JP4148490B2 - 偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクタ装置等の、ライトバルブにより出力光を所定の映像情報に応じて変調して用いる照明光学系に好適な偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置に関し、特に、光源部から射出された光束の偏光方向を所定の方向に統一するために、光源部からライトバルブの間に配設される偏光ビームスプリッタの構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液晶プロジェクタ装置等の照明光学系においては、メタルハライドランプ、キセノンランプ、あるいはハロゲンランプ等のように配光特性にバラツキを有する光源を用いた場合においても、その光源の配光特性によるムラを除去し得る、インテグレータ方式と称される、レンズアレイやレンチキュラー板を用いた方法が知られている。
【０００３】
このような照明光学系の光源部から偏光ビームスプリッタまでの概略を図１０および図１１の（Ａ）に示し、ライトバルブ側からこれを見た図を図１０および図１１の（Ｂ）に示す。
【０００４】
すなわち、この照明光学系は、発光体９０４およびリフレクタ９０１よりなる光源部９１０の後段に、第１のインテグレータ板（一般には第２フライアイ等と称する）９１１Ａ、第２のインテグレータ板（一般には第１フライアイ等と称する）９１１Ｂ、偏光ビームスプリッタ９１１Ｃおよびフィールドレンズ（図示せず）をこの順に付加してなる。第１のインテグレータ板９１１Ａは、複数のレンズを２次元的に配列して構成する。第２のインテグレータ板９１１Ｂも同様に、複数のレンズを２次元的に配列して構成する。第１のインテグレータ板９１１Ａは、凹面鏡よりなるリフレクタ９０１から射出される明るさムラの大きな単一光束を、第１のインテグレータ板９１１Ａのレンズの数と同数の部分光束に分割する。分割後の部分光束の明るさムラは、分割前の単一光束に比較して小さい。この各部分光束は、第２のインテグレータ板９１１Ｂにより各々被照明領域方向に射出され、フィールドレンズが被照明領域上でこれら各部分光束を重畳させるので、明るさムラの小さな照明を実現することができる。
【０００５】
さらに、光源部９１０からの光による２次光源が形成される第２のインテグレータ板９１１Ｂと投影レンズの瞳が共役関係となるように、また第１のインテグレータ板９１１Ａを構成する複数のレンズとライトバルブが共役関係となるように各部材を配置することにより、液晶プロジェクタ装置等の投射型表示装置とすることができる。
【０００６】
ここで用いられている偏光ビームスプリッタ９１１Ｃは、光源の像ができる第２のインテグレータ板９１１Ｂ付近に配設され、偏光方向を一定方向に統一するためのものである。この偏光ビームスプリッタ９１１Ｃは、その内部に偏光分離膜９７１と反射膜９７２が交互に一列に（図１０）、あるいは光軸に対して左右対称な傾斜角度となるように交互に一列に（図１１）、配列されたプリズム合成体と、偏光分離膜９７１により分離された一方の偏光が射出される面にのみ配されたλ／２位相差板９６３とからなる。図１０および図１１においては、偏光分離膜９７１を直進透過した偏光が射出される面にのみλ／２位相差板９６３が配されている。
【０００７】
例えば、特開平８−304739号公報記載のものは、このようなレンズアレイによるインテグレータ板を用い、ライトバルブへの照明光の照明ムラを小さくするとともに明るくコンパクトな照明光学系として知られている。
【０００８】
すなわち、インテグレータ板と偏光ビームスプリッタをこのように組み合わせることにより、光源部から放射されたランダムな偏光をほとんど一つの方向の偏光に統一した状態で照明領域に照射することができ、その変換過程においては光損失をほとんど伴わないため、光源光の利用効率が高い。
【０００９】
また、２次光源像が、偏光ビームスプリッタの内部の偏光分離膜近傍に位置するように光源、偏光ビームスプリッタおよびその他の部材を配置することにより、偏光を紙面左右方向に分離するにもかかわらず光束の幅が広がらず、コンパクトな光学系を実現し得るものとなっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ここで用いられた偏光ビームスプリッタは、内部に偏光分離膜と反射膜が交互に一方向に、あるいは光軸に対して左右対称な傾斜角度となるように交互に一方向に、配列されているものであるため、光源部やインテグレータ板の構成によっては、照明効率の低い部分が生じてしまったり、かなり細かい構成のビームスプリッタを製造する必要が生じることがある。
【００１１】
例えば、第２のインテグレータ板にできる光源像の形状が光軸付近と周辺部というようなレンズアレイ素子の位置により大きく異なる場合は、一方向にのみ配列された偏光ビームスプリッタでは光量が無駄になり照明効率の低い部分が生じてしまうことがある。
【００１２】
また、第２のインテグレータ板の各レンズアレイ素子形状が一様でない場合、特に、各レンズアレイ素子が偏光分離膜と反射膜の配列方向と同一方向において比較的細かいピッチで配列されている部分がある場合は、これに対応する部分の偏光ビームスプリッタは照明効率やコンパクト化の要請とも相俟ってさらに細かいピッチで偏光分離膜と反射膜が配列されたプリズム合成体としなければならないことになる。
【００１３】
実際に、本出願人が既に特願平11―108909号明細書において開示している照明光学系においては、複数光源を用いることで光源部からの光束が大きな強度分布を有し、これにより第２のインテグレータ板の各レンズアレイ素子の形状が大きく異なっている。また、単一の光源であっても、光源からの光束が大きな強度分布を持っているためにこれら素子の形状が大きく異なる場合もある。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、製作の容易な部材を用いた簡易な構成でありながら、第２のインテグレータ板にできる光源像の形状がレンズアレイ素子の位置により大きく異なっていたり、第２のインテグレータ板の各レンズアレイの形状が異なっていたりした場合でも、効率よく偏光方向が統一された照明光を得ることができる偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置は、光源部と、
多数のレンズアレイ素子が配列されたフライアイレンズを少なくとも１つ備え前記光源部から射出された光の光量均一化を図るインテグレータ部と、
該インテグレータ部からの出力光を所定の映像情報に応じて変調するライトバルブと、
該ライトバルブにより変調された光による光学像をスクリーン上に投影する投影レンズと、
２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイおよび該２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイの各々の射出面側に配設されたλ／２位相差板からなり、光源部からの光束の偏光方向を所定の方向に統一する偏光ビームスプリッタであって、該２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイのうち少なくとも１つの櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面と、他の櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように構成されている偏光ビームスプリッタと、を備え、
前記フライアイレンズのうち前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズは、前記多数のレンズアレイ素子のうち、該フライアイレンズ上において光軸と直交するように設定されたＸ軸の方向に長い矩形状をなすレンズアレイ素子が配される領域と、該光軸および該Ｘ軸と直交するように設定されたＹ軸の方向に長い矩形状をなすレンズアレイ素子が配される領域とを有し、
前記偏光ビームスプリッタは、前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズの近傍に配されるとともに、前記２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイの各内部の偏光分離膜と反射膜とが交互に配される方向が、対応する前記領域毎の前記レンズアレイ素子の長手方向と一致するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置は、前記光源部として、前記光軸を挟んで前記Ｘ軸の方向と平行な方向に並設された２つの光源部を備え、該２つの光源部からの各光束が、前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズ上の前記Ｙ軸の付近において互いに一部重なるように構成されており、
前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズは、前記多数のレンズアレイ素子のうち前記Ｙ軸の付近に配されたレンズアレイ素子が、該Ｙ軸の方向に長い矩形状をなすものとすることができる。
また、本発明の偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置は、前記光源部として、出力光束の光量分布が前記光軸付近で大となる１つの光源部を備え、
前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズは、前記多数のレンズアレイ素子のうち前記光軸の付近に配されたレンズアレイ素子が、該レンズアレイ素子の周囲に配された他のレンズアレイ素子と比較して大きく、かつ前記Ｘ軸の方向に長い矩形状をなすものとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、実施例１に係る偏光ビームスプリッタの図面を参照しつつ説明する。図１は実施例１に係る偏光ビームスプリッタの構成を示す図であり、図２は本実施形態に係る偏光ビームスプリッタを備えた投射型表示装置の構成を示す図である。
【００１８】
図２に示すように、この投射型表示装置は、光源部１０と、この光源部１０から発せられた光束をミキシングして、光量分布の均一化を図るためのインテグレータ部１１と、インテグレータ部１１により均一光とされた光束に画像情報を担持せしめてスクリーンに投射するための投射部１２とからなる。
【００１９】
上記光源部１０は、図２に示すごとく、キセノンランプやメタルハライドランプ等の放電管からなりランダムな偏光方向の光を射出する発光体４と、放物面鏡よりなるリフレクタ１とからなる。このリフレクタ１は発光体４の発光源を焦点位置とするものであり、発光体４から発せられ光源部１０の光軸の後方および外方へ向かう光束の一部を該光軸に略平行な光束として反射させるものである。なお、後述するように実施例１においては２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂを配置しているが、本実施形態の説明においては光源は単一であっても複数であってもよいので光源部１０として総称する。
【００２０】
インテグレータ部１１は、光源部１０からの光束に対して作用する第２フライアイ１１Ａと、第２フライアイ１１Ａからの各光束による光スポットを後述する液晶パネル上に重畳せしめる第１フライアイ１１Ｂと、第１フライアイ１１Ｂからの各光束の偏光方向を所定の方向に統一する偏光変換手段としての偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１Ｃと、凸のフィールドレンズ１１Ｄとを備えてなる。なお、第２フライアイ１１Ａは、複数のレンズアレイ素子を２次元的に配列して構成され、各レンズアレイ素子は後述する液晶パネルに略対応する形状をなしている。第１フライアイ１１Ｂも同様に、複数のレンズアレイ素子を２次元的に配列して構成される。すなわち、第１フライアイ１１Ｂの各レンズアレイ素子毎に、光源部１０の像が形成されることになる。
【００２１】
一方、投射部１２は、インテグレータ部１１により均一化された光束をＢ成分ＬＢとＧＲ成分ＬＧ、ＬＲとに分離するためのＢ／ＧＲ分離用ダイクロイックミラー２１と、ダイクロイックミラー２１により分離されたＧＲ成分ＬＧ、ＬＲを、Ｇ成分ＬＧと、Ｒ成分ＬＲとに分離するためのＧ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２と、Ｂ成分用の画像が表示される液晶パネル２３Ｂ（１対の偏光板により狭持されてなる；液晶パネル２３Ｇ、２３Ｒにおいて同じ）と、Ｇ成分用の画像が表示される液晶パネル２３Ｇと、Ｒ成分用の画像が表示される液晶パネル２３Ｒと、各液晶パネル２３Ｂ、２３Ｇ、２３Ｒを透過して画像情報が担持された光束の成分ＬＢ、ＬＧ、ＬＲを合成する３色合成プリズム２４と、３色合成プリズム２４により合成された光束をスクリーン上に結像させるための投影レンズ２５とを備えてなる。また、Ｂ／ＧＲ分離用ダイクロイックミラー２１により分離されたＢ成分ＬＢを液晶パネル２３Ｂに向けて反射する全反射ミラー２７と、全反射ミラー２７により反射されたＢ成分ＬＢを平行光とするためのフィールドレンズ２８Ｂと、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２により分離されたＧ成分ＬＧを平行光とするためのフィールドレンズ２８Ｇと、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２により分離されたＲ成分ＬＲを液晶パネル２３Ｒに向けて反射するための全反射ミラー２９、３０と、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２により分離されたＲ成分ＬＲを平行光とするためのフィールドレンズ２８Ｒとを備えてなる。
【００２２】
なお、上記投射部１２においては、３色合成プリズム２４に至るまでの光路長はＲ成分ＬＲのみが異なるが、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２と全反射ミラー２９との間にはフィールドレンズ３１が、全反射ミラー２９と全反射ミラー３０との間にはリレーレンズ３２がそれぞれ配設されており、このフィールドレンズ３１とリレーレンズ３２とにより、Ｒ成分ＬＲの結像関係がＢ成分ＬＢおよびＧ成分ＬＧと見かけ上同等となるように補正されるものである。
【００２３】
また、上記３色合成プリズム２４はクロスプリズムであり、Ｂ成分ＬＢに対して反射するダイクロイック面２４Ｂと、Ｒ成分ＬＲに対して反射するダイクロイック面２４Ｒとを有するものである。
【００２４】
さらに、インテグレータ部１１からの光束の光路を投射部１２の方向に折り曲げる全反射ミラー２０が配設されている。
【００２５】
さて、本実施形態では上述したように第１フライアイ１１Ｂの投射部１２側に、第２フライアイ１１Ａと第１フライアイ１１Ｂにより均一化された光束をＰ偏光とＳ偏光とに分離した後、両偏光を一方の偏光にそろえるとともに、両者を平行光として出力する、光量低下防止を目的として配された偏光変換手段としての偏光ビームスプリッタ１１Ｃが設けられている。
【００２６】
図１はこの偏光ビームスプリッタ１１Ｃの代表例として実施例１に係るものであり、（Ａ）はこの偏光ビームスプリッタ１１１Ｃを投射部１２側から見た構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）を紙面下側から見た平面図である。
【００２７】
この偏光ビームスプリッタ１１１Ｃは、図１（Ｂ）に示すように、光軸方向への厚み（紙面上下方向高さ）が互いに異なる２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２、および該２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２の各々の射出面側に配設されたλ／２位相差板１６１、１６２からなる。
【００２８】
ここで、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１は、入射光束のうち一方の偏光を透過させるとともに他方の偏光を正反射させる偏光分離膜１７１が内部に形成された第１のプリズムと、この正反射された偏光を上記偏光分離膜１７１を透過した偏光の射出方向に正反射させ射出せしめる反射膜１７２が内部に形成された第２のプリズム１８２とからなるプリズムペアを、Ｙ軸と平行な方向に隙間なく多数個配列してなるもので、丁度櫛型形状をなすものである。なお、λ／２位相差板１６１は、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１を直進透過する偏光の射出面、すなわち第１のプリズムの射出面に配されている。
【００２９】
なお、図１（Ａ）において櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１の中央側に位置し、かつＸ軸の両側に対称的に配された櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２についても、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１を構成するプリズムペアとは幅と厚みが異なるものの、略同様の構成となっている。すなわち、この櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２は、偏光分離膜（図示せず）が内部に形成された第１のプリズム１８３と反射膜（図示せず）が内部に形成された第２のプリズムとからなるプリズムペアを、Ｘ軸と平行な方向に隙間なく多数個配列してなる。また、λ／２位相差板１６２は、反射膜により反射され射出される偏光の射出面、すなわち第２のプリズムの射出面に配されている。
【００３０】
本実施形態による偏光ビームスプリッタ１１１Ｃは、この２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２のうち少なくとも１つの櫛形偏光分離プリズムアレイ（例えば１５１）内の偏光分離膜１７１により分離された２つの光束により形成される面と、他の櫛形偏光分離プリズムアレイ（例えば１５２）内の偏光分離膜（図示せず）により分離された２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように構成されている。
【００３１】
すなわち、この構成は、図１（Ａ）において櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１のプリズム境界線１９１と櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２のプリズム境界線１９２とが互いに直交していることによっても示されている。
【００３２】
このような構成により、偏光ビームスプリッタ１１１Ｃから射出された光束は、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１の偏光分離膜１７１により分離された２つの光束と、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２の偏光分離膜により分離された２つの光束とが、全て偏光方向を所定の方向に統一されたものとなる。
【００３３】
本実施形態の偏光ビームスプリッタ１１Ｃが、偏光ビームスプリッタ１１１Ｃを例として上述したような構成とされているのは、第１フライアイ１１Ｂの形状に対応しているものである。すなわち、図１の偏光ビームスプリッタ１１１Ｃは実施例１の第１フライアイ１１１Ｂに対応したものである。
【００３４】
この第１フライアイ１１１Ｂについては後に詳述するが、各レンズアレイ素子１４１、１４２は図４に示すように配設された構成とされている。第２フライアイ１１Ａでは液晶パネル２３Ｂ、２３Ｇ、２３Ｒに略対応する形状のレンズアレイ素子が配列されているのに対し、この第１フライアイ１１１ＢではＹ軸付近の各レンズアレイ素子１４２はＹ軸方向に長い矩形状とされ、一方その両側の各レンズアレイ素子１４１はＸ軸方向に長い矩形状とされている。また、Ｙ軸付近の各レンズアレイ素子１４２のＸ軸方向ピッチ（幅）はその両側の各レンズアレイ素子１４１のＸ軸方向ピッチよりも小さい。
【００３５】
偏光ビームスプリッタ１１１Ｃは、この第１フライアイ１１１Ｂに対応したものであって、２つの櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２が、図１（Ａ）に示すように、Ｙ軸付近の各レンズアレイ素子１４２のＸ軸方向ピッチが相対的に小さい領域においてはＹ軸方向にプリズムペアが配列された櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２が配設され、その両側の各レンズアレイ素子１４１のＸ軸方向ピッチが相対的に大きい領域においてはＸ軸方向にプリズムペアが配列された櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１が配設されている。したがって、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２の内部の偏光分離膜と反射膜が交互に配列される方向は、それらの各領域に対応する第１フライアイ１１１Ｂの各レンズアレイ素子１４１、１４２の矩形の長手方向と一致している。
【００３６】
このような構成の偏光ビームスプリッタ１１Ｃを用いることにより得られる作用効果について以下に述べる。
【００３７】
偏光ビームスプリッタ１１Ｃは第１フライアイ１１Ｂの射出面近傍に位置し、その構成上、第１フライアイ１１Ｂにおいて対応する１つのレンズアレイ素子より射出される全光量のうち、レンズアレイ素子の射出面積のうち１／２相当分からの光量しか偏光方向の揃った射出光とすることができない。これは、プリズムペアを構成する２つのプリズムのうち、内部に偏光分離膜が形成された第１のプリズムに入射する光量しか利用されないためである。
【００３８】
したがって、光の利用効率を向上させるためには、光源像の形状に対応してレンズアレイ素子の射出面積のうちできるだけ光量の多い部分からの光を偏光ビームスプリッタ１１Ｃに入射させる必要がある。これはまた、レンズアレイ素子の射出面積のうち偏光ビームスプリッタ１１Ｃで利用可能となる部分からの射出光の光量が大きくなるように、第１フライアイ１１Ｂのレンズアレイ素子を構成することでもある。
【００３９】
このように、レンズアレイ素子射出面のどの２分の１部分からの光束を利用するかが重要となるのは、第１フライアイ１１Ｂのレンズアレイ素子の全面に亘り均等に光線が入射するのでなく、レンズアレイ素子上において光量が多く集まる部分が生じるためである。
【００４０】
図５は、第１フライアイ１１Ｂを構成するレンズアレイ素子のうちの１つについて、その面積を二等分する場合の２つの方法を示している。レンズアレイ素子の一般形状として横長矩形を例とした場合、（Ａ）、（Ｂ）の同面積のレンズアレイ素子４１に対し、斜線部はその２分の１の面積を示す。
【００４１】
ここで、このレンズアレイ素子４１の中心部に光量が多く集まるとした場合、同じ面積からの光量しか利用できないのならば、この横長矩形のレンズアレイ素子４１においては（Ａ）のような縦長矩形の斜線部からの光束を利用するのが効率的ということになる。すなわち、横長矩形のレンズアレイ素子４１に対しては、（Ａ）のようにレンズアレイ素子４１長辺の中心側２分の１が短辺となるような縦長矩形部分からの光束が、後段の偏光ビームスプリッタ１１Ｃのプリズムペアのうち内部に偏光分離膜が形成された第１のプリズムに入射するような構成が、光の利用効率上望ましいことになる。
【００４２】
また、発光体４が、例えばアーク灯のように発光分布が小さな範囲にまとまったものである場合、光量の大きい範囲は光軸と直交する面においてほぼ円形状となるので、この光量の大きい範囲をできるだけ利用することが利用効率上望ましい。図５（Ａ）、（Ｂ）を比較すると、それぞれの斜線部の外接円の面積に対し斜線部面積の割合が大きいのは明らかに（Ａ）である。したがって、光量の大きい円形状の範囲をより効率的に利用し得る（Ａ）のような面積の分割の仕方が望ましい。
【００４３】
このような理由により、第１フライアイ１１１Ｂのように、Ｙ軸付近の各レンズアレイ素子１４２のＸ軸方向のピッチをその両側の各レンズアレイ素子１４１のＸ軸方向のピッチよりも小さく構成している場合には、偏光ビームスプリッタ１１１Ｃの各櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２のサイズおよび配列を図１（Ａ）の如く構成することにより、偏光ビームスプリッタ１１１Ｃの光束透過効率を上げることが可能となり、スクリーン上の投影像を明るいものとすることができる。
【００４４】
この第１フライアイ１１１Ｂのように各レンズアレイ素子１４１、１４２の形状がそれぞれ大きく異なっている場合、従来からある偏光ビームスプリッタのように、プリズムペアが一方向にのみ配列された櫛型偏光分離プリズムアレイによるものであると、光量の大きいＹ軸付近の各レンズアレイ素子１４２からの光を有効に利用することができず、照明効率の低下を招いてしまう。本実施形態のようにレンズアレイ素子形状に応じて偏光ビームスプリッタを、互いにサイズの異なる櫛形偏光分離プリズムアレイの配列方向を略９０度回転させて組み合わせれば、照明効率を向上させることができる。
【００４５】
このような構成の偏光ビームスプリッタ１１Ｃは、第１フライアイ１１Ｂの各レンズアレイ素子形状がより多種類のものとなっていても有効である。その場合、必要に応じて櫛型偏光分離プリズムアレイの種類を増やすことができる。
【００４６】
照明効率の点のみからいえば、最も効率的な偏光ビームスプリッタは、各レンズアレイ素子形状と各レンズアレイ素子による光源像の位置に対応して個々に偏光ビームスプリッタの形状を設計されたものの筈ではある。しかしながら、これでは部品のコストアップや組立精度による効率ダウンが発生することになる。
【００４７】
本発明によれば、２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイのうち少なくとも１つの櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面と、他の櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように偏光ビームスプリッタを構成することにより、２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイを一方向にのみ配列させ前記２つの面が略平行となる偏光ビームスプリッタよりも光の利用効率がよく、かつ、コストや組立精度が考慮された偏光ビームスプリッタを得ることができる。
【００４８】
なお、本実施形態の偏光ビームスプリッタは、光源部の発光体が点光源である場合よりも、むしろ光量の大きい部分が光軸と直交する面において面積的広がりを持つような光源であったり、レンズアレイ素子による光源像においても光量の大きい部分が面積的広がりを持つような場合に特に効果を有する。このような光源として例えば、発光体のワット数を大きくする場合や安価な発光体を用いる場合等があることから、本実施形態の偏光ビームスプリッタは、投射型表示装置の効率化やコスト低減にも寄与し得るものである。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例（本発明の比較例としての実施例３を含む）を説明する。なお、各実施例における符号は、上記実施形態および下記実施例において同様なものを示す場合はそれぞれ下２桁を一致させている。
【００５０】
＜実施例１＞
実施例１に係る偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投射型表示装置は、略実施形態において説明したものである。
ただし、本実施例１においては、光源部１１０は、発光体１０４と放物面鏡よりなるリフレクタ１０１とからなる２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂを光軸対称に、かつ互いに内側を向くように傾けて配設してなる。図３は、この投射型表示装置の光源部から偏光ビームスプリッタまでの構成を示している。
【００５１】
実施形態における説明に加え、この投射型表示装置の光源部１１０、第１フライアイ１１１Ｂおよび偏光ビームスプリッタ１１１Ｃの関係について述べる。
【００５２】
図３に示すように、２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂからの光束は、インテグレータ部１１１の第２フライアイ１１１Ａ上において互いに一部が重なるようにして１つのスポットを形成する。すなわち、第２フライアイ１１１Ａの光軸付近（図３奥行方向）のレンズアレイ素子１個に対しそれぞれ光源部１１０Ａ、１１０Ｂの左右２灯分の光量が重なって入射している。この２灯は光軸に対し角度を持って重なって入射しているので、後段の第１フライアイ１１１Ｂ上においても光源部１１０Ａ、１１０Ｂからの光束はその一部が互いに重なる。そのため、図３および図４に示すように、第１フライアイ１１１Ｂの光軸付近（図４のＹ軸付近に相当する）では、その両側のレンズアレイ素子１４１の幅１ピッチに相当する部分に左右に２灯分の光量が集まる。
【００５３】
ここで、もし、第１フライアイ１１１Ｂの構成が第２フライアイ１１１Ａと同様に全て同一形状のレンズアレイ素子で、第１フライアイ１１１Ｂと第２フライアイ１１１Ａで互いにレンズアレイ素子が１対１で対応しているとすれば、第１フライアイ１１１ＢのＹ軸付近のレンズアレイ素子では１つの素子につき左右２ヵ所に光源像が結像される。
【００５４】
本実施例１では、このＹ軸付近の光量を有効に利用するために、第１フライアイ１１１Ｂにおいては、Ｙ軸付近の各レンズアレイ素子１４２におけるＸ軸方向（光源部配列方向）のピッチを、その両側の各レンズアレイ素子１４１におけるＸ軸方向（光源部配列方向）のピッチよりも小さくし、第２フライアイ１１１Ａのレンズアレイ素子１個に対しピッチの小さい２個のレンズアレイ素子１４２が対応している。すなわち、第１フライアイ１１１ＢのＹ軸付近のレンズアレイ素子１４２が、図４のようにその両側のレンズアレイ素子１４１に比べ２分の１の幅とされ、１つのレンズアレイ素子につき１つの光源像が結像されるように構成されている。これにより、２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂからの光束が互いに重なり合う領域において、それぞれの光源像の中心部の明るい部分をできるだけ有効に活用し、光の利用効率を良好にすることができる。
【００５５】
なお、Ｙ軸付近の各レンズアレイ素子１４２はＹ軸方向（光源部配列方向に直交する方向）に長い矩形状とされ、一方その両側の各レンズアレイ素子１４１はＸ軸方向（光源部配列方向）に長い矩形状とされている。
【００５６】
このように、第１フライアイ１１１Ｂは光源部１１０からの光量を効率よく利用できる構成とされており、さらに、図１のような偏光ビームスプリッタ１１１Ｃを用いることにより、照明効率が向上する。
【００５７】
すなわち、この偏光ビームスプリッタ１１１Ｃは、実施形態において説明したように、２種類の櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２が、図１（Ａ）に示すように組み合わされている。すなわち第１フライアイ１１１Ｂにおいて２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂからの光束が互いに重なり合うＹ軸付近の各レンズアレイ素子１４２からの光束は、Ｙ軸方向（光源部配列方向に直交する方向）にプリズムペアが配列された櫛型偏光分離アレイ１５２に入射し、２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂからの光束が互いに重なり合わない各レンズアレイ素子１４１からの光束は、櫛型偏光分離アレイ１５２の両側の、Ｘ軸方向（光源部配列方向）にプリズムペアが配列された櫛型偏光分離アレイ１５１に入射するように構成されている。
【００５８】
そして、偏光ビームスプリッタ１１１Ｃに入射した光束は、この櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１においては、内部の偏光分離膜１７１により、直進透過しλ／２位相差板１６１により偏光方向を変換されて射出される光束と、Ｙ軸から遠ざかる方向に分離反射され反射膜１７２により反射されて射出される光束とに分離される。また、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２においては、内部の偏光分離膜（図示せず）により、直進透過し射出される光束と、図１（Ａ）紙面上方向に分離反射され反射膜（図示せず）により反射されλ／２位相差板１６２により偏光方向を変換されて射出される光束とに分離される。櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１内の偏光分離膜１７１により分離される２つの光束により形成される面と、他の櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２内の偏光分離膜（図示せず）により分離される２つの光束により形成される面とは、互いに略直交する。
【００５９】
また、図１（Ｂ）に示すように櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２の各プリズムペアのピッチは、上記両側の領域における櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１のプリズムペアのピッチよりも小さく形成されており、ピッチと厚みが比例するというこれらのプリズムペアの特性により、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２の光軸方向への厚みは、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１の光軸方向への厚みよりも薄く形成されている。
【００６０】
このように本実施例に係る偏光ビームスプリッタ１１１Ｃは、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１により分離される２つの光束により形成される面と、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２により分離される２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように構成されており、２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂとそれに対応した第１フライアイ１１１Ｂとを備えた実施例１の投射型表示装置において光の利用効率がよく、かつ、コストや組立精度が考慮されたものである。
【００６１】
なお、実施例１においては、光源部１１０を２つの発光体１０４およびリフレクタ１０１により構成しているが、光源部における発光体の数としては３つ以上とすることも可能である。さらに、本実施例は、光源部１１０に複数の発光体１０４が配設され、インテグレータ部１１１の光源部１１０からの光束が入射する位置において、光源部１１０から射出された有効光束のうち少なくとも一部の光束について、これら一部の光束の少なくとも一部断面領域が互いに重なり合うように構成されているが、必ずしも重なり合わなくてもよい。
【００６２】
このように複数の発光体が配設された光源部１１０とされた場合は、光源部１１０に応じて第１フライアイ１１１Ａの各レンズアレイ素子形状や構成も異なり、これに応じて、偏光ビームスプリッタ１１１Ｂについても配列方向が互いに異なる櫛型偏光分離プリズムアレイを適宜組合せることにより、光の利用効率を上げることができる。
【００６３】
＜実施例２＞
実施例２に係る偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投射型表示装置は、上述した実施形態と大略同様の構成とされている。
すなわち、この投射型表示装置は、図２のように、光源部１０と、この光源部１０から発せられた光束をミキシングして、光量分布の均一化を図るためのインテグレータ部１１と、インテグレータ部１１により均一光とされた光束に画像情報を担持せしめてスクリーンに投射するための投射部１２とからなる。
【００６４】
ここで、実施例１との相違点は、光源部１０が１つの発光体４とリフレクタ１よりなる１灯式の光源とされたことにある。この発光体４は丸いランプであるので、放物面鏡１を用いた光源部１０からの光量は光軸付近で大となる。照明ムラを小さくするために第２フライアイ１１Ａを介し第１フライアイ１１Ｂに入射した場合でも、その光量分布は変わらないので、なるべくその部分の光を利用することが効率的ということになる。
【００６５】
実施例２はこのように光源部１０からの光束が強度分布を持っている場合の例である。したがって、この光源部１０に対応して第１フライアイ１１Ｂの形状も実施例１と異なり、偏光ビームスプリッタ１１Ｃの構成も異なっている。図６に実施例２に係る第１フライアイ２１１Ｂを示し、図７に実施例２に係る偏光ビームスプリッタ２１１Ｃを示す。
【００６６】
第１フライアイ２１１は、図６に示すように３種類のレンズアレイ素子２４１、２４２、２４３から構成されている。光軸付近の第１フライアイ２１１中央部は、長辺がＸ軸と平行な比較的大きい横長矩形のレンズアレイ素子２４２が配され、その周囲は比較的小さいレンズアレイ素子２４１、２４３が配されて、強度の大きい光軸付近の光を効率よく利用できる構成とされている。
【００６７】
なお、実施例２の第２フライアイのレンズアレイ素子形状と構成は図示していないが、その各素子はライトバルブと共役関係にあるように設計されているため各素子は互いに同形状、同寸法のものが配列されている。ただし、この第２フライアイと第１フライアイ２１１Ｂの各レンズアレイ素子は１対１で対応し、第１フライアイ２１１Ｂのレンズアレイ素子２４１、２４２、２４３それぞれが１つの光源像を結ぶ。すなわち、第２フライアイの各レンズアレイ素子は必要な偏心操作を行なっている。
【００６８】
この偏心操作により、図６において、第１フライアイ２１１Ｂの横長矩形の各レンズアレイ素子２４２は中央部分でなくそれぞれ射出面のよりＹ軸に近い部分に光源像を結ぶ。また、レンズアレイ素子２４２の紙面上下部分に配された横長矩形の各レンズアレイ素子２４３はそれぞれ射出面中央部分に光源像を結ぶ。また、レンズアレイ素子２４２の紙面左右部分に配された縦長矩形の各レンズアレイ素子２４１は、それぞれ中央部分でなくよりＸ軸に近い部分に光源像を結ぶ。
【００６９】
偏光ビームスプリッタ２１１Ｃはこの第１フライアイ２１１Ｂの後段に配されるものであって、図７のように構成される。ここで、（Ａ）はこの偏光ビームスプリッタ２１１Ｃを投射部側から見た構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）を紙面下側から見た平面図である。
【００７０】
この偏光ビームスプリッタ２１１Ｃは、第１フライアイ２１１Ｂのレンズアレイ素子２４２から射出される光束が中央部の櫛型偏光分離プリズムアレイ２５２に、レンズアレイ素子２４１から射出される光束が櫛型偏光分離プリズムアレイ２５２の図７（Ａ）紙面左右部分に配された櫛型偏光分離プリズムアレイ２５１に、レンズアレイ素子２４３から射出される光束が櫛型偏光分離プリズムアレイ２５２の図７（Ａ）紙面上下部分に配された櫛型偏光分離プリズムアレイ２５３に、それぞれ入射するように構成されている。なお、各櫛型偏光分離プリズムアレイ２５１、２５２、２５３を構成するプリズムペアのピッチに比例し、各アレイの光軸方向への厚みは厚い方から順に櫛型偏光分離プリズムアレイ２５２、櫛型偏光分離プリズムアレイ２５１、櫛型偏光分離プリズムアレイ２５３となっている。
【００７１】
このようにして、各レンズアレイ素子２４２のＹ軸側の２分の１面積から射出された光束が偏光ビームスプリッタ２１１Ｃの櫛型偏光分離プリズムアレイ２５２に入射し、内部の偏光分離膜２７３により、直進透過しλ／２位相差板２６２により偏光方向を変換されて射出される光束と、Ｙ軸から遠ざかる方向に分離反射され反射膜２７４により反射されて射出される光束とに分離される。
【００７２】
また、各レンズアレイ素子２４３の中央部分２分の１面積から射出された光束は偏光ビームスプリッタ２１１Ｃの櫛型偏光分離プリズムアレイ２５３に入射し、内部の偏光分離膜２７５において、直進透過しλ／２位相差板２６３により偏光方向を変換されて射出される光束と、分離反射され反射膜２７６により反射されて射出される光束とに分離される。その分離反射方向は、図７（Ａ）で紙面上部の櫛型偏光分離プリズムアレイ２５３ではＸ軸と平行に紙面右方向であり、図７（Ａ）で紙面下部の櫛型偏光分離プリズムアレイ２５３ではＸ軸と平行に紙面左方向である。
【００７３】
また、各レンズアレイ素子２４１のＸ軸側の２分の１面積から射出された光束は偏光ビームスプリッタ２１１Ｃの櫛型偏光分離プリズムアレイ２５１に入射し、内部の偏光分離膜（図示せず）により、直進透過し射出される光束と、Ｘ軸から遠ざかる方向に分離反射され反射膜（図示せず）により反射されλ／２位相差板２６１により偏光方向を変換されて射出される光束とに分離される。
【００７４】
すなわち、各レンズアレイ素子２４１、２４２、２４３からの光束は、各レンズアレイ素子２４１、２４２、２４３の長辺方向にプリズムペアを配列した櫛型偏光分離プリズムアレイ２５１、２５２、２５３に入射することになり、実施形態において図５を用いて説明したとおり、外接円に対する面積比率が大きく、効率よく光を透過することができる。
【００７５】
なお、図５においては便宜的に光源像を中央部としているが、レンズアレイ素子２４１から櫛型偏光分離プリズムアレイ２５１に入射する場合のように、必ずしも素子の中心を基準に断面を分割していなくとも、照明効率的に不利というわけではない。
【００７６】
このようにして、櫛形偏光分離プリズムアレイ２５１により分離される２つの光束により形成される面と、櫛形偏光分離プリズムアレイ２５２および２５３により分離される２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように偏光ビームスプリッタ２１１Ｃを構成することにより、光の利用効率がよく、かつ、コストや組立精度が考慮された偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投射型表示装置を得ることができる。
【００７７】
なお、本実施例の偏光ビームスプリッタ２１１Ｃは、光量の大きい光軸付近の光束を有効に利用するとともに、周辺部も含む各レンズアレイ素子２４１、２４２、２４３からの入射光束も各素子の射出光のうち光量の大きい部分を利用することになるので、効率のよいものとすることができる。
【００７８】
＜実施例３＞
本発明の比較例としての実施例３に係る偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投射型表示装置も、実施形態と大略同様の構成とされている。
すなわち、この投射型表示装置は、図２のように、光源部１０と、この光源部１０から発せられた光束をミキシングして、光量分布の均一化を図るためのインテグレータ部１１と、インテグレータ部１１により均一光とされた光束に画像情報を担持せしめてスクリーンに投射するための投射部１２とからなる。
【００７９】
なお、実施例３も光源部１０が１つの発光体４とリフレクタ１よりなる１灯式の光源である。
【００８０】
実施例３の光源部１０は発光分布の大きい発光体４を備えている。そのため、同形状、同寸法のレンズアレイ素子からなる第２フライアイ１１Ａ、および図８に示す同形状、同寸法のレンズアレイ素子３４１からなる第１フライアイ３１１Ｂにより結像される光源像は、図８の各レンズアレイ素子３４１上に示したように楕円形状が放射状に広がったようになる。一般的に、まとまりのよい光源、すなわち光源の発光分布が非常に小さな範囲にまとまっているものは、第１フライアイ上にできる光源像が円形に近い形をしているが、実施例３のように光源の発光分布が大きくなると光源像はこのようになる。
【００８１】
偏光ビームスプリッタ３１１Ｃはこの第１フライアイ３１１Ｂの後段に配されるものであって、図９のように構成される。ここで、（Ａ）はこの偏光ビームスプリッタ３１１Ｃを投射部側から見た構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）を紙面下側から見た平面図である。
【００８２】
この偏光ビームスプリッタ３１１Ｃは、第１フライアイ３１１Ｂの最もＸ軸に近い各レンズアレイ素子３４１から射出される光束が櫛型偏光分離プリズムアレイ３５２に、また、これ以外の各レンズアレイ素子３４１から射出される光束が櫛型偏光分離プリズムアレイ３５２の図９（Ａ）紙面上下部分に配された櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１に、それぞれ入射するように構成されている。なお、各櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１、３５２を構成するプリズムペアのピッチに比例し、各アレイの光軸方向への厚みは櫛型偏光分離プリズムアレイ３５２より櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１が厚くなっている。
【００８３】
このようにして、各レンズアレイ素子３４１のうち最もＸ軸側の各レンズアレイ素子３４１から射出された光束は偏光ビームスプリッタ２１１Ｃの櫛型偏光分離プリズムアレイ３５２に入射し、内部の偏光分離膜（図示せず）により、直進透過し射出される光束と、Ｘ軸から遠ざかる方向に分離反射され反射膜（図示せず）により反射されλ／２位相差板３６２により偏光方向を変換されて射出される光束とに分離される。
【００８４】
また、これ以外の各レンズアレイ素子３４１から射出された光束は偏光ビームスプリッタ２１１Ｃの櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１に入射し、内部の偏光分離膜３７１により、直進透過しλ／２位相差板３６１により偏光方向を変換されて射出される光束と、分離反射され反射膜３７２により反射されて射出される光束とに分離される。その分離方向は、図９（Ａ）で紙面上部の櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１はＸ軸と平行に紙面右方向であり、図９（Ａ）で紙面下部の櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１はＸ軸と平行に紙面左方向である。
【００８５】
このようにして、最もＸ軸側の各レンズアレイ素子３４１から射出された光束については、Ｘ軸近傍に結像した楕円形状の光源像を担持した光束を有効に櫛型偏光分離プリズムアレイ３５２に入射させることができ、これ以外の各レンズアレイ素子３４１から射出された光束については、櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１への入射光束に対する光源像部分の割合が多くなるように、各レンズアレイ素子３４１の長辺の中心側２分の１が短辺となるような縦長矩形部分からの光束を入射させることができる。
【００８６】
したがって、実施例３に係る偏光ビームスプリッタ３１１Ｃは、楕円形状の光源像に合わせて光量の大きい部分を有効に利用し、効率よく光を透過することができる。
【００８７】
実施形態において述べたように、光の利用効率の点のみからいえば、個々の各レンズアレイ素子３４１における楕円形状の光源像すべてに対応して、より細かい部材による偏光ビームスプリッタ３１１Ｃの形状を設計することが望ましい。しかしながら、これでは部品のコストアップや組立精度による効率ダウンが発生することになる。
【００８８】
本実施例３のように、櫛形偏光分離プリズムアレイ３５１により分離される２つの光束により形成される面と、櫛形偏光分離プリズムアレイ３５２により分離される２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように偏光ビームスプリッタ３１１Ｃを構成することにより、光の利用効率がよく、かつ、コストや組立精度が考慮された偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投射型表示装置を得ることができる。
【００８９】
なお、光源部の発光分布が本実施例よりさらに大きく円形からはずれた場合、フライアイ素子のどの範囲の光が偏光ビームスプリッタに入射するのが最も効率的かは一概に規定することはできない。すなわち、図５を用いて上述したように、光源像が円形に近い形をしている場合は、図５（Ａ）のように斜線部（偏光ビームスプリッタに入射する部分）の面積がその外接円の面積に占める割合が大きいほうが効率的であるが、光源部の発光分布が、例えば紙面横方向にのみ極端に長い楕円形のような場合は、（Ａ）の斜線部面積から偏光ビームスプリッタに入射することが効率的とは限らなくなる。しかしながら、そのような光源部であっても、光軸に直交する面において光量分布に広がりがある場合は、本発明に係る偏光ビームスプリッタが有用である。
【００９０】
なお、本実施形態において各櫛型偏光分離プリズムアレイのλ／２位相差板が配される面はこれに限定されるものではない。すなわち、この偏光ビームスプリッタから射出される光束の偏光方向が所定の方向に統一されていればよく、アレイを直進透過する偏光が射出される面に配されるλ／２位相差板がアレイ内部において分離反射後再反射された偏光が射出される面に配され、アレイ内部において分離反射後再反射された偏光が射出される面に配されるλ／２位相差板がアレイを直進透過する偏光が射出される面に配されるように構成することもできる。
【００９１】
また、偏光分離プリズムアレイについて、一般に用いられているものに準じ、櫛型偏光分離プリズムアレイを直進透過し射出される偏光をＰ偏光とし、偏光分離膜により分離反射される偏光をＳ偏光として構成しているが、これに限定されるものではなく、両偏光を互いに逆にして偏光分離プリズムアレイを構成することもできる。
【００９２】
なお、上記実施形態のものでは各光源部に放物面鏡からなるリフレクタを用いているが、平行光束を射出できるものであればこれに限られるものではない。
【００９３】
また、上記実施形態のものではインテグレータ部として２枚の別体とされたフライアイによるものを用いているが、２つのフライアイが光軸方向に一体化されたものを用いるようにしてもよい。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置によれば、光量の大きい部分の光量を有効に利用するために第１フライアイのレンズアレイ素子の形状が同一形状でない場合や、また、第１フライアイのレンズアレイ素子の形状は同一でも光源の特性により円形の光源像が結像されない場合であっても、２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイのうち少なくとも１つの櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面と、他の櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように構成することにより光の利用効率がよく、かつコストや組立精度が考慮された偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１による偏光ビームスプリッタの構成を示す図
【図２】本実施形態の偏光ビームスプリッタを備えた投射型表示装置の構成を示す図
【図３】実施例１の光源部から偏光ビームスプリッタまでの構成を示す図
【図４】実施例１における第１フライアイの構成を示す概念図
【図５】第１フライアイのレンズアレイ素子上での偏光ビームスプリッタによる面積分割例
【図６】実施例２における第１フライアイの構成を示す概念図
【図７】実施例２による偏光ビームスプリッタの構成を示す図
【図８】実施例３における第１フライアイの構成を示す概念図
【図９】実施例３による偏光ビームスプリッタの構成を示す図
【図１０】従来の照明光学系の光源部から偏光ビームスプリッタまでの概略図
【図１１】従来の照明光学系の光源部から偏光ビームスプリッタまでの概略図
【符号の説明】
１、１０１、９０１ リフレクタ
４、１０４、９０４ 発光体
１０、１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、９１０ 光源部
１１、１１１ インテグレータ部
１１Ａ、１１１Ａ、９１１Ａ 第２フライアイ
１１Ｂ、１１１Ｂ、２１１Ｂ、３１１Ｂ、９１１Ｂ 第１フライアイ
１１Ｃ、１１１Ｃ、２１１Ｃ、３１１Ｃ、９１１Ｃ 偏光ビームスプリッタ
１１Ｄ、２８Ｂ、２８Ｇ、２８Ｒ、３１ フィールドレンズ
１２ 投射部
２０、２７、２９、３０ 全反射ミラー
２１、２２ ダイクロイックミラー
２３Ｂ、２３Ｇ、２３Ｒ 液晶パネル
２４ ３色合成プリズム
２４Ｂ、２４Ｒ ダイクロイック面
２５ 投影レンズ
３２ リレーレンズ
４１、１４１、１４２、２４１、２４２、２４３、３４１
レンズアレイ素子
１５１、１５２、２５１、２５２、２５３、３５１、３５２
櫛型偏光分離プリズムアレイ
１６１、１６２、２６１、２６２、２６３、３６１、３６２、９６３
λ／２位相差板
１７１、２７３、２７５、３７１、９７１ 偏光分離膜
１７２、２７４、２７６、３７２、９７２ 反射膜
１８２ 第２のプリズム
１８３ 第１のプリズム
１９１、１９２ プリズム境界線
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクタ装置等の、ライトバルブにより出力光を所定の映像情報に応じて変調して用いる照明光学系に好適な偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置に関し、特に、光源部から射出された光束の偏光方向を所定の方向に統一するために、光源部からライトバルブの間に配設される偏光ビームスプリッタの構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液晶プロジェクタ装置等の照明光学系においては、メタルハライドランプ、キセノンランプ、あるいはハロゲンランプ等のように配光特性にバラツキを有する光源を用いた場合においても、その光源の配光特性によるムラを除去し得る、インテグレータ方式と称される、レンズアレイやレンチキュラー板を用いた方法が知られている。
【０００３】
このような照明光学系の光源部から偏光ビームスプリッタまでの概略を図１０および図１１の（Ａ）に示し、ライトバルブ側からこれを見た図を図１０および図１１の（Ｂ）に示す。
【０００４】
すなわち、この照明光学系は、発光体９０４およびリフレクタ９０１よりなる光源部９１０の後段に、第１のインテグレータ板（一般には第２フライアイ等と称する）９１１Ａ、第２のインテグレータ板（一般には第１フライアイ等と称する）９１１Ｂ、偏光ビームスプリッタ９１１Ｃおよびフィールドレンズ（図示せず）をこの順に付加してなる。第１のインテグレータ板９１１Ａは、複数のレンズを２次元的に配列して構成する。第２のインテグレータ板９１１Ｂも同様に、複数のレンズを２次元的に配列して構成する。第１のインテグレータ板９１１Ａは、凹面鏡よりなるリフレクタ９０１から射出される明るさムラの大きな単一光束を、第１のインテグレータ板９１１Ａのレンズの数と同数の部分光束に分割する。分割後の部分光束の明るさムラは、分割前の単一光束に比較して小さい。この各部分光束は、第２のインテグレータ板９１１Ｂにより各々被照明領域方向に射出され、フィールドレンズが被照明領域上でこれら各部分光束を重畳させるので、明るさムラの小さな照明を実現することができる。
【０００５】
さらに、光源部９１０からの光による２次光源が形成される第２のインテグレータ板９１１Ｂと投影レンズの瞳が共役関係となるように、また第１のインテグレータ板９１１Ａを構成する複数のレンズとライトバルブが共役関係となるように各部材を配置することにより、液晶プロジェクタ装置等の投射型表示装置とすることができる。
【０００６】
ここで用いられている偏光ビームスプリッタ９１１Ｃは、光源の像ができる第２のインテグレータ板９１１Ｂ付近に配設され、偏光方向を一定方向に統一するためのものである。この偏光ビームスプリッタ９１１Ｃは、その内部に偏光分離膜９７１と反射膜９７２が交互に一列に（図１０）、あるいは光軸に対して左右対称な傾斜角度となるように交互に一列に（図１１）、配列されたプリズム合成体と、偏光分離膜９７１により分離された一方の偏光が射出される面にのみ配されたλ／２位相差板９６３とからなる。図１０および図１１においては、偏光分離膜９７１を直進透過した偏光が射出される面にのみλ／２位相差板９６３が配されている。
【０００７】
例えば、特開平８−304739号公報記載のものは、このようなレンズアレイによるインテグレータ板を用い、ライトバルブへの照明光の照明ムラを小さくするとともに明るくコンパクトな照明光学系として知られている。
【０００８】
すなわち、インテグレータ板と偏光ビームスプリッタをこのように組み合わせることにより、光源部から放射されたランダムな偏光をほとんど一つの方向の偏光に統一した状態で照明領域に照射することができ、その変換過程においては光損失をほとんど伴わないため、光源光の利用効率が高い。
【０００９】
また、２次光源像が、偏光ビームスプリッタの内部の偏光分離膜近傍に位置するように光源、偏光ビームスプリッタおよびその他の部材を配置することにより、偏光を紙面左右方向に分離するにもかかわらず光束の幅が広がらず、コンパクトな光学系を実現し得るものとなっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ここで用いられた偏光ビームスプリッタは、内部に偏光分離膜と反射膜が交互に一方向に、あるいは光軸に対して左右対称な傾斜角度となるように交互に一方向に、配列されているものであるため、光源部やインテグレータ板の構成によっては、照明効率の低い部分が生じてしまったり、かなり細かい構成のビームスプリッタを製造する必要が生じることがある。
【００１１】
例えば、第２のインテグレータ板にできる光源像の形状が光軸付近と周辺部というようなレンズアレイ素子の位置により大きく異なる場合は、一方向にのみ配列された偏光ビームスプリッタでは光量が無駄になり照明効率の低い部分が生じてしまうことがある。
【００１２】
また、第２のインテグレータ板の各レンズアレイ素子形状が一様でない場合、特に、各レンズアレイ素子が偏光分離膜と反射膜の配列方向と同一方向において比較的細かいピッチで配列されている部分がある場合は、これに対応する部分の偏光ビームスプリッタは照明効率やコンパクト化の要請とも相俟ってさらに細かいピッチで偏光分離膜と反射膜が配列されたプリズム合成体としなければならないことになる。
【００１３】
実際に、本出願人が既に特願平11―108909号明細書において開示している照明光学系においては、複数光源を用いることで光源部からの光束が大きな強度分布を有し、これにより第２のインテグレータ板の各レンズアレイ素子の形状が大きく異なっている。また、単一の光源であっても、光源からの光束が大きな強度分布を持っているためにこれら素子の形状が大きく異なる場合もある。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、製作の容易な部材を用いた簡易な構成でありながら、第２のインテグレータ板にできる光源像の形状がレンズアレイ素子の位置により大きく異なっていたり、第２のインテグレータ板の各レンズアレイの形状が異なっていたりした場合でも、効率よく偏光方向が統一された照明光を得ることができる偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置は、光源部と、
多数のレンズアレイ素子が配列されたフライアイレンズを少なくとも１つ備え前記光源部から射出された光の光量均一化を図るインテグレータ部と、
該インテグレータ部からの出力光を所定の映像情報に応じて変調するライトバルブと、
該ライトバルブにより変調された光による光学像をスクリーン上に投影する投影レンズと、
２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイおよび該２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイの各々の射出面側に配設されたλ／２位相差板からなり、光源部からの光束の偏光方向を所定の方向に統一する偏光ビームスプリッタであって、該２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイのうち少なくとも１つの櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面と、他の櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように構成されている偏光ビームスプリッタと、を備え、
前記フライアイレンズのうち前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズは、前記多数のレンズアレイ素子のうち、該フライアイレンズ上において光軸と直交するように設定されたＸ軸の方向に長い矩形状をなすレンズアレイ素子が配される領域と、該光軸および該Ｘ軸と直交するように設定されたＹ軸の方向に長い矩形状をなすレンズアレイ素子が配される領域とを有し、
前記偏光ビームスプリッタは、前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズの近傍に配されるとともに、前記２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイの各内部の偏光分離膜と反射膜とが交互に配される方向が、対応する前記領域毎の前記レンズアレイ素子の長手方向と一致するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置は、前記光源部として、前記光軸を挟んで前記Ｘ軸の方向と平行な方向に並設された２つの光源部を備え、該２つの光源部からの各光束が、前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズ上の前記Ｙ軸の付近において互いに一部重なるように構成されており、
前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズは、前記多数のレンズアレイ素子のうち前記Ｙ軸の付近に配されたレンズアレイ素子が、該Ｙ軸の方向に長い矩形状をなすものとすることができる。
また、本発明の偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置は、前記光源部として、出力光束の光量分布が前記光軸付近で大となる１つの光源部を備え、
前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズは、前記多数のレンズアレイ素子のうち前記光軸の付近に配されたレンズアレイ素子が、該レンズアレイ素子の周囲に配された他のレンズアレイ素子と比較して大きく、かつ前記Ｘ軸の方向に長い矩形状をなすものとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、実施例１に係る偏光ビームスプリッタの図面を参照しつつ説明する。図１は実施例１に係る偏光ビームスプリッタの構成を示す図であり、図２は本実施形態に係る偏光ビームスプリッタを備えた投射型表示装置の構成を示す図である。
【００１８】
図２に示すように、この投射型表示装置は、光源部１０と、この光源部１０から発せられた光束をミキシングして、光量分布の均一化を図るためのインテグレータ部１１と、インテグレータ部１１により均一光とされた光束に画像情報を担持せしめてスクリーンに投射するための投射部１２とからなる。
【００１９】
上記光源部１０は、図２に示すごとく、キセノンランプやメタルハライドランプ等の放電管からなりランダムな偏光方向の光を射出する発光体４と、放物面鏡よりなるリフレクタ１とからなる。このリフレクタ１は発光体４の発光源を焦点位置とするものであり、発光体４から発せられ光源部１０の光軸の後方および外方へ向かう光束の一部を該光軸に略平行な光束として反射させるものである。なお、後述するように実施例１においては２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂを配置しているが、本実施形態の説明においては光源は単一であっても複数であってもよいので光源部１０として総称する。
【００２０】
インテグレータ部１１は、光源部１０からの光束に対して作用する第２フライアイ１１Ａと、第２フライアイ１１Ａからの各光束による光スポットを後述する液晶パネル上に重畳せしめる第１フライアイ１１Ｂと、第１フライアイ１１Ｂからの各光束の偏光方向を所定の方向に統一する偏光変換手段としての偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１Ｃと、凸のフィールドレンズ１１Ｄとを備えてなる。なお、第２フライアイ１１Ａは、複数のレンズアレイ素子を２次元的に配列して構成され、各レンズアレイ素子は後述する液晶パネルに略対応する形状をなしている。第１フライアイ１１Ｂも同様に、複数のレンズアレイ素子を２次元的に配列して構成される。すなわち、第１フライアイ１１Ｂの各レンズアレイ素子毎に、光源部１０の像が形成されることになる。
【００２１】
一方、投射部１２は、インテグレータ部１１により均一化された光束をＢ成分ＬＢとＧＲ成分ＬＧ、ＬＲとに分離するためのＢ／ＧＲ分離用ダイクロイックミラー２１と、ダイクロイックミラー２１により分離されたＧＲ成分ＬＧ、ＬＲを、Ｇ成分ＬＧと、Ｒ成分ＬＲとに分離するためのＧ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２と、Ｂ成分用の画像が表示される液晶パネル２３Ｂ（１対の偏光板により狭持されてなる；液晶パネル２３Ｇ、２３Ｒにおいて同じ）と、Ｇ成分用の画像が表示される液晶パネル２３Ｇと、Ｒ成分用の画像が表示される液晶パネル２３Ｒと、各液晶パネル２３Ｂ、２３Ｇ、２３Ｒを透過して画像情報が担持された光束の成分ＬＢ、ＬＧ、ＬＲを合成する３色合成プリズム２４と、３色合成プリズム２４により合成された光束をスクリーン上に結像させるための投影レンズ２５とを備えてなる。また、Ｂ／ＧＲ分離用ダイクロイックミラー２１により分離されたＢ成分ＬＢを液晶パネル２３Ｂに向けて反射する全反射ミラー２７と、全反射ミラー２７により反射されたＢ成分ＬＢを平行光とするためのフィールドレンズ２８Ｂと、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２により分離されたＧ成分ＬＧを平行光とするためのフィールドレンズ２８Ｇと、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２により分離されたＲ成分ＬＲを液晶パネル２３Ｒに向けて反射するための全反射ミラー２９、３０と、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２により分離されたＲ成分ＬＲを平行光とするためのフィールドレンズ２８Ｒとを備えてなる。
【００２２】
なお、上記投射部１２においては、３色合成プリズム２４に至るまでの光路長はＲ成分ＬＲのみが異なるが、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２と全反射ミラー２９との間にはフィールドレンズ３１が、全反射ミラー２９と全反射ミラー３０との間にはリレーレンズ３２がそれぞれ配設されており、このフィールドレンズ３１とリレーレンズ３２とにより、Ｒ成分ＬＲの結像関係がＢ成分ＬＢおよびＧ成分ＬＧと見かけ上同等となるように補正されるものである。
【００２３】
また、上記３色合成プリズム２４はクロスプリズムであり、Ｂ成分ＬＢに対して反射するダイクロイック面２４Ｂと、Ｒ成分ＬＲに対して反射するダイクロイック面２４Ｒとを有するものである。
【００２４】
さらに、インテグレータ部１１からの光束の光路を投射部１２の方向に折り曲げる全反射ミラー２０が配設されている。
【００２５】
さて、本実施形態では上述したように第１フライアイ１１Ｂの投射部１２側に、第２フライアイ１１Ａと第１フライアイ１１Ｂにより均一化された光束をＰ偏光とＳ偏光とに分離した後、両偏光を一方の偏光にそろえるとともに、両者を平行光として出力する、光量低下防止を目的として配された偏光変換手段としての偏光ビームスプリッタ１１Ｃが設けられている。
【００２６】
図１はこの偏光ビームスプリッタ１１Ｃの代表例として実施例１に係るものであり、（Ａ）はこの偏光ビームスプリッタ１１１Ｃを投射部１２側から見た構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）を紙面下側から見た平面図である。
【００２７】
この偏光ビームスプリッタ１１１Ｃは、図１（Ｂ）に示すように、光軸方向への厚み（紙面上下方向高さ）が互いに異なる２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２、および該２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２の各々の射出面側に配設されたλ／２位相差板１６１、１６２からなる。
【００２８】
ここで、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１は、入射光束のうち一方の偏光を透過させるとともに他方の偏光を正反射させる偏光分離膜１７１が内部に形成された第１のプリズムと、この正反射された偏光を上記偏光分離膜１７１を透過した偏光の射出方向に正反射させ射出せしめる反射膜１７２が内部に形成された第２のプリズム１８２とからなるプリズムペアを、Ｙ軸と平行な方向に隙間なく多数個配列してなるもので、丁度櫛型形状をなすものである。なお、λ／２位相差板１６１は、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１を直進透過する偏光の射出面、すなわち第１のプリズムの射出面に配されている。
【００２９】
なお、図１（Ａ）において櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１の中央側に位置し、かつＸ軸の両側に対称的に配された櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２についても、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１を構成するプリズムペアとは幅と厚みが異なるものの、略同様の構成となっている。すなわち、この櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２は、偏光分離膜（図示せず）が内部に形成された第１のプリズム１８３と反射膜（図示せず）が内部に形成された第２のプリズムとからなるプリズムペアを、Ｘ軸と平行な方向に隙間なく多数個配列してなる。また、λ／２位相差板１６２は、反射膜により反射され射出される偏光の射出面、すなわち第２のプリズムの射出面に配されている。
【００３０】
本実施形態による偏光ビームスプリッタ１１１Ｃは、この２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２のうち少なくとも１つの櫛形偏光分離プリズムアレイ（例えば１５１）内の偏光分離膜１７１により分離された２つの光束により形成される面と、他の櫛形偏光分離プリズムアレイ（例えば１５２）内の偏光分離膜（図示せず）により分離された２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように構成されている。
【００３１】
すなわち、この構成は、図１（Ａ）において櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１のプリズム境界線１９１と櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２のプリズム境界線１９２とが互いに直交していることによっても示されている。
【００３２】
このような構成により、偏光ビームスプリッタ１１１Ｃから射出された光束は、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１の偏光分離膜１７１により分離された２つの光束と、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２の偏光分離膜により分離された２つの光束とが、全て偏光方向を所定の方向に統一されたものとなる。
【００３３】
本実施形態の偏光ビームスプリッタ１１Ｃが、偏光ビームスプリッタ１１１Ｃを例として上述したような構成とされているのは、第１フライアイ１１Ｂの形状に対応しているものである。すなわち、図１の偏光ビームスプリッタ１１１Ｃは実施例１の第１フライアイ１１１Ｂに対応したものである。
【００３４】
この第１フライアイ１１１Ｂについては後に詳述するが、各レンズアレイ素子１４１、１４２は図４に示すように配設された構成とされている。第２フライアイ１１Ａでは液晶パネル２３Ｂ、２３Ｇ、２３Ｒに略対応する形状のレンズアレイ素子が配列されているのに対し、この第１フライアイ１１１ＢではＹ軸付近の各レンズアレイ素子１４２はＹ軸方向に長い矩形状とされ、一方その両側の各レンズアレイ素子１４１はＸ軸方向に長い矩形状とされている。また、Ｙ軸付近の各レンズアレイ素子１４２のＸ軸方向ピッチ（幅）はその両側の各レンズアレイ素子１４１のＸ軸方向ピッチよりも小さい。
【００３５】
偏光ビームスプリッタ１１１Ｃは、この第１フライアイ１１１Ｂに対応したものであって、２つの櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２が、図１（Ａ）に示すように、Ｙ軸付近の各レンズアレイ素子１４２のＸ軸方向ピッチが相対的に小さい領域においてはＹ軸方向にプリズムペアが配列された櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２が配設され、その両側の各レンズアレイ素子１４１のＸ軸方向ピッチが相対的に大きい領域においてはＸ軸方向にプリズムペアが配列された櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１が配設されている。したがって、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２の内部の偏光分離膜と反射膜が交互に配列される方向は、それらの各領域に対応する第１フライアイ１１１Ｂの各レンズアレイ素子１４１、１４２の矩形の長手方向と一致している。
【００３６】
このような構成の偏光ビームスプリッタ１１Ｃを用いることにより得られる作用効果について以下に述べる。
【００３７】
偏光ビームスプリッタ１１Ｃは第１フライアイ１１Ｂの射出面近傍に位置し、その構成上、第１フライアイ１１Ｂにおいて対応する１つのレンズアレイ素子より射出される全光量のうち、レンズアレイ素子の射出面積のうち１／２相当分からの光量しか偏光方向の揃った射出光とすることができない。これは、プリズムペアを構成する２つのプリズムのうち、内部に偏光分離膜が形成された第１のプリズムに入射する光量しか利用されないためである。
【００３８】
したがって、光の利用効率を向上させるためには、光源像の形状に対応してレンズアレイ素子の射出面積のうちできるだけ光量の多い部分からの光を偏光ビームスプリッタ１１Ｃに入射させる必要がある。これはまた、レンズアレイ素子の射出面積のうち偏光ビームスプリッタ１１Ｃで利用可能となる部分からの射出光の光量が大きくなるように、第１フライアイ１１Ｂのレンズアレイ素子を構成することでもある。
【００３９】
このように、レンズアレイ素子射出面のどの２分の１部分からの光束を利用するかが重要となるのは、第１フライアイ１１Ｂのレンズアレイ素子の全面に亘り均等に光線が入射するのでなく、レンズアレイ素子上において光量が多く集まる部分が生じるためである。
【００４０】
図５は、第１フライアイ１１Ｂを構成するレンズアレイ素子のうちの１つについて、その面積を二等分する場合の２つの方法を示している。レンズアレイ素子の一般形状として横長矩形を例とした場合、（Ａ）、（Ｂ）の同面積のレンズアレイ素子４１に対し、斜線部はその２分の１の面積を示す。
【００４１】
ここで、このレンズアレイ素子４１の中心部に光量が多く集まるとした場合、同じ面積からの光量しか利用できないのならば、この横長矩形のレンズアレイ素子４１においては（Ａ）のような縦長矩形の斜線部からの光束を利用するのが効率的ということになる。すなわち、横長矩形のレンズアレイ素子４１に対しては、（Ａ）のようにレンズアレイ素子４１長辺の中心側２分の１が短辺となるような縦長矩形部分からの光束が、後段の偏光ビームスプリッタ１１Ｃのプリズムペアのうち内部に偏光分離膜が形成された第１のプリズムに入射するような構成が、光の利用効率上望ましいことになる。
【００４２】
また、発光体４が、例えばアーク灯のように発光分布が小さな範囲にまとまったものである場合、光量の大きい範囲は光軸と直交する面においてほぼ円形状となるので、この光量の大きい範囲をできるだけ利用することが利用効率上望ましい。図５（Ａ）、（Ｂ）を比較すると、それぞれの斜線部の外接円の面積に対し斜線部面積の割合が大きいのは明らかに（Ａ）である。したがって、光量の大きい円形状の範囲をより効率的に利用し得る（Ａ）のような面積の分割の仕方が望ましい。
【００４３】
このような理由により、第１フライアイ１１１Ｂのように、Ｙ軸付近の各レンズアレイ素子１４２のＸ軸方向のピッチをその両側の各レンズアレイ素子１４１のＸ軸方向のピッチよりも小さく構成している場合には、偏光ビームスプリッタ１１１Ｃの各櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２のサイズおよび配列を図１（Ａ）の如く構成することにより、偏光ビームスプリッタ１１１Ｃの光束透過効率を上げることが可能となり、スクリーン上の投影像を明るいものとすることができる。
【００４４】
この第１フライアイ１１１Ｂのように各レンズアレイ素子１４１、１４２の形状がそれぞれ大きく異なっている場合、従来からある偏光ビームスプリッタのように、プリズムペアが一方向にのみ配列された櫛型偏光分離プリズムアレイによるものであると、光量の大きいＹ軸付近の各レンズアレイ素子１４２からの光を有効に利用することができず、照明効率の低下を招いてしまう。本実施形態のようにレンズアレイ素子形状に応じて偏光ビームスプリッタを、互いにサイズの異なる櫛形偏光分離プリズムアレイの配列方向を略９０度回転させて組み合わせれば、照明効率を向上させることができる。
【００４５】
このような構成の偏光ビームスプリッタ１１Ｃは、第１フライアイ１１Ｂの各レンズアレイ素子形状がより多種類のものとなっていても有効である。その場合、必要に応じて櫛型偏光分離プリズムアレイの種類を増やすことができる。
【００４６】
照明効率の点のみからいえば、最も効率的な偏光ビームスプリッタは、各レンズアレイ素子形状と各レンズアレイ素子による光源像の位置に対応して個々に偏光ビームスプリッタの形状を設計されたものの筈ではある。しかしながら、これでは部品のコストアップや組立精度による効率ダウンが発生することになる。
【００４７】
本発明によれば、２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイのうち少なくとも１つの櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面と、他の櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように偏光ビームスプリッタを構成することにより、２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイを一方向にのみ配列させ前記２つの面が略平行となる偏光ビームスプリッタよりも光の利用効率がよく、かつ、コストや組立精度が考慮された偏光ビームスプリッタを得ることができる。
【００４８】
なお、本実施形態の偏光ビームスプリッタは、光源部の発光体が点光源である場合よりも、むしろ光量の大きい部分が光軸と直交する面において面積的広がりを持つような光源であったり、レンズアレイ素子による光源像においても光量の大きい部分が面積的広がりを持つような場合に特に効果を有する。このような光源として例えば、発光体のワット数を大きくする場合や安価な発光体を用いる場合等があることから、本実施形態の偏光ビームスプリッタは、投射型表示装置の効率化やコスト低減にも寄与し得るものである。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例（本発明の比較例としての実施例３を含む）を説明する。なお、各実施例における符号は、上記実施形態および下記実施例において同様なものを示す場合はそれぞれ下２桁を一致させている。
【００５０】
＜実施例１＞
実施例１に係る偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投射型表示装置は、略実施形態において説明したものである。
ただし、本実施例１においては、光源部１１０は、発光体１０４と放物面鏡よりなるリフレクタ１０１とからなる２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂを光軸対称に、かつ互いに内側を向くように傾けて配設してなる。図３は、この投射型表示装置の光源部から偏光ビームスプリッタまでの構成を示している。
【００５１】
実施形態における説明に加え、この投射型表示装置の光源部１１０、第１フライアイ１１１Ｂおよび偏光ビームスプリッタ１１１Ｃの関係について述べる。
【００５２】
図３に示すように、２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂからの光束は、インテグレータ部１１１の第２フライアイ１１１Ａ上において互いに一部が重なるようにして１つのスポットを形成する。すなわち、第２フライアイ１１１Ａの光軸付近（図３奥行方向）のレンズアレイ素子１個に対しそれぞれ光源部１１０Ａ、１１０Ｂの左右２灯分の光量が重なって入射している。この２灯は光軸に対し角度を持って重なって入射しているので、後段の第１フライアイ１１１Ｂ上においても光源部１１０Ａ、１１０Ｂからの光束はその一部が互いに重なる。そのため、図３および図４に示すように、第１フライアイ１１１Ｂの光軸付近（図４のＹ軸付近に相当する）では、その両側のレンズアレイ素子１４１の幅１ピッチに相当する部分に左右に２灯分の光量が集まる。
【００５３】
ここで、もし、第１フライアイ１１１Ｂの構成が第２フライアイ１１１Ａと同様に全て同一形状のレンズアレイ素子で、第１フライアイ１１１Ｂと第２フライアイ１１１Ａで互いにレンズアレイ素子が１対１で対応しているとすれば、第１フライアイ１１１ＢのＹ軸付近のレンズアレイ素子では１つの素子につき左右２ヵ所に光源像が結像される。
【００５４】
本実施例１では、このＹ軸付近の光量を有効に利用するために、第１フライアイ１１１Ｂにおいては、Ｙ軸付近の各レンズアレイ素子１４２におけるＸ軸方向（光源部配列方向）のピッチを、その両側の各レンズアレイ素子１４１におけるＸ軸方向（光源部配列方向）のピッチよりも小さくし、第２フライアイ１１１Ａのレンズアレイ素子１個に対しピッチの小さい２個のレンズアレイ素子１４２が対応している。すなわち、第１フライアイ１１１ＢのＹ軸付近のレンズアレイ素子１４２が、図４のようにその両側のレンズアレイ素子１４１に比べ２分の１の幅とされ、１つのレンズアレイ素子につき１つの光源像が結像されるように構成されている。これにより、２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂからの光束が互いに重なり合う領域において、それぞれの光源像の中心部の明るい部分をできるだけ有効に活用し、光の利用効率を良好にすることができる。
【００５５】
なお、Ｙ軸付近の各レンズアレイ素子１４２はＹ軸方向（光源部配列方向に直交する方向）に長い矩形状とされ、一方その両側の各レンズアレイ素子１４１はＸ軸方向（光源部配列方向）に長い矩形状とされている。
【００５６】
このように、第１フライアイ１１１Ｂは光源部１１０からの光量を効率よく利用できる構成とされており、さらに、図１のような偏光ビームスプリッタ１１１Ｃを用いることにより、照明効率が向上する。
【００５７】
すなわち、この偏光ビームスプリッタ１１１Ｃは、実施形態において説明したように、２種類の櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１、１５２が、図１（Ａ）に示すように組み合わされている。すなわち第１フライアイ１１１Ｂにおいて２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂからの光束が互いに重なり合うＹ軸付近の各レンズアレイ素子１４２からの光束は、Ｙ軸方向（光源部配列方向に直交する方向）にプリズムペアが配列された櫛型偏光分離アレイ１５２に入射し、２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂからの光束が互いに重なり合わない各レンズアレイ素子１４１からの光束は、櫛型偏光分離アレイ１５２の両側の、Ｘ軸方向（光源部配列方向）にプリズムペアが配列された櫛型偏光分離アレイ１５１に入射するように構成されている。
【００５８】
そして、偏光ビームスプリッタ１１１Ｃに入射した光束は、この櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１においては、内部の偏光分離膜１７１により、直進透過しλ／２位相差板１６１により偏光方向を変換されて射出される光束と、Ｙ軸から遠ざかる方向に分離反射され反射膜１７２により反射されて射出される光束とに分離される。また、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２においては、内部の偏光分離膜（図示せず）により、直進透過し射出される光束と、図１（Ａ）紙面上方向に分離反射され反射膜（図示せず）により反射されλ／２位相差板１６２により偏光方向を変換されて射出される光束とに分離される。櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１内の偏光分離膜１７１により分離される２つの光束により形成される面と、他の櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２内の偏光分離膜（図示せず）により分離される２つの光束により形成される面とは、互いに略直交する。
【００５９】
また、図１（Ｂ）に示すように櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２の各プリズムペアのピッチは、上記両側の領域における櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１のプリズムペアのピッチよりも小さく形成されており、ピッチと厚みが比例するというこれらのプリズムペアの特性により、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２の光軸方向への厚みは、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１の光軸方向への厚みよりも薄く形成されている。
【００６０】
このように本実施例に係る偏光ビームスプリッタ１１１Ｃは、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５１により分離される２つの光束により形成される面と、櫛形偏光分離プリズムアレイ１５２により分離される２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように構成されており、２つの光源部１１０Ａ、１１０Ｂとそれに対応した第１フライアイ１１１Ｂとを備えた実施例１の投射型表示装置において光の利用効率がよく、かつ、コストや組立精度が考慮されたものである。
【００６１】
なお、実施例１においては、光源部１１０を２つの発光体１０４およびリフレクタ１０１により構成しているが、光源部における発光体の数としては３つ以上とすることも可能である。さらに、本実施例は、光源部１１０に複数の発光体１０４が配設され、インテグレータ部１１１の光源部１１０からの光束が入射する位置において、光源部１１０から射出された有効光束のうち少なくとも一部の光束について、これら一部の光束の少なくとも一部断面領域が互いに重なり合うように構成されているが、必ずしも重なり合わなくてもよい。
【００６２】
このように複数の発光体が配設された光源部１１０とされた場合は、光源部１１０に応じて第１フライアイ１１１Ａの各レンズアレイ素子形状や構成も異なり、これに応じて、偏光ビームスプリッタ１１１Ｂについても配列方向が互いに異なる櫛型偏光分離プリズムアレイを適宜組合せることにより、光の利用効率を上げることができる。
【００６３】
＜実施例２＞
実施例２に係る偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投射型表示装置は、上述した実施形態と大略同様の構成とされている。
すなわち、この投射型表示装置は、図２のように、光源部１０と、この光源部１０から発せられた光束をミキシングして、光量分布の均一化を図るためのインテグレータ部１１と、インテグレータ部１１により均一光とされた光束に画像情報を担持せしめてスクリーンに投射するための投射部１２とからなる。
【００６４】
ここで、実施例１との相違点は、光源部１０が１つの発光体４とリフレクタ１よりなる１灯式の光源とされたことにある。この発光体４は丸いランプであるので、放物面鏡１を用いた光源部１０からの光量は光軸付近で大となる。照明ムラを小さくするために第２フライアイ１１Ａを介し第１フライアイ１１Ｂに入射した場合でも、その光量分布は変わらないので、なるべくその部分の光を利用することが効率的ということになる。
【００６５】
実施例２はこのように光源部１０からの光束が強度分布を持っている場合の例である。したがって、この光源部１０に対応して第１フライアイ１１Ｂの形状も実施例１と異なり、偏光ビームスプリッタ１１Ｃの構成も異なっている。図６に実施例２に係る第１フライアイ２１１Ｂを示し、図７に実施例２に係る偏光ビームスプリッタ２１１Ｃを示す。
【００６６】
第１フライアイ２１１は、図６に示すように３種類のレンズアレイ素子２４１、２４２、２４３から構成されている。光軸付近の第１フライアイ２１１中央部は、長辺がＸ軸と平行な比較的大きい横長矩形のレンズアレイ素子２４２が配され、その周囲は比較的小さいレンズアレイ素子２４１、２４３が配されて、強度の大きい光軸付近の光を効率よく利用できる構成とされている。
【００６７】
なお、実施例２の第２フライアイのレンズアレイ素子形状と構成は図示していないが、その各素子はライトバルブと共役関係にあるように設計されているため各素子は互いに同形状、同寸法のものが配列されている。ただし、この第２フライアイと第１フライアイ２１１Ｂの各レンズアレイ素子は１対１で対応し、第１フライアイ２１１Ｂのレンズアレイ素子２４１、２４２、２４３それぞれが１つの光源像を結ぶ。すなわち、第２フライアイの各レンズアレイ素子は必要な偏心操作を行なっている。
【００６８】
この偏心操作により、図６において、第１フライアイ２１１Ｂの横長矩形の各レンズアレイ素子２４２は中央部分でなくそれぞれ射出面のよりＹ軸に近い部分に光源像を結ぶ。また、レンズアレイ素子２４２の紙面上下部分に配された横長矩形の各レンズアレイ素子２４３はそれぞれ射出面中央部分に光源像を結ぶ。また、レンズアレイ素子２４２の紙面左右部分に配された縦長矩形の各レンズアレイ素子２４１は、それぞれ中央部分でなくよりＸ軸に近い部分に光源像を結ぶ。
【００６９】
偏光ビームスプリッタ２１１Ｃはこの第１フライアイ２１１Ｂの後段に配されるものであって、図７のように構成される。ここで、（Ａ）はこの偏光ビームスプリッタ２１１Ｃを投射部側から見た構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）を紙面下側から見た平面図である。
【００７０】
この偏光ビームスプリッタ２１１Ｃは、第１フライアイ２１１Ｂのレンズアレイ素子２４２から射出される光束が中央部の櫛型偏光分離プリズムアレイ２５２に、レンズアレイ素子２４１から射出される光束が櫛型偏光分離プリズムアレイ２５２の図７（Ａ）紙面左右部分に配された櫛型偏光分離プリズムアレイ２５１に、レンズアレイ素子２４３から射出される光束が櫛型偏光分離プリズムアレイ２５２の図７（Ａ）紙面上下部分に配された櫛型偏光分離プリズムアレイ２５３に、それぞれ入射するように構成されている。なお、各櫛型偏光分離プリズムアレイ２５１、２５２、２５３を構成するプリズムペアのピッチに比例し、各アレイの光軸方向への厚みは厚い方から順に櫛型偏光分離プリズムアレイ２５２、櫛型偏光分離プリズムアレイ２５１、櫛型偏光分離プリズムアレイ２５３となっている。
【００７１】
このようにして、各レンズアレイ素子２４２のＹ軸側の２分の１面積から射出された光束が偏光ビームスプリッタ２１１Ｃの櫛型偏光分離プリズムアレイ２５２に入射し、内部の偏光分離膜２７３により、直進透過しλ／２位相差板２６２により偏光方向を変換されて射出される光束と、Ｙ軸から遠ざかる方向に分離反射され反射膜２７４により反射されて射出される光束とに分離される。
【００７２】
また、各レンズアレイ素子２４３の中央部分２分の１面積から射出された光束は偏光ビームスプリッタ２１１Ｃの櫛型偏光分離プリズムアレイ２５３に入射し、内部の偏光分離膜２７５において、直進透過しλ／２位相差板２６３により偏光方向を変換されて射出される光束と、分離反射され反射膜２７６により反射されて射出される光束とに分離される。その分離反射方向は、図７（Ａ）で紙面上部の櫛型偏光分離プリズムアレイ２５３ではＸ軸と平行に紙面右方向であり、図７（Ａ）で紙面下部の櫛型偏光分離プリズムアレイ２５３ではＸ軸と平行に紙面左方向である。
【００７３】
また、各レンズアレイ素子２４１のＸ軸側の２分の１面積から射出された光束は偏光ビームスプリッタ２１１Ｃの櫛型偏光分離プリズムアレイ２５１に入射し、内部の偏光分離膜（図示せず）により、直進透過し射出される光束と、Ｘ軸から遠ざかる方向に分離反射され反射膜（図示せず）により反射されλ／２位相差板２６１により偏光方向を変換されて射出される光束とに分離される。
【００７４】
すなわち、各レンズアレイ素子２４１、２４２、２４３からの光束は、各レンズアレイ素子２４１、２４２、２４３の長辺方向にプリズムペアを配列した櫛型偏光分離プリズムアレイ２５１、２５２、２５３に入射することになり、実施形態において図５を用いて説明したとおり、外接円に対する面積比率が大きく、効率よく光を透過することができる。
【００７５】
なお、図５においては便宜的に光源像を中央部としているが、レンズアレイ素子２４１から櫛型偏光分離プリズムアレイ２５１に入射する場合のように、必ずしも素子の中心を基準に断面を分割していなくとも、照明効率的に不利というわけではない。
【００７６】
このようにして、櫛形偏光分離プリズムアレイ２５１により分離される２つの光束により形成される面と、櫛形偏光分離プリズムアレイ２５２および２５３により分離される２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように偏光ビームスプリッタ２１１Ｃを構成することにより、光の利用効率がよく、かつ、コストや組立精度が考慮された偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投射型表示装置を得ることができる。
【００７７】
なお、本実施例の偏光ビームスプリッタ２１１Ｃは、光量の大きい光軸付近の光束を有効に利用するとともに、周辺部も含む各レンズアレイ素子２４１、２４２、２４３からの入射光束も各素子の射出光のうち光量の大きい部分を利用することになるので、効率のよいものとすることができる。
【００７８】
＜実施例３＞
本発明の比較例としての実施例３に係る偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投射型表示装置も、実施形態と大略同様の構成とされている。
すなわち、この投射型表示装置は、図２のように、光源部１０と、この光源部１０から発せられた光束をミキシングして、光量分布の均一化を図るためのインテグレータ部１１と、インテグレータ部１１により均一光とされた光束に画像情報を担持せしめてスクリーンに投射するための投射部１２とからなる。
【００７９】
なお、実施例３も光源部１０が１つの発光体４とリフレクタ１よりなる１灯式の光源である。
【００８０】
実施例３の光源部１０は発光分布の大きい発光体４を備えている。そのため、同形状、同寸法のレンズアレイ素子からなる第２フライアイ１１Ａ、および図８に示す同形状、同寸法のレンズアレイ素子３４１からなる第１フライアイ３１１Ｂにより結像される光源像は、図８の各レンズアレイ素子３４１上に示したように楕円形状が放射状に広がったようになる。一般的に、まとまりのよい光源、すなわち光源の発光分布が非常に小さな範囲にまとまっているものは、第１フライアイ上にできる光源像が円形に近い形をしているが、実施例３のように光源の発光分布が大きくなると光源像はこのようになる。
【００８１】
偏光ビームスプリッタ３１１Ｃはこの第１フライアイ３１１Ｂの後段に配されるものであって、図９のように構成される。ここで、（Ａ）はこの偏光ビームスプリッタ３１１Ｃを投射部側から見た構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）を紙面下側から見た平面図である。
【００８２】
この偏光ビームスプリッタ３１１Ｃは、第１フライアイ３１１Ｂの最もＸ軸に近い各レンズアレイ素子３４１から射出される光束が櫛型偏光分離プリズムアレイ３５２に、また、これ以外の各レンズアレイ素子３４１から射出される光束が櫛型偏光分離プリズムアレイ３５２の図９（Ａ）紙面上下部分に配された櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１に、それぞれ入射するように構成されている。なお、各櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１、３５２を構成するプリズムペアのピッチに比例し、各アレイの光軸方向への厚みは櫛型偏光分離プリズムアレイ３５２より櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１が厚くなっている。
【００８３】
このようにして、各レンズアレイ素子３４１のうち最もＸ軸側の各レンズアレイ素子３４１から射出された光束は偏光ビームスプリッタ２１１Ｃの櫛型偏光分離プリズムアレイ３５２に入射し、内部の偏光分離膜（図示せず）により、直進透過し射出される光束と、Ｘ軸から遠ざかる方向に分離反射され反射膜（図示せず）により反射されλ／２位相差板３６２により偏光方向を変換されて射出される光束とに分離される。
【００８４】
また、これ以外の各レンズアレイ素子３４１から射出された光束は偏光ビームスプリッタ２１１Ｃの櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１に入射し、内部の偏光分離膜３７１により、直進透過しλ／２位相差板３６１により偏光方向を変換されて射出される光束と、分離反射され反射膜３７２により反射されて射出される光束とに分離される。その分離方向は、図９（Ａ）で紙面上部の櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１はＸ軸と平行に紙面右方向であり、図９（Ａ）で紙面下部の櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１はＸ軸と平行に紙面左方向である。
【００８５】
このようにして、最もＸ軸側の各レンズアレイ素子３４１から射出された光束については、Ｘ軸近傍に結像した楕円形状の光源像を担持した光束を有効に櫛型偏光分離プリズムアレイ３５２に入射させることができ、これ以外の各レンズアレイ素子３４１から射出された光束については、櫛型偏光分離プリズムアレイ３５１への入射光束に対する光源像部分の割合が多くなるように、各レンズアレイ素子３４１の長辺の中心側２分の１が短辺となるような縦長矩形部分からの光束を入射させることができる。
【００８６】
したがって、実施例３に係る偏光ビームスプリッタ３１１Ｃは、楕円形状の光源像に合わせて光量の大きい部分を有効に利用し、効率よく光を透過することができる。
【００８７】
実施形態において述べたように、光の利用効率の点のみからいえば、個々の各レンズアレイ素子３４１における楕円形状の光源像すべてに対応して、より細かい部材による偏光ビームスプリッタ３１１Ｃの形状を設計することが望ましい。しかしながら、これでは部品のコストアップや組立精度による効率ダウンが発生することになる。
【００８８】
本実施例３のように、櫛形偏光分離プリズムアレイ３５１により分離される２つの光束により形成される面と、櫛形偏光分離プリズムアレイ３５２により分離される２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように偏光ビームスプリッタ３１１Ｃを構成することにより、光の利用効率がよく、かつ、コストや組立精度が考慮された偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投射型表示装置を得ることができる。
【００８９】
なお、光源部の発光分布が本実施例よりさらに大きく円形からはずれた場合、フライアイ素子のどの範囲の光が偏光ビームスプリッタに入射するのが最も効率的かは一概に規定することはできない。すなわち、図５を用いて上述したように、光源像が円形に近い形をしている場合は、図５（Ａ）のように斜線部（偏光ビームスプリッタに入射する部分）の面積がその外接円の面積に占める割合が大きいほうが効率的であるが、光源部の発光分布が、例えば紙面横方向にのみ極端に長い楕円形のような場合は、（Ａ）の斜線部面積から偏光ビームスプリッタに入射することが効率的とは限らなくなる。しかしながら、そのような光源部であっても、光軸に直交する面において光量分布に広がりがある場合は、本発明に係る偏光ビームスプリッタが有用である。
【００９０】
なお、本実施形態において各櫛型偏光分離プリズムアレイのλ／２位相差板が配される面はこれに限定されるものではない。すなわち、この偏光ビームスプリッタから射出される光束の偏光方向が所定の方向に統一されていればよく、アレイを直進透過する偏光が射出される面に配されるλ／２位相差板がアレイ内部において分離反射後再反射された偏光が射出される面に配され、アレイ内部において分離反射後再反射された偏光が射出される面に配されるλ／２位相差板がアレイを直進透過する偏光が射出される面に配されるように構成することもできる。
【００９１】
また、偏光分離プリズムアレイについて、一般に用いられているものに準じ、櫛型偏光分離プリズムアレイを直進透過し射出される偏光をＰ偏光とし、偏光分離膜により分離反射される偏光をＳ偏光として構成しているが、これに限定されるものではなく、両偏光を互いに逆にして偏光分離プリズムアレイを構成することもできる。
【００９２】
なお、上記実施形態のものでは各光源部に放物面鏡からなるリフレクタを用いているが、平行光束を射出できるものであればこれに限られるものではない。
【００９３】
また、上記実施形態のものではインテグレータ部として２枚の別体とされたフライアイによるものを用いているが、２つのフライアイが光軸方向に一体化されたものを用いるようにしてもよい。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置によれば、光量の大きい部分の光量を有効に利用するために第１フライアイのレンズアレイ素子の形状が同一形状でない場合や、また、第１フライアイのレンズアレイ素子の形状は同一でも光源の特性により円形の光源像が結像されない場合であっても、２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイのうち少なくとも１つの櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面と、他の櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように構成することにより光の利用効率がよく、かつコストや組立精度が考慮された偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１による偏光ビームスプリッタの構成を示す図
【図２】本実施形態の偏光ビームスプリッタを備えた投射型表示装置の構成を示す図
【図３】実施例１の光源部から偏光ビームスプリッタまでの構成を示す図
【図４】実施例１における第１フライアイの構成を示す概念図
【図５】第１フライアイのレンズアレイ素子上での偏光ビームスプリッタによる面積分割例
【図６】実施例２における第１フライアイの構成を示す概念図
【図７】実施例２による偏光ビームスプリッタの構成を示す図
【図８】実施例３における第１フライアイの構成を示す概念図
【図９】実施例３による偏光ビームスプリッタの構成を示す図
【図１０】従来の照明光学系の光源部から偏光ビームスプリッタまでの概略図
【図１１】従来の照明光学系の光源部から偏光ビームスプリッタまでの概略図
【符号の説明】
１、１０１、９０１ リフレクタ
４、１０４、９０４ 発光体
１０、１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、９１０ 光源部
１１、１１１ インテグレータ部
１１Ａ、１１１Ａ、９１１Ａ 第２フライアイ
１１Ｂ、１１１Ｂ、２１１Ｂ、３１１Ｂ、９１１Ｂ 第１フライアイ
１１Ｃ、１１１Ｃ、２１１Ｃ、３１１Ｃ、９１１Ｃ 偏光ビームスプリッタ
１１Ｄ、２８Ｂ、２８Ｇ、２８Ｒ、３１ フィールドレンズ
１２ 投射部
２０、２７、２９、３０ 全反射ミラー
２１、２２ ダイクロイックミラー
２３Ｂ、２３Ｇ、２３Ｒ 液晶パネル
２４ ３色合成プリズム
２４Ｂ、２４Ｒ ダイクロイック面
２５ 投影レンズ
３２ リレーレンズ
４１、１４１、１４２、２４１、２４２、２４３、３４１
レンズアレイ素子
１５１、１５２、２５１、２５２、２５３、３５１、３５２
櫛型偏光分離プリズムアレイ
１６１、１６２、２６１、２６２、２６３、３６１、３６２、９６３
λ／２位相差板
１７１、２７３、２７５、３７１、９７１ 偏光分離膜
１７２、２７４、２７６、３７２、９７２ 反射膜
１８２ 第２のプリズム
１８３ 第１のプリズム
１９１、１９２ プリズム境界線
Claims (3)
- 光源部と、
多数のレンズアレイ素子が配列されたフライアイレンズを少なくとも１つ備え前記光源部から射出された光の光量均一化を図るインテグレータ部と、
該インテグレータ部からの出力光を所定の映像情報に応じて変調するライトバルブと、
該ライトバルブにより変調された光による光学像をスクリーン上に投影する投影レンズと、
２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイおよび該２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイの各々の射出面側に配設されたλ／２位相差板からなり、光源部からの光束の偏光方向を所定の方向に統一する偏光ビームスプリッタであって、該２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイのうち少なくとも１つの櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面と、他の櫛形偏光分離プリズムアレイにより分離される２つの光束により形成される面とが、互いに略直交するように構成されている偏光ビームスプリッタと、を備え、
前記フライアイレンズのうち前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズは、前記多数のレンズアレイ素子のうち、該フライアイレンズ上において光軸と直交するように設定されたＸ軸の方向に長い矩形状をなすレンズアレイ素子が配される領域と、該光軸および該Ｘ軸と直交するように設定されたＹ軸の方向に長い矩形状をなすレンズアレイ素子が配される領域とを有し、
前記偏光ビームスプリッタは、前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズの近傍に配されるとともに、前記２つ以上の櫛形偏光分離プリズムアレイの各内部の偏光分離膜と反射膜とが交互に配される方向が、対応する前記領域毎の前記レンズアレイ素子の長手方向と一致するように構成されていることを特徴とする偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置。 - 前記光源部として、前記光軸を挟んで前記Ｘ軸の方向と平行な方向に並設された２つの光源部を備え、該２つの光源部からの各光束が、前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズ上の前記Ｙ軸の付近において互いに一部重なるように構成されており、
前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズは、前記多数のレンズアレイ素子のうち前記Ｙ軸の付近に配されたレンズアレイ素子が、該Ｙ軸の方向に長い矩形状をなすものとされていることを特徴とする請求項１記載の偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置。 - 前記光源部として、出力光束の光量分布が前記光軸付近で大となる１つの光源部を備え、
前記ライトバルブに最も近いフライアイレンズは、前記多数のレンズアレイ素子のうち前記光軸の付近に配されたレンズアレイ素子が、該レンズアレイ素子の周囲に配された他のレンズアレイ素子と比較して大きく、かつ前記Ｘ軸の方向に長い矩形状をなすものとされていることを特徴とする請求項１記載の偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置。
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