JPH0478816A - 偏光照明装置及び該偏光照明装置を備える投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は偏光照明装置および該偏光照明装置を有する投
写型表示装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第１３図は、投写型表示装置の従来例を示す構成図であ
る。

この投写型表示装置は、ハロゲンランプ、メタルハライ
ドランプなどからなる光源１と、光源１から発せられる
光束の一部を反射する反射ミラー２と、光源１から直接
または反射ミラー２を介して入射される光束の熱線を吸
収または反射する熱線カットフィルタ３と、該熱線が除
去された光束を平行光束に変換するコンデンサレンズ４
と、該平行光束を直線偏光光に変換する偏光板５と、該
直線偏光光を画像信号に応じて変調する液晶ライトバル
ブ７と、該変調された直線偏光光のうちその透過軸方向
の成分のみを透過する偏光板８と、該透過する直線偏光
光を不図示のスクリーンに拡大投射する投写レンズ１０
とを有する。

第１４図は、投写型表示装置の他の従来例を示す構成図
である。

この投写型表示装置は、第１３図に示した投写型表示装
置の２つの偏光板５．８の代わりに、２つの偏光ビーム
スプリッタ−６，９を液晶ライトバルブ７の前後にそれ
ぞれ配置したものである。

第１３図、第１４図に示す投写型表示装置は、光源ｌか
ら発せられる光束のうち偏光板５、偏光ビームスプリッ
タ−６を透過する直線偏光成分のみが液晶ライトバルブ
７の照明光として利用され、該直線偏光成分と直交する
直線偏光成分が損失となるため、光の利用効率が５０％
以下になるという欠点がある。

この欠点を改善した投写型表示装置として、第１５図に
示す、特開昭６１−９０５８４号公報に記載されている
ものがある。

この投写型表示装置では、コンデンサレンズ４から出射
される平行光束は偏光ビームスプリッタ−１１に入射し
、偏光ビームスプリッタ−１１の作用面（２つの直角プ
リズムが互いに接着される斜面に形成される蒸着膜）１
１ａでそのＰ偏光成分ＬＰはそのまま透過し、そのＳ偏
光成分Ｌｓは直角に反射して全反射プリズム１２に入射
する。該Ｓ偏光成分Ｌ８は全反射プリズム１２に再度直
角に反射されることにより、偏光ビームスプリッタ−１
１を透過してくる前記Ｐ偏光成分ＬＰと同一方向に全反
射プリズム１２から出射される。ここで、Ｓ偏光成分Ｌ
５とは偏光ビームスプリッタ−１１の作用面１１ａに平
行な偏光成分のことであり、Ｐ偏光成分ＬＰとは該Ｓ偏
光成分と直交する偏光成分のことである。

全反射プリズム１２の出射側にはλ／２光学位相板１３
が配置され、全反射プリズム１２より出射される前記Ｓ
偏光成分Ｌ５は、λ／２光学位相板１３によりその偏光
方向が９０°回転され、Ｐ偏光成分ＬＰ＊に変換される
。また、偏光ビームスプリッタ−１１およびλ／２光学
位相板１３の出射側にはそれぞれ光路変更用のクサビ型
レンズ１４．１５が配置され、偏光ビームスプリッタ−
１１を透過してくる前記Ｐ偏光成分ＬＰおよびλ／２光
学位相板１３て変換された前記Ｐ偏光成分ＬＰ木は光路
が変更され、液晶ライトバルブ７の入射側の面上の点Ｐ
。で交差して合成光となる。

従って、この投写型表示装置では、偏光ビームスプリッ
タ−１１で分離される前記Ｓ偏光成分Ｌ５および前記Ｐ
偏光成分ＬＰの両方で液晶ライトバルブ７を照明するこ
とができるため、第１３図、第１４図に示す投写型表示
装置よりも光の利用効率を倍にすることができる。

上述した特開昭６１−９０５８４号公報記載の投写型表
示装置は、前記Ｐ偏光成分ＬＰとλ／２光学位相板１３
で変換された前記Ｐ偏光成分ＬＰ＊を第１０図に示す角
度θをもって液晶ライトバルブ７にそれぞれ入射させる
ため、入射角による特性劣化が大きい液晶ライトバルブ
７を使用する際には、クサビ型レンズ１４．１５から液
晶ライトバルブ７までの距離をかなり大きくとり、該入
射角を小さくする必要がある。

一方、第１５図のクサビ型レンズ１４．１５を取り除き
、前記Ｐ偏光成分ＬＰと前記変換されたＰ偏光成分ＬＰ
＊を互いに平行のまま照明光として液晶ライトバルブ７
に入射させる並列照明方式を採用することが考えられる
。しかし、この並列照明方式を特開昭６１−９０５８４
号公報記載の投写型表示装置に適用しても、光源１が完
全な点光源あるいは線光源でない限り、コンデンサレン
ズ４から出射される平行光束は完全なものでないため、
前記Ｐ偏光成分ＬＰと前記変換されたＰ偏光成分ＬＰ＊
も完全なものとはならず、問題が生じる。このことを第
１６図を用いて説明する。

有限な径φをもつ光源ｌから発せられる光束は距離ｌを
隔てて配置されるコンデンサレンズ４により集束される
が、コンデンサレンズ４の出射光は完全な平行光束とは
ならず、角度２ω（ω−ｔａｎ（（φ／２）＃））の範
囲に拡がりをもつ非平行光束となる。この拡がりをもつ
非平行光束による画質劣化の原因は以下の２つに大別さ
れる。

まず、第１の原因について説明する。

該非平行光束のうち光線αは、偏光ビームスプリッタ−
１１の作用を受けずにλ／２光学位相板１３に入射する
ため、λ／２光学位相板１３からＳ偏光成分、Ｐ偏光成
分をともに含んだまま出射される。

また、光線βは、偏光ビームスプリッタ−１１でＳ偏光
成分Ｌｓとなるが、全反射プリズム１２で反射された後
、再び偏光ビームスプリッタ−１１で反射され、光源β
１で示すように全く別の位置からＰ偏光成分ＬＰ＊とし
てλ／２光学位相板１３から出射されるか、第１１図に
光線β２で示すようにλ／２光学位相板１３の界面で吸
収されたりそのまま透過するため損失光となる。従って
、Ｐ偏光成分ＬＰとＰ偏光成分ＬＰ＊の光量にアンバラ
ンスが生じる。

次に第２の原因について説明する。

偏光ビームスプリッタ−１１はその作用面１１ａへの光
線入射角が４５度の時に反射されるＳ偏光、透過される
Ｐ偏光の分離度が最も高くなるように設計される。この
うち、透過されるＰ偏光光については、作用面１１ａを
構成する多層膜の屈折率をブリュースター角の条件に合
うように選択することによって高い透過率を得ている。

しかしながら、ブリュースター角の条件から少しでもず
れた入射角の光線に対しては、急激な透過率低下を起こ
す。

従って、入射角に拡がりをもつ光束が入射した場合、偏
光ビームスプリッタ−の作用面１１ａで反射される光束
にはかなりのＰ偏光成分が含まれることになる為、λ／
２光学位相板１３から出射する光束にＳ偏光成分が含ま
れて出射光の偏光消光比が低下してしまう。

また、λ／２光学位相板は使用する全ての波長域に対し
てλ／２の位相差を与えることはできないので、出射光
ＬＰ＊の中にはやはりＳ偏光成分が含まれてしまう。ま
た、全反射プリズム１２の反射面に全反射角以下で入射
する光束の一部はもれてしまう。従って、Ｐ偏光成分Ｌ
ＰとＰ偏光成分ＬＰ＊の光量にアンバランスが生じる。

以上説明した従来例に限らず、従来の偏光照明装置にお
いては、装置の構造上、そこから射出する互いに偏光面
が等しい一対の光束の光量（強度）にアンバランスが生
じ、照明光の強度分布が不均一になるという欠点を有し
ていた。更に、光量のアンバランスに加えて、一対の光
束のスペクトル分布にもアンバランスが生じ、照明光の
色が場所によって異なってしまうという欠点もあった。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、照明光の強度分布や色分布の不均一性
を比較的抑制することが可能な偏光照明装置と、この偏
光照明装置を有する投写型表示装置とを提供することに
ある。

この目的を達成する為に、本発明の偏光照明装置は、入
射光束をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離するビームス
プリッタ−と、該Ｐ、Ｓ偏光成分の一方の偏光面を回転
させて他方の偏光面とほぼ一致せしめる位相板とを備え
、互いに偏光面が等しい一対の光束で被照明面を照明す
る装置であって、前記位相板の分散で生じる前記一対の
光束間の強度の不均一性を補正せしめるよう構成してい
る。

前記一対の光束間の強度の不均一性を補正する為に、本
発明の好ましい形態では、光学フィルターが使用される
。この光学フィルターは、前記Ｐ、Ｓ偏光成分の光路の
一方、若しくは両方に配置され、そこに入射する光の強
度を減衰させる。

この光学フィルターには、そこに入射する光を反射しつ
つ、その強度を減衰させる反射型のフィルター、そこに
入射する光を透過させつつ、その強度を減衰させる透過
型のフィルター、そこに入射する光を吸収するフィルタ
ーなどの、各種フィルターが使用される。

また、この光学フィルターの波長特性を調整することに
より、前記一対の光束のスペクトル分布を互いにほぼ等
しくすることができる。

本発明で使用される光学フィルターは、例えば多層構造
の光学薄膜や通常の光吸収タイプの色フィルターで構成
され、多層構造の光学薄膜より構成するときには、これ
らの薄膜の材質、膜厚などを調整することにより、所望
の特性のフィルターが得られる。

また、前記一対の光束間の強度の不均一性を補正する為
に、前記偏光ビームスプリッタ−が適宜設計される。偏
光ビームスプリッタ−の作用面（光分割面）を構成する
光学薄膜構造体を調整することにより、前記ＰＳＳ偏光
成分の強度比を変えることができるから、これにより、
位相板の分散で生じる前記一対の光束の強度の不均一性
を補正することが可能である。

また、前記一対の光束間の強度の不均一性を補正する為
に、前記Ｐ、Ｓ偏光成分の光路を定める反射鏡やプリズ
ム等の光学部品に、前述の光学フィルターとしての機能
を与えることができる。反射鏡に光学フィルターとして
の機能を与える時には、反射鏡は、多層構造の光学薄膜
の反射型フィルターとして形成される。また、プリズム
などの透明な各種部品に光学フィルターとしての機能を
与える時には、これらの部品の材料に光吸収材を混ぜて
、これらの部品を製造する。

また、本発明で使用される位相板には、λ／２光学位相
板、λ／４光学位相板がある。位相板を使用することは
、装置を小型化するのに有効であり、また、位相板とし
ては、複屈性を有する光学結晶、液晶セルなどが使用さ
れる。

本発明の偏光照明装置の好ましい形態の１つは、入射光
束を第１のＰ偏光成分および第１のＳ偏光成分とに分離
する偏光ビームスプリッタ−と、第１のＰ偏光成分また
は第１のＳ偏光成分が入射される、前記偏光ビームスプ
リッタ−の作用面の一端と接するλ／４光学位相板と、
該λ／４光学位相板を透過して（る第１のＰ偏光成分ま
たは第１のＳ偏光成分を該λ／４光学位相板の方向に反
射させる反射部材とを有し、第１のＰ偏光成分または第
１のＳ偏光成分を前記λ／４光学位相板、前記反射部材
により第２の偏光成分または第２のＰ偏光成分に変換し
、第１のＰ偏光成分、第２のＰ偏光成分または第１のＳ
偏光成分、第２のＳ偏光成分を出射する装置であって、
前記偏光ビームスプリッタ−の作用面の一端と接する単
一、少なくとも１つの光学フィルターを有し、該光学フ
ィルターは、前記偏光ビームスプリッタ−で分離された
第１のＰ偏光成分および第１のＳ偏光成分の２つの偏光
成分が第１のＰ偏光成分、第２のＰ偏光成分または第１
のＳ偏光成分、第２のＳ偏光成分として出射されるまで
の間に、相異なる２つの偏光成分のいづれか一方に対し
てのみ、その偏光成分の一部を透過、反射、或いは吸収
する作用を有している。

また、本発明の偏光照明装置の他の好ましい形態は、入
射光束のＰ偏光成分を透過させ、該入射光束のＳ偏光成
分を直角に反射させる作用面を有する偏光ビームスプリ
ッタ−と、一端が該偏光ビームスプリッタ−の作用面の
一端と互いに直角に接する、前記透過されるＰ偏光成分
を直角に反射する反射部材と、一端が前記偏光ビームス
プリッタ−の作用面の一端と互いに４５°　の角度で接
しかつ前記反射部材の反射面の一端と接する、前記反射
されるＳ偏光成分が入射されるλ／４光学位相板と、該
λ／４光学位相板に近接された反射面を有する反射板と
を有し、前記反射されるＳ偏光成分を前記λ／４光学位
相板、前記反射板によりＰ偏光成分に変換し、該変換さ
れたＰ偏光成分および前記透過されるＰ偏光成分を出射
する装置であって、前記偏光ビームスプリッタ−の作用
面と前記λ／４光学位相板とが接する一端と接する少な
くとも一つの光学フィルターを有し、該光学フィルター
は、前記反射部材を兼ねるか或いは前記反射部材に接す
るか或いは前記反射部材の近傍に配された第１の光学フ
ィルター、前記λ／４光学位相板の入射される側に配さ
れた第２の光学フィルター、前記λ／４光学位相板に近
接された反射板を兼ねるか或いは前記反射板に接するか
或いは前記反射板の近傍に配された第３の光学フィルタ
ーの少なくとも一つを備え、該光学フィルターは入射光
束の一部を透過、反射、或いは吸収する作用を有してい
る。

この好ましい２つの形態の装置では、偏光ビームスプリ
ッタ−で分離される入射光束のＰ偏光成分およびＳ偏光
成分のいずれか一方をλ／４光学位相板、反射部材に入
射すると、その偏光面が９０°回転され他方のそれと一
致する為、この両者を出射することにより入射光束を１
００％利用することができる。

また、前記偏光ビームスプリッタ−の作用面と前記λ／
４光学位相板の一端が接するように構成されるので、偏
光ビームスプリッタ−の作用面を透過せずにλ／４光学
位相板に入射する光束やλ／４光学位相板を通過せずに
偏光ビームスプリッタ−の作用面に再入射する光束は生
じない。

また、前記偏光ビームスプリッタ−の作用面で反射され
るＳ偏光成分には非垂直入射光のＰ偏光成分がかなり含
まれ、更に前記λ／４光学位相板が全ての波長域でλ／
４の位相差を与えることができない為に、前記λ／４光
学位相板、前記反射板で変換されるＰ偏光成分にはかな
りＳ偏光成分が含まれるが、前記偏光ビームスプリッタ
−のＳ偏光反射率は垂直入射光、非垂直入射光どちらに
ついても１００％近いものが得られるので、出射される
Ｐ偏光光の偏光消光比は十分得られる。

また、偏光ビームスプリッタ−の特性、特にＰ偏光透過
率の入射角依存性λ／４光学位相板の波長分散、λ／４
光学位相板に接する反射面の反射損失、前記偏光ビーム
スプリッタ−を透過するＰ偏光成分を直角に反射させる
反射面の反射損失等に起因して２つのＰ偏光出射光に明
るさや色のアンバランスを生じるが、前記偏光ビームス
プリッタ−の作用面の一端と接する光学フィルターの作
用により、前記２つのＰ偏光出射光に対して各々独立に
かつもれ光を生じることなく明るさ、色の一方若しくは
両方の補正を行なうことができるので、並列照明方式に
おいても全体的な明るさや色のア′ンバランス局所的に
は画面中心部での明るさ・色の変動を生じない。

以上述べた様な偏光照明装置を有する、本発明の投写型
表示装置の代表的なものは、入射光束をＰ偏光成分とＳ
偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタ−と該Ｐ、Ｓ
偏光成分の一方の偏光面を回転させて他方の偏光面とほ
ぼ一致せしめる位相板とを有する偏光照明器と、該偏光
照明器からの互いに偏光面が等しい一対の光束で照明さ
れる液晶ライトバルブと、該液晶ライトバルブで形成し
た画像を投写する投影光学系とを有し、前記偏光照明器
を前記位相板の分散で生じる前記一対の光束間の強度の
不均一性を補正するよう構成している。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の偏光照明装置のいくつかの実施例の基
本構成を示す構成図、第２図は第１図の偏光照明装置に
おける光路の説明図である。

この偏光照明装置１１１は、コンデンサレンズ２４から
出射される平行光束のＰ偏光成分ＬＰを透過させ、Ｓ偏
光成分Ｌ５を直角に反射させる作用面（２つの直角プリ
ズムが互いに接着される斜面に形成される蒸着膜）２６
ａを有する偏光ビームスプリッタ−２６と、一端が偏光
ビームスプリッタ−２６の作用面（光分割面）２６ａの
一端と互いに直角に接する、前記透過されるＰ偏光成分
ＬＰを直角に反射する光学フィルターを備えた反射面３
０を有するプリズム２９と、一端が偏光ビームスプリッ
タ−２６の作用面２６ａの一端と互いに４５°の角度で
接しかつプリズム２９の反射面３０の一端と接する、前
記反射されるＳ偏光成分Ｌ５が入射されるλ／４光学位
相板２７と、λ／４光学位相板２７に接着された反射面
を有する反射板２８とから構成される。

偏光ビームスプリッタ−２６は可視光波長域全域につい
て偏光分離作用を有するもの、特にＳ偏光の反射率の高
いものを用い、λ／４光学位相板２７は使用波長域のほ
ぼ中間波長においてλ／４の位相差を有する光学結晶を
用いる。

反射板２８はアルミニウム蒸着膜よりなる反射面を有し
、反射面３０は後で詳しく説明するが、プリズム２９側
から順次入射光の一部特に青・青に弱い吸収を示す光吸
収フィルター、アルミニウム蒸着膜を備えている。

この偏光照明袋０置１１１では、コンデンサレンズ２４
から出射される平行光束は、偏光ビームスプリッタ−２
６の作用面２６ａでそのＰ偏光成分ＬＰが透過され、そ
のＳ偏光成分Ｌｓが直角に反射されることにより、Ｐ偏
光成分とＳ偏光成分に分離される。

該反射されるＳ偏光成分Ｌｓは、λ／４光学位相板２７
に入射し、反射板２８の反射面で反射され再びλ／４光
学位相板２７を透過することにより、その偏光面が９０
°回転しＰ偏光成分ＬＰ＊に変換される。該変換された
Ｐ偏光成分ＬＰ木は作用面２６ａをそのまま透過し偏光
ビームスプリッタ−２６から出射される。一方、前記透
過されるＰ偏光成分ＬＰはプリズム２９の反射面２９ａ
で直角に反射され、前記変換されたＰ偏光成分ＬＰ木と
平行に、相異なる光路に沿ってプリズム２９から出射さ
れる。

従って、この偏光照明装置１１１では、第２図に光線α
１、α２、α３で示すように、偏光ビームスプリッタ−
２６に入射した光束は必ず偏光ビームスプリッタ−２６
の作用面２６ａに入射するため、すべての光束はＰ偏光
成分ＬＰとＳ偏光成分Ｌｓに分離される。しかも該Ｓ偏
光成分Ｌｓは必ずλ／４光学位相板２７に入射するため
、その偏光面も必ず回転する。逆に前記Ｐ偏光成分ＬＰ
がλ／４光学位相板２７に入射することはない。また一
つの光線に関してはプリズム２９から出射される前記Ｐ
偏光成分ＬＰと偏光ビームスプリッタ−２６から出射さ
れる前記変換されたＰ偏光成分ＬＰ＊とが上下対称とな
る。そのため、光源２１の配置のずれなどにより偏光ビ
ームスプリッタ−２６への入射光束にアンバランスが生
じても出射される前記Ｐ偏光成分ＬＰと前記変換された
Ｐ偏光成分ＬＰ本との接合部において照度が急激に変化
することが防げる。

第２図に示した光線α１、α３の如（、コンデンサレン
ズ２４から出射される非平行光（光軸と平行でない光）
は偏光ビームスプリッタ−２６に対して非垂直入射光と
なる為、作用面２６ａに対する入射角も４５度からずれ
てくる。従って、偏光ビームスプリッタ−２６の作用面
２６ａで反射されるＳ偏光成分には非平行光のＰ偏光成
分が含まれ、更にλ／４光学位相板２７の位相差には波
長分散が伴う為に、λ／４光学位相板２７、反射板２８
で変換されるＰ偏光成分にはＳ偏光成分が含まれること
になる。

しかし、前記偏光ビームスプリッタ−２６のＳ偏光反射
率は平行、非平行入射光いずれに対しても高くとること
が可能なので、本実施例の構成においては出射されるＰ
偏光光ＬＰ本の偏光消光比は十分得られる。

ところで、第１図においてＳ偏光成分Ｌｓが偏光ビーム
スプリッタ−２６で反射され、λ／４板２板瓦７反射板
２８でＰ偏光成分ＬＰ＊に変換される場合、λ／４板２
板瓦７復する際の偏光面回転度をＴ１反射板２８の反射
率をＲと示せば、Ｐ偏光成分ＬＰ＊の光量（強度）がＳ
偏光成分Ｌ５の光量（強度）のＴ−Ｒ倍に減少するので
、各々Ｐ偏光成分を含む出射光ＬＰＳＬＰ＊に明るさや
色のアンノ（ランスが発生する。これを防止するために
は、反射面３０に減光作用を施せばよい。反斜面３０の
構成例を第３図乃至第７図に示す。図中の記号は第１図
と共通である。

第３図において２９ｂ、２９ｃが光学フィルターで、２
９ｃはアルミニウム蒸着膜のプリズム２９側の表面であ
る反射面となる。一方２９ｂは光吸収フィルターである
。偏光ビームスプリッタ−２６を通過したＬＰは光吸収
フィルター２９ｂによって一部を吸収され、反射面２９
ｃによって反射されて９０度方向を変えられ、再び光吸
収フィルター２９ｂによって一部を吸収され、所定強度
・スペクトル分布を有するＰ偏光成分ＬＰ　となって射
出される。このときの両Ｐ偏光成分ＬＰ　とＬＰ＊の明
るさ・色（スペクトル分布）が等しくなるように光学吸
収フィルター２９ｂの各波長成分に対する吸収率を調整
することが必要である。

第４図において、２９ｄ、２９ｅが光学フィルターで、
２９ｄおよび２９ｅは多層膜等を利用した半反射面（ハ
ーフミラ−）であり、プリズム２９の斜面に階段状に複
数個設置されている。偏光ビームスプリッタ−２６を通
過したＰ偏光成分り、は、まず半反射面２９ｄで一部が
反射され残りは透過し、アルミニウム蒸着膜により形成
した反射面２９ｃで反射して９０度方向を変えられ、半
反射面２９ｅに達する。

半反射面２９ｄで反射される一部の光は、Ｐ偏光成分Ｌ
Ｐ″′とじて偏光ビームスプリッタ−２６を通過してＬ
Ｐ″′となる。一方、半反射面２９ｅに達したＰ偏光成
分は、そこで一部が反射され、この一部の光が反射面２
９ｃを介して半反射面２９ｄにもどり、残りは半反射面
２９ｅを透過し、Ｐ偏光成分ＬＰ　として射出される。

半反射面２９ｅで反射されて半反射面２９ｄにもどった
光は、今度は、そこを一部が透過しＰ偏光成分Ｌ　Ｐ／
　／　／となり、残りがそこで反射されて再び反射面２
９ｃに向う。以上の作用を繰り返し、Ｐ偏光成分ＬＰは
Ｌ　、　／とＬ　、／　／　／に分解される。このとき
両Ｐ偏光成分ＬＰ　とＬＰ＊の明るさ・色が等しくなる
ように半反射面２９ｄ１２９ｅの反射率および透過率を
設計すればよい。また、半反射面２９ｄもしくは２９ｅ
のいずれかのみにより構成した場合でも、その反射率お
よび透過率を適宜設計することによって同様の効果が期
待できる。また図中２９ｆは、各半反射面２９Ｃ１およ
び２９ｄ、　２９ｅに囲まれた部分であるが、ここを所
定の屈折率のガラス材で鵬たす（構成する）ことにより
、空気との界面での全反射作用を利用できるので、アル
ミニウム蒸着より形成した反射面２９ｃを省（ことがで
きる。

第５図において、２９ｇ、２９ｈが光学フィルターで２
９ｇは多層膜、２９ｈは膜２９ｇを透過した光を吸収す
る吸収膜である。膜２９ｇと膜２９ｈは光学的に密着す
るように構成される。このように両者に密着性をもたせ
ることにより、膜２９ｇは、そのＰ偏光成分ＬＰに対す
る反射率を、Ｐ偏光成分ＬＰ成分がＰ偏光成分ＬＰ＊成
分と等しくなるように膜構成を調整することが可能とな
る。

第６図において、２９１が光学フィルターで、２９ｉは
反射面３０に形成された光学多層膜、２９ｊは膜２９ｉ
と光学的に密着したプリズムである。膜２９ｉは両Ｐ偏
光成分ＬＰ　とＬＰ＊成分の明るさ・色がほぼ等しくな
るように設計される。

以上第１図乃至第６図に示した偏光照明装置１１１では
、第２図に示す光線γのように、偏光ビームスプリッタ
−２６への入射光束λ／４光学位相板２７に対して斜め
に入射した場合、λ／４光学位相板２７で透過あるいは
吸収されて光量損失となる可能性がある。しかしながら
、偏光ビームスプリッタ−２６とλ／４光学位相板２７
の接合面に、更に光線γのように入射角が大きい光線は
反射し入射角の小さい正常な光は透過する光学多層膜を
形成することにより、このような光量損失を防止するこ
とができる。

以上のように、この偏光照明装置１１１では、偏光ビー
ムスプリッタ−２６により分離されるＰ偏光成分ＬＰお
よびＳ偏光成分Ｌｓの両方とも、液晶ライトバルブ（図
示せず）の照明光として利用することができるので、光
の利用効率が改善される。

また、前記Ｐ偏光成分ＬＰと前記変換されたＰ偏光成分
ＬＰ＊を並列照明する際に問題となる照度分布のアンバ
ランスも飛躍的に改善されるとともに、第１５図に示し
た合成光によりライトバルブを照明する方式では解決が
困難だった偏光照明装置とライトバルブ間の距離の短縮
も行え、本発明の偏光照明装置１１１を有する投写型表
示装置の小型化も可能となる。

なお、プリズム２９は、偏光ビームスプリッタ−２６の
プリズム２９側の直角プリズムと一体に形成されてもよ
い。

以上述べた実施例においては、各種光学フィルターを、
プリズム２９若しくは偏光ビームスプリッタ−２６上に
形成して、これらの部材と一体化しているが、もちろん
、光学フィルターを、別個に配置してよい。また、この
ような場合の配置としては、プリズム２９からＰ偏光成
分ＬＰが出射した後の光路中や、ビームスプリッタ−２
６からＰ偏光成分ＬＰ＊が出射した後の光路中に、各種
光学フィルターを設けることがある。

本発明では、上記実施例で示したような、光量（強度）
と色（スペクトル分布）の双方を調整できるフィルター
以外に、強度のみを調整するＮＤフィルター等のフィル
ターを使用する場合もある。また、ＮＤフィルターで強
度を調整し、色フィルターでスペクトル分布（色）を調
整するよう、これらのフィルターをＰ偏光成分ＬＰ、Ｌ
Ｐ＊の光路の少なくとも一方に配置することもできる。

また、プリズム２９や、ビームスプリッタ−２６を構成
するプリズムに光吸収材を混入して、フィルターとして
の機能を与えることもできる。

第７図は本発明の他の実施例を示すものである。

反射面２８および３０の構造以外の構成については、第
１図乃至第６図で示した各実施例と同じなので説明を省
（。

λ／４光学位相板２７は緑の波長域においてλ／４の位
相差を持つように構成されている。このλ／４光学位相
板２７は、緑の波長域においては光線が往復する間にほ
ぼ９０度の偏光面を回転させる作用を成すが、中心波長
が１１００ｎ程度異なる赤、青の波長域においては、そ
れに入射する前の偏光面と直交する偏光成分に変換され
る割合は約９０％に低下する。従って、もし反射面２８
．３０の反射率が等しい場合、反射面２８で反射された
Ｐ偏光成分ＬＰ＊は反射面２９ａで反射されたＰ偏光成
分ＬＰ　より赤、青の波長域で１０％程度光量が少な（
なる。

本実施例においては以下の方法を用いて、このような両
偏光成分ＬＰ＊、ＬＰ　間の光量および色のアンバラン
スを除去することができる。

第７図において、反射面２８は、ビームスブリッター２
６側から順次アルミニウム蒸着膜２８ａおよび多層膜２
８ｂを備える。また、反射面３０は、プリズム２９側か
ら順次多層膜２９に１アルミニウム蒸着膜２９ｃを備え
る。

アルミニウムの可視波長域における反射率は高々９０％
である。一方、多層膜２８ｂ、２９にの反射率はその層
構成によって０〜１００％の範囲で、かなりの自由度を
もって、選択することができる。また、アルミニウムは
膜厚に関係なく安定した反射率を得ることが容易である
。一方、多層膜の場合は反射率特性の膜厚依存性が大き
いので、安定した反射特性を得る為には精密に制御され
た膜作成技術が必要となる。

本実施例における反射面２８．３０は、各々安定した反
射率が得易く一定の反射損失を有する金属膜特にアルミ
ニウム膜と、反射率の選択自由度の大きい多層膜の組合
せを用いており、λ／４光学位相板の固有の分散特性に
よって生じる、Ｐ偏光成分ＬＰ　ＳＬＰ＊間の約１０％
の明るさと色のアンバランスを安定かつ微妙に制御する
ことを可能とする。以下具体的に説明する。

第８図はアルミニウム膜および多層膜で反射される光線
間に干渉がない場合について、第８図（Ａ）にアルミニ
ウム膜の反射率、第８図（Ｂ）に多層膜の反射率、第８
図（Ｃ）に両者間の多重反射も考慮した全体としての反
射率を示したものである。ここでアルミニウム膜で反射
されない成分は損失光となる。全反射率Ｒｔｏｔは次式
で求めた。

Ｃ＝ｒ＋　（１−ｒ）　Ｒ（１−ｒ）　＋　（１−ｒ）
　ＲＨＲ（１−ｒ）　＋−）ｒ：光学的層膜反射率 Ｒニアルミニウム反射率 第８図（Ｃ）で示されるように、多層膜の反射率の変動
量に対して全反射率Ｒｔｏｔの変動は、数十分の１から
数分の１となっており、多層膜の反射率が幾分ゆらいだ
としても全反射率Ｒｔｏｔの変動は小さい。

従って、多層膜２８ｂ、２９にの反射率制御によっても
、全反射率を１％より細かい精度で制御することが割と
容易である。

アルミニウム膜と多層膜が密着あるいは波長程度に近接
している場合には、両者からの反射光の干渉を考慮した
多層膜設計が必要で、基本的にアルミニウムの反射率９
０％を超える反射率を多層膜で制御することは変わらな
いので、多層膜のみによる反射率制御に比べその反射率
制御は容易である。

以下、第７図の装置における反射面２８．３０ｂの組み
合せを２つ示す。

第１に、反斜面２８は多層膜２８ｂにより、アルミニウ
ム膜２８ａに対して可視域での波長特性の少ない増反対
作用を施すことにより、反射面２８での反射損失を極力
少なくする。一方反射面３０は、多層膜２９ｋによりア
ルミニウム膜２９ｃに対して緑波長域では強く赤・青波
長域では弱い増反対を施すことにより、λ／４光学位相
板２７の影響を受けたＰ偏光成分ＬＰ　、ＬＰ＊の明る
さ、色のアンバランスを改善する。本構成は光利用率の
最も高い構成となる。

第２に、反射面２８は光学多層膜２８ｂによりアルミニ
ウム膜２８ａに緑波長域では弱く赤・青波長域では強い
増反対作用を施すことにより、λ／４光学位相板２７の
特性をキャンセルして、赤、緑、青の光量バランスのと
れたＰ偏光成分ＬＰ本を得る。

方、反射面３０は両Ｐ偏光成分ＬＰ　とＬＰ＊の明るさ
、色のバランスがとれるように多層膜２９ｋによりアル
ミニウム膜２９ｃに対して可視域での波長特性の少ない
増反対作用を施す。

第９図は本発明の更なる実施例を示す図であり、３１は
吸収型又は反射型の色フイルタ−，３０はプリズムの全
反射面である。入射光（不定偏光）は図中右側よりプリ
ズム２６に入射し、作用面２６ａにてＰ偏光成分（透過
光）ＬＰとＳ偏光成分（反射光）Ｌｓに分離され、Ｐ偏
光成分はプリズム２９のエアー界面である反射面３０で
反射されて上方に出射するが、Ｓ偏光光は色フイルタ−
３０を通過後、λ／４光学位相板２７と反射板２８によ
り偏光面を９０°回転され、Ｐ偏光成分に変換されて戻
って（ると、再び色フイルタ−３１を通過し、さらに作
用２６ａを経て、上方に出射する。ここで、色フイルタ
−３０はλ／４光学位相板２７と反射ミラー２８を介し
て作用面２６ａに戻る偏光成分のスペクトル分布を、Ｐ
偏光成分ＬＰと同じスペクトル分布に補正する波長特性
を有したものを用いている。従って、Ｐ偏光成分ＬＰＳ
ＬＰ＊のスペクトル分布が互いに等しくなり、Ｐ偏光成
分ＬＰ、ＬＰ＊の色が一致する。

第１０図は本発明の更なる実施例を示す図であり、λ／
４光学位相板２７に密接して多層膜構造の反射型色フイ
ルタ−２８が設けられている。

ここでは、面２６ａからのＳ偏光成分が、λ／４光学位
相板２７を通過して反射型色フイルタ−２８で反射する
際に、色の補正（スペクトル分布の補正）が行われる。

この反射型色フイルタ−２８の波長特性はＰ偏光成分Ｌ
　Ｐ　Ｎ　Ｌ　Ｐ　＊のスペクトル分布が互いに等しく
なるように設定されて居り、これによりＰ偏光成分り、
、Ｌ、＊の色が一致する。

第１１図は本発明の更なる実施例を示す図である。

この偏光照明装置１１１が第１図に示したものと異なる
点は、偏光ビームスプリッタ−３６の作用面３６ａで透
過されるＰ偏光成分ＬＰがそのまま偏光ビームスプリッ
タ−３６より出射され、該作用面３６ａで反射されるＳ
偏光成分Ｌｓがλ／４光学位相板３７、反射板３８でＰ
偏光成分ＬＰ＊に変換された後、全反射プリズム３９の
全反射面３９ａで直角に反射され、全反射プリズム３９
から前記Ｐ偏光成分ＬＰと平行に出射されることである
。ここで、反射板３８や反射面３９ａに、前述した所望
の吸収型或いは反射型の光学フィルターを付加すること
により、Ｐ偏光成分り、、ＬＰ本の色を一致させること
ができる。

また、この偏光照明装置１１１では、他の光学部品を付
加することな（入射光束と出射光束の進行方向を一致さ
せることができる。また出射される前記Ｐ偏光成分と前
記変換されたＰ偏光成分ＬＰ＊とではその光路長が異な
るため、非コリメート光への使用には問題があるが、そ
れ以外に関しては第１図に示した偏光照明装置と同じ効
果をもつ。

なお、全反射プリズム３９は、偏光ビームスプリッタ−
３６の全反射プリズム３９側の直角プリズムと一体に形
成されてもよい。

第９図乃至第１１図で例示した実施例において、ＮＤフ
ィルター等の光吸収性のフィルターを、Ｐ偏光成分ＬＰ
ＳＬＰ＊の少なくとも一方の光路中に設けることにより
、双方の光量のアンバランスも補正できる。

また、今までに示した形態の如く光学フィルターを用い
る代りに、偏光ビームスプリッタ−の特性を制御して、
位相板の分散に伴なう強度の不均一性を補正してもいい
。

次に、本発明による偏光照明装置を他の光学部品と組み
合せて構成した投写型表示装置の実施例について説明す
る。

第１２図（Ａ）、（Ｂ）はこの投写型表示装置の一実施
例の要部を示す側面図および上面図である。

この投写型表示装置は、光源部１１０と、第１図乃至第
１０図に示したいずれかの偏光照明装置１１１と、偏光
照明装置１１１から出射される光束を下方直角に反射さ
せるミラー７７と、ミラー７７で反射された光束のＳ偏
光成分を偏光照明装置１１１側に直角に反射させ、該光
束のＰ偏光成分を透過させる偏光ビームスプリッタ−７
８と、−側面が偏光ビームスプリッタ−７８の前記Ｓ偏
光成分の出射面に接着され、他の３つの側面にそれぞれ
赤、緑、青用の反射型液晶ライトバルブ７５Ｒ，７５Ｇ
、７５Ｂが接着されているクロスダイクロイックプリズ
ム１１２と、前記偏光ビームスプリッタ−７８の反クロ
スダイクロイックプリズム１１２側に設けられている投
写レンズ１１３を有する。

光源部１００から発せられる白色平行光束は偏光照明装
置１１１に入射し、第１図乃至第１０に示すように、互
いに強度が等しい、該白色平行光束のＰ偏光成分および
λ／４光学位相板２７、反射板２８によって変換された
Ｐ偏光成分が、偏光照明装置１１１からミラー７７に出
射される（以下、該Ｐ偏光成分および該変換されたＰ偏
光成分をあわせてＰ偏光光束と称する）。該Ｐ偏光光束
はミラー７７で全反射し、偏光ビームスプリッタ−７８
に入射する。偏光ビームスプリッタ７８の作用面に対し
て、前記Ｐ偏光光束の偏光面はＳ偏光面となるので、該
Ｐ偏光光束は該作用面で反射され、クロスダイクロイッ
クプリズム１１２に入射する。クロスダイクロイックプ
リズム１１２に入射した前記Ｐ偏光光束は、各反射型液
晶ライトバルブ７５Ｒ，７５Ｇ、７５Ｂで画像信号によ
って変調された反射光として偏光ビームスプリッタ−７
８に入射される。このとき、偏光ビームスプリッタ−７
８は第６図の偏光照明装置１０１と同様に検光子として
動作し、該偏光ビームスプリッタ−７８を透過してくる
前記反射光の成分が投写レンズ１１３を介して不図示の
スクリーンに投射され、該スクリーン上に画像が結ばれ
る。

以上説明した実施例では、位相板としてλ／４光学位相
板を用いる形態を示したが、位相板としてλ／２光学位
相板を用いる、第１５図で示したような装置にも、本発
明は適用される。

また、以上示した各実施例では、もっばら位相板の分散
に伴なう照明光（一対の光束）の強度の不均一性を補正
していたが、これに加えて、偏光ビームスプリッタ−の
分散を考慮してこれによる不均一性も補正されるように
装置を構成してもいい。

〔発明の効果〕

以上、本発明では偏光ビームスプリッタ−及び位相板の
分散で生じる照明光（一対の光束）の強度の不均一性を
補正した装置を提供するので、被照明面を均一に照明す
ることが可能になる。従って、性能の良い投写型表示装
置も提供できるようになる。更に、照明光（一対の光束
）の色を均一にすることも可能であるので、照明装置及
び投写型表示装置の更なる性能向上も図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の偏光照明装置の一実施例の基本構成を
示す構成図、 第２図は第１図の偏光照明装置における光路の説明図、 第３図〜第６図は本発明の偏光照明装置の他の実施例の
詳細を示す構成図、 第７図及び第８図は本発明の偏光照明装置の別の実施例
を示す構成図、 第９図〜第１２図は本発明の偏光照明装置の更なる実施
例を示す構成図、 第１３図はこの種の投写型表示装置の従来例の一つを示
す要部構成図、 第１４図はこの種の投写型表示装置の他の従来例を示す
要部構成図、 第１５図は特開昭６１−９０５８４号公報に記載されて
いる投写型表示装置を示す要部構成図、第１６図は第１
０図の投写型表示装置において並列照明方式を適用した
ときの問題点を説明する図である。 ２１・・・光源 ２２・・・反射ミラー ２３・・・熱線カットフィルタ ２４・・・コンデンサレンズ ２６．７８・・・偏光ビームスプリッタ−２６ａ・・・
作用面 ２７・・・λ／４光学位相板 ２８・・・反射板 ２９・・・反射プリズム ２８ｂ、２９ｂ、２９ｄ、２９ｅ、２９ｈ、２９ｇ、２
９ｉ。 ２９に、３１・・・光学フィルター ３０・・・反射面 ７５Ｒ，７５Ｇ、７５Ｂ・・・反射型液晶ライトバルブ
７７・・・ミラー １１０・・・光源部 １１１・・・偏光照明装置 １１２・・・クロスダイクロイックプリズム１１３・・
・投写レンズ Ｌ５、Ｌ５＊・・・Ｓ偏光成分 ＬＰ、ＬＰ＊・・・Ｐ偏光成分 Ｒ，ＧＳＢ・・・色光束 、３０及射而 毛２図 ？ｑブリズ／へ 尾Ｓ図 翳（＝履 （Ｃ） 不反舷卑 （Ａ） （Ｂ） 第６図 光１庁戸の及制昌ふ 尾／？図 ７１１偏光暎明各置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）入射光束をＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離する偏
   光ビームスプリッターと、該Ｐ、Ｓ偏光成分の一方の偏
   光面を回転させて他方の偏光面とほぼ一致せしめる位相
   板とを備え、互いに偏光面が等しい一対の光束で被照明
   面を照明する装置において、前記位相板の分散で生じる
   、前記一対の光束間の強度の不均一性を補正することを
   特徴とする偏光照明装置。
2. （２）前記Ｐ、Ｓ偏光成分の少なくとも一方の光路中に
   光学フィルターを設け、該光学フィルターにより前記Ｐ
   、Ｓ偏光成分の少なくとも一方の強度を減衰せしめて前
   記一対の光束間の強度の不均一性を補正することを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の偏光照明装置。
3. （３）入射光束を第１のＰ偏光成分および第１のＳ偏光
   成分とに分離する偏光ビームスプリッターと、 第１のＰ偏光成分または第１のＳ偏光成分が入射される
   、前記偏光ビームスプリッターの作用面の一端と接する
   λ／４光学位相板と、 該λ／４光学位相板を透過してくる第１のＰ偏光成分ま
   たは第１のＳ偏光成分を該λ／４光学位相板の方向に反
   射させる反射部材とを有し、第１のＰ偏光成分または第
   １のＳ偏光成分を前記λ／４光学位相板、前記反射部材
   により第２のＳ偏光成分または第２のＰ偏光成分に変換
   し、第１のＰ偏光成分、第２のＰ偏光成分または第１の
   Ｓ偏光成分、第２のＳ偏光成分を出射する装置において
   、 前記偏光ビームスプリッターの作用面の一端と接する少
   なくとも１つの光学フィルターを有し、該光学フィルタ
   ーは、前記偏光ビームスプリッターで分離された第１の
   Ｐ偏光成分及び第１のＳ偏光成分の２つの偏光成分が第
   １のＰ偏光成分、第２のＰ偏光成分または第１のＳ偏光
   成分、第２のＳ偏光成分として出射されるまでの間に、
   相異なる２つの偏光成分のいづれか一方に対してのみ、
   その偏光成分の一部を透過、反射或いは吸収する作用を
   有することを特徴とする偏光照明装置。
4. （４）入射光束のＰ偏光成分を透過させ、該入射光束の
   Ｓ偏光成分を直角に反射させる作用面を有する偏光ビー
   ムスプリッターと、 一端が該偏光ビームスプリッターの作用面の一端と互い
   に直角に接する、前記透過されるＰ偏光成分を直角に反
   射する反射部材と、 一端が前記偏光ビームスプリッターの作用面の一端と互
   いに４５゜の角度で接しかつ前記反射部材の反射面の一
   端と接する、前記反射されるＳ偏光成分が入射されるλ
   ／４光学位相板と、該λ／４光学位相板に近接された反
   射面を有する反射板とを有し、 前記反射されるＳ偏光成分を前記λ／４光学位相板、前
   記反射板によりＰ偏光成分に変換し、該変換されたＰ偏
   光成分および前記透過されるＰ偏光成分を出射する装置
   において、前記偏光ビームスプリッターの作用面と前記
   λ／４光学位相板とが接する一端と接する少なくとも１
   つの光学フィルターを有し、該光学フィルターは、前記
   反射部材を兼ねるか或いは前記反射部材に接するか或い
   は前記反射部材の近傍に配された第１の光学フィルター
   、前記λ／４光学位相板の入射される側に配された第２
   の光学フィルター、前記反射板を兼ねるか或いは前記反
   射板に接するか或いは前記反射板の近傍に配された第３
   の光学フィルターの、少なくとも１つを備え、該光学フ
   ィルターは、入射光束の一部を透過、反射、或いは吸収
   する作用を有することを特徴とする偏光照明装置。
5. （５）入射光束をＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離する偏
   光ビームスプリッターとＰ、Ｓ偏光成分の一方の偏光面
   を回転させて他方の偏光面とほぼ一致せしめる位相板と
   を有する偏光照明器と、該偏光照明器からの互いに偏光
   面が等しい一対の光束で照明される液晶ライトバルブと
   、該液晶ライトバルブで形成した画像を投写する投影光
   学系と、を有する装置において、前記偏光照明器を、前
   記位相板の分散で生じる前記一対の光束間の強度の不均
   一性を補正するよう構成したことを特徴とする投写型表
   示装置。
6. （６）前記偏光照明器が、前記Ｐ、Ｓ偏光成分の少なく
   とも一方の光路中に設けた光学フィルターを有し、該光
   学フィルターにより前記Ｐ、Ｓ偏光成分の少なくとも一
   方の強度を減衰せしめて前記一対の光束間の強度の不均
   一性を補正することを特徴とする特許請求の範囲第（５
   ）記載の投写型表示装置。