JPH10170864A - 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】空間光変調素子を用いた投写型表示装置は、従
来、光源から放射される光の利用効率が低いという課題
があった。また、照明光の明るさむら、色むらが大き
く、投写画像の品位が低下するという課題があった。 【解決手段】照明装置は、光源１１と、偏光変換光学系
１２と、１／２波長板１３と、第１レンズアレイ１５
と、第２レンズアレイ１６と、ビーム合成レンズ１９
と、フィールドレンズ２０とを備える。偏光変換光学系
１２と１／２波長板１３は、光源１１の放射する偏光方
向がランダムな光束を偏光面の揃った直線偏光の光束に
変換する。第１レンズアレイ１５と、第２レンズアレイ
１６と、ビーム合成レンズ１９と、フィールドレンズ２
０は、上記偏光面の揃った直線偏光の光束を、効率よく
被照明領域に導く。投写型表示装置は、照明装置と、液
晶パネル１７と、投写レンズ１８とを備えて、表示画像
を拡大投影する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば空間光変調
素子を照明する為に用いる事が出来る照明装置と、例え
ば空間光変調素子上に形成される光学像を投写レンズに
よりスクリーン上に投影する事が出来る投写型表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大画面映像を表示する方法の１つ
として、空間光変調素子を用いた投写型表示装置が知ら
れ、近年では、液晶パネルを用いた投写型表示装置が実
用化されている。

【０００３】このような投写型表示装置の基本的な構成
の一例を、図２５に示す。投写型表示装置は、主とし
て、光源１、液晶パネル２、投写レンズ３、から構成さ
れる。フィールドレンズ４は、液晶パネル２を通過した
光を投写レンズ３に有効に導くために用いる。

【０００４】光源１は、例えばランプ５と凹面鏡６とＵ
Ｖ−ＩＲカットフィルタ７から構成され、液晶パネル２
を照明する光を出力する。ランプ５には発光効率と色再
現性に優れたメタルハライドランプが主として用いられ
る。他に、ハロゲンランプ、キセノンランプ、等を用い
ることができる。ＵＶ−ＩＲカットフィルタ７は、照明
光から赤外線と紫外線を取り除くために用いる。

【０００５】液晶パネルは、入射側偏光板９と、液晶素
子８と、出射側偏光板１０とで構成される。入射側偏光
板９の偏光軸は、例えば紙面と平行な方向に、また、出
射側偏光板１０の偏光軸は、例えば、入射側偏光板９の
偏光軸と直交する方向に設定される。

【０００６】液晶素子８には、入射側偏光板９を透過し
た直線偏光のみが入射する。液晶素子８は、この直線偏
光を映像信号に応じて変調する。液晶素子８からの出射
光は、出射側偏光板１０でその偏光軸方向の成分のみ透
過される。

【０００７】このように、映像信号に応じて空間的に透
過率を変化させることにより光学像を形成し、投写レン
ズ３により光学像をスクリーン上（図示せず）に拡大投
影して大画面映像を表示する。

【０００８】液晶素子８には、主として、アクティブマ
トリクス駆動されるツイストネマチック（以下、ＴＮ）
液晶が用いられる。これは、白黒表示のコントラストが
比較的高く、画質の良好な映像を表示できる利点があ
る。

【０００９】しかしながら、図２５に示した構成の投写
型表示装置では、光源１から放射される光束のうち、入
射側偏光板９を透過した直線偏光のみが液晶素子８の照
明光として利用され、それ以外の成分の光は損失となる
ため、光利用効率が悪く、投写画像が暗いという問題が
あった。また、投写画像を明るくするために、電力の大
きな光源を用いると、入射側偏光板９において吸収され
る光量が増加し、このことが入射側偏光板９の温度上昇
による変質を招き、投写画像の画質を劣化してしまうと
いう問題があった。

【００１０】これに対し、照明光学系に種々の偏光変換
光学系を用いて、上記問題の解決を試みた投写型表示装
置が提案されている。

【００１１】実公平１−８８９０２は、偏光ビームスプ
リッタを用いてランダム光を空間的に２つの直線偏光に
分離させ、分離した互いに直交する偏光軸を、直角プリ
ズムを用いて偏光方向を捻る事により、各々の偏光方向
を一致させている。一致させた後の光の偏光方向を、液
晶パネルの入射側偏光板の偏光軸方向と同一にすれば、
光源から放射された偏光方向がランダムな光を効率よく
液晶パネルに導くことができる。

【００１２】また、特開平２−１８９５０４では、偏光
ビームスプリッタにより分離した２つの直線偏光のう
ち、いずれか一方の光路中に１／２波長板を配置し、２
つの直線偏光の偏光方向を一致させて、光利用効率の向
上を図っている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述の偏光変換光学系
を投写型表示装置に用いた場合、偏光ビームスプリッタ
で空間的に偏光分離された光を一軸上で合成するために
は、別の光合成手段が必要となり、結果として、光源か
ら照射面までの距離が長くなるため光損失が発生する、
と言った問題がある。

【００１４】また、光の出射軸を２軸として照射面の半
分ずつを照明する場合、光合成手段は必要としないが、
照明する２軸の光路長が異なるため、照明むらを生じ
る、といった問題がある。

【００１５】一般に、投写型表示装置では、比較的均一
な照明方法としてケーラー照明が用いられている。この
場合、光源から出射した光は、投写レンズの瞳上に集光
され、投写レンズの瞳上には、光源の実像が形成され
る。照明光学系に上述した偏光変換光学系を用いて、例
えば、光の出射軸を２軸で照明した場合、投写レンズの
瞳上には、図２６に示すような、各光軸に対応した２つ
の光源の実像が形成される。この場合、投写レンズの瞳
面積に対して、光源の実像が形成された部分の面積が小
さく、投写レンズの瞳利用率が非常に悪い、という問題
があった。

【００１６】実公平１−８８９０２のように、直角プリ
ズムにより偏光方向を揃える場合、光学系の構成が複雑
になる、高価になる、といった問題がある。また、偏光
方向を揃えるために必要な光路長が長くなり、光損失が
大きくなる、照明光学系が大きくなる、といった問題が
ある。

【００１７】一般に、偏光変換光学系に用いる偏光ビー
ムスプリッタは、２つのガラスプリズムを接合して立方
体形状または直方体形状をなし、接合面にはブリュース
タ角および光の干渉効果により自然光を互いに偏光面が
直交する２つの偏光成分に分離する作用を有する光学多
層膜が形成されたものが多く用いられる（米国特許明細
書第３，３４６，３１９号）。多層膜は、屈折率の異な
る２種類の薄膜を交互に積層して構成され、特定の波長
でＰ偏光成分の透過率が１００％となるブリュースタ角
条件を満たすように選択される。このブリュースタ角条
件は、多層膜面への入射角をθＧ、ガラスプリズムの屈
折率をｎＧ、低屈折率薄膜の屈折率をｎＬ、光屈折率薄
膜の屈折率をｎＨとすると、次式で表される。

【００１８】

【数１】

【００１９】（数１）の条件を満足していれば、Ｐ偏光
の透過率を１００％に保ちながら、Ｓ偏光の透過率は多
層膜の層数を増やすことで小さくすることができる。

【００２０】しかし、このＰＢＳは、２つの偏光成分を
分離する波長帯域幅が狭く、白色光を利用するような投
写型表示装置の場合は、Ｓ偏光成分の透過率を可視光全
波長帯域に渡って小さくすることは困難である。また、
光の入射角が完全な平行光で無い場合、光の入射角依存
性により波長シフトが生じ、実用上、Ｓ偏光成分の透過
率の小さい波長帯域は更に狭くなる、といった問題があ
る。

【００２１】本発明は、上記課題を鑑みてなされたもの
であり、偏光変換手段を伴った照明光学系において、偏
光変換後の光の利用効率を高め、かつ照明むら、色むら
の従来に比べてより一層小さい照明光学系を提供するこ
とを目的とする。また、この照明光学系を用いて、明る
く、高画質の投写画像を表示できるコンパクトな投写型
表示装置を、比較的安価に提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
本発明の照明装置は、例えば、光発生手段と、前記光発
生手段からのランダム光をＰ偏光光とＳ偏光光の２つの
直線偏光に分離する偏光分離手段と、前記２つの偏光光
の偏光面を一致させる偏光面回転手段と、前記偏光分離
手段の出射側近傍に配置され複数の第１レンズを２次元
状に配列してなる第１レンズアレイと、前記第１レンズ
アレイと被照明領域との間に配置され前記第１レンズと
対応する第２レンズを２次元状に配列してなる第２レン
ズアレイとを備え、前記第１レンズの各々はこれに入射
する光束を収斂して対応する第２レンズの開口に導き、
前記第２レンズの各々は対応する前記第１レンズの主平
面近傍の物体の実像を前記被照明領域近傍に重畳形式で
形成することを特徴とするものである。

【００２３】例えば、偏光面回転手段は偏光分離手段と
第１レンズアレイとの間に配置し、前記偏光分離手段と
前記偏光面回転手段との間および前記偏光面回転手段と
前記第１レンズアレイとの間は透明体により光学的に結
合されていれば好ましい。

【００２４】又、例えば、複数の第１レンズの各々は適
当に偏心し当該レンズに入射した光束を対応する第２レ
ンズの開口中心近傍に配置すればなお好ましい。

【００２５】又、例えば、複数の第２レンズの各々は適
当に偏心し対応する第１レンズの開口中心を通過した光
線を被照明領域の中心近傍に到達させればなお好まし
い。

【００２６】又、例えば、偏光分離手段は少なくとも３
つの透明板と、枠体と、少なくとも組み立て時に液体で
ある透明充填材料と、少なくとも１つの透明平行平面基
板と、少なくとも２つの多層膜とを備え、前記多層膜は
屈折率の異なる２種類の光学薄膜を交互に積層して構成
され、前記透明板と前記枠体は前記透明充填材料を保持
する容器を構成し、前記容器に前記透明充填材料が充填
され、かつ前記少なくとも２つの多層膜は所定の入射角
におけるＳ偏光成分の分光透過率特性を互いに異ならせ
ばなお好ましい。

【００２７】又、例えば、多層膜は透明平行平面基板の
両面に形成すればなお好ましい。

【００２８】又、例えば、透明充填材料は透明シリコー
ン樹脂であればなお好ましい。

【００２９】又、例えば、透明充填材料は組立完了後に
固体またはゲル状に変化するものであればなお好まし
い。

【００３０】さらに上記問題を解決するため本発明の他
の照明装置は、例えば、光発生手段と、前記光発生手段
からの出力光を受け複数の第１レンズを２次元状に配列
してなる第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイの
出射側近傍に配置されランダム光をＰ偏光光とＳ偏光光
の２つの直線偏光に分離する偏光分離手段と、前記２つ
の偏光光の偏光面を一致させる偏光面回転手段と、前記
偏光分離手段と被照明領域との間に配置され前記第１レ
ンズと対応する第２レンズを２次元状に配列してなる第
２レンズアレイとを備え、前記第１レンズの各々はこれ
に入射する光束を収斂して対応する第２レンズの開口に
導き、前記第２レンズの各々は対応する前記第１レンズ
の主平面近傍の物体の実像を前記被照明領域近傍に重畳
形式で形成することを特徴とするものである。

【００３１】例えば、偏光面回転手段は偏光分離手段と
第２レンズアレイとの間に配置され、前記偏光分離手段
と前記偏光面回転手段との間および前記偏光面回転手段
と前記第２レンズアレイとの間を透明体により光学的に
結合すれば好ましい。

【００３２】又、例えば、第１レンズアレイと偏光分離
手段との間は透明体により光学的に結合すればなお好ま
しい。

【００３３】又、例えば、複数の第１レンズの各々は適
当に偏心し当該レンズに入射した光束を対応する第２レ
ンズの開口中心近傍に配置すればなお好ましい。

【００３４】又、例えば、複数の第２レンズの各々は適
当に偏心し対応する第１レンズの開口中心を通過した光
線を被照明領域の中心近傍に到達させればなお好まし
い。

【００３５】又、例えば、第２レンズアレイは少なくと
も２つの互いに異なる曲率を有する第２レンズにより構
成すればなお好ましい。

【００３６】又、例えば、偏光分離手段は少なくとも３
つの透明板と、枠体と、少なくとも組み立て時に液体で
ある透明充填材料と、少なくとも１つの透明平行平面基
板と、少なくとも２つの多層膜とを備え、前記多層膜は
屈折率の異なる２種類の光学薄膜を交互に積層して構成
され、前記透明板と前記枠体は前記透明充填材料を保持
する容器を構成し、前記容器に前記透明充填材料が充填
され、かつ前記少なくとも２つの多層膜は所定の入射角
におけるＳ偏光成分の分光透過率特性が互いに異なれば
なお好ましい。

【００３７】又、例えば、多層膜は透明平行平面基板の
両面に形成すればなお好ましい。

【００３８】又、例えば、透明充填材料は透明シリコー
ン樹脂であればなお好ましい。

【００３９】又、例えば、透明充填材料は組立完了後に
固体またはゲル状に変化するものであればなお好まし
い。

【００４０】また、上記課題を解決するために本発明の
投写型表示装置は、例えば、空間的に光を変調して光学
像を形成する空間光変調素子と、前記空間光変調素子を
照明する照明手段と、前記空間光変調素子の前記照明手
段側に配置され前記空間光変調素子に一偏光成分のみを
選択入射させる偏光子としての第１の偏光板と、前記空
間光変調素子に対して前記第１の偏光板とは逆側に配置
され前記空間光変調素子を透過した光のうち一偏光成分
のみを選択出射させる検光子としての第２の偏光板と、
前記空間光変調素子上に形成された光学像をスクリーン
上に投影する投写レンズとを備え、前記照明手段として
上記記載の照明装置を用いると共に前記照明手段から出
射する光線の偏光面を前記第１の偏光板の偏光軸方向と
一致させることを特徴とするものである。

【００４１】さらに上記課題を解決するため本発明の他
の投写型表示装置は、例えば、空間的に光を変調して光
学像を形成する空間光変調素子と、前記空間光変調素子
を照明する照明手段と、前記空間光変調素子の前記照明
手段側に配置され前記空間光変調素子に一偏光成分のみ
を選択入射させる偏光子としての第１の偏光板と、前記
空間光変調素子に対して前記第１の偏光板とは逆側に配
置され前記空間光変調素子を透過した光のうち一偏光成
分のみを選択出射させる検光子としての第２の偏光板
と、前記空間光変調素子上に形成された光学像をスクリ
ーン上に投影する投写レンズとを備え、前記照明手段は
少なくとも２つの光発生手段と、前記光発生手段からの
ランダム光をＰ偏光光とＳ偏光光の２つの直線偏光に分
離する偏光分離手段と、前記２つの偏光光の偏光面を一
致させる偏光面回転手段と、前記偏光分離手段の出射側
近傍に配置され複数の第１レンズを２次元状に配列して
なる第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイと被照
明領域との間に配置され前記第１レンズと対応する第２
レンズを２次元状に配列してなる第２レンズアレイとを
備え、前記第１レンズの各々はこれに入射する光束を収
斂して対応する第２レンズの開口に導き、前記第２レン
ズの各々は対応する前記第１レンズの主平面近傍の物体
の実像を前記空間光変調素子上に重畳形式で形成し、前
記照明手段から出射する光線の偏光面を前記第１の偏光
板の偏光軸方向と一致させることを特徴とするものであ
る。

【００４２】例えば、偏光面回転手段は偏光分離手段と
第１レンズアレイとの間に配置され、前記偏光分離手段
と前記偏光面回転手段との間および前記偏光面回転手段
と前記第１レンズアレイとの間は透明体により光学的に
結合すれば好ましい。

【００４３】又、例えば、複数の第１レンズの各々は適
当に偏心し当該レンズに入射した光束を対応する第２レ
ンズの開口中心近傍に配置すればなお好ましい。

【００４４】又、例えば、複数の第２レンズの各々は適
当に偏心し対応する第１レンズの開口中心を通過した光
線を被表示領域の中心近傍に到達させればなお好まし
い。

【００４５】又、例えば、偏光分離手段は少なくとも３
つの透明板と、枠体と、少なくとも組み立て時に液体で
ある透明充填材料と、少なくとも１つの透明平行平面基
板と、少なくとも２つの多層膜とを備え、前記多層膜は
屈折率の異なる２種類の光学薄膜を交互に積層して構成
され、前記透明板と前記枠体は前記透明充填材料を保持
する容器を構成し、前記容器に前記透明充填材料が充填
され、かつ前記少なくとも２つの多層膜は所定の入射角
におけるＳ偏光成分の分光透過率特性が互いに異なれば
なお好ましい。

【００４６】又、例えば、多層膜は透明平行平面基板の
両面に形成すればなお好ましい。

【００４７】又、例えば、透明充填材料は透明シリコー
ン樹脂であればなお好ましい。

【００４８】又、例えば、透明充填材料は組立完了後に
固体またはゲル状に変化するものであればなお好まし
い。

【００４９】さらに上記課題を解決するため本発明の他
の投写型表示装置は、例えば、空間的に光を変調して光
学像を形成する空間光変調素子と、前記空間光変調素子
を照明する照明手段と、前記空間光変調素子の前記照明
手段側に配置され前記空間光変調素子に一偏光成分のみ
を選択入射させる偏光子としての第１の偏光板と、前記
空間光変調素子に対して前記第１の偏光板とは逆側に配
置され前記空間光変調素子を透過した光のうち一偏光成
分のみを選択出射させる検光子としての第２の偏光板
と、前記空間光変調素子上に形成された光学像をスクリ
ーン上に投影する投写レンズとを備え、前記照明手段は
少なくとも２つの光発生手段と、前記光発生手段からの
ランダム光をＰ偏光光とＳ偏光光の２つの直線偏光に分
離する偏光分離手段と、前記２つの偏光光の偏光面を一
致させる偏光面回転手段と、前記偏光分離手段の出射側
近傍に配置され複数の第１レンズを２次元状に配列して
なる第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイと被照
明領域との間に配置され前記第１レンズと対応する第２
レンズを２次元状に配列してなる第２レンズアレイとを
備え、前記第１レンズの各々はこれに入射する光束を収
斂して対応する第２レンズの開口に導き、前記第２レン
ズの各々は対応する前記第１レンズの主平面近傍の物体
の実像を前記空間光変調素子上に重畳形式で形成し、前
記照明手段から出射する光線の偏光面を前記第１の偏光
板の偏光軸方向と一致させることを特徴とするものであ
る。

【００５０】例えば、偏光面回転手段は偏光分離手段と
第２レンズアレイとの間に配置され、前記偏光分離手段
と前記偏光面回転手段との間および前記偏光面回転手段
と前記第２レンズアレイとの間は透明体により光学的に
結合すればなお好ましい。

【００５１】又、例えば、第１レンズアレイと偏光分離
手段との間は透明体により光学的に結合すればなお好ま
しい。

【００５２】又、例えば、複数の第１レンズの各々は適
当に偏心し当該レンズに入射した光束を対応する第２レ
ンズの開口中心近傍に配置すればなお好ましい。

【００５３】又、例えば、複数の第２レンズの各々は適
当に偏心し対応する第１レンズの開口中心を通過した光
線を被表示領域の中心近傍に到達させればなお好まし
い。

【００５４】又、例えば、第２レンズアレイは少なくと
も２つの互いに異なる曲率を有する第２レンズにより構
成すればなお好ましい。

【００５５】又、例えば、偏光分離手段は少なくとも３
つの透明板と、枠体と、少なくとも組み立て時に液体で
ある透明充填材料と、少なくとも１つの透明平行平面基
板と、少なくとも２つの多層膜とを備え、前記多層膜は
屈折率の異なる２種類の光学薄膜を交互に積層して構成
され、前記透明板と前記枠体は前記透明充填材料を保持
する容器を構成し、前記容器に前記透明充填材料が充填
され、かつ前記少なくとも２つの多層膜は所定の入射角
におけるＳ偏光成分の分光透過率特性が互いに異なれば
なお好ましい。

【００５６】又、例えば、多層膜は透明平行平面基板の
両面に形成すればなお好ましい。

【００５７】又、例えば、透明充填材料は透明シリコー
ン樹脂であればなお好ましい。

【００５８】又、例えば、透明充填材料は組立完了後に
固体またはゲル状に変化するものであればなお好まし
い。

【００５９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を用いて説明する。

【００６０】（実施の形態１）図１は、本発明にかかる
照明装置を用いた投写型表示装置の第１の実施の形態を
示す構成図である。本発明の照明装置は、例えば、画素
構造を備えた液晶パネルを照明するための光を形成する
ものとする。１１は光源、１２は偏光分離光学系、１
３、１４は１／２波長板、１５は第１レンズアレイ、１
６は第２レンズアレイ、１７は液晶パネル、１８は投写
レンズである。

【００６１】光源１１から出射する偏光方向のランダム
な光を、偏光分離光学系１２によりＰ偏光とＳ偏光の２
つの直線偏光成分に分離する。ただし、Ｐ偏光とは、そ
の偏光方向が紙面に平行な光として、またＳ偏光とは、
その偏光方向が紙面に垂直な光として定義する。偏光分
離光学系からは、Ｐ偏光とＳ偏光とが分離された状態で
出射する。Ｓ偏光の光路中には１／２波長板１３、１４
を配置し、その偏光方向を９０°回転させて、２つの直
線偏光の偏光軸方向を液晶パネル１７の入射側偏光板の
偏光軸方向と一致させる。液晶パネル１７は、図２５に
示したものと同一のものであり、その入射側偏光板はＰ
偏光のみを通過させるものとする。偏光軸方向を揃えた
光を、第１レンズ１５Ａを２次元状に配列した第１レン
ズアレイ１５と、第２レンズ１６Ａを２次元状に配列し
た第２レンズアレイ１６と、ビーム合成レンズ１９と、
フィールドレンズ２０で液晶パネル１７に導き、液晶パ
ネル１７上の光学像を集光レンズ１８Ａと主レンズ１８
Ｂとで構成される投写レンズ１８がスクリーン上（図示
せず）に拡大投影する。これにより、大画面映像を表示
できる。

【００６２】光源１１は、メタルハライドランプ１１
Ａ、放物面鏡１１Ｂ、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１１
Ｃ、から構成される。メタルハライドランプ１１Ａから
放射される光は、放物面鏡１１Ｂにより集光され、光軸
２１におよそ平行に進行する光束を形成する。ここで光
軸２１とは、照明される液晶パネル１７の有効表示領域
１７Ａの重心１７Ｂに対する法線方向である。ＵＶ−Ｉ
Ｒカットフィルタ１１Ｃは、照明光から赤外線と紫外線
を取り除くために用いる。

【００６３】図２は、偏光分離光学系１２の構成を示
す。偏光分離光学系１２は、ガラス製の透明板２２、２
３、偏光分離ミラー２４、２５、平面ミラー２６、２
７、透明体２８、枠体２９、から構成される。枠体２９
に透明板２２、２３が装着され、液体を保持できる容器
が構成されている。２枚の透明板２２、２３は、入射
窓、または出射窓となる。枠体２９の内側には、偏光分
離ミラー２４、２５と平面ミラー２６、２７を挿入し、
光軸２１とそれぞれ６０°の角度をなすように配置され
ている。

【００６４】透明板２２から入射する偏光方向がランダ
ムな光３０は偏光分離ミラー２４へ６０゜の角度で入射
した後、偏光分離ミラー２４によってＰ偏光３１とＳ偏
光３２に分離される。Ｓ偏光３２は偏光分離ミラー２４
で反射され、その進行方向が光軸２１と平行な方向にな
るように再び平面ミラー２６で反射された後、透明板３
２より出射する。Ｐ偏光３１はその進行方向を変えるこ
となく偏光分離ミラー２４を透過し、透明板３１より出
射する。偏光分離ミラー２５、平面ミラー２７の作用に
ついても同様である。

【００６５】図３は偏光分離光学系の立体図を示す。容
器の上面に注入口３３を設け、ここから少なくとも組み
立て時には液体である透明体を充填する。

【００６６】透明体２８は、少なくとも組立て時に液体
であるのが都合がよい。組立て時に液体であれば、透明
体２８が透明板２２、２３、偏光分離ミラー２４、２
５、平面ミラー２６、２７に空気を含むことなく密着さ
せることが容易である。透明板２２、２３として用いる
ガラス基板はガラスプリズムに比べて圧倒的に安価であ
り、透明体２８は体積が小さいので材料コストは安価と
なり、液体の充填作業は容易であるので、ガラス製プリ
ズムを用いた偏光ビームスプリッタに比べて圧倒的に安
価に製造できる。

【００６７】透明体２８として透明シリコーン樹脂を用
いるとよい。シリコーン樹脂は一般に耐熱性が良好であ
り、またガラス基板、多層膜も耐熱性が良好であるの
で、偏光装置を高温の光源に近接して配置することがで
きる。液体の場合にはシリコーンオイルを用いるとよ
い。透明体２８としてさらに望ましい材料は、組立て時
に液体、組立て完了後は固体またはゲル状の材料であ
り、使用時に液体漏洩の心配が回避される。このような
材料として、信越化学工業（株）製の透明シリコーン樹
脂ＫＥ１０５１を用いることができる。これは、２種類
の液体で供給されており、Ａ液とＢ液を混合し、室温放
置または加熱すると、本体物質のビニル基と架橋物質の
水素が結合し、シリコーンゴムの巨大分子を形成する。
シリコーンオイルは架橋反応の前後で変化せず、シリコ
ーンゴムの間にシリコーンオイルがはいり込んだ構造と
なる。この反応は付加反応であるので、原理的には副生
成物を生じず、架橋反応が表面、内部とも均一に進行す
る。また、ゲル状で変形しやすいため、周囲温度により
熱膨脹しても全体が均一に体積変化し、応力歪みをほと
んど発生しない。そのため、偏光ビームスプリッタで排
除しなければならない複屈折が非常に少ないという特徴
がある。

【００６８】図４は、偏光分離ミラー２４の構成を示
す。暑さ１ｍｍのガラス基板の両面に、第１の多層膜４
２と第２の多層膜４３をそれぞれ蒸着している。多層膜
４２、４３は、それぞれ低屈折率膜と高屈折率膜とを所
定の厚さで交互に積層したものであり、周囲の液体と密
着することにより、偏光ビームスプリッタとして機能す
る。第１の多層膜４２と第２の多層膜４３の薄膜構成、
層数は互いに等しく、相対的な膜厚をずらすことでＳ偏
光成分を反射する波長帯域を変化させている。これによ
り、Ｓ偏光成分の総合的な分光透過率特性は非常に広帯
域に渡って極めて小さく、しかも使用波長帯域における
入射角依存性を少なくすることができる。偏光分離ミラ
ー２５の構成も同様である。

【００６９】（数１）の条件式に基づいた組み合わせに
よる、本実施の形態の多層膜の構成を（表１）に示す。
偏光分離ミラー２４、２５への入射角を６０°とし、透
明体２８は屈折率が１．４０の透明シリコーン樹脂（信
越化学工業（株）製、ＫＥ１０５１）、偏光分離ミラー
２４、２５のガラス基板は屈折率が１．５２の白板ガラ
ス、低屈折率膜は二酸化シリコン、高屈折率膜は二酸化
チタンを用いている。

【００７０】

【表１】

【００７１】（表１）に示す構成の偏光分離ミラーにつ
いて、波長帯域４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下における
分光透過率特性を図５、図６に示す。図５は、実線が偏
光分離ミラーの総合したＰ偏光成分の透過率、破線が第
１の多層膜および第２の多層膜のＳ偏光透過率を示し、
図６は偏光分離ミラーの総合したＳ偏光成分の透過率に
ついて、光の入射角依存性を示したものある。図５、図
６から、Ｐ偏光成分の透過率は９０％以上と高く、ま
た、Ｓ偏光成分の透過率は光の入射角が±５°傾いた場
合でも４００ｎｍ〜７００ｎｍに渡って０．１％以下と
非常に小さく、入射角依存性も極めて少ないことが分か
る。

【００７２】図７は、第１レンズアレイ１５の構成の一
例を示す。矩形の開口を有する第１レンズ１５Ａを２次
元状に配列して構成する。第１レンズ１５Ａは平凸レン
ズであり、全ての凸面を同一の面上に形成している。第
１レンズ１５Ａの開口の中心に相当する点１５Ｂ上を光
軸２１が通過する。破線は仮想線であり、これらの線で
分割された複数のレンズアレイを合成して、第１レンズ
アレイ１５を構成しても良い。

【００７３】図８は、第２レンズアレイ１６の構成の一
例を示す。第１レンズ１５Ａと同数で対をなす第２レン
ズ１６Ａを、同様に配列して構成する。第２レンズアレ
イ１６の開口全体の重心に相当する点１６Ｂ上を光軸２
１が通過する。破線は仮想線であり、これらの線で分割
された複数のレンズアレイを合成して、第２レンズアレ
イ１６を構成しても良い。

【００７４】図９を用いて、第１レンズアレイ１５、第
２レンズアレ１６、ビーム合成レンズ１９の作用を述べ
る。一対の第１レンズ１５Ｂと第２レンズ１６Ｂに着目
し、これに関係する要素のみを記載する。例えば、偏光
分離手段１２のように、本作用の説明に必要のない要素
は省略している。１１Ｂは放物面鏡の一部、２１は光
軸、５１はメタルハライドランプ１１Ａの形成する発光
体を示す。１５Ｂは第１レンズアレイ１５上の着目する
レンズ、１６Ｂは第２レンズアレイ１６上の着目するレ
ンズ、１９Ａはビーム合成レンズ１９の一部を示す。第
１レンズ１５Ｂと第２レンズ１６Ｂは、同一の光軸５２
上にあり、光軸５２は光軸２１と平行である。

【００７５】発光体５１から放射された光の一部は、放
物面鏡１１Ｂにより反射されて光軸２１とおよそ平行に
進行する光束となり、第１レンズ１５Ｂに入射する。第
１レンズ１５Ｂの出射側焦点は、対応する第２レンズ１
６Ｂの中心近傍に配置する。これにより、第１レンズ１
５Ｂはこれに入射する光束を対応する第２レンズ１６Ｂ
の中心近傍に収斂し、主平面１６Ｃ上に発光体５１の実
像を形成する。

【００７６】第２レンズ１６Ｂとビーム合成レンズ１９
Ａは、対応する第１レンズ１５Ｂの主平面１５Ｃ上の物
体の実像を、液晶パネル１７の有効表示領域１７Ａ上に
形成する。この場合、フィールドレンズ２０は形成され
る像面の近傍に位置するので、便宜上無視できる。倍率
は、第１レンズ１５Ｂに入射する光束の断面が、拡大さ
れて有効表示領域１７Ａの全域に到達するように定め
る。ビーム合成レンズ１９Ａは、光軸５２上を進行する
光線を適切に屈折させて有効表示領域１７Ａの中心１７
Ｂに到達させる。

【００７７】ビーム合成レンズ１９Ａの主平面１９Ｂか
ら投写レンズ１８の入射瞳５３に至る光学系は、主平面
１９Ｂと入射瞳５３をおよそ共役の関係とする。これに
より、有効表示領域１７Ａを照明する光の大部分を入射
瞳５３に収斂し、光利用効率の高い投写型表示装置を実
現できる。

【００７８】投写レンズ１８は、主レンズ群１８Ｂと、
液晶パネル１７の出射側近傍に位置する補助レンズ１８
Ａから構成される。補助レンズ１８Ａを備えることで、
主平面１９Ｂと入射瞳５３を共役の関係とすることが容
易になる利点がある。

【００７９】また、例えば、補助レンズ１８Ａの出射側
焦点は、入射瞳５３の近傍に配置する。また、フィール
ドレンズ２０は、その入射側焦点をビーム合成レンズ１
９Ａの主平面１９Ｂ近傍に配置する。これにより、主平
面１９Ｂの中心から出射した光は、フィールドレンズ２
０を通過後、光軸２１とおよそ平行に進行する光とな
り、液晶パネル１７に入射する。液晶パネル１７から出
射した光は、光軸２１とおよそ平行に進行し、補助レン
ズ１８Ａに入射し、入射瞳５３の中心近傍に収斂され
る。

【００８０】一般に、液晶パネル１７には、入射角に依
存して表示品位が変化するという特性がある。これに対
し、上記構成は、有効表示領域１７Ａを照明する光の入
射角が、その入射位置によらずほぼ一定となるので都合
が良い。

【００８１】また、上記構成によれば、放物面鏡１１Ｂ
で反射され、偏光分離光学系１２から出射する光束は、
第１レンズアレイ１５により分割され、第２レンズアレ
イ１６の主平面１６Ｃ上に分割数に等しい複数の発光体
５１の実像が形成される。各々の発光体５１の実像は、
等価的にビーム合成レンズ１９Ａの主平面１９Ｂ上に形
成されると見なせる。これらの発光体５１の実像は、そ
の各々が有効表示領域１７Ａの全域を重畳形態で照明す
るように作用する。主としてフィールドレンズ２０と補
助レンズ１８Ａの作用により、これらの発光体５１の実
像から放射される光の大部分は、投写レンズ１８の入射
瞳５３に到達する。図１０は、ビーム合成レンズ１９Ａ
の主平面１９Ｂ上に形成された複数の発光体５１の像の
実像５４が入射瞳５３上に形成された様子を示したもの
である。入射瞳５３は、これら発光体の像の実像５４を
形成するのに必要十分な大きさを提供している。

【００８２】更に、上記構成によれば、放物面１１Ｂか
ら出射した比較的明るさむらの大きな光束を、第１レン
ズアレイ１５により複数の部分光束に分割するので、分
割後の各部分光束の断面は、分割前の光束断面に比較し
て明るさむらが著しく小さくなる。第２レンズアレイ１
６は、これに入射する部分光束の各々を適当に拡大し
て、有効表示領域１７Ａに導く。ビーム合成レンズ１９
の作用により、各部分光束は有効表示領域１７Ａ上で重
畳形態となる。

【００８３】明るさむらの比較的大きい光束を明るさむ
らの小さい部分光束に分割し、各部分光束を液晶パネル
１７上で重ね合わすので、明るさの均一性の極めて高い
照明を実現できるので、投写画像の表示均一性が大幅に
向上する。

【００８４】ビーム合成レンズ１９の代わりに、複数の
第２レンズ１６Ａの各々を適当に偏心して、対応する第
１レンズ１５Ａの開口中心を通過した光線を液晶パネル
１７の有効表示領域１７Ａの中心１７Ｂ近傍に到達させ
てもよい。この様にすれば、ビーム合成レンズ１９が不
要となり、光学系の構成が簡単になる。

【００８５】尚、以上は、第２レンズ偏心の目的とその
効果について述べたが、次に、第１レンズ偏心の目的及
びその効果について、図１１、図１２を用いて説明す
る。

【００８６】ここで、図１１は、第２レンズアレイ１６
上の発光体の実像の一例を示す説明図であり、図１２
は、別の例として、第１レンズを偏心させた場合の第２
レンズアレイ５７上の発光体の実像の一例を示す説明図
である。

【００８７】即ち、図１１に示すように、第２レンズア
レイ１６上には分割数に等しい複数の発光体の実像５６
が形成されているが、この実像５６の大きさは第２レン
ズ１６Ａの位置によってそれぞれ異なる。この場合、実
像５６が第２レンズ１６Ａの開口より大きくなる部分で
は光損失を生じる。又、第２レンズ１６Ａに無駄な部分
が多くなり、第２レンズアレイ１６の外形が大きくなる
という問題がある。この問題を改善するための、別の構
成について図１２を参照しながら次に述べる。

【００８８】即ち、図１２に示すように、第１レンズを
適切に偏心させて第２レンズアレイ５７上に実像５８を
適切に配置させると共に、実像５８の大きさに合わせて
第２レンズ５７Ａの開口形状を異ならせる構成にすると
良い。この様な構成にすれば、光損失を生じることなく
第２レンズアレイの外形を小さくすることが出来る。第
２レンズアレイの外形が小さいほど、投写レンズに必要
な有効Ｆナンバを大きくできるので、投写レンズのコン
パクト化、低コスト化に有利である。

【００８９】本実施の形態によれば、偏光分離光学系１
２から出射する２つの直線偏光の偏光方向を、１／２波
長板１３、１４により一致させ、かつ、一致後の直線偏
光の偏光方向を液晶パネル１７の入射側偏光板の偏光軸
方向と一致させるので、光の利用効率が大幅に向上す
る。また、上記光学系の作用により、効率が高く、明る
さの均一な照明を実現できるので、結果として、明る
く、高品位な投写画像を得ることができる。偏光分離光
学系として、図１３に示す構成のものを用いても良い。
これは、枠体６１に透明板６２、６３を保持して容器を
形成し、その中に偏光分離ミラー６４と平面ミラー６５
を配置して、透明体６６を充填したものである。この場
合、偏光分離ミラー６４と平面ミラー６５は、それぞれ
１つずつでよく、Ｓ偏光の光路も１つとなるので、構成
が簡単になる。

【００９０】１／２波長板１３、１４を偏光分離光学系
１２と第１レンズアレイ１５との間に配置し、偏光分離
光学系１２と１／２波長板１３、１４との間、および１
／２波長板１３、１４と第１レンズアレイ１５との間を
透明体で光学的に接合すれば、界面反射による光損失を
低減ができる利点がある。

【００９１】偏光分離光学系として、図１４に示す構成
のものを用いても良い。これは、出射窓の透明板の代わ
りに、第１レンズアレイ７１を用いたものである。その
他の構成は図２に示すものと同一である。光学系の界面
が少なくなり、光損失を低減ができる。また、照明光学
系の構成が簡単になる利点がある。

【００９２】本実施の形態では、偏光分離光学系とし
て、透明体が充填された枠体の中に偏光分離ミラーと平
面ミラーを用いたものを説明したが、偏光ビームスプリ
ッタとして作用するものであれば良く、例えば、図１５
に示すようなガラス製プリズム８１、８２の接合面に多
層膜８３を設け、これに平面ミラー８４を組み合わせて
偏光分離を実現するものであってもよい。

【００９３】（実施の形態２）図１６は、本発明にかか
る照明装置を用いた投写型表示装置の第２の実施の形態
を示す構成図である。本発明の照明装置は、上記実施の
形態１と同様に、例えば、画素構造を備えた液晶パネル
を照明するための光を形成するものとする。

【００９４】光源９１は、実施の形態１と同様のメタル
ハライドランプ９１Ａと、凹面鏡９１Ｂと、ＵＶ−ＩＲ
カットフィルタ９１Ｃで構成する。光源９１から放射さ
れる光軸１０１とおよそ平行な光束は、複数の第１レン
ズ９２Ａを２次元状に配列した第１レンズアレイ９２に
より複数の部分光束に分割する。第１レンズ９２Ａの開
口の大きさは、その焦点距離に比べて十分小さいものと
する。複数の部分光束は、偏光分離光学系９３に入射
し、Ｐ偏光とＳ偏光とに分離されて出射する。偏光分離
光学系９３の出射側近傍には、Ｓ偏光の光路中に１／２
波長板９４、９５を配置し、その偏光方向を９０°回転
して、偏光方向の揃った直線偏光を第２レンズアレイ９
６に入射させる。

【００９５】第２レンズアレイ９６は、第１レンズ９２
Ａと同数で対をなす第２レンズ９６Ａと、第１レンズ９
２Ａと同数で対をなす第３レンズ９６Ｂとを２次元状に
配列して構成する。ただし、第２レンズ９６ＡはＰ偏光
光の光路中に配置され、第３レンズ９６ＢはＳ偏光光の
光路中に配置される。本実施の形態では、Ｓ偏光光の光
路は、光軸１０１に対象に２つ存在するので、第３レン
ズ９６Ｂは、第３レンズ群９６Ｃ、９６Ｄに分けて配置
される。

【００９６】第１レンズアレイ９２、第２レンズアレイ
９６、ビーム合成レンズ９７、フィールドレンズ９８
は、いずれも実施の形態１で示したものと同様の作用を
果たし、液晶パネル９９の有効表示領域９６Ａ上を効率
良く照明する。液晶パネル９９で形成された光学像は、
補助レンズ１００Ａと主レンズ１００Ｂで構成する投写
レンズ１００で、スクリーン（図示せず）上に拡大投影
される。

【００９７】第１レンズ９２Ａから第２レンズ９６Ａに
至る光路長と、第１レンズ９２Ａから第３レンズ９６Ｂ
に至る光路長は、Ｐ偏光とＳ偏光で異なるため、第２レ
ンズ９６Ａと第３レンズ９６Ｂの焦点距離を適切に異な
らせている。

【００９８】図１７は、第１レンズアレイ９２の構成の
一例を示す。矩形の開口を有する第１レンズ９２Ａを２
次元状に配列して構成する。第１レンズ９２Ａは平凸レ
ンズであり、全ての凸面を同一の面上に形成している。
第１レンズ９２Ａの開口の中心に相当する点９２Ｂ上を
光軸１０１が通過する。

【００９９】図１８は、第２レンズアレイ９６の構成の
一例を示す。第１レンズ９２Ａと同数で対をなす第２レ
ンズ９６Ａと、第１レンズ９２Ａと同数で対をなす第３
レンズ９６Ｂとを２次元状にに配列して構成する。第２
レンズアレイ９６の開口全体の重心に相当する点９６Ｅ
上を光軸１０１が通過する。上述のように、Ｓ偏光の光
路は、光軸１０１に対して対象な位置に２つ存在するの
で、第３レンズ９６Ｂは、第３レンズ群９６Ｃ、９６Ｄ
に分けて配置している。

【０１００】Ｐ偏光とＳ偏光との光路長が異なれば、そ
れぞれの偏光成分に対する倍率に差異を生じる。この場
合、第１レンズアレイ９２から第２レンズアレイ９６に
至る光路において、Ｓ偏光の光路の方がＰ偏光の光路よ
りも長くなるので、Ｓ偏光に対する倍率の方が小さくな
る。それ故、倍率は、第１レンズ９２に入射する光束の
断面が、第３レンズ９６Ｂにより拡大されて液晶パネル
９９の有効表示領域９９Ａの全域に到達するように定め
る。

【０１０１】本実施の形態の構成によれば、色分離光学
系９３を第１レンズアレイ９２と第２レンズアレイ９６
との間に配置するので、照明光学系をコンパクトに構成
できる。

【０１０２】１／２波長板９４、９５を偏光分離光学系
９３と第２レンズアレイ９６との間に配置し、偏光分離
光学系９３と１／２波長板９４、９５との間、および１
／２波長板９４、９５と第２レンズアレイ９６との間を
透明体で光学的に接合すれば、界面反射による光損失を
低減できる利点がある。また、第１レンズアレイ９２と
偏光分離光学系９３との間を透明体で光学的に接合して
も同様での効果がある。

【０１０３】図１９は偏光分離光学系の出射窓の透明板
の代わりに、第２レンズアレイ１１１を用いたものであ
る。１／２波長板１１２、１１３は、第２レンズアレイ
１１１の平面側に配置される。その他の構成は図２に示
すものと同一である。光学系の界面が少なくなり、光損
失を低減できる。また、照明光学系の構成が簡単になる
利点がある。

【０１０４】図２０は偏光分離光学系の入射窓と出射窓
の透明板の代わりに、それぞれ第１レンズアレイ１１４
と第２レンズアレイ１１５を用いたものである。１／２
波長板１１６、１１７は、第２レンズアレイ１１５の平
面側に配置される。その他の構成は、図２に示すものと
同一である。このように構成すれば、光学系の界面がよ
り少なくなり、光損失をより低減できる。また、照明光
学系の構成がより簡単になる利点がある。

【０１０５】本実施の形態において、上述の偏光分離光
学系では、Ｐ偏光とＳ偏光とで光路長が異なるため、各
々の偏光成分に対する倍率が異なっている。そのため、
液晶パネル９９の有効表示領域９９Ａ上で、いずれかの
偏光成分による照明範囲が有効表示領域９９Ａより大き
くなりすぎてしまい、光損失を発生する。

【０１０６】偏光分離光学系を図２１に示す構成とすれ
ば、光損失を発生せず、光利用効率がさらに向上する。
図２１は、その一例であり、枠体１２１に透明板１２
２、１２３、１２４、１２５を保持して容器を形成し、
その中に偏光分離ミラー１２６、１２７と、平面ミラー
１２８、１２９を配置して透明体１３０を充填する。透
明板１２２からは偏光方向がランダムな光１３１が入射
し、偏光分離ミラー１２６はＰ偏光１３２とＳ偏光１３
３に分離する。透明板１２３と透明板１２４の面間距離
ＬＰを適切に設定し、第１レンズアレイ９２から第２レ
ンズアレイ９６に至るまでの各々の偏光成分の光学光路
長をおよそ等しくすれば、Ｐ偏光１３２とＳ偏光１３３
に対する倍率を等しくできる。それ故、いずれの偏光成
分においても、液晶パネル９９の有効表示領域９９Ａ上
を効率良く照明することができる利点がある。

【０１０７】実施の形態１と同様に、偏光分離光学系９
３は、偏光ビームスプリッタとしての作用をゆするもの
であればよく、図１３から図１５に示したものを用いて
構成することもできる。

【０１０８】（実施の形態３）図２２は、本発明の投写
型表示装置の第１の実施の形態を示す構成図である。

【０１０９】光源１４１、１４２は、それぞれ実施の形
態１で用いたものと同一である。光源１４１、１４２か
らそれぞれ放射される光軸１５３に平行な光は、偏光分
離光学系１４３と１／２波長板１４４、１４５により、
偏光方向の揃った直線偏光に変換される。そして、実施
の形態１と同様に、複数の第１レンズ１４６Ａを２次元
状に配列した第１レンズアレイ１４６と、第１レンズ１
４６Ａと同数で対をなし複数の第２レンズ１４７Ａを２
次元状に配列した第２レンズアレイ１４７と、ビーム合
成レンズ１４８とフィールドレンズ１４９により、液晶
パネル１５０の有効表示領域を照明する。液晶パネル１
５０上に形成された光学像は、補助レンズ１５１Ａと主
レンズ１５１Ｂからなる投写レンズ１５１により、スク
リーン（図示せず）上に拡大投影される。

【０１１０】実施の形態１と同様に、投写レンズ１５１
の入射瞳１５２上には、図２３に示すような複数の発光
体の像の実像が形成される。入射瞳１５２は、これら発
光体の像の実像を形成するのに必要十分な大きさであ
る。光源を１つだけ用いた場合と比較して、光源を２つ
並べることにより、入射瞳１５２の瞳利用率を向上でき
る利点がある。

【０１１１】本実施の形態では、複数のランプから放射
される光を偏光面の揃った直線偏光光に変換して効率よ
く重畳形態で液晶パネルに導き、かつ、液晶パネルを通
過した光を効率よく投写レンズに導くので、極めて明る
い画像を投影できる。

【０１１２】２つの光源１４１、１４２の代わりに、消
費電力が２倍の光源を１つ用いて構成すると、一般に、
光源に使用するメタルハライドランプの全長が約２倍程
度となる。ランプの発光管径も大きくなるので、コンパ
クトな光源を構成することが困難となる。また、発光体
の長さも２倍となり、放射される光を効率よく利用する
ことが困難となる。本実施の形態では、相対的にコンパ
クトな光源を２個並べ、また、相対的に小さい発光体か
ら放射される光を個々に集光するので、光利用効率を高
くできる。従って、コンパクトで明るい投写型表示装置
を構成できる利点がある。

【０１１３】実施の形態１と同様に、偏光分離光学系１
４３は、偏光ビームスプリッタとしての作用をゆするも
のであればよく、図１３から図１５に示したものを用い
て構成することもできる。

【０１１４】（実施の形態４）図２４は、本発明の投写
型表示装置の第２の実施の形態を示す構成図である。

【０１１５】光源１６１、１６２は、それぞれ実施の形
態１で用いたものと同一である。光源１６１、１６２か
らそれぞれ放射される光軸に平行な光は、複数の第１レ
ンズ１６３Ａを２次元状に配列した第１レンズアレイ１
６３に入射した後、偏光分離光学系１６４と１／２波長
板１６５、１６６により偏光面の揃った直線偏光に変換
される。

【０１１６】第２レンズアレイ１６７は、第１レンズ１
６３Ａと同数で対をなす第２レンズ１６７Ａと、第１レ
ンズ１６３Ａと同数で対をなす第３レンズ１６７Ｂとを
２次元状に配列して構成する。ただし、第２レンズ１６
７ＡはＰ偏光の光路中に配置され、第３レンズ１６７Ｂ
はＳ偏光の光路中に配置される。本実施の形態では、Ｓ
偏光の光路は、光軸に対象に２つ存在するので、第３レ
ンズ１６７Ｂは、第３レンズ群１６７Ｃ、１６７Ｄに分
けて配置される。

【０１１７】本実施の形態では、第３の実施の形態と同
様に、投写レンズの入射瞳の瞳利用率が向上する。ま
た、コンパクトで明るい投写型表示装置を構成できる利
点がある。

【０１１８】実施の形態２と同様に、偏光分離光学系１
６４は、偏光ビームスプリッタとしての作用を有するも
のであればよく、図１３から図１５に示したものを用い
て構成することもできる。また、図２１に示したもので
あれば、Ｐ偏光とＳ偏光の倍率を等しくできるので、よ
り効率よく照明することができる。

【０１１９】上記本発明の実施の形態１から実施の形態
４において、ビーム合成レンズの代わりに、複数の第２
レンズの各々を適当に偏心して、対応する第１レンズの
開口中心を通過した光線を液晶パネルの有効表示領域の
中心近傍に到達させてもよい。

【０１２０】上記本発明の実施の形態１から実施の形態
４では、Ｓ偏光の光路中に１／２波長板を配置したもの
を説明したが、これに限定するものではない。１／２波
長板はＰ偏光の光路中に配置してもよいし、また、Ｐ偏
光とＳ偏光の各々の光路中に配置してもよい。特に、本
発明の照明装置を投写型表示装置に用いる場合は、例え
ば、液晶パネルの入射側偏光板の偏光軸方向と一致する
ように、各々の直線偏光の光路中に１／２波長板を配置
すればよい。

【０１２１】以上のように本実施の形態によれば、光源
から出射する偏光方向がランダムな光を偏光面が揃った
直線偏光に変換し、かつ、被照明領域を重畳形態で照明
できる。従って、極めて均一性が良く、効率の高い照明
装置を提供できる。

【０１２２】さらに、この照明装置を用いて投写型表示
装置を構成すれば、光損失を大幅に改善して、極めて明
るく品位の高い投写画像を提供することができ、非常に
大きな効果がある。

【０１２３】尚、上記実施の形態では、液晶パネルとし
て透過型のものを用いた投写型表示装置について説明し
たが、これに限らず例えば、反射型の液晶パネルを用い
た投写型表示装置であっても勿論良い。その場合例え
ば、上記実施の形態で述べた照明装置と、前記照明装置
から放射される光を利用して、光学像を形成する画像形
成手段と、前記形成された光学像をスクリーン上に投影
する投写手段とを備えた投写型表示装置においても上記
の場合とほぼ同様の効果を発揮する。

【０１２４】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、照明むらが従来に比べてより一層少なく、光の
利用効率がより一層高く出来ると言う長所を有する。

【０１２５】又、本発明は、光損失を改善し、明るく品
位の高い投写画像を提供することが出来ると言う長所を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の投写型表示装置の構成
図

【図２】本発明の偏光分離光学系の一例を示す概略構成
図

【図３】本発明の偏光分離光学系の一例を示す斜視図

【図４】本発明の偏光分離ミラーの概略構成図

【図５】本発明の偏光分離光学系の分光透過率特性を説
明する特性図

【図６】本発明の偏光分離光学系の分光透過率特性を説
明する特性図

【図７】本発明の第１レンズアレイの一例を示す構成図
であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側
面図

【図８】本発明の第２レンズアレイの一例を示す構成図
であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側
面図

【図９】本発明の光学系の作用を説明する概略構成図

【図１０】投写レンズの入射瞳と発光体像の関係を示す
説明図

【図１１】本発明の第２レンズアレイ上の発光体の実像
の一例を示す説明図

【図１２】本発明の別の例として、第１レンズを偏心さ
せた場合の第２レンズアレイ上の発光体の実像の一例を
示す説明図

【図１３】本発明の他の偏光分離光学系の一例を示す概
略構成図

【図１４】本発明の他の偏光分離光学系の一例を示す概
略構成図

【図１５】本発明の他の偏光分離光学系の一例を示す概
略構成図

【図１６】本発明の実施の形態２の投写型表示装置の構
成図

【図１７】本発明の他の第１レンズアレイの一例を示す
構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、
（ｃ）は側面図

【図１８】本発明の他の第２レンズアレイの一例を示す
構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、
（ｃ）は側面図

【図１９】本発明の他の偏光分離光学系の一例を示す概
略構成図

【図２０】本発明の他の偏光分離光学系の一例を示す概
略構成図

【図２１】本発明の他の偏光分離光学系の一例を示す概
略構成図

【図２２】本発明の実施の形態３の投写型表示装置の構
成図

【図２３】投写レンズの入射瞳と発光体像の関係を示す
説明図

【図２４】本発明の実施の形態４の投写型表示装置の構
成図

【図２５】従来の投写型表示装置の概略構成図

【図２６】投写レンズの入射瞳と発光体像の関係を示す
説明図

【符号の説明】

１１ 光源 １２ 偏光分離光学系 １３、１４ １／２波長板 １５ 第１レンズアレイ １５Ａ 第１レンズ １６ 第２レンズアレイ １６Ａ 第２レンズ １７ 液晶パネル １８ 投写レンズ １９ ビーム合成レンズ ２０ フィールドレンズ ２２、２３ 透明板 ２４、２５ 偏光分離ミラー ２６、２７ 平面ミラー ２８ 透明体 ２９ 枠体 ３３ 注入口 ５３ 入射瞳

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単数又は複数の光源を有する光発生手段
   と、 前記光発生手段から放射される偏光方向のランダムな光
   をＰ偏光とＳ偏光の２つの直線偏光に分離する偏光分離
   手段と、 前記２つの直線偏光の偏光方向を一致させる偏光面回転
   手段と、 前記偏光分離手段の出射側近傍に配置された、複数の第
   １レンズを２次元状に配列してなる第１レンズアレイ
   と、 前記第１レンズアレイと被照明領域との間に配置され
   た、前記第１レンズと対応する第２レンズを２次元状に
   配列してなる第２レンズアレイとを備え、 前記第１レンズの各々はこれに入射する光束を収斂して
   対応する第２レンズの開口に導き、前記第２レンズの各
   々は対応する前記第１レンズの主平面近傍の物体の実像
   を前記被照明領域近傍に重畳形式で形成することを特徴
   とする照明装置。
2. 【請求項２】 前記第１レンズと前記第２レンズとは一
   対一対応であることを特徴とする請求項１記載の照明装
   置。
3. 【請求項３】 前記偏光面回転手段は、前記偏光分離手
   段と前記第１レンズアレイとの間に配置され、前記偏光
   分離手段と前記偏光面回転手段との間および前記偏光面
   回転手段と前記第１レンズアレイとの間は透明体により
   光学的に結合されていることを特徴とする請求項１記載
   の照明装置。
4. 【請求項４】 単数又は複数の光源を有する光発生手段
   と、 前記光発生手段から放射される光が入射する、複数の第
   １レンズを２次元状に配列してなる第１レンズアレイ
   と、 前記第１レンズアレイの出射側近傍に配置された、偏光
   方向がランダムな光をＰ偏光とＳ偏光の２つの直線偏光
   に分離する偏光分離手段と、 前記２つの直線偏光の偏光方向を一致させる偏光面回転
   手段と、 前記偏光分離手段と被照明領域との間に配置された、前
   記第１レンズと対応する第２レンズを２次元状に配列し
   てなる第２レンズアレイとを備え、 前記第１レンズの各々はこれに入射する光束を収斂して
   対応する第２レンズの開口に導き、前記第２レンズの各
   々は対応する前記第１レンズの主平面近傍の物体の実像
   を前記被照明領域近傍に重畳形式で形成することを特徴
   とする照明装置。
5. 【請求項５】 前記第１レンズと前記第２レンズとは一
   対多対応であることを特徴とする請求項４記載の照明装
   置。
6. 【請求項６】 前記偏光面回転手段は、前記偏光分離手
   段と前記第２レンズアレイとの間に配置され、前記偏光
   分離手段と前記偏光面回転手段との間および前記偏光面
   回転手段と前記第２レンズアレイとの間は透明体により
   光学的に結合されていることを特徴とする請求項４記載
   の照明装置。
7. 【請求項７】 前記第１レンズアレイと前記偏光分離手
   段との間は透明体により光学的に結合されていることを
   特徴とする請求項４記載の照明装置。
8. 【請求項８】 前記第２レンズアレイは少なくとも２つ
   の互いに異なる曲率を有する第２レンズにより構成され
   ることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
9. 【請求項９】 前記第１レンズアレイから前記第２レン
   ズアレイに至る光路において、Ｓ偏光光とＰ偏光光の光
   学光路長が実質上等しいことを特徴とする請求項４記載
   の照明装置。
10. 【請求項１０】 前記複数の第１レンズの各々は偏心し
    ており、それら第１レンズに入射した光束を対応する第
    ２レンズの開口中心近傍に配置することを特徴とする請
    求項１又は４記載の照明装置。
11. 【請求項１１】 前記複数の第２レンズの各々は偏心し
    ており、対応する第１レンズの開口中心を通過した光線
    を被照明領域の中心近傍に到達させることを特徴とする
    請求項１又は４記載の照明装置。
12. 【請求項１２】 前記偏光分離手段は少なくとも２つの
    透明板と、枠体と、少なくとも組み立て時に液体である
    透明充填材料と、少なくとも１つの透明平行平面基板
    と、少なくとも２つの多層膜とを備え、前記多層膜は屈
    折率の異なる２種類の光学薄膜を交互に積層して構成さ
    れ、前記透明板と前記枠体は前記透明充填材料を保持す
    る容器を構成し、前記容器に前記透明充填材料が充填さ
    れ、かつ前記少なくとも２つの多層膜は所定の入射角に
    おけるＳ偏光成分の分光透過率特性が互いに異なること
    を特徴とする請求項１又は４記載の照明装置。
13. 【請求項１３】 前記多層膜は前記透明平行平面基板の
    両面に形成されていることを特徴とする請求項１２記載
    の照明装置。
14. 【請求項１４】 前記透明充填材料は透明シリコーン樹
    脂であることを特徴とする請求項１２記載の照明装置。
15. 【請求項１５】 前記透明充填材料は組立完了後に固体
    またはゲル状に変化することを特徴とする請求項１２記
    載の照明装置。
16. 【請求項１６】 空間的に光を変調して光学像を形成す
    る空間光変調素子と、 前記空間光変調素子を照明するための、請求項１〜１５
    の何れか一つに記載の照明装置と、 前記空間光変調素子の前記照明装置側に配置され前記空
    間光変調素子に一偏光成分のみを選択入射させる偏光子
    としての第１の偏光板と、 前記空間光変調素子に対して前記第１の偏光板とは逆側
    に配置され前記空間光変調素子を透過した光のうち一偏
    光成分のみを選択出射させる検光子としての第２の偏光
    板と、 前記空間光変調素子上に形成された光学像をスクリーン
    上に投影する投写レンズとを備え、 前記照明装置から出射する光線の偏光方向を前記第１の
    偏光板の偏光軸方向と一致させることを特徴とする投写
    型表示装置。
17. 【請求項１７】 請求項１〜１５の何れか一つに記載の
    照明装置と、 前記照明装置から放射される光を利用して、光学像を形
    成する画像形成手段と、 前記形成された光学像をスクリーン上に投影する投写手
    段と、を備えたことを特徴とする投写型表示装置。