JP3941123B2 - 偏光照明装置および投写型表示装置 - Google Patents
偏光照明装置および投写型表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3941123B2 JP3941123B2 JP50782398A JP50782398A JP3941123B2 JP 3941123 B2 JP3941123 B2 JP 3941123B2 JP 50782398 A JP50782398 A JP 50782398A JP 50782398 A JP50782398 A JP 50782398A JP 3941123 B2 JP3941123 B2 JP 3941123B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- polarization
- optical element
- condensing
- reflecting
- 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
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/30—Polarising elements
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
- H04N9/3105—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
- F21V13/12—Combinations of only three kinds of elements
- F21V13/14—Combinations of only three kinds of elements the elements being filters or photoluminescent elements, reflectors and refractors
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
- G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/30—Polarising elements
- G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
- G03B21/14—Details
- G03B21/20—Lamp housings
- G03B21/2006—Lamp housings characterised by the light source
- G03B21/2013—Plural light sources
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
- G03B21/14—Details
- G03B21/20—Lamp housings
- G03B21/2073—Polarisers in the lamp house
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3141—Constructional details thereof
- H04N9/315—Modulator illumination systems
- H04N9/3164—Modulator illumination systems using multiple light sources
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3141—Constructional details thereof
- H04N9/315—Modulator illumination systems
- H04N9/3167—Modulator illumination systems for polarizing the light beam
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
- Polarising Elements (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Description
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. 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23846496 | 1996-08-20 | ||
PCT/JP1997/002874 WO1998008118A1 (en) | 1996-08-20 | 1997-08-20 | Polarized light separating/combining optical element, polarized light illuminating apparatus and projection-type display device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3941123B2 true JP3941123B2 (ja) | 2007-07-04 |
Family
ID=17030629
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP50782398A Expired - Fee Related JP3941123B2 (ja) | 1996-08-20 | 1997-08-20 | 偏光照明装置および投写型表示装置 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US6108132A (ja) |
EP (1) | EP0857986B1 (ja) |
JP (1) | JP3941123B2 (ja) |
KR (1) | KR100446570B1 (ja) |
CN (1) | CN1134678C (ja) |
DE (1) | DE69735423T2 (ja) |
WO (1) | WO1998008118A1 (ja) |
Families Citing this family (30)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1134678C (zh) * | 1996-08-20 | 2004-01-14 | 精工爱普生株式会社 | 光学元件、偏振光照明装置及投影型显示装置 |
JP3661392B2 (ja) * | 1998-02-18 | 2005-06-15 | セイコーエプソン株式会社 | 偏光照明装置および投写型表示装置 |
US6132047A (en) * | 1998-02-18 | 2000-10-17 | Seiko Epson Corporation | Polarized light illumination device and projector |
US6341867B1 (en) | 1998-02-18 | 2002-01-29 | Seiko Epson Corporation | Polarized light illumination device and projector |
US6193393B1 (en) * | 1998-09-10 | 2001-02-27 | International Business Machines Corporation | Apparatus and method for intensifying illumination brightness by time-superposing multiple pulsed light sources |
US6331060B1 (en) * | 1998-10-08 | 2001-12-18 | Sony Corporation | Projection-type display device and method of adjustment thereof |
JP2000180795A (ja) * | 1998-12-18 | 2000-06-30 | Nec Corp | プロジェクタ装置 |
KR100606666B1 (ko) * | 1999-04-19 | 2006-08-01 | 엘지전자 주식회사 | 고휘도 프로젝션 장치 |
CN1175301C (zh) * | 1999-08-13 | 2004-11-10 | 精工爱普生株式会社 | 偏振光照明装置及投影型显示装置 |
CN1175303C (zh) * | 1999-08-13 | 2004-11-10 | 精工爱普生株式会社 | 偏振光照明装置及投影型显示装置 |
JP2001356404A (ja) * | 2000-06-09 | 2001-12-26 | Mitsubishi Electric Corp | 画像表示装置 |
US6972810B2 (en) * | 2000-11-02 | 2005-12-06 | 3M Innovative Properties Company | Optical systems for reflective LCDs |
JP3609715B2 (ja) * | 2000-11-27 | 2005-01-12 | 三洋電機株式会社 | 色分離合成素子及びそれを用いた液晶プロジェクタ |
US6597504B2 (en) | 2000-12-29 | 2003-07-22 | Honeywell International Inc. | Optical devices employing beam folding with polarizing splitters |
US6913532B2 (en) * | 2001-10-15 | 2005-07-05 | Igt | Gaming device having a re-triggering symbol bonus scheme |
KR100411431B1 (ko) * | 2002-01-18 | 2003-12-24 | 엘지전자 주식회사 | 프로젝터 |
US6624949B2 (en) * | 2002-02-06 | 2003-09-23 | Eastman Kodak Company | Printing apparatus for photosensitive media using dichroic prism in illumination path |
TWI235263B (en) * | 2002-05-14 | 2005-07-01 | Sony Corp | Illuminating optical system, image display unit and method of illuminating space modulation element |
US6646806B1 (en) * | 2002-05-17 | 2003-11-11 | Infocus Corporation | Polarized light source system with dual optical paths |
TWI234775B (en) * | 2003-04-09 | 2005-06-21 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | Optical pick-up device |
US20050083696A1 (en) * | 2003-10-20 | 2005-04-21 | Po-Liang Chiang | Structure of LED illuminating apparatus |
EP2418522A1 (en) * | 2004-07-06 | 2012-02-15 | RealD Inc. | Illumination systems |
US7628494B2 (en) | 2004-12-07 | 2009-12-08 | Seiko Epson Corporation | Illuminating apparatus and projector |
JP4646618B2 (ja) * | 2004-12-20 | 2011-03-09 | イビデン株式会社 | 光路変換部材、多層プリント配線板および光通信用デバイス |
GB2473158B (en) * | 2005-09-06 | 2011-05-04 | Cintel Internat Ltd | Optical scatter correction for film scanners |
JP2007294337A (ja) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Seiko Epson Corp | 照明装置及びプロジェクタ |
JP5897989B2 (ja) * | 2012-05-28 | 2016-04-06 | 富士フイルム株式会社 | 対象物に特定の円偏光を選択的に照射するためのシステム |
JP5875953B2 (ja) * | 2012-07-17 | 2016-03-02 | 株式会社東芝 | 光学装置 |
CN104076588B (zh) * | 2014-07-03 | 2016-01-20 | 复旦大学 | 一种用于反射式液晶面板投影机的偏振分合光棱镜组 |
US11150473B2 (en) | 2019-05-20 | 2021-10-19 | Facebook Technologies, Llc | Polarization sensitive beam splitter |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03175412A (ja) * | 1989-12-05 | 1991-07-30 | Victor Co Of Japan Ltd | 偏光変換素子 |
JP2752751B2 (ja) * | 1989-12-20 | 1998-05-18 | キヤノン株式会社 | 表示装置 |
JP2913864B2 (ja) * | 1991-03-04 | 1999-06-28 | 株式会社日立製作所 | 偏光変換光学系及び偏光ビームスプリッタ及び液晶表示装置 |
JP2849238B2 (ja) * | 1991-07-19 | 1999-01-20 | 三菱電機株式会社 | 単一偏光波化装置及び液晶ビデオプロジェクタ装置 |
JPH0534638A (ja) * | 1991-08-02 | 1993-02-12 | Canon Inc | 偏光照明装置及び該偏光照明装置を用いた投写表示装置 |
JPH05150191A (ja) * | 1991-12-02 | 1993-06-18 | Nippon Avionics Co Ltd | 直線偏光変換装置 |
JPH06202041A (ja) * | 1993-01-05 | 1994-07-22 | Canon Inc | 偏光照明装置および投射型表示装置 |
JP3272078B2 (ja) * | 1993-01-11 | 2002-04-08 | 三洋電機株式会社 | 光源装置 |
JPH07244282A (ja) * | 1994-03-04 | 1995-09-19 | Canon Inc | 照明装置及びそれを用いた投影装置 |
JP2586841B2 (ja) * | 1994-12-13 | 1997-03-05 | 日本電気株式会社 | 偏光変換素子およびこれを用いた映像投射装置 |
EP1063554B1 (en) * | 1994-12-28 | 2004-03-03 | Seiko Epson Corporation | Polarization luminaire and projector using it |
CN1134678C (zh) * | 1996-08-20 | 2004-01-14 | 精工爱普生株式会社 | 光学元件、偏振光照明装置及投影型显示装置 |
US6132047A (en) * | 1998-02-18 | 2000-10-17 | Seiko Epson Corporation | Polarized light illumination device and projector |
JP3661392B2 (ja) * | 1998-02-18 | 2005-06-15 | セイコーエプソン株式会社 | 偏光照明装置および投写型表示装置 |
-
1997
- 1997-08-20 CN CNB97191107XA patent/CN1134678C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1997-08-20 JP JP50782398A patent/JP3941123B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1997-08-20 EP EP97935824A patent/EP0857986B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-08-20 KR KR10-1998-0702578A patent/KR100446570B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1997-08-20 DE DE69735423T patent/DE69735423T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-08-20 WO PCT/JP1997/002874 patent/WO1998008118A1/ja active IP Right Grant
- 1997-08-20 US US09/051,633 patent/US6108132A/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-02-25 US US09/512,891 patent/US6348996B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-02-25 US US09/512,892 patent/US6348997B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6348996B1 (en) | 2002-02-19 |
EP0857986A4 (en) | 2002-05-02 |
KR100446570B1 (ko) | 2004-11-16 |
EP0857986A1 (en) | 1998-08-12 |
KR20000064275A (ko) | 2000-11-06 |
DE69735423T2 (de) | 2006-08-17 |
US6108132A (en) | 2000-08-22 |
WO1998008118A1 (en) | 1998-02-26 |
EP0857986B1 (en) | 2006-03-08 |
DE69735423D1 (de) | 2006-05-04 |
CN1134678C (zh) | 2004-01-14 |
CN1199470A (zh) | 1998-11-18 |
US6348997B1 (en) | 2002-02-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3941123B2 (ja) | 偏光照明装置および投写型表示装置 | |
JP3661392B2 (ja) | 偏光照明装置および投写型表示装置 | |
US6310723B1 (en) | Polarization luminaire and projection display | |
US6341867B1 (en) | Polarized light illumination device and projector | |
JP2020170064A (ja) | 光源装置及び投写型映像表示装置 | |
US6132047A (en) | Polarized light illumination device and projector | |
JP3528798B2 (ja) | 偏光照明装置および投写型表示装置 | |
JP3973749B2 (ja) | 投射型画像表示装置 | |
JP3336794B2 (ja) | 偏光照明装置およびそれを用いた投写型表示装置 | |
JP3528797B2 (ja) | 偏光照明装置および投写型表示装置 | |
JPH11160791A (ja) | 照明光学装置およびこの照明光学装置を使用した投写型表示装置 | |
JP3591026B2 (ja) | 照明装置及びそれを用いた投写型表示装置 | |
JPH1164850A (ja) | 偏光照明装置、および投写型液晶表示装置 | |
JP2006337428A (ja) | 照明光学系、光学エンジン及び投射型映像表示装置 | |
JP3555610B2 (ja) | 偏光照明装置および投写型表示装置 | |
JP2002122812A (ja) | 照明光学装置と投射表示装置 | |
JP2002207194A (ja) | 偏光照明装置およびそれを用いた投写型表示装置 | |
JP2004295150A (ja) | 偏光照明装置および投写型表示装置 | |
JP2004219467A (ja) | 照明光学系およびこれを用いたプロジェクタ | |
JP2004310130A (ja) | 偏光照明装置および投写型表示装置 | |
JP2004348148A (ja) | 偏光照明装置および投写型表示装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050906 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051031 |
|
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: 20070313 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070326 |
|
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: 20110413 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110413 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120413 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130413 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |