃至１２の偏光照明装置は、液晶ライトバルブを備えた投写型表示装置に用いることができる。
【０１２１】
図１９には、上記の実施例９の装置（図１１参照）を投写型表示装置（液晶プロジェクター）に適用した例である。
【０１２２】
図に示す投写型表示装置１６００には、ランダムな偏光光を一方向に出射する光源部４０１が構成され、この光源部４０１から放射されたランダムな偏光光は、偏光分離部１２０１において、２種類の偏光光に分離するとともに、分離された各偏光光のうち、Ｐ偏光光については、インテグレータ光学系４０３のλ／２位相差板４４６によって、Ｓ偏光光に転換するようになっている。
【０１２３】
かかる偏光照明装置１６００から出射された光束は、まず、青色緑色反射ダイクロイックミラー１６０１において、赤色光が透過して、青色光および緑色光が反射するようになっている。赤色光は、反射ミラー１６０２で反射され、第１の液晶ライトバルブ１６０３に達する。一方、青色光および緑色光のうち、緑色光は、緑色反射ダイクロイックミラー１６０４によって反射され、第２の液晶ライトバルブ１６０５に達する。
【０１２４】
ここで、青色光は、他の２色光に比べて長い光路長（赤色光の光路長と緑色光の光路長は等しい）をもつため、青色光に対しては、入射側レンズ１６０６、リレーレンズ１６０８、および出射側レンズ１６１０からなるリレーレンズ系で構成した導光手段１６５０を設けてある。すなわち、青色光は、緑色反射ダイクロイックミラー１６０４を透過した後、まず、出射側レンズ１６０６、および反射ミラー１６０７を経て、リレーレンズ１６０８に導かれ、このリレーレンズ１６０８に集束された後、反射ミラー１６０９によって出射側レンズ１６１０に導かれ、しかる後に、第３の液晶ライトバルブ１６１１に達する。ここで、第１および第３の液晶ライトバルブ１６０３、１６０５、１６１１は、それぞれの色光を変調し、各色に対応した映像情報を含ませた後、変調した色光をダイクロイックプリズム１６１３（色合成手段）に入射する。ダイクロイックプリズム１６１３は、赤色反射の誘電体多層膜と、青色反射の誘電体多層膜とを十字状に有しており、それぞれの変調光束を合成する。ここで合成された光束は、投写レンズ１６１４（投写手段）を通過してスクリーン１６１５上に映像を形成することになる。
【０１２５】
このように構成した投写型表示装置１６００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は、偏光板で吸収されて熱に変わってしまうため、光の利用効率が低いとともに、偏光板の発熱を抑える大型で騒音が大きな冷却装置が必要であるという問題点があったが、本例の投写型表示装置１６００では、かかる問題点が大幅に解消されている。
【０１２６】
すなわち、本例の投写型表示装置１６００では、偏光照明装置１２００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４４６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１６０３、１６０５、１６１１に導かれるので、光の利用効率が向上し、明るい投写映像を得ることができる。また、偏光板による光吸収量が低減するので、偏光板での温度上昇が抑制される。それ故、冷却装置の小型化や低騒音化を実現できる。しかも、偏光照明装置１２００では、偏光分離膜として熱的に安定な誘電体多層膜を用いているため、偏光分離部１２０１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１６００においても常に安定した偏光分離性能を発揮する。
【０１２７】
さらに、偏光照明装置１６００では、偏光分離部１２０１から出射された２種類の偏光光は、横方向に分離されていることから、光量を無駄にすることなく、横長の矩形形状を有する照明領域を形成できる。それゆえ、偏光照明装置１２００は、見やすくて、かつ、迫力のある映像を投写できる横長の液晶ライトバルブ用に適している。
【０１２８】
それに加えて、本例では、色合成手段としては、ダイクロイックプリズム１６１３を用いているため、小型化が可能である。また、本例では、光路長が他の２色光よりも長い青色光に対しては、入射側レンズ１６０６、リレーレンズ１６０８、および出射側レンズ１６１０からなるリレーレンズ系で構成した導光手段１６５０を設けてあるため、色ムラなどが生じない。
【０１２９】
（実施例１の偏光照明装置を用いた投写型表示装置の例）
投写型表示装置としては、図２０に示すように、ミラー光学系で色合成手段を構成してもよい。図２０に示す投写型表示装置１７００は、図１に示した偏光照明装置４００が用いられており、この偏光照明装置４００でも、光源部４０１から放射されたランダムな偏光光は、偏光分離部４０２において、２種類の偏光光に分離するとともに、分離された各偏光光のうち、Ｐ偏光光については、インテグレータ光学系４０３のλ／２位相差板４４６によって、Ｓ偏光光に転換するようになっている。
【０１３０】
かかる偏光照明装置４００から出射された光束は、まず、赤色反射ダイクロイックミラー１７０１において、赤色光が反射し、青色光および緑色光が透過するようになっている。ここで、赤色光は、反射ミラー１７０５で反射され、第１の液晶ライトバルブ１７０７に達する。一方、青色光および緑色光のうち、緑色光は、緑色反射ダイクロイックミラー１７０２によって反射され、第２の液晶ライトバルブ１７０８に達する。青色光は、緑色反射ダイクロイックミラー１７０２を透過した後、第３の液晶ライトバルブ１７０９に達する。しかる後、第１および第３の液晶ライトバルブ１７０７、１７０８、１７０９は、それぞれの色光を変調し、各色に対応した映像情報を含ませた後、変調した色光を出射する。ここで、色変調された赤色光は、緑色反射ダイクロイックミラー１７０３および青色反射ダイクロイックミラー１７０４を透過して、投写レンズ１７１０（投写手段）に達する。色変調された緑色光は、緑色反射ダイクロイックミラー１７０３で反射した後、青色反射ダイクロイックミラー１７０４を透過して、投写レンズ１７１０に達する。色変調された青色光は、青色反射ダイクロイックミラー１７０４で反射した後、投写レンズ１７１０に達する。
【０１３１】
このように、ダイクロイックミラーからなるミラー光学系で色合成手段を構成した投写型表示装置１７００においても、１種類の偏光光を変調するタイプの液晶ライトバルブが用いられているため、従来の照明装置を用いてランダムな偏光光を液晶ライトバルブに導くと、ランダムな偏光光のうちの半分は、偏光板で吸収されて熱に変わってしまう。従って、従来の照明装置では光の利用効率が低いとともに、偏光板の発熱を抑える大型で騒音の大きな冷却装置が必要であるという問題点があったが、本例の投写型表示装置１７００では、かかる問題点が大幅に解消されている。
【０１３２】
すなわち、本例の投写型表示装置１７００では、偏光照明装置４００において、一方の偏光光（例えば、Ｐ偏光光）のみに対して、λ／２位相差板４４６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１７０７、１７０８、１７０９に導かれるので、光の利用効率が向上し、明るい投写映像を得ることができる。また、偏光板による光吸収量が低減するので、偏光板での温度上昇が抑制される。それゆえ、冷却装置の小型化や低騒音化を実現できる。しかも、偏光照明装置４００では、偏光分離膜として熱的に安定な誘電体多層膜を用いているため、偏光分離部４０３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１７００においても常に安定した偏光分離性能を発揮する。
【０１３３】
（その他の実施形態）
なお、上記の各実施例においては、偏光分離手段で、例えばＰ偏光をＳ偏光に揃えるようにしているが、勿論、偏光方向はいずれの方向に揃えてもよい。また、Ｐ偏光光およびＳ偏光光の双方に対して、位相差層によって偏光面の回転作用を与えて、偏光面を揃えてもよい。
【０１３４】
一方、各実施例では、λ／２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、λ／２位相差板の偏光変換性能を向上させることができる。
【０１３５】
【発明の効果】
本発明の偏光照明装置は、光源と、複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、を備えている。
【０１３６】
したがって、本発明の偏光照明装置によれば、偏光方向の揃った偏光光を照射領域に照射できる。従って、液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置に本発明に係る偏光照明装置を用いた場合には、偏光面が揃った偏光光を液晶ライトバルブに供給できるので、光の利用効率が向上し、投写映像の明るさを向上することができる。また、偏光板による光吸収量が低減するので、偏光板での温度上昇が抑制される。それ故、冷却装置の小型化や低騒音化を実現できる。
【０１３７】
また、本発明では、インレグレータ光学系の特徴である微小な２次光源像を生成するというプロセスを利用して偏光光の分離により生ずる空間的な広がりを回避している。したがって、偏光変換素子を備えた光学系であるにもかかわらず、装置寸法を、従来の照明装置と同じ程度の寸法に抑えることができる。
【０１３８】
さらにまた、本発明では、偏光分離手段としてプリズムビームスプリッタを用いている。プリズムビームスプリッタは、偏光分離膜として熱的に安定な誘電体多層膜を備えているので、偏光分離部の偏光分離性能は熱的に安定である。このため、大きな光出力が要求される投写型表示装置においても常に安定した偏光分離性能を発揮できる。
【０１３９】
プリズムビームスプリッタを第１のレンズ板の入射面側に配置する構成を採用すると、Ｐ偏光光とＳ偏光光との分離特性が良好になる。なぜならば、プリズムビームスプリッタは光の入射角に対してその分離特性が左右される。そのため、リフレクターによって略平行化した光をプリズムビームスプリッタに入射させることにより光の分離特性が、より良好で安定したものとなるからである。
【０１４０】
また、プリズムビームスプリッタを第１のレンズ板の出射面側に配置する構成を採用すると、より装置を小型化することができる。なぜならば、第１のレンズ板と第２のレンズ板との隙間を狭くできるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図２】 図１の装置の偏光分離部の構成を示す説明図である。
【図３】 図１の装置のインテグレータ光学系における第２のレンズ板における２次光源像の形成位置を示す説明図である。
【図４】 本発明の実施例２に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図５】 本発明の実施例３に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図６】 本発明の実施例４に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図７】 本発明の実施例５に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図８】 本発明の実施例６に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図９】 本発明の実施例７に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１０】本発明の実施例８に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１１】 本発明の実施例９に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１２】 図１１の装置の偏光分離部の構成を示す斜視図である。
【図１３】 実施例９に係る偏光照明装置の変形例を示す光学系の概略構成図である。
【図１４】 本発明の実施例１０に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１５】実施例１０の変形例に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１６】本発明の実施例１１に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１７】 実施例１１の変形例に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１８】 本発明の実施例１２に係る偏光照明装置の光学系の概略構成図である。
【図１９】 図１１に示す偏光照明光学系を備えた投写型表示装置の例を示す光学系の概略構成図である。
【図２０】 図１に示す偏光照明光学系を備えた投写型表示装置の例を示す光学系の概略構成図である。
【図２１】 従来の偏光照明装置の光学系を示す図であり、（Ａ）はその概略構成図、（Ｂ）はその第１のレンズ板の斜視図である。
【図２２】 図２１の装置における偏光分離器の概略構成図である。
【符号の説明】
４００ 偏光照明装置
４０１ 光源部
４０２ 偏光分離部
４０３ インテグレータ光学系
４０４ 照明領域
４１１ 光源ランプ
４２１ 直角プリズム（三角柱プリズム）
４２２ 四角柱プリズム
４２６ 偏光分離膜
４２９ 反射膜
４４１ 第１のレンズ板
４４２ 第２のレンズ板
４４６ λ／２位相差板
４２４ 変角プリズム
Claims (19)
- 光源と、
複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、
前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、
前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、
を備えた偏光照明装置であって、
前記偏光分離手段は、平板状の四角柱プリズムと、前記四角柱プリズムの対向する２つの側面部のうちの一方の側面部に斜面部が接合された三角柱プリズムとを有し、
前記四角柱プリズムと前記三角柱プリズムとの接合部分には、偏光分離膜が形成され、
前記四角柱プリズムの他方の側面部には、前記２つの偏光光のうち、前記偏光分離膜を透過した偏光光を所定の方向に反射するための反射膜が形成されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 光源と、
複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、
前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、
前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、
を備えた偏光照明装置であって、
前記偏光分離手段は、平板状の第１の四角柱プリズムと、前記四角柱プリズムの対向する２つの側面部のうちの一方の側面部に側面部が接合された平板状の第２の四角柱プリズムとを有し、
前記第１の四角柱プリズムと前記第２の四角柱プリズムの接合部分には、偏光分離膜が形成され、
前記第１の四角柱プリズムの他方の側面部には、前記２つの偏光光のうち、前記偏光分離膜を透過した偏光光を所定の方向に反射するための反射膜が形成されている
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、
前記三角柱プリズムの内部には液体が充填されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 光源と、
複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、
前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、
前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、
を備えた偏光照明装置であって、
前記偏光分離手段は、平板状の四角柱プリズムと、前記四角柱プリズムの対向する２つの側面部のうちの一方の側面部に斜面部が接合された複数の三角柱プリズムとを有し、
前記四角柱プリズムと前記三角柱プリズムの接合部分には、偏光分離膜が形成され、
前記四角柱プリズムの他方の側面部には、前記２つの偏光光のうち、前記偏光分離膜を透過した偏光光を所定の方向に反射するための反射膜が形成されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 光源と、
複数の矩形レンズによって構成された第１のレンズ板と複数の微小レンズによって構成された第２のレンズ板とを備え、前記光源からの出射光が前記第１のレンズ板を介して前記第２のレンズ板を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、前記第２のレンズ板からの出射光を用いて照明対象物を照明するインテグレータ光学系と、
前記光源から出射された光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離する偏光分離手段と、
前記２つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換手段と、
を備えた偏光照明装置であって、
前記偏光分離手段は、斜面部に偏光分離膜が形成された第１の三角柱プリズムと、前記２つの偏光光のうち、前記偏光分離膜を透過した偏光光を所定の方向に反射するための反射膜が斜面部に形成された第２の三角柱プリズムとを有し、
該第２の三角柱プリズムと前記第１の三角柱プリズムとは、斜面部の間に液体を充填した状態で一体化されている
ことを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記偏光分離手段は、前記光源と前記第１のレンズ板との間に配置されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項６において、前記偏光分離手段と前記インテグレータ光学系との間には、変角プリズムが配置されていることを特徴とする偏光照明装置。
- 請求項６において、前記光源と前記偏光分離手段との間には、変角プリズムが配置されていることを特徴とする偏光照明装置。
- 請求項７または８において、前記変角プリズム、前記偏光分離手段、前記第１のレンズ板のうち、少なくとも２つは一体化されていることを特徴とする偏光照明装置。
- 請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記偏光分離手段は、前記第１のレンズ板と前記第２のレンズ板との間に配置されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１０において、
前記光源と前記第１のレンズ板との間には、変角プリズムが配置されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１０において、
前記第１のレンズ板と前記偏光分離手段との間には、変角プリズムが配置されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１０において、
前記第１のレンズ板を構成している複数の前記矩形レンズは、偏心系のレンズであることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１１〜１３のいずれかにおいて、
前記変角プリズムまたは前記偏心系のレンズ、前記第１のレンズ板、前記偏光分離手段のうち、少なくとも２つは一体化されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１〜１４のいずれかにおいて、
前記偏光分離手段による前記２つの偏光光の分離方向は、被照明領域の長手方向に一致していることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１〜１５のいずれかにおいて、
前記第２のレンズ板を構成している前記微小レンズは、前記第１のレンズ板を構成している前記矩形レンズと相似形であることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１〜１５のいずれかにおいて、
前記第２のレンズ板を構成している前記微小レンズのそれぞれは、前記第１のレンズ板を構成している前記矩形レンズのそれぞれを介して形成される各２次光源像の大きさに応じて、その形状および大きさが決定されていることを特徴とする偏光照明装置。 - 請求項１〜１７の何れかに記載の偏光照明装置と、
前記偏光照明装置からの光束に含まれる偏光光を変調して画像情報を含ませる液晶ライトバルブを備えた変調手段と、
変調光束を投写表示する投写光学系と、
を有することを特徴とする投写型表示装置。 - 請求項１８において、
更に、前記偏光照明装置からの光束を少なくとも２つの光束に分離する色光分離手段と、前記変調手段によって変調された後の変調光束を合成する色光合成手段と、を有し、
前記色光合成手段により得られた合成光束が前記投写光学系を介して投写表示されることを特徴とする投写型表示装置。
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