JP3832076B2

JP3832076B2 - 偏光照明装置および投写型表示装置

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Publication number: JP3832076B2
Application number: JP05136398A
Authority: JP
Inventors: 富芳牛山; 章隆矢島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2018-02-16
Also published as: JPH11231264A; US6084714A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ほぼ一種類の偏光光を生成する偏光照明装置およびこの偏光照明装置を備えた投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置には、画像信号に応じて光を変調するために、ライトバルブと呼ばれる素子が用いられる。ライトバルブとしては、透過型液晶パネルや反射型液晶パネルなどのように、一種類の直線偏光光のみを利用するタイプのものが使用されることが多い。このように、一種類の直線偏光光を利用する投写型表示装置においては、光源から出射された無偏光の入射光を、一種類の直線偏光光（例えば、ｓ偏光光）とするための偏光変換素子アレイが設けられている。図１は、偏光変換素子アレイを示す説明図である。図１（ａ）に示すように、このような偏光変換素子アレイ３２０には、入射光をｐ偏光光とｓ偏光光とに分離するための偏光分離膜３３１と、反射膜３３２とが備えられている。また、偏光変換素子アレイの光出射面には、分離された２つの偏光光を一種類の偏光光とするためのλ／２位相差板３８１が選択的に備えられている。
【０００３】
偏光変換素子アレイ３２０の入射面は、有効入射領域ＥＡ₀ と無効入射領域ＵＡ₀ とに区分される。有効入射領域ＥＡ₀ に入射した光は、最終的にすべてｓ偏光光に変換されて出射され、図示しないライトバルブに導かれる。図１の例ではライトバルブがｓ偏光光を変調の対象としていると仮定している。換言すれば、有効入射領域ＥＡ₀ に入射した光は、ライトバルブにおいて変調対象とされる有効な直線偏光成分に変換される。一方、仮に無効入射領域ＵＡ₀ に光が入射すると、この光はｐ偏光光に変換されて偏光変換素子アレイ３２０から出射される。このｐ偏光光はライトバルブの光入射面側に設けられた偏光板で吸収されて熱を発生する無効な直線偏光成分である。このような発熱はライトバルブを劣化させる原因となるので、無効な直線偏光成分はなるべく発生させない方が好ましい。そこで、不要な直線偏光光（ｐ偏光光）の出射をできるだけ少なくするために、無効入射領域ＵＡ₀に入射する光を遮断するための遮光部３１６が配置される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、偏光変換素子アレイの作製上の寸法公差や、位置合わせ時の誤差から、図１（ｂ）に示すように偏光変換素子アレイ３２０と遮光部３１６との位置関係にずれが生じる場合が多い。このような場合には、有効入射領域ＥＡ₁と遮光部３１６との重なり部分Ｆが発生し、有効入射領域ＥＡ₁へ入射する光の一部が、遮光部３１６により遮られることになり、有効な直線偏光光の光量が減少してしまうという問題があった。このような問題は、ライトバルブを有する装置に用いられる偏光変換素子アレイに限らず、一般に、ほぼ一種類の偏光光を生成する偏光変換素子アレイに共通する問題であった。
【０００５】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、偏光変換素子アレイから出射される有効な偏光光の光量の減少を防止することのできる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の装置は、ほぼ一種類の偏光光を生成する偏光照明装置であって、
光源部と、
前記光源部から出射された光をほぼ一種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、
前記偏光変換素子アレイの光入射面に入射する光の一部を遮光する複数の遮光部と、
を備え、
前記偏光変換素子アレイは、
前記光源部からの光をｓ偏光光とｐ偏光光の二種類の直線偏光光に分離する偏光分離素子アレイと、
前記偏光分離素子アレイの光出射面に選択的に配置されて、前記二種類の直線偏光光の一方を他方の直線偏光光に変換する選択位相差板と、
を備え、
前記偏光分離素子アレイは、所定の方向に沿って交互に配列された複数の偏光分離膜と複数の反射膜とを備え、
前記複数の遮光部は、それぞれ前記所定の方向とほぼ平行に、かつ、前記光源部からの光が前記複数の偏光分離膜に入射するのを遮らないように、配置されており、
前記複数の遮光部の前記所定の方向に沿った幅は、前記所定の方向に沿った前記偏光分離膜と前記反射膜との配列間隔よりも小さく設定されていることを特徴とする。
【０００７】
この偏光照明装置においては、遮光部の幅が偏光分離膜と反射膜との配列間隔よりも小さく設定されているので、偏光変換素子アレイが寸法誤差を有する場合や、偏光変換素子アレイと偏光部との位置合わせ時に誤差が生じた場合にも、遮光部が偏光変換素子アレイの有効入射領域を遮光する可能性が小さい。したがって、偏光変換素子アレイから出射される有効な直線偏光光の光量の減少を防止することができる。
【０００８】
上記偏光照明装置において、
前記複数の遮光部は、前記偏光変換素子アレイの中央から外側に向かうに従って互いの間隔が広くなるように配置されていることが好ましい。
【０００９】
こうすれば、偏光変換素子アレイの実寸法が基準寸法よりも大きくなる傾向にある場合に、その寸法誤差によって、遮光部が偏光変換素子アレイの有効入射領域を遮光しない可能性がより高くなるので、偏光変換素子アレイから出射される有効な直線偏光光の光量の減少をさらに防止することができる。
【００１０】
あるいは、上記偏光照明装置において、
前記複数の遮光部は、前記偏光変換素子アレイの中央から外側に向かうに従って互いの間隔が狭くなるように配置されていることが好ましい。
【００１１】
こうすれば、偏光変換素子アレイの実寸法が基準寸法よりも小さくなる傾向にある場合に、その寸法誤差によって、遮光部が偏光変換素子アレイの有効入射領域を遮光しない可能性がより高くなるので、偏光変換素子アレイから出射される有効な直線偏光光の光量の減少をさらに防止することができる。
【００１２】
上記偏光照明装置において、
前記複数の遮光部の幅は、前記偏光変換素子アレイの中央から外側に向かうに従って小さくなるように設定されていることが好ましい。
【００１３】
遮光部は、偏光変換素子アレイの中央から離れるほど、有効入射領域をより多く遮光する恐れがある。しかし、このように遮光部の幅を変化させた場合には、偏光変換素子アレイの中央から離れた部分でも、遮光部は偏光変換素子アレイの有効入射領域を遮光しない可能性がより高くなるので、偏光変換素子アレイから出射される有効な直線偏光光の光量の減少をさらに防止することができる。
【００１４】
本発明による第２の装置は、スクリーン上に光を投写することによって前記スクリーン上に画像を表示する投写型表示装置であって、
ほぼ一種類の偏光光を生成する偏光照明装置と、
前記偏光照明装置からの出射光を、与えられた画像信号に基づいて変調する変調手段と、
前記変調手段により変調された光を投写する投写光学手段と、
を備え、
前記偏光照明装置は、
光源部と、
前記光源部から出射された光をほぼ一種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、
前記偏光変換素子アレイの光入射面に入射する光の一部を遮光する複数の遮光部と、
を備え、
前記偏光変換素子アレイは、
前記光源部からの光をｓ偏光光とｐ偏光光の二種類の直線偏光光に分離する偏光分離素子アレイと、
前記偏光分離素子アレイの光出射面に選択的に配置されて、前記二種類の直線偏光光の一方を他方の直線偏光光に変換する選択位相差板と、
を備え、
前記偏光分離素子アレイは、所定の方向に沿って交互に配列された複数の偏光分離膜と複数の反射膜とを備え、
前記複数の遮光部は、それぞれ前記所定の方向とほぼ平行に、かつ、前記光源部からの光が前記複数の偏光分離膜に入射するのを遮らないように、配置されており、
前記複数の遮光部の前記所定の方向に沿った幅は、前記所定の方向に沿った前記偏光分離膜と前記反射膜との配列間隔よりも小さく設定されていることを特徴とする。
【００１５】
この投写型表示装置は、上記第１の発明による偏光照明装置を備えているので、変調手段に供給する有効な直線偏光光の光量の減少を防止することができる。したがって、投写型表示装置によって投写される画像の輝度の低下を防ぐことが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図２は、本発明の第１実施例としての偏光照明装置５０の要部を平面的にみた概略構成図である。この偏光照明装置５０は、光源部６０と、偏光発生装置７０とを備えている。光源部６０は、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを含むランダムな偏光方向の光束を出射する。光源部６０から出射された光束は、偏光発生装置７０によって偏光方向がほぼ揃った一種類の直線偏光光（例えば、ｓ偏光光）に変換されて、照明領域８０を照明する。
【００１７】
光源部６０は、光源ランプ１０１と、放物面リフレクター１０２とを備えている。光源ランプ１０１から放射された光は、放物面リフレクター１０２によって一方向に反射され、略平行な光束となって偏光発生装置７０に入射する。
【００１８】
偏光発生装置７０は、第１の光学要素２００と、第２の光学要素４００とを備えている。図３は、第１の光学要素２００の斜視図である。第１の光学要素２００は、矩形状の輪郭を有する微小な光束分割レンズ２０１が、縦方向にＭ行、横方向に２Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。したがって、レンズ横方向の中心線ＣＬからは、左方向にＮ列、右方向にＮ列存在する。この例では、Ｍ＝１０，Ｎ＝４である。第１の光学要素２００は、光軸が第１の光学要素２００の中心に一致するように配置されている。各光束分割レンズ２０１をＺ方向から見た外形形状は、照明領域８０の形状と相似形をなすように設定されている。本実施例では、ｘ方向に長い横長の照明領域８０を想定しているため、光束分割レンズ２０１のＸＹ平面上における外形形状も横長である。
【００１９】
第２の光学要素４００（図２）は、光学素子３００と出射側レンズ３９０とを備えている。そして、光学素子３００および出射側レンズ３９０は、その中心が光軸と一致するように配置されている。
【００２０】
光学素子３００は、集光レンズアレイ３１０と、遮光板３１５と、２つの偏光変換素子アレイ３２０ａ，３２０ｂとを備えている。集光レンズアレイ３１０は、第１の光学要素２００と同じ構成のレンズアレイであり、第１の光学要素２００と相対する向きに配置される。集光レンズアレイ３１０は、第１の光学要素２００とともに、各光束分割レンズ２０１で分割された複数の分割光束を集光し、偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂの有効入射領域（後述する）に導く役割を有する。遮光板３１５は、偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂの無効入射領域（後述する）に入射する光を遮る機能を有する。すなわち、遮光板３１５は、集光レンズアレイ３１０により偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂの有効入射領域内に集光されなかった光が無効入射領域内に入射するのを防止するために配置される。偏光変換素子アレイ３２０ａ，３２０ｂは、有効入射領域に入射された光束を一種類の直線偏光光（例えば、ｓ偏光光）に変換して出射する役割を有する。なお、偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂは、それぞれ光源部６０から出射され集光レンズアレイ３１０によって集光された光をｓ偏光光とｐ偏光光の二種類の直線偏光光に分離する偏光分離素子アレイ３３０ａ，ｂと、この偏光分離素子アレイ３３０ａ，ｂから出射される二種類の直線偏光光の一方を他方の直線偏光光に変換する選択位相差板３８１とを備える。
【００２１】
図２の出射側レンズ３９０は、光学素子３００から出射される複数の分割光束（偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂによって変換された直線偏光光の分割光束）の各々を照明領域８０上に重畳させる。
【００２２】
図４は、偏光分離素子アレイ３３０ａ，ｂを製造する主要な工程を示す工程断面図である。
【００２３】
図４（ａ）の工程では、それぞれ板状の複数の第１の透光性部材３２１と複数の第２の透光性部材３２２とが準備される。第１の透光性部材３２１のほぼ平行な２つの表面（膜形成面）のうちで、一方の表面上には偏光分離膜３３１が形成されている。また、他方の表面上には、反射膜３３２が形成されている。第２の透光性部材３２２の表面上には、これらの膜のいずれも形成されていない。第１と第２の透光性部材３２１，３２２としては、磨き板ガラスが用いられる。
【００２４】
偏光分離膜３３１は、ｓ偏光光とｐ偏光光のいずれか一方を選択的に透過させ、他方を選択的に反射する性質を有する膜である。通常は、このような性質を有する誘電体多層膜を積層することによって偏光分離膜３３１が形成される。
【００２５】
反射膜３３２は、偏光分離膜３３１で反射された直線偏光光（ｓ偏光光またはｐ偏光光）のみを選択的に反射し、他の直線偏光光は反射しない。反射膜３３２は、誘電体多層膜を積層することによって形成されている。なお、反射膜３３２は、アルミニウムを蒸着することによって形成してもよい。
【００２６】
図４（ｂ）の工程では、第１と第２の透光性部材３２１，３２２が光学接着剤によって交互に貼り合わされる。貼り合わせた後、紫外線を照射することによって、光学接着剤層３２５を硬化させる。この結果、光学接着剤層３２５が、偏光分離膜３３１と第２の透光性部材３２２との間、および、反射膜３３２と第２の透光性部材３２２との間にそれぞれ形成される。なお、図４では、図示の便宜上、各層３３１，３３２，３２５の厚みが誇張されている。また、貼り合わされるガラスの枚数についても省略されている。
【００２７】
図４（ｃ）の工程では、こうして互いに接着された複数の透光性部材３２１，３２２を、その表面と所定の角度θをなす切断面（図中、破線で示す）でほぼ平行に切断することによって、光学素子ブロックが切り出される。θの値は、約４５度とすることが好ましい。この光学素子ブロックの両端部を切断することにより、偏光分離素子アレイ３３０ａ，ｂがつくられる。
【００２８】
図５は、こうして製造された偏光分離素子アレイ３３０ａ，ｂを示す斜視図である。この図からわかるように、偏光分離素子アレイ３３０ａ，ｂは、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の第１と第２の透光性部材３２１，３２２が、交互に貼り合わされた形状を有している。また、これらの透光性部材３２１，３２２の間に所定の方向に沿って複数の偏光分離膜３３１と複数の反射膜３３２が配列されている。偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂは、偏光分離素子アレイ３３０ａ，ｂの図中斜線部を付した部分に、λ／２位相差板３８１が配置されたものである。なお、図２に示すように偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂは、それぞれの偏光分離膜３３１と反射膜３３２とが向かい合うように配置されている。
【００２９】
図６は、偏光変換素子アレイ３２０ｂ（３２０ａ）の機能を示す説明図である。偏光変換素子アレイ３２０ｂの入射面は、ほぼ等しい幅を有する有効入射領域ＥＡ₀と無効入射領域ＵＡ₀とに区分されている。また、偏光変換素子アレイ３２０ｂの入射面には、遮光板３１５が配置されている。この遮光板３１５は、偏光分離素子アレイ３３０ｂの偏光分離膜３３１と反射膜３３２との配列方向とほぼ平行に配列された複数の遮光部３１６と、複数の開口部３１７とを備えている。光源部６０から出射された光は、ｓ偏光光とｐ偏光光とを含んでおり、そのほとんどは、集光レンズアレイ３１０により集光され、開口部３１７を経て有効入射領域ＥＡ₀に入射する。有効入射領域ＥＡ₀に入射した光は、まず、偏光分離膜３３１によってｓ偏光光とｐ偏光光とに分離される。ｓ偏光光は、偏光分離膜３３１によって入射方向に対しほぼ垂直に反射され、反射膜３３２によってさらに垂直に反射されてから出射される。一方、ｐ偏光光は、偏光分離膜３３１をそのまま透過する。偏光分離膜を透過したｐ偏光光の出射面には、λ／２位相差板３８１が配置されており、このｐ偏光光はｓ偏光光に変換されて出射される。したがって、偏光変換素子アレイ３２０ｂを通過した光は、そのほとんどがｓ偏光光となって出射される。なお、偏光変換素子アレイから出射される光をｐ偏光光としたい場合には、λ／２位相差板３８１を、反射膜３３２によって反射されたｓ偏光光が出射する出射面に配置するようにすればよい。
【００３０】
なお、図６において、仮に遮光板３１５が配置されていなければ、無効入射領域ＵＡ₀にも光は入射する。このとき、無効入射領域ＵＡ₀に入射した光に対しては、反射膜３３２は偏光分離膜として機能し、偏光分離膜３３１は反射膜として機能する。したがって、偏光変換素子アレイの無効入射領域ＵＡ₀から入射した光は、ｐ偏光光となって出射されてしまう。すなわち、遮光板３１５が設置されていなければ、ｓ偏光光のみの出射光を得たい場合にも、ｐ偏光光を含んだ光が偏光変換素子アレイ３２０ｂから出射されてしまう。遮光板３１５は、このように所望の偏光光（本実施例ではｓ偏光光）に不所望の偏光光（本実施例ではｐ偏光光）を混入させないようにするためのものである。
【００３１】
図７は、遮光板３１５を示す平面図である。図７（ａ）は、板材を加工した遮光板を示している。この板材には、選択的に略長方形の開口部３１７が設けられている。開口部３１７でない部分は、遮光部３１６に相当する。図７（ａ）に示すような遮光板３１５の板材としては、アルミニウム製の板材を用いることができる。なお、板材はこれに限られず、入射光を透過しない板材であればよい。
【００３２】
図７（ｂ）は、透光性の板材に反射膜を蒸着した遮光板を示している。この場合には、反射膜を蒸着した部分が遮光部３１６に相当し、蒸着されていない部分が開口部３１７に相当する。図７（ｂ）に示すような透光性の板材としては、板ガラスなどを用いることができる。また、蒸着する反射膜としては、アルミニウム膜などを使用することができる。なお、図７（ａ），（ｂ）に示す遮光板３１５は、ともに中心線ＣＬに対して線対称となるように作製されている。各遮光部の幅については後述する。このような遮光板３１５は、偏光変換素子アレイに比べ、無視できる寸法公差で低コストで作製することができる。
【００３３】
ところで、図４において説明したように、偏光変換素子アレイ３２０ｂ（３２０ａ）は、第１および第２の透光性部材３２１，３２２を光学接着剤により交互に貼り合わせた積層体であるため、作製された積層体は、個々に公差内の寸法のバラツキ（製造誤差）を有している。このバラツキは、主として第１と第２の透光性部材に用いられる板ガラスの厚み、および、光学接着剤層の厚みの寸法差により生じ、特に、板ガラスの厚みによるバラツキの影響が大きい。
【００３４】
偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂと遮光板３１５とを重ねて配置したときには、偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂの寸法誤差や、位置合わせ時の誤差によって、偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂと遮光板３１５との位置関係に「ずれ」が生じる。なお、偏光変換素子アレイは、図４（ｃ）に示すように、その表面と所定の角度θ（約４５度）をなす切断面で切断して作製されるので、図６に示すように実際に使用する場合の寸法誤差は、板ガラスの厚みの寸法誤差を累積した値の約１．４（２^1/2）倍になる。
【００３５】
遮光板３１５の寸法は、偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂの寸法誤差や位置合わせ時の誤差を考慮して以下のように設定されている。図８は、偏光変換素子アレイ３２０ｂ（３２０ａ）と遮光板３１５との種々の位置関係を示す説明図である。ただし、図中では遮光板３１５に関しては遮光部のみが図示されている。中心線ＣＬは、遮光部および２つの偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂを配置するときの基準線であり、遮光板３１５および２つの偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂは、中心線ＣＬに対し対称になるように配置されている。なお、２つの偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂ間には間隔Ｃｐの隙間が設けられている。この隙間は、集光レンズアレイ３１０により十分に集光されずに間隔Ｃｐに入射した光をそのまま透過させるため等のものである。これにより、中心線ＣＬ近傍に存在する光を無駄なく利用することができる。なお、間隔Ｃｐには、この間隔を通過する光と偏光変換素子アレイを通過する光の光路長を等しくするために、２つの透光性部材３２１，３２２と同程度の屈折率を有する部材を配置してもよい。また、間隔Ｃｐを開けずに２つの偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂを互いに接するように配置してもよい。もちろん、この場合には、遮光板３１５（図７）の遮光部３１６の位置は隙間Ｃｐに応じて変更される。
【００３６】
図８（ａ）は、偏光変換素子アレイ３２０ｂ（３２０ａ）の寸法誤差がない場合の偏光変換素子アレイ３２０ｂと遮光部３１６との位置関係を示している。このとき、偏光変換素子アレイ３２０ｂの有効入射領域ＥＡ₀には、遮光部３１６に遮られることなく光が入射する。このように、有効入射領域ＥＡ₀に入射する光が遮られない状態が好ましく、このとき有効な直線偏光光の光量を減少させない。
【００３７】
図８（ｂ）は、偏光変換素子アレイ３２０ｂ（３２０ａ）が寸法誤差を有する場合の偏光変換素子アレイ３２０ｂと遮光部３１６との位置関係（比較例）を示している。なお、図８（ｂ）では、偏光変換素子アレイ３２０ｂの実寸法が基準寸法より大きくなった場合を示しており、遮光部３１６については図８（ａ）と同じ寸法のものである。このとき、中心線ＣＬから離れるにつれ、偏光変換素子アレイ３２０ｂの有効入射領域ＥＡ₁と遮光部３１６との位置関係がずれ、偏光変換素子アレイ３２０ｂの有効入射領域ＥＡ₁と遮光部３１６との重なり部分Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3が生じる。この重なり部分Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3は有効入射領域ＥＡ₁への入射光の一部を遮り、有効な直線偏光光（例えば、ｓ偏光光）の光量を減少させる。
【００３８】
図８（ｃ）は、図８（ｂ）に示す問題を解消した偏光変換素子アレイ３２０ｂと遮光部３１６’との位置関係（実施例）を示している。図８（ｃ）の遮光部３１６’の幅は、図８（ａ）に示す偏光変換素子アレイ３２０ｂの無効入射領域ＵＡ₀よりも狭くなっている。また、遮光部３１６’の中心間の間隔Ｐ0は図８（ａ）の遮光部３１６の中心間の間隔（すなわち無効入射領域ＵＡ₀の中心間の間隔）と同じである。このとき、偏光変換素子アレイ３２０ｂの有効入射領域ＥＡ₁と遮光部３１６との重なり部分はなく、有効入射領域ＥＡ₁への入射光が遮られることなく入射する。したがって、有効な直線偏光光（例えば、ｓ偏光光）の光量は、図８（ａ）の場合と同じになる。なお、図８（ｃ）の場合には、無効入射領域ＵＡ₁に入射する光が、無効な直線偏光光に変換されて出射されることとなるが、少量の無効な直線偏光成分が発生しても、偏光素子等を出射面側に配置すれば問題ない。
【００３９】
図９は、遮光板３１５の遮光部の種々の配置例を示す説明図である。図９の最下部に示す偏光変換素子アレイ３２０ｂは、寸法誤差を有しており、偏光変換素子アレイ３２０ｂの実寸法が基準寸法より大きくなった場合を示している。図９（ａ）から（ｄ）に及ぶ破線は図中最下部に示した偏光変換素子アレイ３２０ｂの有効入射領域ＥＡ₁と無効入射領域ＵＡ₁との境界を示しており、実線は寸法誤差がない場合の偏光変換素子アレイの有効入射領域ＥＡ₀と無効入射領域ＵＡ₀との境界を示している。
【００４０】
なお、図９（ａ）〜（ｄ）に示す４種類の遮光部３１６ａ，３１６ｂ，３１６ｃ，３１６ｄは、すべて寸法誤差がない場合の偏光変換素子アレイの無効入射領域ＵＡ₀の幅（すなわち無効入射領域ＵＡ₀の設計値）よりも小さい幅を有している。この結果、偏光変換素子アレイに寸法誤差が生じても、遮光部と有効入射領域ＥＡ₁との重なり部分が生じる可能性が低く、有効な直線偏光光（例えば、ｓ偏光光）の光量を減少させる可能性が低い。
【００４１】
図９（ａ）に示す遮光部３１６ａの幅は、無効入射領域ＵＡ₀の幅、すなわち偏光分離膜３３１と反射膜３３２との配列間隔より小さく、すべてＷ1で一定である。各遮光部３１６ａの中心間の間隔は、寸法誤差がない場合の各無効入射領域ＵＡ₀の中心間の間隔と同じであり、Ｐ0で一定である。また、各遮光部３１６ａの中心は、寸法誤差がない場合の各無効入射領域ＵＡ₀の中心線ＡＬに一致している。なお、図９（ａ）に示す遮光部３１６ａは、図８（ｃ）に示す遮光部３１６’と同じである。
【００４２】
図９（ｂ）に示す遮光部３１６ｂの幅は、中心線ＣＬから離れるにつれＷ2、Ｗ3、Ｗ4の順に小さくなっており、いずれも無効入射領域ＵＡ₀の幅、すなわち偏光分離膜３３１と反射膜３３２との配列間隔より小さい。また、各遮光部３１６ｂの中心間の間隔は、寸法誤差がない場合の各無効入射領域ＵＡ₀の中心間の間隔と同じであり、Ｐ0で一定である。各遮光部３１６ｂの中心は、寸法誤差がない場合の各無効入射領域ＵＡ₀の中心線ＡＬに一致している。図９（ｂ）では、遮光部３１６ｂの幅は中心線ＣＬから離れるにつれＷ2、Ｗ3、Ｗ4…の順に小さくなっているが、遮光部３１６ｂのうちのいくつかは同じ幅であってもよい。なお、この明細書において、「遮光部の幅が小さくなる」という文言は、幅が必ず小さくなってゆく場合に限らず、隣接するいくつかの遮光部の幅が等しい場合も含んでいる。
【００４３】
図９（ｃ）に示す遮光部３１６ｃの幅は、無効入射領域ＵＡ₀の幅、すなわち偏光分離膜３３１と反射膜３３２との配列間隔より小さく、すべてＷ1で一定である。各遮光部３１６ｃの中心間の間隔は、寸法誤差がない場合の各無効入射領域ＵＡ₀の中心間の間隔Ｐ0と異なっており、中心線ＣＬから離れるにつれＰ1、Ｐ2…の順に大きくなっている。すなわち、各遮光部３１６ｃの中心は、中心線ＣＬから離れるにつれ、寸法誤差がない場合の各無効入射領域ＵＡ₀の中心線ＡＬからずれている。なお、間隔Ｐ1、Ｐ2…のいくつか（例えばＰ1）は、寸法誤差のない場合の無効入射領域ＵＡ₀の間隔P0と同じ値に設定してもよい。
【００４４】
図９（ｄ）に示す遮光部３１６ｄは、図９（ｂ）の遮光部３１６ｂと図９（ｃ）の遮光部３１６ｃとの双方の特徴を有している。すなわち、遮光部３１６ｄの幅は、中心線ＣＬから離れるにつれＷ2、Ｗ3、Ｗ4の順に小さくなっており、いずれも無効入射領域ＵＡ₀の幅、すなわち偏光分離膜３３１と反射膜３３２との配列間隔より小さい。また、各遮光部３１６ｄの中心間の間隔は、寸法誤差のない場合の各無効入射領域ＵＡ₀の中心間の間隔Ｐ0と異なっており、中心線ＣＬから離れるにつれＰ1、Ｐ2の順に大きくなっている。したがって、各遮光部３１６ｄの中心は、中心線ＣＬから離れるにつれ、寸法誤差がない場合の各無効入射領域ＵＡ₀の中心線ＡＬからずれている。なお、図９（ｃ），（ｄ）では、各遮光部の中心間の間隔は中心線ＣＬから離れるにつれ順に大きくなっているが、いくつかの遮光部の中心間の間隔は同じであってもよい。なお、この明細書において、「遮光部の間隔が大きくなる」という文言は、間隔が必ず大きくなってゆく場合に限らず、隣接するいくつかの遮光部の間隔が等しい場合も含んでいる。また、「遮光部の間隔が小さくなる」という文言も同様である。
【００４５】
図９（ａ）〜（ｄ）に示すような遮光板３１５を用いた場合には、遮光部３１６ａ〜ｄは、偏光変換素子アレイ３２０ｂに多少の寸法誤差が生じても、有効入射領域ＥＡ₁に入射する光を遮る可能性が低い。また、図９（ｂ）に示す遮光板を用いた場合には、遮光部の幅が、中心線ＣＬから離れるにつれ順に小さくなっているので、図９（ａ）の遮光部に比べ、より寸法誤差が大きくなった場合にも有効入射領域ＥＡ₁を遮光しない可能性が高い。さらに、図９（ｃ）に示す遮光板を用いた場合には、遮光部の間隔が順に大きくなっているので、図９（ａ）の遮光板に比べ、より寸法誤差が大きくなった場合にも有効入射領域ＥＡ₁を遮光しない可能性が高い。したがって、図９（ｄ）に示す遮光板は、図９（ｂ），（ｃ）の遮光板の特徴をいずれも備えているので、偏光変換素子アレイの寸法誤差が大きくなった場合に有効入射領域ＥＡ₁を遮光しない可能性が最も高い。
【００４６】
図９では、偏光変換素子アレイ３２０ｂの実寸法が基準寸法よりも大きくなる傾向にある場合を示している。例えば、偏光変換素子アレイ３２０ｂの作製に用いられる板ガラスの厚みのプラス側の寸法公差が大きく、マイナス側の寸法公差が小さい場合には、偏光変換素子アレイ３２０ｂの実寸法が基準寸法（設計値）よりも大きくなる傾向にある。このような場合には図９（ｃ），（ｄ）のように遮光部の中心間の間隔を次第に大きくすることが好ましい。
【００４７】
一方、板ガラスの厚みのプラス側の寸法公差を小さく、マイナス側の寸法公差を大きく設定した場合には、偏光変換素子アレイ３２０ｂの実寸法は基準寸法よりも小さくなる傾向にある。この場合には、中心線ＣＬから離れるにつれ順に遮光部の中心間の間隔を小さくすることが好ましい。このときにも、図９に示す場合と同様に、遮光部と有効入射領域との重なり部分をなくすことができるので、有効入射領域が遮光されるのを防ぐことができる。なお、図９（ａ），（ｂ）に示す遮光板は、偏光変換素子アレイの実寸法が基準寸法よりも小さくなる傾向がある場合にも用いることができる。
【００４８】
上記のような遮光板を用いれば、偏光変換素子アレイの寸法誤差に関わらず、出射される有効な直線偏光光の光量の減少を防止することが可能となる。
【００４９】
Ｂ．投写型表示装置
図１０は、図２に示す偏光照明装置５０を備えた投写型表示装置８００の要部を示す概略構成図である。この投写型表示装置８００は、偏光照明装置５０と、ダイクロイックミラー８０１，８０４と、反射ミラー８０２，８０７，８０９と、リレーレンズ８０６，８０８，８１０と、３つの液晶ライトバルブ８０３，８０５，８１１と、クロスダイクロイックプリズム８１３と、投写レンズ８１４とを備えている。
【００５０】
ダイクロイックミラー８０１，８０４は、偏光照明装置５０から出射された光束を赤、青、緑の３色の色光に分離する色光分離手段としての機能を有する。３つの液晶ライトバルブ８０３，８０５，８１１は、与えられた画像情報（画像信号）に従って、３色の色光をそれぞれ変調して画像を形成する変調手段としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム８１３は、３色の色光を合成してカラー画像を形成する色光合成手段としての機能を有する。投写レンズ８１４は、合成されたカラー画像を表す光をスクリーン８１５上に投写する投写光学手段としての機能を有する。
【００５１】
青光緑光反射ダイクロイックミラー８０１は、偏光照明装置５０から出射された光束の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。透過した赤色光は、反射ミラー８０２で反射されて、赤光用液晶ライトバルブ８０３に達する。一方、第１のダイクロイックミラー８０１で反射された青色光と緑色光のうち、緑色光は緑光反射ダイクロイックミラー８０４によって反射され、緑光用液晶ライトバルブ８０５に達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー８０４も透過する。
【００５２】
この実施例では、青色光の光路の長さが３つの色光のうちで最も長くなる。そこで、青色光に対しては、ダイクロイックミラー８０４の後に、入射レンズ８０６と、中間レンズ８０８と、出射レンズ８１０とを備えた導光手段８５０が設けられている。すなわち、青色光は、緑光反射ダイクロイックミラー８０４を透過した後に、まず、入射レンズ８０６及び反射ミラー８０７を経て、中間レンズ８０８に導かれる。さらに、反射ミラー８０９によって反射されて出射レンズ８１０に導かれ、青光用液晶ライトバルブ８１１に達する。なお、３つの液晶ライトバルブ８０３，８０５，８１１は、図２における照明領域８０に相当する。
【００５３】
３つの液晶ライトバルブ８０３、８０５、８１１は、図示しない外部の制御回路から与えられた画像信号（画像情報）に従って、それぞれの色光を変調し、それぞれの色成分の画像情報を含む色光を生成する。変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム８１３に入射する。クロスダイクロイックプリズム８１３には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー映像を表す光が形成される。合成された光は、投写光学系である投写レンズ８１４によってスクリーン８１５上に投写され、映像が拡大されて表示される。
【００５４】
偏光照明装置５０の光学素子３００に入射された光束のうち、集光レンズアレイ３１０（図６）で集光されて、偏光分離膜３３１に入射した光束は、前述したように、有効な直線偏光光（例えばｓ偏光光）に変換されて出射される。光学素子３００から出射された光束は、出射側レンズ３９０によって液晶ライトバルブ８０３，８０５，８１１上に重畳される。
【００５５】
この投写型表示装置８００では、変調手段として、特定の偏光方向の光束（例えばｓ偏光光）を変調するタイプの液晶ライトバルブ８０３，８０５，８１１が用いられている。これらの液晶ライトバルブには、通常、入射側と出射側にそれぞれ偏光板（図示せず）が設けられている。したがって、所定の偏光光、例えばｓ偏光光のみが液晶ライトバルブの入射側の偏光板を透過し、変調されてクロスダイクロイックプリズム８１３に入射する。
【００５６】
また、光学素子３００に入射された光束のうち、集光レンズアレイ３１０で集光しきれずに、反射膜３３２を照射した光束は、前述したようにｐ偏光光に変換されて出射され、液晶ライトバルブ８０３，８０５，８１１の方へ向かう。しかし、上述したように、液晶ライトバルブ８０３，８０５，８１１の入射面側に、偏光板が設けられていれば、不要なｐ偏光光を吸収することによって遮断することができる。このとき、偏光板にはｐ偏光光の吸収にともない熱が発生するが、本投写型表示装置８００の偏光照明装置５０には、前述の遮光板が設けられているため、偏光板における発熱はごく僅かにとどめることができ、無視できる程度である。また、光学素子３００における間隔Ｃｐを通過した光束は、偏光変換されることなくそのまま出射されて、液晶ライトバルブ８０３，８０５，８１１を照明する。この照明光は、液晶ライトバルブ８０３，８０５，８１１で利用可能なｓ偏光成分を含んでいるため、液晶ライトバルブ８０３，８０５，８１１に照射した光のうちのｓ偏光成分のみを利用することが可能である。このように、図１０に示す投写型表示装置８００は、実施例による遮光板３１５（図９）を用いているので、偏光板の発熱を防止するとともに、有効な直線偏光光（本実施例ではｓ偏光光）の光量を減少させずに液晶ライトバルブ８０３，８０５，８１１に供給することができる。
【００５７】
以上のように、実施例による遮光板を用いることによって、偏光照明装置において有効な直線偏光光の光量の減少を防止することができる。したがって、このような偏光照明装置を備えた投写型表示装置においては、遮光板を設けることによる輝度の低下を防止するこが可能となる。
【００５８】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５９】
（１）上記の実施例においては、図９に示すように中心線ＣＬを基準位置として２つの偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂが向かい合って配置されているが、偏光変換素子アレイは一体型としてもよい。すなわち、偏光変換素子アレイは、集光レンズアレイ３１０（図２）の各レンズに対応する有効入射領域を有していればよいので、すべての偏光分離膜および反射膜が平行となるような偏光変換素子アレイを用いてもよい。なお、この場合にも、偏光変換素子アレイの中心線を基準位置として遮光板を作製することが好ましい。
【００６０】
（２）上記の実施例においては、図７に示すように遮光板は中心線ＣＬについて対称に作製されているが、遮光板は中心線ＣＬについて対称でなくともよい。すなわち、遮光板は、偏光変換素子アレイと遮光板とが共通の基準位置を基準として配置できるように作製すればよい。例えば、偏光変換素子アレイが一体型で、基準位置を偏光変換素子アレイの端部とすれば、遮光板の遮光部はその端部を基準位置として作製すればよい。
【００６１】
（３）上記の実施例においては、遮光部は遮光板３１５に備えられているが、遮光部は遮光板に備えられていなくてもよい。すなわち、遮光部は、偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂに直接設けられていてもよく、例えば、偏光変換素子アレイ３２０ａ，ｂの無効入射領域にＡｌなどを蒸着してもよい。蒸着する際には、通常、マスクをかぶせるが、偏光変換素子アレイの寸法公差や、マスクをかぶせるときの位置合わせ時の誤差を考慮して、図９に示すような遮光部を蒸着すればよい。
【００６２】
（４）本発明による偏光照明装置は、図１０に示す投写型表示装置に限らず、これ以外の種々の装置に適用することが可能である。例えば、カラー画像でなく、白黒画像を投写する投写型表示装置にも本発明による偏光照明装置を適用することができる。この場合には、図１０の装置において、液晶ライトバルブが１枚で済み、また、光束を３色に分離する色光分離手段と、３色の光束を合成する色光合成手段とを省略できる。さらに、ライトバルブを１つしか用いない投写型カラー表示装置にも本発明を適用することができる。また、反射型のライトバルブを用いる投写型表示装置やリア型表示装置等の偏光照明光を利用する画像表示装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光変換素子アレイを示す説明図。
【図２】本発明の第１実施例としての偏光照明装置５０の要部を平面的にみた概略構成図。
【図３】第１の光学要素２００の斜視図。
【図４】偏光分離素子アレイ３３０ａ，ｂを製造する主要な工程を示す工程断面図。
【図５】偏光分離素子アレイ３３０ａ，ｂを示す斜視図。
【図６】偏光変換素子アレイ３２０ｂ（３２０ａ）の機能を示す説明図。
【図７】遮光板３１５を示す平面図。
【図８】偏光変換素子アレイ３２０ｂ（３２０ａ）と遮光板３１５との種々の位置関係を示す説明図。
【図９】遮光板３１５の遮光部の種々の配置例を示す説明図。
【図１０】図２に示す偏光照明装置５０を備えた投写型表示装置８００の要部を示す概略構成図。
【符号の説明】
５０…偏光照明装置
６０…光源部
７０…偏光発生装置
８０…照明領域
１０１…光源ランプ
１０２…放物面リフレクター
２００，４００…光学要素
２０１…光束分割レンズ
３００…光学素子
３１０…集光レンズアレイ
３１５…遮光板
３１６，３１６’，３１６ａ，３１６ｂ，３１６ｃ，３１６ｄ…遮光部
３１７…開口部
３２０，３２０ａ，３２０ｂ…偏光変換素子アレイ
３２１，３２２…透光性部材
３２５…光学接着剤層
３３０ａ，３３０ｂ…偏光分離素子アレイ
３３１…偏光分離膜
３３２…反射膜
３９０…出射側レンズ
８００…投写型表示装置
８０１，８０４…ダイクロイックミラー
８０２，８０７，８０９…反射ミラー
８０３，８０５，８１１…液晶ライトバルブ
８０６，８０８，８１０…リレーレンズ
８１３…クロスダイクロイックプリズム
８１４…投写レンズ
８１５…スクリーン
８５０…導光手段
ＡＬ…中心線
ＣＬ…中心線
ＥＡ₀，ＥＡ₁…有効入射領域
ＵＡ₀，ＵＡ₁…無効入射領域

Claims

ほぼ一種類の偏光光を生成する偏光照明装置であって、
光源部と、
前記光源部から出射された光をほぼ一種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、
前記偏光変換素子アレイの光入射面に入射する光の一部を遮光する複数の遮光部と、
を備え、
前記偏光変換素子アレイは、
前記光源部からの光をｓ偏光光とｐ偏光光の二種類の直線偏光光に分離する偏光分離素子アレイと、
前記偏光分離素子アレイの光出射面に選択的に配置されて、前記二種類の直線偏光光の一方を他方の直線偏光光に変換する選択位相差板と、
を備え、
前記偏光分離素子アレイは、所定の方向に沿って交互に配列された複数の偏光分離膜と複数の反射膜とを備え、
前記複数の遮光部は、それぞれ前記所定の方向とほぼ平行に、かつ、前記光源部からの光が前記複数の偏光分離膜に入射するのを遮らないように、配置されており、
前記複数の遮光部の前記所定の方向に沿った幅は、前記所定の方向に沿った前記偏光分離膜と前記反射膜との配列間隔よりも小さく設定されていることを特徴とする偏光照明装置。
請求項１記載の偏光照明装置であって、
前記複数の遮光部は、前記偏光変換素子アレイの中央から外側に向かうに従って互いの間隔が広くなるように配置されている、偏光照明装置。
請求項１記載の偏光照明装置であって、
前記複数の遮光部は、前記偏光変換素子アレイの中央から外側に向かうに従って互いの間隔が狭くなるように配置されている、偏光照明装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の偏光照明装置であって、
前記複数の遮光部の幅は、前記偏光変換素子アレイの中央から外側に向かうに従って小さくなるように設定されている、偏光照明装置。
スクリーン上に光を投写することによって前記スクリーン上に画像を表示する投写型表示装置であって、
ほぼ一種類の偏光光を生成する偏光照明装置と、
前記偏光照明装置からの出射光を、与えられた画像信号に基づいて変調する変調手段と、
前記変調手段により変調された光を投写する投写光学手段と、
を備え、
前記偏光照明装置は、
光源部と、
前記光源部から出射された光をほぼ一種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、
前記偏光変換素子アレイの光入射面に入射する光の一部を遮光する複数の遮光部と、
を備え、
前記偏光変換素子アレイは、
前記光源部からの光をｓ偏光光とｐ偏光光の二種類の直線偏光光に分離する偏光分離素子アレイと、
前記偏光分離素子アレイの光出射面に選択的に配置されて、前記二種類の直線偏光光の一方を他方の直線偏光光に変換する選択位相差板と、
を備え、
前記偏光分離素子アレイは、所定の方向に沿って交互に配列された複数の偏光分離膜と複数の反射膜とを備え、
前記複数の遮光部は、それぞれ前記所定の方向とほぼ平行に、かつ、前記光源部からの光が前記複数の偏光分離膜に入射するのを遮らないように、配置されており、
前記複数の遮光部の前記所定の方向に沿った幅は、前記所定の方向に沿った前記偏光分離膜と前記反射膜との配列間隔よりも小さく設定されていることを特徴とする投写型表示装置。
請求項５記載の投写型表示装置であって、
前記複数の遮光部は、前記偏光変換素子アレイの中央から外側に向かうに従って互いの間隔が広くなるように配置されている、投写型表示装置。
請求項５記載の投写型表示装置であって、
前記複数の遮光部は、前記偏光変換素子アレイの中央から外側に向かうに従って互いの間隔が狭くなるように配置されている、投写型表示装置。
請求項５ないし７のいずれかに記載の投写型表示装置であって、
前記複数の遮光部の幅は、前記偏光変換素子アレイの中央から外側に向かうに従って小さくなるように設定されている、投写型表示装置。