JP3941123B2 - 偏光照明装置および投写型表示装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、偏光方向を揃えた偏光光を用いて矩形の照明領域などを均一に照明する偏光照明装置、及び該偏光照明装置を用いた投写型表示装置に関するものである。さらに詳しくは、２つの光源部から出射された光の偏光方向を揃えながら合成するための構造に関するものである。
背景技術
液晶素子のように特定の偏光光を変調するタイプの変調素子を用いた液晶表示装置では、光源から出射される光が有する２種類の偏光成分のうち、一方の偏光成分しか利用できない。よって、明るい投写画像を得るには光の利用効率を高める必要がある。しかしながら、唯一の光源を用いた投写型表示装置で光の利用効率を高めるには限度があるため、複数の光源を用いて光量を増やすことも明るい投写画像を得るための１つの手段である。
しかしながら、単に光源を複数並べたのでは、光源像の面積が複数倍になるのみであり、ある一定の面積における光量は唯一の光源を用いた場合と同じである。よって、この場合は複数の光源を用いても実質的に一定面積当たりの光量は増えていないことになる。
また、光源を複数用いて光量を増やしたとしても、光源から出射される光が有する２種類の偏光成分のうち、一方の偏光成分しか利用できなければ、その光量の半分は無駄になってしまい、その効果は半減してしまう。
そこで、本発明の課題は、複数の光源を用いながらも光源像の面積を大きくすることなく、かつ、両方の偏光成分を利用することが可能な偏光照明装置を提供し、また、極めて明るい投写画像を投写することが可能な投写型表示装置を提供することにある。
発明の開示
本発明の偏光照明装置は、２つの偏光分離膜を備えた略６面体形状の偏光分離・合成光学素子と、前記偏光分離・合成光学素子の第１、第２の面側にそれぞれ配置された第１、第２の光源部と、前記偏光分離・合成光学素子の第３の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の集光反射素子を備えた第１の集光反射光学素子と、前記偏光分離・合成光学素子の第４の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の集光反射素子を備えた第２の集光反射光学素子と、前記偏光分離・合成光学素子の第５の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の集光反射素子を備えた第３の集光反射光学素子と、前記偏光分離・合成光学素子の第３の面と前記第１の集光反射光学素子との間に配置された第１のλ／４位相差板と、前記偏光分離・合成光学素子の第４の面と前記第２の集光反射光学素子との間に配置された第２のλ／４位相差板と、前記偏光分離・合成光学素子の第５の面と前記第３の集光反射光学素子との間に配置された第３のλ／４位相差板と、前記偏光分離・合成光学素子の第６の面側に配置され、前記偏光分離・合成光学素子から出射された光の偏光方向を揃える偏光変換光学素子とを有することを特徴とする。
本発明の偏光照明装置では、偏光分離・合成手段の第１、第２の面側に配置された第１及び第２の光源部から出射されたランダムな偏光光を、偏光分離・合成光学素子により２種類の偏光光、すなわちＰ偏光光、Ｓ偏光光に分離する。そして、各偏光光を、偏光分離・合成光学素子の第３、第４、第５の面側にそれぞれ配置された第１、第２、第３の集光反射素子によって、複数の中間光束に分離する。さらに、各中間光束の偏光方向を、偏光分離・合成光学素子の第６の面側に配置された偏光変換光学素子により揃える。従って、２つの光源部を用いているにもかかわらず、照明する面積をほぼ一光源分の照明面積とすることができる。このため、一定面積当たりの光量を一光源の場合と比較して約２倍とすることができるので、照明領域を大変明るく照明することが可能となる。また、各集光反射光学素子によって分離された中間光束を、１箇所の照明領域上で重畳するようにすれば、被照明領域上を均一に照明することが可能となる。したがって、本発明の偏光照明装置を表示装置の光源として用いれば、極めて均一な画像を得ることができる。さらにまた、本発明の偏光照明装置では、第１及び第２の光源部から出射されたランダムな偏光光をほとんどロスなくＰ偏光光やＳ偏光光などに揃えて合成することができる。したがって、液晶素子のような特定の偏光光を変調するタイプの変調素子を用いた表示装置に本発明の偏光照明装置を採用すれば、極めて明るい画像を得ることが可能となる。
本発明の偏光照明装置において、前記第１の集光反射光学素子を、前記偏光分離・合成光学素子の第３の面に直交する軸に対して直交しない状態で配置し、前記第２の集光反射光学素子を、前記偏光分離・合成素子の第４の面に直交する軸に対して直交しない状態で配置し、前記第３の集光反射光学素子を、前記偏光分離・合成素子の第５の面に直交する軸に対して直交しない状態で配置すれば、簡単な構成でありながら、各集光反射光学素子によって形成されたＰ偏光光およびＳ偏光光による各２次光源像を異なった所定位置に形成することができる。
一方、本発明の偏光照明装置において、前記第１の集光反射光学素子と前記偏光分離・合成素子の第３の面、前記第２の集光反射光学素子と前記偏光分離・合成素子の第４の面、前記第３の集光反射光学素子と前記偏光分離・合成素子の第５の面のうち、少なくとも一の間に変角プリズムを設けるようにすれば、第１ないし第３の集光反射光学素子を偏光分離・合成素子の面に対して平行に配置することができるので、これらの集光反射光学素子の設置が容易となる。また、変角プリズムと偏光分離・合成光学素子の面とを接着により一体化し、または変角プリズムと集光反射光学素子とを接着により一体化することにより、界面における光の反射損失を削減したり、光学系の小型化を図ることができる。
さらに、本発明の偏光照明装置において、前記偏光変換光学素子から出射される偏光光束の進行方向を変える光路変更光学素子を前記偏光変換光学素子の出射側に設ければ、この偏光照明装置を投写型表示装置等の光源として用いる場合にコンパクトな装置を得ることが可能となる。特に、寸法が比較的大きな２つの光源部の光軸によって規定される平面と平行な方向に照明光を出射できるように光路変更光学素子を配置すれば、偏光照明装置の一方方向の厚みを薄くすることができ、薄型の偏光照明装置を実現できる。
なお、上記偏光照明装置において、前記第１、第２、第３の集光反射光学素子の前記集光反射素子は、曲面ミラーで構成することができる。また、前記第１、第２、第３の集光反射光学素子の前記集光反射素子は、レンズと、前記レンズの偏光分離・合成光学素子とは反対側の面に設けられた反射面とで構成することもできる。
本発明に係る偏光照明装置は、偏光照明装置から出射された光を変調して画像を形成する光変調素子と、前記光変調素子によって形成された画像を投写する投写光学系とを有する投写型表示装置に用いることができる。
さらに、本発明に係る偏光照明装置は、偏光照明装置から出射された光を複数の色光に分離する色光分離光学素子と、前記色光分離手段によって分離された色光をそれぞれ変調して画像を形成する複数の光変調素子と、前記複数の光変調素子によって形成された画像を合成する色光合成手段と、前記色光合成光学素子によって合成された画像を投写する投写光学系とを有するカラー画像を表示する投写型表示装置に用いることもできる。
このようにして、本発明の偏光照明装置を用いた投写型表示装置を構成すると、明るく、かつ、明るさが均一な投写画像を得ることができる。なお、本発明の偏光照明装置は、偏光方向の揃った光束を出射するので、光変調素子として液晶素子を用いた投写型表示装置に適している。
上記投写型表示装置では、前記第１、第２の光源部のうち、少なくとも一方が着脱可能に構成されていることが好ましい。このように構成すると、投写型表示装置を持ち運びする際にいずれか一方の光源部を取り外すことが可能となり、可搬性が向上する。
また、上記投写型表示装置では、前記第１、第２の光源部のうち、少なくとも一方が選択点灯可能となっていることが好ましい。このように構成すると、例えば、投写型表示装置をバッテリ駆動する際に一方の光源のみを選択点灯することによりバッテリの寿命時間を延ばすことができる。また、周囲が明るい場所で投写画像を観察する場合には、２つの光源部を点灯させ、周囲が暗い場所で投写画像を観察する場合には一方のみを選択点灯させるというように投写画像の明るさを環境に応じて適宜変化させることが可能となる。
さらに、上記投写型表示装置では、前記第１、第２の光源部から出射される光の分光特性を互いに異なった特性とすることもできる。このように構成すると、照明光の色合いを所定の色合いに容易に設定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施の形態１に係る偏光照明装置の第１の光源部からの光に対する偏光動作を示す説明図である。
第２図は、本発明の実施の形態１に係る偏光照明装置の第２の光源部からの光に対する偏光動作を示す説明図である。
第３図は、偏光分離部２０２の詳細な構造を説明するための図である。
第４図は、本発明の実施の形態１に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。
第５図は、第１図に示す偏光照明装置の集光ミラー板の斜視図である。
第６図は、第１図に示す偏光照明装置での偏光動作を示す説明図である。
第７図は、第１図に示す偏光照明装置のレンズ板の斜視図である。
第８図は、第１図に示す偏光照明装置の集光レンズ板における２次光源像の形成位置を示す説明図である。
第９図は、本発明の実施の形態２に係る偏光照明装置の第１の光源部からの光に対する偏光動作を示す説明図である。
第１０図は、本発明の実施の形態２に係る偏光照明装置の第２の光源部からの光に対する偏光動作を示す説明図である。
第１１図は、本発明の実施の形態３に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。
第１２図は、本発明の実施の形態４に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。
第１３図は、本発明の実施の形態５に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。
第１４図は、本発明の実施の形態６に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。
第１５図は、本発明の実施の形態７に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。
第１６図は、実施の形態８として、実施の形態１乃至７に係る偏光照明装置に用いることのできる集光ミラー板の説明図である。
第１７図、第１８図は、第１図、第２図、第４図に示す偏光照明光学系を備えた投写型表示装置の例の光学系の概略構成図である。
第１９図は、偏光照明装置の光源ランプの発光スペクトルについて示す説明図である。
第２０図は、第１図、第２図、第４図に示す偏光照明光学系を備えた投写型表示装置の別の例の光学系の概略構成図である。
発明を実施するための最良の形態
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
なお、以下の各実施例の説明及び添付図面においては、相互に対応する部分には同一の符号を付して、それらの説明の重複を回避している。また、互いに直交する３つの空間軸をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とし、ｘ軸に平行な２つの方向をそれぞれ＋ｘ方向及び−ｘ方向、ｙ軸に平行な２つの方向をそれぞれ＋ｙ方向及び−ｙ方向、ｚ軸に平行な２つの方向をそれぞれ＋ｚ方向及び−ｚ方向とする。
［実施の形態１］
第１図、第２図は本発明の偏光照明装置の第１の実施形態を示す斜視図である。本実施形態では、偏光方向がランダムな光（以下、「ランダムな偏光光」と称す。）を出射する第１及び第２の光源部１０１ｘ、１０１ｚが２つ設けられている。第１図はこれら２つの光源部のうち、第１の光源部１０１ｘから出射されたランダムな偏光光がその偏光方向に応じてｘ軸に沿って方向分離される様子を示す図、第２図は第２の光源部１０１ｚから出射されたランダムな偏光光がその偏光方向に応じてｘ方向に分離される様子を示す図である。
第１図及び第２図に示すように、本形態に係る偏光照明装置１は、ｘｙ平面内において直角に折れ曲がるシステム光軸Ｌ１′、Ｌ１に沿って、第１の光源部１０１ｘ、偏光分離部２０２（偏光分離・合成光学素子）、第１の集光ミラー板１００１ｘ（第１の集光反射光学素子）と第２の集光ミラー板１００２（第２の集光反射光学素子）を備えたインテグレータ光学系２０１、及び集光レンズ部１０４０（偏光変換光学素子）を有している。第１の光源部１０１ｘから出射された光束は、後で説明するとおり、偏光分離部２０２において２種類の偏光光束に分離された後、第１の集光ミラー板１００１ｘ、第２の集光ミラー板１００２、偏光分離部２０２、及び集光レンズ部１０４０により再び１種類の偏光光束に合成され、矩形状の照明領域３０１に至るようになっている。
また、ｙｚ平面内において直角に折れ曲がるシステム光軸Ｌ２′、Ｌ２に沿って、第２の光源部１０１ｚ、前記の偏光分離部２０２、第３の集光ミラー板１００１ｚ（第３の集光反射光学素子）と前記の第２の集光ミラー板１００２を備えたインテグレータ光学系２０１、及び集光レンズ部１０４０が配置された構成になっている。第２の光源部１０１ｚから出射された光束は、後で説明するとおり、偏光分離部２０２において２種類の偏光光束に分離された後、第３の集光ミラー板１００１ｚ、第２の集光ミラー板１００２、偏光分離部２０２、及び集光レンズ部１０４０により再び１種類の偏光光束に合成され、矩形状の照明領域３０１に至るようになっている。
尚、集光レンズ部１０４０と照明領域３０１との間には、集光レンズ部１０４０から出射された光の進行方向を変える反射ミラー３００（光路変更光学素子）が配置されている。集光レンズ部１０４０からの出射光は、この反射ミラー３００で反射され、第１の光源部１０１ｘの光軸と第２の光源部１０１ｚの光軸を含む平面に対してほぼ平行な方向に進行方向を変える。
第１及び第２の光源部１０１ｘ、１０１ｚは、それぞれ光源ランプ１１１ｘ、１１１ｚと、放物面リフレクター１１２ｘ、１１２ｚとから大略構成されており、光源ランプ１１１ｘ、１１１ｚから放射された偏光方向がランダムな偏光光は、それぞれ放物面リフレクター１１２ｘ、１１２ｚ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２０２に入射する。ここで、放物面リフレクター１１２ｘ、１１２ｚに代えて、楕円面リフレクター、球面リフレクターなども用いることができる。
偏光分離部２０２は四角柱状の偏光ビームスプリッタであり、誘電体多層膜からなる第１及び第２の偏光分離膜２１１ｘ、２１１ｚをガラス製のプリズム１０１０に内蔵した構造となっている。第１の偏光分離膜２１１ｘは、第１の光源部１０１ｘからの出射光に対して斜め配置され、偏光分離部２０２の入射面１０１１ｘに対して角度α＝４５度をなすように形成されている。また、第２の偏光分離膜２１１ｚは、第２の光源部１０１ｚからの出射光に対して斜め配置され、偏光分離部２０２の入射面１０１１ｚに対して角度α＝４５度をなすように形成されている。
第３図は、この偏光分離部２０２の詳細な構造を説明するための図である。この図に示すように、偏光分離部２０２は、２つの三角錐プリズム２９１、２９５と２つの四角錐プリズム２９２、２９４とで構成されている。
第１の三角錐プリズム２９１の側面ＢＤＨと第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨとの間、及び、第２の四角錐プリズム２９４の側面ＢＦＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＦＨとの間には、それぞれ偏光分離膜２１１ｘが形成されている。この偏光分離膜２１１ｘは、例えば、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＢＤＨ、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨのうちいずれか一方と、第２の四角錐プリズム２９４の側面ＢＦＨ、第２の三角錐プリズムの側面ＢＦＨのうちいずれか一方とに、それぞれ誘電体多層膜を蒸着することによって形成される。ここで、偏光分離膜２１１ｘを形成する面は、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＢＤＨ、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨのどちらであっても良く、また、第２の三角錐プリズム２９４の側面ＢＦＨ、第２の四角錐プリズム２９５の側面ＢＦＨのどちらであっても良い。しかしながら、２つのプリズムに形成される偏光分離膜２１１ｘは平坦であることが望ましいため、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＢＤＨと第２の四角錐プリズム２９４の側面ＢＦＨとに形成するか、あるいは、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＦＨとに形成することが好ましい。
一方、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＡＢＨと第２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨとの間、及び、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＧＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＧＨとの間には、それぞれ偏光分離膜２１１ｚが形成されている。この偏光分離膜２１１ｚは、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＡＢＨ、第２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨのいずれか一方と、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＧＦ、第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＧＨのうちいずれか一方とに、それぞれ誘電体多層膜を蒸着することによって形成される。ここで、偏光分離膜２１１ｚを形成する面は、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＡＢＨ、第２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨのどちらであっても良く、また、第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＧＨ、第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＧＨのどちらであっても良い。しかしながら、２つのプリズムに形成される偏光分離膜２１１ｚは平坦であることが望ましいため、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＡＢＨと第１の四角錐プリズムの側面ＢＧＨとに形成するか、あるいは、第２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＧＨとに形成することが好ましい。
さらに、第１の三角錐プリズム２９１と第１の四角錐プリズム２９２の偏光分離膜２１１ｘが形成された面ＢＤＨが貼り合わされることにより、第１のプリズム合成体２９３が形成される。また、第２の四角錐プリズム２９４と第２の三角錐プリズム２９５の偏光分離膜２１１ｘが形成された面ＢＦＨが貼り合わされることにより、第２のプリズム合成体２９６が形成される。最後に、２つのプリズム合成体２９３、２９６の偏光分離膜２１１ｚが形成された面ＡＢＧＨが貼り合わされることにより、偏光分離部２０２が完成する。
再び、第１図、第２図に基づいて説明する。偏光分離部２０２の出射面１０１２ｘには第１のλ／４位相差板１０２１ｘが、また出射面１０１３には第２のλ／４位相差板１０２２が各々形成され、それらの位相差板の外側には、偏光分離部２０２の略中心を向くように、かつｘ軸およびｙ軸に各々交わるように第１の集光ミラー板１００１ｘ及び第２の集光ミラー板１００２がｙｚ平面及びｚｘ平面に対して各々所定の角度を成すように設置されている。偏光分離部２０２の出射面１０１２ｚには第３のλ／４位相差板１０２１ｚが形成され、この位相差板の外側には、偏光分離部２０２の略中心を向くように、かつｚ軸に交わるように第３の集光ミラー板１００１ｚがｘｙ平面に対して所定の角度を成すように設置されている。これらの集光ミラー板１００１ｘ、１００２、１００１ｚの構成の詳細については後述する。
偏光分離部２０２の出射面１０１４の側には、後で詳しく説明する集光レンズ板１０４１及びλ／２位相差板１０４３により構成された集光レンズ部１０４０がシステム光軸Ｌ１（Ｌ２）に対して垂直な向きに設置されている。
以上のように構成された偏光照明装置１において、まず、第１図、第４図に基づいて第１の光源２０１ｘから出射されたランダムな偏光光がその偏光方向に応じてｘ軸に沿って方向分離される過程について説明する。第４図は、第１図のｘｙ平面における断面図を示したものであり、また、上記過程の説明には直接関係がないため、反射ミラー３００は省略され、集光レンズ部１０４０から照明領域３０１に至る光路は直線的に表現されている。尚、この点に関しては、後述する第１１図〜第１５図においても同様である。
第１の光源部１０１ｘから出射されたランダムな偏光光は、Ｐ偏光光とＳ偏光光との混合光として考えることができる。第１の光源部１０１ｘから出射され、偏光分離部２０２の入射面１０１１ｘに入射された混合光は、偏光分離膜２１１ｘによってＰ偏光光とＳ偏光光の２種類の偏光光に分離される。すなわち、ランダムな偏光光に含まれるＰ偏光光は、偏光分離膜２１１ｘをそのまま透過し出射面１０１２ｘへと向かうが、Ｓ偏光光は、偏光分離膜２１１ｘで反射されて偏光分離部２０２の出射面１０１３へと進行方向を変える。
偏光分離部２０２により分離された２種類の偏光光は、λ／４位相差板１０２１ｘ、１０２２を通過し、集光ミラー板１００１ｘ、１００２により反射される。
これらの集光ミラー板１００１ｘ、１００２は、その外観図を第５図に示すように、いずれも矩形状の外形を有する同一の微小集光ミラー１００３をマトリックス状に複数配列し、その表面に一般的なアルミニウムの蒸着膜からなる反射面１００４を形成してなるもので、本例では、微小集光ミラー１００３の反射面１００４は球面状に形成されている。但し、この反射面１００４の曲率形状は、放物面状、楕円面状、或いは、トーリック面状であってもよく、それらは、光源部軸１０１ｘ、１０１ｚからの入射光束の特性に応じて設定することが出来る。
偏光分離膜２１１ｘにより分離されたＰ偏光光及びＳ偏光光は、それぞれλ／４位相差板１０２１ｘ、１０２２を通過し、集光ミラー板１００１ｘ、１００２により反射され、再度λ／４位相差板１０２１ｘ、１０２２を通過する間に、偏光光の進行方向を略１８０度反転されると同時に偏光方向が９０度回転する。この偏光光の変化の様子を第６図により説明する。尚、この図では説明の簡略化のために、集光ミラー板１００１ｘ、１００２を平面状のミラー板１０６０として描いてある。λ／４位相差板１０２１ｘ、１０２１ｚに入射したＰ偏光光１０６１は、λ／４位相差板１０２１ｘ、１０２１ｚにより右回りの円偏光光１０６２（但し、λ／４位相差板の設置の仕方によっては左回りの円偏光光となる。）に変換されミラー板１０６０へと達する。ミラー板１０６０により光は反射されるが、同時に偏光面の回転方向も変化する。すなわち、右回りの偏光光は左回りの偏光光へと（左回りの偏光光は右回りの偏光光へと）変化する。ミラー板１０６０により光の進行方向を１８０度反転され、同時に左回りの円偏光光１０６３となった偏光光は、再度λ／４位相差板１０２１ｘ、１０２１ｚを通過する際にＳ偏光光１０６４へと変換される。また、同様の過程を経て、Ｓ偏光光１０６４はＰ偏光光１０６１へと変換される。
したがって、出射面１０１２ｘに達したＰ偏光光は、λ／４位相差板１０２１ｘ及び集光ミラー板１００１ｘにより偏光光の進行方向を略１８０度反転されると同時にＳ偏光光へと変換され、偏光分離膜２１１ｘで反転され進行方向を変えて、出射面１０１４へと向かう。他方、出射面１０１３に達したＳ偏光光は、λ／４位相差板１０２２及び集光ミラー板１００２により偏光光の進行方向を略１８０度反転されると同時にＰ偏光光へと変換され、今度は偏光分離膜２１１ｘをそのまま透過し、出射面１０１４へと向かう。すなわち、偏光分離膜２１１は偏光合成膜としても作用していることになるので、偏光分離部２０２は偏光分離・合成手段として機能する。
集光ミラー板１００１ｘ、１００２は集光作用を有する微小集光ミラー１００３により構成されているため、入射光の進行方向を略反転させるとともに、各々の集光ミラー板１００１ｘ、１００２を構成する微小集光ミラー１００３と同数の複数の集光像を形成する。これらの集光像は光源像に他ならないため、以下では２次光源像と呼ぶ。また、集光レンズ板１０４１は、第７図に示すような矩形状の微小レンズ１０４２からなる複合レンズ体であり、集光レンズ板１０４１を構成する微小レンズ１０４２の数は集光ミラー板１００１ｘ、１００２を構成する微小集光ミラー１００３の数に等しい。尚、本例の場合、複数の微小レンズ１０４２には偏心レンズを使用している。また、後述する位相差層１０４４のｘ軸方向の寸法に微小レンズのｘ軸方向の寸法を合わせ、ｘ軸方向に列ぶ微小レンズの数を２倍に増やして構成した集光レンズ板を用いても良く、その場合には２つの集光ミラー板１００１ｘ、１００２から集光レンズ板に入射するそれぞれの光束を、より高い効率で照明領域３０１へと導くことが出来る。
ここで、集光ミラー板１００１ｘはｘｚ平面に直交する軸に対して直交しない状態で、また、集光ミラー板１００２はｙｚ平面に直交する軸に対し直交しない状態で、すなわち、ｘｚ平面、ｙｚ平面に対して各々β度の角度をなすように配置されている。従って、Ｐ偏光光による２次光源像とＳ偏光光による２次光源像とは僅かに異なった位置に形成されることになる。すなわち、照明領域３０１側から集光レンズ部１０４０を見た場合に２種類の偏光光が形成する２次光源像を第８図に示すと、Ｐ偏光光が形成する二次光源像Ｃ１（円形の像のうち、右上がりの斜線を付した領域）と、Ｓ偏光光が形成する二次光源像Ｃ２（円形の像のうち、左上がりの斜線を付した領域）の２つの二次光源像が横方向に並ぶ状態で形成されることになる。これに対して、集光レンズ板１０４１の照射領域３０１側の面には、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１０４４が選択的に形成されたλ／２位相差板１０４３が設けられている。したがって、Ｐ偏光光は、位相差層１０４４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１０４４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１０４３を通過する。それ故、集光レンズ部１０４０から出射される光束のほとんどは、Ｓ偏光光に揃えられる。
このようにしてＳ偏光光に揃えられた光束は、集光レンズ部１０４０から出射された後、反射ミラー３００を経て照明領域３０１に照射される。すなわち、集光ミラー板１００１ｘ、１００２の微小集光ミラー１００３で切り出されたイメージ面は、集光レンズ板１０４１によって一か所に重畳結像され、λ／２位相差板１０４３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３０１へと達するので、照明領域３０１は、ほとんど一種類の偏光光で均一に照明される。
次に、第２図に示した第２の光源部２０１ｚから出射されたランダムな偏光光がその偏光方向に応じてｘ軸に沿って方向分離される過程であるが、これについては先に第１図、第４図を用いて説明した過程と原理的には同一であるため、その詳細な説明については省略する。
第２図において、第２の光源部１０１ｚから出射されたランダムな偏光光のうち、Ｐ偏光光は分離部２０２の偏光分離膜２１１ｚをそのまま透過し出射面１０１２ｚへと向かうが、Ｓ偏光光は、偏光分離膜２１１ｚで反射されて偏光分離部２０２の出射面１０１３へと進行方向を変える。このように分離されたＰ偏光光及びＳ偏光光は、それぞれλ／４位相差板１０２１ｚ、１０２２を通過し、集光ミラー板１００１ｚ、１００２により反射され、再度λ／４位相差板１０２１ｚ、１０２２を通過する。したがって、出射面１０１２ｚに達したＰ偏光光は、λ／４位相差板１０２１ｚ及び集光ミラー板１００１ｚにより偏光光の進行方向を略１８０度反転されると同時にＳ偏光光へと変換され、偏光分離膜２１１ｚで反転され進行方向を変えて、出射面１０１４へと向かう。他方、出射面１０１３に達したＳ偏光光は、λ／４位相差板１０２２及び集光ミラー板１００２により偏光光の進行方向を略１８０度反射されると同時にＰ偏光光へと変換され、今度は偏光分離膜２１１ｚをそのまま透過し、出射面１０１４へと向かう。
ここで、集光ミラー板１００１ｚも、集光ミラー板１００１ｘ、１００２と同様、集光作用を有する微小集光ミラー１００３により構成されている。そして、ｙｚ平面に直交する軸に対して直交しない状態で、すなわち、ｙｚ平面に対してβ度の角度をなすように配置されている。従って、Ｐ偏光光による２次光源像とＳ偏光光による２次光源像とは僅かに異なった位置に形成されることになる。但し、このとき形成される二次光源像は、第１の光源部２０１ｘからの出射光に含まれていたＳ偏光光による２次光源像、及びＰ偏光光による２次光源像と重なる。従って、第２の光源部２０１ｚからの出射光も、第１の光源部２０１ｘからの出射光と同様にＳ偏光光に揃えられる。その結果、第１及び第２の光源部２０１ｘ、２０１ｚからの出射光はＳ偏光光として合成され、反射ミラー３００を経て照明領域３０１に照射される。
以上説明したように、本例の偏光照明装置１によれば、第１及び第２の光源部１０１ｘ、１０１ｚから放射されたランダムな偏光光を偏光分離部２０２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１０４３の所定の領域に導いてＰ偏光光をＳ偏光光に変換する。したがって、第１及び第２の光源部１０１ｘ、１０１ｚから放射されたランダムな偏光光をロスなくほとんどＳ偏光光に揃えた状態で合成するので、照明領域３０１を明るく照明できるという効果を奏する。また、２つの光源部１０１ｘ、１０１ｚを用いているにもかかわらず、照明する面積は一光源分の照明面積であるため、一定面積当たりの光量を一光源の場合と比較して２倍にすることができる。さらに、第１及び第２の光源部１０１ｘ、１０１ｚからなる２つの光源部を設けるといっても、双方をｚｘ平面上に配置できる。この場合、集光レンズ部１０４０から出射された照明光束の進行方向を変える反射ミラー３００が配置されているので、２つの光源部が配置されているｚｘ平面と照明光束の出射方向とを平行にすることが出来る。それ故、照明装置の薄型化や低背化に適している。つまり、集光レンズ部１０４０の後段に配置された変角ミラーによって偏光照明装置の小型化のための設計の自由度はさらに向上する。
しかも、２種類の偏光光をそれぞれλ／２位相差板１０４３の所定の領域に導くには、偏光分離部２０２の偏光分離性能が高いことが必要であるが、本例においては、ガラス製のプリズムと、無機材料からなる誘電体多層膜とを利用して偏光分離部２０２を構成してあるので、偏光分離部２０２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。
さらに、本例では、横長の矩形形状である照明領域３０１の形状に合わせて、第１ないし第３の集光ミラー板１００１ｘ、１００２、１００１ｚの微小集光ミラー１００３を横長の矩形形状とし、同時に偏光分離部２０２から出射された２種類の偏光光は横方向（ｘ方向）に分離される状態となっている。このため、横長の矩形形状を有する照明領域３０１を形成する場合でも、光量を無駄にすることなく、照明効率を高めることができる。
なお、本形態においては、λ／２位相差板１０４３を集光レンズ板１０４１の照明領域側に配置したが、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。例えば、λ／２位相差板１０４３を集光レンズ板１０４１の光源部側に配置してもよい。
さらに、集光レンズ板１０４１を構成する微小レンズ１０４２は横長の矩形レンズとしたが、その形状については特に限定がない。但し、第８図に示すように、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、それぞれの像の形成位置に対応させて、集光レンズ板１０４１を構成する微小レンズ１０４２の形状やその数は決定することが望ましい。
また、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し、位相差層１０４４をＳ偏光光による２次光源像Ｃ２の形成される位置に配置してＰ偏光を取り出す構成としてもよい。
［実施の形態２］
なお第１図及び第２図に示す偏光照明装置１ではＰ偏光光が形成する二次光源像と、Ｓ偏光光が形成する二次光源像は、ｘ軸に平行に並ぶ状態で形成したが、第９図、第１０図に示す偏光照明装置２のように、Ｐ偏光光が形成する二次光源像と、Ｓ偏光光が形成する二次光源像がｚ軸に平行に並ぶ状態で形成してもよい。この場合には、第１ないし第３の集光ミラー板１００１ｘ、１００２、１００１ｚをｙｚ平面、ｚｘ平面、ｘｙ平面に対して傾ける方向を各々変更するだけでよく、その基本的な原理については偏光照明装置１と同様であるため、詳細な説明を省略する。
［実施の形態３］
第１図、第２図あるいは第９図、第１０図に示された構成において、Ｓ偏光光及びＰ偏光光の２次光源像をｘ方向またはｚ方向にずれた位置に形成するにあたって変角プリズムを用いてもよい。この場合は、第１図、第２図あるいは第９図、第１０図に示された偏光照明装置１あるいは偏光照明装置２において、偏光分離部２０２と第１の集光ミラー板１００１との間、偏光分離部２０２と第２の集光ミラー板１００２との間、偏光分離部２０２と第３の集光ミラー板１００１ｘとの間にそれぞれ変角プリズムを設ければよい。
第１１図は、第１図、第２図に示された偏光照明装置において、変角プリズム２００１を設けた場合のｘｙ平面における断面図を示したものである。図からわかるように、この偏光照明装置３の場合には、第１ないし第３の集光ミラー板１００１ｘ、１００２、１００１ｚの全てをシステム光軸Ｌ１′、Ｌ２′（或いはシステム光軸Ｌ１、Ｌ２）に対して垂直な位置に配置できるため、集光ミラー板の設置が容易となる。
尚、本例の場合には、変角プリズム２００１を偏光分離部２０２の出射面１０１２ｘ、１０１２ｚ及び１０１３に光学接着により一体化してあり、界面における光の反射損失を削減できる効果がある。
さらに、第１ないし第３のλ／４位相差板１０２１ｘ、１０２２、１０２１ｚは偏光分離部２０２の出射面と変角プリズム２００１の間に配置してもよい。
［実施の形態４］
第１２図に示す偏光照明装置４のように、変角プリズム２００１を第１及び第３の集光ミラー板１００１ｘ、１００１ｚと各々一体化し、かつ、第２の集光ミラー１００２とも一体化した形態で配置することもでき、その場合にも、界面における光の反射損失を削減できる効果がある。この場合も、第１ないし第３のλ／４位相差板１０２１ｘ、１０２２、１０２１ｚは、第１ないし第３の集光ミラー板１００１ｘ、１００２、１００１ｚと変角プリズム２００１の間に配置することが可能である。
［実施の形態５］
さらに、第１３図に示す偏光照明装置５のように、第１ないし第３の集光ミラー１００１ｘ、１００２、１００１ｚを構成する微小集光ミラーの集光特性を調整することにより、偏光分離部２０２、第１ないし第３のλ／４位相差板１０２１ｘ、１０２２、１０２１ｚ、各変角プリズム２００１、第１ないし第３の集光ミラー板１００１ｘ、１００２、１００１ｚを全て一体化することも出来る。その場合には、界面における光の反射損失を削減できると共に、光学系全体を小型化できる効果がある。この場合も、第１ないし第３のλ／４位相差板１０２１ｘ、１０２２、１０２１ｚは、第１ないし第３の集光ミラー板１００１ｘ、１００２、１００１ｚと変角プリズム２００１の間に配置してもよい。
［実施の形態６］
第１４図に示す偏光照明装置６では、各光学系の配置は、実施の形態１と同じであるが、壁面を構成する６枚の透明板２５０１でプリズム構造体２０３を構成し、その内部に偏光分離膜２１１が形成されている平板状の偏光分離板２５０２を配置し、さらに液体２５０３を充填してなる構造体を偏光分離部２０２として用いている点に特徴がある。但し、透明板２５０１、偏光分離板２５０２、及び液体２５０３のそれぞれの屈折率をほぼ一致させておく必要がある。これにより、偏光分離部２０２の低コスト化及び軽量化を図ることができる。
［実施の形態７］
第１５図に示す偏光照明装置７では、各光学系の配置は、実施の形態１と同一であるが、偏光分離部２０２を平板状の構造体としているところに特徴がある。すなわち、偏光分離膜２２６を２枚のガラス基板で挟持した構造の偏光分離板２５０４をシステム光軸Ｌ１′、Ｌ２′（Ｌ１、Ｌ２）に対してγ＝４５度の角度をなすように配置することによって、角柱状のプリズムを用いた偏光分離部２０２（第１図参照。）とほぼ同一の機能を発揮させている。これにより、偏光分離部２０２の低コスト化及び軽量化を図ることができる。
［実施の形態８］
以上説明した偏光照明装置１乃至７において、第１ないし第３の集光ミラー板１００１ｘ、１００２、１００１ｚの一部または全部を第１６図に示したような集光ミラー板１００５としてもよい。集光ミラー板１００５は、複数の微小レンズ１００６とミラー板１００７とから構成されたものである。この構成において、複数の微小レンズ１００６のそれぞれを偏心レンズとすれば集光ミラー板１００５を偏光分離部２０２の出射面１０１２ｘ、１０１２ｚ、１０１３に対して平行に設けることができるため、集光ミラー板１００５の設置が容易となる。
なお、第５図に記載された第１ないし第３の集光ミラー板１００１ｘ、１００１ｚ、１００２の一部または全部の反射面１００４を偏心反射面として構成することも可能であり、この場合にはこれらのミラー板を偏心分離部２０２の出射面１０１２ｘ、１０１２ｚ、１０１３に対して平行に設けることができるため、第１ないし第３の集光ミラー板１００１ｘ、１００１ｚ、１００２の設置が容易となる。
［実施の形態９］
第１７図、第１８図には、実施の形態１乃至８に係る偏光照明装置のうち、実施の形態１に係る偏光照明装置１を用いて、その投写画像の明るさを向上させた投写型表示装置の一例を示してある。また、本例の投写型表示装置においては、偏光照明装置１の２つの光源部に、発光スペクトルが異なる２種類の光源ランプを用い、それらの光源ランプを選択的に点灯可能としている。
第１７図、第１８図において、本例の投写型表示装置８に組み込まれた偏光照明装置１は、ランダムな偏光光を一方向に出射する第１の光源部１０１ｘ、及び第２の光源部１０１ｚを有し、これらの光源部から出射されたランダムな偏光光は、偏光分離部２０２において２種類の偏光光に分離されると共に、分離された各偏光光のうち、Ｐ偏光光については集光レンズ部１０４０のλ／２位相差板１０４３によってＳ偏光光に変換され、ほぼ一種類の偏光状態（Ｓ偏光状態）となって集光レンズ部から出射される。集光レンズ部から出射された偏光光束は、反射ミラー３００によって出射方向を−ｚ方向に変えられ、青色緑色反射ダイクロイックミラー２７０１に入射するようになっている。
この偏光照明装置１から出射される光束は、まず、青色緑色反射ダイクロイックミラー２７０１において赤色光が透過し、青色光及び緑色光が反射される。赤色光は、反射ミラー２７０２で反射され、第１の液晶ライトバルブ２７０３に達する。一方、青色光及び緑色光のうち、緑色光は、緑色反射ダイクロイックミラー２７０４によって反射されて、第２の液晶ライトバルブ２７０５に達する。
ここで、青色光は他の２色光に比べて光路の長さが長いので、青色光に対しては、入射側レンズ２７０６、リレーレンズ２７０８、及び出射側レンズ２７１０からなるリレーレンズ系で構成した導光手段２７５０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２７０４を透過した後に、まず、出射側レンズ２７０６及び反射ミラー２７０７を経てリレーレンズ２７０８に導かれ、このリレーレンズ２７０８で集束された後に、反射ミラー２７０９によって出射側レンズ２７１０に導かれる。しかる後に、第３の液晶ライトバルブ２７１１に達する。ここで、第１及び第３の液晶ライトバルブ２７０３、２７０５、２７１１は、それぞれの色光を変調し、各色に対応した画像情報を含ませた後に、変調した色光をダイクロイックプリズム２７１３に入射する。ダイクロイックプリズム２７１３は、その内部に赤色反射の誘電体多層膜と、青色反射の誘電体多層膜とが十字状に形成された構成を有しており、それぞれの変調光束を合成する。合成された光束は、投写レンズ２７１４を通過してスクリーン２７１５上に画像を形成することなる。
このように構成した投写型表示装置８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８では、かかる問題点が大幅に解消されている。
すなわち、本例の投写型表示装置８では、偏光照明装置１において、一方の偏光光（たとえば、Ｐ偏光光）のみに対して、λ／２位相差板１０４３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２７０３、２７０５、２７１１に導かれるので、光の利用効率が向上し、明るい投写画像を得ることができる。また、偏光板による光吸収量が低減するので、偏光板での温度上昇が抑制される。それ故、冷却装置の小型化や低騒音化を実現できる。さらに、第１及び第２の光源部１０１ｘ、１０１ｚからなる２つの光源部を有し、かつ、いずれの光源部からの出射光についてもロスすることなく偏光方向を揃えているので、明るい投写画像を得ることができる。しかも、偏光照明装置１では、偏光分離膜として熱的に安定な誘電体多層膜を用いているため、偏光分離部２０２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８においても常に安定した偏光分離性能を発揮する。
さらに、偏光照明装置１では、偏光分離部２０２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。それゆえに、偏光照明装置１は、見やすくて、かつ、迫力のある画像を投写できる横長の液晶ライトバルブ用に適している。
これに加えて、本例では、色光合成手段として、ダイクロイックプリズム２７１３を用いているので、小型化が可能であると共に、液晶ライトバルブ２７０３、２７０５、２７１１と投写レンズ２７１４との間の光路の長さが短い。したがって、比較的小口径の投写レンズを用いても、明るい投写画像を実現できる特徴がある。また、各色光は、３光路の内の一光路のみ、その光路の長さが異なるが、本例においては、光路の長さが最も長い青色光に対しては、入射側レンズ２７０６、リレーレンズ２７０８、及び出射側レンズ２７１０からなるリレーレンズ系で構成した導光手段２７５０を設けてあるため、色ムラなどが生じない。さらに、本例では、偏光変換手段である集光レンズ部１０４０と青色緑色反射ダイクロイックミラー２７０１との間に、光路変更光学素子である反射ミラー３００を配置しているので、偏光変換手段から出射された偏光光束の進行方向を変えることができる。これによって、色光分離手段、色光合成手段、光変調手段及び投写光学系等が配置される平面と、寸法が比較的大きい２つの光源部を有する偏光照明装置１を含む平面とを、平行な状態で配置することができるため、投写型表示装置の一方方向の厚みを薄くし、薄型の投写型表示装置を実現している。
また、本例の投写型表示装置８に組み込まれた偏光照明装置１において、第１、第２の光源部１０１ｘ、１０１ｚのうち、いずれか一方を着脱可能としてもよい。このように構成することによって、例えば投写型表示装置８を持ち運びする際にいずれか一方の光源部を取り外すことが可能となり、可搬性が向上する。
本例の投写型表示装置８に組み込まれた偏光照明装置１の２つの光源部１０１ｘ、１０１ｚには、発光スペクトルや輝度特性の異なる２種類の光源ランプが用いられ、さらに、それらの光源ランプは選択的に点灯できる構成となっている。この様な構成を採用することによって、以下の様な効果を得ることが出来る。
１） 発光スペクトルの異なる２種類の光源ランプを選択的に点灯可能にすることにより、投写画像の色合いを観察者の好みに応じて適宜変化させることが可能となる。
２） ２つの光源ランプを選択的に点灯可能にすることにより、周囲が明るい場所で投写画像を観察する場合には２つの光源部を点灯させ、周囲が暗い場所で投写画像を観察する場合には一方のみを選択点灯させるというように周辺環境や観察者の好みに応じて投写画像の明るさを適宜変化させることが可能となる。
３） ２つの光源ランプを選択的に切り替えて使用する形態とすれば、光源ランプ自体の寿命を延ばすことができると共に、例えば、一方の光源ランプが寿命や故障などで点灯できなくなった場合にも、他方の光源ランプを使用することによって、投写画像を引き続き表示することが可能となるなど、使い勝手が向上する。さらには、例えば投写型表示装置８をバッテリ駆動する際に、一方の光源ランプのみを選択点灯することによりバッテリの寿命時間を長く持たせることもできる。
また、上記１）にも関係するが、本例の投写型表示装置８によれば、次のような効果も期待できる。投写型表示装置に使用される光源ランプに対しては、青色光、緑色光、赤色光の全ての波長域において光出力が大きく、且つ、それらの割合がバランスしていることが理想的であるが、現状では、そのような理想的な光源ランプは殆どない。第１９図は、光源ランプと偏光照明装置から出射される光のスペクトルについて示す説明図であり、この図を用いて具体的に説明する。例えば、（Ａ）に示すように、発光効率は比較的高いが赤色光の強度が相対的に低い（一般的な高圧水銀ランプがこの場合に相当する）とか、（Ｂ）に示すように、赤色光の発光強度は比較的大きいが全体の発光効率が相対的に低い（ある種のメタルハライドランプがこの場合に相当する）という具合である。この様な光源ランプの現状において、（Ａ）と（Ｂ）に示した発光スペクトルを有する２種類の光源ランプを本例の投写型表示装置８の偏光照明装置１に用い同時点灯した状態で使用すれば、偏光照明装置１から出射される光のスペクトルは（Ｃ）に示すような理想的なものとなりすることができ、明るく高品位の投写画像を得られる投写型表示装置を容易に実現することが可能となる。
なお、偏光照明装置１の代りに、前に述べた偏光照明装置２〜８を用いても良いことは勿論である。
［実施の形態１０］
投写型表示装置としては、第２０図に示すように、ミラー光学系で色光合成手段を構成してもよい。色光合成手段にミラー光学系を用いた場合には、３箇所の液晶ライトバルブ２７０３、２７０５、２７１１と光源部１０１との光路の長さが何れも等しいため、特別な導光手段を用いなくても、明るさムラや色ムラの少ない効果的な照明を行い得る特徴がある。
すなわち、第２０図に示す投写型表示装置９では、第１図、第２図、第４図に示した偏光照明装置１が用いられており、第１の光源部１０１ｘ、及び第２の光源部１０１ｚ（図示せず。）から放射されたランダムな偏光光は、偏光分離部２０２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、集光レンズ部１０４０のλ／２位相差板１０４３によって、Ｓ偏光光に変換するようになっている。
かかる偏光照明装置１（本例においても、先の投写型表示装置８の場合と同様に、光路変更光学素子である反射ミラーを備えているが、第２０図では、反射ミラーは省略されて描かれている。）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２８０１において、赤色光が反射し、青色光及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２８０２で反射され、第１の液晶ライトバルブ２７０３に達する。一方、青色光及び緑色光のうち、緑色光は、緑色反射ダイクロイックミラー２８０３によって反射され、第２の液晶ライトバルブ２７０５に達する。青色光は、緑色反射ダイクロイックミラー２８０３を透過した後、第３の液晶ライトバルブ２７１１に達する（色光分離手段）。しかる後、第１及び第３の液晶ライトバルブ２７０３、２７０５、２７１１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（光変調素子）。ここで、強度変調された赤色光は、緑色反射ダイクロイックミラー２８０４及び青色反射ダイクロイックミラー２８０５を透過して、投写レンズ２７１４（投写光学系）に達する。強度変調された緑色光は、緑色反射ダイクロイックミラー２８０４で反射した後、青色反射ダイクロイックミラー２８０５を透過して、投写レンズ２７１４に達する。強度変調された青色光は、反射ミラー２８０２、及び青色反射ダイクロイックミラー２８０５で反射された後、投写レンズ２７１４に達する。
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光合成手段を構成した投写型表示装置９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９では、かかる問題点が大幅に解消されている。
すなわち、本例の投写型表示装置９では、偏光照明装置１において、一方の偏光光（たとえば、Ｐ偏光光）のみに対して、λ／２位相差板１０４３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２７０３、２７０５、２７１１に導かれるので、光の利用効率が向上し、明るい投写画像を得ることができる。また、偏光板による光吸収量が低減するので、偏光板での温度上昇が抑制される。それ故、冷却装置の小型化や低騒音化を実現できる。さらに、第１及び第２の光源部１０１ｘ、１０１ｚからなる２つの光源部を有し、かつ、いずれの光源部からの出射光についてもロスすることなく偏光方向を揃えているので、明るい投写画像を得ることができる。しかも、偏光照明装置１では、偏光分離膜として熱的に安定な誘電体多層膜を用いているため、偏光分離部２０２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９においても常に安定した偏光分離性能を発揮する。
また、本例の投写型表示装置９においても、前述したように、第１、第２の光源部１０１ｘ、１０１ｚのうち、いずれか一方を着脱可能としたり、第１、第２の光源部１０１ｘ、１０１ｚに発光スペクトルが互いに異なる２種類の光源ランプを用いたり、２つの光源ランプを選択的に点灯可能とする構成とすることが可能であり、前に述べたような効果を得ることができる。
なお、偏光照明装置１の代りに、前に述べた偏光照明装置２〜８を用いても良いことは言うまでもない。
［その他の実施形態］
なお、上記の例においてはＰ偏光光をＳ偏光光に変換するようにしているが、逆にＳ偏光光をＰ偏光光に変換してもよい。この場合にはλ／２位相差板１０４３の位相差層１０４４をＳ偏光光による２次光源像が形成される位置に配置すればよい。また、Ｐ偏光光及びＳ偏光光の双方に対して偏光面の回転作用を与えることにより、偏光面を揃えてもよい。この場合には双方の偏光光による２次光源像が形成される位置に位相差層を配置すればよい。
また、上記の例では、λ／２位相差板、λ／４位相差板として一般的な高分子フィルムからなるものを想定している。しかし、これらの位相差板をツイステッド・ネマチック液晶（ＴＮ液晶）を用いて構成してもよい。ＴＮ液晶を用いた場合には、位相差板の波長依存性を小さくできるので、一般的な高分子フィルムを用いた場合にくらべて、λ／２位相差板及びλ／４位相差板の偏光変換性能を向上させることができる。
［発明の効果］
本発明の偏光照明装置では、第１及び第２の光源部から放射されたランダムな偏光光を偏光分離部でそれぞれ２種類の偏光光に方向分離した後、各偏光光を所定の領域に導いて偏光方向を揃える。したがって、第１及び第２の光源部から放射されたランダムな偏光光をほとんどＰ偏光光またはＳ偏光光に揃え、かつ、合成した状態で照明領域に照射できるため、明るく照明できるという効果を奏する。また、２つの光源部を用いているにもかかわらず、照明する面積は一光源分の照明面積である。このため、一定面積当たりの光量を一光源の場合と比較して２倍にすることができるので、この点からも明るく照明できるという効果を奏する。
産業上の利用可能性
また、本発明の偏光照明装置は、投写型表示装置等、特定の偏光光を用いる装置の光源として用いるのに適している。

Claims (10)

1. １． 略６面体形状であって、前記６面体の第１の面から入射した光を２種類の偏光光に分離して、一方を前記６面体の第３の面側に出射し、他方を前記６面体の第４の面側に出射する第１の偏光分離膜と、前記６面体の第２の面から入射した光を２種類の偏光光に分離して、一方を前記６面体の第４の面側に出射し、他方と前記６面体の第５の面側に出射する第２の偏光分離膜を備えた偏光分離・合成光学素子と、
   前記偏光分離・合成光学素子の第１、第２の面側にそれぞれ配置された第１、第２の光源部と、
   前記偏光分離・合成光学素子の第３の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の集光反射素子を備えた第１の集光反射光学素子と、
   前記偏光分離・合成光学素子の第４の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の集光反射素子を備えた第２の集光反射光学素子と、
   前記偏光分離・合成光学素子の第５の面側に配置され、各々入射光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の集光反射素子を備えた第３の集光反射光学素子と、
   前記偏光分離・合成光学素子の第３の面と前記第１の集光反射光学素子との間に配置された第１のλ／４位相差板と、
   前記偏光分離・合成光学素子の第４の面と前記第２の集光反射光学素子との間に配置された第２のλ／４位相差板と、
   前記偏光分離・合成光学素子の第５の面と前記第３の集光反射光学素子との間に配置された第３のλ／４位相差板と、
   前記偏光分離・合成光学素子の第６の面側に配置され、前記偏光分離・合成光学素子から出射された光の偏光方向を揃える偏光変換光学素子と、
   を有することを特徴とする偏光照明装置。
2. 請求項１において、
   前記第１の集光反射光学素子は、前記偏光分離・合成光学素子の第３の面に直交する軸に対して直交しない状態で配置されており、
   前記第２の集光反射光学素子は、前記偏光分離・合成素子の第４の面に直交する軸に対して直交しない状態で配置されており、
   前記第３の集光反射光学素子は、前記偏光分離・合成素子の第５の面に直交する軸に対して直交しない状態で配置されていることを特徴とする偏光照明装置。
3. 請求項１において、
   前記第１の集光反射光学素子と前記偏光分離・合成素子の第３の面、前記第２の集光反射光学素子と前記偏光分離・合成素子の第４の面、前記第３の集光反射光学素子と前記偏光分離・合成素子の第５の面のうち、少なくとも一の間に設けられた変角プリズムを有することを特徴とする偏光照明装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記偏光変換光学素子から出射された光の進行方向を変える光路変更光学素子を有することを特徴とする偏光照明装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   前記第１、第２、第３の集光反射光学素子の前記集光反射素子は、曲面ミラーからなることを特徴とする偏光照明装置。
6. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   前記第１、第２、第３の前記集光反射素子は、レンズと、前記レンズの偏光分離・合成光学素子とは反対側の面に設けられた反射面とからなることを特徴とする偏光照明装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の偏光照明装置と、
   前記偏光照明装置から出射された光を変調して画像を形成する光変調素子と、
   前記光変調素子によって形成された画像を投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。
8. 請求項１ないし６のいずれかに記載の偏光照明装置と、
   前記偏光照明装置から出射された光を複数の色光に分離する色光分離光学素子と、前記色光分離手段によって分離された色光をそれぞれ変調して画像を形成する複数の光変調素子と、
   前記複数の光変調素子によって形成された画像を合成する色光合成光学素子と、
   前記色光合成光学素子によって合成された画像を投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。
9. 請求項７または８において、
   前記第１、第２の光源部のうち、少なくとも一方が着脱可能に構成されていることを特徴とする投写型表示装置。
10. 請求項７または８において、
    前記第１、第２の光源部のうち、少なくとも一方が選択点灯可能となっていることを特徴とする投写型表示装置。

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