JP3757939B2 - Polarized illumination device and projection display device - Google Patents

Polarized illumination device and projection display device Download PDF

Info

Publication number
JP3757939B2
JP3757939B2 JP2002359646A JP2002359646A JP3757939B2 JP 3757939 B2 JP3757939 B2 JP 3757939B2 JP 2002359646 A JP2002359646 A JP 2002359646A JP 2002359646 A JP2002359646 A JP 2002359646A JP 3757939 B2 JP3757939 B2 JP 3757939B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polarization
light
prism
lens plate
polarization separation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002359646A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003248197A (en
Inventor
嘉高 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2002359646A priority Critical patent/JP3757939B2/en
Publication of JP2003248197A publication Critical patent/JP2003248197A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3757939B2 publication Critical patent/JP3757939B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

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、複数の四角柱状のプリズム合成体を有し、前記プリズム合成体は、平板状の四角柱プリズムと、該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第１の三角柱プリズムと、前記四角柱プリズムの他方の側面部に斜面部が接合された第２の三角柱プリズムと、前記四角柱プリズムと前記第１の三角柱プリズムとの接合部分に形成された偏光分離膜と、前記四角柱プリズムと前記第２の三角柱プリズムとの接合部分に形成された反射膜と、を備え、前記プリズム合成体は、前記インテグレータ光学系の光軸に対して直角の方向に、かつ前記偏光分離膜同士が平行になるように一列に配置され、前記反射膜は、該反射膜が形成されたプリズム合成体に入射された前記光源部からの前記ランダムな偏光光を一方側で隣接するプリズム合成体に出射するとともに、他方側で隣接するプリズム合成体から入射されてくる偏光方向がランダムな偏光光のうち、同じプリズム合成体に形成されている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ことを特徴とする。
【００１３】
この場合、前記プリズム合成体は、前記偏光分離膜が前記インテグレータ光学系の光軸に対して例えば約４５度の角度をなすように設定される。
【００１４】
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、内部に偏光分離膜が形成された四角柱状のプリズム合成体を複数有し、前記プリズム合成体は、前記偏光分離膜が略同じ向きとなるように、前記インテグレータ光学系の光軸に対して直角の方向に、一列に配置されていることを特徴とする。
【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、内部に前記偏光分離膜が形成された四角柱状のプリズム合成体を複数有し、前記プリズム合成体は、前記インテグレータ光学系の光軸に対して直角の方向に一列に配置されているとともに、前記インテグレータ光学系の光軸の両側では、前記偏光分離膜の向きが略反対となるように配置されていることを特徴とする偏光照明装置。
【００１６】
本発明の偏光照明装置において、プリズム合成体の幅寸法は、インテグレータ光学系の第１のレンズ板を構成する矩形レンズの幅寸法の１／ｎ（ｎは１以上の整数）とすることができる。
【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。また、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。
【００１８】
前記光源と前記偏光分離手段との間には、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】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
【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。
【００２５】
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。
【００２６】
（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
（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。
【００５２】
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。
【００５３】
（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。
【００５４】
（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。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
（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。
【００６０】
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。
【００６１】
（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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
（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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
（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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
（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。
【００９５】
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。
【００９６】
（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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
（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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
（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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
（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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
（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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
（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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
【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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization illumination device that uniformly illuminates a rectangular illumination region or the like using polarized light having a uniform polarization direction. The present invention also relates to a projection display device that modulates polarized light emitted from the polarized illumination device with a light valve and displays an enlarged image on a screen.
[0002]
[Prior art]
As an optical system for uniformly illuminating a rectangular illumination area such as a liquid crystal light valve, an integrator optical system using two lens plates is conventionally known. An integrator optical system is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-111806, and has already been put into practical use as an illumination device for a projection display device using a liquid crystal light valve.
[0003]
In general projection display devices using a liquid crystal light valve that modulates polarized light, only one type of polarized light can be used. Therefore, in order to obtain a bright projected image, it is important to improve the light utilization efficiency. is there. For the purpose of improving the light utilization efficiency in this projection display device, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-202094 proposes a new illumination optical system that combines an integrator illumination method with a polarization conversion method. Yes.
[0004]
The illumination optical system disclosed in this publication is shown in FIG. As shown in FIG. 21A, the polarization illumination apparatus 100 includes a light source 101, an integrator optical system 102, a polarization separator 103 using liquid crystal, and a λ / 2 phase difference plate 104 that is a polarization conversion element. ing. The integrator optical system 102 includes a first lens plate 105 and a second lens plate 106. A polarization separator 103 is arranged on the incident surface side of the first lens plate 105, that is, on the light source 101 side thereof. A λ / 2 phase difference plate 104 is integrally formed on the emission surface of the second lens plate 106, and a field lens 107 is attached to the emission surface of the phase difference plate 104.
[0005]
As shown in FIG. 21B, the first lens plate 105 of the integrator optical system 102 includes a plurality of minute rectangular lenses 108, and the second lens plate 106 is similar to the rectangular lens 108. A lens having the same number of minute lenses is used.
[0006]
Polarized light with a random polarization direction emitted from the light source 101 (actually considered as mixed light of P-polarized light and S-polarized light) is supplied to a polarization separator 103 having a liquid crystal material as a main component. Incident light is separated into P-polarized light and S-polarized light having slightly different emission angles due to the emission angle-dependent characteristics of each polarized light that the polarization separator 103 has. In the figure, the directions are separated by an angle θ. The two polarized lights exiting the polarization separator 103 are incident on the first lens plate 105 of the integrator optical system 102 and are near the focal position of each rectangular lens 108 constituting the same, that is, the corresponding second lens. A pair of secondary light source images composed of a light source image by P-polarized light and a light source image by S-polarized light are formed inside each rectangular lens of the plate 106.
[0007]
The number of the pair of secondary light source images is equal to the number of rectangular lenses constituting the first lens plate. Here, since the λ / 2 phase difference plate 104 is arranged on the emission side of the second lens plate 106 in accordance with each formation position of the secondary light source image, the phase difference plate 104 is used as one polarized light ( For example, when the P-polarized light passes, the polarized light is subjected to the rotation of the polarization plane, and the polarization plane is aligned with the other polarization light (for example, S-polarized light). Thereafter, light beams having the same polarization direction are collected in the illumination area 109 such as a liquid crystal panel through the field lens 107 on the emission side, and the illumination area 109 is irradiated almost uniformly. Therefore, in principle, all the light flux from the light source 101 enters the illumination area 109.
[0008]
FIG. 22 shows a configuration of the polarization separator 103, in which the liquid crystal layer 111 is sandwiched between a prism substrate 112 having a saw-like groove and a glass substrate 113. Since the liquid crystal molecules are aligned parallel to the grooves of the prism substrate 112, the light beam incident perpendicularly to the substrate is divided into anomalous light and ordinary light for the liquid crystal molecules, and is separated in the direction.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the polarization illumination device configured as described above, a liquid crystal material is used as the polarization separation means. In an optical system using a liquid crystal material, the light utilization efficiency is improved, so that a bright projected image can be obtained. However, since the temperature dependence of the refractive index is large for liquid crystal materials, it is unstable because the polarization separation angle fluctuates depending on the temperature when incorporated in an illumination system of a projection display device in which a significant temperature change may occur. There is a problem of becoming.
[0010]
An object of the present invention is to provide a polarization illumination that can stably exhibit excellent performance even in an environment accompanying a significant temperature change by using a polarization separation means having a stable polarization separation angle that is not affected by a temperature change. To implement the device.
[0011]
Another object of the present invention is to realize a projection display device capable of forming a bright projection image by improving the light utilization efficiency by using such a polarized illumination device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a first polarized illumination apparatus according to the present invention includes a light source, a first lens plate configured by a plurality of rectangular lenses, and a second lens configured by a plurality of microlenses. And the light emitted from the light source is projected as a secondary light source image on the entrance surface of each lens constituting the second lens plate via the first lens plate, An integrator optical system that illuminates the object to be illuminated using the light emitted from the two lens plates, a polarization separation means that separates the light emitted from the light source into two polarized lights having orthogonal polarization directions, and the two A polarized light illuminating device including a polarization conversion unit that aligns a polarization direction of polarized light, wherein the polarization separation unit includes a plurality of prismatic prism composites, and the prism composites are flat rectangular prisms. Prism and the four A first triangular prism having a slope portion bonded to one side portion of two opposing side portions of the prism, and a second triangular prism having a slope portion joined to the other side portion of the square prism. A prism, a polarization separation film formed at a junction between the square prism and the first triangular prism, a reflective film formed at a junction between the square prism and the second triangular prism, The prism composite is arranged in a line in a direction perpendicular to the optical axis of the integrator optical system and so that the polarization separation films are parallel to each other. The random polarized light from the light source unit incident on the formed prism composite is emitted to an adjacent prism composite on one side and incident on an adjacent prism composite on the other side. Polarization direction of the randomly polarized light, characterized in that it reflects the polarized light transmitted through the polarization separation film which is formed on the same prism composition in a predetermined direction.
[0013]
In this case, the prism composite is set so that the polarization separation film forms an angle of, for example, about 45 degrees with respect to the optical axis of the integrator optical system.
[0014]
The second polarization illumination device according to the present invention includes a light source, a first lens plate configured by a plurality of rectangular lenses, and a second lens plate configured by a plurality of microlenses, and the light source The light emitted from the first lens plate is projected as a secondary light source image onto the entrance surface of each lens constituting the second lens plate via the first lens plate, and is emitted from the second lens plate. An integrator optical system that illuminates an object to be illuminated using incident light, a polarization separation unit that separates light emitted from the light source into two polarized light beams having orthogonal polarization directions, and a polarization direction of the two polarized light beams are aligned. A polarized light illuminating device comprising: a polarization conversion unit, wherein the polarization separation unit includes a plurality of prismatic prism composites each having a polarization separation film formed therein, and the prism composites include the polarization separations. Membrane direction is almost the same And so that, in the direction perpendicular to the optical axis of the integrator optical system, characterized in that it is arranged in a row.
[0015]
The third polarization illumination device according to the present invention includes a light source, a first lens plate configured by a plurality of rectangular lenses, and a second lens plate configured by a plurality of microlenses, and the light source The light emitted from the first lens plate is projected as a secondary light source image onto the entrance surface of each lens constituting the second lens plate via the first lens plate, and is emitted from the second lens plate. An integrator optical system that illuminates an object to be illuminated using incident light, a polarization separation unit that separates light emitted from the light source into two polarized light beams having orthogonal polarization directions, and a polarization direction of the two polarized light beams are aligned. A polarization illuminating device comprising: a polarization conversion unit, wherein the polarization separation unit includes a plurality of prismatic prism composites each having the polarization separation film formed therein, and the prism composite includes the integrator light Are arranged in a line perpendicular to the optical axis of the system, and are arranged so that the directions of the polarization separation films are substantially opposite on both sides of the optical axis of the integrator optical system. Polarized illumination device.
[0016]
In the polarization illumination device of the present invention, the width dimension of the prism composite can be set to 1 / n (n is an integer of 1 or more) of the width dimension of the rectangular lens constituting the first lens plate of the integrator optical system. .
[0017]
In the polarized light illumination device of the present invention, the polarized light separating means can be disposed between the light source and the first lens plate. Alternatively, it can be disposed between the first lens plate and the second lens plate.
[0018]
A variable angle prism can be disposed between the light source and the polarization separation unit. In this case, at least two of the variable angle prism, the polarization separation unit, and the first lens plate are used. Can be integrated.
[0019]
Here, it is desirable that the separation direction of the two polarized lights by the polarization separation means is the longitudinal direction when the illuminated region is long on one side, such as a rectangle.
[0020]
Further, in the second lens plate constituting the integrator optical system, the shape of each minute lens constituting the integrator optical system can be similar to that of each rectangular lens in the first lens plate.
[0021]
Instead, the shape and size of each minute lens of the second lens plate are determined according to the size of each secondary light source image formed through each of the rectangular lenses of the first lens plate. It is desirable to do. In this way, it is possible to improve the light utilization efficiency, and to perform uniform illumination that is brighter and has no unevenness in brightness.
[0022]
On the other hand, the present invention relates to a projection display device provided with the polarized illumination device having the above-described configurations. That is, it has a polarization illumination device, a modulation means including a liquid crystal light valve that modulates polarized light contained in a light beam from the polarization illumination device to include image information, and a projection optical system that projects and displays the modulated light beam. In the projection display device, a configuration in which the polarized illumination device having the above-described configuration is applied as the polarized illumination device.
[0023]
In general, the projection display device includes a color light separating unit that separates a light beam from the polarized illumination device into at least two light beams, and a color light combining unit that combines the modulated light beam modulated by the modulation unit. The combined light beam obtained by the color light synthesizing means is configured to project and display a color image via the projection optical system.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0025]
In the following description of each embodiment and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to portions corresponding to each other to avoid duplication of the description.
[0026]
Example 1
The polarization illumination apparatus according to Embodiment 1 shown in FIG. 1 uses a prism beam splitter having excellent temperature dependence of the polarization separation angle as the polarization separation means, so that it can be used even in an environment with a significant temperature change. It is designed to enable stable performance.
[0027]
FIG. 1 shows a schematic configuration when the polarized illuminating device of this example is viewed in plan. The polarized light illumination device 400 of this example includes a light source unit 401, a polarization separation unit 402, and an integrator optical system 403 along the system optical axis L that is bent at a right angle, and the light emitted from the light source unit 401 is polarized. A rectangular illumination region 404 is reached through the separation unit 402 and the integrator optical system 403.
[0028]
The light source unit 401 is mainly composed of a light source lamp 411 and a parabolic reflector 412, and polarized light with a random polarization direction emitted from the light source lamp 401 (hereinafter simply referred to as random polarized light). The light is reflected in one direction by the paraboloid reflector 412 and is incident on the polarization separation unit 402 as a substantially parallel light beam. Here, instead of the parabolic reflector 412, an elliptical reflector, a spherical reflector, or the like can be used.
[0029]
The polarization separation unit 402 is an improvement based on a general beam splitter, and is mainly composed of a right-angle prism 421 (triangular prism) having a triangular prism shape and a flat rectangular prism 422. In this example, a variable angle prism 424 having a triangular prism shape is optically bonded to the emission surface 423 of the polarization separation unit 402.
[0030]
As shown in FIG. 2, a polarization separation film 426 is formed on the slope portion 425 of the right-angle prism 421, and the first prism of the square prism 422 is placed on the slope portion 425 of the right-angle prism 421 so as to sandwich the polarization separation film 426. The side surface portion 427 is optically bonded. In the quadrangular prism 422, a reflective film 429 is formed on the second side surface 428 that faces the first side surface 427. The polarization separation film 426 is formed so as to form an angle α with respect to the incident surface 431 of the polarization separation unit 402. In this example, the angle α is 45 degrees. The reflection film 429 is formed so as to form an angle of Θ with respect to the polarization separation film 426. However, the angle α formed between the polarization separation film 426 and the incident surface 431 is not limited to 45 degrees and may be set according to the incident angle of the incident light beam from the light source unit 401.
[0031]
In this example, the right-angle prism 421 and the quadrangular prism 422 are made of a thermally stable glass material. The polarization separation film 426 is formed of a dielectric multilayer film made of an inorganic material. The reflection film 429 is configured by a general aluminum vapor deposition film.
[0032]
An integrator optical system 403 including a first lens plate 441 and a second lens plate 442 is configured at the subsequent stage of the polarization separation unit 402 and the variable angle prism 424. As described with reference to FIG. 1, the first lens plate 441 and the second lens plate 442 are compound lens bodies each including the same number of minute lenses 443 and 444. Here, the micro lens 443 of the first lens plate 441 has a horizontally long rectangular shape similar to the illumination region 404.
[0033]
Furthermore, in this example, a λ / 2 phase difference plate 446 as a polarization conversion element is formed on the second lens plate 442 between the micro lens 444 and the plano-convex lens 445 on the emission side. The λ / 2 phase difference plate 446 is formed in a direction perpendicular to the system optical axis L at a position where the first lens plate 441 forms a secondary light source image through a process described later. The retardation layer 447 formed on the λ / 2 retardation film 446 is located at a position where the P-polarized light forms the secondary light source image among the secondary light source images formed by the S-polarized light and the P-polarized light. It is regularly formed to correspond.
[0034]
In the polarization illumination device 400 configured in this way, as shown in FIG. 1, random polarized light is emitted from the light source unit 401 and is incident on the polarization separation unit 402. Random polarized light incident on the polarization separation unit 402 can be considered as mixed light of P-polarized light and S-polarized light. In the polarization separation unit 402, the mixed light is converted into P-polarized light by the polarization separation film 426. The light is separated into two types of polarized light of S-polarized light in the horizontal direction (vertical direction in FIG. 1). That is, the S-polarized component included in the randomly polarized light is reflected by the polarization separation film 426 and changes its traveling direction, but the P-polarized component is transmitted through the polarization separation film 426 as it is and is reflected by the reflection film 429 for the first time. The Here, since the reflection film 429 is formed so as to form an angle of Θ with respect to the polarization separation film 426, the two kinds of polarized light have an angle difference of 2Θ within each prism made of a glass material. The traveling direction is slightly separated in the lateral direction (corresponding to the vertical direction in FIG. 1, that is, the longitudinal direction of the illumination area 404).
[0035]
In addition, when the two types of polarized light slightly separated from each other in the traveling direction are emitted from the variable angle prism 424, their emission angles are set so as to have a substantially symmetric incident angle across the system optical axis L in the lateral direction. In this state, the light is incident on the integrator optical system 403.
[0036]
In the integrator optical system 403, the two types of polarized light are incident on the first lens plate 441 and form secondary light source images in the second lens plate 442, respectively. A λ / 2 phase difference plate 446 is disposed at a position where the secondary light source image is formed.
[0037]
Here, since the two types of polarized light are slightly separated from each other in the lateral direction by the polarization separation unit 402, the incident angles with respect to the first lens plate 441 are slightly different. Therefore, secondary light source images formed by two types of polarized light when the second lens plate 442 is viewed from the illumination region 404 side are as shown in FIG. That is, the two types of polarized light include a secondary light source image C1 formed by P-polarized light (a region with an oblique line rising to the left of the circular image) and a secondary light source image C2 formed by S-polarized light (circular). In this image, two secondary light source images in a region with a diagonal line rising to the right are formed in a state of being arranged in the horizontal direction. In addition, each microlens 443 constituting the first lens plate 441 forms a secondary light source image C1 using P-polarized light and a secondary light source image C2 using S-polarized light, respectively. On the other hand, in the λ / 2 retardation plate 446, the retardation layer 447 is selectively formed corresponding to the formation position of the secondary light source image C1 by P-polarized light. Therefore, when the P-polarized light passes through the retardation layer 447, the polarization plane is rotated, and the P-polarized light is converted into S-polarized light. On the other hand, since the S-polarized light does not pass through the retardation layer 447, it passes through the λ / 2 retardation plate 446 without being subjected to the rotating action of the polarization plane. Therefore, most of the light beam emitted from the integrator optical system 403 is aligned with the S-polarized light.
[0038]
The light beam thus aligned with the S-polarized light is irradiated onto the illumination area 404 by the plano-convex lens 445. In other words, the image surface cut out by the minute lens 443 of the first lens plate 441 is superposed and imaged in one place by the second lens plate 442, and one kind of image surface when passing through the λ / 2 phase difference plate 446. Since almost all of the light reaches the illumination region 404 by being converted into the polarized light, the illumination region 404 is uniformly illuminated with almost one kind of polarized light.
[0039]
As described above, according to the polarization illumination device 400 of the present example, the randomly polarized light emitted from the light source unit 401 is direction-separated into two types of polarized light by the polarization separation unit 402, and then each polarized light is converted to λ. / 2 It guide | induces to the predetermined area | region of the phase difference plate 446, and converts P polarized light into S polarized light. Accordingly, it is possible to irradiate the illumination area 404 with the random polarized light emitted from the light source unit 401 almost aligned with the S-polarized light.
[0040]
Moreover, in order to guide the two types of polarized light respectively to the predetermined regions of the λ / 2 phase difference plate 446, it is necessary that the polarization separation unit 402 has high polarization separation performance. Since the polarization separation unit 402 is configured using a dielectric multilayer film made of an inorganic material, the polarization separation performance of the polarization separation unit 402 is thermally stable. Therefore, since a stable polarization separation performance is always exhibited even in an illumination device that requires a large light output, a polarization illumination device having satisfactory performance can be realized.
[0041]
Further, the variable angle prism 424 is joined to the output surface 423 of the polarization separation unit 402 between the polarization separation unit 402 and the integrator optical system 403, and is integrated with the polarization separation unit 402. For this reason, the light quantity loss due to the light reflection at the interface between the right-angle prism 421 and the variable-angle prism 424 can be reduced.
[0042]
Furthermore, in this example, since the two types of polarized light emitted from the polarization separation unit 402 are separated in the horizontal direction, the minute lens 444 of the second lens plate 442 is formed in a horizontally long rectangle. For this reason, even when the illumination area 404 having a horizontally long rectangular shape is formed, the amount of light is not wasted. Here, when the illumination area 404 having a horizontally long rectangular shape is used for projecting various images, for example, it has an advantage that it is easier to see than a vertically long image and the image is powerful.
[0043]
Note that the plano-convex lens 445 disposed on the emission side of the second lens plate 442 is disposed in order to guide the light beam emitted from the second lens plate 442 to the illumination region 404. Therefore, if the second lens plate 442 is an eccentric lens, the plano-convex lens 445 can be omitted.
[0044]
In this example, the P-polarized light is condensed on the retardation layer 447 of the λ / 2 retardation film 446. Conversely, the S-polarized light may be condensed on the retardation layer 447. In this case, since the S-polarized light is converted to P-polarized light, the illumination area 404 can be irradiated in a state where it is aligned with the P-polarized light. Further, the position where the λ / 2 phase difference plate 446 is disposed is not limited to the position between the microlens 444 and the plano-convex lens 445, and may be another position as long as it is in the vicinity of the position where the secondary light source image is formed. Absent.
[0045]
Furthermore, two types of retardation layers having different characteristics are arranged at the condensing position by P-polarized light and the condensing position by S-polarized light, respectively, and aligned with one type of polarized light having a specific polarization direction. Also good.
[0046]
In this example, the minute lens 443 of the first lens plate 441 is a horizontally long rectangular lens, but the shape of the minute lens 444 of the second lens plate 442 is not limited. However, as shown in FIG. 3, the secondary light source image C1 formed by the P-polarized light and the secondary light source image C2 formed by the S-polarized light are formed in a state of being aligned in the horizontal direction. Corresponding to the position, the shape of the minute lens 444 of the second lens plate 442 may be a horizontally long rectangular lens similar to the minute lens 443 of the first lens plate 441.
[0047]
Here, the shape of each microlens 444 of the second lens plate 442 may be as follows instead of the similar shape of the microlens 443 of the first lens plate. In general, the size of the secondary light source image formed on each microlens 444 of the second lens plate 442 is large in the vicinity of the system optical axis L, and becomes smaller as the distance from the secondary light source image increases. Therefore, the size of each microlens 444 of the second lens plate 442 is determined so as to have a shape and size that can include the secondary light source image formed on each lens. By determining the microlens 444 in this manner, the light use efficiency can be increased, and brighter and uniform illumination can be performed.
[0048]
(Example 2)
In the first embodiment, the variable angle prism 424 is arranged to set the emission direction of the two types of polarized light to a predetermined direction. Therefore, the arrangement position is not limited to the emission side of the polarization separation unit. It may be a position adjacent to the incident side of the polarization separation unit, that is, the light source unit side or the first lens plate of the integrator optical system.
[0049]
That is, you may comprise like the polarization illumination apparatus which concerns on Example 2 shown in FIG. In this polarized light illumination device and each embodiment described below, the basic configuration is the same as that of the polarized light illumination device according to the first embodiment. Description is omitted.
[0050]
In the polarization illumination device 500 shown in FIG. 4, the variable angle prism 424 is similarly disposed between the polarization separation unit 402 and the integrator optical system 403, but is joined to the first lens plate 441 of the integrator optical system 403. Thus, it is integrated with the integrator optical system 403. For this reason, the light quantity loss due to the light reflection at the interface between the variable angle prism 424 and the first lens plate 441 can be reduced.
[0051]
Example 3
In addition, as in the polarization illumination device 600 shown in FIG. 5, the variable angle prism 424 is disposed between the polarization separation unit 402 and the light source unit 401, and is joined to the incident surface 431 of the polarization separation unit 402. 402 may be integrated. In this case, the light amount loss due to light reflection at the interface between the variable angle prism 424 and the right angle prism 421 can be reduced. In the case of such a structure, the first lens plate 441 of the integrator optical system 403 is connected to the emission surface 423 of the polarization separation unit 402, and the variable angle prism 424, the polarization separation unit 402, and the integrator optical are connected. System 403 may be integrated. In this case, the light quantity loss due to the light reflection at the interface can be further reduced.
[0052]
If the direction of the light source unit 401 is slightly inclined with respect to the system optical axis L as indicated by a dotted line, the variable angle prism 424 can be omitted.
[0053]
(Example 4)
In the polarization illumination device 700 shown in FIG. 6, in the polarization separation unit 402, the angle formed by the incident surface 431 and the polarization separation film 426 is 45 degrees, and the angle formed by the incident surface 431 and the reflection film 429 is 45 degrees. In the following cases, the direction of the declination prism 424 may be reversed from that shown in FIG. Therefore, even if the shape of the polarization separation unit 402 changes, the structure of the integrator optical system 403 and the like may remain as it is, and it is not necessary to change the structure.
[0054]
(Example 5)
In the polarization illumination device 800 shown in FIG. 7, the arrangement of each optical system is the same as that in the first embodiment, but among the right-angle prism 421 (triangular prism) and the quadratic prism 422 constituting the polarization separation unit 402, a right-angle prism. Reference numeral 421 includes a prism structure 421G including six transparent plates constituting the wall surface, and a liquid 421L filled therein. Therefore, the cost of the right-angle prism 421 can be reduced. Further, the right-angle prism 421 can be reduced in weight by filling the prism structure 421G with a liquid having a small specific gravity as the liquid 421L.
[0055]
Similarly, when a transparent liquid is filled in a portion where the polarization separation film 426 and the reflection film 429 are sandwiched, that is, inside the quadrangular prism 422, the cost and weight of the quadrangular prism 422 are reduced. be able to.
[0056]
(Example 6)
In the polarization separation unit 402 of the polarization separation device 900 shown in FIG. 8, the polarization separation film 426 is formed on the first side surface portion 921 of the two opposing side surface portions, and the reflection film 429 is formed on the second side surface portion 922. The formed flat rectangular prism 422 is used. With respect to the first side surface portion 921 of the quadrangular prism 422, the slope portions 911A, 911B, 911C, and 911D of a plurality of small right angle prisms 91A, 91B, 91C, and 91D (triangular prisms) with the polarization separation film 426 interposed therebetween. Are joined. Small variable angle prisms 90 </ b> A, 90 </ b> B, 90 </ b> C, and 90 </ b> D are joined to the emission surface of the polarization separation unit 402, that is, the emission surfaces of the right-angle prisms 91 </ b> A to 91 </ b> D. Here, the number of right-angle prisms 91A to 91D (triangular prisms) and the number of microlenses 443 aligned in the width direction on the first lens plate 441 do not need to match.
[0057]
When configured in this manner, the right-angle prisms 91A to 91D and the variable angle prisms 90A to 90D are large in number, but may be small in size, so that overall weight reduction and cost reduction can be achieved.
[0058]
(Example 7)
In the polarization separation unit 402 of the polarization illumination device 1000 illustrated in FIG. 9, the polarization separation film 426 is formed on the first side surface portion 427 of the two opposing side surface portions, and the reflection film 429 is formed on the second side surface portion 428. A flat plate-shaped first quadrangular prism 422 formed and a flat plate-shaped second quadrangular prism 422A integrated with the first quadrangular prism 422 so as to sandwich the polarization separation film 426 are provided. . In the polarization illumination device 1000 configured as described above, the polarization separation unit 402 can be configured by the thin first and second quadrangular prisms 422 and 422A, and thus the weight and cost can be reduced.
[0059]
(Example 8)
In the polarization separation unit 402 of the polarization illumination device 1100 shown in FIG. 10, the first triangular prism 1102 having the polarization separation film 426 formed on the slope part 1101 and the second triangular prism having the reflection film 429 formed on the slope part 1103. A prism 1104 is used. The first triangular prism 1102 and the second triangular prism 1104 are configured such that the inclined surface 1101 (polarization separation film 426) and the inclined surface 1103 (reflective film 429) are separated from each other by a predetermined gap G (see FIG. (Not shown) etc.) and fixed. Here, the gap G is filled with the liquid H, and the liquid H is held inside the gap G by the sealing material 1105.
[0060]
In the polarization illumination device 1100 configured as described above, a gap is secured between the polarization separation film 426 and the reflection film 429 using the thickness of the prism as in the first to seventh embodiments, and a predetermined angle Θ. Unlike the case of forming the gap G, the gap G can be arbitrarily narrowed. Therefore, there is an advantage that the loss of light can be reduced, and the cost can be further reduced.
[0061]
Example 9
FIGS. 11 and 12 are a schematic configuration diagram of a main part of the polarization illumination apparatus according to the ninth embodiment viewed in plan, and an external view illustrating the configuration of the prism used in the polarization separation unit.
[0062]
In FIG. 11, the polarization illumination device 1200 of this example also includes a light source unit 401, a polarization separation unit 1201, and an integrator optical system 403 along the system optical axis L, as in the polarization illumination device of Example 1. The light emitted from the light source unit 401 reaches the rectangular illumination region 404 through the polarization separation unit 1201 and the integrator optical system 403. However, the light source unit 401 faces the rectangular illumination region 401, and the system optical axis L is linear as a whole.
[0063]
In the light source unit 401, as in the first embodiment, random polarized light emitted from the light source lamp 411 is reflected in one direction by the paraboloid reflector 412 and enters the polarization separation unit 1201 as a substantially parallel light beam. It is like that. Here, the light source unit 401 is oriented in a direction that forms a predetermined angle with respect to the system optical axis L.
[0064]
The polarization separation unit 1201 is a prismatic prism composite 1205A, 1205B, 1205C composed of first and second right-angle prisms 1202 and 1203 (triangular prisms) having a triangular prism shape and a flat rectangular prism prism 1204. 1205D and 1205E.
[0065]
In the prism composites 1205 </ b> A to 1205 </ b> D, as shown in FIG. 12, first, a polarization separation film 426 is formed on the first side surface portion 1211 of the two side surface portions 1211 and 1212 facing each other of the quadrangular prism 1204. A reflective film 429 is formed on the second side surface portion 1212. The inclined surface portion 1221 of the first right-angle prism 1202 is joined to the first side surface portion 1211 of the quadrangular prism 1204 with the polarization separation film 426 interposed therebetween. Further, the inclined surface portion 1231 of the second right-angle prism 1203 is joined to the second side surface portion 1212 of the quadrangular prism 1204 so as to sandwich the reflective film 429. However, since the prism composite 1205E has only a function of reflecting random polarized light from the light source unit 401, the polarization separation film 426 is not formed. Therefore, instead of the prism composite 1205E, other optical components having a reflection function can be used.
[0066]
The prismatic prism composites 1205A to 1205E configured in this way are all arranged in a line in the horizontal direction perpendicular to the system optical axis L in the same direction. Therefore, between the prism composites 1205A to 1205D, the polarization separation films 426 are parallel to each other, and the reflection films 429 are also parallel to each other.
[0067]
Here, the polarization separation film 426 is formed so as to form an angle α with respect to the incident surface 1241 of the polarization separation unit 1201. In this example, the angle α is 45 degrees. The reflection film 429 is formed so as to form an angle of Θ with respect to the polarization separation film 426.
[0068]
Also in this example, the first and second right-angle prisms 1202 and 1203 and the quadrangular prism 1204 are made of a thermally stable glass material. The polarization separation film 426 is formed of a dielectric multilayer film. The reflection film 429 is configured by a general aluminum vapor deposition film.
[0069]
In FIG. 11 again, in this example, the direction of the polarized light emitted from the polarization separation unit 1201 is adjusted by directing the light source unit 401 in a direction that forms a predetermined angle with respect to the system optical axis L. The variable angle prism is omitted.
[0070]
In this example, as will be described later, light from the light source unit 401 passes through the polarization separation unit 1201 while shifting in the horizontal direction (upward in FIG. 11) by a width corresponding to one of the prism composites 1205A to 1205E. . Therefore, the light source unit 401 is shifted from the system optical axis L to the side opposite to the light shift direction (downward in FIG. 11) by a width dimension corresponding to one of the prism composites 1205A to 1205E.
[0071]
An integrator optical system 403 composed of two lens plates including a first lens plate 441 and a second lens plate 442 is configured at the subsequent stage of the polarization separation unit 1201. The first lens plate 441 and the second lens plate 442 are compound lens bodies including the same number of minute lenses 443 and 444. The microlens 443 has a rectangular shape corresponding to the illumination area 404 and is similar to the illumination area 404. Further, on the second lens plate 442, a λ / 2 phase difference plate 446 is formed between the minute lens 444 and the plano-convex lens 451 on the emission side. A retardation layer 447 is formed on the λ / 2 retardation plate 446 at a position where the first lens plate 441 forms a secondary light source image. The retardation layer 447 forms S-polarized light and P-polarized light. Among the secondary light source images, P-polarized light is regularly formed at positions where the secondary light source images are formed.
[0072]
In the polarization illumination device 1200 configured as described above, random polarized light is emitted from the light source unit 401 and is incident on the polarization separation unit 1201. The randomly polarized light that has entered the polarization separation unit 1201 is first reflected in the lateral direction by the reflective film 429, and is incident on the adjacent prism composites 1205A to 1205D. Here, since randomly polarized light can be considered as mixed light of P-polarized light and S-polarized light, the mixed light is converted into two types of polarized light of P-polarized light and S-polarized light by the polarization separation film 426. Separated laterally. That is, among the randomly polarized light shifted to the adjacent prism composites 1205A to 1205D, the S-polarized component is reflected by the polarization separation film 426 and changes its traveling direction, while the P-polarized component is passed through the polarization separation film 426. The light is transmitted as it is and is reflected by the reflective film 429 for the first time. Here, since the reflection film 429 is formed so as to form an angle of Θ with respect to the polarization separation film 426, the two kinds of polarized light have an angle difference of 2Θ within each prism made of a glass material. The traveling direction is slightly separated in the lateral direction.
[0073]
Then, the two types of polarized light whose traveling directions are separated are incident on the integrator optical system 403. In the integrator optical system 403, the two types of polarized light, whose traveling directions are slightly separated by the polarization separation unit 1201, enter the first lens plate 441 and enter the second light source image in the second lens plate 442. Form. Here, the position where the secondary light source image is formed is the position where the λ / 2 phase difference plate 446 is formed. Moreover, in the λ / 2 phase difference plate 446, the phase difference layer 447 is selectively formed corresponding to the formation position of the secondary light source image by the P-polarized light. Therefore, when the P-polarized light passes through the retardation layer 447, the polarization plane is rotated, and the P-polarized light is converted into S-polarized light. On the other hand, since the S-polarized light does not pass through the retardation layer 447, it passes through the λ / 2 retardation plate 446 without being subjected to the rotating action of the polarization plane. Therefore, most of the light beam emitted from the integrator optical system 403 is in the S-polarized state. The light beam in the state of S polarization in this way is irradiated to the illumination area 404 by the eccentric lens 1231.
[0074]
As described above, according to the polarized light illumination device 1200 of this example, random polarized light emitted from the light source unit 401 is direction-separated into two types of polarized light by the polarization separation unit 1201, and then each polarized light is converted to λ. / 2 It guide | induces to the predetermined area | region of the phase difference plate 446, and converts P polarized light into S polarized light. Therefore, there is an effect that it is possible to irradiate the illumination region 404 in a state in which random polarized light emitted from the light source unit 401 is almost aligned with S-polarized light. Here, in order to guide two types of polarized light respectively to the predetermined regions of the λ / 2 phase difference plate 446, the polarization separation unit 1201 needs to have high polarization separation performance. Since the polarization separation unit 1201 is configured using the prism and the dielectric multilayer film, the polarization separation performance of the polarization separation unit 1201 is thermally stable. Therefore, since a stable polarization separation performance is always exhibited even in an illumination device that requires a large light output, a polarization illumination device having satisfactory performance can be realized.
[0075]
In this example, since the two types of polarized light emitted from the polarization separation unit 1201 are separated in the horizontal direction, the minute lens 444 of the second lens plate 442 is formed in a horizontally long rectangle. . For this reason, the illumination region 404 having a horizontally long rectangular shape can be formed without wasting light. The illumination area 404 having such a horizontally long rectangular shape has an advantage that, for example, when various images are projected, it is easier to see than a vertically long projection pattern and is powerful.
[0076]
(Modification of Example 9)
In the ninth embodiment, the width of the minute lens 443 of the first lens plate 441 and the width corresponding to one of the square prism prism composites 1205A to 1205E are the same. That is, when n is an integer greater than or equal to 1, if the width dimension W1 of the prism composites 1205A to 1205E is expressed as 1 / n times the width dimension W2 of the rectangular lens 443 of the first lens plate 441, n is This corresponds to the condition of 1. As n is increased to 2, 3,..., the width corresponding to one of the prism composites 1205A to 1205E becomes narrow accordingly, so that the thickness of the prism composites 1205A to 1205E can be reduced. .
[0077]
For example, when n is set to 2, the polarization separation unit 1201 of the polarization illumination device 1250 shown in FIG. 13 is obtained. That is, the width dimension W1 of the prismatic prism composites 1205A, 1205B, 1205C,... Is ½ times the width dimension W2 of the rectangular lens 443 of the first lens plate 441. In this case, the polarization separation unit 1201 can be thinned, and the distance X for shifting the light source unit 401 from the system optical axis L is shortened. As a result, a more compact polarization illumination device can be realized.
[0078]
On the other hand, in the example illustrated in FIG. 11, the polarization separation unit 1201 is disposed on the front side of the first lens plate 441, but instead, between the first lens plate 441 and the second lens plate 442. It can also be arranged.
[0079]
(Example 10)
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of the main part of the polarization illumination device according to the tenth embodiment when viewed in plan. Similarly to the polarization illumination apparatus of the first embodiment, the polarization illumination apparatus 1400 of the present example also includes a light source unit 401, a polarization separation unit 1401, and an integrator optical system 403 along the system optical axis L, and radiates from the light source unit 401. The emitted light passes through the polarization separation unit 1401 and the integrator optical system 403 and reaches the rectangular illumination region 404. However, the light source unit 401 faces the rectangular illumination area 404, and the system optical axis L is linear as a whole.
[0080]
In the light source unit 401, as in the first embodiment, random polarized light emitted from the light source lamp 411 is reflected in one direction by the paraboloid reflector 412, and enters the polarization separation unit 1401 as a substantially parallel light beam. It is like that.
[0081]
The polarization separation unit 1401 is composed of quadrangular prism-shaped prism composites 1404A, 1401B, 1404C, 1404D, and 1404E composed of first and second right-angle prisms 1402 and 1403 (triangular prisms) having a triangular prism shape. .
[0082]
In the prism composites 1404A to 1404D, the polarization separation film 426 is formed on the slope portion 1411 of the first right-angle prism 1402, and the slope portion 1412 of the second right-angle prism 1403 is the first right angle so as to sandwich the polarization separation film 426. It is joined to the slope portion 1411 of the prism 1402. The prism composite 1404A has only a function of reflecting S-polarized light separated by the prism composite 1404B.
[0083]
The prism composites 1404A to 1404E configured in this way are all arranged in a lateral direction perpendicular to the system optical axis L in substantially the same direction. However, in this example, the prism composites 1404A to 1404E all have the same width, but the thicknesses of the prism composites 1404A to 1404E are different. Accordingly, the angles formed by the polarization separation films 426 of the prism composites 1404A to 1404E are slightly different from the incident surface 1421 of the polarization separation unit 1401.
[0084]
In this example, the first and second right-angle prisms 1402 and 1403 are made of a thermally stable glass material. The polarization separation film 426 is formed of a dielectric multilayer film.
[0085]
In this example as well, the direction of the polarized light emitted from the polarization separation unit 1401 may be adjusted using a declination prism, but in this example, the light source unit 401 is at a predetermined angle with respect to the system optical axis L. Since the direction of the polarized light emitted from the polarization separation unit 1401 is adjusted by directing in the direction, the variable angle prism is omitted.
[0086]
An integrator optical system 403 including a first lens plate 441 and a second lens plate 442 is configured at the subsequent stage of the polarization separation unit 1401. Each of the lens plate 441 and the second lens plate 442 is a compound lens body including the same number of minute lenses 443 and 444. Here, the micro lens 443 of the first lens plate 441 is rectangular corresponding to the illumination area 404 and has a similar shape to the illumination area 404. Of the micro lenses 443 of the first lens plate 441, only the P-polarized light or the S-polarized light is incident on the micro lenses 443A (micro lenses with diagonal lines) located at both ends, and therefore the emission direction thereof is changed. It has been changed from other parts.
[0087]
In this example, the second lens plate 442 has a λ / 2 phase difference plate 1430 formed between the minute lens 444 and the plano-convex lens 445 on the emission side. In the λ / 2 phase difference plate 1430, among the secondary light source images formed by the S-polarized light and the P-polarized light, the retardation layer 1431 is regularly formed at a position where the P-polarized light forms the secondary light source image. Yes.
[0088]
Also in the polarization illumination device 1400 configured as described above, random polarized light from the light source unit 401 is incident on the polarization separation unit 1401, and the random polarized light is divided into two of P-polarized light and S-polarized light by the polarization separation film 426. Separated laterally into different types of polarized light.
[0089]
This principle will be described using random polarized light incident on the prism composite 1404C as an example. First, the S-polarized light component included in the randomly polarized light incident on the prism composite 1404C is reflected by the polarization separation film 426, changes its traveling direction, and enters the adjacent prism composite 1404B. Next, the S-polarized light component is reflected by the polarization separation film 426 and emitted from the polarization separation unit 1401 in the prism composite 1404B. On the other hand, the P-polarized component contained in the randomly polarized light is transmitted as it is through the polarization separation film 426 in the prism composite 1404C. Here, in each of the prism composites 1404A to 1404E, the angle angle Θ ′ formed by the polarization separation film 426 is slightly deviated from the incident surface 1421 of the polarization separation unit 1401, so the two types of polarized light are The traveling direction is laterally separated with a slight angle difference in each prism made of glass material.
[0090]
The two types of polarized light whose traveling directions are separated are incident on the integrator optical system 403. In the integrator optical system 403, the two types of polarized light whose traveling directions are slightly separated by the polarization separation unit 1401 enter the first lens plate 441 and enter the second light source image in the second lens plate 442. Form. The position where the secondary light source image is formed is the position where the λ / 2 phase difference plate 1430 is formed. In addition, in the λ / 2 retardation plate 1430, a retardation layer 1431 is selectively formed corresponding to the formation position of the secondary light source image by the P-polarized light. Therefore, when the P-polarized light passes through the retardation layer 1431, the polarization plane is rotated, and the P-polarized light is converted into S-polarized light. On the other hand, since the S-polarized light does not pass through the retardation layer 1431, it passes through the λ / 2 retardation plate 1430 without being subjected to the rotating action of the polarization plane. Therefore, most of the light beam emitted from the integrator optical system 403 is in the S-polarized state. The light beam in the state of S polarization in this way is irradiated to the illumination area 404 by the eccentric lens 1231.
[0091]
As described above, according to the polarization illumination device 1400 of the present example, the randomly polarized light emitted from the light source unit 401 is direction-separated into two types of polarized light by the polarization separation unit 1401, and then each polarized light is converted to λ. / 2 It guide | induces to the predetermined area | region of the phase difference plate 1430, and converts P polarized light into S polarized light. Therefore, there is an effect that it is possible to irradiate the illumination region 404 in a state in which random polarized light emitted from the light source unit 401 is almost aligned with S-polarized light. In addition, since the polarization separation unit 1401 is configured using a glass prism and a dielectric multilayer film, the polarization separation performance of the polarization separation unit 1401 is thermally stable. Therefore, since a stable polarization separation performance is always exhibited even in an illumination device that requires a large light output, a polarization illumination device having satisfactory performance can be realized.
[0092]
In this example, since the two types of polarized light emitted from the polarization separation unit 1401 are separated in the horizontal direction, it is suitable for forming the illumination region 404 having a horizontally long rectangular shape.
[0093]
In this example, the polarization separation unit 1401 is disposed on the front side of the first lens plate 441. Instead, the polarization separation unit 1401 is disposed between the first lens plate 441 and the second lens plate 442. Also good.
[0094]
(Modification of Example 10)
FIG. 15 shows a polarization illumination apparatus 1900 according to a modification of the above-described embodiment 10 (see FIG. 14). In this modification, the configuration of the second lens plate 1442 constituting the integrator optical system 403 is different. That is, the second lens plate 1442 includes microlenses 1442A, 1442B, and 1442C in which both P-polarized light and S-polarized light are incident to form two secondary light source images, and system light than these microlenses. There are provided micro lenses 1442D and 1442E on which only a single secondary light source image located in the periphery away from the axis L is formed. The shapes and dimensions of the micro lenses 1442A to 1442C are set so as to include two secondary light source images. On the other hand, the microlenses 1442D and 1442E are set to shapes and sizes that include a single secondary light source image. In general, the secondary light source image formed on the minute lens on the side closer to the system optical axis L is larger than the secondary light source image formed on the minute lens on the far side (peripheral side). The widths (dimensions in the polarization separation direction) of the microlenses 1442A to 1442C located near the axis L are set larger than the widths of the microlenses 1442D and 1442E. In particular, in the case of this example, it is desirable to set so that the width of the micro lens 1442B is maximized. In order to guide the secondary light source image to a predetermined position, it is necessary to appropriately set the installation angle of the first lens plate 441 and the installation angle of the polarization separation film of the prism beam splitter.
[0095]
Thus, by setting the size and shape of the microlenses constituting the second lens plate 1442, the microlenses can be efficiently arranged within a limited area, and the light utilization efficiency is increased. Brighter and more uniform lighting can be achieved.
[0096]
(Example 11)
FIG. 16 is a schematic configuration diagram of the main part of the polarization illumination device according to the eleventh embodiment when viewed in plan. In the figure, the polarization illumination device 1500 of this example also has a light source unit 401, a polarization separation unit 1501, and an integrator optical system 403 along the system optical axis L, as in the polarization illumination device of Example 10, and includes a light source unit. The light emitted from 401 reaches the rectangular illumination region 404 through the polarization separation unit 1501 and the integrator optical system 403. The light source unit 401 faces the rectangular illumination area 404, and the system optical axis L is linear as a whole. Also in this example, since the direction of the polarized light emitted from the polarization separation unit 1501 is adjusted by directing the light source unit 401 in a direction that forms a predetermined angle with respect to the system optical axis L, the variable angle prism is omitted. It is.
[0097]
The polarization separation unit 1501 is composed of quadrangular prism-shaped prism composites 1504A, 1504B, 1504C, 1504D, 1504E, and 1504F composed of first and second right-angle prisms 1502 and 1503 (triangular prisms) having a triangular prism shape. Yes.
[0098]
In the prism composites 1504A to 1504F, the polarization separation film 426 is formed on the slope portion 1510 of the first right-angle prism 1502, and the slope portion 1511 of the second right-angle prism 1503 has the first right angle so as to sandwich the polarization separation film 426. It is joined to the slope 1510 of the prism 1502.
[0099]
In the prism composites 1504A to 1504F configured as described above, the directions of the polarization separation films 426 are substantially opposite on both sides of the system optical axis L. That is, when viewed from the light source unit 401 side, the separation film 426 faces outward on the right side with respect to the system optical axis L, and the separation film 426 faces outward also on the left side with respect to the system optical axis L. The prism composites 1504A to 1504F have the same width, but the thicknesses of the prism composites 1504A to 1504F are different. Accordingly, the angles formed by the polarization separation films 426 of the prism composites 1504A to 1504F differ from the incident surface 1530 of the polarization separation unit 1501. Note that the prism composites 1504A and 1504F have only the function of reflecting the S-polarized light separated by the prism composites 1504B and 1504E.
[0100]
Also in this example, the first and second right-angle prisms 1502 and 1503 are made of a thermally stable glass material. The polarization separation film 426 is formed of a dielectric multilayer film.
[0101]
An integrator optical system 403 including two lens plates each including a first lens plate 441 and a second lens plate 442 is configured at the subsequent stage of the polarization separation unit 1501. Each of the first lens plate 441 and the second lens plate 442 is a compound lens body including the same number of minute lenses 443 and 444. The microlenses 443 of the first lens plate 441 are rectangular corresponding to the illumination area 404 and are similar to the illumination area 404. Of the minute lenses 443 of the first lens plate 441, the obliquely minute minute lens 443A receives only one of the S-polarized light and the P-polarized light, and therefore the emission direction thereof is changed. It has been changed from other parts.
[0102]
On the second lens plate 442, a λ / 2 phase difference plate 1550 is formed between the minute lens 444 and the plano-convex lens 445 on the emission side. Further, the retardation layer 1551 formed on the λ / 2 retardation plate 1550 is located at a position where the P-polarized light forms the secondary light source image among the secondary light source images formed by the S-polarized light and the P-polarized light. Is formed.
[0103]
In the polarization illumination device 1500 configured as described above, random polarized light from the light source unit 401 enters the polarization separation unit 1501 and is laterally separated into two types of polarized light of P-polarized light and S-polarized light. . Here, in each of the prism composites 1504A to 1504F, the angle Θ ′ formed by the polarization separation film 426 with respect to the incident surface 1530 of the polarization separation unit 1501 is slightly deviated, so that the two types of polarized light are made of glass. In each prism made of material, the traveling direction is separated in the lateral direction with a slight angle difference. Then, the two types of polarized light whose traveling directions are separated are incident on the integrator optical system 403. In the integrator optical system 403, the two types of polarized light, whose traveling directions are slightly separated by the polarization separation unit 1501, enter the first lens plate 441 and enter the second light source image in the second lens plate 442. Form. Among the positions where the secondary light source image is formed, a retardation layer 1551 is selectively formed at the position where the secondary light source image is formed by P-polarized light. Therefore, when the P-polarized light passes through the retardation layer 1551, the polarization plane rotates, and the P-polarized light is converted into S-polarized light. On the other hand, since the S-polarized light does not pass through the retardation layer 1551, it passes through the λ / 2 retardation plate 1550 without being subjected to the rotating action of the polarization plane. Therefore, most of the light beam emitted from the integrator optical system 403 is in the S-polarized state. The light beam in the state of S polarization in this way is irradiated onto the illumination area 404 by the plano-convex lens 445.
[0104]
As described above, also in the polarized light illumination device 1500 of this example, random polarized light emitted from the light source unit 401 is direction-separated into two types of polarized light by the polarization separation unit 1501, and then each polarized light is λ / 2. The light is guided to a predetermined region of the phase difference plate 1550, and P-polarized light is converted to S-polarized light. Therefore, there is an effect that it is possible to irradiate the illumination region 404 in a state in which random polarized light emitted from the light source unit 401 is almost aligned with S-polarized light. Further, since the polarization separation unit 1501 is configured using a glass prism and a dielectric multilayer film, the polarization separation performance of the polarization separation unit 1501 is thermally stable. Therefore, since a stable polarization separation performance is always exhibited even in an illumination device that requires a large light output, a polarization illumination device having satisfactory performance can be realized.
[0105]
In this example, since the two types of polarized light emitted from the polarization separation unit 1501 are separated in the horizontal direction, it is suitable for forming the illumination region 404 having a horizontally long rectangular shape.
[0106]
In this example, the polarization separation unit 1501 is disposed on the front side of the first lens plate. Alternatively, the polarization separation unit 1501 may be disposed between the first lens plate 441 and the second lens plate 442. .
[0107]
(Modification of Example 11)
FIG. 17 shows a polarization illumination device 2000 according to a modification of the above-described embodiment 11 (see FIG. 16). A different point is the shape and size of the minute lens of the second lens plate 1542 constituting the integrator optical system 403. That is, the width dimensions (dimensions in the polarization separation direction) of the micro lenses 1542A and 1542B on which two secondary light source images are formed are the same as those of the micro lenses 1542C, 1542D, 1542E, and 1542F on which a single secondary light source image is formed. It is set to twice the width dimension.
[0108]
Thus, by setting the size of the microlens according to the size of the secondary light source image to be formed, it is possible to efficiently arrange the microlenses within a limited area. The light utilization efficiency can be improved, and a brighter and more uniform illumination can be realized.
[0109]
(Example 12)
FIG. 18 shows another polarization illumination apparatus of this example. The polarization illumination device 1800 of this example also basically includes a light source 401, a polarization separation unit 402, and an integrator optical system 403. However, each of the above embodiments employs a configuration in which the prism beam splitter constituting the polarization separation unit is disposed closer to the light source than the first lens plate of the integrator optical system. However, the apparatus of this example employs a configuration in which the prism beam splitter constituting the polarization separation unit is disposed between the first lens plate and the second lens plate, and the optical system is configured more compactly.
[0110]
As shown in FIG. 18, random polarized light from the light source 401 is emitted along the system optical axis L, and enters the variable angle prism 1801 disposed on the incident side of the polarization separation unit 402. By this variable angle prism 1801, the traveling direction of the polarized light is slightly inclined. Accordingly, the polarized light is incident on the first lens plate 441 constituting the integrator optical system 403 disposed on the exit side of the variable angle prism 1801 with an inclination of θ with respect to the vertical incident direction. In the figure, it is incident along the direction inclined by θ to the right with respect to the system optical axis L.
[0111]
The first lens plate 441 is optically bonded to the incident surface 1812 of the right-angle prism 1811 that is a constituent element of the prism beam splitter 1810. A λ / 2 phase difference plate 446 that is a polarization conversion element is bonded to an emission surface 1813 orthogonal to the incident surface 1812 of the right-angle prism 1811. An integrator optical system is disposed on the emission surface of the λ / 2 phase difference plate 446. The second lens plate 442 is bonded.
[0112]
The prism beam slitter 1810 includes a right-angle prism 1811 and a substantially flat rectangular prism 1820 bonded to the inclined surface 1813. Similarly to the above-described example, a polarization separation film 426 is formed on the inclined surface 1814 of the right-angle prism 1811. Of the polarized light impinging thereon, for example, only S-polarized light is totally reflected, and P-polarized light is It is configured to pass as it is. Further, a reflection film 429 is formed on the outer inclined surface 1821 of the quadrangular prism 1820 so that the P-polarized light hitting it is totally reflected.
[0113]
In this example, by appropriately setting the angle formed between the polarization separation film 426 and the reflection film 429, random polarized light incident in a slightly refracted state through the variable angle prism 1801 can be obtained by these films 426, 429. And is distributed to the opposite side at a symmetric angle with respect to the system optical axis L and emitted to the λ / 2 phase difference plate 446 side. In the figure, it is in a state of being distributed by the same angle up and down with respect to the system optical axis L.
[0114]
The λ / 2 phase difference plate 446 includes a phase difference layer (portion indicated by hatching in the drawing) 447 that rotates the direction of polarized light passing therethrough by 90 degrees, and a layer 448 that passes polarized light as it is. This configuration is the same as in each of the embodiments described above. Of the P-polarized light and the S-polarized light that are separated in the polarization separation unit 402 and distributed in a direction symmetrical with respect to the system optical axis L, the S-polarized light is incident on the phase difference layer 447. In contrast, the P-polarized light is incident on the layer 448 side. Accordingly, the S-polarized light is emitted as P-polarized light with the polarization direction rotated by 90 degrees. As a result, light aligned with the P-polarized light enters the second lens plate 442 and travels toward the illumination region 404 through the light.
[0115]
Even when the polarized illumination apparatus 1800 of this example configured as described above is used, the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained. In the configuration of this example, the first and second lens plates constituting the integrator optical system are bonded and integrated on the incident surface and the exit surface of the prism beam splitter, respectively. Accordingly, the configuration can be made compact and the interface of the optical element with the air can be reduced, so that the light utilization efficiency can be increased.
[0116]
Here, the reason why the variable angle prism 1801 is arranged in the optical path is to distribute the P-polarized light and S-polarized light separated as described above so as to be symmetrical with respect to the system optical axis. Therefore, the variable angle prism 1801 may be arranged not on the incident side of the first lens plate but on the emission side thereof. For example, as shown in FIG. 18B, the variable angle prism 1801 may be bonded to the incident surface of the prism beam splitter, and the first lens plate may be bonded to the incident surface of the variable angle prism 1801. By doing so, it is possible to eliminate the interface between the variable angle prism and the air between the first lens plate.
[0117]
Further, the variable prism may be omitted, and the first lens plate may be composed of an eccentric lens as shown in FIG. 18C.
[0118]
Next, in this example, the number of the micro lenses 444 constituting the second lens plate 442 may be the same as the number of the micro lenses 443 constituting the first lens plate 441. However, as a double of that, for example, as shown in FIG. 18D, each of the second lens plates 444 is placed on the retardation layer 447 of the λ / 2 phase plate 446 and the other layers 448. It is desirable that the lens is composed of a corresponding pair of lenses 444A and 444B. The reason is that slightly different P and S-polarized light path differences between the first lens plate and the second lens plate can be achieved by changing the lens characteristics by installing them corresponding to each polarized light. This is because the size of the image of the first lens plate formed by the second lens plate is all the same in the illumination area.
[0119]
(Example of a projection display device using the polarization illumination device of Example 9)
The above-described polarized illuminating devices of Examples 1 to 12 can be used for a projection display device having a liquid crystal light valve.
[0120]
FIG. 19 shows an example in which the apparatus of the ninth embodiment (see FIG. 11) is applied to a projection display apparatus (liquid crystal projector).
[0121]
In the projection display device 1600 shown in the figure, a light source unit 401 that emits randomly polarized light in one direction is configured, and two types of random polarized light emitted from the light source unit 401 are generated in the polarization separation unit 1201. The P-polarized light among the separated polarized lights is converted into S-polarized light by the λ / 2 phase difference plate 446 of the integrator optical system 403.
[0122]
The luminous flux emitted from the polarization illumination device 1600 is such that red light is transmitted through the blue-green reflective dichroic mirror 1601, and blue light and green light are reflected. The red light is reflected by the reflection mirror 1602 and reaches the first liquid crystal light valve 1603. On the other hand, of the blue light and the green light, the green light is reflected by the green reflecting dichroic mirror 1604 and reaches the second liquid crystal light valve 1605.
[0123]
Here, since the blue light has a longer optical path length (the optical path length of the red light and the optical path length of the green light are equal) than the other two-color lights, the incident side lens 1606 and the relay lens are used for the blue light. A light guiding unit 1650 configured by a relay lens system including 1608 and an exit side lens 1610 is provided. That is, after the blue light passes through the green reflecting dichroic mirror 1604, it first passes through the exit side lens 1606 and the reflecting mirror 1607, is guided to the relay lens 1608, is focused on the relay lens 1608, and then reflected on the reflecting mirror 1609. Is guided to the exit side lens 1610, and then reaches the third liquid crystal light valve 1611. Here, the first and third liquid crystal light valves 1603, 1605, and 1611 modulate the respective color lights, include video information corresponding to each color, and then convert the modulated color lights to the dichroic prism 1613 (color synthesis means). Is incident on. The dichroic prism 1613 has a red reflective dielectric multilayer film and a blue reflective dielectric multilayer film in a cross shape, and synthesizes the respective modulated light beams. The combined light beam passes through the projection lens 1614 (projection means) and forms an image on the screen 1615.
[0124]
In the projection display device 1600 configured as described above, a liquid crystal light valve of a type that modulates one type of polarized light is used. Therefore, when random polarized light is guided to a liquid crystal light valve using a conventional illumination device, half of the random polarized light is absorbed by the polarizing plate and changed to heat, so the light utilization efficiency is low. At the same time, there is a problem that a large-sized cooling device that suppresses heat generation of the polarizing plate is necessary. However, in the projection display device 1600 of the present example, such a problem is greatly solved.
[0125]
That is, in the projection display apparatus 1600 of this example, in the polarization illumination apparatus 1200, only one polarized light (for example, P-polarized light) is rotated by the polarization plane by the λ / 2 phase difference plate 446. The other polarized light (for example, S-polarized light) and the polarization plane are aligned. Therefore, polarized light having the same polarization direction is guided to the first to third liquid crystal light valves 1603, 1605, and 1611, so that the light use efficiency is improved and a bright projected image can be obtained. Moreover, since the light absorption amount by a polarizing plate reduces, the temperature rise in a polarizing plate is suppressed. Therefore, it is possible to reduce the size and noise of the cooling device. In addition, since the polarization illumination device 1200 uses a thermally stable dielectric multilayer film as the polarization separation film, the polarization separation performance of the polarization separation unit 1201 is thermally stable. Therefore, a stable polarization separation performance is always exhibited even in the projection display apparatus 1600 that requires a large light output.
[0126]
Furthermore, in the polarization illumination device 1600, since the two types of polarized light emitted from the polarization separation unit 1201 are separated in the horizontal direction, an illumination area having a horizontally long rectangular shape is formed without wasting the amount of light. Can be formed. Therefore, the polarization illumination device 1200 is suitable for a horizontally long liquid crystal light valve that is easy to see and can project powerful images.
[0127]
In addition, in this example, since the dichroic prism 1613 is used as the color synthesizing means, the size can be reduced. Further, in this example, for blue light whose optical path length is longer than the other two-color light, the light guide means 1650 configured by a relay lens system including the incident side lens 1606, the relay lens 1608, and the emission side lens 1610 is provided. Since it is provided, color unevenness does not occur.
[0128]
(Example of a projection display device using the polarization illumination device of Example 1)
As the projection display device, as shown in FIG. 20, the color synthesizing means may be constituted by a mirror optical system. A projection display apparatus 1700 shown in FIG. 20 uses the polarization illumination apparatus 400 shown in FIG. 1. Even in this polarization illumination apparatus 400, random polarized light emitted from the light source unit 401 is converted into a polarization separation unit 402. 2, the light is separated into two types of polarized light, and among the separated polarized lights, the P-polarized light is converted into S-polarized light by the λ / 2 phase difference plate 446 of the integrator optical system 403. ing.
[0129]
The luminous flux emitted from the polarized illumination device 400 is such that red light is reflected by the red reflecting dichroic mirror 1701 and blue light and green light are transmitted. Here, the red light is reflected by the reflection mirror 1705 and reaches the first liquid crystal light valve 1707. On the other hand, of the blue light and the green light, the green light is reflected by the green reflecting dichroic mirror 1702 and reaches the second liquid crystal light valve 1708. The blue light passes through the green reflecting dichroic mirror 1702 and then reaches the third liquid crystal light valve 1709. Thereafter, the first and third liquid crystal light valves 1707, 1708, and 1709 modulate the respective color lights, include image information corresponding to each color, and then emit the modulated color lights. Here, the color-modulated red light passes through the green reflecting dichroic mirror 1703 and the blue reflecting dichroic mirror 1704, and reaches the projection lens 1710 (projecting means). The color-modulated green light is reflected by the green reflecting dichroic mirror 1703, passes through the blue reflecting dichroic mirror 1704, and reaches the projection lens 1710. The color-modulated blue light is reflected by the blue reflecting dichroic mirror 1704 and then reaches the projection lens 1710.
[0130]
As described above, since the liquid crystal light valve that modulates one type of polarized light is also used in the projection display apparatus 1700 in which the color synthesizing unit is configured by the mirror optical system including the dichroic mirror, the conventional illumination apparatus is used. When random polarized light is guided to the liquid crystal light valve using the, half of the random polarized light is absorbed by the polarizing plate and changed to heat. Therefore, the conventional illumination device has a problem that the light use efficiency is low and a large and noisy cooling device that suppresses heat generation of the polarizing plate is necessary. However, in the projection display device 1700 of this example, Such a problem has been largely eliminated.
[0131]
That is, in the projection display apparatus 1700 of this example, in the polarization illumination apparatus 400, only one polarized light (for example, P-polarized light) is rotated by the polarization plane by the λ / 2 retardation plate 446, The other polarized light (for example, S-polarized light) and the polarization plane are aligned. Therefore, polarized light having the same polarization direction is guided to the first to third liquid crystal light valves 1707, 1708, and 1709, so that the light use efficiency is improved and a bright projected image can be obtained. Moreover, since the light absorption amount by a polarizing plate reduces, the temperature rise in a polarizing plate is suppressed. Therefore, it is possible to reduce the size and noise of the cooling device. In addition, since the polarization illumination device 400 uses a thermally stable dielectric multilayer film as the polarization separation film, the polarization separation performance of the polarization separation unit 403 is thermally stable. Therefore, a stable polarization separation performance is always exhibited even in the projection display device 1700 that requires a large light output.
[0132]
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, for example, the polarization separation means aligns the P-polarized light with the S-polarized light, but of course the polarization direction may be aligned with any direction. Further, the polarization plane may be aligned by giving a rotating action of the polarization plane to the P-polarized light and the S-polarized light by the retardation layer.
[0133]
On the other hand, in each Example, what consists of a general polymer film as lambda / 2 phase difference plate is assumed. However, these retardation plates may be configured using twisted nematic liquid crystal (TN liquid crystal). When the TN liquid crystal is used, the wavelength dependency of the retardation plate can be reduced, so that the polarization conversion performance of the λ / 2 retardation plate can be improved as compared with the case of using a general polymer film. .
[0134]
【The invention's effect】
The polarized light illumination device of the present invention includes a light source, a first lens plate configured by a plurality of rectangular lenses, and a second lens plate configured by a plurality of microlenses, and light emitted from the light source is An object to be illuminated is projected as a secondary light source image on the incident surface of each lens constituting the second lens plate via the first lens plate, and using the light emitted from the second lens plate. An integrator optical system for illuminating an object, a polarization separating means for separating the light emitted from the light source into two polarized lights having orthogonal polarization directions, and a polarization converting means for aligning the polarization directions of the two polarized lights. I have.
[0135]
Therefore, according to the polarization illumination device of the present invention, it is possible to irradiate the irradiation region with polarized light having a uniform polarization direction. Therefore, when the polarized illumination device according to the present invention is used in a projection display device using a liquid crystal light valve, polarized light with a uniform polarization plane can be supplied to the liquid crystal light valve, so that the light utilization efficiency is improved. The brightness of the projected image can be improved. Moreover, since the light absorption amount by a polarizing plate reduces, the temperature rise in a polarizing plate is suppressed. Therefore, it is possible to reduce the size and noise of the cooling device.
[0136]
In the present invention, the spatial spread caused by the separation of polarized light is avoided by using a process of generating a fine secondary light source image, which is a feature of the integrator optical system. Therefore, despite the optical system including the polarization conversion element, the size of the device can be suppressed to the same size as that of the conventional lighting device.
[0137]
Furthermore, in the present invention, a prism beam splitter is used as the polarization separation means. Since the prism beam splitter includes a thermally stable dielectric multilayer film as the polarization separation film, the polarization separation performance of the polarization separation unit is thermally stable. For this reason, even in a projection display device that requires a large light output, a stable polarization separation performance can always be exhibited.
[0138]
When the configuration in which the prism beam splitter is disposed on the incident surface side of the first lens plate, the separation characteristic between the P-polarized light and the S-polarized light is improved. This is because the separation characteristics of the prism beam splitter depend on the incident angle of light. For this reason, the light splitting characteristic becomes better and more stable by making the light substantially collimated by the reflector incident on the prism beam splitter.
[0139]
Further, if the configuration in which the prism beam splitter is disposed on the exit surface side of the first lens plate, the apparatus can be further downsized. This is because the gap between the first lens plate and the second lens plate can be narrowed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarization illumination device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a polarization separation unit of the apparatus of FIG.
3 is an explanatory diagram showing a formation position of a secondary light source image on a second lens plate in the integrator optical system of the apparatus of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarization illumination apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarization illumination apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarization illumination apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarization illumination device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarization illumination device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarization illumination device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarization illumination apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarized light illumination apparatus according to Embodiment 9 of the present invention.
12 is a perspective view showing a configuration of a polarization separation unit of the apparatus of FIG. 11. FIG.
13 is a schematic configuration diagram of an optical system showing a modified example of the polarization illumination apparatus according to Embodiment 9. FIG.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarized light illumination apparatus according to Example 10 of the present invention.
15 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarization illumination device according to a modification of Example 10. FIG.
FIG. 16 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarization illumination device according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarization illumination apparatus according to a modification of Example 11.
FIG. 18 is a schematic configuration diagram of an optical system of a polarization illumination device according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a schematic configuration diagram of an optical system showing an example of a projection display device including the polarization illumination optical system shown in FIG.
20 is a schematic configuration diagram of an optical system showing an example of a projection display device including the polarization illumination optical system shown in FIG.
FIGS. 21A and 21B are diagrams showing an optical system of a conventional polarized illumination apparatus, wherein FIG. 21A is a schematic configuration diagram thereof, and FIG. 21B is a perspective view of a first lens plate thereof.
22 is a schematic configuration diagram of a polarization separator in the apparatus of FIG. 21. FIG.
[Explanation of symbols]
400 Polarized illumination device 401 Light source unit 402 Polarized light separating unit 403 Integrator optical system 404 Illumination area 411 Light source lamp 421 Right angle prism (triangular prism)
422 Square prism 426 Polarization separation film 429 Reflective film 441 First lens plate 442 Second lens plate 446 λ / 2 phase difference plate 424 Variable prism

Claims (14)

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、複数の四角柱状のプリズム合成体を有し、
前記プリズム合成体は、平板状の四角柱プリズムと、該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第１の三角柱プリズムと、前記四角柱プリズムの他方の側面部に斜面部が接合された第２の三角柱プリズムと、前記四角柱プリズムと前記第１の三角柱プリズムとの接合部分に形成された偏光分離膜と、前記四角柱プリズムと前記第２の三角柱プリズムとの接合部分に形成された反射膜と、を備え、
前記プリズム合成体は、前記インテグレータ光学系の光軸に対して直角の方向に、かつ前記偏光分離膜同士が平行になるように一列に配置され、
前記反射膜は、該反射膜が形成されたプリズム合成体に入射された前記光源部からの前記ランダムな偏光光を一方側で隣接するプリズム合成体に出射するとともに、他方側で隣接するプリズム合成体から入射されてくる偏光方向がランダムな偏光光のうち、同じプリズム合成体に形成されている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
ことを特徴とする偏光照明装置。A light source;
A first lens plate constituted by a plurality of rectangular lenses and a second lens plate constituted by a plurality of microlenses, and light emitted from the light source passes through the first lens plate and the second lens plate. An integrator optical system that is projected as a secondary light source image on the incident surface of each lens constituting the lens plate of the lens plate and that illuminates the illumination object using the light emitted from the second lens plate;
Polarization separation means for separating the light emitted from the light source into two polarized light beams having orthogonal polarization directions;
Polarization conversion means for aligning the polarization directions of the two polarized lights;
A polarization illumination device comprising:
The polarization separation means has a plurality of prismatic prism composites,
The prism composite includes a flat quadrangular prism, a first triangular prism having a slope joined to one of two opposing side portions of the quadrangular prism, and the quadrangular prism. A second triangular prism having a slope portion joined to the other side surface portion thereof, a polarization separation film formed at a joint portion of the square prism and the first triangular prism, the square prism and the first prism A reflective film formed at a joint portion with the triangular prism of 2;
The prism composites are arranged in a row in a direction perpendicular to the optical axis of the integrator optical system and so that the polarization separation films are parallel to each other,
The reflective film emits the randomly polarized light from the light source unit incident on the prism composite formed with the reflective film to an adjacent prism composite on one side and an adjacent prism composite on the other side. A polarized light illuminating device that reflects polarized light transmitted through the polarization separation film formed in the same prism composite body in a predetermined direction out of polarized light having a random polarization direction incident from the body. 請求項１において、前記偏光分離膜は、前記インテグレータ光学系の光軸に対して約４５度の角度をなしていることを特徴とする偏光照明装置。2. The polarization illumination device according to claim 1, wherein the polarization separation film forms an angle of about 45 degrees with respect to an optical axis of the integrator optical system. 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、内部に偏光分離膜が形成された四角柱状のプリズム合成体を複数有し、
前記プリズム合成体は、前記偏光分離膜が略同じ向きとなるように、前記インテグレータ光学系の光軸に対して直角の方向に、一列に配置されている
ことを特徴とする偏光照明装置。A light source;
A first lens plate constituted by a plurality of rectangular lenses and a second lens plate constituted by a plurality of microlenses, and light emitted from the light source passes through the first lens plate and the second lens plate. An integrator optical system that is projected as a secondary light source image on the incident surface of each lens constituting the lens plate of the lens plate and that illuminates the illumination object using the light emitted from the second lens plate;
Polarization separation means for separating the light emitted from the light source into two polarized light beams having orthogonal polarization directions;
Polarization conversion means for aligning the polarization directions of the two polarized lights;
A polarization illumination device comprising:
The polarization separation means includes a plurality of prismatic prism composites each having a polarization separation film formed therein.
The polarization illumination device according to claim 1, wherein the prism composites are arranged in a line in a direction perpendicular to the optical axis of the integrator optical system so that the polarization separation films are oriented in substantially the same direction. 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、内部に前記偏光分離膜が形成された四角柱状のプリズム合成体を複数有し、
前記プリズム合成体は、前記インテグレータ光学系の光軸に対して直角の方向に一列に配置されているとともに、前記インテグレータ光学系の光軸の両側では、前記偏光分離膜の向きが略反対となるように配置されている
ことを特徴とする偏光照明装置。A light source;
A first lens plate constituted by a plurality of rectangular lenses and a second lens plate constituted by a plurality of microlenses, and light emitted from the light source passes through the first lens plate and the second lens plate. An integrator optical system that is projected as a secondary light source image on the incident surface of each lens constituting the lens plate of the lens plate and that illuminates the illumination object using the light emitted from the second lens plate;
Polarization separation means for separating the light emitted from the light source into two polarized light beams having orthogonal polarization directions;
Polarization conversion means for aligning the polarization directions of the two polarized lights;
A polarization illumination device comprising:
The polarization separation means has a plurality of prismatic prism composites in which the polarization separation film is formed.
The prism composites are arranged in a row in a direction perpendicular to the optical axis of the integrator optical system, and the directions of the polarization separation films are substantially opposite on both sides of the optical axis of the integrator optical system. A polarized illumination device characterized by being arranged as described above. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記プリズム合成体の幅寸法は、前記矩形レンズの幅寸法の１／ｎ（ｎは１以上の整数）であることを特徴とする偏光照明装置。In any one of Claims 1-4,
The width of the prism composite is 1 / n (n is an integer of 1 or more) of the width of the rectangular lens. 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。In any one of Claims 1-5,
The polarized light illumination device, wherein the polarized light separating means is disposed between the light source and the first lens plate. 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。In any one of Claims 1-5,
The polarized light illumination device according to claim 1, wherein the polarization separation means is disposed between the first lens plate and the second lens plate. 請求項１〜７のいずれかにおいて、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。The polarization illumination device according to claim 1, wherein a variable angle prism is disposed between the light source and the polarization separation unit. 請求項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。9. The polarization illumination device according to claim 8, wherein at least two of the variable angle prism, the polarization separation unit, and the first lens plate are integrated. 請求項１〜９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。In any one of Claims 1-9,
The polarization illumination apparatus according to claim 1, wherein a separation direction of the two polarized lights by the polarization separation means is coincident with a longitudinal direction of the illuminated area. 請求項１〜１０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。In any one of Claims 1-10,
The polarized illumination device according to claim 1, wherein the minute lens constituting the second lens plate is similar to the rectangular lens constituting the first lens plate. 請求項１〜１０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。In any one of Claims 1-10,
Each of the microlenses constituting the second lens plate is in accordance with the size of each secondary light source image formed via each of the rectangular lenses constituting the first lens plate. A polarized illumination device characterized in that its shape and size are determined. 請求項１〜１２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。Polarized illumination device according to any one of claims 1 to 12,
Modulation means comprising a liquid crystal light valve that modulates polarized light contained in a light beam from the polarized illumination device to include image information;
A projection optical system for projecting and displaying the modulated luminous flux;
A projection display device comprising: 請求項１３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。In claim 13,
Furthermore, it has color light separating means for separating the light flux from the polarized illumination device into at least two light fluxes, and color light combining means for synthesizing the modulated light flux after being modulated by the modulating means,
A projection-type display device, wherein the combined light beam obtained by the color light combining means is projected and displayed through the projection optical system.
JP2002359646A 1994-12-28 2002-12-11 Polarized illumination device and projection display device Expired - Fee Related JP3757939B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002359646A JP3757939B2 (en) 1994-12-28 2002-12-11 Polarized illumination device and projection display device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32681394 1994-12-28
JP6-326813 1994-12-28
JP2002359646A JP3757939B2 (en) 1994-12-28 2002-12-11 Polarized illumination device and projection display device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7339753A Division JPH08234205A (en) 1994-12-28 1995-12-26 Polarization illumination device and projection type display device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003248197A JP2003248197A (en) 2003-09-05
JP3757939B2 true JP3757939B2 (en) 2006-03-22

Family

ID=28676665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002359646A Expired - Fee Related JP3757939B2 (en) 1994-12-28 2002-12-11 Polarized illumination device and projection display device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3757939B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003248197A (en) 2003-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1063554B1 (en) Polarization luminaire and projector using it
JP3976812B2 (en) Polarized illumination device and projection display device
EP0961153A1 (en) Illuminating optical system and projection type display
KR20000064275A (en) Optical element, polarization lighting device and projection display device
JPH08234205A (en) Polarization illumination device and projection type display device
JP3757938B2 (en) Polarized illumination device and projection display device
JP3666503B2 (en) Polarized illumination device and projection display device
JP3336794B2 (en) Polarized illumination device and projection display device using the same
JP3757939B2 (en) Polarized illumination device and projection display device
KR100492430B1 (en) Projection type image display device
JP3591026B2 (en) Illumination device and projection display device using the same
JP2001305653A (en) Picture projector
JP3666505B2 (en) Polarized illumination device and projection display device
JP3555610B2 (en) Polarized illumination device and projection display device
JPH05181090A (en) Polarized light illuminator and projection display device using the same
JP3666504B2 (en) Polarized illumination device and projection display device
JP3826950B2 (en) Polarized illumination device and projection display device
JP3998971B2 (en) Polarized illumination device and projection display device
JPH10221690A (en) Polarized light illuminator and projection type picture display device
JP3654301B2 (en) Polarized illumination device and projection display device
JPH10221689A (en) Polarized light illuminator and projection type picture display device
JP2002207194A (en) Polarized light illuminator and projection type display device using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050104

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20051206

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20051219

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100113

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110113

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110113

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120113

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120113

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130113

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees