JPH1054958A - Polarization generating device, display device and projection display device - Google Patents

Polarization generating device, display device and projection display device

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JPH1054958A
JPH1054958A JP8212608A JP21260896A JPH1054958A JP H1054958 A JPH1054958 A JP H1054958A JP 8212608 A JP8212608 A JP 8212608A JP 21260896 A JP21260896 A JP 21260896A JP H1054958 A JPH1054958 A JP H1054958A
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polarized light
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polarization
polarized
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a small-sized polarization generating device capable of obtaining polarizing luminous flux with high light availability and high uniformity. SOLUTION: The polarization generating device 20 is provided with a first optical element 200 converging incident luminous flux and forming plural spatially separated intermediate luminous flux 202 and a second optical element 300 arranged in the vicinity of the position where the intermediate luminous flux 202 are converged. The first optical element 200 is composed of a luminous flux division lens 201 being an eccentric lens, and since the luminous flux division lenses adjacent in the Y direction are arranged in the state that respective lenses are shifted from each other in the X direction by a distance equivalent to a nearly half length of an arrangement pitch in the X direction, emitting luminous flux with remarkably uniform light intensity distribution and angular distribution and uniform polarization direction are converted.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ランダムな偏光状
態を有する入射光束から、照明領域における光強度分布
が入射光束の光強度分布よりも均一であり、偏光方向が
ほぼ揃った出射光束を発生させるための偏光発生装置に
関するものである。さらに、本発明は、上記の偏光発生
装置を用いた表示装置及び投写型表示装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for generating, from an incident light beam having a random polarization state, an output light beam whose light intensity distribution in an illumination area is more uniform than the light intensity distribution of the incident light beam and whose polarization directions are almost uniform. The present invention relates to a polarization generator for causing the polarization to occur. Furthermore, the present invention relates to a display device and a projection display device using the above-mentioned polarization generator.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶パネルの様に、偏光光束を変調する
タイプのパネルを用いた表示装置の照明光学系に対して
は、(1)偏光光束の光強度が高いこと、(2)照明領
域における光強度分布が均一であること、が主に要求さ
れる。
2. Description of the Related Art For an illumination optical system of a display device using a panel of a type that modulates a polarized light beam, such as a liquid crystal panel, (1) the light intensity of the polarized light beam is high, and (2) the illumination area. It is mainly required that the light intensity distribution is uniform.

【0003】1.偏光光束の光強度を高める技術 光源から発せられるランダムな偏光光束を一種類の偏光
光束に変換し、液晶パネルにおける光の利用効率を高め
て明るい表示状態を達成しようとする光学系が提案され
ている。
[0003] 1. Technology for increasing the light intensity of polarized light flux An optical system has been proposed that converts a random polarized light flux emitted from a light source into one kind of polarized light flux, thereby increasing the light use efficiency in a liquid crystal panel to achieve a bright display state. I have.

【0004】その一例として、特開平7−294906
号公報に開示されている光学系(便宜的に偏光光学系と
称す)の概要を図11を用いて説明する。この光学系
は、主にレンズ板910、複数の偏光ビームスプリッタ
920、複数の反射プリズム930及びλ/2位相差板
940により構成されている。その原理は、ランダムな
偏光光束である入射光束を偏光光束分離面331を備え
た偏光ビームスプリッタ920と反射面332を備えた
反射プリズム930により二種類の偏光光束(P偏光光
束とS偏光光束)に分離し、分離後の一方の偏光光束の
偏光方向をλ/2位相差板940を用いて他方の偏光光
束の偏光方向と合わせることにより一種類の偏光光束を
得、その光束で液晶パネル950を照明しようとするも
のである。但し、偏光光束の分離過程においては、2つ
の偏光光束を形成する空間が必要になるため、一般的に
は光学系の拡幅化が避けられない。そこで、この偏光光
学系では、予めレンズ板910により入射光束を集光
し、空間的に分離された複数の中間光束に変換してお
き、その中間光束が収束することにより生じた空間に反
射プリズム930(反射面)を配置することにより、光
学系の拡幅を招かずに一種類の偏光光束を得ている。
As one example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-294906 describes
An outline of an optical system (referred to as a polarization optical system for convenience) disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-209,655 will be described with reference to FIG. This optical system mainly includes a lens plate 910, a plurality of polarization beam splitters 920, a plurality of reflection prisms 930, and a λ / 2 phase difference plate 940. The principle is that an incident light beam, which is a random polarized light beam, is converted into two types of polarized light beams (a P-polarized light beam and an S-polarized light beam) by a polarizing beam splitter 920 having a polarized light beam separating surface 331 and a reflecting prism 930 having a reflecting surface 332. Then, the polarization direction of one polarized light beam after the separation is matched with the polarization direction of the other polarized light beam using a λ / 2 phase difference plate 940 to obtain one kind of polarized light beam, and the liquid crystal panel 950 is obtained by the light beam. Is to try to illuminate. However, in the process of separating polarized light beams, a space for forming two polarized light beams is required, and therefore, generally, it is unavoidable to widen the optical system. Therefore, in this polarization optical system, an incident light beam is condensed in advance by a lens plate 910, converted into a plurality of spatially separated intermediate light beams, and a reflection prism is formed in a space generated by converging the intermediate light beam. By disposing the 930 (reflection surface), one kind of polarized light beam is obtained without causing the optical system to widen.

【0005】2.照明領域における光強度分布を均一に
する技術 照明領域における光強度分布が入射光束の光強度分布よ
りも均一であるような照明光束を発生させる照明光学系
として、例えば、特開平3−111806号公報に開示
されているインテグレータ光学系が実用化されている。
ここで、開示されているインテグレータ光学系は、原理
的には露光機に使用されているものと同一である。
[0005] 2. 2. Description of the Related Art As an illumination optical system that generates an illumination light flux such that the light intensity distribution in the illumination area is more uniform than the light intensity distribution of the incident light flux, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-111806 Has been put to practical use.
Here, the disclosed integrator optical system is in principle the same as that used in the exposure apparatus.

【0006】前記公報に開示されたインテグレータ光学
系は、2つの光学要素として第1及び第2のレンズ板を
用い、光源からの光束を、第1のレンズ板を構成してい
る複数の光束分割レンズによって中間光束に分割し、中
間光束が収束する位置の付近に配置された複数の集光レ
ンズからなる第2のレンズ板を介して、中間光束を重畳
結合させ、一ヶ所の照明領域を照明するものである。
The integrator optical system disclosed in the above publication uses first and second lens plates as two optical elements, and divides a light beam from a light source into a plurality of light beams constituting the first lens plate. The lens is split into intermediate light beams by a lens, and the intermediate light beams are superimposed and coupled via a second lens plate including a plurality of condenser lenses arranged near a position where the intermediate light beams converge, thereby illuminating one illumination area. Is what you do.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】特開平7−29490
6号公報の偏光光学系では、単に光源からのランダムな
偏光光束を一種類の偏光光束に変換しているに過ぎない
ため、幾つかの問題点が生じる。
SUMMARY OF THE INVENTION Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-29490
In the polarization optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-205, some problems arise because a random polarized light beam from a light source is simply converted into one type of polarized light beam.

【0008】第1に、光源から発せられる光束の強度分
布が照明光の照度分布(強度分布)に直接的に反映され
るため、明るさが均一で色ムラのない照明光を得ること
は困難である。なぜなら、通常、光源から発せられる光
束は著しい明るさムラや色ムラを有するためである。
First, since the intensity distribution of the light beam emitted from the light source is directly reflected on the illuminance distribution (intensity distribution) of the illumination light, it is difficult to obtain illumination light with uniform brightness and without color unevenness. It is. This is because the luminous flux emitted from the light source usually has remarkable brightness unevenness and color unevenness.

【0009】第2に、偏光ビームスプリッタ及び反射プ
リズムの光学的特性から、偏光ビームスプリッタを通過
して出射されるP偏光光束と、偏光ビームスプリッタ及
び反射プリズムを通過して出射されるS偏光光束との間
では光強度やその分光特性が異なる。同様のことは、分
離された2つの偏光光束の偏光方向を揃えるために用い
られるλ/2位相差板を通過する偏光光束と通過しない
偏光光束との間においても生じる。この偏光光学系では
偏光方向を揃えた後の光束を重畳結合しないため、上記
のような理由により照明領域上では明るさムラや色ムラ
が生じることになり、やはり良好な照明状態は得られな
い。上記の明るさのムラを防止する手段として、上記の
偏光光学系では光拡散板を使用する構成が提案されてい
るが、光拡散板の使用により液晶パネルに達する光は明
らかに減少するため、明るさを増加させるという偏光光
学系の本来の目的とは相反し、根本的な解決手段とはな
り得ない。
Second, based on the optical characteristics of the polarizing beam splitter and the reflecting prism, the P-polarized light beam emitted through the polarizing beam splitter and the S-polarized light beam emitted through the polarizing beam splitter and the reflecting prism. The light intensity and its spectral characteristics are different between. The same occurs between a polarized light beam that passes through a λ / 2 retardation plate used to align the polarization directions of two separated polarized light beams and a polarized light beam that does not pass. In this polarization optical system, since the light beams after aligning the polarization directions are not superimposed and coupled, unevenness in brightness and color is generated on the illumination area for the above-described reason, and a satisfactory illumination state cannot be obtained. . As means for preventing the brightness unevenness, a configuration using a light diffusing plate in the above-mentioned polarizing optical system has been proposed.However, since the light reaching the liquid crystal panel is obviously reduced by using the light diffusing plate, Contrary to the original purpose of the polarizing optical system to increase brightness, it cannot be a fundamental solution.

【0010】第3に、偏光ビームスプリッタ920及び
反射プリズム930を出射した光束は一切集光されるこ
となく、大きな角度を伴って発散しながら液晶パネルに
達するため、照明効率は低く、明るい表示状態が得られ
ないばかりか、液晶パネルを見る方向によっては大きな
色ムラを発生することになる。
Third, the light emitted from the polarizing beam splitter 920 and the reflecting prism 930 is not condensed at all and reaches the liquid crystal panel while diverging with a large angle, so that the illumination efficiency is low and the display state is bright. Not only cannot be obtained, but also large color unevenness occurs depending on the direction in which the liquid crystal panel is viewed.

【0011】一方、特開平3−111806号公報のイ
ンテグレータ光学系を用いた場合には、光強度分布の均
一化はある程度達成できるものの、依然としてランダム
な偏光光束を照明光として用いているため、明るさの改
善には殆ど効果がない。
On the other hand, in the case of using the integrator optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-111806, although the light intensity distribution can be made uniform to some extent, a random polarized light beam is still used as illumination light, so There is almost no effect on the improvement of the quality.

【0012】さらに、クロスダイクロイックプリズムを
色光合成手段として用いた投写型表示装置では、大口径
で高価な投写レンズを使用しなくても、明るい投写映像
を容易に得ることができるが、その反面、用いる光源の
光特性により、クロスダイクロイックプリズムを構成す
る4つの直角プリズムの接合部分で生じる光散乱のため
に、投写映像に暗い影が生じ易い。この暗い影は、変調
手段を照明する照明光の強度分布とその角度分布を均一
にすることで、その存在を目立たなくすることができ
る。しかし、従来の照明系では、光強度分布とその角度
分布における均一性が十分ではなかったため、上記の暗
い影の存在を目立たなくすることはできなかった。
Further, in a projection type display device using a cross dichroic prism as a color light combining means, a bright projected image can be easily obtained without using a large-diameter and expensive projection lens. Depending on the light characteristics of the light source used, dark shadows are likely to occur in the projected image due to light scattering generated at the junction of the four right-angle prisms constituting the cross dichroic prism. This dark shadow can be made inconspicuous by making the intensity distribution and the angular distribution of the illumination light illuminating the modulation means uniform. However, in the conventional illumination system, the uniformity of the light intensity distribution and its angular distribution was not sufficient, so that the presence of the dark shadow could not be made inconspicuous.

【0013】従って、一種類の偏光光束で特定の照明領
域を均一に効率よく照明する光学系は、従来存在しなか
った。
Accordingly, there has not been an optical system for uniformly and efficiently illuminating a specific illumination area with one kind of polarized light beam.

【0014】以上の様な点に鑑みて、本発明の課題は、
第1に、ランダムな偏光光である入射光束から、照明領
域における光強度分布が入射光束のそれよりも均一であ
り、偏光方向がほぼ揃った一種類の偏光光束を発生させ
るための偏光発生装置を実現することにあり、第2に、
そのような偏光発生装置を用いて、明るく、明るさムラ
や色ムラのない表示装置を実現することにあり、第3
に、そのような偏光発生装置を用いて、Fナンバーの小
さい大口径で高価な投写レンズを使用しなくても、明る
く、明るさムラや色ムラのない投写映像を得られ、特
に、クロスダイクロイックプリズムを色光合成手段とし
て用いた場合においても、クロスダイクロイックプリズ
ムにより生じる暗い影が目立たない投写映像を表示でき
る投写型表示装置を実現することにある。なお、Fナン
バーとは、焦点距離とレンズ径との比である。
In view of the above, the object of the present invention is to
First, a polarization generator for generating one type of polarized light beam from an incident light beam that is a random polarized light beam, in which the light intensity distribution in the illumination area is more uniform than that of the incident light beam and the polarization direction is almost uniform. The second is to realize
Using such a polarization generator, a display device that is bright and free from brightness unevenness and color unevenness is realized.
In addition, by using such a polarization generator, it is possible to obtain a projected image that is bright and free from uneven brightness and color, without using an expensive projection lens having a small F-number and a large aperture. It is an object of the present invention to provide a projection display device that can display a projected image in which dark shadows generated by a cross dichroic prism are not noticeable even when a prism is used as a color light combining unit. The F number is the ratio between the focal length and the lens diameter.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

1.偏光発生装置 (1)本発明の偏光発生装置は、入射光束を集光し、互
いに空間的に分離された複数の中間光束に変換する第1
の光学要素と、前記中間光束が収束する位置付近に配置
された第2の光学要素とを有し、前記第1の光学要素
は、マトリックス状に配置された複数の光束分割レンズ
からなり、前記複数の光束分割レンズはいずれも偏心レ
ンズであり、且つ、列方向に隣り合う光束分割レンズが
行方向に相互にずれた状態で配列され、前記第2の光学
要素は、前記中間光束のそれぞれをS偏光光束とP偏光
光束とに空間的に分離する偏光光束分離手段と、前記偏
光光束分離手段によって分離された前記P偏光光束、前
記S偏光光束のうちのいずれか一方の偏光方向を他方の
偏光方向に変換する偏光変換手段と、前記他方の偏光光
束と、前記偏光変換手段によって偏光方向が変換された
前記一方の偏光光束とを重畳結合させて出射光束に変換
する重畳結合手段とを有することを特徴とする。
1. Polarized Light Generator (1) The polarized light generator of the present invention condenses an incident light beam and converts it into a plurality of intermediate light beams spatially separated from each other.
And a second optical element arranged near a position where the intermediate light beam converges, wherein the first optical element comprises a plurality of light beam splitting lenses arranged in a matrix, Each of the plurality of light beam splitting lenses is an eccentric lens, and the light beam splitting lenses adjacent to each other in the column direction are arranged in a state shifted from each other in the row direction, and the second optical element converts each of the intermediate light beams. Polarized light beam separating means for spatially separating the S polarized light beam and the P polarized light beam; and the P polarized light beam separated by the polarized light beam separating means, and the polarization direction of one of the S polarized light beams to the other. Polarization conversion means for converting the polarization direction, the other polarized light flux, and the superimposing coupling means for superimposing and coupling the one polarized light flux whose polarization direction has been converted by the polarization conversion means to output light flux, Characterized in that it has.

【0016】ここで、第1の光学要素を構成する複数の
光束分割レンズは、列方向に隣り合う光束分割レンズが
行方向の配列ピッチのほぼ半分の長さに相当する距離だ
け行方向に相互にずれた状態で配列されている。このよ
うな配置様式を採用することにより、光束分割レンズを
ずらして配置しない場合と比べて、入射光束が光束の断
面内で局所的により大きな光強度分布を有していた場合
でも、明るさが均一で色ムラのない高品位な偏光光束を
照明光として得ることができる。特に、光源ランプとリ
フレクターからなる光源から出射される光束に見られる
ように、光束の光強度分布が全く無秩序ではなく、光強
度分布にある種の特徴や傾向を有している場合には、上
記の第1の光学要素を用いることにより、照明領域にお
ける光強度分布やその角度分布を極めて均一なものとす
ることができる。
Here, the plurality of light beam splitting lenses constituting the first optical element are arranged such that light beam splitting lenses adjacent in the column direction are separated from each other in the row direction by a distance corresponding to substantially half the length of the array pitch in the row direction. Are arranged in a shifted state. By adopting such an arrangement mode, the brightness can be reduced even when the incident light beam has a locally larger light intensity distribution in the cross section of the light beam as compared with the case where the light beam splitting lens is not staggered. A uniform, high-quality polarized light beam without color unevenness can be obtained as illumination light. In particular, when the light intensity distribution of the light beam is not completely disordered, as seen in the light beam emitted from the light source including the light source lamp and the reflector, and when the light intensity distribution has certain characteristics and tendencies, By using the above first optical element, the light intensity distribution and its angular distribution in the illumination area can be made extremely uniform.

【0017】例えば、放物面リフレクターを備えた光源
から出射される光束は、光源の光軸を対称軸とする光強
度分布(光軸付近で光強度が大きく、周辺部で小さい)
とその角度分布(光軸付近で出射角が広く、周辺部で狭
い)を有する。そのため、この様な光束から光強度分布
が均一な照明光を得るためには、(a)光束分割レンズ
の数を多くする、即ち、光束分割レンズにより生成され
る中間光束の数を増やす、或いは、(b)光強度分布や
その角度分布等の光束の諸特性に対して光束分割レンズ
を不規則に配置する、という方法が考えられるが、
(a)の方法では、光束分割レンズの増加に伴い光束分
割レンズ間の界面が増加してしまい、界面での光損失が
増えてしまう。よって、照明領域における光強度分布を
均一にできる反面、明るさが低下する結果となる。一
方、(b)の方法においては、隙間無く、且つ全く不規
則に光束分割レンズを配置することが困難である等、い
ずれも有効な策ではない。
For example, a light beam emitted from a light source provided with a parabolic reflector has a light intensity distribution with the optical axis of the light source as a symmetric axis (the light intensity is large near the optical axis and small at the periphery).
And its angular distribution (the emission angle is wide near the optical axis and narrow at the periphery). Therefore, in order to obtain illumination light having a uniform light intensity distribution from such a light beam, (a) increase the number of light beam splitting lenses, that is, increase the number of intermediate light beams generated by the light beam splitting lens, or , (B) a method of arranging the beam splitting lens irregularly with respect to various characteristics of the light beam such as the light intensity distribution and its angle distribution can be considered.
In the method (a), the interface between the light beam splitting lenses increases with the increase of the light beam splitting lens, and the light loss at the interface increases. Therefore, the light intensity distribution in the illumination area can be made uniform, but the brightness is reduced. On the other hand, in the method (b), it is difficult to arrange the light beam splitting lens without any gap and completely irregularly.

【0018】これに対して、本発明の偏光発生装置の上
記第1の光学要素は、光束分割レンズ間に不必要な隙間
を生じることもなく、単に列方向に隣り合う光束分割レ
ンズを相互にずらす配置を採用するだけで、光強度分布
におけるある種の特徴や傾向を相互に打ち消し、或い
は、弱めあい、照明領域における光強度分布やその角度
分布を極めて均一にすることができる。従って、光束分
割レンズの数を必要以上に増やす必要もなく、光束分割
レンズの界面における光損失を低減でき、明るさを低下
させることなく光強度分布とその角度分布が均一な照明
光を得ることができる。
On the other hand, the first optical element of the polarized light generator of the present invention is capable of simply connecting adjacent light beam splitting lenses in the column direction to each other without generating an unnecessary gap between the light beam splitting lenses. Only by adopting the displaced arrangement, it is possible to mutually cancel or weaken certain characteristics and tendencies in the light intensity distribution, and to make the light intensity distribution and its angular distribution in the illumination area extremely uniform. Accordingly, it is not necessary to increase the number of light beam splitting lenses more than necessary, and it is possible to reduce light loss at the interface of the light beam splitting lenses, and to obtain illumination light having a uniform light intensity distribution and its angle distribution without lowering brightness. Can be.

【0019】ここで、列方向に隣り合う光束分割レンズ
のずらし量については特に限定されるものではない。し
かし、光束分割レンズのずらし量が照明光の光強度分布
とその角度分布に及ぼす効果や、光束分割レンズに対応
して配置される第2の光学要素の配置の容易さを考慮す
ると、ずらし量を行方向の配列ピッチのほぼ半分の長さ
に相当する距離とするのが最適である。
Here, the shift amount of the light beam splitting lens adjacent in the column direction is not particularly limited. However, in consideration of the effect of the shift amount of the light beam splitting lens on the light intensity distribution of the illumination light and its angular distribution, and the ease of arrangement of the second optical element arranged corresponding to the light beam splitting lens, the shift amount is considered. Is optimally set to a distance corresponding to almost half the length of the array pitch in the row direction.

【0020】次に、本発明の偏光発生装置の上記第2の
光学要素は、中間光束を最終的に一ヶ所の照明領域上で
重畳結合するため、入射光束が光束の断面内で大きな光
強度分布を有していた場合でも、明るさが均一で、色ム
ラのない偏光光束を照明光として得ることができる。先
に紹介したインテグレータ光学系においても、中間光束
を最終的に一ヶ所の照明領域上で重畳結合するため、照
明領域上における光強度分布をある程度均一化できる
が、本発明の偏光発生装置では、中間光束をP偏光光束
とS偏光光束とに空間的に分離する過程を有することか
ら、照明領域上で重畳結合される光束の数は、(光束分
割レンズの数が同じである場合)インテグレータ光学系
の場合と比較して2倍に増加しており、その結果、イン
テグレータ光学系に比べて、照明領域上における光強度
分布を著しく均一化できる優れた特徴がある。尚、中間
光束をP偏光光束とS偏光光束とに空間的に分離する過
程、及び、一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束
の偏光方向に変換する過程においては、光吸収や光散乱
をほとんど伴わないため、非常に高い効率で偏光方向が
ほぼ揃った光束を得ることができる。
Next, since the second optical element of the polarization generator of the present invention finally superimposes and couples the intermediate light beam on one illumination area, the incident light beam has a large light intensity in the cross section of the light beam. Even if it has a distribution, a polarized light beam having uniform brightness and no color unevenness can be obtained as illumination light. In the integrator optical system introduced earlier, the intermediate light flux is finally superimposed and coupled on one illumination area, so that the light intensity distribution on the illumination area can be made uniform to some extent. Since there is a process of spatially separating the intermediate light beam into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, the number of light beams superimposed and coupled on the illumination area is determined by the integrator optics (when the number of light beam splitting lenses is the same). The intensity is twice as large as that of the system, and as a result, there is an excellent feature that the light intensity distribution on the illumination area can be remarkably uniformed as compared with the integrator optical system. In the process of spatially separating the intermediate light beam into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and in the process of converting the polarization direction of one polarized light beam to the polarization direction of the other polarized light beam, light absorption and light scattering are performed. , It is possible to obtain a light beam with a substantially uniform polarization direction with very high efficiency.

【0021】さらに、均等な光強度や分光特性で中間光
束をP偏光光束とS偏光光束に分離できない場合や、両
偏光光束の偏光方向を揃える過程で一方の偏光光束の光
強度やその分光特性が変化した場合においても、明るさ
が均一で色ムラのない偏光光束を照明光として得ること
ができる。
Furthermore, when the intermediate light beam cannot be separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam with uniform light intensity and spectral characteristics, or when the polarization directions of both polarized light beams are aligned, the light intensity of one polarized light beam and its spectral characteristics are obtained. Is changed, it is possible to obtain a polarized light beam having uniform brightness and no color unevenness as illumination light.

【0022】尚、偏光変換手段は、偏光光束分離手段で
分離された2種類の偏光光束のうちのいずれか一方の偏
光方向を他方の偏光方向に変換する機能を有するが、2
種類の偏光光束のいずれに対しても偏光方向の回転作用
を施し、最終的に両偏光光束の偏光方向を一種類に揃え
る機能であってもよい。
The polarization converting means has a function of converting one of the two types of polarized light beams separated by the polarized light beam separating means into the other polarization direction.
The function of rotating the polarization direction to any of the polarized light beams may be used to finally align the polarization directions of the two polarized light beams to one type.

【0023】ここで、本発明の偏光発生装置の上記第2
の光学要素を構成する光学素子は、複数の偏光光束分離
手段を一方向に配列して一体化したコンパクトな光学素
子であり、第2の光学要素を小型化することができる。
Here, the polarization generator of the present invention has the above-mentioned second configuration.
The optical element constituting the optical element is a compact optical element in which a plurality of polarized light beam separating means are arranged in one direction and integrated, and the second optical element can be reduced in size.

【0024】上述したように、本発明の偏光発生装置の
上記構成によれば、先に説明したすべての課題が解決で
き、ランダムな偏光光束である入射光束から、照明領域
における光強度分布やその角度分布が入射光束のそれよ
りも均一であり、偏光方向がほぼ揃った出射光束を非常
に高い効率で発生することができるという効果を有す
る。
As described above, according to the above-described configuration of the polarization generator of the present invention, all the problems described above can be solved, and the light intensity distribution in the illumination region and the light intensity distribution in the illumination area can be obtained from the random polarized light beam. The angle distribution is more uniform than that of the incident light beam, and the output light beam with almost uniform polarization direction can be generated with very high efficiency.

【0025】(2)本発明の上記偏光発生装置におい
て、前記偏光光束分離手段は反射面と偏光光束分離面と
を備え、前記反射面と前記偏光光束分離面とは互いに平
行に配置された構成をとっても良い。
(2) In the above-mentioned polarized light generating apparatus of the present invention, the polarized light beam separating means includes a reflecting surface and a polarized light beam separating surface, and the reflecting surface and the polarized light beam separating surface are arranged in parallel with each other. You may take.

【0026】一対の反射面と偏光光束分離面とを有する
偏光光束分離手段を用いて、中間光束をP偏光光束とS
偏光光束とに空間的に分離するためには、S偏光光束が
存在できる新たな空間が必要となる。中間光束の光束径
を全く変えずに偏光光束分離手段に入射した場合には、
偏光光束分離後の光束の幅(P偏光光束の幅とS偏光光
束の幅を合わせた総幅)は入射光束の幅に対して2倍に
拡がることになり、このことは光学系の大型化(拡幅)
につながる。
Using a polarized light beam separating means having a pair of reflecting surfaces and a polarized light beam separating surface, the intermediate light beam is converted into the P-polarized light beam and the S-polarized light beam.
In order to spatially separate the light into the polarized light, a new space in which the S-polarized light can exist is required. When the light beam enters the polarized light beam separating means without changing the light beam diameter of the intermediate light beam at all,
The width of the luminous flux after the polarization luminous flux separation (the total width of the width of the P-polarized luminous flux and the width of the S-polarized luminous flux) is twice as large as the width of the incident luminous flux, which means that the optical system becomes larger (Widening)
Leads to.

【0027】本発明の上記偏光発生装置の構成は、光束
分割レンズにより入射光束を分割しながら集光して複数
の中間光束を形成し、それぞれの中間光束が収束する位
置の近傍に、偏光光束分離手段により、中間光束の存在
する空間と、その空間に隣接し全く光束の存在しない空
間とからなる一対の空間を複数形成したものである。そ
して、本発明の上記偏光発生装置では、全く光束が存在
しない空間をS偏光光束が存在できる新たな空間として
利用している。以上の構成により、偏光光束分離後の光
束の総幅が偏光光束分離前の入射光束の幅よりも大きく
ならないようにしながら、P偏光光束とS偏光光束とを
空間的に完全に分離することができる。従って、ランダ
ムな偏光光束である入射光束から偏光方向がほぼ揃った
出射光束を発生させる過程において、光束の総幅が拡が
らないため、光学系の小型化を実現できる。さらに、光
束の総幅が拡がらないということは、複数の偏光光束を
重畳結合させる段階で、光束が大きな角度成分を有しな
いことを意味し、従って、これらの光束を用いて照明を
行う場合には、高い照明効率を得ることができる。尚、
例えば、誘電体多層膜を用いれば、光吸収や光散乱を殆
ど伴わない反射面や偏光光束分離面を容易に実現でき
る。従って、非常に高い効率で特定の偏光光束を発生さ
せることが可能となる。
The structure of the above-mentioned polarized light generating apparatus according to the present invention is such that a plurality of intermediate light beams are formed by condensing an incident light beam while splitting it by a light beam splitting lens, and a polarized light beam is provided near a position where each intermediate light beam converges. The separating means forms a plurality of pairs of spaces each including a space in which the intermediate light beam exists and a space adjacent to the space and in which no light beam exists. In the polarization generator of the present invention, the space in which no light beam exists is used as a new space in which the S-polarized light beam can exist. With the above configuration, the P-polarized light beam and the S-polarized light beam can be completely spatially separated while the total width of the light beam after the polarized light beam separation is not larger than the width of the incident light beam before the polarized light beam separation. it can. Accordingly, in the process of generating an outgoing light beam having a substantially uniform polarization direction from an incident light beam, which is a random polarized light beam, the total width of the light beam does not increase, so that the optical system can be downsized. Further, the fact that the total width of the light beam does not expand means that the light beam does not have a large angle component at the stage of superimposing and combining a plurality of polarized light beams, and therefore, when illumination is performed using these light beams. , High illumination efficiency can be obtained. still,
For example, if a dielectric multilayer film is used, a reflecting surface or a polarized light beam separating surface with almost no light absorption or light scattering can be easily realized. Therefore, it is possible to generate a specific polarized light beam with very high efficiency.

【0028】さらに、偏光光束分離手段の反射面と偏光
光束分離面とを互いに平行に配置することにより、偏光
光束分離手段で空間的に分離された2種類の偏光光束
を、互いに平行な状態で偏光光束分離手段から出射で
き、従って、これら2種類の偏光光束を最終的に一ヶ所
の照明領域上で容易に重畳結合することができる。尚、
偏光光束分離面及び反射面の設置角度は、中間光束の入
射方向に対して概ね45度に設定される。また、前記反
射面と前記偏光光束分離面とは互いに平行に配列される
ことから、偏光光束分離手段のブロックを列毎にまとめ
て形成することができ、その結果、偏光光束分離手段の
製造を容易にし、同時に低コスト化することができる。
Further, by arranging the reflection surface of the polarized light beam separating means and the polarized light beam separating surface in parallel with each other, the two kinds of polarized light beams spatially separated by the polarized light beam separating means can be kept parallel to each other. The polarized light beams can be emitted from the polarized light beam separating means, and thus these two types of polarized light beams can be finally easily overlapped and combined on one illumination area. still,
The installation angle of the polarized light beam separating surface and the reflecting surface is set to approximately 45 degrees with respect to the incident direction of the intermediate light beam. Further, since the reflection surface and the polarized light beam separating surface are arranged in parallel with each other, the blocks of the polarized light beam separating means can be collectively formed for each column. This can be facilitated and at the same time cost can be reduced.

【0029】(3)また、本発明の上記偏光発生装置に
おいて、前記光束分割レンズの外形形状を矩形とするこ
とにより、複数の光束分割レンズを用いて特定の平面を
隙間なく、且つ、互いに重なることなく被うことができ
るため、入射光束を複数の中間光束に分割する際の光利
用効率を極めて高くすることができる。また、本発明の
偏光発生装置を用いて表示装置や投写型表示装置を構成
した場合、被照明体である液晶パネルなどの変調手段の
外形形状は一般に矩形状であることから、光束分割レン
ズの列方向と行方向とで形成される平面における外形形
状も矩形状とした方が光の利用効率が良い。
(3) In the above-mentioned polarized light generating apparatus of the present invention, the external shape of the light beam splitting lens is rectangular, so that a plurality of light beam splitting lenses overlap a specific plane without any gap and overlap each other. Therefore, the light utilization efficiency when dividing the incident light beam into a plurality of intermediate light beams can be extremely increased. Further, when a display device or a projection display device is configured by using the polarization generating device of the present invention, the external shape of a modulation unit such as a liquid crystal panel which is an illuminated body is generally rectangular, so that a light beam splitting lens is used. The light utilization efficiency is better if the outer shape in the plane formed by the column direction and the row direction is also rectangular.

【0030】(4)また、本発明の上記偏光発生装置に
おいて、第2の光学要素が、さらに、前記第1の光学要
素によって空間的に分離された複数の前記中間光束をそ
れぞれ集光する集光手段を有し、この集光手段をマトリ
ックス状に配置された複数の集光レンズで構成すること
により、偏光光束分離手段に対して中間光束を確実に入
射させ、つまり光源光の無駄を防ぎ、光の利用効率を向
上させることが可能となる。特に、集光手段の採用によ
り、偏光発生装置の性能を低下させずに、第2の光学要
素の大きさを第1の光学要素の大きさよりも小さくする
ことができるため、光学系の小型化を達成することが可
能となる。さらに、集光手段の採用により、偏光光束分
離手段の行方向における配列や大きさの自由度を増すこ
とができる。例えば、偏光発生装置の中心軸を対称軸と
して、行方向に並ぶ偏光光束分離面が対称な配置となる
ように複数の偏光光束分離手段を配置して、或いは、後
述するように、偏光発生装置の中心軸付近では寸法の大
きな偏光光束分離手段を、その周辺部では寸法の小さな
偏光光束分離手段を用いて偏光発生装置を構成すること
ができる、その結果、光の利用効率を一層向上させた
り、装置の小型化を実現することができる。尚、一般的
には、前記第1の光学要素を構成する前記光束分割レン
ズの行方向における大きさと、前記第2の光学要素を構
成する前記偏光光束分割手段の行方向における大きさと
を同じとする構成をとる場合が多く、その場合には、前
記光束分割レンズと全く同一のレンズ体を集光レンズと
して使用することができるため、前記光束分割レンズ及
び集光レンズの製造コストを低減できる効果がある。
(4) In the above-mentioned polarized light generator of the present invention, the second optical element further includes a collector for condensing the plurality of intermediate light beams spatially separated by the first optical element. By having a light means and comprising the plurality of condensing lenses arranged in a matrix, the condensing means ensures that the intermediate light beam is incident on the polarized light beam separating means, that is, prevents waste of light from the light source. Thus, the light use efficiency can be improved. In particular, the size of the second optical element can be made smaller than the size of the first optical element without deteriorating the performance of the polarization generator by adopting the condensing means. Can be achieved. Further, by adopting the condensing means, the degree of freedom of arrangement and size of the polarized light beam separating means in the row direction can be increased. For example, with the central axis of the polarization generator as a symmetric axis, a plurality of polarization beam splitters are arranged so that the polarization beam splitters arranged in the row direction are symmetrically arranged, or, as described later, the polarization generator. In the vicinity of the central axis, a polarized light generator can be configured by using a polarized light beam separating means having a large dimension, and a polarized light beam separating means having a small dimension in the periphery thereof. As a result, the light use efficiency can be further improved. In addition, the size of the apparatus can be reduced. Note that, in general, the size in the row direction of the light beam splitting lens forming the first optical element is the same as the size in the row direction of the polarized light beam splitting means forming the second optical element. In many cases, the same lens body as the light beam splitting lens can be used as the condensing lens, so that the manufacturing cost of the light beam splitting lens and the light collecting lens can be reduced. There is.

【0031】(5)さらに、本発明の上記偏光発生装置
において、前記複数の集光レンズをいずれも偏心レンズ
とすることにより、前記偏光光束分離手段に入射する前
記中間光束の入射角度を調整でき、前記偏光光束分離面
に対する入射角度を最も理想的な角度(一般的には45
度)に設定することができる。
(5) Further, in the above-mentioned polarized light generating apparatus of the present invention, by making all of the plurality of condensing lenses eccentric lenses, the incident angle of the intermediate light beam incident on the polarized light beam separating means can be adjusted. , The angle of incidence with respect to the polarized light beam separating surface is set to the most ideal angle (generally 45 °).
Degrees).

【0032】2.表示装置並びに投写型表示装置 (6)本発明の表示装置は、光源部と、前記光源部から
の光束を集光し、互いに空間的に分離された複数の中間
光束に変換する第1の光学要素と、前記中間光束が収束
する位置付近に配置された第2の光学要素と、前記第2
の光学要素から出射された光束を変調する変調手段とを
有する表示装置であって、前記第1の光学要素は、マト
リックス状に配置された複数の光束分割レンズからな
り、前記複数の光束分割レンズはいずれも偏心レンズで
あり、且つ、列方向に隣り合う光束分割レンズが行方向
に相互にずれた状態で配列され、前記第2の光学要素
は、前記中間光束のそれぞれをS偏光光束とP偏光光束
とに空間的に分離して出射する偏光光束分離手段と、前
記偏光光束分離手段から出射された前記P偏光光束、前
記S偏光光束のうちのいずれか一方の偏光方向を他方の
偏光方向に変換する偏光変換手段と、前記他方の偏光光
束と、前記偏光変換手段によって偏光方向が変換された
前記一方の偏光光束とを重畳結合させて出射光束に変換
する重畳結合手段とを有することを特徴とする。
2. Display device and projection display device (6) The display device of the present invention is a light source unit, and a first optical device that condenses a light beam from the light source unit and converts the light beam into a plurality of spatially separated intermediate light beams. An element, a second optical element arranged near a position where the intermediate light beam converges,
A modulating means for modulating a light beam emitted from the optical element, wherein the first optical element comprises a plurality of light beam splitting lenses arranged in a matrix, and the plurality of light beam splitting lenses. Are eccentric lenses, and light beam splitting lenses adjacent in the column direction are arranged in a state of being shifted from each other in the row direction. The second optical element converts each of the intermediate light beams into an S-polarized light beam and a P-polarized light beam. A polarized light beam separating unit that spatially separates and emits the polarized light beam, and the polarization direction of any one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam emitted from the polarized light beam separating unit to the other polarization direction And the other polarized light flux, and the superimposing coupling means for superimposing and coupling the one polarized light flux whose polarization direction has been converted by the polarization converting means to convert it into an output light flux. Characterized in that it.

【0033】(8)また、本発明の第1の投写型表示装
置は、光源部と、前記光源部からの光束を集光し、互い
に空間的に分離された複数の中間光束に変換する第1の
光学要素と、前記中間光束が収束する位置付近に配置さ
れた第2の光学要素と、前記第2の光学要素から出射さ
れた光束を変調する変調手段と、前記変調手段によって
変調された光束を投写する投写光学手段とを有する投写
型表示装置であって、前記第1の光学要素は、マトリッ
クス状に配置された複数の光束分割レンズからなり、前
記複数の光束分割レンズはいずれも偏心レンズであり、
且つ、列方向に隣り合う光束分割レンズが行方向に相互
にずれた状態で配列され、前記第2の光学要素は、前記
中間光束のそれぞれをS偏光光束とP偏光光束とに空間
的に分離する偏光光束分離手段と、前記偏光光束分離手
段によって分離された前記P偏光光束、前記S偏光光束
のうちのいずれか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変
換する偏光変換手段と、前記他方の偏光光束と、前記偏
光変換手段によって偏光方向が変換された前記一方の偏
光光束とを重畳結合させて出射光束に変換する重畳結合
手段とを有することを特徴とする。
(8) A first projection type display apparatus according to the present invention is a light-emitting device, comprising: a light source unit; and a light source unit that collects light beams from the light source unit and converts the light beams into a plurality of intermediate light beams spatially separated from each other. A first optical element, a second optical element arranged near a position where the intermediate light beam converges, a modulating means for modulating a light beam emitted from the second optical element, and a light beam modulated by the modulating means. A projection optical unit for projecting a light beam, wherein the first optical element includes a plurality of light beam splitting lenses arranged in a matrix, and each of the plurality of light beam splitting lenses is decentered. Lens
Further, the light beam splitting lenses adjacent to each other in the column direction are arranged so as to be shifted from each other in the row direction, and the second optical element spatially separates each of the intermediate light beams into an S-polarized light beam and a P-polarized light beam. Polarized light beam separating means, the P-polarized light beam separated by the polarized light beam separating means, and the polarization converting means for converting one of the S-polarized light beams into the other polarization direction, and the other one. The present invention is characterized in that there is provided a superimposing / coupling unit that superimposes and couples the polarized light beam and the one polarized light beam whose polarization direction has been converted by the polarization conversion unit to convert the polarized light beam into an output light beam.

【0034】(13)さらに、また、本発明の第2の投
写型表示装置は、光源部と、前記光源部からの光束を集
光し、互いに空間的に分離された複数の中間光束に変換
する第1の光学要素と、前記中間光束が収束する位置付
近に配置された第2の光学要素と、前記第2の光学要素
から出射された光束を2以上の色光に分離する色光分離
手段と、前記色光分離手段から出射されるそれぞれの色
光に対応して設けられた2以上の前記変調手段と、それ
ぞれの前記変調手段によって変調された色光を合成する
色光合成手段と、前記色光合成手段によって合成された
光束を投写する投写光学手段とを有する投写型表示装置
であって、前記第1の光学要素は、マトリックス状に配
置された複数の光束分割レンズからなり、前記複数の光
束分割レンズはいずれも偏心レンズであり、且つ、列方
向に隣り合う光束分割レンズが行方向に相互にずれた状
態で配列され、前記第2の光学要素は、前記中間光束の
それぞれをS偏光光束とP偏光光束とに空間的に分離し
て出射する偏光光束分離手段と、前記偏光光束分離手段
にから出射された前記P偏光光束、前記S偏光光束のう
ちのいずれか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換す
る偏光変換手段と、前記他方の偏光光束と、前記偏光変
換手段によって偏光方向が変換された前記一方の偏光光
束とを重畳結合させて出射光束に変換する重畳結合手段
とを有することを特徴とする。
(13) Further, the second projection type display device of the present invention converges a light source unit and a light beam from the light source unit and converts it into a plurality of intermediate light beams spatially separated from each other. A first optical element, a second optical element disposed near a position where the intermediate light beam converges, and a color light separating unit that separates the light beam emitted from the second optical element into two or more color lights. Two or more modulating means provided corresponding to each color light emitted from the color light separating means, a color light synthesizing means for synthesizing the color lights modulated by the respective modulating means, and a color light synthesizing means. Projection optical means for projecting the combined light beam, wherein the first optical element comprises a plurality of light beam splitting lenses arranged in a matrix, and the plurality of light beam splitting lenses. These are also decentered lenses, and the light beam splitting lenses adjacent to each other in the column direction are arranged so as to be shifted from each other in the row direction. The second optical element converts each of the intermediate light beams into an S-polarized light beam and a P-polarized light. A polarized light beam separating unit that spatially separates the light beam into a polarized light beam, and a polarization direction of one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam emitted from the polarized light beam separating unit. And the other polarized light flux, and the superimposing coupling means for superimposing and coupling the one polarized light flux whose polarization direction has been converted by the polarization converting means to convert the polarized light flux into an output light flux. Features.

【0035】ここで、第1の光学要素を構成する複数の
光束分割レンズは、列方向に隣り合う光束分割レンズが
行方向の配列ピッチのほぼ半分の長さに相当する距離だ
け行方向に相互にずれた状態で配列されている。前に述
べたように、このような構成により、光束分割レンズ間
に不必要な隙間を生じることもなく、単に列方向に隣り
合う光束分割レンズを相互にずらす配置を採用するだけ
で、光強度分布におけるある種の特徴や傾向を相互に打
ち消し、或いは、弱めあい、照明領域における光強度分
布やその角度分布を極めて均一にすることができる。従
って、光束分割レンズの数を必要以上に増やす必要もな
く、光束分割レンズの界面における光損失を低減でき、
明るさを低下させずに光強度分布とその角度分布が均一
な照明光を得ることができる。この効果は、特に、光源
ランプとリフレクターからなる光源から出射される光束
に見られるように、光束の光強度分布が全く無秩序では
なく、光強度分布にある種の特徴や傾向を有している場
合に顕著であり、照明領域における光強度分布やその角
度分布を極めて均一なものとすることができる。
Here, the plurality of light beam splitting lenses constituting the first optical element are arranged such that light beam splitting lenses adjacent in the column direction are separated from each other in the row direction by a distance corresponding to substantially half the length of the array pitch in the row direction. Are arranged in a shifted state. As described above, such a configuration does not cause an unnecessary gap between the light beam splitting lenses, and merely adopts an arrangement in which light beam splitting lenses adjacent to each other in the column direction are shifted from each other. Certain characteristics and trends in the distribution can be mutually canceled out or weakened, and the light intensity distribution and its angular distribution in the illumination area can be made extremely uniform. Therefore, there is no need to increase the number of light beam splitting lenses more than necessary, and light loss at the interface of the light beam splitting lens can be reduced.
Illumination light having a uniform light intensity distribution and its angular distribution can be obtained without lowering the brightness. This effect is not particularly disordered in the light intensity distribution of the light beam, as seen in the light beam emitted from the light source including the light source lamp and the reflector, but has certain characteristics and tendencies in the light intensity distribution. This is remarkable in the case where the light intensity distribution and its angular distribution in the illumination area can be made extremely uniform.

【0036】その理由については前に述べた通りであ
る。
The reason is as described above.

【0037】なお、列方向に隣り合う光束分割レンズの
ずらし量については特に限定されるものではない。しか
し、光束分割レンズのずらし量が照明光の光強度分布と
その角度分布に及ぼす効果や、光束分割レンズに対応し
て配置される第2の光学要素の配置の容易さを考慮する
と、ずらし量を行方向の配列ピッチのほぼ半分の長さに
相当する距離とするのが最適である。
The shift amount of the light beam splitting lens adjacent in the column direction is not particularly limited. However, in consideration of the effect of the shift amount of the light beam splitting lens on the light intensity distribution of the illumination light and its angular distribution, and the ease of arrangement of the second optical element arranged corresponding to the light beam splitting lens, the shift amount is considered. Is optimally set to a distance corresponding to almost half the length of the array pitch in the row direction.

【0038】また、先に述べたように、上記第2の光学
要素は、入射光束を一旦複数の中間光束に分割し、さら
に、複数の中間光束をその2倍の数の偏光光束(P偏光
光束とS偏光光束)に分割した後、それらの偏光光束を
最終的に一ヶ所の照明領域上で重畳結合するため、入射
光束が光束の断面内で大きな光強度分布を有していた場
合でも、明るさが均一で、色ムラのない偏光光束を照明
光として得ることができる。さらに、均等な光強度や分
光特性で中間光束をP偏光光束とS偏光光束に分離でき
ない場合や、両偏光光束の偏光方向を揃える過程で一方
の偏光光束の光強度やその分光特性が変化した場合にお
いても、明るさが均一で色ムラのない偏光光束を照明光
として得ることができる。
As described above, the second optical element once divides the incident light beam into a plurality of intermediate light beams, and further divides the plurality of intermediate light beams into twice as many polarized light beams (P-polarized light beams). After being split into a light beam and an S-polarized light beam, the polarized light beams are finally superimposed and coupled on one illumination area, so that even if the incident light beam has a large light intensity distribution in the cross section of the light beam. In addition, a polarized light beam having uniform brightness and no color unevenness can be obtained as illumination light. Furthermore, when the intermediate light beam cannot be separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam with uniform light intensity and spectral characteristics, or when the polarization directions of both polarized light beams are aligned, the light intensity of one polarized light beam and its spectral characteristics change. Even in such a case, a polarized light beam having uniform brightness and no color unevenness can be obtained as illumination light.

【0039】このように、本発明の表示装置、並びに、
第1及び第2の投写型表示装置の上記構成によれば、表
示面並びに投写面全体に渡ってきわめて均一な画像を得
ることが可能となる。
Thus, the display device of the present invention, and
According to the above configuration of the first and second projection display devices, it is possible to obtain an extremely uniform image over the display surface and the entire projection surface.

【0040】なお、光源部は、一般的に光源ランプとリ
フレクターにより構成されるものが多く、光源ランプと
しては、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロ
ゲンランプ等が、また、リフレクターとしては放物面リ
フレクター、楕円リフレクター、球面リフレクター等が
使用できる。また、変調手段としては、透過型液晶パネ
ルや反射型液晶パネル等が使用できる。特に、反射型液
晶パネルを用いた反射型の投写型表示装置においては、
明るさムラや色ムラが非常に少ない照明光を必要とする
ため、そのような投写型表示装置を構成する際には、本
発明の偏光発生装置を応用することは特に有効である。
The light source section generally includes a light source lamp and a reflector in many cases. Examples of the light source lamp include a metal halide lamp, a xenon lamp, and a halogen lamp, and examples of the reflector include a parabolic reflector and a reflector. Elliptical reflectors, spherical reflectors and the like can be used. In addition, a transmissive liquid crystal panel or a reflective liquid crystal panel can be used as the modulating means. In particular, in a reflective projection display device using a reflective liquid crystal panel,
Since illumination light having very little brightness unevenness and color unevenness is required, it is particularly effective to apply the polarization generator of the present invention when configuring such a projection display device.

【0041】(7)(9)(14)また、本発明の上記
表示装置、並びに、第1及び第2の投写型表示装置にお
いて、前記偏光光束分離手段は反射面と偏光光束分離面
とを備え、前記反射面と前記偏光光束分離面とは互いに
平行に配置された構成をとっても良い。
(7) (9) (14) In the above display device of the present invention and the first and second projection display devices, the polarized light beam separating means comprises a reflecting surface and a polarized light beam separating surface. The reflective surface and the polarized light beam separating surface may be arranged in parallel with each other.

【0042】先に説明したように、このような構成を採
用することで、偏光光束分離後の光束の総幅が偏光光束
分離前の入射光束の幅よりも大きくならないようにしな
がら、P偏光光束とS偏光光束とを空間的に完全に分離
することができる。従って、ランダムな偏光光束である
入射光束から偏光方向がほぼ揃った出射光束を発生させ
る過程において、光束の総幅が拡がらないため、光学系
の小型化を実現できる。したがって、本発明によれば、
非常に小型で取扱い性に優れたもの表示装置、並びに、
投写型表示装置を提供することができる。
As described above, by adopting such a configuration, the P-polarized light beam is prevented while the total width of the light beam after the polarized light beam separation is not larger than the width of the incident light beam before the polarized light beam separation. And the S-polarized light beam can be completely spatially separated. Accordingly, in the process of generating an outgoing light beam having a substantially uniform polarization direction from an incident light beam, which is a random polarized light beam, the total width of the light beam does not increase, so that the optical system can be downsized. Thus, according to the present invention,
A display device that is very small and has excellent handling properties, and
A projection display device can be provided.

【0043】さらに、光束の総幅が拡がらないというこ
とは、複数の偏光光束を重畳結合させる段階で、光束が
大きな角度成分を有しないことを意味し、従って、これ
らの光束を用いて照明を行う場合には、高い照明効率を
得ることができる。なお、偏光発生過程においては殆ど
光吸収を伴わないため、非常に高い効率で特定の偏光光
束を発生させることが可能となる。よって、本発明によ
れば、Fナンバーの小さい大口径の高価な投写レンズを
使用しなくても、画像の明るい投写型表示装置を提供す
ることが可能となる。
Further, the fact that the total width of the light beam does not expand means that the light beam does not have a large angle component at the stage of superimposing and combining a plurality of polarized light beams, and therefore, the illumination is performed using these light beams. In this case, high illumination efficiency can be obtained. In the process of generating polarized light, almost no light absorption is involved, so that a specific polarized light beam can be generated with very high efficiency. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a projection display device with a bright image without using an expensive projection lens having a small F number and a large aperture.

【0044】このように、本発明の表示装置、第1及び
第2の投写型表示装置の上記構成によれば、非常に小型
で取扱い性に優れた表示装置、及び投写型表示装置を提
供することができ、かつ投写面全体に渡って明るく、均
一な画像を得ることが可能となる。また、Fナンバーの
小さい大口径の高価な投写レンズを使用する必然性がな
いため、より安価な投写型表示装置を提供することも可
能である。
As described above, according to the display device of the present invention and the first and second projection display devices described above, a very small display device with excellent handleability and a projection display device are provided. It is possible to obtain a bright and uniform image over the entire projection surface. Further, since there is no necessity to use a large-diameter expensive projection lens having a small F-number, it is possible to provide a less expensive projection display device.

【0045】さらに、偏光光束分離手段の反射面と偏光
光束分離面とを互いに平行に配置することにより、偏光
光束分離手段で空間的に分離された2種類の偏光光束
を、互いに平行な状態で偏光光束分離手段から出射さ
せ、これら2種類の偏光光束を最終的に一ヶ所の照明領
域上で容易に重畳結合することができる。尚、偏光光束
分離面及び反射面の設置角度は、中間光束の入射方向に
対して概ね45度に設定される。また、前記反射面と前
記偏光光束分離面とは互いに平行に配列されることか
ら、偏光光束分離手段のブロックを列毎にまとめて形成
することができ、その結果、偏光光束分離手段の製造を
容易にし、同時に低コスト化することができる。
Further, by arranging the reflection surface of the polarized light beam separating means and the polarized light beam separating surface in parallel with each other, the two kinds of polarized light beams spatially separated by the polarized light beam separating means can be kept parallel to each other. The light is emitted from the polarized light beam separating means, and these two types of polarized light beams can be finally easily overlapped and combined on one illumination area. In addition, the installation angle of the polarized light beam separating surface and the reflecting surface is set to approximately 45 degrees with respect to the incident direction of the intermediate light beam. Further, since the reflection surface and the polarized light beam separating surface are arranged in parallel with each other, the blocks of the polarized light beam separating means can be collectively formed for each column. This can be facilitated and at the same time cost can be reduced.

【0046】(10)(15)また、前記第2の光学要
素に、マトリックス状に配置された複数の集光レンズか
らなる前記中間光束を集光する集光手段を設けることに
より、偏光光束分離手段に対して中間光束を確実に入射
させることができ、表示装置における光の利用効率の一
層の向上や、装置自体の小型化を達成することが可能と
なる。尚、一般的には、前記第1の光学要素を構成する
前記光束分割レンズの行方向における大きさと、前記第
2の光学要素を構成する前記偏光光束分割手段の行方向
における大きさとを同じとする構成をとる場合が多く、
その場合には、前記光束分割レンズと全く同一のレンズ
体を集光レンズとして使用することができるため、前記
光束分割レンズ及び集光レンズの製造コストを低減でき
る効果がある。
(10) (15) Further, the second optical element is provided with a condensing means for condensing the intermediate light flux comprising a plurality of condensing lenses arranged in a matrix, so that the polarized light beam separation is performed. The intermediate light beam can be surely made incident on the means, and it is possible to further improve the light use efficiency of the display device and to reduce the size of the device itself. Note that, in general, the size in the row direction of the light beam splitting lens forming the first optical element is the same as the size in the row direction of the polarized light beam splitting means forming the second optical element. In many cases,
In this case, since the same lens body as the light beam splitting lens can be used as the light collecting lens, there is an effect that the manufacturing cost of the light beam splitting lens and the light collecting lens can be reduced.

【0047】(11)(16)さらに、前記複数の集光
レンズをいずれも偏心レンズとした場合には、前記偏光
光束分離手段に入射する前記中間光束の入射角度を調整
でき、前記偏光光束分離面に対する入射角度を最も理想
的な角度(一般的には45度)に設定することができ
る。その結果、光の利用効率を一層向上でき、明るい投
写映像を得られる投写型表示装置を実現することができ
る。
(11) (16) Further, when all of the plurality of condenser lenses are eccentric lenses, the incident angle of the intermediate light beam entering the polarized light beam separating means can be adjusted, and the polarized light beam separation The angle of incidence on the surface can be set to the most ideal angle (generally 45 degrees). As a result, it is possible to further improve the light use efficiency and to realize a projection display device capable of obtaining a bright projection image.

【0048】(12)(17)また、光源部の光軸付近
に位置する光束分割レンズによって形成される集光像の
方が、光源光軸から離れた周辺部に位置する光束分割レ
ンズによって形成される集光像よりもその寸法が小さい
ため、前記複数の偏光光束分離手段のうち、前記光源部
の光軸付近に位置する前記偏光光束分離手段の寸法を、
前記光源部の光軸から離れた周辺部に位置する前記偏光
光束分離手段の寸法よりも大きくすると、光学系の効率
をより一層向上させることができ、同時に、偏光光束分
離手段の大きさの最適化が図れるため、光学系の小型化
を達成できる。
(12) (17) Further, the condensed image formed by the light beam splitting lens located near the optical axis of the light source section is formed by the light beam splitting lens located at the peripheral portion away from the light source optical axis. Since the size is smaller than the condensed light image, the size of the polarized light beam separating means, which is located near the optical axis of the light source unit, of the plurality of polarized light beam separating means,
When the size is larger than the size of the polarized light beam separating means located in the peripheral portion away from the optical axis of the light source unit, the efficiency of the optical system can be further improved, and at the same time, the size of the polarized light beam separating means is optimized. Therefore, downsizing of the optical system can be achieved.

【0049】(18)また、本発明の上記第2の投写型
表示装置においては、前記第2の光学要素から出射され
た光束を2以上の色光に分離する色光分離手段と、前記
それぞれの色光に対応して設けられた2以上の前記変調
手段と、それぞれの前記変調手段によって変調された色
光を合成する色光合成手段とを設け、前記色合成手段に
より合成された光束が、前記投写光学系を介して投写さ
れるように構成されているため、分離された2つ以上の
色光のそれぞれに対して専用の変調手段を配置すること
ができ、その結果、明るく、色の表現性が良く、解像度
の高いカラー映像を表示可能な小型の投写型表示装置を
実現することができる。
(18) In the second projection type display apparatus according to the present invention, the color light separating means for separating the light beam emitted from the second optical element into two or more color lights, and the respective color lights And two or more modulating means provided in correspondence with each other, and a color light synthesizing means for synthesizing the color lights modulated by the respective modulating means. , It is possible to arrange a dedicated modulating means for each of the two or more separated color lights, and as a result, it is bright and has good color expression, A small projection display device capable of displaying a high-resolution color image can be realized.

【0050】ここで、前記色光合成手段として、ダイク
ロイック膜を十字状に配置したクロスダイクロイックプ
リズムを使用できる。クロスダイクロイックプリズムを
用いた場合には、投写光学手段(投写レンズ)と変調手
段(液晶パネル)との間の距離を短くできるため、Fナ
ンバーの小さい大口径で高価な投写レンズを使用しなく
ても、明るい投写映像を表示することができる。一方、
クロスダイクロイックプリズムを構成する4つの直角プ
リズムの接合部分では光散乱が生じるため、クロスダイ
クロイックプリズムを色光合成手段として用いた投写型
表示装置では、投写映像に暗い影が生じる場合がある。
しかし、この暗い影は、変調手段を照明する照明光の強
度分布とその角度分布を均一にすることで、その存在を
目立たなくすることができる。従って、本発明の投写型
表示装置によれば、照明領域における光強度分布とその
角度分布を極めて均一にできるため、クロスダイクロイ
ックプリズムの使用時に生じる暗い影の存在を極めて目
立ちにくくでき、結果として、高品位な投写映像を得る
ことができる。
Here, a cross dichroic prism in which dichroic films are arranged in a cross shape can be used as the color light synthesizing means. When a cross dichroic prism is used, the distance between the projection optical means (projection lens) and the modulation means (liquid crystal panel) can be shortened, so that a large-diameter expensive F-number and an expensive projection lens can be used. Also, a bright projection image can be displayed. on the other hand,
Since light scattering occurs at the junction of the four right-angle prisms constituting the cross dichroic prism, a dark shadow may appear on a projected image in a projection display device using the cross dichroic prism as a color light combining unit.
However, this dark shadow can be made inconspicuous by making the intensity distribution and the angular distribution of the illumination light illuminating the modulation means uniform. Therefore, according to the projection display device of the present invention, since the light intensity distribution and its angular distribution in the illumination area can be made extremely uniform, the presence of dark shadows generated when using the cross dichroic prism can be made extremely inconspicuous, and as a result, High quality projected images can be obtained.

【0051】なお、上記の第2の光学要素を構成するた
めの集光手段、偏光光束分離手段、偏光変換手段、及
び、前記重畳結合手段のうち、少なくとも2つ以上を一
体化することにより、集光手段と偏光光束分離手段との
界面、偏光光束分離手段と偏光変換手段との界面、又
は、偏光変換手段と重畳結合手段との界面における光損
失を低減でき、偏光発生装置における光の利用効率をよ
り一層向上することが可能となる。
By integrating at least two or more of the condensing means, the polarized light beam separating means, the polarization converting means, and the superimposing and coupling means for constituting the second optical element, Light loss at the interface between the condensing means and the polarized light beam separating means, the interface between the polarized light beam separating means and the polarized light converting means, or the interface between the polarized light converting means and the superimposing coupling means can be reduced. Efficiency can be further improved.

【0052】[0052]

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
各実施例について説明する。尚、以下の各実施例におい
ては、特にことわりのない限り、互いに直行する3つの
方向を便宜的にX方向、Y方向、Z方向とした。また、
いずれの実施例においても、ランダムな偏光光束から一
種類の偏光光束として、S偏光光束を得る構成としてい
るが、勿論、P偏光光束を得る構成としてもよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, three directions perpendicular to each other are referred to as X, Y, and Z directions for convenience unless otherwise specified. Also,
In any of the embodiments, the configuration is such that an S-polarized light beam is obtained as one type of polarized light beam from a random polarized light beam, but it is needless to say that a P-polarized light beam may be obtained.

【0053】(偏光照明装置1)図1は、本発明の偏光
発生装置を用いて構成した偏光照明装置1の一例を示す
ものであり、その光学系の要部を平面的にみた概略構成
図である。尚、この図1は、後に詳しく述べる第2の光
学要素300の中心を通るXZ平面における断面図であ
る。本例の偏光照明装置1はシステム光軸Lに沿って配
置された光源部10、偏光発生装置20から大略構成さ
れている。光源部10から出射されたランダムな偏光光
束は、偏光発生装置20により偏光方向がほぼ揃った一
種類の偏光光束に変換され、照明領域90に至るように
なっている。
(Polarized Lighting Apparatus 1) FIG. 1 shows an example of a polarized light illuminating apparatus 1 constituted by using the polarized light generating apparatus of the present invention. It is. FIG. 1 is a cross-sectional view on an XZ plane passing through the center of a second optical element 300 described in detail later. The polarized light illuminating device 1 of the present embodiment is generally constituted by a light source unit 10 and a polarized light generator 20 arranged along the system optical axis L. The random polarized light beam emitted from the light source unit 10 is converted by the polarization generator 20 into one type of polarized light beam having a substantially uniform polarization direction, and reaches the illumination area 90.

【0054】光源部10は、光源ランプ101と、放物
面リフレクター102から大略構成されており、光源ラ
ンプから放射された光は、放物面リフレクター102に
よって一方向に反射され、略平行な光束となって偏光発
生装置20に入射する。ここで、光源部10の光源光軸
Rがシステム光軸Lに対して一定の距離DだけX方向に
平行シフトした状態となるように、光源部10は配置さ
れている。
The light source section 10 is generally composed of a light source lamp 101 and a parabolic reflector 102. Light emitted from the light source lamp is reflected in one direction by the parabolic reflector 102, and is substantially parallel light flux. And enters the polarization generator 20. Here, the light source unit 10 is arranged such that the light source optical axis R of the light source unit 10 is shifted parallel to the system optical axis L by a certain distance D in the X direction.

【0055】次に、偏光発生装置20は、第1の光学要
素200と、第2の光学要素300から構成されてい
る。
Next, the polarization generator 20 is composed of a first optical element 200 and a second optical element 300.

【0056】第1の光学要素200は、その外観を図2
に示す様に、XY平面上で矩形状の外形を有する複数の
光束分割レンズ201がマトリックス状に配列して構成
されており、また、Y方向(列方向)に隣り合う光束分
割レンズは、X方向(行方向)における配列ピッチのほ
ぼ半分の長さに相当する距離だけ、それぞれがX方向に
相互にずれた状態で配置されている。ここで、光源部1
0と第1の光学要素200との位置関係は、光源部10
の光源光軸Rが第1の光学要素200の中心に来るよう
に設定されている。
The appearance of the first optical element 200 is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, a plurality of light beam splitting lenses 201 having a rectangular outer shape on an XY plane are arranged in a matrix, and the light beam splitting lenses adjacent in the Y direction (column direction) Each of them is arranged so as to be shifted from each other in the X direction by a distance corresponding to substantially half the length of the arrangement pitch in the direction (row direction). Here, the light source unit 1
0 and the first optical element 200 are determined by the light source unit 10.
Is set so that the light source optical axis R is located at the center of the first optical element 200.

【0057】第1の光学要素200を構成する光束分割
レンズ201は、いずれも偏心レンズであり、すなわ
ち、それぞれの光束分割レンズにおいては、レンズ光軸
が光束分割レンズの中心からずれた位置に設定されてい
る。ここで、それぞれの光束分割レンズ201における
レンズ光軸の設定状態を図3に示す。図3は、第1の光
学要素200を光源部側から見た場合のそれぞれの光束
分割レンズ201におけるレンズ光軸の位置を示した図
であり、奇数行目を構成する光束分割レンズでは、レン
ズ中心205から−X方向にシフトした位置(この場合
の偏心量は光束分割レンズのX方向の大きさの1/4)
に、また、偶数行目を構成する光束分割レンズでは、レ
ンズ中心205から+X方向にシフトした位置(偏心量
は奇数行目を構成する光束分割レンズの場合と同じ)に
それぞれのレンズ光軸204は設定されている。すなわ
ち、偏心方向が異なる2種類の偏心レンズが列方向に互
い違いに配置されている。尚、それぞれの光束分割レン
ズにおける偏心方向及び偏心量については、後述する第
2の光学要素の形状や大きさによって変化するため、固
定値ではない。
Each of the light beam splitting lenses 201 constituting the first optical element 200 is an eccentric lens, that is, in each light beam splitting lens, the lens optical axis is set at a position shifted from the center of the light beam splitting lens. Have been. Here, the setting state of the lens optical axis in each light beam splitting lens 201 is shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing the position of the lens optical axis in each of the light beam splitting lenses 201 when the first optical element 200 is viewed from the light source unit side. A position shifted in the −X direction from the center 205 (the amount of eccentricity in this case is の of the size of the light beam splitting lens in the X direction)
Further, in the light beam splitting lenses forming the even-numbered rows, the respective lens optical axes 204 are shifted from the lens center 205 in the + X direction (the amount of eccentricity is the same as that of the light beam splitting lenses forming the odd-numbered rows). Is set. That is, two types of eccentric lenses having different eccentric directions are alternately arranged in the row direction. Note that the eccentric direction and the eccentric amount of each light beam splitting lens are not fixed values because they change depending on the shape and size of a second optical element described later.

【0058】再び、図2に戻って説明する。第1の光学
要素200に入射した光は、光束分割レンズ201によ
り複数の中間光束202に分割され、同時に光束分割レ
ンズの集光作用により、システム光軸Lと垂直な平面内
(図1ではXY平面)の中間光束が収束する位置に、光
束分割レンズの数と同数の集光像203を形成する。第
1の光学要素200を構成する光束分割レンズ201を
偏心レンズとしているため、光束分割レンズの配列の仕
方に左右されることなく、集光像を形成する位置を自在
に設定することが可能となっている。従って、光束分割
レンズ201のY方向(列方向)における配列の仕方は
ジグザグ状であるにもかかわらず、対応する集光像20
3の配列の仕方は、偏心レンズの使用により一直線状と
なっている。その結果、集光像203の集まりによって
形成される光束の大きさ(XY平面上での断面積)を小
さくすることができ、後述する第2の光学要素300の
大きさ(XY平面上での断面積)を小さく、つまり光学
系を小型化できる。また、同一列方向(Y方向)に列ぶ
一連の集光像(図2では破線により囲まれた5つの集光
像)に対してY方向に細長い1つの偏光分離ユニット3
30を対応させればよいため、第2の光学要素300の
構成が簡略化でき、製造も容易となる。尚、光束分割レ
ンズ201のXY平面上における外形形状は、照明領域
90の形状と相似形をなすように設定されている。本例
では、XY平面上でX方向に長い横長の照明領域を想定
しているため、光束分割レンズ201のXY平面上にお
ける外形形状も横長である。
Returning to FIG. 2, the description will be continued. The light incident on the first optical element 200 is split into a plurality of intermediate light beams 202 by the light beam splitting lens 201, and at the same time, by the light condensing action of the light beam splitting lens, in a plane perpendicular to the system optical axis L (XY in FIG. 1). The same number of condensed images 203 as the number of light beam splitting lenses are formed at the position where the intermediate light beam (on the plane) converges. Since the light beam splitting lens 201 constituting the first optical element 200 is an eccentric lens, it is possible to freely set the position where a condensed image is formed without depending on the arrangement of the light beam splitting lenses. Has become. Therefore, although the arrangement of the light beam splitting lens 201 in the Y direction (column direction) is zigzag, the corresponding condensed image 20
The arrangement of 3 is linear due to the use of an eccentric lens. As a result, the size (cross-sectional area on the XY plane) of the light beam formed by the collection of the condensed images 203 can be reduced, and the size of the second optical element 300 (described on the XY plane) can be reduced. Cross section), that is, the optical system can be downsized. Further, one polarization separation unit 3 elongated in the Y direction with respect to a series of condensed images (five condensed images surrounded by broken lines in FIG. 2) arranged in the same column direction (Y direction).
Since it is sufficient to make 30 correspond, the configuration of the second optical element 300 can be simplified, and the manufacture becomes easy. The external shape of the light beam splitting lens 201 on the XY plane is set to be similar to the shape of the illumination area 90. In this example, since a horizontally long illumination area is assumed to be long in the X direction on the XY plane, the outer shape of the light beam splitting lens 201 on the XY plane is also horizontally long.

【0059】再び、図1に戻って説明する。第2の光学
要素300は、集光手段である集光レンズアレイ31
0、偏光光束分離手段である偏光分離ユニットアレイ3
20、偏光変換手段である選択位相差板380及び重畳
結合手段である重畳結合レンズ390から大略構成され
る複合体であり、第1の光学要素200による集光像2
03が形成される位置の近傍の、システム光軸Lに対し
て垂直な平面内(図1ではXY平面)に配置される。こ
の第2の光学要素300は、中間光束202のそれぞれ
をP偏光光束とS偏光光束とに空間的に分離した後、一
方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向と
を揃え、偏光方向がほぼ揃ったそれぞれの偏光光束を一
ヶ所の照明領域90に導くような機能を有している。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. The second optical element 300 includes a condensing lens array 31 as a condensing unit.
0, polarized light separating unit array 3 as polarized light beam separating means
20, a composite substantially composed of a selective retardation plate 380 as a polarization conversion means and a superposition coupling lens 390 as a superposition coupling means, and a condensed image 2 by the first optical element 200
It is arranged in a plane (XY plane in FIG. 1) near the position where 03 is formed and perpendicular to the system optical axis L. The second optical element 300 spatially separates each of the intermediate light beams 202 into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and then aligns the polarization directions of one polarized light beam and the other polarized light beam, It has a function of guiding each polarized light beam having almost the same polarization direction to one illumination area 90.

【0060】集光レンズアレイ310は、その外観を図
4に示すように、偏心レンズである集光レンズ311を
マトリックス状に複数配列したものであり、第1の光学
要素200を構成する光束分割レンズ201と同数の集
光レンズ311を用いて構成されている。すなわち、第
1の光学要素がM行×N列からなる光束分割レンズで構
成されていた場合、集光レンズアレイも同様にM行×N
列からなる集光レンズにより構成されている。集光レン
ズアレイの機能は、第1の光学要素200から出射され
たそれぞれの中間光束を偏光分離ユニットアレイ320
の特定の場所に集光しながら効率よく導くことである。
そのため、一般的には、偏光分離ユニットアレイ320
に入射する中間光束202の特性に合わせて、さらに
は、偏光分離ユニットアレイ320に入射する光はその
主光線の傾きがシステム光軸Lと平行であることが理想
的である点を考慮して、それぞれの集光レンズの大きさ
やレンズ特性は最適化される。さらに、光学系の小型
化、及び、光利用効率の向上を図るといった観点から、
光束分割レンズ201とXY平面での形状が相似形であ
る集光レンズを用いて、集光レンズアレイ310を構成
する場合もある。従って、本例においては、光学特性の
最適化及び光学系の低コスト化を考慮して、光束分割レ
ンズ201と同一の偏心レンズを集光レンズ311とし
て用いており、その結果、後述する偏光分離ユニット3
30に入射する中間光束の入射角度は最も理想的な角度
(0度)となっている。また、集光レンズ311の配列
の仕方も第1の光学要素200により形成される集光像
203の配列の仕方と対応するように設定されている。
すなわち、偏心方向が異なる2種類の偏心レンズが列方
向に互い違いに配置されている。但し、図2に示したよ
うに、同一列方向(Y方向)における集光像の配列の仕
方は一直線状であるため、集光レンズの配列の仕方も同
一列方向において一直線状である。尚、集光レンズアレ
イ310は必ずしも必要不可欠な構成要素ではなく、偏
光分離ユニットアレイ320に入射する中間光束の特
性、偏光分離ユニットアレイの特性や配置形態、及び、
重畳結合レンズ390のレンズ特性によっては、省略す
ることが可能である。
As shown in FIG. 4, the condensing lens array 310 includes a plurality of condensing lenses 311, which are eccentric lenses, arranged in a matrix, and a light beam splitting beam constituting the first optical element 200. It is configured using the same number of condenser lenses 311 as the lenses 201. That is, when the first optical element is constituted by a light beam splitting lens composed of M rows × N columns, the condensing lens array similarly has M rows × N
It is composed of a condensing lens composed of rows. The function of the condenser lens array is to convert each intermediate light beam emitted from the first optical element 200 into a polarization separation unit array 320.
Is to efficiently guide the light while condensing it at a specific place.
Therefore, in general, the polarization separation unit array 320
In accordance with the characteristics of the intermediate light beam 202 incident on the polarization separation unit array 320, and further taking into consideration that the inclination of the principal ray is ideally parallel to the system optical axis L. The size and lens characteristics of each condenser lens are optimized. Furthermore, from the viewpoint of miniaturizing the optical system and improving the light use efficiency,
In some cases, the condensing lens array 310 is configured by using a condensing lens whose shape on the XY plane is similar to the light beam splitting lens 201. Therefore, in this example, the same eccentric lens as the light beam splitting lens 201 is used as the condenser lens 311 in consideration of optimization of optical characteristics and cost reduction of the optical system. Unit 3
The incident angle of the intermediate light beam incident on 30 is the most ideal angle (0 degree). The arrangement of the condenser lenses 311 is also set so as to correspond to the arrangement of the condensed images 203 formed by the first optical element 200.
That is, two types of eccentric lenses having different eccentric directions are alternately arranged in the row direction. However, as shown in FIG. 2, since the arrangement of the condensed images in the same column direction (Y direction) is linear, the arrangement of the condenser lenses is also linear in the same column direction. Note that the condenser lens array 310 is not necessarily an essential component, and the characteristics of the intermediate light beam incident on the polarization separation unit array 320, the characteristics and arrangement of the polarization separation unit array, and
It can be omitted depending on the lens characteristics of the superposition coupling lens 390.

【0061】次に、偏光分離ユニットアレイ320は、
その外観を図5に示すように、複数の偏光分離ユニット
330がX方向(行方向)に配列した構成であり、偏光
分離ユニットの数は第1の光学要素200を構成する光
束分割レンズ201のX方向に並ぶ数に等しい。
Next, the polarization separation unit array 320
As shown in FIG. 5, a plurality of polarization separation units 330 are arranged in the X direction (row direction), and the number of polarization separation units is equal to that of the light beam splitting lens 201 constituting the first optical element 200. It is equal to the number arranged in the X direction.

【0062】偏光分離ユニット330はその外観を図6
に示す様に、内部に偏光光束分離面331と反射面33
2とを備えたY方向に細長い四角柱状の構造体であり、
偏光分離ユニットに入射する中間光束のそれぞれをP偏
光光束とS偏光光束とに空間的に分離する機能を有して
いる。本例の場合、偏光分離ユニット330のX方向に
おける大きさは光束分割レンズ201のX方向における
大きさと等しく、また、偏光分離ユニット330のY方
向における大きさは第1の光学要素200のY方向にお
ける大きさと等しくなるように設定されている。従っ
て、同一列方向(Y方向)に列ぶ一連(5つ)の中間光
束(集光像)に対して1つの偏光分離ユニットが対応す
るようになっている。勿論、一つの中間光束に対して一
つの偏光分離ユニットが対応するように、すなわち、第
1の光学要素200を構成する光束分割レンズ201と
等しい数の偏光分離ユニットを、集光レンズアレイ31
0のように、マトリックス状に配列することにより偏光
分離ユニットアレイ320を構成してもよい。但し、偏
光分離ユニット330の大きさに関しては、必ずしも上
記の設定値に限定される訳ではなく、第1の光学要素2
00で形成された中間光束(集光像)の全体の大きさに
より決定されるものである。
The appearance of the polarization separation unit 330 is shown in FIG.
As shown in the figure, inside the polarized light beam separating surface 331 and the reflecting surface 33
2 is a rectangular prism-shaped structure elongated in the Y direction, comprising:
It has a function of spatially separating each of the intermediate light beams incident on the polarization separation unit into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam. In the case of this example, the size of the polarization splitting unit 330 in the X direction is equal to the size of the light beam splitting lens 201 in the X direction, and the size of the polarization splitting unit 330 in the Y direction is the size of the first optical element 200 in the Y direction. Is set to be equal to the size at. Therefore, one polarization separation unit corresponds to a series (five) of intermediate light beams (condensed images) arranged in the same column direction (Y direction). Needless to say, one polarization splitting unit corresponds to one intermediate light flux, that is, the same number of polarization splitting units as the light splitting lenses 201 constituting the first optical element 200 are provided to the condenser lens array 31.
As in the case of 0, the polarization separation unit array 320 may be configured by arranging in a matrix. However, the size of the polarization separation unit 330 is not necessarily limited to the above set value, and the first optical element 2
It is determined by the overall size of the intermediate light flux (condensed image) formed at 00.

【0063】偏光光束分離面331はシステム光軸Lに
対して約45度の傾きをなし、且つ、反射面332は偏
光光束分離面331と平行な状態をなし、さらに、偏光
光束分離面331がXY平面上に投影する断面積(後述
するP出射面333の面積に等しい)と反射面332が
XY平面上に投影する断面積(後述するS出射面334
の面積に等しい)が等しくなるように、偏光光束分離面
331と反射面332とは設定されている。従って、本
例では、偏光光束分離面331が存在する領域のXY平
面上でのX方向における大きさWpと反射面332が存
在する領域のXY平面上でのX方向における大きさWm
とは等しくなり、且つ、それぞれは偏光分離ユニット3
30のXY平面上でのX方向における大きさWの半分に
等しい。尚、一般的に、偏光光束分離面は誘電体多層膜
で、また、反射面は誘電体多層膜またはアルミニウム膜
で容易に形成することができる。誘電体多層膜の使用に
より、光吸収を伴うことなくランダムな偏光光束をP偏
光光束とS偏光光束とに分離でき、また、特定の偏光光
束を反射させることができる。
The polarized light beam splitting surface 331 has an inclination of about 45 degrees with respect to the system optical axis L, the reflective surface 332 is parallel to the polarized light beam separating surface 331, and the polarized light beam separating surface 331 is The cross-sectional area projected on the XY plane (equal to the area of a P exit surface 333 described later) and the cross-sectional area projected by the reflecting surface 332 on the XY plane (S exit surface 334 described later)
Are set so that the polarization beam separation surface 331 and the reflection surface 332 are equal. Therefore, in this example, the size Wp in the X direction on the XY plane of the region where the polarized light beam separation surface 331 exists and the size Wm in the X direction on the XY plane of the region where the reflection surface 332 exists.
And each of the polarization separation units 3
30 is equal to half the size W in the X direction on the XY plane. In general, the polarized light beam separating surface can be easily formed by a dielectric multilayer film, and the reflecting surface can be easily formed by a dielectric multilayer film or an aluminum film. By using the dielectric multilayer film, a randomly polarized light beam can be separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam without light absorption, and a specific polarized light beam can be reflected.

【0064】偏光分離ユニット330に入射した中間光
束202は、偏光光束分離面331において、進行方向
を変えずに偏光光束分離面331を通過するP偏光光束
335と、偏光光束分離面331で反射され隣接する反
射面332の方向に進行方向を変えるS偏光光束336
とに分離される。P偏光光束335はそのままP出射面
333を経て偏光分離ユニットから出射され、S偏光光
束336は再び反射面332で進行方向を変え、P偏光
光束335とほぼ平行な状態となって、S出射面334
を経て偏光分離ユニットから出射される。従って、偏光
分離ユニットに入射したランダムな偏光光束は偏光分離
ユニットにより偏光方向が異なるP偏光光束とS偏光光
束の二種類の偏光光束に分離され、偏光分離ユニットの
異なる場所(P出射面とS出射面)からほぼ同じ方向に
向けて出射される。偏光分離ユニットは上記の様な作用
を有することから、それぞれの偏光分離ユニット330
の偏光光束分離面331が存在する領域にそれぞれの中
間光束202を導く必要があり、そのため、偏光分離ユ
ニット内の偏光光束分離面の中央部に中間光束が入射す
るように、それぞれの偏光分離ユニット330とそれぞ
れの集光レンズ311の位置関係やそれぞれの集光レン
ズ311のレンズ特性を調整しておく必要がある。本例
の場合には、それぞれの偏光分離ユニット330内の偏
光光束分離面331の中央部にそれぞれの集光レンズの
中心(レンズの光軸ではない)が来るように配置するた
め、集光レンズアレイ310は、偏光分離ユニットのX
方向における大きさの1/4に相当する距離だけ、偏光
分離ユニットアレイ320に対してX方向にずらした状
態で配置されている。尚、同様の観点から、第1の光学
要素200は、光束分割レンズ201のX方向における
大きさの1/4に相当する距離だけ、第2の光学要素3
00に対してX方向にずらした状態で配置されている
(図1では、第1の光学要素200の第3行目部分の光
束分割レンズのみが描かれているため、第2の光学要素
に対する第1の光学要素のずらし量は光束分割レンズ2
01のX方向における大きさの1/2となっている)。
The intermediate light beam 202 incident on the polarization beam splitting unit 330 is reflected on the polarized light beam splitting surface 331 by the P-polarized light beam 335 passing through the polarized light beam separating surface 331 without changing the traveling direction and the polarized light beam separating surface 331. S-polarized light beam 336 that changes its traveling direction in the direction of the adjacent reflecting surface 332
And separated. The P-polarized light beam 335 is directly emitted from the polarization splitting unit via the P-emitting surface 333, and the S-polarized light beam 336 changes its traveling direction again at the reflecting surface 332, and becomes substantially parallel to the P-polarized light beam 335. 334
And is emitted from the polarization separation unit. Therefore, the randomly polarized light beam incident on the polarization separation unit is separated by the polarization separation unit into two types of polarized light beams, P-polarized light beam and S-polarized light beam, whose polarization directions are different from each other. The light is emitted from the emission surface) in substantially the same direction. Since the polarization separation units have the functions described above, each polarization separation unit 330
It is necessary to guide each intermediate light beam 202 to a region where the polarized light beam splitting surface 331 exists. Therefore, each of the polarization beam splitting units is set so that the intermediate light beam enters the center of the polarized light beam splitting surface in the polarized light beam splitting unit. It is necessary to adjust the positional relationship between 330 and each condenser lens 311 and the lens characteristics of each condenser lens 311. In the case of this example, since the centers of the respective condensing lenses (not the optical axes of the lenses) are located at the center of the polarized light beam separating surfaces 331 in the respective polarized light separating units 330, the condensing lenses are arranged. The array 310 has a polarization separation unit X
It is arranged in a state shifted in the X direction with respect to the polarization separation unit array 320 by a distance corresponding to 1 / of the size in the direction. In addition, from the same viewpoint, the first optical element 200 is separated from the second optical element 3 by a distance corresponding to 1 / of the size of the light beam splitting lens 201 in the X direction.
1 is displaced in the X direction with respect to 00 (in FIG. 1, only the light beam splitting lens in the third row portion of the first optical element 200 is drawn, The shift amount of the first optical element is the light beam splitting lens 2
01 in the X direction).

【0065】偏光分離ユニットアレイ320の出射面の
側には、λ/2位相差板381が規則的に配置された選
択位相差板380が設置されている。即ち、偏光分離ユ
ニットアレイ320を構成する偏光分離ユニット330
のP出射面333の部分にのみλ/2位相差板381が
配置され、S出射面334の部分にはλ/2位相差板3
81は設置されていない(図6を参照)。この様なλ/
2位相差板381の配置状態により、偏光分離ユニット
330から出射されたP偏光光束は、λ/2位相差板3
81を通過する際に偏光方向の回転作用を受けS偏光光
束へと変換される。一方、S出射面334から出射され
たS偏光光束はλ/2位相差板381を通過しないの
で、偏光方向は変化せず、S偏光光束のまま選択位相差
板380を通過する。以上をまとめると、偏光分離ユニ
ットアレイ320と選択位相差板380により、偏光方
向がランダムな中間光束は一種類の偏光光束(この場合
はS偏光光束)に変換されたことになる。
A selective retardation plate 380 on which a λ / 2 retardation plate 381 is regularly arranged is provided on the exit surface side of the polarization separation unit array 320. That is, the polarization separation unit 330 constituting the polarization separation unit array 320
The λ / 2 retardation plate 381 is disposed only on the P exit surface 333 of the, and the λ / 2 retardation plate 3 is disposed on the S exit surface 334.
81 is not installed (see FIG. 6). Such λ /
Depending on the arrangement state of the two phase difference plates 381, the P-polarized light beam emitted from the polarization separation unit 330 becomes λ / 2 phase difference plate 3
When passing through 81, it undergoes a rotating action in the direction of polarization and is converted into an S-polarized light beam. On the other hand, since the S-polarized light beam emitted from the S exit surface 334 does not pass through the λ / 2 phase plate 381, the polarization direction does not change and passes through the selected phase plate 380 as the S-polarized light beam. In summary, the polarization separation unit array 320 and the selective retardation plate 380 convert an intermediate light beam having a random polarization direction into one type of polarized light beam (in this case, an S-polarized light beam).

【0066】選択位相差板380の出射面の側には、重
畳結合レンズ390が配置されており、選択位相差板3
80によりS偏光光束に揃えられた光束は、重畳結合レ
ンズ390により照明領域90へと導かれ、照明領域上
で重畳結合される。ここで、重畳結合レンズ390は1
つのレンズ体である必要はなく、第1の光学要素200
のように、複数のレンズの集合体であってもよい。
On the side of the exit surface of the selective retardation plate 380, a superposition coupling lens 390 is disposed.
The light beam adjusted to the S-polarized light beam by 80 is guided to the illumination area 90 by the superposition coupling lens 390, and is superposed and coupled on the illumination area. Here, the superposition coupling lens 390 is 1
Need not be two lens bodies, the first optical element 200
As in the above, an aggregate of a plurality of lenses may be used.

【0067】第2の光学要素300の機能をまとめる
と、第1の光学要素200により分割された中間光束2
02(つまり、光束分割レンズ201により切り出され
たイメージ面)は、第2の光学要素300により照明領
域90上で重畳結合される。これと同時に、途中の偏光
分離ユニットアレイ320により、ランダムな偏光光束
である中間光束は偏光方向が異なる二種類の偏光光束に
空間的に分離され、選択位相差板380を通過する際に
一種類の偏光光束に変換されて、殆どすべての光が照明
領域90へと達する。このため、照明領域90は殆ど一
種類の偏光光束でほぼ均一に照明されることになる。
The function of the second optical element 300 can be summarized as follows: the intermediate light beam 2 split by the first optical element 200
02 (that is, the image plane cut out by the light beam splitting lens 201) is superimposed and coupled on the illumination area 90 by the second optical element 300. At the same time, the intermediate light beam, which is a random polarized light beam, is spatially separated into two types of polarized light beams having different polarization directions by the polarized light separating unit array 320 on the way, and one type of light beam passes through the selective retardation plate 380. , And almost all light reaches the illumination area 90. Therefore, the illumination area 90 is almost uniformly illuminated with one kind of polarized light beam.

【0068】以上説明したように、本例の偏光照明装置
1によれば、光源部10から出射されたランダムな偏光
光束を、第1の光学要素200と第2の光学要素300
により構成される偏光発生装置20により、ほぼ一種類
の偏光方向を有する非常に多数の光束に変換すると共
に、その偏光方向の揃った光束により照明領域90を均
一に照明できるという効果を有する。特に、中間光束を
2種類の偏光光束に分離する過程では、照明領域上で重
畳結合される光束の数は中間光束の数の2倍に増えるた
め、照明領域における照明光の均一性は著しく向上す
る。加えて、偏光光束の発生過程においては光損失を殆
ど伴わないため、光源部から出射される光の殆どすべて
を照明領域90へと導くことができ、従って、偏光照明
装置1においては光の利用効率が極めて高いという特徴
を有する。
As described above, according to the polarized light illuminating device 1 of the present embodiment, the randomly polarized light beam emitted from the light source unit 10 is transmitted to the first optical element 200 and the second optical element 300.
Has the effect of converting the light into a very large number of light fluxes having almost one kind of polarization direction and uniformly illuminating the illumination area 90 with the light fluxes having the same polarization direction. In particular, in the process of separating the intermediate light beam into two types of polarized light beams, the number of light beams superimposed and coupled on the illumination area is twice as large as the number of intermediate light beams, so that the uniformity of the illumination light in the illumination area is significantly improved. I do. In addition, since almost no light loss occurs in the process of generating the polarized light flux, almost all of the light emitted from the light source unit can be guided to the illumination area 90. It has the characteristic that the efficiency is extremely high.

【0069】また、第1の光学要素200を構成する光
束分割レンズ201を、Y方向に隣り合う光束分割レン
ズでは、Y方向と直交するX方向における配列ピッチの
ほぼ半分の長さに相当する距離だけ、それぞれがX方向
に相互にずれた状態となるように配置しているため、光
源部から出射される光束が非常に不均一な強度分布を有
するような場合でも、必要以上に光束分割レンズの数を
増やすことなく、照明領域90上において光強度分布や
その角度分布が極めて均一な高品位の偏光光束を照明光
として得ることができる。
Further, the light beam splitting lens 201 constituting the first optical element 200 is disposed such that the light beam splitting lens adjacent to the Y direction has a distance corresponding to substantially half the arrangement pitch in the X direction orthogonal to the Y direction. However, since they are arranged so as to be shifted from each other in the X direction, even when the light beam emitted from the light source unit has a very non-uniform intensity distribution, the light beam splitting lens is more than necessary. Without increasing the number of light beams, it is possible to obtain, as illumination light, a high-quality polarized light beam having a very uniform light intensity distribution and its angular distribution on the illumination area 90.

【0070】尚、本例では、第2の光学要素300を構
成する集光レンズアレイ310、偏光分離ユニットアレ
イ320、選択位相差板380及び重畳結合レンズ39
0は光学的に一体化されており、それらの界面において
発生する光損失を低減し、光利用効率を一層高める効果
を発揮している。
In this embodiment, the condensing lens array 310, the polarization separation unit array 320, the selective phase plate 380, and the superposition coupling lens 39 constituting the second optical element 300 are used.
Numerals 0 are optically integrated, exhibiting the effect of reducing light loss occurring at the interface between them and further increasing light use efficiency.

【0071】さらに、横長の矩形形状である照明領域9
0の形状に合わせて、第1の光学要素200を構成する
光束分割レンズ201を横長の形状とし、同時に、偏光
分離ユニットアレイ320から出射された二種類の偏光
光束を横方向(X方向)に分離する形態としている。こ
のため、横長の矩形形状を有する照明領域90を照明す
る場合でも、光量を無駄にすることなく、照明効率(光
利用効率)を高めることができる。
Further, the illumination area 9 having a horizontally long rectangular shape
0, the light beam splitting lens 201 constituting the first optical element 200 has a horizontally long shape, and at the same time, the two types of polarized light beams emitted from the polarization separation unit array 320 are moved in the horizontal direction (X direction). It is in the form of separation. For this reason, even when illuminating the illumination region 90 having a horizontally long rectangular shape, the illumination efficiency (light use efficiency) can be increased without wasting the light amount.

【0072】一般に、偏光方向がランダムな光束をP偏
光光束とS偏光光束とに単純に分離すると、分離後の光
束全体の幅は2倍に拡がり、それに応じて光学系も大型
化してしまう。しかし、本発明の偏光照明装置では、第
1の光学要素200により微小な複数の集光像203を
形成し、それらの形成過程で生じた光の存在しない空間
を上手く利用し、その空間に偏光分離ユニット330の
反射面332を配置することにより、2つの偏光光束に
分離することに起因して生じる光束の横方向への幅の広
がりを吸収しているので、光束全体の幅は広がらず、小
型の光学系を実現できるという特徴がある。
In general, if a light beam having a random polarization direction is simply separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, the width of the entire separated light beam is doubled, and the optical system is correspondingly enlarged. However, in the polarized light illuminating apparatus of the present invention, a plurality of minute condensed images 203 are formed by the first optical element 200, and a space where no light is generated in the process of forming them is effectively used, and the space is polarized. By arranging the reflection surface 332 of the separation unit 330, the spread of the width of the light beam in the horizontal direction caused by separation into two polarized light beams is absorbed, so that the width of the entire light beam does not increase. The feature is that a small optical system can be realized.

【0073】(偏光照明装置2)第1の光学要素200
により形成される集光像203の大きさと、中間光束2
02の光束径が最も細くなった状態における光束径とは
ほぼ等価であり、それぞれの集光像はすべて同じ寸法形
状をなしている訳ではない。即ち、光源光軸R付近に位
置する光束分割レンズによって形成される集光像はその
寸法が大きく、光源光軸Rから離れた周辺部に位置する
光束分割レンズによって形成される集光像はその寸法が
小さい。従って、第1の光学要素により形成されるそれ
ぞれの集光像の寸法形状に合わせて、偏光分離ユニット
アレイを構成するそれぞれの偏光分離ユニットの寸法形
状を最適化すれば、光学系の効率を一層向上させられる
と共に、光学系の小型化を達成できる。尚、この場合、
2つの偏光光束をX方向に分離しているため、偏光分離
ユニットのX方向とZ方向の大きさを最適化するだけで
も、光学系の効率を向上することができる。
(Polarized Lighting Apparatus 2) First Optical Element 200
The size of the condensed image 203 formed by
02 is almost equivalent to the light beam diameter in the state where the light beam diameter is the smallest, and not all the condensed images have the same size and shape. That is, the condensed image formed by the light beam splitting lens located near the light source optical axis R has a large size, and the condensed image formed by the light beam splitting lens located at a peripheral portion distant from the light source optical axis R has a large size. Small dimensions. Therefore, by optimizing the size and shape of each polarization separation unit constituting the polarization separation unit array according to the size and shape of each condensed image formed by the first optical element, the efficiency of the optical system is further improved. As a result, the size of the optical system can be reduced. In this case,
Since the two polarized light beams are separated in the X direction, the efficiency of the optical system can be improved only by optimizing the sizes of the polarized light separating unit in the X direction and the Z direction.

【0074】また、偏光分離ユニットアレイ320を構
成する偏光分離ユニット330の配置の仕方は、実施例
1の場合のように全ての偏光分離面331が平行な位置
関係で配置される必要はない。従って、偏光分離ユニッ
トの配置の仕方を工夫することで、光学系の効率を一層
向上できたり、或いは、第2の光学要素の大きさを小型
化できる可能性がある。
The arrangement of the polarization separation units 330 constituting the polarization separation unit array 320 does not need to be arranged in a parallel positional relationship as in the first embodiment. Therefore, there is a possibility that the efficiency of the optical system can be further improved or the size of the second optical element can be reduced by devising a method of disposing the polarization separation unit.

【0075】さらに、集光レンズアレイ310を構成す
るそれぞれの集光レンズ311のXY平面における寸法
形状は、対応して配置されるそれぞれの偏光分離ユニッ
ト330に入射する中間光束の大きさに合わせて設定さ
れればよい。すなわち、集光レンズのX方向の寸法は、
対応して配置されるそれぞれの偏光分離ユニットのX方
向の寸法の、少なくとも半分以上であれば十分である。
Further, the size and shape of each condensing lens 311 constituting the condensing lens array 310 on the XY plane are adjusted in accordance with the size of the intermediate light beam incident on each of the corresponding polarization separation units 330. It only has to be set. That is, the dimension of the condenser lens in the X direction is
It is sufficient that at least half or more of the dimension in the X direction of each of the corresponding polarization separation units is arranged.

【0076】従って、上記の点を考慮して構成した別の
偏光照明装置の一例を偏光照明装置2として、図7を用
いて説明する。尚、この図7は、先の図1と同様に、第
2の光学要素300の中心を通るXZ平面における断面
図である。また、この偏光照明装置2、および以下に説
明する各実施例では、基本的な構成が実施例1に係わる
偏光照明装置1と同じであるため、同じ機能を有する部
分には同じ符号を付して、その説明を省略する。本例の
偏光照明装置2では、偏光分離ユニットに入射する中間
光束の大きさに合わせて、それぞれの偏光分離ユニット
と集光レンズのX方向における大きさを最適化し、同時
に、システム光軸Lを対称軸として、偏光分離面がXY
平面内で左右対称な状態となるように偏光分離ユニット
を配置している。そのため、基本的な構成は偏光照明装
置1の場合とほぼ同じであるが、第1の光学要素200
を構成する光束分割レンズ201のレンズ特性、偏光分
離ユニットアレイ320を構成するそれぞれの偏光分離
ユニット330の寸法形状及びその配置状態、選択位相
差板380を構成するλ/2位相差板381の寸法形状
及びその配置状態、及び重畳結合レンズ390の構成、
偏光分離ユニットアレイ320に対する光源部10と第
1の光学要素200の位置関係等が偏光照明装置1とは
やや異なっている。
Therefore, an example of another polarized light illuminating device constructed in consideration of the above points will be described as a polarized light illuminating device 2 with reference to FIG. Note that FIG. 7 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the second optical element 300, similarly to FIG. Further, in the polarized light illuminating device 2 and each of the embodiments described below, since the basic configuration is the same as that of the polarized light illuminating device 1 according to the first embodiment, the portions having the same functions are denoted by the same reference numerals. Therefore, the description is omitted. In the polarized light illuminating device 2 of the present example, the sizes of the respective polarized light separating units and the condenser lens in the X direction are optimized according to the size of the intermediate light beam incident on the polarized light separating unit, and at the same time, the system optical axis L is adjusted. As the symmetry axis, the polarization separation plane is XY
The polarization separation unit is arranged so as to be symmetrical in the plane. Therefore, the basic configuration is almost the same as that of the polarized light illuminating device 1, but the first optical element 200
, The size and shape of each polarization separation unit 330 constituting the polarization separation unit array 320, the arrangement thereof, and the dimension of the λ / 2 phase difference plate 381 constituting the selected phase difference plate 380. The shape and its arrangement state, the configuration of the superposition coupling lens 390,
The positional relationship between the light source unit 10 and the first optical element 200 with respect to the polarization separation unit array 320 is slightly different from that of the polarized light illumination device 1.

【0077】本例の偏光分離ユニットアレイ320は、
X方向とZ方向の寸法が異なる(Y方向の寸法は同じで
ある)2種類の偏光分離ユニットL340、偏光分離ユ
ニットS341を用いて構成されている。即ち、システ
ム光軸L付近に位置する偏光分離ユニットL340は寸
法の大きな集光像に対応できるようにX方向とZ方向の
寸法が大きく、一方、システム光軸Lから離れた周辺部
に位置する偏光分離ユニットS341は寸法の小さな集
光像に対応できればよいからX方向とZ方向の寸法は小
さくなっている。尚、偏光分離ユニットの大きさを配置
場所に応じて変化させた場合には、システム光軸Lを対
称軸として、偏光光束分離面331がXY平面内で左右
対称な状態となるように偏光分離ユニットを配置するこ
とで、一般的には光学系が構成し易くなる。
The polarization separation unit array 320 of the present example
It is configured by using two types of polarization separation units L340 and S341 having different dimensions in the X direction and the Z direction (the dimensions in the Y direction are the same). That is, the polarization separation unit L340 located near the system optical axis L has large dimensions in the X direction and the Z direction so as to be able to cope with a large condensed image, while being located at a peripheral portion away from the system optical axis L. Since the polarization separation unit S341 only needs to be able to cope with a condensed image having a small size, the dimensions in the X and Z directions are small. When the size of the polarization separation unit is changed according to the location, the polarization separation is performed such that the polarization beam separation surface 331 is symmetrical in the XY plane with the system optical axis L as the axis of symmetry. By arranging the units, it is generally easy to configure the optical system.

【0078】また、偏光分離ユニットアレイ320の出
射面の側に配置される選択位相差板380も、偏光分離
ユニット330の大きさに対応するように、λ/2位相
差板のXY平面上における大きさが最適化されている。
即ち、システム光軸L付近には大きな寸法のλ/2位相
差板L382を、システム光軸Lから離れた周辺部には
小さな寸法の小さなλ/2位相差板S383を配置した
選択位相差板380を用いている。さらに、選択位相差
板380の出射面の側に配置される重畳結合レンズ39
0も、偏光分離ユニット330の大きさに対応するよう
に、大きさ及びレンズ特性の異なる複数のレンズで構成
された複合レンズとなっている。
Further, the selective retardation plate 380 disposed on the side of the exit surface of the polarization separation unit array 320 is also arranged on the XY plane of the λ / 2 retardation plate so as to correspond to the size of the polarization separation unit 330. The size has been optimized.
That is, a selected phase difference plate in which a large λ / 2 phase difference plate L382 is arranged near the system optical axis L, and a small size small λ / 2 phase difference plate S383 is arranged around the system optical axis L. 380 is used. Further, the superposition coupling lens 39 arranged on the side of the exit surface of the selective retardation plate 380
Reference numeral 0 is a complex lens composed of a plurality of lenses having different sizes and lens characteristics so as to correspond to the size of the polarization separation unit 330.

【0079】勿論、実施例1の偏光照明装置1の場合と
同様に、光束分割レンズ201及び集光レンズ311は
いずれも偏心レンズであり、第1の光学要素200によ
り形成される中間光束202をそれぞれの偏光分離ユニ
ット330に効率よく入射できるように、上記レンズは
それぞれ最適化されている。
Of course, as in the case of the polarized light illumination device 1 of the first embodiment, both the light beam splitting lens 201 and the condenser lens 311 are decentered lenses, and the intermediate light beam 202 formed by the first optical element 200 is Each of the lenses is optimized so that it can be efficiently incident on each polarization separation unit 330.

【0080】以上のような構成を採用することにより、
第1の光学要素200により形成されるそれぞれの中間
光束202(集光像203)をほぼ完全に第2の光学要
素300に取り込むことができるため、偏光光束の発生
過程で殆ど光損失を生じず、従って、光源光の利用効率
を一層向上させることができる。また、偏光分離ユニッ
ト330及び集光レンズ311のXY平面における寸法
を必要最小限の大きさに最適化しているため、第2の光
学要素300を小型化できると共に、低コスト化を達成
できる効果がある。
By adopting the above configuration,
Since each intermediate light beam 202 (condensed image 203) formed by the first optical element 200 can be almost completely taken into the second optical element 300, almost no light loss occurs in the process of generating the polarized light beam. Therefore, the utilization efficiency of the light source light can be further improved. In addition, since the dimensions of the polarization separation unit 330 and the condenser lens 311 in the XY plane are optimized to the minimum necessary size, the second optical element 300 can be reduced in size and the cost can be reduced. is there.

【0081】(偏光照明装置1を用いた表示装置)偏光
照明装置1が組み込まれた直視型の表示装置の一例につ
いて説明する。尚、本例においては、偏光照明装置から
の出射光束を表示情報に基づいて変調する変調手段とし
て透過型の液晶パネルを用いている。
(Display Device Using Polarization Lighting Apparatus 1) An example of a direct-view type display apparatus incorporating the polarization lighting apparatus 1 will be described. In this example, a transmissive liquid crystal panel is used as a modulating means for modulating a light beam emitted from the polarized light illuminating device based on display information.

【0082】図8は、本例の表示装置3の光学系の要部
を示した概略構成図であり、YZ平面における断面構造
を示している。本例の表示装置3は、図1に示した偏光
照明装置1、反射ミラー510、及び液晶パネル520
から大略構成されている。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a main part of an optical system of the display device 3 of the present example, and shows a cross-sectional structure in the YZ plane. The display device 3 of the present example includes the polarization illuminating device 1, the reflection mirror 510, and the liquid crystal panel 520 illustrated in FIG.
Approximately.

【0083】偏光照明装置1は、ランダムな偏光光束を
一方向に出射する光源部10を備え、この光源部10か
ら出射されたランダムな偏光光束は、偏光発生装置20
によりほぼ一種類の偏光光束に変換される。この偏光照
明装置1から出射された偏光光束は、反射ミラー510
により光の進行方向を約90度曲げられ、液晶パネル5
20をほぼ一種類の偏光光束により照明する。液晶パネ
ルの前後には偏光板521が配置されている。尚、反射
ミラーに変えて導光体(例えば、光ファイバー)を用い
てもよく、さらに、視野角の改善を目的として光拡散板
を液晶パネル520の手前(反射ミラー510側)に配
置した構造としてもよい。
The polarized light illuminating device 1 includes a light source unit 10 for emitting a randomly polarized light beam in one direction.
Is converted into almost one kind of polarized light beam. The polarized light beam emitted from the polarized light illumination device 1 is reflected by a reflection mirror 510.
The direction of light can be bent about 90 degrees by the
20 is illuminated with approximately one type of polarized light beam. Polarizing plates 521 are arranged before and after the liquid crystal panel. Note that a light guide (for example, an optical fiber) may be used instead of the reflection mirror, and a light diffusion plate is arranged in front of the liquid crystal panel 520 (on the reflection mirror 510 side) for the purpose of improving the viewing angle. Is also good.

【0084】このように構成した表示装置3では、一種
類の偏光光束を変調するタイプの液晶パネルが用いられ
ている。従って、従来の照明装置を用いてランダムな偏
光光束を液晶パネルに導くと、ランダムな偏光光束のう
ちの約半分の光は、偏光板521で吸収されて熱に変わ
ってしまい、光の利用効率が悪いという問題点があっ
た。しかし、本例の表示装置3では、かかる問題点が大
幅に改善されている。
In the display device 3 configured as described above, a liquid crystal panel that modulates one kind of polarized light beam is used. Therefore, when a randomly polarized light beam is guided to a liquid crystal panel using a conventional lighting device, about half of the random polarized light beam is absorbed by the polarizing plate 521 and converted into heat, and the light utilization efficiency is increased. There was a problem that was bad. However, in the display device 3 of the present example, such a problem is greatly improved.

【0085】即ち、本例の表示装置3では、偏光照明装
置1において、一方の偏光光束(例えばP偏光光束)の
みに対して、λ/2位相差板によって偏光面の回転作用
を与え、他方の偏光光束(例えばS偏光光束)と偏光方
向が揃った状態とする。それ故、偏光方向の揃ったほぼ
一種類の偏光光束が液晶パネル520に導かれるので、
偏光板521による光吸収は非常に少なく、従って、光
源光の利用効率が向上し、明るい表示状態を得ることが
できる。
That is, in the display device 3 of the present embodiment, in the polarized light illuminating device 1, only one polarized light beam (for example, P-polarized light beam) is given a rotating action of the polarization plane by the λ / 2 retardation plate, and the other is. (For example, S-polarized light beam) and the polarization direction are aligned. Therefore, almost one kind of polarized light beam having a uniform polarization direction is guided to the liquid crystal panel 520.
Light absorption by the polarizing plate 521 is extremely small, and therefore, the efficiency of use of light from the light source is improved, and a bright display state can be obtained.

【0086】また、本例の表示装置3を構成する偏光照
明装置1においては、第1の光学要素200を構成する
光束分割レンズ201を、Y方向に隣り合う光束分割レ
ンズでは、Y方向と直交するX方向における配列ピッチ
のほぼ半分の長さに相当する距離だけ、それぞれがX方
向に相互にずれた状態となるように配置すると共に、中
間光束を2種類の偏光光束に分離する過程で照明領域で
ある液晶パネル520上で重畳結合される光束の数が2
倍に増えているため、液晶パネル上において光強度分布
やその角度分布が極めて均一な高品位の照明光を得るこ
とができ、従って、明るさムラや色ムラの少ない明るい
高品位な表示状態を得ることができる。
Further, in the polarized light illuminating device 1 constituting the display device 3 of the present embodiment, the light beam splitting lens 201 forming the first optical element 200 is replaced with the light beam splitting lens adjacent to the Y direction in the direction orthogonal to the Y direction. Are arranged so as to be shifted from each other in the X direction by a distance corresponding to substantially half the arrangement pitch in the X direction, and the illumination is performed in the process of separating the intermediate light beam into two types of polarized light beams. When the number of light beams superimposed and coupled on the liquid crystal panel 520, which is a region, is 2
Since the light intensity distribution and the angular distribution are extremely uniform on the liquid crystal panel, it is possible to obtain high-quality illumination light, and therefore, a bright high-quality display state with less brightness unevenness and color unevenness can be obtained. Obtainable.

【0087】なお、本例の表示装置3では実施例1の偏
光照明装置1を用いたが、このかわりに前述した実施例
2の偏光照明装置2を用いることができることは言うま
でもない。
Although the polarization illuminating device 1 of the first embodiment is used in the display device 3 of the present embodiment, it goes without saying that the polarization illuminating device 2 of the second embodiment can be used instead.

【0088】(偏光照明装置1を用いた投写型表示装置
の第1の例)実施例1に示した偏光照明装置1が組み込
まれた投写型表示装置の第1の例について説明する。
尚、本例においては、偏光照明装置からの出射光束を表
示情報に基づいて変調する変調手段として透過型の液晶
パネルを用いている。
(First Example of Projection Display Device Using Polarization Lighting Device 1) A first example of a projection display device incorporating the polarization lighting device 1 shown in Embodiment 1 will be described.
In this example, a transmissive liquid crystal panel is used as a modulating means for modulating a light beam emitted from the polarized light illuminating device based on display information.

【0089】図9は、本例の投写型表示装置4の光学系
の要部を示した概略構成図であり、XZ平面における構
成を示している。本例の投写型表示装置4は、実施例1
に示した偏光照明装置1、白色光束を3色の色光に分離
する色光分離手段、それぞれの色光を表示情報に基づい
て変調し表示映像を形成する3枚の透過型液晶パネル、
3色の色光を合成しカラー画像を形成する色光合成手
段、そのカラー画像を投写表示する投写光学系とから大
略構成されている。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a main part of an optical system of the projection display device 4 of the present example, and shows a configuration in the XZ plane. The projection display device 4 of the present embodiment is similar to the projection display device of the first embodiment
, A polarized light illuminating device, color light separating means for separating a white light beam into three color lights, three transmissive liquid crystal panels for modulating each color light based on display information and forming a display image,
A color light combining means for combining three color lights to form a color image and a projection optical system for projecting and displaying the color image.

【0090】本例の偏光照明装置1は、ランダムな偏光
光束を一方向に出射する光源部10を備え、この光源部
10から出射されたランダムな偏光光束は、偏光発生装
置20によりほぼ一種類の偏光光束に変換される。
The polarized light illuminating device 1 of this embodiment includes a light source unit 10 for emitting a randomly polarized light beam in one direction. Is converted into a polarized light beam.

【0091】この偏光照明装置1から出射された光束
は、まず、色光分離手段である青光緑光反射ダイクロイ
ックミラー801において、赤色光が透過し、青色光及
び緑色光が反射する。赤色光は、反射ミラー802で反
射され、赤光用液晶パネル803に達する。一方、青色
光及び緑色光のうち、緑色光は、やはり色光分離手段で
ある緑光反射ダイクロイックミラー804によって反射
され、緑光用液晶パネル805に達する。
The light beam emitted from the polarized light illuminating device 1 first transmits red light and reflects blue light and green light in a blue light green light reflecting dichroic mirror 801 as color light separating means. The red light is reflected by the reflection mirror 802 and reaches the liquid crystal panel 803 for red light. On the other hand, of the blue light and the green light, the green light is reflected by the green light reflecting dichroic mirror 804, which is also a color light separating means, and reaches the green light liquid crystal panel 805.

【0092】ここで、青色光は各色光のうちで最も長い
光路長を持つので、青色光に対しては、入射レンズ80
6、リレーレンズ808、及び出射レンズ810からな
るリレーレンズ系で構成された導光手段850を設けて
ある。即ち、青色光は、緑光反射ダイクロイックミラー
804を透過した後に、まず、入射レンズ806及び反
射ミラー807を経て、リレーレンズ808に導かれ、
このリレーレンズに集束された後、反射ミラー809に
よって出射レンズ810に導かれ、しかる後に、青光用
液晶パネル811に達する。ここで、3ヶ所の液晶パネ
ル803、805、811は、それぞれの色光を変調
し、各色光に対応した映像情報を含ませた後に、変調し
た色光を色光合成手段であるクロスダイクロイックプリ
ズム813に入射する。クロスダイクロイックプリズム
813には、赤光反射の誘電体多層膜と青光反射の誘電
体多層膜とが十字状に形成されており、それぞれの変調
光束を合成しカラー映像を形成する。ここで形成された
カラー映像は、投写光学系である投写レンズ814によ
りスクリーン815上に拡大投影され、投写映像を形成
する。
Here, since blue light has the longest optical path length of each color light, the blue
6, a light guiding means 850 composed of a relay lens system including a relay lens 808 and an emission lens 810 is provided. That is, after transmitting the blue light through the green light reflecting dichroic mirror 804, the blue light is first guided to the relay lens 808 via the incident lens 806 and the reflecting mirror 807,
After being focused on this relay lens, it is guided to the emission lens 810 by the reflection mirror 809, and then reaches the blue light liquid crystal panel 811. Here, the three liquid crystal panels 803, 805, and 811 modulate the respective color lights and include image information corresponding to the respective color lights, and then input the modulated color lights to the cross dichroic prism 813 which is a color light synthesis unit. I do. In the cross dichroic prism 813, a dielectric multilayer film for reflecting red light and a dielectric multilayer film for reflecting blue light are formed in a cross shape, and the modulated light beams are combined to form a color image. The color image formed here is enlarged and projected on a screen 815 by a projection lens 814 as a projection optical system to form a projection image.

【0093】このように構成した投写型表示装置4で
は、一種類の偏光光束を変調するタイプの液晶パネルが
用いられている。従って、従来の照明装置を用いてラン
ダムな偏光光束を液晶パネルに導くと、ランダムな偏光
光束のうちの約半分の光は、偏光板(図示せず)で吸収
されて熱に変わってしまうので、光の利用効率が悪いと
共に、偏光板の発熱を抑える大型で騒音の大きな冷却装
置が必要であるという問題点があった。しかし、本例の
投写型表示装置4では、かかる問題点が大幅に改善され
ている。
In the projection display device 4 configured as described above, a liquid crystal panel that modulates one kind of polarized light beam is used. Therefore, when a randomly polarized light beam is guided to a liquid crystal panel using a conventional lighting device, about half of the randomly polarized light beam is absorbed by a polarizing plate (not shown) and turned into heat. In addition, there is a problem that the light use efficiency is low and a large and noisy cooling device for suppressing heat generation of the polarizing plate is required. However, in the projection display device 4 of the present embodiment, such a problem is greatly improved.

【0094】即ち、本例の投写型表示装置4では、偏光
照明装置1において、一方の偏光光束(例えばP偏光光
束)のみに対して、λ/2位相差板によって偏光面の回
転作用を与え、他方の偏光光束(例えばS偏光光束)と
偏光方向が揃った状態とする。それ故、偏光方向の揃っ
たほぼ一種類の偏光光束が3ヶ所の液晶パネル803、
805、811に導かれるので、偏光板による光吸収は
非常に少なく、従って、光の利用効率が向上し、明るい
投写映像を得ることができる。また、偏光板による光吸
収量が低減するので、偏光板での温度上昇が抑制され、
従って、冷却装置の小型化と低騒音化を達成でき、高性
能な投写型表示装置を実現できる。
That is, in the projection display device 4 of the present embodiment, in the polarized light illuminating device 1, only one polarized light beam (for example, a P-polarized light beam) is rotated by a λ / 2 retardation plate to rotate the polarization plane. The polarization direction of the other polarized light beam (for example, S-polarized light beam) is aligned. Therefore, almost one kind of polarized luminous flux having a uniform polarization direction is supplied to three liquid crystal panels 803,
Since the light is guided to 805 and 811, the light absorption by the polarizing plate is very small, so that the light use efficiency is improved and a bright projected image can be obtained. In addition, since the amount of light absorbed by the polarizing plate is reduced, temperature rise in the polarizing plate is suppressed,
Therefore, the cooling device can be reduced in size and noise can be reduced, and a high-performance projection display device can be realized.

【0095】また、本例の投写型表示装置4において
は、色光合成手段としてクロスダイクロイックプリズム
813を用いているが、このクロスダイクロイックプリ
ズム813は赤光反射の誘電体多層膜と青光反射の誘電
体多層膜を形成した4つの直角プリズムからなる複合体
であるため、それらの直角プリズムが十字状に接合され
た境界面では局部的に大きな光散乱を生じる。従って、
このクロスダイクロイックプリズムを用いて投写型表示
装置を構成すると、クロスダイクロイックプリズムの中
央部で生じる局部的な光散乱の影響で、投写映像の中央
部が縦方向に暗くなり、非常に目障りなものとなるとい
う問題があった。この問題を解決するためには、クロス
ダイクロイックプリズムを通過する光の均質性(光強度
分布やその角度分布を均一化すること)を高めることが
必要であり、即ちそれは、液晶パネルを照明する光の均
質性を高めることに他ならない。これに対して、本例の
投写型表示装置4では、かかる問題点が大幅に改善され
ている。
Further, in the projection display device 4 of this embodiment, the cross dichroic prism 813 is used as the color light combining means. The cross dichroic prism 813 is composed of a red light reflecting dielectric multilayer film and a blue light reflecting dielectric film. Since it is a composite composed of four right-angle prisms formed with a body multilayer film, large light scattering locally occurs at the boundary surface where the right-angle prisms are joined in a cross shape. Therefore,
When a projection type display device is configured using this cross dichroic prism, the central part of the projected image becomes vertically dark due to local light scattering generated at the central part of the cross dichroic prism, which is very obstructive. There was a problem of becoming. In order to solve this problem, it is necessary to increase the homogeneity of the light passing through the cross dichroic prism (to make the light intensity distribution and its angular distribution uniform), that is, it is necessary to improve the light illuminating the liquid crystal panel. Is nothing less than improving the homogeneity of On the other hand, in the projection display device 4 of the present embodiment, such a problem is greatly improved.

【0096】即ち、本例の投写型表示装置4を構成する
偏光照明装置1においては、第1の光学要素200を構
成する光束分割レンズ201を、Y方向に隣り合う光束
分割レンズでは、Y方向と直交するX方向における配列
ピッチのほぼ半分の長さに相当する距離だけ、それぞれ
がX方向に相互にずれた状態となるように配置すると共
に、中間光束を2種類の偏光光束に分離する過程で照明
領域である各液晶パネル803、805、811上で重
畳結合される光束の数が2倍に増えているため、各液晶
パネル803、805、811上において極めて光強度
分布やその角度分布が均一な高品位の照明光を得ること
ができる。この光の均質性が高い照明光を利用して投写
映像を形成するため、クロスダイクロイックプリズム8
13における局部的な光散乱の影響を回避でき、投写映
像の中央部が縦方向に暗くなることなく、高品位な映像
をスクリーン815上に映し出すことができる。
That is, in the polarized light illuminating device 1 constituting the projection type display device 4 of this embodiment, the light beam splitting lens 201 forming the first optical element 200 is replaced by the light beam splitting lens adjacent in the Y direction. And distributing the intermediate light beam into two types of polarized light beams while displacing each other in the X direction by a distance corresponding to substantially half the array pitch in the X direction orthogonal to the X direction. Since the number of luminous fluxes superimposed and coupled on each of the liquid crystal panels 803, 805, and 811 as illumination regions is doubled, the light intensity distribution and its angular distribution on each of the liquid crystal panels 803, 805, and 811 are extremely low. Uniform high-quality illumination light can be obtained. In order to form a projection image using the illumination light having high homogeneity of the light, the cross dichroic prism 8 is used.
13, the effect of local light scattering can be avoided, and a high-quality image can be displayed on the screen 815 without the central part of the projected image becoming dark in the vertical direction.

【0097】さらに、偏光照明装置1では、第2の光学
要素300において、2種類の偏光光束を横方向(X方
向)に空間的に分離している。従って、光量を無駄にす
ることがなく、横長の矩形形状をした液晶パネルを照明
するのに都合がよい。
Further, in the polarized light illuminating device 1, the two kinds of polarized light beams are spatially separated in the horizontal direction (X direction) in the second optical element 300. Therefore, it is convenient to illuminate a horizontally long rectangular liquid crystal panel without wasting light.

【0098】先の実施例1に関して説明したように、本
例の偏光照明装置1では、偏光変換光学要素を組み入れ
ているにもかかわらず、偏光分離ユニットアレイ320
を出射する光束の幅の広がりが抑えられている。このこ
とは、液晶パネルを照明する際に、大きな角度を伴って
液晶パネルに入射する光が殆どないことを意味してい
る。従って、Fナンバーの小さい大口径で高価な投写レ
ンズを用いなくても明るい投写映像を実現でき、その結
果、小型の投写型表示装置を実現できる。
As described in connection with the first embodiment, in the polarized light illuminating apparatus 1 of the present embodiment, the polarization separation unit array 320 is included although the polarization conversion optical element is incorporated.
The spread of the width of the light beam that emits light is suppressed. This means that when illuminating the liquid crystal panel, almost no light enters the liquid crystal panel with a large angle. Therefore, a bright projected image can be realized without using a large-diameter and expensive projection lens having a small F-number, and as a result, a small-sized projection display device can be realized.

【0099】また、本例では、色光合成手段として、ク
ロスダイクロイックプリズム813を用いているので、
装置の小型化が可能である。また、液晶パネル802、
805、811と投写レンズ系との間の光路の長さが短
いので、比較的小さな口径の安価な投写レンズを用いて
も、明るい投写映像を実現できる。また、各色光は、3
光路のうちの1光路のみ、その光路長が異なるが、本例
では光路長が最も長い青色光に対しては、入射レンズ8
06、リレーレンズ808、及び出射レンズ810から
なるリレーレンズ系で構成した導光手段850を設けて
あるので、色ムラなどが生じない。
In this embodiment, since the cross dichroic prism 813 is used as the color light combining means,
The size of the device can be reduced. In addition, a liquid crystal panel 802,
Since the length of the optical path between 805 and 811 and the projection lens system is short, a bright projection image can be realized even if an inexpensive projection lens having a relatively small aperture is used. Each color light is 3
Although only one of the optical paths has a different optical path length, in this example, for the blue light having the longest optical path length, the incident lens 8 is used.
Since there is provided the light guiding means 850 composed of a relay lens system composed of the optical lens 06, a relay lens 808, and an emission lens 810, color unevenness does not occur.

【0100】尚、2枚のダイクロイックミラーを色光合
成手段として用いたミラー光学系により投写型表示装置
を構成することもできる。勿論、その場合においても本
例の偏光照明装置を組み込むことが可能であり、本例の
場合と同様に、光の利用効率に優れた明るい高品位の投
写映像を形成することができる。
The projection type display device can be constituted by a mirror optical system using two dichroic mirrors as color light combining means. Of course, even in that case, the polarized light illuminating device of this example can be incorporated, and a bright high-quality projected image with excellent light use efficiency can be formed as in the case of this example.

【0101】最後に、本例の投写型表示装置4では実施
例1の偏光照明装置1を用いたが、このかわりに前述し
た実施例2の偏光照明装置2を用いることができること
は言うまでもない。
Finally, the polarization illuminating device 1 of the first embodiment is used in the projection type display device 4 of the present embodiment, but it goes without saying that the polarization illuminating device 2 of the second embodiment can be used instead.

【0102】(偏光照明装置1を用いた投写型表示装置
の第2の例)偏光照明装置1が組み込まれた投写型表示
装置の第2の例について説明する。尚、本例において
は、偏光照明装置からの出射光束を表示情報に基づいて
変調する変調手段として反射型の液晶パネルを用いてい
る。
(Second Example of Projection Display Using Polarization Lighting Apparatus 1) A second example of a projection display incorporating the polarization lighting apparatus 1 will be described. In this example, a reflection type liquid crystal panel is used as a modulating means for modulating a light beam emitted from the polarized light illuminating device based on display information.

【0103】図10は、本例の投写型表示装置5の光学
系の要部を平面的にみた概略構成図である。本例の投写
型表示装置5は、実施例1に示した偏光照明装置1、偏
光ビームスプリッタ860、色光分離手段と色光合成手
段を兼ねたクロスダイクロイックプリズム813、変調
手段である3つの反射型液晶パネル、及び投写光学系で
ある投写レンズ814とから大略構成されている。
FIG. 10 is a schematic structural view of a main part of the optical system of the projection display device 5 of this embodiment, as viewed in plan. The projection display device 5 of the present example includes the polarization illuminating device 1, the polarization beam splitter 860, the cross dichroic prism 813 that also serves as a color light separating unit and a color light combining unit, and three reflective liquid crystals serving as modulation units. It is roughly composed of a panel and a projection lens 814 as a projection optical system.

【0104】本例の偏光照明装置1は、ランダムな偏光
光束を一方向に出射する光源部10を備え、この光源部
10から出射されたランダムな偏光光束は、偏光発生装
置20によりほぼ一種類の偏光光束(本例の場合はS偏
光光束)に変換される。
The polarized light illuminating device 1 of this embodiment includes a light source unit 10 for emitting a randomly polarized light beam in one direction, and a random polarized light beam emitted from the light source unit 10 is almost one type by a polarization generator 20. (In this example, an S-polarized light beam).

【0105】この偏光照明装置1から出射された光束
は、偏光ビームスプリッタ860に入射し、偏光分離面
861で反射され進行方向を略90度変えられ、隣接す
るクロスダイクロイックプリズム813へ入射する。こ
こで、偏光照明装置1から出射される光束はその大部分
がS偏光光束であるが、僅かながらS偏光光束とは偏光
方向が異なる偏光光束(本例の場合はP偏光光束)が混
入している場合があり、その偏光方向が異なる偏光光束
(P偏光光束)は偏光分離面861をそのまま通過し偏
光ビームスプリッタ860から出射される(このP偏光
光束は液晶パネルを照明する照明光とはならない)。
The light beam emitted from the polarized light illuminating device 1 enters the polarizing beam splitter 860, is reflected by the polarization separating surface 861, is changed in traveling direction by approximately 90 degrees, and is incident on the adjacent cross dichroic prism 813. Here, most of the light beam emitted from the polarized light illumination device 1 is an S-polarized light beam, but a slightly polarized light beam (P-polarized light beam in this example) having a different polarization direction from the S-polarized light beam is mixed. The polarized light beams having different polarization directions (P-polarized light beams) pass through the polarization splitting surface 861 as they are and are emitted from the polarization beam splitter 860 (the P-polarized light beams are different from the illumination light for illuminating the liquid crystal panel). No).

【0106】クロスダイクロイックプリズム813に入
射したS偏光光束は、クロスダイクロイックプリズムに
より波長に応じて赤色光、緑色光、及び青色光の3つの
光束に分離され、それぞれ対応する赤光用反射型液晶パ
ネル871、緑光用反射型液晶パネル872、及び青光
用反射型液晶パネル873に達し、それぞれの液晶パネ
ルを照明する。即ち、クロスダイクロイックプリズム8
13は液晶パネルを照明する照明光に対しては色光分離
手段として機能している。
The S-polarized light beam incident on the cross dichroic prism 813 is separated by the cross dichroic prism into three light beams of red light, green light, and blue light according to the wavelength, and the corresponding reflective liquid crystal panels for red light. 871, a reflective liquid crystal panel 872 for green light, and a reflective liquid crystal panel 873 for blue light, and illuminates the respective liquid crystal panels. That is, the cross dichroic prism 8
Reference numeral 13 functions as a color light separating unit for illuminating light for illuminating the liquid crystal panel.

【0107】ここで、本例で用いている液晶パネル87
1、872、873は反射型であるため、それぞれの液
晶パネルでは、それぞれの色光を変調し、各色光に対応
した外部からの表示情報を含ませると同時に、それぞれ
の液晶パネルから出射される光束の偏光方向を変化さ
せ、且つ、光束の進行方向を略反転させている。従っ
て、それぞれの液晶パネルからの反射光は表示情報に応
じて部分的にP偏光状態となって出射される。それぞれ
の液晶パネルから出射された変調光束(P偏光光束が主
体となる)は、再び、クロスダイクロイックプリズム8
13に入射し、一つの光学像に合成されて、隣接する偏
光ビームスプリッタ860に再度入射する。即ち、クロ
スダイクロイックプリズム813は液晶パネルから出射
される変調光束に対しては色光合成手段として機能して
いる。
Here, the liquid crystal panel 87 used in this example is
Since each of the liquid crystal panels 1, 872, and 873 is a reflection type, each liquid crystal panel modulates each color light to include display information from the outside corresponding to each color light, and at the same time, a light flux emitted from each liquid crystal panel. Are changed, and the traveling direction of the light beam is substantially reversed. Therefore, the reflected light from each liquid crystal panel is emitted in a partially P-polarized state according to the display information. The modulated light flux (mainly a P-polarized light flux) emitted from each liquid crystal panel is again applied to the cross dichroic prism 8.
13, are combined into one optical image, and are again incident on the adjacent polarizing beam splitter 860. That is, the cross dichroic prism 813 functions as a color light combining unit for the modulated light flux emitted from the liquid crystal panel.

【0108】偏光ビームスプリッタ860に入射した光
束のうち、液晶パネル871、872、873で変調さ
れた光束はP偏光光束となっているため、偏光ビームス
プリッタ860の偏光分離面861をそのまま通過し、
投写レンズ814を経てスクリーン815上に投写映像
を形成する。
Among the light beams incident on the polarization beam splitter 860, the light beam modulated by the liquid crystal panels 871, 872, and 873 is a P-polarized light beam, and therefore passes through the polarization splitting surface 861 of the polarization beam splitter 860 without change.
A projection image is formed on a screen 815 via a projection lens 814.

【0109】このように構成した投写型表示装置5にお
いても、先の投写型表示装置4の場合と同様に、一種類
の偏光光束を変調するタイプの液晶パネルが用いられて
いるため、ランダムな偏光光束を照明光とする従来の照
明装置を用いた場合には、先の実施例4で述べたよう
に、光の利用効率が悪く明るい投写映像を得難いという
問題点があった。しかし、本例の投写型表示装置5で
は、かかる問題点が大幅に改善されている。
In the projection display device 5 configured as described above, as in the case of the projection display device 4 described above, a liquid crystal panel of a type that modulates one kind of polarized light beam is used. In the case of using a conventional illumination device using polarized light as illumination light, as described in the fourth embodiment, there is a problem in that light utilization efficiency is low and it is difficult to obtain a bright projected image. However, in the projection display device 5 of the present example, such a problem is greatly improved.

【0110】即ち、本例の投写型表示装置5では、従来
の照明装置に代えて本発明の偏光照明装置1を用いるこ
とにより、偏光方向の揃ったほぼ一種類の偏光光束を効
率的に発生でき、従って、偏光ビームスプリッタ860
に入射する光束は、そのほとんど全てが照明光束として
3ヶ所の反射型の液晶パネル871、872、873に
導かれることになる。従って、光の利用効率が向上し、
明るく、明るさムラや色ムラのない投写映像を得ること
ができる。
That is, in the projection display device 5 of this example, by using the polarized light illuminating device 1 of the present invention instead of the conventional illuminating device, it is possible to efficiently generate almost one kind of polarized luminous flux having a uniform polarization direction. Yes, therefore, the polarizing beam splitter 860
, Almost all of the light flux is guided to three reflective liquid crystal panels 871, 872, 873 as illumination light flux. Therefore, light use efficiency is improved,
It is possible to obtain a projected image which is bright and free from brightness unevenness and color unevenness.

【0111】また、本例の投写型表示装置5において
は、色光分離手段及び色光合成手段としてクロスダイク
ロイックプリズムを用いているが、先の実施例4で述べ
たように、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問
題に起因して生じる局部的な光散乱による投写映像の画
質の低下を、液晶パネルを照明する光の均質性を高める
ことにより大幅に改善している。
In the projection display device 5 of this embodiment, the cross dichroic prism is used as the color light separating means and the color light synthesizing means. However, as described in the fourth embodiment, the structure of the cross dichroic prism is limited. The degradation of the quality of the projected image due to local light scattering caused by the problem described above is greatly improved by increasing the homogeneity of the light illuminating the liquid crystal panel.

【0112】すなわち、本例の投写型表示装置5を構成
する偏光照明装置1においては、第1の光学要素200
を構成する光束分割レンズ201を、Y方向に隣り合う
光束分割レンズでは、Y方向と直交するX方向における
配列ピッチのほぼ半分の長さに相当する距離だけ、それ
ぞれがX方向に相互にずれた状態となるように配置する
と共に、中間光束を2種類の偏光光束に分離する過程で
照明領域である各液晶パネル上で重畳結合される光束の
数が2倍に増えているため、各液晶パネル上において極
めて光強度分布やその角度分布が均一な高品位の照明光
を得ることができる。この光の均質性が高い照明光を利
用して投写映像を形成するため、クロスダイクロイック
プリズム813における局部的な光散乱の影響を回避で
き、投写映像の中央部が縦方向に暗くなることなく、高
品位な映像をスクリーン815上に映し出すことができ
る。
That is, in the polarized light illuminating device 1 constituting the projection display device 5 of this embodiment, the first optical element 200
Are separated from each other in the X direction by a distance corresponding to almost half the arrangement pitch in the X direction orthogonal to the Y direction in the light beam splitting lenses adjacent to each other in the Y direction. And the number of light beams superimposed and coupled on each liquid crystal panel, which is an illumination area, in the process of separating the intermediate light beam into two types of polarized light beams is doubled. As described above, it is possible to obtain high-quality illumination light having a very uniform light intensity distribution and its angular distribution. Since the projection image is formed by using the illumination light having high homogeneity of the light, the influence of local light scattering in the cross dichroic prism 813 can be avoided, and the central portion of the projection image is not darkened in the vertical direction. A high-quality image can be projected on the screen 815.

【0113】前に説明したように、本例の偏光照明装置
1では、偏光変換光学要素を組み入れているにもかかわ
らず、偏光分離ユニットアレイ320を出射する光束の
幅の広がりが抑えられている。このことは、液晶パネル
を照明する際に、大きな角度を伴って液晶パネルに入射
する光が殆どないことを意味している。従って、Fナン
バーの小さい大口径で高価な投写レンズを用いなくても
明るい投写映像を実現でき、その結果、小型の投写型表
示装置を実現できる。
As described above, in the polarized light illuminating apparatus 1 of the present embodiment, the spread of the light beam emitted from the polarized light separating unit array 320 is suppressed, despite incorporating the polarization conversion optical element. . This means that when illuminating the liquid crystal panel, almost no light enters the liquid crystal panel with a large angle. Therefore, a bright projected image can be realized without using a large-diameter and expensive projection lens having a small F-number, and as a result, a small-sized projection display device can be realized.

【0114】尚、本例では、色光分離手段及び色光合成
手段としてクロスダイクロイックプリズムを用いている
が、それに代えて2枚のダイクロイックミラーを用いる
ことによっても投写型表示装置を構成することができ
る。勿論、その場合においても本例の偏光照明装置を組
み込むことが可能であり、本例の場合と同様に、光の利
用効率に優れた明るく高品位の投写映像を形成すること
ができる。
In this example, a cross dichroic prism is used as the color light separating means and the color light synthesizing means. However, a projection type display apparatus can be constructed by using two dichroic mirrors instead. Of course, in this case as well, the polarized light illuminating device of the present embodiment can be incorporated, and a bright and high-quality projected image excellent in light use efficiency can be formed as in the case of the present embodiment.

【0115】[0115]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の光学素子
は、非常に高い効率で特定の偏光光束を発生させること
が可能であり、また、明るさが均一で色むらのない偏光
光束を得ることが可能である。
As described above, the optical element of the present invention can generate a specific polarized light beam with extremely high efficiency, and can generate a polarized light beam having uniform brightness and no color unevenness. It is possible to get.

【0116】また、本発明の偏光発生装置は、ランダム
な偏光光束である入射光束から、照明領域における光強
度分布やその角度分布が入射光束のそれよりも均一であ
り、偏光方向がほぼ揃った出射光束を非常に高い効率で
発生することができる。
In the polarized light generator of the present invention, the light intensity distribution and its angular distribution in the illumination area are more uniform than those of the incident light beam from the incident light beam, which is a random polarized light beam, and the polarization directions are almost uniform. The outgoing light beam can be generated with very high efficiency.

【0117】さらに、本発明の表示装置ならびに投写型
表示装置は、表示面並びに投写面全体に渡ってきわめて
均一な画像を得ることが可能である。
Further, the display device and the projection type display device of the present invention can obtain a very uniform image over the display surface and the entire projection surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の偏光発生装置を用いた偏光照明装置の
一例である偏光照明装置1の光学系を示す概略構成図で
ある。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an optical system of a polarized light illuminating device 1 which is an example of a polarized light illuminating device using the polarized light generating device of the present invention.

【図2】偏光照明装置1の第1の光学要素の斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view of a first optical element of the polarized light illumination device 1.

【図3】偏光照明装置1の第1の光学要素を構成するそ
れぞれの光束分割レンズのレンズ光軸の位置を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing a position of a lens optical axis of each light beam splitting lens constituting a first optical element of the polarized light illumination device 1.

【図4】偏光照明装置1の集光レンズアレイの斜視図で
ある。
FIG. 4 is a perspective view of a condenser lens array of the polarized light illumination device 1.

【図5】偏光照明装置1の偏光分離ユニットアレイの斜
視図である。
FIG. 5 is a perspective view of a polarized light separation unit array of the polarized light illumination device 1.

【図6】偏光照明装置1の偏光分離ユニットの機能を説
明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a function of a polarization separation unit of the polarized light illumination device 1.

【図7】本発明の偏光発生装置を用いた偏光照明装置の
第2の例である偏光照明装置2の光学系を示す概略構成
図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an optical system of a polarized light illuminating device 2 which is a second example of the polarized light illuminating device using the polarized light generating device of the present invention.

【図8】偏光照明装置1が組み込まれた表示装置の一例
を示す光学系の概略構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an optical system showing an example of a display device in which the polarized light illumination device 1 is incorporated.

【図9】偏光照明装置1が組み込まれた投写型表示装置
の一例を示す光学系の概略構成図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an optical system showing an example of a projection display device in which the polarized light illumination device 1 is incorporated.

【図10】偏光照明装置1が組み込まれた投写型表示装
置の第2の例を示す光学系の概略構成図である。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an optical system showing a second example of a projection display device in which the polarized light illumination device 1 is incorporated.

【図11】特開平7−294906号公報に開示されて
いる偏光光学系の概略構成図である。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a polarization optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-294906.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2 偏光照明装置 3 表示装置 4、5 投写型表示装置 10 光源部 20 偏光発生装置 90 照明領域 101 光源ランプ 102 放物面リフレクター 200 第1の光学要素 201 光束分割レンズ 202 中間光束 203 集光像 204 レンズ光軸 205 レンズ中心 300 第2の光学要素 310 集光レンズアレイ 311 集光レンズ 320 偏光分離ユニットアレイ 330 偏光分離ユニット 331 偏光光束分離面 332 反射面 333 P出射面 334 S出射面 335 P偏光光束 336 S偏光光束 340 偏光分離ユニットL 341 偏光分離ユニットS 380 選択位相差板 381 λ/2位相差板 382 λ/2位相差板L 383 λ/2位相差板S 390 重畳結合レンズ 510、802、807、809 反射ミラー 520、950 液晶パネル 521 偏光板 801 青光緑光反射ダイクロイックミラー 803 赤光用液晶パネル 804 緑光反射ダイクロイックミラー 805 緑光用液晶パネル 806 入射レンズ 808 リレーレンズ 810 出射レンズ 811 青光用液晶パネル 813 クロスダイクロイックプリズム 814 投写レンズ 815 スクリーン 850 導光手段 860 偏光ビームスプリッタ 861 偏光分離面 871 赤光用反射型液晶パネル 872 緑光用反射型液晶パネル 873 青光用反射型液晶パネル 910 レンズ板 920 偏光ビームスプリッタ 930 反射プリズム 940 λ/2位相差板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Polarization illumination device 3 Display device 4, 5 Projection display device 10 Light source part 20 Polarization generator 90 Illumination area 101 Light source lamp 102 Parabolic reflector 200 First optical element 201 Beam splitting lens 202 Intermediate beam 203 Condensing Image 204 Lens optical axis 205 Lens center 300 Second optical element 310 Condensing lens array 311 Condensing lens 320 Polarization separation unit array 330 Polarization separation unit 331 Polarized light beam separation surface 332 Reflection surface 333 P emission surface 334 S emission surface 335 P Polarized light beam 336 S-polarized light beam 340 Polarization separation unit L 341 Polarization separation unit S 380 Selective phase difference plate 381 λ / 2 phase difference plate 382 λ / 2 phase difference plate L 383 λ / 2 phase difference plate S 390 Superposition coupling lens 510, 802, 807, 809 Reflecting mirror 520, 9 0 Liquid crystal panel 521 Polarizing plate 801 Blue light green light reflecting dichroic mirror 803 Red light liquid crystal panel 804 Green light reflecting dichroic mirror 805 Green light liquid crystal panel 806 Incident lens 808 Relay lens 810 Outgoing lens 811 Blue light liquid crystal panel 813 Cross dichroic prism 814 Projection Lens 815 Screen 850 Light guide means 860 Polarization beam splitter 861 Polarization separation surface 871 Reflection type liquid crystal panel for red light 872 Reflection type liquid crystal panel for green light 873 Reflection type liquid crystal panel for blue light 910 Lens plate 920 Polarization beam splitter 930 Reflection prism 940 λ / 2 phase difference plate

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射光束を集光し、互いに空間的に分離
された複数の中間光束に変換する第1の光学要素と、 前記中間光束が収束する位置付近に配置された第2の光
学要素とを有し前記第1の光学要素は、 マトリックス状に配置された複数の光束分割レンズから
なり、 前記複数の光束分割レンズはいずれも偏心レンズであ
り、且つ、列方向に隣り合う光束分割レンズが行方向に
相互にずれた状態で配列され、 前記第2の光学要素は、 前記中間光束のそれぞれをS偏光光束とP偏光光束とに
空間的に分離して出射する偏光光束分離手段と、 前記偏光光束分離手段から出射された前記P偏光光束、
前記S偏光光束のうちのいずれか一方の偏光方向を他方
の偏光方向に変換する偏光変換手段と、 前記他方の偏光光束と、前記偏光変換手段によって偏光
方向が変換された前記一方の偏光光束とを重畳結合させ
て出射光束に変換する重畳結合手段とを有することを特
徴とする偏光発生装置。
1. A first optical element for condensing an incident light beam and converting it into a plurality of intermediate light beams spatially separated from each other, and a second optical element disposed near a position where the intermediate light beam converges. Wherein the first optical element comprises a plurality of light beam splitting lenses arranged in a matrix, each of the plurality of light beam splitting lenses is an eccentric lens, and a light beam splitting lens adjacent in the column direction. Are arranged so as to be shifted from each other in the row direction, and the second optical element spatially separates each of the intermediate light beams into an S-polarized light beam and a P-polarized light beam and emits them. The P-polarized light beam emitted from the polarized light beam separating means,
A polarization conversion unit that converts one of the S-polarized light beams into the other polarization direction, and the other polarized light beam, and the one polarized light beam whose polarization direction is converted by the polarization conversion unit. And a superimposing and coupling means for superimposing and coupling the light into an outgoing light beam.
【請求項2】 請求項1において、 前記偏光光束分離手段は反射面と偏光光束分離面とを備
え、前記反射面と前記偏光光束分離面とは互いに平行に
配列されてなることを特徴とする偏光発生装置。
2. The polarized light beam separating means according to claim 1, wherein the polarized light beam separating means includes a reflecting surface and a polarized light beam separating surface, and the reflecting surface and the polarized light beam separating surface are arranged in parallel with each other. Polarization generator.
【請求項3】 請求項1において、 前記光束分割レンズの外形形状が矩形であることを特徴
とする偏光発生装置。
3. The polarization generator according to claim 1, wherein the outer shape of the light beam splitting lens is rectangular.
【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれかにおい
て、 前記第2の光学要素が、さらに、前記複数の中間光束を
それぞれ集光する集光手段を有し、前記集光手段はマト
リックス状に配置された複数の集光レンズからなること
を特徴とする偏光発生装置。
4. The optical system according to claim 1, wherein the second optical element further includes a light condensing means for condensing the plurality of intermediate light beams, and the light condensing means is a matrix. A polarization generator comprising a plurality of condenser lenses arranged in a shape.
【請求項5】 請求項4において、前記複数の集光レン
ズはいずれも偏心レンズであることを特徴とする偏光発
生装置。
5. The polarization generator according to claim 4, wherein each of the plurality of condenser lenses is an eccentric lens.
【請求項6】 光源部と、 前記光源部からの光束を集光し、互いに空間的に分離さ
れた複数の中間光束に変換する第1の光学要素と、 前記中間光束が収束する位置付近に配置された第2の光
学要素と、 前記第2の光学要素から出射された光束を変調する変調
手段とを有する表示装置であって、 前記第1の光学要素は、 マトリックス状に配置された複数の光束分割レンズから
なり、 前記複数の光束分割レンズはいずれも偏心レンズであ
り、且つ、列方向に隣り合う光束分割レンズが行方向に
相互にずれた状態で配列され、 前記第2の光学要素は、 前記中間光束のそれぞれをS偏光光束とP偏光光束とに
空間的に分離して出射する偏光光束分離手段と、 前記偏光光束分離手段から出射された前記P偏光光束、
前記S偏光光束のうちのいずれか一方の偏光方向を他方
の偏光方向に変換する偏光変換手段と、 前記他方の偏光光束と、前記偏光変換手段によって偏光
方向が変換された前記一方の偏光光束とを重畳結合させ
て出射光束に変換する重畳結合手段とを有することを特
徴とする表示装置。
6. A light source unit, a first optical element that collects a light beam from the light source unit and converts the light beam into a plurality of intermediate light beams spatially separated from each other, and near a position where the intermediate light beam converges. A display device comprising: a second optical element arranged; and a modulation unit that modulates a light beam emitted from the second optical element, wherein the first optical element includes a plurality of first optical elements arranged in a matrix. Wherein each of the plurality of light beam splitting lenses is an eccentric lens, and the light beam splitting lenses adjacent in the column direction are arranged in a state shifted from each other in the row direction, and the second optical element A polarized light beam separating unit that spatially separates each of the intermediate light beams into an S-polarized light beam and a P-polarized light beam and emits the light; the P-polarized light beam emitted from the polarized light beam separating device;
A polarization conversion unit that converts one of the S-polarized light beams into the other polarization direction, and the other polarized light beam, and the one polarized light beam whose polarization direction is converted by the polarization conversion unit. And superimposing and coupling means for superimposing and coupling the light into an output light beam.
【請求項7】 請求項6において、 前記偏光光束分離手段は反射面と偏光光束分離面とを備
え、前記反射面と前記偏光光束分離面とは互いに平行に
配列されてなることを特徴とする表示装置。
7. The polarized light beam separating means according to claim 6, wherein the polarized light beam separating means includes a reflecting surface and a polarized light beam separating surface, and the reflecting surface and the polarized light beam separating surface are arranged in parallel with each other. Display device.
【請求項8】 光源部と、 前記光源部からの光束を集光し、互いに空間的に分離さ
れた複数の中間光束に変換する第1の光学要素と、 前記中間光束が収束する位置付近に配置された第2の光
学要素と、 前記第2の光学要素から出射された光束を変調する変調
手段と、 前記変調手段によって変調された光束を投写する投写光
学手段とを有する投写型表示装置であって、 前記第1の光学要素は、 マトリックス状に配置された複数の光束分割レンズから
なり、 前記複数の光束分割レンズはいずれも偏心レンズであ
り、且つ、列方向に隣り合う光束分割レンズが行方向に
相互にずれた状態で配列され、 前記第2の光学要素は、 前記中間光束のそれぞれをS偏光光束とP偏光光束とに
空間的に分離して出射する偏光光束分離手段と、 前記偏光光束分離手段から出射された前記P偏光光束、
前記S偏光光束のうちのいずれか一方の偏光方向を他方
の偏光方向に変換する偏光変換手段と、 前記他方の偏光光束と、前記偏光変換手段によって偏光
方向が変換された前記一方の偏光光束とを重畳結合させ
て出射光束に変換する重畳結合手段とを有することを特
徴とする投写型表示装置。
8. A light source unit, a first optical element that collects light beams from the light source unit and converts them into a plurality of intermediate light beams spatially separated from each other, and near a position where the intermediate light beams converge. A projection display apparatus comprising: a second optical element disposed; a modulating unit that modulates a light beam emitted from the second optical element; and a projection optical unit that projects a light beam modulated by the modulating unit. The first optical element includes a plurality of light beam splitting lenses arranged in a matrix. Each of the plurality of light beam splitting lenses is an eccentric lens, and a light beam splitting lens adjacent in the column direction. The second optical element is arranged so as to be shifted from each other in the row direction, and the second optical element spatially separates each of the intermediate light beams into an S-polarized light beam and a P-polarized light beam, and emits the polarized light beam; Polarized light beam The P-polarized light beam emitted from the release means,
A polarization conversion unit that converts one of the S-polarized light beams into the other polarization direction, and the other polarized light beam, and the one polarized light beam whose polarization direction is converted by the polarization conversion unit. And superimposing and coupling means for superimposing and coupling the light into an output light beam.
【請求項9】 請求項8において、 前記偏光光束分離手段は反射面と偏光光束分離面とを備
え、前記反射面と前記偏光光束分離面とは互いに平行に
配列されてなることを特徴とする偏光発生装置。
9. The polarization beam splitting means according to claim 8, wherein the polarized light beam separating means includes a reflecting surface and a polarized light beam separating surface, and the reflecting surface and the polarized light beam separating surface are arranged in parallel with each other. Polarization generator.
【請求項10】 請求項8または請求項9において、 前記第2の光学要素が、さらに、前記複数の中間光束を
それぞれ集光する集光手段を有し、前記集光手段はマト
リックス状に配置された複数の集光レンズからなること
を特徴とする投写型表示装置。
10. The optical device according to claim 8, wherein the second optical element further includes a light condensing means for condensing the plurality of intermediate light beams, and the light condensing means is arranged in a matrix. A projection display device comprising: a plurality of condensing lenses.
【請求項11】 請求項10において、 前記複数の集光レンズはいずれも偏心レンズであること
を特徴とする投写型表示装置。
11. The projection display according to claim 10, wherein each of the plurality of condenser lenses is an eccentric lens.
【請求項12】 請求項8乃至請求項10のいずれかに
おいて、 前記複数の偏光光束分離手段のうち、前記光源部の光軸
付近に位置する前記偏光光束分離手段の寸法が、前記光
源部の光軸から離れた周辺部に位置する前記偏光光束分
離手段の寸法よりも大きいことを特徴とする投写型表示
装置。
12. The light source unit according to claim 8, wherein, of the plurality of polarized light beam separating units, the size of the polarized light beam separating unit located near the optical axis of the light source unit is smaller than that of the light source unit. A projection type display device, wherein the size of the polarized light beam separating means located in a peripheral portion distant from the optical axis is larger.
【請求項13】 光源部と、 前記光源部からの光束を集光し、互いに空間的に分離さ
れた複数の中間光束に変換する第1の光学要素と、 前記中間光束が収束する位置付近に配置された第2の光
学要素と、 前記第2の光学要素から出射された光束を2以上の色光
に分離する色光分離手段と、 前記色光分離手段から出射されるそれぞれの色光に対応
して設けられた2以上の前記変調手段と、 それぞれの前記変調手段によって変調された色光を合成
する色光合成手段と、 前記色光合成手段によって合成された光束を投写する投
写光学手段とを有する投写型表示装置であって、 前記第1の光学要素は、 マトリックス状に配置された複数の光束分割レンズから
なり、 前記複数の光束分割レンズはいずれも偏心レンズであ
り、且つ、列方向に隣り合う光束分割レンズが行方向に
相互にずれた状態で配列され、 前記第2の光学要素は、 前記中間光束のそれぞれをS偏光光束とP偏光光束とに
空間的に分離して出射する偏光光束分離手段と、前記偏
光光束分離手段から出射された前記P偏光光束、前記S
偏光光束のうちのいずれか一方の偏光方向を他方の偏光
方向に変換する偏光変換手段と、 前記他方の偏光光束と、前記偏光変換手段によって偏光
方向が変換された前記一方の偏光光束とを重畳結合させ
て出射光束に変換する重畳結合手段とを有することを特
徴とする投写型表示装置。
13. A light source unit, a first optical element that collects light beams from the light source unit and converts them into a plurality of intermediate light beams spatially separated from each other, and near a position where the intermediate light beams converge. A second optical element disposed; a color light separating unit configured to separate a light beam emitted from the second optical element into two or more color lights; and a plurality of color light beams provided from the color light separating unit. Projection-type display device, comprising: two or more of the above-mentioned modulating units; a color-light synthesizing unit that synthesizes the color lights modulated by the respective modulating units; Wherein the first optical element includes a plurality of light beam splitting lenses arranged in a matrix, and each of the plurality of light beam splitting lenses is an eccentric lens, and is adjacent in the column direction. The light beam splitting lenses are arranged so as to be shifted from each other in the row direction, and the second optical element spatially separates each of the intermediate light beams into an S-polarized light beam and a P-polarized light beam and emits them. Means, the P-polarized light beam emitted from the polarized light beam separating means,
A polarization conversion unit that converts one polarization direction of the polarized light beam into the other polarization direction, and the other polarized light beam and the one polarized light beam whose polarization direction is converted by the polarization conversion unit are superimposed. And a superimposing coupling means for coupling the light into an emitted light beam.
【請求項14】 請求項13において、 前記偏光光束分離手段は反射面と偏光光束分離面とを備
え、前記反射面と前記偏光光束分離面とは互いに平行に
配列されてなることを特徴とする偏光発生装置。
14. The polarization beam splitting means according to claim 13, wherein the polarized light beam separating means includes a reflecting surface and a polarized light beam separating surface, and the reflecting surface and the polarized light beam separating surface are arranged in parallel with each other. Polarization generator.
【請求項15】 請求項13または請求項14におい
て、 前記第2の光学要素が、さらに、前記複数の中間光束を
それぞれ集光する集光手段を有し、前記集光手段はマト
リックス状に配置された複数の集光レンズからなること
を特徴とする投写型表示装置。
15. The device according to claim 13, wherein the second optical element further includes a light condensing means for condensing the plurality of intermediate light beams, and the light condensing means is arranged in a matrix. A projection display device comprising: a plurality of condensing lenses.
【請求項16】 請求項15において、 前記複数の集光レンズはいずれも偏心レンズであること
を特徴とする投写型表示装置。
16. The projection display according to claim 15, wherein each of the plurality of condenser lenses is an eccentric lens.
【請求項17】 請求項13乃至請求項15のいずれか
において、 前記複数の偏光光束分離手段のうち、前記光源部の光軸
付近に位置する前記偏光光束分離手段の寸法が、前記光
源部の光軸から離れた周辺部に位置する前記偏光光束分
離手段の寸法よりも大きいことを特徴とする投写型表示
装置。
17. The light source unit according to claim 13, wherein, among the plurality of polarized light beam separating units, the size of the polarized light beam separating unit located near the optical axis of the light source unit is smaller than that of the light source unit. A projection type display device, wherein the size of the polarized light beam separating means located in a peripheral portion distant from the optical axis is larger.
【請求項18】 請求項13において、 前記色光合成手段は、ダイクロイック膜を十字状に配置
したクロスダイクロイックプリズムからなることを特徴
とする投写型表示装置。
18. The projection type display device according to claim 13, wherein said color light combining means comprises a cross dichroic prism in which dichroic films are arranged in a cross shape.
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