JPH1114831A - Polarized light separating device, and polarized light illuminating and projection type display device using the same - Google Patents

Polarized light separating device, and polarized light illuminating and projection type display device using the same

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JPH1114831A
JPH1114831A JP9271841A JP27184197A JPH1114831A JP H1114831 A JPH1114831 A JP H1114831A JP 9271841 A JP9271841 A JP 9271841A JP 27184197 A JP27184197 A JP 27184197A JP H1114831 A JPH1114831 A JP H1114831A
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JP
Japan
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light
incident
polarization
polarized light
lens array
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Application number
JP9271841A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinya Mito
真也 三戸
Yoshito Miyatake
義人 宮武
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Video Image Reproduction Devices For Color Tv Systems (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the thin type polarized light separating device which separates natural light into two polarized light components having different directions and projects them in mutually different directions. SOLUTION: This polarized light separating device is constituted in a plate shape by adhering an incidence-side prism 41 having a polarized light separating film 42 vapor-deposited on its oblique surface and a projection-side prism array 43 together with a transparent adhesive 44. The projection-side prism array 43 has a lower refractive index than the incidence-side prism 41. When natural light is made incident on the incidence-side prism 41 along the optical axis, its P-polarized light component is transmitted through the polarized light separating film 42 and projected in a direction off its optical axis and the S-polarized light component, on the other hand, is reflected by the polarized light separating film 42, reflected by an adjacent polarized light separating film 42, and projected in parallel to the optical axis.

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、自然光を進行方向
の異なる2つの直線偏光に分離する偏光分離装置及びそ
の製造方法、並びに偏光分離装置を用いた照明光学装置
及び照明光学装置を用いた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 polarization separation device for separating natural light into two linearly polarized lights having different traveling directions, a method of manufacturing the same, an illumination optical device using the polarization separation device, and a projection using the illumination optical device. The present invention relates to a type display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】大画面映像を得るための方法として、ラ
イトバルブに映像信号に応じた光学像を形成し、その光
学像に光を照射して投写レンズによりスクリーン上に拡
大投写する方法が従来よりよく知られている。最近で
は、ライトバルブとして液晶パネルを用いる投写型表示
装置が注目されており、例えば、特開昭62−1334
24号公報に記載されている。液晶パネルは、高画質の
投写画像を得るために、液晶材料としてツイストネマテ
ィック(TN)液晶を用い、各画素にスイッチング素子
としてTFTを設けたアクティブマトリックス型を用
い、赤用、緑用、青用として3枚の液晶パネルを用いる
のが主流となりつつある。また、最近では、2枚のレン
ズアレイ板を組み合わせたインテグレータを用いて投写
画像の照度均一性を向上させることが行われている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for obtaining a large screen image, a method of forming an optical image corresponding to an image signal on a light valve, irradiating the optical image with light, and enlarging and projecting the image on a screen by a projection lens has been used. Better known. Recently, a projection type display device using a liquid crystal panel as a light valve has attracted attention, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-1334.
No. 24, which is incorporated herein by reference. The liquid crystal panel uses an active matrix type in which a twisted nematic (TN) liquid crystal is used as a liquid crystal material and a TFT is provided in each pixel as a switching element in order to obtain a high quality projected image, and is used for red, green, and blue. It is becoming mainstream to use three liquid crystal panels. Recently, the uniformity of illuminance of a projected image has been improved by using an integrator in which two lens array plates are combined.

【0003】TN液晶とインテグレータを用いた投写型
表示装置の光学系の構成の従来例を図11を参照して説
明する。ランプ11、凹面鏡12、フィルタ13で、光
源14が構成され、ランプ11から放射される光は凹面
鏡12により平行に近い光に変換され、フィルタ13に
より赤外光と紫外光が除去される。光源14から出た光
は、入射側レンズアレイ15と出射側レンズアレイ16
とを組み合わせたインテグレータ17に入射する。入射
側レンズアレイ15は同一の長方形開口を有する複数の
正レンズ素子18を2次元状に配列したものであり、出
射側レンズアレイ16は各正レンズ素子18に対応する
複数の正レンズ素子19を2次元状に配列したものであ
る。インテグレータ17を出射した光は、ダイクロイッ
クミラー20,21と平面ミラー22で構成される色分
解光学系に入射し、赤、緑、青の3原色の光に分解され
る。各原色光は、それぞれフィールドレンズ23,2
4,25、入射側偏光板26,27,28を透過した後
に液晶パネル29,30,31に入射する。各正レンズ
素子18はランプ11の発光体に対応する実像を対応す
る正レンズ素子19上に形成する。各正レンズ素子19
は、対応する正レンズ素子18の開口に対応する実像を
各液晶パネル26,27,28上に形成し、それらの表
示領域よりわずかに大きい領域を照明する。入射側レン
ズアレイ15上の全体の輝度むらに比べて正レンズ素子
18内の輝度むらが小さいことと、出射側レンズアレイ
16が物体を180゜回転した実像を形成する作用によ
り、液晶パネル29,30,31上に形成されるの照度
均一性が良好になるために、最終的に投写画像の照度分
布が均一化される。液晶パネル29,30,31には映
像信号に応じて透過率の変化として光学像が形成され
る。液晶パネル29,30,31からの出射光は、それ
ぞれ出射側偏光板32,33,34を透過した後、ダイ
クロイックミラー35,36と平面ミラー37で構成さ
れる色合成光学系により1つの光に合成された後に投写
レンズ38に入射し、3つの液晶パネル29,30,3
1上の光学像は投写レンズ38によりスクリーン上に拡
大投写される。
A conventional example of the configuration of an optical system of a projection display device using a TN liquid crystal and an integrator will be described with reference to FIG. The light source 14 is composed of the lamp 11, the concave mirror 12, and the filter 13. The light emitted from the lamp 11 is converted into near parallel light by the concave mirror 12, and the filter 13 removes infrared light and ultraviolet light. Light emitted from the light source 14 is incident on the incident side lens array 15 and the exit side lens array 16.
Are incident on the integrator 17 which combines the above. The incident-side lens array 15 is a two-dimensional array of a plurality of positive lens elements 18 having the same rectangular aperture, and the emission-side lens array 16 includes a plurality of positive lens elements 19 corresponding to each positive lens element 18. They are arranged two-dimensionally. The light emitted from the integrator 17 enters a color separation optical system composed of dichroic mirrors 20 and 21 and a plane mirror 22, and is separated into light of three primary colors of red, green and blue. Each primary color light is respectively transmitted to the field lens 23, 2
4, 25, and enter the liquid crystal panels 29, 30, 31 after passing through the incident side polarizing plates 26, 27, 28. Each positive lens element 18 forms a real image corresponding to the illuminant of the lamp 11 on the corresponding positive lens element 19. Each positive lens element 19
Forms a real image corresponding to the aperture of the corresponding positive lens element 18 on each of the liquid crystal panels 26, 27, and 28, and illuminates an area slightly larger than their display area. Due to the fact that the brightness unevenness in the positive lens element 18 is smaller than the entire brightness unevenness on the incident side lens array 15 and that the output side lens array 16 forms a real image obtained by rotating the object by 180 °, the liquid crystal panels 29, Since the illuminance uniformity formed on 30 and 31 is improved, the illuminance distribution of the projected image is finally made uniform. Optical images are formed on the liquid crystal panels 29, 30, and 31 as changes in transmittance according to video signals. Outgoing lights from the liquid crystal panels 29, 30, and 31 pass through the outgoing-side polarizing plates 32, 33, and 34, respectively, and are converted into one light by a color combining optical system including dichroic mirrors 35 and 36 and a plane mirror 37. After being synthesized, the light is incident on the projection lens 38, and the three liquid crystal panels 29, 30, 3
The optical image on 1 is enlarged and projected on a screen by a projection lens 38.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】図11に示した投写型
表示装置に用いられるTN液晶パネルは、入射側に偏光
板が必要である。入射側偏光板は、光源から出射する自
然光を直線偏光に変換するために用いられるが、入射光
の約半分を吸収するので装置全体の光利用効率が低いと
いう問題がある。
The TN liquid crystal panel used in the projection display device shown in FIG. 11 needs a polarizing plate on the incident side. The incident side polarizing plate is used to convert natural light emitted from the light source into linearly polarized light. However, since it absorbs about half of the incident light, there is a problem that the light utilization efficiency of the entire device is low.

【0005】この問題を解決するために、自然光を直線
偏光に変換する偏光分離装置とインテグレータを組み合
わせた光学系が提案されている。例えば、特開平8−2
34205号公報には、直角プリズムとテーパー状ガラ
ス板の間に偏光分離膜を設け、テーパー状ガラス板の反
対側面に反射膜を設け、直角プリズムの出射側に入射側
レンズアレイを配置し、その出射光が出射側レンズアレ
イに入射するように構成された偏光分離装置が開示され
ている。しかし、この偏光分離装置は、直角プリズムが
かなり大きくなるために、高コストになるという問題が
あった。また、テーパー状ガラス板は場所により2つの
偏光成分の光の光路差が異なるため、出射側レンズアレ
イ上において2つの偏光成分の光をうまく分離できない
領域が発生し、効率があまり高くないという問題があっ
た。
In order to solve this problem, there has been proposed an optical system in which a polarization separation device for converting natural light into linearly polarized light and an integrator are combined. For example, JP-A-8-2
Japanese Patent No. 34205 discloses that a polarization separation film is provided between a right-angle prism and a tapered glass plate, a reflection film is provided on the opposite side of the tapered glass plate, and an incident-side lens array is arranged on the exit side of the right-angle prism. There is disclosed a polarization beam splitting device configured such that is incident on the exit lens array. However, this polarization separation device has a problem in that the right-angle prism becomes considerably large, so that the cost is high. Further, since the optical path difference between the two polarized light components differs depending on the location of the tapered glass plate, a region where the two polarized light components cannot be separated well on the exit-side lens array is generated, and the efficiency is not so high. was there.

【0006】特開平8−234205号公報には、複数
のプリズム素子を平板状に組み合わせた偏光分離装置を
用い、光源から出射する自然光を偏光方向が直交する2
つの偏光成分の光に分離し、2つの偏光成分の光を異な
る方向に出射させ、2つの偏光成分の光が出射側レンズ
アレイの各正レンズ素子の異なる位置を透過するように
した構成も開示されている。しかし、偏光分離装置の構
成が複雑であり、組み立てにくいという問題があった。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-234205 discloses a polarization separation device in which a plurality of prism elements are combined in a plate shape, and converts natural light emitted from a light source into light beams having polarization directions orthogonal to each other.
Also disclosed is a configuration in which two polarized light components are separated into two polarized light components, the two polarized light components are emitted in different directions, and the two polarized light components are transmitted through different positions of each positive lens element of the exit lens array. Have been. However, there has been a problem that the configuration of the polarization separation device is complicated and it is difficult to assemble.

【0007】また、特開平6−202094号公報に
は、鋸歯状プリズムアレイ基板に屈折率異方性を有する
材料を接合した薄型の偏光分離素子と、インテグレータ
とを組み合わせた偏光変換光学系が開示されている。こ
の偏光分離素子は偏光方向により境界面の屈折率差が異
なるために、出射光線の進む方向を常光線と異常光線と
でずらすことができる。しかし、この偏光分離素子は屈
折率異方性材料として使い易いものがないという問題が
ある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-202094 discloses a polarization conversion optical system combining a thin polarization separation element in which a material having refractive index anisotropy is bonded to a sawtooth prism array substrate and an integrator. Have been. Since the polarization separation element has a difference in the refractive index at the boundary surface depending on the polarization direction, the traveling direction of the outgoing light beam can be shifted between the ordinary light beam and the extraordinary light beam. However, this polarization separation element has a problem that there is no easy-to-use refractive index anisotropic material.

【0008】その他、光源の直後に偏光ビームスプリッ
タを配置し、光源から出射する自然光を2つの直線偏光
成分に分離し、一方の成分は1/2波長板や90゜TN
液晶により偏波面を90゜回転させ、光線の進行方向を
他方の光線の光線進行方向と平行にし、この2つの成分
を液晶パネルに入射させる偏光変換光学系(例えば、特
開昭63−271313号公報、特開昭63−1686
22号公報)、2枚の平面ミラーを用いた偏光変換光学
系(例えば、特開昭63−197913号公報)も提案
されている。しかし、いずれの偏光分離装置も光路長が
長いために、インテグレータと組み合わせた場合に効率
があまり向上しないという問題があり、またセット全体
が大きくなるという問題があった。
In addition, a polarizing beam splitter is disposed immediately after the light source to separate natural light emitted from the light source into two linearly polarized light components, one of which is a half-wave plate or a 90 ° TN
A polarization conversion optical system in which the polarization plane is rotated by 90 ° by the liquid crystal so that the traveling direction of the light beam is parallel to the traveling direction of the other light beam, and these two components are incident on the liquid crystal panel (for example, JP-A-63-271313). Gazette, JP-A-63-1686
No. 22, Japanese Patent Laid-Open No. 197913/1988 also proposes a polarization conversion optical system using two plane mirrors. However, since all the polarization separation devices have long optical path lengths, there is a problem that efficiency is not much improved when combined with an integrator, and there is a problem that the whole set becomes large.

【0009】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたものであり、自然光を進行方向の異なる2つの直線
偏光に分離する偏光分離装置、この偏光分離装置を用い
た効率が高く照度均一性の良好な偏光照明装置、この偏
光照明装置を用いたコンパクトで明るく照度均一性が良
好な投写画像を表示する投写型表示装置を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a polarization separating apparatus for separating natural light into two linearly polarized lights having different traveling directions, and a highly efficient and uniform illuminance using the polarized light separating apparatus. It is an object of the present invention to provide a polarized light illuminating device having good operability, and a projection display device which uses the polarized light illuminating device to display a projection image which is compact, bright, and has good illuminance uniformity.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は以下のような手段を講じた。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention has taken the following means.

【0011】請求項1記載の発明は、断面が三角形状の
複数の入射側プリズムにて入射側面と断面が鋸歯状の接
合面とが形成された入射側プリズムアレイと、前記鋸歯
状の接合面で同一方向に傾いた各斜面に形成され入射光
を偏光方向が直交する2つの偏光成分の光に分離する偏
光分離膜と、一体化された複数のプリズムからなり平面
状の出射側面と鋸歯状の接合面とが形成され全体として
板状をなすように前記入射側プリズムアレイの接合面に
接合された出射側プリズムアレイとを具備する構成を採
る。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an incidence-side prism array in which a plurality of incidence-side prisms each having a triangular cross section are formed with an incidence side surface and a sawtooth-like junction surface, and the sawtooth-like junction surface. A polarization separating film formed on each inclined surface inclined in the same direction to separate incident light into two polarized light components whose polarization directions are orthogonal to each other, a plurality of integrated prisms, and a planar emission side surface and a sawtooth shape And a light-exiting prism array joined to the light-incident-side prism array joint surface so as to form a plate-like shape as a whole.

【0012】この構成により、自然光を偏光方向が同一
な直線偏光に効率よく変換することができ、しかも互い
に鋸歯状の断面を有する入射側プリズムアレイと出射側
プリズムアレイとを張り合わせてその接合面に偏光分離
膜を形成したので、偏光分離装置をコンパクト、軽量に
構成できる。また、大きな直角プリズムを使う必要が無
くコストダウンが可能で、テーパー状ガラス板に偏光分
離膜を蒸着する場合に比べて2つの偏光成分の光の光路
差を大幅に縮小できて2つの偏光成分の光を良好に分離
することができる。
With this configuration, natural light can be efficiently converted into linearly polarized light having the same polarization direction. In addition, the incidence-side prism array and the emission-side prism array having a saw-tooth cross-section are attached to each other, and are bonded to the joint surface. Since the polarization separation film is formed, the polarization separation device can be configured to be compact and lightweight. Also, there is no need to use a large right-angle prism, and the cost can be reduced, and the optical path difference between the two polarized light components can be greatly reduced as compared with the case where a polarization separating film is deposited on a tapered glass plate. Can be satisfactorily separated.

【0013】請求項2記載の発明は、請求項1記載の偏
光分離装置において、出射側プリズムアレイの屈折率を
入射側プリズムの屈折率より低く設定したものであり、
光軸と平行に入射した自然光を光軸と平行に出射する偏
光成分の光と光軸からずれた方向に出射する偏光成分の
光とに分離する作用を奏する。
According to a second aspect of the present invention, in the polarization splitting device of the first aspect, the refractive index of the exit-side prism array is set lower than the refractive index of the incident-side prism.
This has an effect of separating natural light incident parallel to the optical axis into light of a polarized light component emitted parallel to the optical axis and light of a polarized light component emitted in a direction deviated from the optical axis.

【0014】請求項3記載の発明は、請求項1又は請求
項2記載の偏光分離装置において、入射側プリズムの入
射側面と偏光分離膜とのなす角を45゜にしたものであ
り、請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求項3のい
ずれかに記載の偏光分離装置において、出射側プリズム
の出射側面と偏光分離膜とのなす角を45゜にしたもの
であり、自然光を高率よく2つの偏光成分に分離でき、
しかも偏光分離装置をコンパクトに構成できる。
According to a third aspect of the present invention, in the polarization beam splitting device according to the first or second aspect, an angle formed between the incident side surface of the incident side prism and the polarization splitting film is 45 °. According to a fourth aspect of the present invention, in the polarization beam splitting device according to any one of the first to third aspects, an angle formed between the exit side surface of the exit side prism and the polarization splitting film is set to 45 °, and natural light is enhanced. Can be efficiently separated into two polarization components,
In addition, the polarization separation device can be made compact.

【0015】請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求
項4のいずれかに記載の偏光分離装置において、入射側
プリズムアレイは、各入射側プリズムの一側面を同一平
面に揃えて連続配置することで平面状の入射側面を形成
したものであり、自然光の入射効率を高くする作用を奏
する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the polarization beam splitting device according to any one of the first to fourth aspects, the incident side prism array is arranged continuously with one side surface of each incident side prism being aligned on the same plane. By doing so, a planar incident side surface is formed, and an effect of increasing the incident efficiency of natural light is achieved.

【0016】請求項6記載の発明は、請求項1乃至請求
項5のいずれかに記載の偏光分離装置において、出射側
プリズムアレイを、射出成形によって形成された樹脂材
料で構成したものであり、断面が鋸歯状の一体型プリズ
ムアレイを安価に製造でき、入射側プリズムとの接着工
程が容易になり、板状の偏光分離装置の作成が容易にな
る作用を奏する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the polarization beam splitter according to any one of the first to fifth aspects, the exit-side prism array is made of a resin material formed by injection molding. An integrated prism array having a sawtooth cross section can be manufactured at low cost, the process of bonding the prism to the incident-side prism is facilitated, and the plate-shaped polarization separation device is easily manufactured.

【0017】請求項7記載の発明は、請求項1乃至請求
項6のいずれかに記載の偏光分離装置において、入射側
プリズムアレイと出射側プリズムアレイとを、入射側プ
リズムおよび出射側プリズムアレイの屈折率よりも低い
屈折率の透明接着剤で接合したものであり、偏光分離装
置に斜めに入射する自然光をプリズム内で全反射させる
ことで有効な光の利用効率を高くする作用を奏する。
According to a seventh aspect of the present invention, in the polarization beam splitting device according to any one of the first to sixth aspects, the incident side prism array and the exit side prism array are connected to each other by the incident side prism and the exit side prism array. It is bonded with a transparent adhesive having a refractive index lower than the refractive index, and has an effect of increasing the effective light use efficiency by totally reflecting natural light obliquely incident on the polarization beam splitter in the prism.

【0018】請求項8記載の発明は、略平行な自然光を
出射する光源と、前記光源からの出射光が入射し偏光方
向が互いに直交する2つの偏光成分の光を異なる方向に
出射する請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の偏光
分離装置と、二次元状に配列した複数の入射側レンズを
有し前記偏光分離装置の出射側近傍に配置された入射側
レンズアレイと、前記各入射側レンズと対をなす複数の
出射側レンズを有し前記入射側レンズアレイからの出射
光が入射する出射側レンズアレイと、前記出射側レンズ
アレイの入射側または出射側の近傍に配置され前記2つ
の偏光成分の光を偏光方向が揃った光に変換する偏光方
向補正手段とを具備する構成を採る。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a light source for emitting substantially parallel natural light, and light of two polarization components, which are emitted from the light source and whose polarization directions are orthogonal to each other, are emitted in different directions. The polarization separation device according to any one of claims 1 to 7, an incidence-side lens array having a plurality of two-dimensionally arranged incidence-side lenses, and arranged near the emission side of the polarization separation device, An emission-side lens array having a plurality of emission-side lenses that make a pair with the incidence-side lens and receiving light emitted from the incidence-side lens array, and being disposed near the incident side or the emission side of the emission-side lens array. A configuration including a polarization direction correction unit that converts light of two polarization components into light with the same polarization direction is adopted.

【0019】この構成により、被照射領域に照度分布が
均一に近く、直線偏光に近い光を効率良く照射すること
ができる。
According to this configuration, it is possible to efficiently irradiate the area to be illuminated with light having a nearly uniform illuminance distribution and near linearly polarized light.

【0020】請求項9記載の発明は、請求項8記載の偏
光照明装置において、光源の光軸と偏光分離手段の光軸
とが平行で、前記偏光分離手段から出射する2つの偏光
成分の光の進む方向を2等分する方向と入射側レンズア
レイの法線方向とが平行で、前記入射側レンズアレイの
法線方向と出射側レンズアレイの法線方向とが平行とな
るようにしたものであり、光源から被照射領域までの構
成要素が一軸上に配列され構成要素を取り付ける筐体を
簡素化できる作用を奏する。
According to a ninth aspect of the present invention, in the polarized light illuminating apparatus according to the eighth aspect, the light axis of the light source and the optical axis of the polarized light separating means are parallel, and the two polarized light components emitted from the polarized light separating means are emitted. The normal direction of the incident side lens array and the normal direction of the exit side lens array are parallel to each other. In addition, the components from the light source to the irradiated area are arranged on one axis, and an effect of simplifying a housing for mounting the components is achieved.

【0021】請求項10記載の発明は、請求項8記載の
偏光照明装置において、光源の光軸と偏光分離手段の光
軸と入射側レンズアレイの法線方向と出射側レンズアレ
イの法線方向とは互いに平行にし、前記各入射側レンズ
の開口の中心を光軸から偏心させたことにより、各入射
側レンズはその2つの偏光成分の光が前記入射側レンズ
アレイの法線方向を中心として略対称な方向に進むとい
った作用を奏する。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the polarized light illuminating apparatus according to the eighth aspect, wherein the optical axis of the light source, the optical axis of the polarization splitting means, the normal direction of the entrance lens array, and the normal direction of the exit lens array. Are parallel to each other, and the center of the aperture of each of the incident-side lenses is decentered from the optical axis, so that each of the incident-side lenses has its two polarized light components centered on the normal direction of the incident-side lens array. It has the effect of proceeding in a substantially symmetrical direction.

【0022】請求項11記載の発明は、請求項8記載の
偏光照明装置において、入射側レンズアレイの入射側が
平面であり、偏光分離装置と前記入射側レンズアレイと
を接合したものであり、偏光分離装置の出射側と入射レ
ンズアレイの入射側に反射防止膜を形成する必要がなく
なり、低コスト化が図られるといった作用を奏する。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the polarized light illuminating device according to the eighth aspect, the incident side of the incident side lens array is a plane, and the polarization splitting device and the incident side lens array are joined. There is no need to form an anti-reflection film on the exit side of the separation device and on the entrance side of the incident lens array, so that the effect of reducing costs can be achieved.

【0023】請求項12記載の発明は、請求項8記載の
偏光照明装置において、出射側レンズアレイの出射側近
傍に正レンズを配置し、各入射側レンズの開口の実像が
被照射領域の近傍で互いにほぼ重なるようにしたもので
あり、被照射領域に照度分布が均一に近く、直線偏光に
近い光を効率よく照射することができる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the polarized light illuminating apparatus according to the eighth aspect, a positive lens is disposed near the exit side of the exit side lens array, and the real image of the aperture of each entrance side lens is located near the irradiated area. Thus, the illuminance distribution is nearly uniform in the irradiated area, and light close to linearly polarized light can be efficiently irradiated.

【0024】請求項13記載の発明は、略平行な自然光
を出射する光源と、二次元状に配列した複数の入射側レ
ンズを有し前記光源からの出射光が入射する入射側レン
ズアレイと、前記入射側レンズアレイからの出射光が入
射し偏光方向が互いに直交する2つの偏光成分の光を異
なる方向に出射する請求項1乃至請求項7のいずれかに
記載の偏光分離装置と、前記各入射側レンズと対をなす
複数の出射側レンズを有し前記偏光分離装置の出射光が
入射する出射側レンズアレイと、前記出射側レンズアレ
イの入射側または出射側の近傍に配置され前記2つの偏
光成分の光を偏光方向が揃った光に変換する偏光方向補
正手段とを具備する構成を採る。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a light source for emitting substantially parallel natural light, an incident-side lens array having a plurality of two-dimensionally arranged incident-side lenses and receiving light emitted from the light source, The polarization separation device according to any one of claims 1 to 7, wherein light emitted from the incident-side lens array enters and emits light of two polarization components whose polarization directions are orthogonal to each other in different directions. An emission-side lens array having a plurality of emission-side lenses that make a pair with the incidence-side lens, and receiving the light emitted from the polarization separation device, and the two light-emitting elements arranged near the incidence side or the emission side of the emission-side lens array. A configuration including a polarization direction correcting means for converting light of a polarization component into light with a uniform polarization direction is adopted.

【0025】この構成により、入射側レンズ内の輝度分
布は入射側レンズアレイ内の輝度分布に比べて変化が小
さいので、被照射領域上では照度分布が平坦になり、直
線偏光に近い光を効率良く照射することができる。
With this configuration, since the luminance distribution in the incident side lens has a smaller change than the luminance distribution in the incident side lens array, the illuminance distribution becomes flat on the irradiated area, and the efficiency of light close to linearly polarized light is reduced. Irradiation can be performed well.

【0026】請求項14記載の発明は、請求項8又は請
求項13記載の偏光照明装置において、偏光方向補正手
段が、出射側レンズの開口上の2つの偏光成分のうちの
一方の偏光方向を全く変えないか又は所定の角度αだけ
回転させ、他方の偏光方向を略(α+90゜)又は略
(α−90゜)回転させるようにしたものであり、出射
側レンズアレイに偏光方向が揃った直線偏光に近い光が
入射し、被照射領域に直線偏光に近い光を照射する作用
を奏する。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the polarized light illuminating apparatus according to the eighth or thirteenth aspect, the polarization direction correcting means changes one polarization direction of the two polarization components on the aperture of the exit lens. It is not changed at all or rotated by a predetermined angle α, and the other polarization direction is rotated by approximately (α + 90 °) or approximately (α-90 °), and the polarization direction is aligned with the exit-side lens array. Light that is close to linearly polarized light is incident, and has the effect of irradiating light that is close to linearly polarized light to the irradiated area.

【0027】請求項15記載の発明は、請求項13記載
の偏光照明装置において、光源の光軸と、入射側レンズ
アレイの法線方向と、偏光分離手段の光軸と、出射側レ
ンズアレイの法線方向とは互いに平行であり、各出射側
レンズはその2つの偏光成分の光が前記出射側レンズア
レイの法線方向と平行に進むように、前記各出射側レン
ズの開口の中心を光軸から偏心させたものであり、光源
から被照射領域までの構成要素が一軸上に配列され構成
要素を取り付ける筐体を簡素化できる作用を奏する。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the polarized light illuminating apparatus according to the thirteenth aspect, the optical axis of the light source, the normal direction of the incident side lens array, the optical axis of the polarization splitting means, and the output side lens array. The normal directions are parallel to each other, and each output-side lens moves the center of the aperture of each output-side lens so that the two polarized light components travel in parallel with the normal direction of the output-side lens array. It is decentered from the axis, and has the effect of simplifying the housing in which the components from the light source to the irradiated area are arranged on one axis and in which the components are mounted.

【0028】請求項16記載の発明は、請求項13記載
の偏光照明装置において、入射側レンズアレイの出射側
が平面であり、前記入射側レンズアレイと偏光分離装置
とを接合したものであり、偏光分離装置の出射側と入射
レンズアレイの入射側に反射防止膜を形成する必要がな
くなり、低コスト化が図られるといった作用を奏する。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the polarized light illuminating apparatus according to the thirteenth aspect, the outgoing side of the incident side lens array is a plane, and the incident side lens array and the polarization splitting device are joined. There is no need to form an anti-reflection film on the exit side of the separation device and on the entrance side of the incident lens array, so that the effect of reducing costs can be achieved.

【0029】請求項17記載の発明は、請求項13記載
の偏光照明装置において、出射側レンズアレイの出射側
近傍に正レンズを配置し、各入射側レンズの開口の実像
が被照射領域の近傍で互いにほぼ重なるようにしたもの
であり、被照射領域に照度分布が均一に近く、直線偏光
に近い光を効率よく照射することができる。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the polarized light illuminating apparatus of the thirteenth aspect, a positive lens is disposed near the exit side of the exit side lens array, and the real image of the opening of each entrance side lens is located near the irradiated area. Thus, the illuminance distribution is nearly uniform in the irradiated area, and light close to linearly polarized light can be efficiently irradiated.

【0030】請求項18記載の発明は、直線偏光に近い
光を被照射領域に照射する請求項8乃至請求項12のい
ずれかに記載の偏光照明装置と、前記偏光照明装置から
の出射光を受け偏光状態の変化として光学像を形成する
ライトバルブと、前記ライトバルブからの出射光が入射
し前記光学像を投写する投写レンズとを備え、前記偏光
照明装置の出射光の偏光方向は前記ライトバルブが最大
透過率となるときに前記投写レンズからの出力光が略最
大となるように設定した構成を採る。
The invention according to claim 18 provides the polarized light illuminating device according to any one of claims 8 to 12, which irradiates light near linearly polarized light to the irradiation area, and outputs the light emitted from the polarized light illuminating device. A light valve that forms an optical image as a change in receiving polarization state; and a projection lens that projects light emitted from the light valve and projects the optical image. A configuration is employed in which the output light from the projection lens is set to be substantially maximum when the bulb has the maximum transmittance.

【0031】この構成により、光源から出射する自然光
が効率よく直線偏光に近い光に変換され、この直線偏光
に近い光が入射側偏光板を効率よく通過するので、光吸
収が少なく、高い光利用効率で、しかも投射画像の照度
均一性が良好になる作用を奏する。
According to this configuration, natural light emitted from the light source is efficiently converted to light close to linearly polarized light, and the light close to linearly polarized light efficiently passes through the incident-side polarizing plate. This has the effect of improving the efficiency and improving the uniformity of the illuminance of the projected image.

【0032】請求項19記載の発明は、直線偏光に近い
光を被照射領域に照射する請求項13乃至請求項17の
いずれかに記載の偏光照明装置と、前記偏光照明装置か
らの出射光を受け偏光状態の変化として光学像を形成す
るライトバルブと、前記ライトバルブからの出射光が入
射し前記光学像を投写する投写レンズとを備え、前記偏
光照明装置の出射光の偏光方向は前記ライトバルブが最
大透過率となるときに前記投写レンズからの出力光が略
最大となるように設定したものであり、直線偏光に近い
光が入射側偏光板を効率よく通過するので、光吸収が少
なく、高い光利用効率で、しかも投射画像の照度均一性
が良好になる作用を奏する。
According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided the polarized light illuminating apparatus according to any one of the thirteenth to seventeenth aspects, wherein light near linearly polarized light is radiated to the irradiated area. A light valve that forms an optical image as a change in receiving polarization state; and a projection lens that projects light emitted from the light valve and projects the optical image. The output light from the projection lens is set to be substantially maximum when the bulb has the maximum transmittance.Since light close to linearly polarized light efficiently passes through the incident-side polarizing plate, light absorption is reduced. This has the effect of achieving high light use efficiency and good illuminance uniformity of the projected image.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて具体的に説明する。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

【0034】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1に係る偏光分離装置の構成を示したものである。同
図に示す偏光分離装置は、断面が鋸歯状になるように複
数の入射側プリズム41を配列してなる入射側プリズム
アレイ40と、各入射側プリズム41の鋸歯形成面側の
一面にそれぞれ形成された偏光分離膜42と、上記鋸歯
形成面と同形状の一面に各入射側プリズム41が接合さ
れた出射側プリズムアレイ43とを備えている。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a configuration of a polarization beam splitting apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The polarization splitting device shown in the figure has an incident-side prism array 40 in which a plurality of incident-side prisms 41 are arranged so as to have a saw-tooth cross-section, and is formed on one surface of each of the incident-side prisms 41 on a saw-tooth forming surface side. And an emission-side prism array 43 in which each incidence-side prism 41 is joined to one surface having the same shape as the sawtooth-formed surface.

【0035】図2に、本偏光分離装置の部分的な断面を
示している。入射側プリズム40は断面が直角二等辺三
角形をなしており、直角を形成する2側面(底面と背
面)に隣接した斜面に偏光分離膜42が蒸着されてい
る。入射側プリズムアレイ40は各入射側プリズム41
の背面で入射側面47を形成し、入射側プリズム40の
偏光分離膜42の形成された斜面が互いに平行になるよ
うに、複数の入射側プリズム40を配列したものであ
る。一方、出射側プリズムアレイ43は、入射側プリズ
ム40と同じ形状の直角二等辺三角形のプリズムを二次
元的に配列して一体型とした構造である。出射側プリズ
ムアレイ43の接合面側が鋸歯状をなし、出射側面48
が平面をなしている。出射側プリズムアレイ43の鋸歯
形成面に対して入射側プリズム41の偏光分離膜形成面
及び底面を透明接着剤44で接着している。入射側プリ
ズムアレイ40の入射側面47と出射側プリズムアレイ
43の出射側面48には、それぞれ反射防止膜45,4
6が蒸着されている。
FIG. 2 shows a partial cross section of the polarized light separating apparatus. The incident side prism 40 has a right-angled isosceles triangle in cross section, and a polarization separation film 42 is deposited on a slope adjacent to two side surfaces (a bottom surface and a back surface) forming a right angle. The incident side prism array 40 includes each of the incident side prisms 41.
Are formed on the back surface of the light-emitting device, and a plurality of incident-side prisms 40 are arranged such that the inclined surfaces of the incident-side prism 40 on which the polarization separation films 42 are formed are parallel to each other. On the other hand, the exit-side prism array 43 has a structure in which right-angled isosceles triangular prisms having the same shape as the incident-side prism 40 are two-dimensionally arranged and integrated. The joining surface side of the emission-side prism array 43 has a sawtooth shape, and the emission side surface 48
Is a plane. The surface on which the polarization splitting film is formed and the bottom surface of the incident-side prism 41 are bonded to the sawtooth-formed surface of the emission-side prism array 43 with a transparent adhesive 44. Anti-reflection films 45 and 4 are provided on the entrance side surface 47 of the entrance side prism array 40 and the exit side surface 48 of the exit side prism array 43, respectively.
6 has been deposited.

【0036】出射側プリズムアレイ43の屈折率は入射
側プリズム41の屈折率より低くしている。また、偏光
分離膜42は、低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に積層
したものである。さらに、透明接着剤44の屈折率は、
出射側プリズムアレイ43の屈折率よりわずかに低い。
The refractive index of the exit-side prism array 43 is lower than the refractive index of the entrance-side prism 41. The polarization separating film 42 is formed by alternately stacking low-refractive-index films and high-refractive-index films. Further, the refractive index of the transparent adhesive 44 is
It is slightly lower than the refractive index of the exit side prism array 43.

【0037】以上のように構成された偏光分離装置の作
用について図3を用いて説明する。自然光51が光軸5
2に沿って偏光分離装置の入射側面47に入射すると、
入射側プリズム41を透過し、偏光分離膜42に45゜
の角度で入射する。偏光分離膜42はP偏光成分の大部
分を透過させ、S偏光成分の大部分を反射させるように
作用する。
The operation of the thus-configured polarization separation device will be described with reference to FIG. Natural light 51 is optical axis 5
Incident on the incident side surface 47 of the polarization separation device along 2
The light passes through the incident-side prism 41 and enters the polarization splitting film 42 at an angle of 45 °. The polarization separation film 42 functions to transmit most of the P-polarized light component and reflect most of the S-polarized light component.

【0038】偏光分離膜42を透過したP偏光成分の光
53は、出射側プリズムアレイ43の屈折率を入射側プ
リズム41の屈折率より低くなるように設定しているの
で、光軸51に対して斜めの方向54に沿って出射す
る。また、S偏光成分の光55は、偏光分離膜42が互
いに平行に配置されているので、隣接する入射側プリズ
ム41の偏光分離膜42で反射され、光軸52と平行に
出射する。
The light 53 of the P-polarized light component transmitted through the polarization separation film 42 is set so that the refractive index of the exit-side prism array 43 is lower than the refractive index of the incident-side prism 41. Out along the oblique direction 54. Further, the S-polarized light component 55 is reflected by the polarization separation film 42 of the adjacent incident side prism 41 and emitted parallel to the optical axis 52 because the polarization separation films 42 are arranged in parallel with each other.

【0039】このように、偏光分離装置の出射側面48
からP偏光成分の光53とS偏光成分の光55とが互い
の進行方向をずらして出射する。
As described above, the emission side surface 48 of the polarization separation device is used.
The light 53 of the P-polarized light component and the light 55 of the S-polarized light component are emitted with their traveling directions shifted from each other.

【0040】図1に示した偏光分離装置は効率を高くす
るために、次のように、全反射をうまく利用している。
The polarization splitting device shown in FIG. 1 makes good use of total reflection as follows in order to increase the efficiency.

【0041】光軸52に対して斜めに入射側プリズム4
1に入射した光の一部は、隣接する入射側プリズム側の
透明接着剤44に入射しようとするが、透明接着剤44
の屈折率が入射側プリズム41の屈折率より低く、その
境界面で全反射を生じるので、入射側プリズム41に入
射した光は必ず偏光分離膜42に入射する。
The incident side prism 4 is inclined with respect to the optical axis 52.
A part of the light that has entered the transparent adhesive 44 on the incident side prism side attempts to enter the transparent adhesive 44.
Is lower than the refractive index of the incident-side prism 41, and total reflection occurs at the boundary surface, so that the light incident on the incident-side prism 41 always enters the polarization splitting film.

【0042】光軸と平行に入射したP偏光成分の大部分
の光は偏光分離膜42を透過して光軸51に対してずれ
た方向に進み、透明接着剤44に入射することなく、出
射側プリズムアレイ43から出射する。光軸52に対し
て斜めに入射側プリズム41に入射したP偏光成分の一
部の光が透明接着剤44で全反射した後に出射側プリズ
ムアレイ43から出射する。前者の光は方向54を中心
とする所定角度範囲に出射するが、後者の光もこの角度
範囲に出射する。
Most of the P-polarized light component incident parallel to the optical axis passes through the polarization separation film 42 and travels in a direction deviated from the optical axis 51, and exits without entering the transparent adhesive 44. The light exits from the side prism array 43. A part of the P-polarized light component incident on the incident side prism 41 obliquely with respect to the optical axis 52 is totally reflected by the transparent adhesive 44 and then emitted from the emission side prism array 43. The former light is emitted in a predetermined angle range around the direction 54, and the latter light is also emitted in this angle range.

【0043】なお、出射側プリズムアレイ43の屈折率
が入射側プリズム41の屈折率より高い場合には、偏光
分離膜42を透過したP偏光成分の光の一部が出射側プ
リズムアレイ43と透明接着剤44との境界面で全反射
し、P偏光成分の光の大部分が出射する角度範囲とは異
なる角度範囲にP偏光成分の光の一部が出射するという
不都合を生じる。
When the refractive index of the exit-side prism array 43 is higher than the refractive index of the entrance-side prism 41, a part of the light of the P-polarized component transmitted through the polarization splitting film 42 is transparent to the exit-side prism array 43. There is a disadvantage that part of the light of the P-polarized light component is emitted in an angle range different from the angle range in which the light of the P-polarized light component is totally reflected at the boundary surface with the adhesive 44 and most of the light of the P-polarized light component is emitted.

【0044】また、図2中に実線で示す光は偏光分離膜
42で反射するS偏光成分の光の一部であるが、入射側
プリズム41の入射側面47や出射側プリズムアレイ4
3の出射側面48に入射し、いずれもそこで全反射した
後に隣接する偏光分離膜42に入射する。また、図2中
に点線で示す光は偏光分離膜42で反射されて光軸52
に沿って出射側プリズムアレイ43中を進むS偏光成分
の光の一部であるが、この光は透明接着剤44に入射し
てそこで全反射した後に出射側面48から出射する。こ
のとき、偏光分離膜42と光軸52のなす角が45゜で
あるため、偏光分離装置から出射するS偏光成分の光5
3と光軸52のなす角は、入射する自然光51と光軸5
2のなす角と同一となる。
The light shown by the solid line in FIG. 2 is a part of the S-polarized light component reflected by the polarization splitting film 42.
The light enters the outgoing side surface 48 of the third light-emitting element 3, and is totally reflected therefrom before being incident on the adjacent polarization splitting film 42. Further, light indicated by a dotted line in FIG.
Is a part of the light of the S-polarized light component that travels through the exit-side prism array 43 along the axis. This light enters the transparent adhesive 44, is totally reflected there, and then exits from the exit side surface 48. At this time, since the angle formed between the polarization splitting film 42 and the optical axis 52 is 45 °, the S-polarized light 5
3 and the optical axis 52, the angle between the incident natural light 51 and the optical axis 5.
It is the same as the angle between two.

【0045】このように、図1に示した偏光分離装置
は、入射した自然光を効率良くS偏光成分の光とP偏光
成分の光とに分離することができる。効率を高くするた
めには、入射側プリズム41と出射側プリズムアレイ4
3上の各プリズムをいずれも直角二等辺三角形とし、透
明接着剤44の屈折率を出射側プリズムアレイ43の屈
折率より低くし、各入射側プリズム41の入射側面47
と出射側プリズムアレイ43の出射側面48とをいずれ
も1つの平面に揃えるとよい。
As described above, the polarization beam splitter shown in FIG. 1 can efficiently separate incident natural light into S-polarized light and P-polarized light. In order to increase the efficiency, the incident side prism 41 and the exit side prism array 4
Each of the prisms on 3 is a right-angled isosceles triangle, the refractive index of the transparent adhesive 44 is made lower than the refractive index of the exit-side prism array 43, and the entrance side surface 47 of each entrance-side prism 41.
It is preferable that both the emission side prism array 43 and the emission side surface 48 are aligned on one plane.

【0046】入射側プリズム41の屈折率をn、出射
側プリズムアレイ43の屈折率をn、透明接着剤44
の屈折率をnとすると、入射側プリズム41と透明接
着剤44とが接する面の全反射臨界角θ1T、出射側プ
リズムアレイ43と透明接着剤44とが接する面の全反
射臨界角θ2Tは、次のようになる。
The refractive index of the entrance-side prism 41 is n 1 , the refractive index of the exit-side prism array 43 is n 2 , and the transparent adhesive 44
Is the refractive index of n A , the critical angle of total reflection θ 1T of the surface where the incident side prism 41 contacts the transparent adhesive 44 and the critical angle of total reflection θ of the surface where the exit side prism array 43 contacts the transparent adhesive 44 2T is as follows.

【0047】[0047]

【数1】 (Equation 1)

【0048】[0048]

【数2】 (数1),(数2)を利用して、有効な光がすべて全反
射するように、透明接着剤44の屈折率を出射側プリズ
ムアレイ43の屈折率よりわずかに低くすればよい。こ
の場合に透明接着剤44の屈折率と出射側プリズムアレ
イ43の屈折率との差が大き過ぎるとP偏光成分の光に
対する透過率が低下するので、透明接着剤44の屈折率
は出射側プリズムアレイ43の屈折率よりわずかに低く
するとよい。
(Equation 2) By using (Equation 1) and (Equation 2), the refractive index of the transparent adhesive 44 may be made slightly lower than the refractive index of the emission-side prism array 43 so that all effective light is totally reflected. In this case, if the difference between the refractive index of the transparent adhesive 44 and the refractive index of the emission-side prism array 43 is too large, the transmittance for the P-polarized light component decreases, so that the refractive index of the transparent adhesive 44 is It may be slightly lower than the refractive index of the array 43.

【0049】また、入射側プリズム41と出射側プリズ
ムアレイ43上のプリズムの数を多くすれば偏光分離装
置を薄くできる。これは、後述するように、偏光分離装
置とインテグレータとを組み合わせる場合に非常に都合
が良い。
Further, by increasing the number of prisms on the entrance-side prism 41 and the exit-side prism array 43, the thickness of the polarization separation device can be reduced. This is very convenient when a polarization separation device and an integrator are combined as described later.

【0050】次に、偏光分離膜42の偏光分離特性につ
いて説明する。
Next, the polarization separation characteristics of the polarization separation film 42 will be described.

【0051】偏光分離膜42の各層の境界面において入
射角と屈折角がブリュースタ角となるとき、1つの境界
面のP偏光成分の透過率が理想的には100%となり、
S偏光成分の透過率が100%より低い値となる。その
ため、偏光分離膜42の層数を多くすれば、P偏光透過
率を100%に近い値とし、S偏光透過率を非常に低く
することができる。さらに、偏光分離膜42の各層の厚
さを最適化することにより、光の干渉を利用して、S偏
光反射率を100%に近くすることができる。
When the incident angle and the refraction angle are Brewster's angle at the interface between the layers of the polarization separation film 42, the transmittance of the P-polarized light component at one interface is ideally 100%,
The transmittance of the S-polarized light component is lower than 100%. Therefore, if the number of layers of the polarization separation film 42 is increased, the P-polarized light transmittance can be set to a value close to 100%, and the S-polarized light transmittance can be extremely reduced. Further, by optimizing the thickness of each layer of the polarization separation film 42, the S-polarized light reflectance can be made close to 100% by utilizing light interference.

【0052】入射側プリズム41の屈折率をn、出射
側プリズムアレイ43の屈折率をn、入射側プリズム
41中における基準入射角(偏光分離膜42の法線と光
軸52とのなす角)をθ、出射側プリズムアレイ43
中における基準出射角をθとすると、スネルの法則に
より次の関係が成り立つ。
The refractive index of the entrance-side prism 41 is n 1 , the refractive index of the exit-side prism array 43 is n 2 , and the reference incident angle in the entrance-side prism 41 (between the normal line of the polarization separation film 42 and the optical axis 52). Angle) is θ 1 , the exit side prism array 43
When the reference emission angle and theta 2 in the medium, the following relationship holds according to Snell's law.

【0053】[0053]

【数3】 偏光分離膜42の各層の境界面において入射角と屈折角
がブリュースタ角となるためには、次の条件を満足する
必要がある。
(Equation 3) In order for the angle of incidence and the angle of refraction to be the Brewster angle at the interface between the layers of the polarization separation film 42, the following conditions must be satisfied.

【0054】[0054]

【数4】 (Equation 4)

【0055】[0055]

【数5】 (数3),(数4),(数5)より、次式が得られる。(Equation 5) The following equation is obtained from (Equation 3), (Equation 4), and (Equation 5).

【0056】[0056]

【数6】 前述のように、入射側ブリズム41は直角二等辺三角形
とするのが望ましいので、入射光線が光軸52に沿って
偏光分離装置に入射するとき、入射側プリズム41中に
おける偏光分離膜42への入射角はθ=45゜とな
る。そこで、(数6)にθ=45゜を代入すると、次
のようになる。
(Equation 6) As described above, it is desirable that the incident side brhythm 41 be a right-angled isosceles triangle, so that when an incident light beam enters the polarization separation device along the optical axis 52, the incident light beam passes through the polarization separation film 42 in the incidence side prism 41. The incident angle is θ 1 = 45 °. Then, when θ 1 = 45 ° is substituted into (Equation 6), the following is obtained.

【0057】[0057]

【数7】 S偏光の高反射率帯の波長帯域を広くするには、n
が大きいほど有利となるので、低屈折率膜の屈折率
をできるだけ低く、高屈折率膜の屈折率をできるだけ高
くすると良い。低屈折率膜として、フッ化マグネシウム
(MgF:e線における屈折率1.39)、二酸化シ
リコン(SiO:e線における屈折率1.46)、高
屈折率膜として二酸化ジルコニウム(ZrO:e線に
おける屈折率2.00)、五酸化タンタル(Ta
:e線における屈折率2.10)、二酸化チタン
(TiO:e線における屈折率2.25)などがあ
る。(数7)にn,nを代入すると、入射側プリズ
ム41の最適な屈折率が求まる。この屈折率と(数3)
の両端の式を用いると、出射側プリズムアレイ43の屈
折率nと出射側プリズムアレイ43中における屈折角
θの関係が決まる。
(Equation 7) To widen the wavelength band of the high reflectance band of S-polarized light, n H /
Since the larger the value of n L is, the more advantageous it is, the refractive index of the low refractive index film should be as low as possible, and the refractive index of the high refractive index film should be as high as possible. Magnesium fluoride (MgF 2 : refractive index at e-line: 1.39), silicon dioxide (SiO 2 : refractive index at e-line: 1.46) as the low refractive index film, and zirconium dioxide (ZrO 2 : e-line refractive index 2.00), tantalum pentoxide (Ta)
2 O 5: refractive index 2.10 at e-line), titanium dioxide (TiO 2: refractive index 2.25 at e-line), and the like. By substituting n L and n H into (Equation 7), the optimum refractive index of the entrance-side prism 41 is obtained. This refractive index and (Equation 3)
Is used, the relationship between the refractive index n 2 of the exit-side prism array 43 and the refraction angle θ 2 in the exit-side prism array 43 is determined.

【0058】なお、偏光分離膜42のS偏光の光に対す
る分光透過率特性は、光線が入射側プリズム41から偏
光分離膜42に入射する場合と、光線が出射側プリズム
アレイ43から偏光分離膜42に入射する場合とで異な
る。これは、偏光分離膜42に入射するときの入射角は
同一であるが、入射側プリズム41と出射側プリズムア
レイ43とで屈折率が異なるために生じ、後者のS偏光
反射率の高反射率帯の波長帯域が前者のそれよりも長波
長側にずれる。偏光分離装置のS偏光の光に対する透過
効率は、前者のS偏光反射率と後者のS偏光反射率との
積が支配的であるので、両者のS偏光反射率の高反射率
帯の波長帯域を少し広くする必要がある。
The spectral transmittance characteristics of the polarized light separating film 42 with respect to the S-polarized light include the case where the light beam enters the polarized light separating film 42 from the incident side prism 41 and the case where the light beam is transmitted from the emitting side prism array 43 to the polarized light separating film 42. And when the light is incident on This is because the incident angle when entering the polarization separation film 42 is the same, but the refractive index is different between the incident side prism 41 and the exit side prism array 43. The wavelength band of the band is shifted to a longer wavelength side than that of the former. Since the product of the former S-polarized light reflectance and the latter S-polarized light reflectance is dominant in the transmission efficiency of the S-polarized light of the polarization separation device, the wavelength band of the high reflectance band of both S-polarized light reflectance is obtained. Need to be a little wider.

【0059】図1に示した偏光分離装置の具体例につい
て説明する。
A specific example of the polarization separation device shown in FIG. 1 will be described.

【0060】外形寸法は70mm×70mmであり、入
射側プリズム41と出射側プリズムアレイ43上のプリ
ズム数をいずれも14個として構成している。各プリズ
ムは5mm間隔で配列されている。入射側プリズム41
はショット社の光学ガラスSK5(e線における屈折率
1.591)、出射側プリズムアレイ43は射出一体成
形によって加工されたアクリル樹脂材料(PMMA:e
線における屈折率1.498)であり、偏光分離膜42
は、低屈折率膜としてMgF、高屈折率膜としてZr
を用いている。透明接着剤44は屈折率が1.41
のシリコン系接着剤を用いている。
The external dimensions are 70 mm × 70 mm, and the number of prisms on the entrance-side prism 41 and the exit-side prism array 43 is 14 each. Each prism is arranged at intervals of 5 mm. Incident side prism 41
Is an optical glass SK5 manufactured by SCHOTT (refractive index 1.591 at e-line), and the exit side prism array 43 is an acrylic resin material (PMMA: e) processed by injection molding.
The refractive index of the polarized light is 1.498).
Are MgF 2 as a low refractive index film and Zr as a high refractive index film.
O 2 is used. The transparent adhesive 44 has a refractive index of 1.41.
Is used.

【0061】空気中から入射側プリズム41に垂直に光
線が入射するとき、入射側プリズム41中における偏光
分離膜42への入射角はθ=45゜、出射側プリズム
アレイ43中における屈折角はθ=48.7°とな
り、偏光分離膜42の前後で光線が3.7゜だけ曲が
る。また、出射側面48における入射角は3.4°、屈
折角は5.5゜となる。従って、S偏光成分の光とP偏
光成分の光とを5.5゜だけ異なる方向に出射すること
になる。
When a light beam is perpendicularly incident on the incident side prism 41 from the air, the incident angle on the polarization splitting film 42 in the incident side prism 41 is θ 1 = 45 °, and the refraction angle in the exit side prism array 43 is θ 2 = 48.7 °, and the light beam is bent by 3.7 ° before and after the polarization separation film 42. The angle of incidence on the exit side surface 48 is 3.4 ° and the angle of refraction is 5.5 °. Therefore, the S-polarized light component and the P-polarized light component are emitted in directions different by 5.5 °.

【0062】(数1),(数2)を利用すると、透明接
着剤44の屈折率が1.41の場合、θ1T=62.4
°、θ2T=70.3°であり、境界面に入射する光を
全反射させるのに十分な大きさとなる。
Using (Equation 1) and (Equation 2), when the refractive index of the transparent adhesive 44 is 1.41, θ 1T = 62.4.
°, θ 2T = 70.3 °, which is large enough to totally reflect light incident on the boundary surface.

【0063】偏光分離膜42の構成を表1に示す。Table 1 shows the structure of the polarization splitting film 42.

【0064】[0064]

【表1】 [Table 1]

【0065】また、偏光分離膜42の分光透過率特性を
図4に示す。
FIG. 4 shows the spectral transmittance characteristics of the polarization separation film 42.

【0066】図4において、点線は入射角がθ=45
゜の場合のP偏光透過率、破線は入射角がθ=45゜
の場合のS偏光反射率、実線は入射角がθ=45゜の
場合のS偏光反射率である。
In FIG. 4, the dotted line indicates that the incident angle is θ 1 = 45.
P, the P-polarized light transmittance, the broken line is the S-polarized light reflectance when the incident angle is θ 1 = 45 °, and the solid line is the S-polarized light reflectance when the incident angle is θ 2 = 45 °.

【0067】直線偏光の光が光軸52に沿って空気中か
ら入射側プリズム41に入射する場合の偏光分離装置の
透過効率の分光特性を図5に示す。
FIG. 5 shows the spectral characteristics of the transmission efficiency of the polarization separation device when linearly polarized light is incident on the incident side prism 41 from the air along the optical axis 52.

【0068】図5において、実線はS偏光の特性、点線
はP偏光の特性を表す。S偏光については、2つの反射
防止膜45,46の各透過率、偏光分離膜42の入射側
プリズム41から入射する場合のS偏光反射率、偏光分
離膜42の出射側プリズムアレイ43から入射する場合
のS偏光反射率の積であり、P偏光については2つの反
射防止膜45,46の透過率、偏光分離膜42のP偏光
透過率の積となっている。図5より、偏光分離装置の透
過効率が高いことが分かる。
In FIG. 5, the solid line represents the characteristic of S-polarized light, and the dotted line represents the characteristic of P-polarized light. As for the S-polarized light, the transmittance of each of the two antireflection films 45 and 46, the S-polarized light reflectance when the light is incident from the incident side prism 41 of the polarization separating film 42, and the light is incident from the emission side prism array 43 of the polarization separating film 42. This is the product of the S-polarized light reflectance in this case, and the P-polarized light is the product of the transmittance of the two antireflection films 45 and 46 and the P-polarized light transmittance of the polarization splitting film 42. FIG. 5 shows that the transmission efficiency of the polarization separation device is high.

【0069】以上のように、本実施の形態に係る偏光分
離装置は、図5から分かるように、自然光が入射する
と、S偏光成分とP偏光成分とをわずかに異なる方向に
効率良く出射させることができ、また、光軸方向の厚さ
が薄いのでS偏光成分とP偏光成分の光路差を小さくす
ることができる。
As described above, the polarization beam splitting device according to the present embodiment can efficiently output the S-polarized light component and the P-polarized light component in slightly different directions when natural light enters, as can be seen from FIG. In addition, since the thickness in the optical axis direction is small, the optical path difference between the S-polarized light component and the P-polarized light component can be reduced.

【0070】一般に、光学ガラス材料を研磨して用いる
プリズムのみで前述の偏光装置を構成する場合、プリズ
ムの数が多いことから研磨面や接合面も多く、高価にな
る。また、入射側、出射側ともに一体型の成型品でプリ
ズムアレイを構成する場合、偏光分離膜を必要な斜面だ
けに蒸着することが困難となる。従って、出射側のみを
一般に光学ガラスよりも低い屈折率となるプラスチック
材料で一体型の射出成型品とし、入射側のみを偏光分離
膜を蒸着するガラスプリズムとすれば、接着、蒸着工程
が容易になり量産性が良い。
In general, when the above-mentioned polarizing device is composed of only prisms that are used by polishing an optical glass material, the number of prisms is large, so that the number of polished surfaces and bonding surfaces is large and the cost is high. In addition, when the prism array is formed of an integral molded product on both the entrance side and the exit side, it becomes difficult to deposit a polarization separation film only on a required slope. Therefore, if only the exit side is made of a plastic material having a refractive index lower than that of optical glass and is formed as an integral injection-molded product, and only the entrance side is formed of a glass prism on which a polarization separation film is deposited, the bonding and deposition steps can be easily performed. Good mass productivity.

【0071】(実施の形態2)図6は本発明の実施形態
2に係る偏光照明装置の構成を示したものである。
(Embodiment 2) FIG. 6 shows a configuration of a polarized light illuminating apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.

【0072】同図において、61は光源、62は偏光分
離装置、63は入射側レンズアレイ、64は出射側レン
ズアレイ、65は偏光方向補正板、66は正レンズ、6
7は被照射領域である。
In the figure, 61 is a light source, 62 is a polarization separation device, 63 is an incident side lens array, 64 is an outgoing side lens array, 65 is a polarization direction correction plate, 66 is a positive lens, 6
Reference numeral 7 denotes an irradiation area.

【0073】偏光照明装置は、光源61、偏光分離装置
62、入射側レンズアレイ63、出射側レンズアレイ6
4、偏光方向補正板65、正レンズ66で構成され、所
定の位置に配置された被照射領域67を照明するように
している。入射側レンズアレイ63、出射側レンズアレ
イ64、正レンズ66とでインテグレータが構成されて
いる。
The polarized illumination device includes a light source 61, a polarized light separating device 62, an incident lens array 63, and an exit lens array 6.
4. It comprises a polarization direction correction plate 65 and a positive lens 66, and illuminates an irradiation area 67 arranged at a predetermined position. The incident side lens array 63, the exit side lens array 64, and the positive lens 66 constitute an integrator.

【0074】光源61は、ランプ68、凹面鏡69、フ
ィルタ70で構成されている。凹面鏡69は放物面鏡で
あり、ガラス製基材の内面に可視光を反射し、赤外光を
透過させる光学多層膜を蒸着したものである。ランプ6
8は発光体の中心が凹面鏡69の焦点72に位置するよ
うに配置されている。フィルタ70は、ガラス基板の一
方の面に可視光を透過させ、赤外光と紫外光とを反射さ
せる光学多層膜を蒸着し、他方の面に反射防止膜を蒸着
したものである。ランプ68から放射される自然光は、
凹面鏡69により平行に近い光に変換され、フィルタ7
0により可視光だけが透過した後、偏光分離装置62に
入射する。
The light source 61 includes a lamp 68, a concave mirror 69, and a filter 70. The concave mirror 69 is a parabolic mirror, in which an optical multilayer film that reflects visible light and transmits infrared light is deposited on the inner surface of a glass substrate. Lamp 6
Numeral 8 is arranged such that the center of the illuminant is located at the focal point 72 of the concave mirror 69. The filter 70 is obtained by depositing an optical multilayer film that transmits visible light and reflects infrared light and ultraviolet light on one surface of a glass substrate, and deposits an anti-reflection film on the other surface. The natural light emitted from the lamp 68 is
The light is converted into near parallel light by the concave mirror 69,
After 0, only visible light is transmitted, and then enters the polarization separation device 62.

【0075】偏光分離装置62は、図1に示した偏光分
離装置と同一構成を有している。光源61から出射する
平行光に近い光が光軸75に沿って偏光分離装置62に
入射すると、S偏光の光76が光軸75に沿って出射
し、P偏光の光77が光軸75から角度αだけ傾斜した
方向に沿って出射する。S偏光の光76とP偏光の光7
7とは、いずれも平行に近い光のまま異なる方向に出射
し、いずれも入射側レンズアレイ63に入射する。
The polarization separation device 62 has the same configuration as the polarization separation device shown in FIG. When light close to parallel light emitted from the light source 61 is incident on the polarization separation device 62 along the optical axis 75, S-polarized light 76 is emitted along the optical axis 75, and P-polarized light 77 is emitted from the optical axis 75. Light is emitted along a direction inclined by the angle α. S-polarized light 76 and P-polarized light 7
7 are emitted in different directions while being almost parallel light, and all enter the incident side lens array 63.

【0076】入射側レンズアレイ63は入射側面に正レ
ンズとして機能する入射側レンズ78を複数個配列した
ものであり、各レンズ素子78は被照射領域67の有効
領域と相似の形状ですべて同一の寸法となっている。出
射側レンズアレイ64は出射側面に正レンズとして機能
する出射側レンズ79を複数個配列したものである。各
入射側レンズ78の光軸80は互いに平行で、対応する
出射側レンズ79の光軸と一致している。入射側レンズ
78の焦点は対応する出射側レンズ79の近傍に位置す
る。各出射側レンズ79の焦点距離は、対応する入射側
レンズ78の開口が被照射領域67上に形成されるよう
に設定されている。入射側レンズアレイ63は、偏光分
離装置62から出射するS偏光の光76の進行方向とP
偏光の光77の進行方向とを2等分する方向が入射側レ
ンズアレイ63の各入射側レンズ78の光軸80と平行
となるように配置されている。
The incident-side lens array 63 is formed by arranging a plurality of incident-side lenses 78 functioning as positive lenses on the incident side surface, and each lens element 78 has a shape similar to the effective area of the irradiated area 67 and all have the same shape. It has dimensions. The emission-side lens array 64 is formed by arranging a plurality of emission-side lenses 79 functioning as positive lenses on the emission side surface. The optical axes 80 of the respective incident-side lenses 78 are parallel to each other and coincide with the optical axes of the corresponding output-side lenses 79. The focal point of the entrance side lens 78 is located near the corresponding exit side lens 79. The focal length of each emission-side lens 79 is set such that the corresponding opening of the incidence-side lens 78 is formed on the irradiation area 67. The incident-side lens array 63 is arranged so that the traveling direction of the S-polarized light 76
The direction in which the traveling direction of the polarized light 77 is bisected is arranged so as to be parallel to the optical axis 80 of each incident side lens 78 of the incident side lens array 63.

【0077】偏光分離装置62から出射するS偏光の光
76とP偏光の光77とは、いずれも各入射側レンズ7
8に入射し、出射側レンズ79上にランプ68の発光体
に対応するそれぞれの実像を形成する。S偏光の光76
とP偏光の光77がいずれも入射側レンズ78の光軸8
0に対して斜め方向から入射されるので、出射側レンズ
79上ではその中心から互いに反対方向に離れた位置に
ランプ68の発光体に対応する実像が形成される。
Both the S-polarized light 76 and the P-polarized light 77 emitted from the polarization separation device 62
8 and forms a real image corresponding to the illuminant of the lamp 68 on the emission side lens 79. S-polarized light 76
And the P-polarized light 77 are both optical axes 8 of the incident side lens 78.
Since the light is incident obliquely with respect to 0, a real image corresponding to the illuminant of the lamp 68 is formed on the emission side lens 79 at a position away from the center in the opposite direction.

【0078】出射側レンズアレイ64の出射側面近傍に
は、偏光方向補正板65が配置されている。偏光方向補
正板65はS偏光の光が通過する領域にのみ1/2波長
板83を貼り付けたものである。各出射側レンズ79を
出射したS偏光の光は1/2波長板83により偏光方向
が90゜回転され、各出射側レンズ79を出射したP偏
光の光は1/2波長板83を通過しないので、偏光方向
補正板65を通過した後の光は偏光方向が揃った直線偏
光に近い光となる。各出射側レンズ79は対応する入射
側レンズ78の開口の拡大された実像を被照射領域67
に形成しようとする。
A polarization direction correction plate 65 is disposed near the exit side surface of the exit side lens array 64. The polarization direction correcting plate 65 has a half-wave plate 83 attached only to a region through which S-polarized light passes. The polarization direction of the S-polarized light emitted from each emission side lens 79 is rotated by 90 ° by the half-wave plate 83, and the P-polarized light emitted from each emission side lens 79 does not pass through the half-wave plate 83. Therefore, the light that has passed through the polarization direction correction plate 65 becomes light close to linearly polarized light having a uniform polarization direction. Each of the emission-side lenses 79 converts the enlarged real image of the aperture of the corresponding incidence-side lens 78 into an irradiation area 67.
Try to form.

【0079】出射側レンズアレイ64の出射面側近傍に
正レンズ66が配置され、正レンズ66の焦点距離は、
その焦点が被照射領域67の近傍に位置するように設定
されている。そのため、各出射側レンズ79により形成
される各入射側レンズ78の開口の拡大像が被照射領域
67上で互いに重なり合う。各入射側レンズ78内の輝
度分布は入射側レンズアレイ63内の輝度分布に比べて
変化が小さいので、被照射領域67上では照度分布が平
坦になる。
A positive lens 66 is disposed near the exit surface of the exit lens array 64, and the focal length of the positive lens 66 is
The focal point is set so as to be located near the irradiated region 67. Therefore, the enlarged images of the openings of the respective incident-side lenses 78 formed by the respective exit-side lenses 79 overlap with each other on the irradiation target region 67. Since the luminance distribution in each incident-side lens 78 has a smaller change than the luminance distribution in the incident-side lens array 63, the illuminance distribution becomes flat on the irradiated area 67.

【0080】このように、本実施の形態に係る偏光照明
装置を用いると、被照射領域67に、照度分布が均一に
近く、直線偏光に近い光を効率良く照射することができ
る。
As described above, when the polarized light illuminating apparatus according to the present embodiment is used, it is possible to efficiently irradiate the area to be illuminated 67 with light having nearly uniform illuminance distribution and nearly linearly polarized light.

【0081】1/2波長板83として、光学結晶、延伸
樹脂フィルムなどが考えられる。光学結晶は高コストで
あるので、延伸樹脂フィルムを用いると良い。樹脂延伸
フィルムは使用上限温度が低いので、必要であれば、冷
却ファンにより強制冷却すると良い。
The half-wave plate 83 may be an optical crystal, a stretched resin film, or the like. Since an optical crystal is expensive, a stretched resin film is preferably used. Since the resin-stretched film has a low upper-limit temperature for use, if necessary, the film may be forcibly cooled by a cooling fan.

【0082】偏光方向補正板65は、S偏光の光が通過
する領域とP偏光の光が通過する領域の両方に1/2波
長板を貼り付けてもよい。この場合、前者の1/2波長
板は偏光方向を角度αだけ回転し、後者の1/2波長板
は偏光方向を(α+90゜)または(α−90゜)だけ
回転するように、1/2波長板の遅相軸の方向を所定の
方向に設定する必要がある。
The polarization direction correcting plate 65 may have a half-wave plate attached to both the region where the S-polarized light passes and the region where the P-polarized light passes. In this case, the former half-wave plate rotates the polarization direction by an angle α, and the latter half-wave plate rotates the polarization direction by (α + 90 °) or (α−90 °). It is necessary to set the direction of the slow axis of the two-wave plate to a predetermined direction.

【0083】また、偏光方向補正板65を用いる代わり
に、出射側レンズアレイ64の各出射側レンズ79の入
射側または出射側の平面に1/2波長板を貼ってもよ
い。
Instead of using the polarization direction correction plate 65, a half-wave plate may be attached to the plane on the entrance side or the exit side of each exit side lens 79 of the exit side lens array 64.

【0084】偏光分離装置62に用いる透明接着剤は、
その使用上限温度を越えて使用すると透過率の低下や剥
離を招くので、使用上限温度を越えないようにする必要
がある。光源の光出力が大きい場合には、偏光分離装置
を冷却ファンにより強制冷却するとよい。
The transparent adhesive used for the polarization separation device 62 is
If the temperature exceeds the upper limit of the use temperature, the transmittance is lowered or peeling is caused. Therefore, it is necessary that the temperature does not exceed the upper limit of the use temperature. When the light output of the light source is large, the polarization separation device may be forcibly cooled by a cooling fan.

【0085】(実施の形態3)図7は本発明の実施の形
態3に係る偏光照明装置の構成を示したものであり、同
図において、61は光源、62は偏光分離装置、85は
入射側レンズアレイ、64は出射側レンズアレイ、65
は偏光方向補正板、66は正レンズ、67は被照射領域
である。
(Embodiment 3) FIG. 7 shows a configuration of a polarized light illuminating apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 7, reference numeral 61 denotes a light source, 62 denotes a polarization separation device, and 85 denotes an incident light. Side lens array, 64 is an emission side lens array, 65
Denotes a polarization direction correction plate, 66 denotes a positive lens, and 67 denotes an irradiation area.

【0086】図7に示した偏光照明装置は、入射側レン
ズアレイ85の構成と、光源61の光軸75と入射側レ
ンズアレイ85の各入射側レンズ86の光軸87とが平
行となるように配置されている点で、図6に示した偏光
照明装置と異なる。入射側レンズアレイ85を除いた構
成要素はすべて図6に示した構成要素と同一である。
In the polarized light illuminating device shown in FIG. 7, the configuration of the incident side lens array 85 and the optical axis 75 of the light source 61 and the optical axis 87 of each incident side lens 86 of the incident side lens array 85 are parallel. Is different from the polarized light illumination device shown in FIG. The components other than the incident side lens array 85 are all the same as the components shown in FIG.

【0087】入射側レンズアレイ85の各入射側レンズ
86は、入射側レンズアレイ85から出射するS偏光の
光88の進行方向とP偏光の光89の進行方向とを2等
分する方向が光軸75と平行となるように、いずれも各
開口の中心に対して各光軸87が偏心している。
Each incident-side lens 86 of the incident-side lens array 85 has a light direction in which the traveling direction of the S-polarized light 88 and the traveling direction of the P-polarized light 89 emitted from the incident-side lens array 85 are equally divided into two. Each optical axis 87 is eccentric with respect to the center of each aperture so as to be parallel to the axis 75.

【0088】図7に示した構成では、実施の形態3にお
ける偏光照明装置と同様の作用、効果が得られ、さらに
光源61から被照射領域67までの構成要素がすべて一
軸上に配列されるので、構成要素を取り付ける筐体が図
6に示した構成より簡単になる利点がある。
In the configuration shown in FIG. 7, the same operation and effect as those of the polarized light illuminating apparatus according to the third embodiment can be obtained, and all the components from light source 61 to irradiated area 67 are arranged on one axis. There is an advantage that the housing for mounting the components is simpler than the configuration shown in FIG.

【0089】図7に示した構成において、入射側レンズ
アレイ85を入射側が平面で出射側がレンズ面となるよ
うにし、偏光分離装置62と入射側レンズアレイ85と
を透明接着剤で接合してもよい。こうすると、偏光分離
装置62の出射側と入射側レンズアレイ85の入射側に
反射防止膜を形成する必要がなくなり、低コスト化でき
る。
In the configuration shown in FIG. 7, even if the incident side lens array 85 is configured such that the incident side is a plane and the exit side is a lens surface, the polarization separation device 62 and the incident side lens array 85 are joined with a transparent adhesive. Good. This eliminates the need to form an anti-reflection film on the emission side of the polarization separation device 62 and the incidence side of the incidence-side lens array 85, and can reduce the cost.

【0090】(実施の形態4)図8は本発明の実施の形
態4に係る偏光照明装置の構成を示したものであり、同
図において、91は光源、92は入射側レンズアレイ、
93は偏光分離装置、94は出射側レンズアレイ、95
は偏光方向補正板、96は正レンズ、97は被照射領域
である。
(Embodiment 4) FIG. 8 shows a configuration of a polarized light illuminating apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 8, reference numeral 91 denotes a light source, 92 denotes an incident side lens array,
93 is a polarization beam splitter, 94 is an exit lens array, 95
Denotes a polarization direction correction plate, 96 denotes a positive lens, and 97 denotes an irradiation area.

【0091】図8に示した偏光照明装置は、入射側レン
ズアレイ92の出射側に偏光分離装置93が配置されて
いる点で、図6に示した偏光照明装置と基本的に異な
る。
The polarized light illuminating device shown in FIG. 8 is basically different from the polarized light illuminating device shown in FIG. 6 in that a polarized light separating device 93 is arranged on the exit side of the entrance lens array 92.

【0092】光源91の構成は図6に示した光源61の
構成と同一であり、光源91から出射した自然光は、入
射側レンズアレイ92、偏光分離装置93、出射側レン
ズアレイ94、偏光方向補正板95、正レンズ96の順
に透過し、被照射領域97に到達する。
The configuration of the light source 91 is the same as the configuration of the light source 61 shown in FIG. 6. Natural light emitted from the light source 91 is incident on the incident side lens array 92, the polarization separation device 93, the exit side lens array 94, the polarization direction correction. The light passes through the plate 95 and the positive lens 96 in this order, and reaches the irradiation area 97.

【0093】入射側レンズアレイ92は、図6に示した
入射側レンズアレイ63と同様に、入射側面に正レンズ
として機能する入射側レンズ98を複数個配列したもの
であり、各レンズ素子98は被照射領域97の有効領域
と相似の形状ですべて同一の寸法となっている。偏光分
離装置93は、図1に示した偏光分離装置と同一であ
り、入射側レンズアレイ92を出射した自然光が入射す
るとS偏光の光99とP偏光の光100が異なる方向に
出射する。出射側レンズアレイ94は、図6に示した出
射側レンズアレイ64と同様に、出射側面に正レンズと
して機能する出射側レンズ101を複数個配列したもの
である。入射側レンズアレイ92の水平方向ピッチと出
射側レンズアレイ94の水平方向のピッチとは互いに等
しく、各入射側レンズ98の光軸は互いに平行で、対応
する出射側レンズ101の光軸と一致している。各出射
側レンズ101の光軸はその開口の中心に対して出射側
レンズアレイ94の水平方向ピッチの3/4だけ偏心し
ている。入射側レンズ98の焦点は対応する出射側レン
ズ101の近傍に位置し、各出射側レンズ101の焦点
は対応する入射側レンズ98の近傍に位置し、正レンズ
96の焦点は被照射領域97の近傍に位置する。出射側
レンズアレイ94の入射側には、S偏光の光が通過する
領域にのみ1/2波長板104が貼り付けられ、S偏光
の光99は1/2波長板104により偏光方向が90゜
回転される。
The incident-side lens array 92 has a plurality of incident-side lenses 98 functioning as positive lenses arranged on the incident side surface, similarly to the incident-side lens array 63 shown in FIG. The effective area of the illuminated area 97 has a shape similar to that of the effective area and all have the same dimensions. The polarization beam splitter 93 is the same as the polarization beam splitter shown in FIG. 1. When natural light emitted from the incident side lens array 92 enters, the S-polarized light 99 and the P-polarized light 100 are emitted in different directions. The emission-side lens array 94 includes a plurality of emission-side lenses 101 functioning as positive lenses on the emission side surface, similarly to the emission-side lens array 64 shown in FIG. The horizontal pitch of the entrance-side lens array 92 and the horizontal pitch of the exit-side lens array 94 are equal to each other, and the optical axes of the entrance-side lenses 98 are parallel to each other and coincide with the optical axes of the corresponding exit-side lenses 101. ing. The optical axis of each emission side lens 101 is eccentric with respect to the center of the opening by / of the horizontal pitch of the emission side lens array 94. The focal point of the entrance-side lens 98 is located near the corresponding exit-side lens 101, the focal point of each exit-side lens 101 is located near the corresponding entrance-side lens 98, and the focal point of the positive lens 96 is located near the irradiation area 97. Located nearby. A half-wave plate 104 is attached only to a region through which the S-polarized light passes on the incident side of the emission-side lens array 94, and the polarization direction of the S-polarized light 99 is 90 ° by the half-wave plate 104. Rotated.

【0094】光源91から出射する自然光が入射側レン
ズアレイ92に入射すると、各入射側レンズ98は対応
する出射側レンズ101上に光源91を構成するランプ
68の発光体の実像を形成しようとする。入射側レンズ
アレイ92から出射する自然光が偏光分離装置93に入
射すると、S偏光の光99は光軸75に沿って進み、P
偏光の光100は光軸75からずれた方向に進み、各出
射側レンズ101上にランプ68の発光体に対応するそ
れぞれの実像が形成される。S偏光の光99は1/2波
長板104により偏光方向が90゜回転され、P偏光の
光100は1/2波長板104を通過しないので、出射
側レンズアレイ94には偏光方向が揃った直線偏光に近
い光が入射する。2つの偏光成分の光は、各出射側レン
ズ101により、それぞれ光軸75と平行に出射し、正
レンズ96に入射する。各出射側レンズ101は対応す
る入射側レンズ98の開口の拡大された実像を無限遠に
互いに重なり合うように形成し、正レンズ96は無限遠
の実像を物体としてそれに対応する像を被照射領域97
上に形成する。そのため、各出射側レンズ101により
形成される各入射側レンズ98の開口の拡大像が被照射
領域97上で互いに重なり合う。各入射側レンズ98内
の輝度分布は入射側レンズアレイ92内の輝度分布に比
べて変化が小さいので、被照射領域97上では照度分布
が平坦になる。
When natural light emitted from the light source 91 is incident on the incident side lens array 92, each incident side lens 98 attempts to form a real image of the light emitter of the lamp 68 constituting the light source 91 on the corresponding exit side lens 101. . When natural light emitted from the incidence-side lens array 92 enters the polarization separation device 93, the S-polarized light 99 travels along the optical axis 75, and
The polarized light 100 travels in a direction deviated from the optical axis 75, and a real image corresponding to the light emitter of the lamp 68 is formed on each of the emission-side lenses 101. Since the polarization direction of the S-polarized light 99 is rotated by 90 ° by the half-wave plate 104 and the P-polarized light 100 does not pass through the half-wave plate 104, the polarization direction is aligned with the exit-side lens array 94. Light close to linearly polarized light is incident. The two polarized light components are emitted by the respective exit-side lenses 101 in parallel with the optical axis 75 and enter the positive lens 96. Each emission-side lens 101 forms an enlarged real image of the aperture of the corresponding entrance-side lens 98 so as to overlap each other at infinity, and the positive lens 96 sets a real image at infinity as an object and outputs a corresponding image to the irradiation area 97.
Form on top. Therefore, the enlarged images of the apertures of the respective incident-side lenses 98 formed by the respective exit-side lenses 101 overlap with each other on the irradiation area 97. Since the luminance distribution in each of the incident side lenses 98 has a smaller change than the luminance distribution in the incident side lens array 92, the illuminance distribution becomes flat on the irradiated area 97.

【0095】このような、本実施の形態の偏光照明装置
によれば、被照射領域97に、照度分布が均一に近く、
直線偏光に近い光を効率良く照射することができる。
According to the polarized light illuminating apparatus of the present embodiment, the illuminance distribution in the irradiated area 97 is almost uniform,
Light close to linearly polarized light can be efficiently emitted.

【0096】図8に示した構成において、入射側レンズ
アレイ92と偏光分離装置93とを透明接着剤により接
合してもよい。こうすると、入射側レンズアレイ92の
出射側と偏光分離装置93の入射側に反射防止膜を形成
する必要がなくなり、低コスト化できる。
In the configuration shown in FIG. 8, the incident side lens array 92 and the polarization beam splitter 93 may be joined by a transparent adhesive. This eliminates the need to form an anti-reflection film on the exit side of the entrance-side lens array 92 and the incidence side of the polarization beam splitter 93, and can reduce the cost.

【0097】(実施の形態5)図9は本発明の実施の形
態5に係る投写型表示装置の構成を示したものであり、
同図において121は偏光照明装置、122,123は
ダイクロイックミラー、124は平面ミラー、126,
127,128はフィールドレンズ、132,133,
134は液晶パネル、138,139はダイクロイック
ミラー、140は平面ミラー、142は投写レンズであ
る。
(Embodiment 5) FIG. 9 shows a configuration of a projection display apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
In the drawing, reference numeral 121 denotes a polarized light illuminator, 122 and 123 denote dichroic mirrors, 124 denotes a plane mirror, and 126 and
127, 128 are field lenses, 132, 133,
134 is a liquid crystal panel, 138 and 139 are dichroic mirrors, 140 is a plane mirror, and 142 is a projection lens.

【0098】偏光照明装置121は、図7に示したもの
と同一であり、光源61,偏光分離装置62、入射側レ
ンズアレイ63、出射側レンズアレイ64、偏光方向補
正板65、正レンズ66で構成されている。
The polarized light illuminating device 121 is the same as that shown in FIG. 7, and includes a light source 61, a polarized light separating device 62, an incident side lens array 63, an outgoing side lens array 64, a polarization direction correcting plate 65, and a positive lens 66. It is configured.

【0099】偏光照明装置121を出射した光は、青反
射ダイクロイックミラー122、赤反射ダイクロイック
ミラー123、平面ミラー124で構成される色分解光
学系に入射し、赤、緑、青の原色光に分解される。
The light emitted from the polarization illuminator 121 enters a color separation optical system composed of a blue reflection dichroic mirror 122, a red reflection dichroic mirror 123, and a plane mirror 124, and is decomposed into red, green, and blue primary color lights. Is done.

【0100】色分解光学系から出射する各原色光は、そ
れぞれフィールドレンズ126,127,128、入射
側偏光板129,130,131を透過した後、液晶パ
ネル132,133,134に入射する。3つの液晶パ
ネル132,133,134は、いずれもTN液晶パネ
ルであり、偏光状態の変化として光学像を形成する。偏
光照明装置121から各液晶パネル132,133,1
34までの光路長は赤、緑、青の各光路で等しく、入射
側偏光板129,130,131の各偏光軸は、偏光照
明装置121から出射する直線偏光の中心的な偏光方向
に一致している。各液晶パネル132,133,134
からの出射光は、それぞれ出射側偏光板135,13
6,137を透過し、青反射ダイクロイックミラー13
8、赤反射ダイクロイックミラー139、平面ミラー1
40で構成される色合成光学系に入射して1つの光に合
成された後、投写レンズ142に入射する。
Each primary color light emitted from the color separation optical system passes through field lenses 126, 127, 128 and incident side polarizing plates 129, 130, 131, and then enters liquid crystal panels 132, 133, 134. Each of the three liquid crystal panels 132, 133, and 134 is a TN liquid crystal panel, and forms an optical image as a change in polarization state. Each of the liquid crystal panels 132, 133, 1
The optical path length up to 34 is the same in each of the red, green, and blue optical paths, and the respective polarization axes of the incident-side polarizing plates 129, 130, and 131 match the central polarization direction of the linearly polarized light emitted from the polarization illuminating device 121. ing. Each liquid crystal panel 132, 133, 134
Outgoing light from the output side polarizing plates 135, 13 respectively.
6,137 and the blue reflecting dichroic mirror 13
8. Red reflective dichroic mirror 139, flat mirror 1
The light enters the color combining optical system constituted by 40 and is combined into one light, and then enters the projection lens 142.

【0101】こうして、液晶パネル132,133,1
34に形成された光学像がスクリーン上に拡大投写され
る。
Thus, the liquid crystal panels 132, 133, 1
The optical image formed at 34 is enlarged and projected on the screen.

【0102】このような本実施の形態に係る投写型表示
装置によれば、偏光分離装置62、入射側レンズアレイ
63、出射側レンズアレイ64、偏光方向補正板65、
正レンズ66の組み合わせにより、光源61から出射す
る自然光が効率良く直線偏光に近い光に変換でき、この
直線偏光に近い光が入射側偏光板129,130,13
1を高い透過率で透過するので、非常に高い光利用効率
を実現できる。
According to such a projection type display device according to the present embodiment, the polarization separation device 62, the incident side lens array 63, the exit side lens array 64, the polarization direction correction plate 65,
By the combination of the positive lens 66, natural light emitted from the light source 61 can be efficiently converted into light close to linearly polarized light, and the light close to linearly polarized light is converted to the incident-side polarizing plates 129, 130, and 13.
Since 1 is transmitted with a high transmittance, a very high light use efficiency can be realized.

【0103】また、入射側偏光板129、130、13
1に直線偏光に近い光が入射するので、入射側偏光板で
の光吸収が少なく、その分信頼性が高くなるという利点
もある。さらに、入射側レンズアレイ63と出射側レン
ズアレイ64により、投写画像の照度均一性が良好にす
ることができる。
Also, the incident side polarizing plates 129, 130, 13
Since light close to linearly polarized light is incident on the light-receiving element 1, there is an advantage that light absorption by the incident-side polarizing plate is small, and the reliability is increased accordingly. Further, with the incident side lens array 63 and the exit side lens array 64, the illuminance uniformity of the projected image can be improved.

【0104】(実施の形態6)図10は本発明の実施の
形態6に係る投写型表示装置の構成を示したものであ
り、同図において151は偏光照明装置、152は平面
ミラー、153,154はダイクロイックミラー、15
5は平面ミラー、156,157はリレーレンズ、15
8,159は平面ミラー、160,161,162はフ
ィールドレンズ、166,167,168は液晶パネ
ル、172は色合成プリズム、173は投写レンズであ
る。
(Embodiment 6) FIG. 10 shows the configuration of a projection type display apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 10, 151 is a polarized light illuminating device, 152 is a plane mirror, 153 154 is a dichroic mirror, 15
5 is a plane mirror, 156 and 157 are relay lenses, 15
8, 159 are plane mirrors, 160, 161, 162 are field lenses, 166, 167, 168 are liquid crystal panels, 172 is a color combining prism, and 173 is a projection lens.

【0105】偏光照明装置151は図7に示したものと
同一であり、光源61、偏光分離装置62、入射側レン
ズアレイ63、出射側レンズアレイ64、偏光方向補正
板65、正レンズ66で構成されている。
The polarization illuminator 151 is the same as that shown in FIG. 7, and comprises a light source 61, a polarization separator 62, an incident-side lens array 63, an exit-side lens array 64, a polarization direction correction plate 65, and a positive lens 66. Have been.

【0106】偏光照明装置151を出射した光は、平面
ミラー152で反射された後、青透過ダイクロイックミ
ラー153、緑反射ダイクロイックミラー154、平面
ミラー155で構成される色分解光学系に入射し、赤、
緑、青の原色光に分解される。赤の原色光は、第1のリ
レーレンズ156、第2のリレーレンズ157、2枚の
平面ミラー158,159で構成されるリレー光学系に
入射する。
The light emitted from the polarization illuminator 151 is reflected by a plane mirror 152, and then enters a color separation optical system composed of a blue transmission dichroic mirror 153, a green reflection dichroic mirror 154, and a plane mirror 155, and receives a red light. ,
Decomposed into green and blue primary light. The red primary color light enters a relay optical system including a first relay lens 156, a second relay lens 157, and two plane mirrors 158 and 159.

【0107】色分解光学系を出射した青および緑の原色
光と、リレー光学系を出射した赤の原色光は、それぞれ
フィールドレンズ160,161,162、入射側偏光
板163,164,165を透過した後、液晶パネル1
66,167,168に入射する。
The blue and green primary color lights emitted from the color separation optical system and the red primary color light emitted from the relay optical system pass through the field lenses 160, 161, 162 and the incident side polarizing plates 163, 164, 165, respectively. After that, the LCD panel 1
66, 167 and 168.

【0108】3つの液晶パネル166,167,168
は、いずれもTN液晶パネルであり、偏光状態の変化と
して光学像を形成する。入射側偏光板163,164,
165の各偏光軸は、偏光照明装置151から出射する
直線偏光に近い光のの中心的な偏光方向に一致してい
る。
The three liquid crystal panels 166, 167, 168
Are TN liquid crystal panels, each of which forms an optical image as a change in polarization state. Incident side polarizing plates 163, 164,
Each polarization axis of 165 coincides with the central polarization direction of light near linearly polarized light emitted from the polarized light illumination device 151.

【0109】各液晶パネル166,167,168から
の出射光は、それぞれ出射側偏光板169,170,1
71を透過し、色合成プリズム172に入射する。色合
成プリズム172は、斜面に赤反射ダイクロイック多層
膜および青反射ダイクロイック多層膜がX字状に配列さ
れるように、4個の三角プリズムを接合したものであ
る。色合成プリズム172に入射した各原色光は、色合
成プリズム171により1つの光に合成された後、投写
レンズ173に入射する。液晶パネル166,167,
168に形成された光学像は投写レンズ173によりス
クリーン上に拡大投写される。
Light emitted from each of the liquid crystal panels 166, 167, and 168 is output from the output-side polarizing plates 169, 170, and 1, respectively.
The light passes through 71 and enters the color combining prism 172. The color synthesizing prism 172 is formed by joining four triangular prisms such that a red reflection dichroic multilayer film and a blue reflection dichroic multilayer film are arranged in an X-shape on a slope. Each primary color light that has entered the color combining prism 172 is combined into one light by the color combining prism 171, and then enters the projection lens 173. LCD panels 166, 167,
The optical image formed at 168 is enlarged and projected on a screen by a projection lens 173.

【0110】図10に示した構成では、偏光照明装置1
51から各液晶パネル166,167,168までの光
路長は赤の光路だけ他の光路より長いため、偏光照明装
置の作用を有効に得るには注意が必要である。そこで、
リレー光学系により赤の等価光路長が緑および青の光路
長と等しくなるようにしている。この点について、もう
少し説明する。
In the configuration shown in FIG.
Since the optical path length from 51 to each of the liquid crystal panels 166, 167, and 168 is longer than the other optical paths only in the red optical path, care must be taken to effectively obtain the operation of the polarized light illuminating device. Therefore,
The equivalent optical path length of red is made equal to the optical path lengths of green and blue by the relay optical system. This point will be explained a little more.

【0111】偏光照明装置151からは平行に近い光が
出射し、投写レンズ173はテレセントリックである場
合には、第1のリレーレンズ156の焦点が第2のリレ
ーレンズ157の近傍に位置し、第2のリレーレンズ1
57の焦点距離が第1のリレーレンズ156から第2の
リレーレンズ157までの光路長とほぼ等しく、第2の
リレーレンズ157からフィールドレンズ162までの
光路長が第1のリレーレンズ156から第2のリレーレ
ンズ157までの光路長とほぼ等しく、フィールドレン
ズ162の焦点が第2のリレーレンズ157の近傍に位
置するようにするとよい。
When the near-parallel light is emitted from the polarized light illuminator 151 and the projection lens 173 is telecentric, the focal point of the first relay lens 156 is located near the second relay lens 157, 2 relay lenses 1
The focal length of the optical path 57 is substantially equal to the optical path length from the first relay lens 156 to the second relay lens 157, and the optical path length from the second relay lens 157 to the field lens 162 is the second optical path length from the first relay lens 156 to the second optical path. It is preferable that the focal length of the field lens 162 is substantially equal to the optical path length up to the second relay lens 157.

【0112】このようにすると、第1のリレーレンズ1
56により光源61を構成するランプ68の発光体の像
が第2のリレーレンズ157の近傍に形成され、第2の
リレーレンズ157により第1のリレーレンズ156の
近傍の物体がフィールドレンズ162の近傍に形成され
るため、フィールドレンズ162の出射側近傍における
平均照度、照度分布は第1のリレーレンズ156の入射
側近傍の平均照度、照度分布に近くなる。こうして、リ
レー光学系により、偏光照明装置151から赤、緑、青
の各液晶パネル166,167,168までの光路長が
等価的に等しくなり、本願発明の偏光照明装置の作用を
有効に得ることができる。
By doing so, the first relay lens 1
An image of the illuminant of the lamp 68 constituting the light source 61 is formed by the 56 near the second relay lens 157, and an object near the first relay lens 156 is moved by the second relay lens 157 near the field lens 162. Therefore, the average illuminance and the illuminance distribution near the exit side of the field lens 162 are close to the average illuminance and the illuminance distribution near the entrance side of the first relay lens 156. Thus, the optical path lengths from the polarization illuminating device 151 to the red, green, and blue liquid crystal panels 166, 167, and 168 are equivalently equalized by the relay optical system, and the operation of the polarization illuminating device of the present invention can be effectively obtained. Can be.

【0113】図10に示した投写型表示装置も、図9に
示した投写型表示装置と同様の効果が得られる。
The projection type display device shown in FIG. 10 has the same effects as those of the projection type display device shown in FIG.

【0114】[0114]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、安価で、
量産性の高い、S偏光成分とP偏光成分の光路差の小さ
い薄型の偏光分離装置を提供することができ、また、高
効率で被照射領域の照度均一性が良好な偏光照明装置、
さらに、高効率で投写画像の照度均一性が良好な投写型
表示装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, inexpensive,
A polarization illuminating device that has high mass productivity, can provide a thin polarization separation device with a small optical path difference between the S-polarized light component and the P-polarized light component, and has high efficiency and good illuminance uniformity in the irradiated area.
Further, it is possible to provide a projection type display device which has high efficiency and good illuminance uniformity of a projected image.

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

【図1】本発明の実施の形態1に係る偏光分離装置の構
成を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a polarization beam splitter according to a first embodiment of the present invention.

【図2】実施の形態1における偏光分離装置の構成を示
す要部拡大断面図。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a configuration of the polarization beam splitting device according to the first embodiment.

【図3】実施の形態1における偏光分離装置の作用を説
明するための説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an operation of the polarization beam splitter in the first embodiment.

【図4】実施の形態1における偏光分離装置の偏光分離
膜の分光透過率特性を示す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a spectral transmittance characteristic of a polarization separation film of the polarization separation device according to the first embodiment.

【図5】実施の形態1における偏光分離装置の総合分光
透過率特性を示す特性図。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing total spectral transmittance characteristics of the polarization beam splitter according to the first embodiment.

【図6】本発明の実施の形態2に係る偏光照明装置の構
成を示す概略構成図。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a polarized light illumination device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態3に係る偏光照明装置の構
成を示す概略構成図。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a polarized light illumination device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態4に係る偏光照明装置の構
成を示す概略構成図。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a polarized light illumination device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態5に係る投写型表示装置の
構成を示す概略構成図。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a projection display apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態6に係る投写型表示装置
の構成を示す概略構成図。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a projection display apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.

【図11】従来の投写型表示装置の一例を示す概略構成
図。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional projection display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

41 入射側プリズム 42 偏光分離膜 43 出射側プリズムアレイ 44 透明接着剤 45,46 反射防止膜子 61,91 光源 62,93 偏光分離装置 63,85,92 入射側レンズアレイ 64,94 出射側レンズアレイ 65,95 偏光方向補正板 66,96 正レンズ 67,97 被照射領域 68 ランプ 69 凹面鏡 70 フィルタ 121,151 偏光照明装置 132,133,134,166,167,168 液
晶パネル 126,127,128,160,161,162 フ
ィールドレンズ 129,130,131,163,164,165 入
射側偏光板 135,136,137,169,170,171 出
射側偏光板 142,173 投写レンズ 122,123,138,139,153,154 ダ
イクロイックミラー 124,140,155,158,159 平面ミラー 155,156 リレーレンズ 172 色合成プリズム
41 Incident side prism 42 Polarized light separating film 43 Outgoing side prism array 44 Transparent adhesive 45, 46 Antireflection film element 61, 91 Light source 62, 93 Polarized light separating device 63, 85, 92 Incident side lens array 64, 94 Outgoing side lens array 65,95 Polarization direction correction plate 66,96 Positive lens 67,97 Irradiated area 68 Lamp 69 Concave mirror 70 Filter 121,151 Polarized illumination device 132,133,134,166,167,168 Liquid crystal panel 126,127,128,160 , 161, 162 Field lens 129, 130, 131, 163, 164, 165 Input-side polarizing plate 135, 136, 137, 169, 170, 171 Output-side polarizing plate 142, 173 Projection lens 122, 123, 138, 139, 153 , 154 dichroic mirror 1 4,140,155,158,159 plane mirror 155, 156 relay lens 172 color combining prism

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 断面が三角形状の複数の入射側プリズム
にて入射側面と断面が鋸歯状の接合面とが形成された入
射側プリズムアレイと、前記鋸歯状の接合面で同一方向
に傾いた各斜面に形成され入射光を偏光方向が直交する
2つの偏光成分の光に分離する偏光分離膜と、一体化さ
れた複数のプリズムからなり平面状の出射側面と鋸歯状
の接合面とが形成され全体として板状をなすように前記
入射側プリズムアレイの接合面に接合された出射側プリ
ズムアレイとを備えた偏光分離装置。
1. An incidence-side prism array in which a plurality of incidence-side prisms each having a triangular cross section are formed with an incidence side surface and a sawtooth-like junction surface, and the sawtooth-like junction surface is inclined in the same direction. A polarized light separating film formed on each inclined surface to separate incident light into two polarized light components whose polarization directions are orthogonal to each other, and a planar emitting side surface composed of a plurality of integrated prisms and a sawtooth-shaped joint surface are formed. And a light exiting prism array joined to the joining surface of the incident side prism array so as to form a plate as a whole.
【請求項2】 出射側プリズムアレイの屈折率が入射側
プリズムの屈折率より低いことを特徴とする請求項1記
載の偏光分離装置。
2. The polarization splitting device according to claim 1, wherein the refractive index of the output side prism array is lower than the refractive index of the incident side prism.
【請求項3】 入射側プリズムの入射側面と偏光分離膜
とのなす角は45゜であることを特徴とする請求項1又
は請求項2記載の偏光分離装置。
3. The polarization beam splitting device according to claim 1, wherein an angle between the incident side surface of the incident side prism and the polarization beam splitting film is 45 °.
【請求項4】 出射側プリズムの出射側面と偏光分離膜
とのなす角は45゜であることを請求項1乃至請求項3
のいずれかに記載の偏光分離装置。
4. An apparatus according to claim 1, wherein an angle formed between the exit side surface of the exit side prism and the polarization separation film is 45 °.
The polarization separation device according to any one of the above.
【請求項5】 入射側プリズムアレイは、各入射側プリ
ズムの一側面を同一平面に揃えて連続配置することで平
面状の入射側面を形成したことを特徴とする請求項1乃
至請求項4のいずれかに記載の偏光分離装置。
5. The incident-side prism array according to claim 1, wherein one side surface of each of the incident-side prisms is arranged on the same plane and arranged continuously to form a planar incident side surface. The polarization separation device according to any one of the above.
【請求項6】 出射側プリズムアレイは、射出成形によ
って形成された樹脂材料であることを特徴とする請求項
1乃至請求項5のいずれかに記載の偏光分離装置。
6. The polarization separation device according to claim 1, wherein the emission side prism array is a resin material formed by injection molding.
【請求項7】 入射側プリズムアレイと出射側プリズム
アレイとを、入射側プリズムおよび出射側プリズムアレ
イの屈折率よりも低い屈折率の透明接着剤で接合したこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載
の偏光分離装置。
7. The incident side prism array and the exit side prism array are joined with a transparent adhesive having a refractive index lower than that of the incident side prism and the exit side prism array. Item 7. The polarized light separation device according to any one of Items 6.
【請求項8】 略平行な自然光を出射する光源と、前記
光源からの出射光が入射し偏光方向が互いに直交する2
つの偏光成分の光を異なる方向に出射する請求項1乃至
請求項7のいずれかに記載の偏光分離装置と、二次元状
に配列した複数の入射側レンズを有し前記偏光分離装置
の出射側近傍に配置された入射側レンズアレイと、前記
各入射側レンズと対をなす複数の出射側レンズを有し前
記入射側レンズアレイからの出射光が入射する出射側レ
ンズアレイと、前記出射側レンズアレイの入射側または
出射側の近傍に配置され前記2つの偏光成分の光を偏光
方向が揃った光に変換する偏光方向補正手段とを備えた
偏光照明装置。
8. A light source that emits substantially parallel natural light, and a light source that emits light from the light source and whose polarization directions are orthogonal to each other.
The polarization splitting device according to any one of claims 1 to 7, which emits light of two polarization components in different directions, and an emission side of the polarization splitting device, comprising: a plurality of two-dimensionally arranged incident-side lenses. An incident-side lens array disposed in the vicinity, an exit-side lens array having a plurality of exit-side lenses paired with the respective incident-side lenses, and receiving light emitted from the incident-side lens array; and the exit-side lens A polarized light illuminating device comprising: a polarization direction corrector disposed near an incident side or an output side of an array and configured to convert the two polarized light components into light having the same polarization direction.
【請求項9】 光源の光軸と偏光分離手段の光軸とは平
行であり、前記偏光分離手段から出射する2つの偏光成
分の光の進む方向を2等分する方向と入射側レンズアレ
イの法線方向とが平行となり、前記入射側レンズアレイ
の法線方向と出射側レンズアレイの法線方向とが平行と
なるようにしたことを特徴とする請求項8記載の偏光照
明装置。
9. The optical axis of the light source and the optical axis of the polarization separation means are parallel to each other, and the direction in which the traveling direction of the light of the two polarization components emitted from the polarization separation means is divided into two equal parts and the direction of the incident side lens array. 9. The polarization illuminating device according to claim 8, wherein a normal direction is parallel to the normal direction of the incident side lens array, and a normal direction of the output side lens array is parallel to the normal direction.
【請求項10】 光源の光軸と偏光分離手段の光軸と入
射側レンズアレイの法線方向と出射側レンズアレイの法
線方向とは互いに平行であり、各入射側レンズはその2
つの偏光成分の光が前記入射側レンズアレイの法線方向
を中心として略対称な方向に進むように、前記各入射側
レンズの開口の中心を光軸から偏心させたことを特徴と
する請求項8記載の偏光照明装置。
10. The optical axis of the light source, the optical axis of the polarization splitting means, the normal direction of the entrance lens array, and the normal direction of the exit lens array are parallel to each other.
The center of the aperture of each of the incident-side lenses is decentered from the optical axis such that the light of the two polarization components travels in a direction substantially symmetric about the normal direction of the incident-side lens array. 9. The polarized light illumination device according to 8.
【請求項11】 入射側レンズアレイの入射側が平面で
あり、偏光分離装置と前記入射側レンズアレイとを接合
したことを特徴とする請求項8記載の偏光照明装置。
11. The polarized light illuminating device according to claim 8, wherein the incident side of the incident side lens array is a flat surface, and the polarization splitting device and the incident side lens array are joined.
【請求項12】 出射側レンズアレイの出射側近傍に正
レンズを配置し、各入射側レンズの開口の実像が被照射
領域の近傍で互いにほぼ重なるようにしたことを特徴と
する請求項8記載の偏光照明装置。
12. The lens system according to claim 8, wherein a positive lens is arranged near the emission side of the emission side lens array, and the real images of the apertures of the respective incidence side lenses substantially overlap each other in the vicinity of the irradiated area. Polarized lighting equipment.
【請求項13】 略平行な自然光を出射する光源と、二
次元状に配列した複数の入射側レンズを有し前記光源か
らの出射光が入射する入射側レンズアレイと、前記入射
側レンズアレイからの出射光が入射し偏光方向が互いに
直交する2つの偏光成分の光を異なる方向に出射する請
求項1乃至請求項7のいずれかに記載の偏光分離装置
と、前記各入射側レンズと対をなす複数の出射側レンズ
を有し前記偏光分離装置の出射光が入射する出射側レン
ズアレイと、前記出射側レンズアレイの入射側または出
射側の近傍に配置され前記2つの偏光成分の光を偏光方
向が揃った光に変換する偏光方向補正手段とを備えた偏
光照明装置。
13. A light source for emitting substantially parallel natural light, an incident-side lens array having a plurality of two-dimensionally arranged incident-side lenses, and receiving light emitted from the light source, and The polarization splitting device according to any one of claims 1 to 7, wherein each of the incident-side lenses is paired with a corresponding one of the polarization-separating devices. An output-side lens array having a plurality of output-side lenses to be formed, on which the output light of the polarization splitting device is incident; A polarized light illuminating device comprising: a polarized light direction correcting unit that converts light into a light having a uniform direction.
【請求項14】 偏光方向補正手段は、出射側レンズの
開口上の2つの偏光成分のうちの一方の偏光方向を全く
変えないか又は所定の角度αだけ回転させ、他方の偏光
方向を略(α+90゜)又は略(α−90゜)回転さ
せ、被照射領域に直線偏光に近い光を照射することを特
徴とする請求項8又は請求項13記載の偏光照明装置。
14. The polarization direction correcting means does not change the polarization direction of one of the two polarization components on the aperture of the emission-side lens at all, or rotates the polarization direction by a predetermined angle α, and substantially changes the polarization direction of the other. 14. The polarized light illuminating device according to claim 8, wherein the light is rotated by approximately (α + 90 °) or substantially (α−90 °) to irradiate the irradiated region with light close to linearly polarized light.
【請求項15】 光源の光軸と、入射側レンズアレイの
法線方向と、偏光分離手段の光軸と、出射側レンズアレ
イの法線方向とは互いに平行であり、各出射側レンズは
その2つの偏光成分の光が前記出射側レンズアレイの法
線方向と平行に進むように、前記各出射側レンズの開口
の中心を光軸から偏心させたことを特徴とする請求項1
3記載の偏光照明装置。
15. The optical axis of the light source, the normal direction of the incident-side lens array, the optical axis of the polarization splitting means, and the normal direction of the output-side lens array are parallel to each other. 2. The center of the aperture of each of the emission-side lenses is decentered from the optical axis such that the light of the two polarization components travels in parallel with the normal direction of the emission-side lens array.
4. The polarized light illumination device according to 3.
【請求項16】 入射側レンズアレイの出射側が平面で
あり、前記入射側レンズアレイと偏光分離装置とを接合
したことを特徴とする請求項13記載の偏光照明装置。
16. The polarized light illuminating device according to claim 13, wherein the exit side of the incident side lens array is a flat surface, and the incident side lens array and the polarization separation device are joined.
【請求項17】 出射側レンズアレイの出射側近傍に正
レンズを配置し、各入射側レンズの開口の実像が被照射
領域の近傍で互いにほぼ重なるようにしたことを特徴と
する請求項13記載の偏光照明装置。
17. The apparatus according to claim 13, wherein a positive lens is disposed near the light exit side of the light exit side lens array, and the real images of the apertures of the light entrance side lenses substantially overlap each other near the irradiated area. Polarized lighting equipment.
【請求項18】 直線偏光に近い光を被照射領域に照射
する請求項8乃至請求項12のいずれかに記載の偏光照
明装置と、前記偏光照明装置からの出射光を受け偏光状
態の変化として光学像を形成するライトバルブと、前記
ライトバルブからの出射光が入射し前記光学像を投写す
る投写レンズとを備え、前記偏光照明装置の出射光の偏
光方向は前記ライトバルブが最大透過率となるときに前
記投写レンズからの出力光が略最大となるように設定し
たことを特徴とする投写型表示装置。
18. The polarized light illuminating device according to claim 8, wherein light near linearly polarized light is radiated to the irradiation area, and the light emitted from the polarized light illuminating device is changed in polarization state. A light valve for forming an optical image, and a projection lens for projecting the optical image with light emitted from the light valve incident thereon, and the polarization direction of the light emitted from the polarized light illumination device is such that the light valve has a maximum transmittance. Wherein the output light from the projection lens is set so as to be substantially maximum when the projection display device is turned on.
【請求項19】 直線偏光に近い光を被照射領域に照射
する請求項13乃至請求項17のいずれかに記載の偏光
照明装置と、前記偏光照明装置からの出射光を受け偏光
状態の変化として光学像を形成するライトバルブと、前
記ライトバルブからの出射光が入射し前記光学像を投写
する投写レンズとを備え、前記偏光照明装置の出射光の
偏光方向は前記ライトバルブが最大透過率となるときに
前記投写レンズからの出力光が略最大となるように設定
したことを特徴路する投写型表示装置。
19. The polarized light illuminating device according to claim 13, which irradiates light near linearly polarized light to the irradiated area, and receiving the light emitted from the polarized light illuminating device as a change in polarization state. A light valve for forming an optical image, and a projection lens for projecting the optical image with light emitted from the light valve incident thereon, and the polarization direction of the light emitted from the polarized light illumination device is such that the light valve has a maximum transmittance. Wherein the output light from the projection lens is set so as to be substantially maximum.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US9952368B2 (en) 2013-06-27 2018-04-24 Dexerials Corporation Polarization conversion element and optical device
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