JPH09171157A - 照明装置 - Google Patents

照明装置

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JPH09171157A
JPH09171157A JP18010696A JP18010696A JPH09171157A JP H09171157 A JPH09171157 A JP H09171157A JP 18010696 A JP18010696 A JP 18010696A JP 18010696 A JP18010696 A JP 18010696A JP H09171157 A JPH09171157 A JP H09171157A
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JP
Japan
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light
polarized light
lens
polarization
polarized
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JP18010696A
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English (en)
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Satoru Nakayama
悟 中山
Tadaaki Nakayama
唯哲 中山
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 光源ランプ10から放射された無偏光光束
は、リフレクタ11で反射されてほぼ平行な光束とな
る。この光束は偏光分離プリズム17で反射され、わず
かに進行方向の異なるS偏光とP偏光に分離される。そ
して第1レンズ板12と第2レンズ板13で構成される
オプティカルインテグレータに入射する。第2レンズ板
13の付近に1/2波長板18が選択的に配置されてお
り、全ての光束が同じ偏光方向を有する偏光光束に変換
される。矩形形状の照明対象15は、均一な照度の偏光
光束で照明される。 【効果】 偏光光を変調する方式の液晶パネルを用いた
投影表示装置の照明系として用いれば、明るく高品位な
表示を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶パネルを用いた投
影表示装置等に使用される照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の照明装置には、その光束出射部分
にオプティカルインテグレータと呼ばれる光学素子が組
み込まれたものが知られている。例えば、米国特許5,
098,184号広報には、このオプティカルインテグ
レータが組み込まれた照明装置が開示されている。オプ
ティカルインテグレータを用いた照明系の原理が図1
(A),(B)に示されている。光源ランプ10から放
射された光束は、リフレクタ11によってほぼ平行な光
束とされ、まず第1レンズ板12に入射する。この第1
レンズ板12は、図1(B)に示されるように、矩形に
カットされた矩形レンズ16がマトリックス状に配置さ
れた構成をしている。それぞれの矩形レンズ16に入射
した平行光束は、それぞれの矩形レンズ16の焦点位置
に集光される。その集光される位置には、第2レンズ板
13が配置されており、この第2レンズ板13は第1レ
ンズ板12と同一のものを用いる。次に集光レンズ14
が配置され、このレンズの焦点位置には、照明対象15
がある。第2レンズ板13と集光レンズ14は、照明対
象15上に第1レンズ板12における各矩形レンズ16
の像を重畳結像する。オプティカルインテグレータを用
いた照明系は、照明対象を均一に、しかも効率良く照明
する手段として、非常に有効な方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の照
明装置を液晶パネルを用いた投影表示装置に使用する
と、光源から放射された無偏光光束がそのまま液晶パネ
ルに照射されるため、偏光光を利用する液晶パネルで
は、液晶パネルの直前に偏光板が配置され、照明される
光束の半分以上が偏光板によって吸収され、光の利用効
率が低くなるという問題点があった。
【0004】そこで本発明による照明装置は、このよう
な問題点を解決するためのもので、その目的とするとこ
ろは、照明対象を均一で効率よく、しかも光源の無偏光
光から効率よく変換された偏光光で照明する照明装置を
提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の照明装置は、無
偏光光束を出射する光源装置と、複数のレンズを平面的
に並べた第1レンズ板と、同様に複数のレンズを平面的
に並べた第2レンズ板とを含んで構成され、照明対象を
均一な照度で照明する照明装置であって、前記光源装置
と前記第1レンズ板との間に、可視光に対する偏光反射
面と全反射面を含み、互いに垂直な二つの偏光光束を異
なる角度で反射させる偏光分離プリズムが配置され、さ
らに前記第2レンズ板の付近に、入射光束の偏光方向を
回転させる1/2波長板が選択的に配置され、照明対象
が均一な照度の偏光光束で照明されることを特徴とす
る。
【0006】また、本発明の照明装置は、無偏光光束を
出射する光源装置と、オプティカルインテグレータを含
んで構成され、照明対象を均一な照度で照明する照明装
置であって、前記光源装置と前記オプティカルインテグ
レータとの間に、可視光に対する偏光反射面と全反射面
を含み、互いに垂直な二つの偏光光束を異なる角度で反
射させる偏光分離プリズムが配置され、さらにこの偏光
分離プリズムとオプティカルインテグレータの間にリレ
ーレンズを配置し、このリレーレンズ付近に形成される
2つの偏光スポットのうち一方を1/2波長板で偏光方
向を回転させることによって全ての光束を同じ方向の偏
光光に変換し、照明対象が均一な照度の偏光光束で照明
されることを特徴とする。
【0007】
【実施例】本発明の照明装置の基本構成を、図2に示
す。光源ランプ10から放射された光束は、リフレクタ
11で反射されほぼ平行な光束となる。光源ランプ10
としては、メタルハライドランプ,キセノンランプ,ハ
ロゲンランプなどが用いられ、またリフレクタ11の曲
面形状としては、放物面や楕円面などが用いられる。こ
の出射光束は無偏光光束であるため、互いに垂直な2つ
の偏光光束(P偏光とS偏光)を同じ光量ずつ含んでい
る。この無偏光光束は、偏光分離プリズム17に入射し
て反射され、P偏光とS偏光が方向的に分離されて出射
する。次に第1レンズ板12と第2レンズ板13で構成
されるオプティカルインテグレータに入射するが、第2
レンズ板13の付近には、1/2波長板18が選択的に
配置されており、一方の偏光光の偏光方向をもう一方の
偏光光の偏光方向と同一になるよう変換する。図2で
は、P偏光の入射部分に1/2波長板18を配置して、
全ての出射光束がS偏光となってオプティカルインテグ
レータを出射する。そして出射した偏光光束は、集光レ
ンズ14を通過して液晶パネル15に集光され、液晶パ
ネル15の表示面を均一な照度の偏光光束で照明する。
【0008】図3は、偏光分離プリズム17の構成と原
理を示す図である。偏光分離プリズム17は、2つの硝
材プリズム19,41とそれらの間に配置される偏光反
射面21で構成される。偏光反射面21には偏光ビーム
スプリッターに含まれる誘電体多層膜と同じものが用い
られる。この偏光分離プリズム17に入射する無偏光光
(P+S)は、まず偏光反射面21に入射してS偏光は
反射され、P偏光は透過する。透過したP偏光は、次に
硝材プリズム41の全反射面20で反射され再び偏光反
射面21を透過する。この全反射面20と偏光反射面2
1は、わずかに異なる角度(2α)で配置されているの
で、反射されたS偏光とP偏光は4αの角度だけ反射方
向が異なっている。なお、全反射面20には誘電体多層
膜が蒸着されてもよい。
【0009】図4は、偏光分離プリズム17の別の構成
を示す図である。図3の例では、入射光(P+S)が2
つの反射光(P,S)を含む平面内にある。本例では、
入射光(P+S)は、2つの反射光(P+S)を含む平
面に直角である。この場合も偏光反射面21と全反射面
20は2αの角度をもって配置されており、反射したP
偏光とS偏光は、それぞれの進行方向が4αだけ異なっ
ている。
【0010】図5は、偏光分離プリズム17の構成例を
示す図である。偏光分離プリズム17は硝材で構成する
以外に、液体を用いる方法がある。この場合、光束の入
射部と出射部にはそれぞれガラス板23,24が配置さ
れ、P偏光の反射部には全反射板26が配置される。そ
れらで囲まれた内部には例えばエチレングリコールのよ
うな液体27が充填される。そして、表面に誘電体多層
膜のコーティングされたガラス板である偏光反射板25
が内部に配置される。
【0011】図6(A)は、オプティカルインテグレー
タ部分の構成と偏光変換の原理を説明する図である。第
1レンズ板12には、進行方向のわずかに異なるS偏光
とP偏光が入射する。第1レンズ板12の各矩形レンズ
は、入射光束を第2レンズ板13上に集光するが、S偏
光とP偏光では、集光位置が異なる。この様子が、図6
(B)に示されている。この図は、第2レンズ板13と
選択的に配置された1/2波長板18を平面的に見たも
のであるる。第2レンズ板13の構成は、すでに図1
(B)で示された場合と同一であり、横長の矩形レンズ
がマトリックス状に配置されている。各矩形レンズ内に
は、集光スポット30が二つずつ形成され、一方はS偏
光で、もう一方はP偏光である。一方の偏光スポットの
ある部分に選択的に1/2波長板18が配置されると、
この図の場合はストライプ状に1/2波長板18が配置
されることになる。従って、この第2レンズ板13を通
過した光束は、すべて同じ偏光方向を有する偏光光束に
変換される。なお、1/2波長板18は、第2レンズ板
13に貼付することで容易に形成することができる。
【0012】図7(A)には、偏光分離プリズムの別な
構成が示されている。この偏光分離プリズム51は、2
つの硝材プリズム52,53とそれらの間にある偏光反
射面54で構成されており、この偏光反射面54は、無
偏光光に含まれる互いに垂直な2つの偏光光のうち、一
方を反射させる。そして偏光反射面54を透過したもう
一方の偏光光は、硝材プリズム52における空気との境
界面で全反射され、再び偏光反射面54を通過する。偏
光反射面54と全反射面はわずかに方向が異なっている
ので、反射された2つの偏光光束は方向的に分離され
る。この偏光反射面54としては、複屈折性のある物
質、例えば液晶を用いて形成することができる。液晶を
用いる場合は二つの硝材プリズム52,53の間に液晶
を偏光反射面54の方向ベクトルに垂直にホモジニアス
配向させる。例えば液晶の屈折率が、常光に対して1.
5、異常光に対して1.7のものを用いるとき、硝材の
屈折率は1.7のものが選択される。このとき、入射す
る無偏光光に含まれる常光は、液晶面で全反射され異常
光は透過することになる。また、入射光が偏光反射面に
入射する角度θは、この場合30度程度の値となる。図
7(B)には、この偏光分離プリズムを用いた照明装置
の構成例が示されている。光源ランプ10からの放射光
はリフレクタ11で反射され、平行化レンズ50を照明
する。リフレクタ11には、すでに述べた楕円面や放物
面のほかに、特開平5−323258号広報に開示され
たような、傾斜楕円を用いる方法があり、ここでは傾斜
楕円リフレクタで平行化レンズ50の円形内を照明する
ことが好ましい。平行化レンズ50には、凸レンズ、凹
レンズ、非球面レンズのいずれかが用いられ、この平行
化レンズ50を通過すると、平行で均一性の良い光束と
なる。平行化レンズ50から出射した無偏光光束は、次
に偏光分離プリズム51に入射して反射され、わずかに
進行方向の異なる2つの偏光光に分離される。そして、
方向的に分離された2つの偏光光は、オプティカルイン
テグレータ2の第1レンズ板3を通過し、第2レンズ板
4の各矩形レンズ内に偏光光による2つの光束スポット
34を形成する。2つの偏光光は集光位置で分離される
ので、この面に1/2波長板18を配置すれば、互いに
垂直な2つの偏光光を同じ方向の偏光光に変換すること
ができる。なお、平行化レンズ50は、オプティカルイ
ンテグレータ2の入射側に配置されてもよく、その場合
もリフレクタ11は平行化レンズ50の円形内を照明す
るように設計される。また、リフレクタ11を放物面リ
フレクタとした場合は、平行化レンズ50は不要であ
る。ここで説明したような、平行化レンズ50を用いる
方法は、すでに説明した図2の場合にも適用することが
できる。
【0013】図8(A)は、本発明の照明装置の構成例
を示す図である。偏光分離プリズム32の構成は、基本
的に図3の場合と同じであるが、偏光反射面21と全反
射面20がある程度離れた位置にある。集光レンズ33
は各偏光光を平行化レンズ35上で合成する。平行化レ
ンズ35は凹レンズであり、入射光を平行化する。オプ
ティカルインテグレータ2の第2レンズ板4内の各矩形
レンズ内には2つの光束スポット34が形成され、それ
ぞれS偏光とP偏光である。1/2波長板18は第2レ
ンズ板4に貼り付けられ、一方の偏光の方向をもう一方
の偏光の方向に揃える。この構成は、オプティカルイン
テグレータ2が比較的小さく設計されたときに有効であ
る。
【0014】図8(B)には、本発明の照明装置のさら
に別な構成例が示されている。光源ランプ10からの放
射光は放物面リフレクタ11で平行化される。偏光分離
プリズム17は、入射光に含まれているS偏光とP偏光
を方向的に分離する。両偏光光は、集光レンズ36に入
射して、リレーレンズ37に向けて集光される。このリ
レーレンズ37の位置で、S偏光のスポット39とP偏
光のスポット40が異なる位置に形成されるので、一方
の偏光光を1/2波長板18によって偏光方向を回転さ
せ、もう一方の偏光光と同じ方向に変換する。リレーレ
ンズ37は集光レンズ36の像を平行化レンズ38上に
縮小結像する。平行化レンズ38を通過した光束は平行
化されてオプティカルインテグレータ2に入射する。第
2レンズ板4の各矩形レンズ内には、S偏光スポット3
9とP偏光スポット40に対応する2つの光束スポット
34が形成される。この構成では、リレーレンズ37の
焦点距離を変えることで、オプティカルインテグレータ
2がいかなるサイズであっても対応することができる。
ここでは、1/2波長板18をリレーレンズ37付近に
配置したが、前述の場合のように第2レンズ板4の付近
に選択的に配置してもよい。
【0015】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて述べてきたよう
に、本発明による照明装置では、光源から放射される無
偏光光束を偏光光に変換し、矩形の照明対象を均一な照
度の偏光光束で効率よく照明することができる。従っ
て、本照明装置を液晶パネルを用いた投影表示装置の照
明系として使用すれば、明るく高品位な表示を実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)従来の照明装置の構成を示す図。 (B)従来の照明装置に用いられたレンズ板の構成を示
す図。
【図2】本発明の照明装置の構成を示す図。
【図3】本発明の照明装置に用いられる偏光分離プリズ
ムの構成と原理を示す図。
【図4】本発明の照明装置に用いられる偏光分離プリズ
ムの構成例を示す図。
【図5】本発明の照明装置に用いられる偏光分離プリズ
ムの構成例を示す図。
【図6】(A)本発明の照明装置における偏光変換の原
理を示す図。 (B)本発明の照明装置における偏光変換の原理を示す
図。
【図7】(A)本発明の照明装置に用いられる偏光分離
プリズムの構成を示す図。 (B)本発明の照明装置の構成を示す図。
【図8】(A)本発明の照明装置の構成を示す図。 (B)本発明の照明装置の構成を示す図。
【符号の説明】
10 光源ランプ 11 リフレクタ 12 第1レンズ板 13 第2レンズ板 14 集光レンズ 15 照明対象(液晶パネル) 17 偏光分離プリズム 18 1/2波長板 21 偏光反射面

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無偏光光束を出射する光源装置と、複数
    のレンズを平面的に並べた第1レンズ板と、同様に複数
    のレンズを平面的に並べた第2レンズ板とを含んで構成
    され、照明対象を均一な照度で照明する照明装置におい
    て、前記光源装置と前記第1レンズ板との間に、可視光
    に対する偏光反射面と全反射面を含み、互いに垂直な二
    つの偏光光束を異なる角度で反射させる偏光分離プリズ
    ムが配置され、さらに前記第2レンズ板の付近に、入射
    光束の偏光方向を回転させる1/2波長板が選択的に配
    置され、照明対象が均一な照度の偏光光束で照明される
    ことを特徴とする照明装置。
  2. 【請求項2】 無偏光光束を出射する光源装置と、オプ
    ティカルインテグレータを含んで構成され、照明対象を
    均一な照度で照明する照明装置において、前記光源装置
    と前記オプティカルインテグレータとの間に、可視光に
    対する偏光反射面と全反射面を含み、互いに垂直な二つ
    の偏光光束を異なる角度で反射させる偏光分離プリズム
    が配置され、さらにこの偏光分離プリズムとオプティカ
    ルインテグレータの間にリレーレンズを配置し、このリ
    レーレンズ付近に形成される2つの偏光スポットのうち
    一方を1/2波長板で偏光方向を回転させることによっ
    て全ての光束を同じ方向の偏光光に変換し、照明対象が
    均一な照度の偏光光束で照明されることを特徴とする照
    明装置。
JP18010696A 1995-10-20 1996-06-20 照明装置 Pending JPH09171157A (ja)

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JP30807095 1995-10-20
JP7-308070 1995-10-20
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0895102A2 (en) * 1997-07-31 1999-02-03 Sharp Kabushiki Kaisha Polarized light illuminator and projection type image display apparatus
WO1999024852A1 (fr) * 1997-10-16 1999-05-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dispositif de separation de la polarisation d'elements d'hologramme, dispositif d'eclairage par polarisation et affichage d'image
WO2005059628A1 (en) * 2003-12-16 2005-06-30 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Compact light collection optics including polarization conversion

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