JPH1130767A - 照明光学系、およびこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 あまり高出力な光源ランプを使用せずに、光
の利用効率を高めて明るい投写画像を実現する。 【解決手段】 偏光照明部１００Ａ（１００Ｂ）は、中
心光軸Ｃに対してほぼ垂直な方向に光束を射出する光源
１１０Ａ（１１０Ｂ）と、光束を複数の部分光束に分割
する第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１４０Ａ（１
２０Ｂ、１４０Ｂ）と、ランダムな偏光方向を有する光
束を２種類の直線偏光光に分離する偏光光束分離プリズ
ム１３０Ａ（１３０Ｂ）と、２種類の直線偏光光の偏光
方向を揃える選択位相差板１５０Ａ（１５０Ｂ）と、を
備えいる。偏光光束分離プリズム１３０Ａと偏光光束分
離プリズム１３０Ｂとがシステム光軸ＳＣを挟んで対称
な位置に隣接して配置されるように、偏光照明部１００
Ａと偏光照明部１００Ｂとが、システム光軸ＳＣに垂直
な方向に対称に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、照明光として偏
光光を利用した照明光学系、およびこれを用いた投写型
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータやテレビなどの表示画面を
表示する装置のひとつとして、投写型表示装置がある。
投写型表示装置は、光源から射出された光を、ライトバ
ルブと呼ばれる光変調手段によって変調し、変調された
光を投写スクリーン上に投影して画像を表示するもので
ある。

【０００３】このような投写型表示装置においては、光
源ランプから放射状に射出された光束を、放物面を有す
る反射鏡によってほぼ平行光として使用することが一般
的である。そして、投写表示された画像は高輝度である
ことが望ましい。また、光源ランプには熱発光型、放電
発光型など種々のものがあるが、投写型表示装置の光源
用としては、上記点を考慮して高圧放電発光型の水銀ラ
ンプ、メタルハライドランプなどが主に用いられてい
る。したがって、投写型表示装置に要求される光源とし
ては、小型で、放電管の放電アーク長が短く（つまり、
点光源性に優れ）、高輝度で光の利用効率が高いものが
望ましい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】投写型表示装置によっ
て表示される画像を従来よりもさらに高輝度化するため
には、上記のような高圧放電型の光源ランプを用いた場
合、その出力を大きくした高輝度な光源ランプを使用す
ればよい。しかし、光源ランプの出力を大きくすると、
光源ランプの放電アーク長を短くすることができないた
め、光源ランプが大型化することになる。光源ランプが
大型化すると、その射出特性は理想的な点光源の射出特
性から大幅にずれることになる。すなわち、光の平行性
が悪くなり、投写型表示装置としての光の利用効率が悪
くなる。従って、平行性の高い照明光を必要とする投写
型表示装置においては、従来、あまり高出力な光源を使
用することは困難であった。

【０００５】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、照明光学系およ
びこれを用いた投写型表示装置に対して、あまり高出力
な光源ランプを使用せずに、光の利用効率を高めて明る
い投写画像を実現する技術を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題を解決するため、本発明の照明光学系は、同一
の被照明領域を照明する第１の偏光照明部および第２の
偏光照明部を備える照明光学系であって、前記第１の偏
光照明部および前記第２の偏光照明部は、それぞれ、光
束を射出する光源と、前記光源から射出した光束を複数
の部分光束に分割する光束分割手段と、前記複数の部分
光束の光路上に、該複数の部分光束をそれぞれ第１の直
線偏光光と第２の直線偏光光とに分離し、前記第１の直
線偏光光については反射して所定の方向に射出し、前記
第２の直線偏光光については透過する偏光分離膜と、該
偏光分離膜を透過した前記第２の直線偏光光を反射して
所定の方向に射出する反射膜と、を備える偏光光束分離
手段と、前記２種類の直線偏光光の偏光方向を揃えて所
定の直線偏光光を射出する偏光変換手段と、を備え、前
記照明光学系は、さらに、前記第１の偏光照明部と前記
第２の偏光照明部から射出するそれぞれの前記所定の直
線偏光光が同一の被照明領域を照明するように重畳する
重畳手段を備え、前記第１の偏光照明部の前記偏光光束
分離手段と前記第２の偏光照明部の前記偏光光束分離手
段とを隣接して配置するとともに、前記第１の偏光照明
部の前記偏光光束分離手段における前記偏光分離膜およ
び前記反射膜の入射側の膜面と、前記第２の偏光照明部
の前記偏光光束分離手段における前記偏光分離膜および
前記反射膜の入射側の膜面との成す角が１８０度よりも
大きくなるように、前記第１の偏光照明部および前記第
２の偏光照明部の前記偏光光束分離手段における前記偏
光分離膜および前記反射膜をそれぞれ配置することを特
徴とする。

【０００７】上記構成によれば、第１と第２の偏光照明
部に備えられたそれぞれの光源から射出した光が、同一
の被照明領域を照明することが可能である。したがっ
て、本発明の照明光学系による照明光の強度は、第１と
第２の偏光照明部のそれぞれの照明光の強度の和にほぼ
等しくなる。これにより、第１と第２の偏光照明部に備
えられたそれぞれの光源にあまり高出力な光源を使用し
なくても、照明光の強度を増大させることが可能であ
り、なおかつ光の利用効率を高めることができる。

【０００８】上記照明光学系において、前記第１の偏光
照明部および前記第２の偏光照明部の点灯、消灯を選択
的に行う切換回路を備えるようにしてもよい。

【０００９】第１と第２の偏光照明部のどちらか一方の
みを点灯させるようにすれば、一方の偏光照明部が故障
したり、光源ランプの寿命などにより照明できなくなっ
た場合にでも、もう一方の偏光照明部を選択して点灯さ
せることにより、引き続き使用することができる。した
がって、照明光学系の寿命を改善することが可能であ
る。

【００１０】また、第１の偏光照明部の光源ランプの出
力と第２の偏光照明部の光源ランプの出力とを変えて設
定しておけば、それぞれの点灯、消灯を組み合わせるこ
とにより、照明光の光強度を３段階に変化させることも
できる。

【００１１】また、上記照明光学系において、前記第１
の偏光照明部から射出される光の分光特性と前記第２の
偏光照明部のから射出される光の分光特性のそれぞれを
互いに異なった特性とするようにしてもよい。

【００１２】このようにすれば、照明光の色味を所定の
色味に設定することが可能である。

【００１３】本発明の第１の投写型表示装置は、本発明
の照明光学系と、前記照明光学系から射出された照明光
を、与えられた画像信号に基づいて変調する光変調手段
と、前記光変調手段により変調された光を投写面上に投
写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の第２の投写型表示装置は、
本発明の照明光学系と、それぞれの光入射面に入射され
た３色の光を、それぞれ与えられた画像信号に基づいて
変調する３組の光変調手段と、前記照明光学系から射出
された照明光を３色の光に分離するとともに、前記３組
の光変調手段によって変調された３色の光を合成して射
出する色光分離合成手段と、前記色光分離合成手段によ
り合成された光を投写面上に投写する投写光学系と、を
備えることを特徴とする。

【００１５】上記発明による照明光学系を第１、第２の
投写型表示装置に用いることによって、同様な作用・効
果を得ることができるため、高輝度な投写画像を得るこ
とができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を用いて説明する。なお、以下の説明では、光の進行
方向をｚ方向、光の進行方向（ｚ方向）からみて３時の
方向をｘ方向、１２時の方向をｙ方向とする。

【００１７】Ａ．第１実施例：図１は、この発明の第１
実施例としての照明光学系１００の要部を示す概略平面
図である。この照明光学系１００は、偏光照明部１００
Ａと、偏光照明部１００Ｂと、重畳レンズ１６０と、を
備えている。偏光照明部１００Ａと偏光照明部１００Ｂ
とは、被照明領域１８０の中心を通り被照明領域１８０
に垂直なシステム光軸ＳＣを挟んで、システム光軸ＳＣ
を含む面（図１では紙面に垂直な平面）に対して対称に
配置されている。

【００１８】偏光照明部１００Ａは、ほぼ平行な光束を
射出する光源１１０Ａと、第１のレンズアレイ１２０Ａ
と、偏光光束分離プリズム１３０Ａと、第２のレンズア
レイ１４０Ａと、選択位相差板１５０Ａとを備えてい
る。偏光照明部１００Ａは、被照明領域１８０をほぼ均
一に照明するためのインテグレータ光学系でもある。

【００１９】光源１１０Ａは、放射状の光線を射出する
放射光源としての光源ランプ１１２Ａと、光源ランプ１
１２Ａから射出された放射光をほぼ平行な光線束として
射出する凹面鏡１１４Ａとを有している。凹面鏡１１４
Ａとしては、放物面鏡を用いることが好ましいが、楕円
面鏡や球面鏡も使用可能である。

【００２０】第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１４
０Ａは、光束分割手段としての機能を有している。その
うち、第１のレンズアレイ１２０Ａは、光源１１０Ａか
らの射出光を複数の部分光束に分割するとともに、各部
分光束を集光させる機能を有している。また、第２のレ
ンズアレイ１４０Ａは、各部分光束の中心軸をシステム
光軸ＳＣに平行に揃える機能を有している。

【００２１】図２は、第１のレンズアレイ１２０Ａの外
観を示す斜視図である。第１のレンズアレイ１２０Ａは
略矩形状の輪郭を有する小レンズ１２２Ａが直交マトリ
クス状にＭ行×Ｎ列配列された構成を有している。ここ
で、ｘ方向がレンズアレイの行方向、ｙ方向が列方向に
対応している。この例では、Ｍ＝６，Ｎ＝４である。第
１のレンズアレイ１２０Ａの各小レンズ１２２Ａは、光
源１１０Ａ（図１）から射出された光束を複数の（すな
わちＭ×Ｎ個の）部分光束に分割し、各部分光束を第２
のレンズアレイ１４０Ａの近傍で集光させる。各小レン
ズ１２２Ａをｚ方向から見た外形形状は、被照明領域１
８０の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。
この実施例では、小レンズ１２２Ａのアスペクト比（横
と縦の寸法の比率）は４：３に設定されている。第２の
レンズアレイ１４０Ａは、第１のレンズアレイ１２０Ａ
を構成する小レンズ１２２Ａの２倍の数の小レンズがＭ
行ＮＮ列のマトリクス状に配列された構成を有してい
る。すなわち、第１のレンズアレイ１２０Ａの小レンズ
１２２Ａの１つに対して、第２のレンズアレイ１４０Ａ
では、ｘ方向に並ぶ２つの小レンズ１４２Ａ，１４３Ａ
が対応する関係になっている。なお、ＮＮ＝２×Ｎであ
る。

【００２２】偏光光束分離プリズム１３０Ａは、偏光光
束分離手段としての機能を有する。図３は、偏光光束分
離プリズム１３０Ａの外観を示す説明図である。偏光光
束分離プリズム１３０Ａは、直角プリズム１３１Ａの斜
面１３４Ａ側に偏光分離板１３５Ａが貼り合わされて構
成されている。直角プリズム１３１Ａの斜面１３４Ａ
は、直角を挟む入射面１３２Ａおよび射出面１３３Ａに
対してほぼ４５度の角度を有している。偏光分離板１３
５Ａには、透光板１３６Ａの一方の面には偏光分離膜１
３８Ａが設けられており、他方の面には反射膜１３９Ａ
が設けられている。偏光分離膜１３８Ａが設けられた側
の透光板１３６Ａの面は、直角プリズム１３１Ａの斜面
１３４Ａに貼り合わされる。従って、偏光分離膜１３８
Ａおよび反射膜１３９Ａは、直角プリズム１３１Ａの入
射面１３２Ａおよび射出面１３３Ａに対してほぼ４５度
の角度を有している。偏光光束分離プリズム１３０Ａ
は、選択位相差板１５０Ａ（図１）とともに以下に説明
するように機能する。

【００２３】図４は、偏光光束分離プリズム１３０Ａ、
第１のレンズアレイ１２０Ａ、第２のレンズアレイ１４
０Ａ、および選択位相差板１５０Ａを拡大して示す概略
平面図である。第１のレンズアレイ１２０Ａは直角プリ
ズム１３１Ａの入射面１３２Ａに対して平行に配置され
ており、第２のレンズアレイ１４０Ａは直角プリズム１
３１Ａの射出面１３３Ａに対して平行に配置されてい
る。ここでは、説明を容易にするため、図４には、第１
のレンズアレイ１２０Ａによって分割された複数の部分
光束のうち一つの部分光束の中心光軸を実線および破線
で示している。第１のレンズアレイ１２０Ａから射出し
たランダムな偏光方向を有する（すなわちｐ偏光成分お
よびｓ偏光成分の両方を有する）部分光束は、偏光光束
分離プリズム１３０Ａの入射面１３２Ａから入射し、直
角プリズム１３１Ａの内部を直進して偏光分離膜１３８
Ａに入射する。このとき、偏光分離膜１３８Ａの偏光分
離作用によって、部分光束を構成するｓ偏光成分のほと
んどが、入射方向に対してほぼ垂直な方向に反射して直
角プリズムの射出面１３３Ａの方向に進む。一方ｐ偏光
成分は、偏光分離膜１３８Ａをほとんどそのまま透過し
て直進し、反射膜１３９Ａで入射方向に対してほぼ垂直
に反射して直角プリズムの射出面１３３Ａの方向に進
む。このとき、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とは、直角プリ
ズム１３１Ａにおける射出面１３３Ａのｘ方向に互いに
異なった位置から射出する。第１のレンズアレイ１２０
Ａによって分割された他の部分光束も同様である。従っ
て、この偏光光束分離プリズム１３０Ａによって、ラン
ダムな偏光方向を有する部分光束のそれぞれを、ｐ偏光
光とｓ偏光光の２種類の直線偏光光に分離することがで
きる。

【００２４】第２のレンズアレイ１４０Ａは、第１のレ
ンズアレイ１２０Ａで分割された各部分光束のうちｐ偏
光光が対応する小レンズ１４３Ａを、ｓ偏光光が対応す
る小レンズ１４２Ａを通過するように配置されている。
第２のレンズアレイ１４０Ａは、上述したように、各部
分光束の中心軸をシステム光軸に平行に揃える機能を有
している。選択位相差板１５０Ａは、偏光光束分離プリ
ズム１３０Ａで分離された２種類の直線偏光光のうち、
一方の直線偏光光の偏光方向を他方の直線偏光光の偏光
方向に変換して、２種類の直線偏光光の偏光方向を揃え
る偏光変換手段としての機能を有している。図４では、
各部分光束のｐ偏光光が通過する位置にはλ／２位相差
層１５２Ａが設けられており、ｐ偏光光がｓ偏光光に変
換されて射出される。一方、ｓ偏光光の通過する部分
は、透光層１５４Ａで構成されており、ｓ偏光光がその
まま通過する。結果として、選択位相差板１５０Ａを通
過した複数の部分光束は、ほとんどｓ偏光光に変換され
る。なお、ｓ偏光光の通過する位置にλ／２位相差層を
設けて、ほとんどｐ偏光光に変換するようにしてもよ
い。

【００２５】ここで、上記のように一つの部分光束から
分離された２つの直線偏光光の間隔Ｄｐは、偏光分離板
１３５Ａの厚みｔの√２倍にほぼ等しくなる。そして、
第２のレンズアレイ１４０Ａおよび選択位相差板１５０
Ａは、それぞれの部分光束から分離された２つの直線偏
光光が、選択位相差板１５０Ａのうちの対応するλ／２
位相差層１５２Ａと透光層１５４Ａにちょうど入射する
ように配置される。すなわち、第１のレンズアレイ１２
０Ａの中心位置を直角プリズム１３１Ａの入射面１３２
Ａの中心位置に等しく配置した場合には、第２のレンズ
アレイ１４０Ａおよび選択位相差板１５０Ａの中心位置
を、直角プリズム１３１Ａの射出面１３３Ａの中心位置
に対して−Ｘ方向にＤｐ／２だけずれるように配置する
ことが好ましい。

【００２６】図１に戻って、重畳レンズ１６０は、第２
のレンズアレイ１４０Ａの各小レンズ１４２Ａ，１４３
Ａから射出された部分光束を重畳させて、被照明領域１
８０に集光させる重畳光学系としての機能を有する。

【００２７】光源１１０Ａから射出された平行光束は、
第１のレンズアレイ１２０Ａの複数の小レンズ１２２Ａ
によって複数の部分光束に分割されるとともに、第２の
レンズアレイ１４０Ａの近傍で２次光源像を結像するよ
うに集光される。一つの部分光束Ｌｐ（ｐ＋ｓ）はラン
ダムな偏光方向を有する（すなわち、ｓ偏光成分および
ｐ偏光成分を有する）部分光束であるが、偏光光束分離
プリズム１３０Ａに入射して、射出面１３３Ａのｘ方向
の異なる位置を通過する２つの部分光束Ｌｐａ（ｓ），
Ｌｐｂ（ｐ）に分離されて射出する。ここで、部分光束
Ｌｐａ（ｓ）はｓ偏光光を、Ｌｐｂ（ｐ）はｐ偏光光を
示している。ｓ偏光の部分光束Ｌｐａ（ｓ）は、第２の
レンズアレイ１４０Ａおよび選択位相差板１５０Ａの透
光層１５４Ａを通過して重畳レンズ１６０に入射する。
重畳レンズ１６０に入射した部分光束Ｌｐａ（ｓ）は、
重畳レンズ１６０の重畳作用によって、被照明領域１８
０を照明する。一方、ｐ偏光の部分光束Ｌｐｂ（ｐ）
は、第２のレンズアレイ１４０Ａを通過して選択位相差
板１５０Ａのλ／２位相差層１５２Ａに入射してｓ偏光
の部分光束Ｌｐｂ（ｓ）に変換されて射出し、重畳レン
ズ１６０に入射する。重畳レンズ１６０に入射した部分
光束Ｌｐｂ（ｓ）は、重畳レンズ１６０の重畳作用によ
って、部分光束Ｌｐａ（ｓ）と同様に、被照明領域１８
０を照明する。第１のレンズアレイ１２０Ａによって分
割された他の部分光束も同様に、被照明領域１８０を照
明する。したがって、偏光照明部１００Ａから射出され
た部分光束は、重畳レンズ１６０の重畳作用によって重
畳され、被照明領域１８０を均一に照明する。

【００２８】偏光照明部１００Ｂは、偏光照明部１００
Ａと同様に、ほぼ平行な光束を射出する光源１１０Ｂ
と、第１のレンズアレイ１２０Ｂと、偏光光束分離プリ
ズム１３０Ｂと、第２のレンズアレイ１４０Ｂと、選択
位相差板１５０Ｂとを備えている。そして、偏光照明部
１００Ｂは、偏光光束分離プリズム１３０Ｂの配置位置
がシステム光軸ＳＣを挟んで偏光光束分離プリズム１３
０Ａに対称な位置関係となるように隣接して配置されて
いる。すなわち、偏光照明部１００Ｂは、各構成部がシ
ステム光軸ＳＣを挟んで偏光照明部１００Ａに対して全
て対称な位置関係となるように配置されている。

【００２９】そして、偏光照明部１００Ｂの各機能は、
偏光照明部１００Ａの機能と全く同様である。すなわ
ち、偏光照明部１００Ｂから射出された部分光束も、ほ
ぼ１種類の偏光光束（本例の場合はｓ偏光光）に変換さ
れた後、重畳レンズ１６０の重畳作用によって重畳さ
れ、被照明領域１８０を均一に照明する。

【００３０】以上から、照明光学系１００を構成する偏
光照明部１００Ａおよび１００Ｂから射出した光束によ
って、被照明領域１８０が均一に照明される。

【００３１】なお、第２のレンズアレイ１４０Ａと１４
０Ｂ、および選択位相差板１５０Ａと１５０Ｂは、偏光
照明部１００Ａと１００Ｂとに別々に設けるのではな
く、それぞれ一体構成としてもよい。また、重畳レンズ
１６０を省略し、第２のレンズアレイ１４０Ａ，１４０
Ｂの各小レンズ１４２Ａ，１４２Ｂに重畳レンズ１６０
の機能を備えるようにしてもよい。

【００３２】また、偏光光束分離プリズム１３０Ａの偏
光分離膜１３８Ａと反射膜１３９Ａとは、第１のレンズ
アレイ１２０Ａで分割された複数の部分光束に対して必
ずしも４５度の角度に傾いて配置されている必要はな
い。例えば、４５度より大きい角度に傾いて配置されて
も、４５度より小さい角度に傾いて配置されてもよい。
すなわち、偏光光束分離プリズム１３０Ａに入射した複
数の部分光束のそれぞれがｐ偏光成分とｓ偏光成分とに
分離できるように配置されていればよい。また、偏光光
束分離プリズム１３０Ｂの偏光分離膜１３８Ｂと反射膜
１３９Ｂとは、偏光光束分離プリズム１３０Ａの偏光分
離膜１３８Ａと反射膜１３９Ａと同様に、第１のレンズ
アレイ１２０Ｂで分割された複数の部分光束に対して必
ずしも４５度の角度に傾いて配置されている必要はな
い。

【００３３】また、本実施例では、偏光照明部１００Ａ
と偏光照明部１００Ｂとがシステム光軸ＳＣを挟んで、
システム光軸ＳＣを含む面（図１では紙面に垂直な平
面）に対して対称に配置されているが、これに限定され
る必要はなく、偏光照明部１００Ａと偏光照明部１００
Ｂとが、ある面に対して対称に配置され、かつ偏光分離
プリズム１３０Ａと偏光分離プリズム１３０Ｂとが上述
のある面に隣接して配置されるようにしてもよい。すな
わち、偏光照明部１００Ａの偏光光束分離プリズム１３
０Ａと偏光照明部１００Ｂの偏光光束分離プリズム１３
０Ｂとを隣接して配置するとともに、偏光光束分離プリ
ズム１３０Ａにおける偏光分離膜１３８Ａおよび反射膜
１３９Ａの入射側の膜面と、偏光光束分離プリズム１３
０Ｂにおける偏光分離膜１３８Ｂおよび反射膜１３９Ｂ
の入射側の膜面との成す角が１８０度よりも大きくなる
ように、偏光光束分離手段１３０Ａおよび１３０Ｂを配
置するるようにしてもよい。この場合には、重畳手段１
６０の重畳方向を変更したり、重畳手段１６０と被照明
領域１８０との間に反射手段を設けるようにして、偏光
照明部１００Ａおよび１００Ｂから射出される光束が被
照明領域１８０を照明するようにすればよい。

【００３４】図５は、照明光学系１００の照明光発生モ
ードを示す説明図である。照明光学系１００は、上述し
たように偏光照明部１００Ａおよび１００Ｂの２つの照
明光発生部を備えているので、図５に示すようにモード
０からモード２の３種類の照明光発生モードを設定する
ことが可能である。すなわち、モード０は、偏光照明部
１００Ａおよび１００Ｂの両方とも点灯させるモードで
ある。モード１は偏光照明部１００Ａを点灯させて偏光
照明部１００Ｂを消灯させ、モード２は偏光照明部１０
０Ａを消灯させて偏光照明部１００Ｂを点灯させるモー
ドである。これらの照明モードは、図示しない切換回路
によって切り換えられる。この３つのモードを選択して
使用することにより、以下で説明するような効果を得る
ことができる。

【００３５】（ａ）モード０を選択することにより、偏
光照明部１００Ａおよび１００Ｂの両方の照明光により
被照明領域１８０が照明されるので、光強度の大きな照
明光を得ることができる。したがって、偏光照明部１０
０Ａおよび１００Ｂのそれぞれの光源ランプ１１２Ａお
よび１１２Ｂにあまり高出力な光源ランプを使用しなく
ても、照明光の強度を増大させることが可能であり、な
おかつ光の利用効率を高めることができる。

【００３６】（ｂ）通常使用時には、モード１あるいは
モード２のどちらか一方を選択し、偏光照明部１００Ａ
あるいは１００Ｂのどちらか一方のみの照明光により被
照明領域１８０を照明するようにする。例えば、通常は
モード１を選択し、偏光照明部１００Ａのみを点灯させ
て、その照明光により被照明領域１８０を照明するよう
にする。このようにすれば、偏光照明部１００Ａが故障
したりその光源ランプ１１２Ａの寿命などにより照明で
きなくなった場合にでも、モード２を選択することによ
り偏光照明部１００Ｂの光源ランプ１１２Ｂを点灯させ
て引き続き使用することができる。したがって、照明光
学系の寿命を改善することが可能である。

【００３７】（ｃ）また、光源ランプ１１２Ａの輝度と
光源ランプ１１２Ｂの輝度とを変えて設定するようにし
てもよい。例えば、偏光照明部１００Ａの光源ランプ１
１２Ａを通常使用時の輝度とし、偏光照明部１００Ｂの
光源ランプ１１２Ｂをそれよりも低い輝度に設定してお
けば、３段階の光強度の照明光を得ることができる。す
なわち、モード１を選択することにより通常の光強度の
照明光を得ることができる。モード０を選択すればより
大きな光強度の照明光を、モード２を選択すれば光強度
がやや小さな照明光を得ることができる。

【００３８】また、照明光学系１００によれば、次のよ
うな効果も得られる。図６は、照明光学系１００におけ
る照明光の分光分布特性について示す説明図である。照
明光学系の分光分布特性は、一般に使用する光源ランプ
の種類によって種々の特性を示す。例えば、可視光の全
域に渡って光出力は得られるが、各色光（赤光、緑光、
青光）を示す波長領域のうち赤光領域の出力が不足して
いる、というように光源ランプの種類によって特有の特
性を示す。照明光学系１００の分光分布特性として、
（Ｃ）に示すように各色光を示す波長領域において相対
出力がほぼ等しい特性が望ましいとする。このとき、偏
光照明部１００Ａの分光分布特性が（Ａ）に示すよう
に、各色光を示す波長領域のうち赤光領域の相対出力が
低い特性を示すものであるとする。このような場合に、
（Ｂ）に示すように、偏光照明部１００Ｂの分光分布特
性として赤光領域の相対出力が高くなるように、光源ラ
ンプ１１２Ｂに使用するランプを選択してやればよい。
このようにすれば、照明光学系１００全体としての照明
光は、上述したように偏光照明部１００Ａおよび１００
Ｂの和に等しいため、（Ｃ）に示すような所望の分光分
布特性を示す照明光を得ることが可能である。また、赤
の色合いの強い照明光や、青の色合いの強い照明光とす
ることも可能である。すなわち、２つの偏光照明部の照
明光の特性を組み合わせることによって、種々の特性を
示す照明光を利用することができる。なお、図６に示す
分光分布特性は、本実施例の効果を説明するための一例
に過ぎず、他の種々の分光分布特性を有する光源ランプ
を使用することが可能である。

【００３９】Ｂ．第２実施例：図７は、この発明の第２
実施例としての照明光学系１００’の要部を示す概略平
面図である。この照明光学系１００’は、偏光照明部１
００Ａ’の偏光光束分離プリズム１３０Ａ’および偏光
照明部１００Ｂ’の偏光光束分離プリズム１３０Ｂ’を
除いて第１実施例における照明光学系１００と全く同様
の構成である。

【００４０】偏光光束分離プリズム１３０Ａ’は、複数
の小プリズム（直角プリズム）１３１Ａ’が偏光分離板
１３５Ａに貼り合わされて構成されている。本実施例で
は、各小プリズム１３１Ａ’は、第１のレンズアレイ１
２０Ａのｘ方向の各列に対応して設けられており、第１
のレンズアレイ１２０Ａで分割された複数の部分光束
は、各列に対応する小プリズム１３１Ａ’に入射するよ
うに配置されている。ただし、必ずしも小プリズム１３
１Ａ’と第１のレンズアレイ１２０Ａを構成する小レン
ズ１２２Ａとを対応させて配置する必要はない。ここ
で、偏光光束分離プリズム１３０Ａ’は、第１実施例に
おける偏光光束分離プリズム１３０Ａを構成する１個の
直角プリズム１３１Ａを、複数の小プリズム１３１Ａ’
で置き換えたものである。その機能は、偏光光束分離プ
リズム１３０Ａと同様であり、この偏光光束分離プリズ
ム１３０Ａ’に入射したランダムな偏光方向を有する部
分光束のそれぞれを、ｐ偏光成分のみからなるｐ偏光光
とｓ偏光成分のみからなるｓ偏光光の２種類の直線偏光
光にほとんど分離することができる。なお、偏光光束分
離プリズム１３０Ｂ’も、偏光光束分離プリズム１３０
Ａ’と同様である。

【００４１】直角プリズムは、一般的に、その大きさが
大きいほど高価である。したがって、偏光光束分離プリ
ズム１３０Ａ’，１３０Ｂ’は、第１実施例における偏
光光束分離プリズム１３０Ａ，１３０Ｂに比べて安価に
構成することができる。すなわち、本実施例の照明光学
系１００’は、第１実施例の照明光学系１００に比べて
安価に構成可能である。また、照明光学系の軽量化も可
能である。

【００４２】なお、照明光学系１００’の他の構成およ
び機能については、第１実施例における照明光学系１０
０と同様であるため、説明を省略する。

【００４３】Ｃ．第３実施例：図８は、この発明の第３
実施例としての投写型表示装置１０００の要部を示す概
略平面図である。この投写型表示装置１０００は、第１
実施例としての照明光学系１００を用いた投写型表示装
置である。

【００４４】投写型表示装置１０００は、第１実施例と
しての照明光学系１００と、ダイクロイックミラー２１
０，２１２と、反射ミラー２１８，２２２，２２４と、
入射側レンズ２３０と、リレーレンズ２３２と、３枚の
フィールドレンズ２４０，２４２，２４４と、３枚の液
晶ライトバルブ（液晶パネル）２５０，２５２，２５４
と、クロスダイクロイックプリズム２６０と、投写レン
ズ系２７０とを備えている。

【００４５】照明光学系１００は、上述したように、偏
光方向の揃えられた直線偏光光（上述の例では、ｓ偏光
光）の照明光を射出し、被照明領域１８０である液晶ラ
イトバルブ２５０，２５２，２５４を照明する。なお、
液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４の光の入射面
には、通常、偏光板が設けられているため、照明光学系
１００から射出される直線偏光光の偏光方向を、これら
の偏光板が透過可能な偏光方向とする。このようにすれ
ば、照明光学系１００から射出された照明光を効率よく
利用することができる。

【００４６】２枚のダイクロイックミラー２１０，２１
２は、照明光学系から射出された照明光（白色光）を、
赤、緑、青の３色の色光に分離する色光分離手段として
の機能を有する。第１のダイクロイックミラー２１０
は、照明光学系１００からされた白色光束の赤色光成分
を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反
射する。第１のダイクロイックミラー２１０を透過した
赤色光は、反射ミラー２１８で反射され、フィールドレ
ンズ２４０を通って赤光用の液晶ライトバルブ２５０に
達する。このフィールドレンズ２４０は、第２のレンズ
アレイ１３０射出された各部分光束をその中心軸に対し
て平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に
設けられたフィールドレンズ２４２，２４４も同様であ
る。第１のダイクロイックミラー２１０で反射された青
色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイック
ミラー２１２によって反射され、フィールドレンズ２４
２を通って緑光用の液晶ライトバルブ２５２に達する。
一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー２１２を
透過し、入射側レンズ２３０、リレーレンズ２３２およ
び反射ミラー２２２，２２４を備えたリレーレンズ系を
通り、さらにフィールドレンズ（射出側レンズ）２４４
を通って青色光用の液晶ライトバルブ２５４に達する。
なお、青色光にリレーレンズ系が用いられているのは、
青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長い
ため、光の利用効率の低下を防止するためである。すな
わち、入射側レンズ２３０に入射した部分光束をそのま
ま、射出側レンズ２４４に伝えるためである。

【００４７】３枚の液晶ライトバルブ２５０，２５２，
２５４は、与えられた画像情報（画像信号）に従って、
３色の色光をそれぞれ変調して画像を形成する光変調手
段としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズ
ム２６０は、３色の色光を合成してカラー画像を形成す
る色光合成手段としての機能を有する。クロスダイクロ
イックプリズム２６０には、赤光を反射する誘電体多層
膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プ
リズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘
電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画
像を投写するための合成光が形成される。クロスダイク
ロイックプリズム２６０で生成された合成光は、投写レ
ンズ系２７０の方向に射出される。投写レンズ系２７０
は投写光学系としての機能を有し、クロスダイクロイッ
クプリズム２６０で生成された合成光を投写スクリーン
３００上に拡大投写して、カラー画像を表示する。

【００４８】投写型表示装置１０００は、照明光学系１
００を用いることによって、第１実施例において説明し
たように高輝度な照明光を得ることができるため、高輝
度な投写画像を表示することができる。また、照明光学
系１００を構成する偏光照明部１００Ａおよび１００Ｂ
の点灯、消灯を選択して使用することができるため、照
明光学系１００の寿命を改善することができ、投写型表
示装置の利用効率を改善することもできる。さらに、３
段階の照明光の明るさを選択して使用することもできる
ため、３段階の明るさの異なった投写画像を選択表示す
ることも可能である。

【００４９】また、照明光学系１００を構成する２つの
偏光照明部１００Ａ，１００Ｂの照明光の分光分布特性
をそれぞれ変化させて設定し、組み合わせて使用するこ
とによって、種々の分光分布特性を示す照明光を利用す
ることができるため、表示の色あいを変化させた種々の
投写画像を表示させることができる。

【００５０】なお、この発明は上記の実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能であり、
例えば次のような変形も可能である。

【００５１】（１）第３実施例の投写型表示装置は、第
１実施例としての照明光学系１００を用いた例を示して
いるが、第２実施例としての照明光学系１００’を用い
てもよい。この場合にも、上記投写型表示装置と同様の
効果を得ることができる。

【００５２】（２）第３実施例では、透過型の投写型表
示装置に本発明の照明光学系を適用した場合の例につい
て説明したが、本発明は反射型の投写型表示装置にも適
用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液
晶ライトバルブ等の光変調手段が光を透過するタイプで
あることを意味しており、「反射型」とは、光変調手段
が光を反射するタイプであることを意味している。反射
型の投写型表示装置では、クロスダイクロイックプリズ
ムは、白色光を赤、緑、青の３色の光に分離する色光分
離手段として利用できると共に、変調された３色の光を
再度合成して同一の方向に射出する色光合成手段として
も利用できる。反射型の投写型表示装置にこの発明を適
用した場合にも、透過型の投写型表示装置とほぼ同様な
効果を得ることができる。

【００５３】（３）また、第３実施例では、カラー画像
を表示する投写型表示装置に第１実施例としての照明光
学系１００を適用した場合の例について説明している
が、モノクロ画像を表示する投写型表示装置に適用する
ことも可能である。この場合にも、上記投写型表示装置
と同様な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例としての照明光学系１０
０の要部を示す概略平面図である。

【図２】第１のレンズアレイ１２０Ａの外観を示す斜視
図である。

【図３】偏光光束分離プリズム１３０Ａの外観を示す説
明図である。

【図４】偏光光束分離プリズム１３０Ａ、第１のレンズ
アレイ１２０Ａ、第２のレンズアレイ１４０Ａ、および
選択位相差板１５０Ａを拡大して示す概略平面図であ
る。

【図５】照明光学系１００の照明光発生モードを示す説
明図である。

【図６】照明光学系１００における照明光の分光分布特
性について示す説明図である。

【図７】この発明の第２実施例としての照明光学系１０
０’の要部を示す概略平面図である。

【図８】この発明の第３実施例としての投写型表示装置
１０００の要部を示す概略平面図である。

【符号の説明】

１００…照明光学系 １００’…照明光学系 １０００…投写型表示装置 １００Ａ，１００Ｂ…偏光照明部 １１０Ａ，１１０Ｂ…光源 １１２Ａ，１１２Ｂ…光源ランプ １１４Ａ，１１４Ｂ…凹面鏡 １２０Ａ，１２０Ｂ…第１のレンズアレイ １２２Ａ，１４２Ａ…小レンズ １３０Ａ，１３０Ｂ…偏光光束分離プリズム １３１Ａ，１３１Ｂ…直角プリズム １３１Ａ’，１３１Ｂ’…小プリズム（直角プリズム） １３２Ａ，１３２Ｂ…入射面 １３３Ａ，１３３Ｂ…射出面 １３４Ａ，１３４Ｂ…斜面 １３５Ａ，１３５Ｂ…偏光分離板 １３６Ａ，１３６Ｂ…透光板 １３８Ａ，１３８Ｂ…偏光分離膜 １３９Ａ，１３９Ｂ…反射膜 １４０Ａ，１４０Ｂ…第２のレンズアレイ １４２Ａ，１４３Ａ…小レンズ １４２Ｂ，１４３Ｂ…小レンズ １５０Ａ，１５０Ｂ…選択位相差板 １５２Ａ，１５２Ｂ…λ／２位相差層 １５４Ａ，１５４Ｂ…透光層 １６０…重畳レンズ １８０…被照明領域 ２１０，２１２…ダイクロイックミラー ２１８，２２２，２２４…反射ミラー ２３０…入射側レンズ ２３２…リレーレンズ ２４０，２４２…フィールドレンズ ２４４…射出側レンズ（フィールドレンズ） ２５０，２５２，２５４…液晶ライトバルブ ２６０…クロスダイクロイックプリズム ２７０…投写レンズ系 ３００…投写スクリーン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一の被照明領域を照明する第１の偏光
   照明部および第２の偏光照明部を備える照明光学系であ
   って、 前記第１の偏光照明部および前記第２の偏光照明部は、
   それぞれ、 光束を射出する光源と、 前記光源から射出した光束を複数の部分光束に分割する
   光束分割手段と、 前記複数の部分光束の光路上に、該複数の部分光束をそ
   れぞれ第１の直線偏光光と第２の直線偏光光とに分離
   し、前記第１の直線偏光光については反射して所定の方
   向に射出し、前記第２の直線偏光光については透過する
   偏光分離膜と、該偏光分離膜を透過した前記第２の直線
   偏光光を反射して所定の方向に射出する反射膜と、を備
   える偏光光束分離手段と、 前記２種類の直線偏光光の偏光方向を揃えて所定の直線
   偏光光を射出する偏光変換手段と、を備え、 前記照明光学系は、さらに、前記第１の偏光照明部と前
   記第２の偏光照明部から射出するそれぞれの前記所定の
   直線偏光光が同一の被照明領域を照明するように重畳す
   る重畳手段を備え、 前記第１の偏光照明部の前記偏光光束分離手段と前記第
   ２の偏光照明部の前記偏光光束分離手段とを隣接して配
   置するとともに、前記第１の偏光照明部の前記偏光光束
   分離手段における前記偏光分離膜および前記反射膜の入
   射側の膜面と、前記第２の偏光照明部の前記偏光光束分
   離手段における前記偏光分離膜および前記反射膜の入射
   側の膜面との成す角が１８０度よりも大きくなるよう
   に、前記第１の偏光照明部および前記第２の偏光照明部
   の前記偏光光束分離手段における前記偏光分離膜および
   前記反射膜をそれぞれ配置することを特徴とする照明光
   学系。
2. 【請求項２】 請求項１記載の照明光学系であって、 前記第１の偏光照明部および前記第２の偏光照明部の点
   灯、消灯を選択的に行う切換回路を備えることを特徴と
   する照明光学系。
3. 【請求項３】 請求項１記載の照明光学系であって、 前記第１の偏光照明部から射出される光の分光特性と前
   記第２の偏光照明部のから射出される光の分光特性のそ
   れぞれを互いに異なった特性とすることを特徴とする照
   明光学系。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の照明光学系と、 前記照明光学系から射出された照明光を、与えられた画
   像信号に基づいて変調する光変調手段と、 前記光変調手段により変調された光を投写面上に投写す
   る投写光学系と、 を備えることを特徴とする投写型表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の照明光学系と、 それぞれの光入射面に入射された３色の光を、それぞれ
   与えられた画像信号に基づいて変調する３組の光変調手
   段と、 前記照明光学系から射出された照明光を３色の光に分離
   するとともに、前記３組の光変調手段によって変調され
   た３色の光を合成して射出する色光分離合成手段と、 前記色光分離合成手段により合成された光を投写面上に
   投写する投写光学系と、 を備えることを特徴とする投写型表示装置。