JPH1152298A - 偏光照明装置及び投射型画像表示装置 - Google Patents

偏光照明装置及び投射型画像表示装置

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JPH1152298A
JPH1152298A JP9205993A JP20599397A JPH1152298A JP H1152298 A JPH1152298 A JP H1152298A JP 9205993 A JP9205993 A JP 9205993A JP 20599397 A JP20599397 A JP 20599397A JP H1152298 A JPH1152298 A JP H1152298A
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eye lens
polarized light
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Ikuo Takahara
郁雄 高原
Hiroshi Nakanishi
浩 中西
Hiromi Kato
浩巳 加藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光照明装置において光源から画像表示素子
へいたる光の損失の低減を図る偏光分離素子の構成を簡
略化する。 【解決手段】 偏光分離素子は、１面に偏光分離機能を
有する平板５１０と、前記平板５１０とは別個に設けら
れた、１面に反射機能を有する平板５２０とからなり、
該偏光分離素子を光源５００と第１フライアイレンズ５
３０の間に配置し、偏光分離素子で分離された光の少な
くとも一方の偏光方向を変換する偏光変換素子５５０に
より光の偏光方向をそろえる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光源から出射された
ランダムな偏光の光を一方向の偏光方向の光にそろえ、
液晶パネルなどの画像表示素子を照射する偏光照明装置
およびこれを用いた投影型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】上記偏光照明装置としては、従来より特
開平８−２３４２０５号公報に開示されたものが知られ
ている。
【０００３】図１８はその概略構成図である。
【０００４】この偏光照明装置は光源１００、直角プリ
ズム１１５、くさび型プリズム１２０、第１のフライア
イレンズ１３０、第２のフライアイレンズ１４０、変角
プリズム１２５、λ／２波長板からなる偏光変換素子１
５０から構成される。また、直角プリズム１１５とくさ
び型プリズム１２０の間には誘電体多層膜からなる偏光
分離膜１８０が形成され、さらに、くさび型プリズム１
２０の他の面にはＡＬ蒸着膜からなる反射膜１９０が形
成されている。また、偏光変換素子１５０はλ／２波長
板２００と透明体からなり、第２のフライアイレンズ１
４０のそれぞれのレンズの左半分を透過した光は透明体
を透過し、右半分を透過した光はλ／２波長板２００を
透過するようになっている。
【０００５】次にこれら構成部品の機能を説明する。
【０００６】光源１００から出射されたランダムな偏光
の光は直角プリズム１１５に入射し、直角プリズム１１
５とくさび型プリズム１２０の間に形成された偏光分離
膜１８０でＳ偏光の光のみが反射される。偏光分離膜１
８０を透過したＰ偏光はくさび型プリズム１２０の他の
面に形成された反射膜１９０で反射される。Ｓ偏光が反
射する面（直角プリズム１１５とくさび型プリズム１２
０の間の面）とＰ偏光が反射する面（くさび型プリズム
１２０の他の面）は光源１００に対して異なる角度で配
置されているため、Ｓ偏光とＰ偏光の光は異なる角度で
第１のフライアイレンズ１３０に入射する。
【０００７】よって、第２のフライアイレンズ１４０上
ではＳ偏光の集光点とＰ偏光の集光点が隣接して形成さ
れる。第２のフライアイレンズ１４０直後には透明体と
λ／２波長板２００からなる偏光変換素子１５０が配置
されている。第２のフライアイレンズ１４０においてＳ
偏光が出射する部分には透明体が配置され、Ｐ偏光が出
射する部分にはλ／２波長板２００が配置されているた
め、Ｐ偏光の光はＳ偏光に変換され、結果として偏光変
換素子１５０を出射した光はＳ偏光にそろえられ、平凸
レンズにより液晶パネル１７０に照射される。
【０００８】本構成によれば、光源１００からでた自然
光をＳ偏光にそろえて液晶パネル１７０に照射すること
ができるので光の偏光を変調して画像を表示するタイプ
の液晶パネルを使用する場合には光源の光を有効に利用
することができる。しかし、本構成には大型のガラスプ
リズムを使用しており、重量およびコストの点で問題が
あるため、その点を改善するものとして図１９に示す構
成が開示されている。
【０００９】図１９は特開平８−２３４２０５号公報に
開示された他の偏光照明装置の概略構成図である。
【００１０】この偏光照明装置は光源１００、平板１１
０、くさび型プリズム１２０、第１のフライアイレンズ
１３０、第２のフライアイレンズ１４０、λ／２波長板
からなる偏光変換素子１５０から構成される。また、平
板１１０とくさび型プリズム１２０の間には誘電体多層
膜からなる偏光分離膜１８０が形成され、さらに、くさ
び型プリズム１２０の他の面にはＡＬ蒸着膜からなる反
射膜１９０が形成されている。また、偏光変換素子１５
０はλ／２波長板２００と透明体からなり、第２のフラ
イアイレンズ１４０のそれぞれのレンズの左半分を透過
した光は透明体を透過し、右半分を透過した光はλ／２
波長板２００を透過するようになっている。
【００１１】次にこれら構成部品の機能を説明する。
【００１２】光源１００から出射されたランダムな偏光
の光は平板１１０に入射し、平板１１０とくさび型プリ
ズム１２０の間に形成された偏光分離膜１８０でＳ偏光
の光のみが反射される。偏光分離膜１８０を透過したＰ
偏光はくさび型プリズム１２０の他の面に形成された反
射膜１９０で反射される。Ｓ偏光が反射する面（平板１
１０とくさび型プリズム１２０の間の面）とＰ偏光が反
射する面（くさび型プリズム１２０の他の面）は光源１
００に対して異なる角度で配置されているため、Ｓ偏光
とＰ偏光の光は異なる角度で第１のフライアイレンズ１
３０に入射する。よって、第２のフライアイレンズ１４
０上ではＳ偏光の集光点とＰ偏光の集光点が隣接して形
成される。第２のフライアイレンズ１４０直後には透明
体とλ／２波長板２００からなる偏光変換素子１５０が
配置されている。第２のフライアイレンズ１４０におい
てＳ偏光が出射する部分には透明体が配置され、Ｐ偏光
が出射する部分にはλ／２波長板２００が配置されてい
るため、Ｐ偏光の光はＳ偏光に変換され、結果として偏
光変換素子１５０を出射した光はＳ偏光にそろえられ、
平凸レンズ１６０により液晶パネル１７０に照射され
る。
【００１３】本構成によれば、大型のプリズムを使用し
ていないため図１８に示す構成に対して、重量、コスト
の点で有利である。
【００１４】上記構成以外の例としては「月刊ディスプ
レイ、１９９７年４月号、Ｐ．１００〜１０４（株式会
社テクノタイムズ社）」に示されたものがある。
【００１５】図２０は「月刊ディスプレイ、１９９７年
４月号、Ｐ．１００〜１０４（株式会社テクノタイムズ
社）」に示された従来の他の偏光照明装置を示す概略構
成図である。
【００１６】この偏光照明装置は光源２５０、第１のフ
ライアイレンズ２６０、直角プリズム２７０、平板２８
０、第２のフライアイレンズ２９０、λ／２波長板３０
０からなる偏光変換素子３１０、平凸レンズ３２０、液
晶パネル３３０から構成される。また、直角プリズム２
７０と平板２８０の間には誘電体多層膜からなる偏光分
離膜３４０が形成され、さらに、平板２８０の他の面に
は反射膜３５０が形成されている。偏光変換素子３１０
はλ／２波長板３００と透明体からなる。
【００１７】第２のフライアイレンズ２９０は第１のフ
ライアイレンズ２６０の１つのレンズに対して隣接する
２つのレンズが対応しており、第２のフライアイレンズ
２９０のあるレンズを透過した光は透明体を透過し、そ
のレンズに隣接するレンズを透過した光はλ／２波長板
３００を透過するようになっている。
【００１８】次にこれら構成部品の機能を説明する。
【００１９】光源２５０から出射した光は第１のフライ
アイレンズ２６０を透過した後、直角プリズム２７０と
平板２８０の間に形成された偏光分離膜３４０でＳ偏光
の光のみが反射される。偏光分離膜３４０を透過したＰ
偏光は平板２８０の他の面に形成された反射膜３５０で
反射され、再び、偏光分離膜３４０を透過する。その際
にＳ偏光光とＰ偏光光は平板２８０の厚みに対応した分
だけ光軸がずれることになるため、第２のフライアイレ
ンズ２９０においてそれぞれ隣接するレンズに入射す
る。第２のフライアイレンズ２９０の直後にはλ／２波
長板３００と透明体からなる偏光変換素子３１０が配置
されている。ここで、λ／２波長板３００は第２のフラ
イアイレンズ２９０のうちＰ偏光が透過するレンズの直
後に配置され、Ｓ偏光光が透過するレンズの直後は透明
体が配置されているので、Ｐ偏光光のみがＳ偏光光に変
換され、結果として、Ｓ偏光光のみが平凸レンズ３２
０、液晶パネル３３０を照射する。
【００２０】特開平８−２３４２０５号公報もしくは
「月刊ディスプレイ １９９７年４月号、Ｐ．１００〜
１０４（株式会社テクノタイムズ社）」に示されている
構成によれば、光源からでた光を一方向の偏光にそろえ
ることができるため、光の偏光を変調することにより画
像を表示する複屈折モードやねじれモードを使った液晶
パネルなどの画像表示素子を用いる場合、光源からの光
を有効に利用できるという点で優れている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−２３４２０５号公報に示された偏光照明装置におい
て次の様な問題点がある。
【００２２】図２１は図１９の場合のＰ、Ｓ両偏光光の
光路を説明する概略図である。この図においてはＰ、Ｓ
両偏光光が第１のフライアイレンズ１３０に対して９０
度に対し±３度の角度のずれをもって入射するよう構成
したものである。この構成において平板１１０およびく
さび型プリズム１２０の屈折率は１．５２（ＢＫ７）と
仮定した、その結果、光源１００の光軸に対する平板１
１０の傾きは４６．５度、くさび型プリズム１２０の反
射膜１９０が形成された面の傾きは４５度となる。
【００２３】このような構成をとった場合、第１のフラ
イアイレンズ１３０の入射面上においてＰ、Ｓ両偏光光
の光路が一致することが望ましいが、図１９に示すよう
にくさび型プリズム１２０を出射したＰ、Ｓ両偏光光の
光路はプリズムから遠ざかるにつれ光路がずれてしまう
ため、光源１００の出射ビーム径と同一の幅の第１のフ
ライアイレンズ１３０を用いた場合には光の一部が第１
のフライアイレンズ１３０に入射できないので（図１９
の斜線部２０）、結果として光の損失につながる。逆
に、斜線部２０の光も第１のフライアイレンズ１３０に
入射するよう第１のフライアイレンズ１３０の幅を広げ
た場合には、第１のフライアイレンズの端部のレンズか
ら出射し液晶パネル１７０に向かう光のパネル面への入
射角度が大きくなるために、結果として投影レンズでけ
られてしまう。
【００２４】このように偏光分離面で反射された光と反
射面で反射した光の光路を第１のフライアイレンズ１３
０面上で一致させることができないのは、平板１１０と
くさび型プリズム１２０をもちいた構成特有の問題であ
り、仮に、図２２のようにくさびの先端部の向きを図１
９と逆向きにしても、同様である。また、くさび型プリ
ズム１２０は端面の割れ・欠けのなどの問題からくさび
の先端部分の面取りを行い作成されるが、その場合、偏
光分離面と反射面の間隙が広くなる。よって、偏光分離
面と反射面で反射された光路が一致する位置が偏光分離
素子から遠ざかるため、光の損失が発生する。また、本
構成で使用しているくさび型プリズム１２０は一般に平
板を研磨することにより製造されるため、平板に対して
大幅なコスト増となる。以上のようにくさび型のプリズ
ムを使用することによる問題が数多く発生する。
【００２５】次に「月刊ディスプレイ、１９９７年４月
号、Ｐ．１００〜１０４（株式会社テクノタイムズ
社）」に示された偏光照明装置について説明する。
【００２６】偏光照明装置においては光源からの光を損
失なく液晶パネルに到達させることが望ましいが、実際
には様々な要因による光の損失が有る。その要因のひと
つにガラス表面での光の反射が挙げられる。ガラスの表
面にＡＲコートなどの処理を施さなければガラス表面１
面につき４％程度の光が反射してしまうためできるだけ
光路中のガラス面を少なくすることが望ましい。また、
ガラスの表面反射はＡＲコートなどの表面処理により低
減することができるがコスト増を招くというデメリット
がある。
【００２７】図２０の構成では直角プリズム２７０の入
射面３６０、出射面３７０で光の損失がある。また、そ
の対策としてＡＲコートを施した場合にはコストの増大
を招くため、光学面数は少ない方が良い。
【００２８】また、上記構成では光源２５０のリフレク
ター径に相当するサイズの直角プリズム２７０が必要で
あるが、一般的な偏光照明装置には光源２５０のリフレ
クターとしてφ８０〜１００ｍｍ程度のものが使用され
ており、その場合には大型のプリズムを使用することに
なるため装置重量、コストの点でデメリットとなる。
【００２９】また、上記３つの従来の偏光照明装置にお
いては通常の誘電体多層膜からなる偏光分離膜を使用し
ているが、一般的にＳ偏光光を反射するよう使用した場
合に最も効果が得られるため、上記装置においてもその
ように使用されている。しかし、画像表示素子として液
晶の配向方向が偏光分離素子のＳ偏光もしくはＰ偏光の
方向に対して傾いている場合には、偏光分離膜と反射膜
で反射された２つの光をともに波長板を透過させて偏光
変換する必要がある。しかし、波長板には波長依存性が
あるため可視域全域の波長にわたって光の偏光方向が変
換されるわけではない。よって、所望の偏光方向の光に
変換されなかった光は画像表示素子において利用するこ
とができないため、光の損失につながる。また、波長板
を透過する際の吸収による光の損失もある。
【００３０】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、その目的は液晶パネ
ルなどの画像表示素子を照射する光の損失を低減し、か
つ、重量、コストの増大を抑えた偏光照明装置を提供す
ることを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の偏光
照明装置は、光源と、前記光源からの光の一方の偏光成
分を反射し、他方の偏光成分を透過する偏光分離面と、
前記偏光分離面を透過した光を反射する反射面とを有
し、前記偏光分離面と反射面とを光源の光軸に対し異な
る角度で配置した偏光分離素子と、を備え、前記偏光分
離素子を通過した光を第１のフライアイレンズ、及び第
２のフライアイレンズに導くとともに、前記偏光分離素
子を通過した光の偏光方向を一方向にそろえる偏光変換
素子を第２のフライアイレンズの付近に配置した偏光照
明装置において、前記偏光分離面は第１の平板上に形成
し、前記反射面は前記第１の平板とは別個に設けられた
第２の平板上に形成してなることを特徴とする。
【００３２】本発明の請求項２の偏光照明装置は、請求
項１において、前記第１の平板の偏光分離面は、その面
内において光学的な軸を有し、入射した光のうち前記光
学軸の方向の直線偏光成分を反射し、直交する方向の偏
光成分の光を透過することを特徴とする。
【００３３】本発明の請求項３の偏光照明装置は、請求
項２または３において、第１の平板の偏光分離面と、第
２の平板の反射面は互いに対向する面に形成されている
ことを特徴とする。
【００３４】本発明の請求項４の偏光照明装置は、請求
項１ないし３において、前記第１のフライアイレンズと
前記第２のフライアイレンズとの間隔をｄ、前記第２の
フライアイレンズ面上において前記偏光分離面で反射さ
れた光の集光スポットと反射面で反射された光の集光ス
ポットが隣接する方向のレンズピッチをｐとした時、前
記第１の平板と前記第２の平板が次式で表される角度θ
をなしておおむね配置されていることを特徴とする。
【００３５】θ＝ｔａｎ-1（ｐ／４ｄ） 本発明の請求項５の偏光照明装置は、請求項４におい
て、第１の平板と第２の平板は光源の光軸に対してそれ
ぞれおおむね４５度−θ／２度、４５度＋θ／２度傾け
て配置されていることを特徴とする。
【００３６】本発明の請求項６の偏光照明装置は、光源
と、第１のフライアイレンズ、および第２のフライアイ
レンズと、偏光分離素子と、前記第２のフライアイレン
ズの付近に配置され、前記偏光分離素子で分離された光
の偏光方向を一方向にそろえる機能を有する偏光変換素
子と、を備え、前記偏光分離素子は複屈折性を有する結
晶からなることを特徴とする。
【００３７】本発明の請求項７の偏光照明装置は、請求
項６において、前記偏光分離素子は複屈折性を有する結
晶からなるウォーラストンプリズムからなり、前記ウォ
ーラストンプリズムは第１のフライアイレンズと第２の
フライアイレンズの間に配置されることを特徴とする。
【００３８】本発明の請求項８の発明は、請求項６にお
いて、前記偏光分離素子は複屈折性を持つ結晶平板から
なり、該平板は第１のフライアイレンズと第２のフライ
アイレンズの間に配置されることを特徴とする。
【００３９】本発明の請求項９の偏光照明装置は、光源
と、光源からの光の一方の偏光成分を反射し、他方の偏
光成分を透過する偏光分離面と、前記偏光分離面を透過
した光を反射する反射面と、を有し、第１のフライアイ
レンズと第２のフライアイレンズの間に配置され、前記
偏光分離面と反射面はおおむね平行に配置した偏光分離
素子と、を備え、前記偏光分離素子を通過した光の偏光
方向を一方向にそろえる偏光変換素子を第２のフライア
イレンズの付近に配置した偏光照明装置において、前記
偏光分離素子は、偏光分離面と反射面が１枚の平板の光
源側と光源と反対側に形成されてなることを特徴とす
る。
【００４０】本発明の請求項１０の偏光照明装置は、請
求項９における偏光分離素子が、前記偏光分離面は第１
の平板に形成され、前記反射面は第１の平板と別個に設
けられた第２の平板に形成されたことを特徴とする。
【００４１】本発明の請求項１１の偏光照明装置は、請
求項９における偏光分離素子が、前記偏光分離面はフィ
ルム状の形状をなし、前記反射面は平板に形成されたこ
とを特徴とする。
【００４２】本発明の請求項１２の偏光照明装置は、請
求項９ないし１１のいずれかにおいて、前記偏光分離面
はその面内において光学的な軸を有しており、入射した
光のうち前記光学軸の方向の直線偏光成分を反射し、直
交する方向の偏光成分の光を透過する機能を有すること
を特徴とする。
【００４３】本発明の請求項１３の投影型画像表示装置
は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の偏光照明装置
と、該偏光照明装置により一方向の偏光方向にそろえら
れた偏光光が照射される画像表示素子と、該画像表示素
子による映像を拡大投影する投影レンズと、を備えてな
ることを特徴とする。
【００４４】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施例による場合
には、偏光分離素子により、光源から出射されたランダ
ムな偏光の光をそれぞれ光軸の方向が異なり、かつ、偏
光方向が異なる２つの光に分離し、２次元的に配列され
た複数のレンズからなる第１のフライアイレンズに入射
させ、第２のフライアイレンズ付近の偏光変換素子によ
り光の偏光方向をそろえているので、光源からの光を効
率よく一方向の偏光方向の光とし画像表示素子に照射す
ることができるため、光源の光を有効に利用することが
できる。また、１面に偏光分離機能を有する面を備えた
第１の平板と、第１の平板と別個に設けられた１面に反
射機能を有する面を備えた平板からなる偏光分離素子に
より偏光分離を行っているので、大型のプリズムやくさ
び型プリズムを使用する場合に比較してコストおよび装
置重量の低減が図れる。また、平板とくさび型プリズム
からなる偏光分離素子を使用する場合に比較して第１の
フライアイレンズ面上で２つの光の光路を一致させるこ
とができるため、画像表示素子を照射する光の損失を低
減することができる。また、くさび型プリズムは端面の
割れ・欠けなどの問題からくさびの先端部分の面取りを
行い作成されるが、その場合偏光分離面と反射面の間の
間隙が広くなる。よって、偏光分離面と反射面で反射さ
れた光路が一致する位置が偏光分離素子から遠ざかるた
め、光の損失が発生する。しかし、本発明のように２枚
の平板で偏光分離面と反射面を構成しており、平板は薄
く作ることは容易であることから、結果として偏光分離
面と反射面の間隙を狭くすることができるため、くさび
型プリズムを使用する場合に比較して光の損失を低減す
ることができる。
【００４５】また、第１の実施例の他の例の場合には、
偏光分離機能を有する面を備えた平板の偏光分離面はそ
の面内において光学的な軸を有しており、入射した光の
うち前記光学軸の方向の直線偏光成分を反射し、直交す
る方向の偏光成分の光を透過機能を有するので、反射す
る偏光はＳ偏光に限らず、例えば、Ｐ偏光や、Ｐ偏光の
軸方向に対して任意の傾きを持つ方向の偏光を反射する
よう配置することが可能である。従って、画像表示素子
として偏光を変調するタイプの液晶パネルを使用し、さ
らに液晶の配向方向が偏光分離素子のＳ偏光もしくはＰ
偏光の方向に対して傾いている場合には、反射する偏光
の方向を液晶の配向方向と一致させておくことにより、
偏光変換素子で一方の偏光方向の光のみを変換すること
により、液晶の配向方向と一致した偏光方向の光とする
ことができる。
【００４６】一方、通常の誘電体多層膜からなる偏光分
離膜の場合、膜の面内において等方性を有するため任意
の方向の偏光を効率よく反射または透過することが困難
であり、そのような偏光分離膜を使用する場合には偏光
分離素子で反射された異なる偏光方向をもつ２つの光の
偏光方向をともに波長板からなる偏光変換素子で変換す
る必要があり、波長板を透過する際の吸収、および、偏
光変換の損失がある。また、偏光分離面に入射する光の
入射方向に依存せず偏光分離面がもつ特定の反射軸の方
向の直線偏光を反射し、直交する方向の直線偏光を透過
するため、光源から出射された光の発散度が大きい場合
にも効率良く偏光分離を行うことができる。
【００４７】また、第１の実施例のさらに他の例の場合
には、偏光分離素子において隣接して配置された第１お
よび第２の平板において、偏光分離面と反射面を対向す
る面に形成しているので、さらに互いの面どうしの間隙
を狭くすることができるため、第１の平板の偏光分離面
と第２の平板の偏光分離面で反射した光の光路が一致す
る位置をさらに偏光分離素子の近くにでき、結果とし
て、偏光分離素子で反射しフライアイレンズへ入射する
際の光の損失をさらに低減することができる。
【００４８】また、本発明の第１の実施例のさらに他の
例による場合には、偏光分離素子は光源と第１のフライ
アイレンズの間に配置され、前記第１のフライアイレン
ズと前記第２のフライアイレンズとの間隔をｄ、前記第
２のフライアイレンズ面上において前記偏光分離面で反
射された光の集光スポットと反射面で反射された光の集
光スポットが隣接する方向の第２のフライアイレンズの
レンズピッチをｐとした時、前記第１の平板と前記第２
の平板が次式で表される角度θをなしておおむね配置さ
れている。
【００４９】θ＝ｔａｎ-1（ｐ／４ｄ） 本構成とすることにより、第２のフライアイレンズの面
上において第１のフライアイレンズから出射された異な
る偏光方向をもつ２つの光の集光スポットがおおむねｐ
／２の間隔で並ぶ。よって、光源の出射光の平行度が悪
いために集光スポット径が拡大した場合においても、少
なくともその径がｐ／２の範囲の光は第２のフライアイ
レンズに導かれる。同様に第２のフライアイレンズ付近
に配置された偏光変換素子に入射する際の光の損失が低
減される。
【００５０】また、第１の実施例の他の例による場合に
は、偏光分離面を備えた平板と反射面を備えた平板を、
光源に対してそれぞれ４５度−θ／２度、４５度＋θ／
２度傾けて配置しているので、光源と第１のフライアイ
レンズもしくは第２のフライアイレンズの光軸を直交さ
せて配置することができ、かつ、変角プリズムを使用し
たり光源の光軸をずらして配置する必要がないので、コ
ストの増大、装置寸法の増大などの問題を招くことなく
フライアイレンズに光を入射させることができる。
【００５１】また、本発明の第２の実施例による場合に
は、複屈折性を有する結晶からなる偏光分離素子により
光を偏光方向が異なる２つの光に分離し、第１のフライ
アイレンズ、もしくは、第２のフライアイレンズに導
き、偏光変換素子により一方の偏光方向の光にそろえる
ことにより、光源からの光を効率よく一方向の偏光方向
の光とし画像表示素子に照射することができるため、光
源の光を有効に利用することができる。また、偏光分離
面と反射面を備えた偏光分離素子の場合、偏光分離面を
透過し、反射面で反射した光が偏光分離面を再透過する
構成となっているため反射面による吸収、偏光分離面に
よる偏光分離のロスがあり光の損失が生じるが、本構成
の場合にはその様な光の損失が低減される。また、偏光
分離素子を光軸中心に面内で回転させて配置し、分離し
た光のうち一方の光のみを波長板等によりその偏光方向
を回転させて、２つの光の偏光方向をそろえることがで
きるので、液晶パネルの配向方向がいかなる場合であっ
ても、光の損失を増加させることなく利用できる。
【００５２】また、第２の実施例による他の例による場
合には、偏光分離素子をウォーラストンプリズムにより
構成しているため、偏光分離素子を光源と第１のフライ
アイレンズの間に配置した場合には、光源の軸を第１の
フライアイレンズの軸に対してずらすことなく使用でき
るため、光学部品をインライン上にコンパクトにレイア
ウトすることができる。また、偏光分離素子を第１のフ
ライアイレンズと第２のフライアイレンズの間に配置し
た場合には、偏光分離素子で分離された２つの光が同じ
光路長でもって第２のフライアイレンズに導かれるの
で、光路長差による集光スポットの拡大が原因となる光
の損失を抑制することができる。
【００５３】また、本発明の第２の実施例によるさらに
他の例の場合には、偏光分離素子は複屈折性を有する結
晶からなる平板からなり、これを第１のフライアイレン
ズと第２のフライアイレンズの間に配置しているので、
光源と第１のフライアイレンズと近接させて配置させる
ことが可能となるので、光の損失の低減と装置寸法の小
型化につながる。
【００５４】また、本発明の第３の実施例による場合に
は、光源と第１のフライアイレンズおよび第２のフライ
アイレンズと、前記光源からの光を異なる２つの偏光方
向をもつ２つの光に、一方は反射、他方を透過すること
により分離する機能を有する偏光分離面と前記偏光分離
面を透過した光を反射する機能を有する反射面と、前記
偏光分離面と反射面により反射された２つの光の偏光方
向を一方向にそろえる機能を有する偏光変換素子とを備
え、前記偏光分離面と反射面は第１のフライアイレンズ
と第２のフライアイレンズの間に配置された偏光照明装
置において、前記偏光分離面が平板の光源側の面に形成
され、前記反射面が他方の面に形成された偏光分離素子
を備えているので、光源からの光を効率よく一方向の偏
光方向の光とし画像表示素子に照射することができるの
で光源の光を有効利用が可能である。また、大型のプリ
ズムと平行平板を用いた従来の構成と比較して部品点
数、部品重量を削減し、かつ、低コストである。また、
従来の構成と比較して、光学部品への入・出射面の数を
減ずることができるのでＡＲコートを施す面が少なくな
るため低コストである。また、薄い平板のみで構成され
ているため、光が平板を透過する際に発生する収差を抑
えることができ、結果として第２のフライアイレンズ面
上での集光スポット径の拡大を抑制することができ、結
果として第２のフライアイレンズ面上での集光スポット
径の拡大を抑制することができるため、光の損失を低減
することができる。
【００５５】また、本発明の第３の実施例の他の例によ
る場合には、光源と第１のフライアイレンズおよび第２
のフライアイレンズと、前記光源からの光を異なる２つ
の偏光方向をもつ２つの光に、一方は反射、他方を透過
することにより分離する機能を有する偏光分離面と、前
記偏光分離面を透過した光を反射する機能を有する反射
面と、前記偏光分離面と反射面により反射された２つの
光の偏光方向を一方向にそろえる機能を有する偏光変換
素子とを備え、前記偏光分離面と反射面は第１のフライ
アイレンズと第２のフライアイレンズの間に配置された
偏光照明装置において、第１の平板に偏光分離面が形成
され、第１の平板と別個に設けられた第２の平板に反射
面が形成された偏光分離素子を備え、前記第１の平板と
第２の平板は互いにおおむね平行に配置された構成によ
り、光源からの光を効率よく一方向の偏光方向の光とし
画像表示素子に照射することができるため、光源の光を
有効に利用することができる。また、大型のプリズムと
平行平板を用いた従来の構成と比較して部品重量を削減
し、かつ、低コストである。また、薄い平板のみで構成
されているため、光が平板を透過する際に発生する収差
を抑えることができ、結果として第２のフライアイレン
ズ面上での集光スポット径の拡大を抑制することができ
るため、光の損失を低減することができる。
【００５６】また、本発明の第３の実施例のさらに他の
例による場合には、光源と第１のフライアイレンズおよ
び第２のフライアイレンズと、前記光源からの光を異な
る２つの偏光方向をもつ２つの光に、一方は反射、他方
を透過することにより分離する機能を有する偏光分離面
と、前記偏光分離面を透過した光を反射する機能を有す
る反射面と、前記偏光分離面と反射面により反射された
２つの光の偏光方向を一方向にそろえる機能を有する偏
光変換素子とを備え、前記偏光分離面と反射面は第１の
フライアイレンズと第２のフライアイレンズの間に配置
された偏光照明装置において、前記偏光分離面はフィル
ム状の形状をなし、前記反射面は平板の片側の面に形成
された偏光分離素子を備え、前記フィルム状の偏光分離
面と平板は互いにおおむね平行に配置されていることに
より、光源からの光を効率よく一方向の偏光方向の光と
し画像表示素子に照射することができるため、光源の光
を有効に利用することができる。また、大型のプリズム
と平行平板を用いた従来の構成と比較して部品重量を削
減し、かつ、低コストである。また、フィルム状の偏光
分離面を透過した光が他の媒体を介することなく直接反
射面に入射するためさらに収差の発生を低減でき、結果
として、第２のフライアイレンズの面上での集光スポッ
ト径の拡大を抑えることができ、光の利用効率を向上さ
せることができる。
【００５７】また、本発明の第３の実施例のさらに他の
例による場合には、偏光分離機能を有する面を備えた平
板の偏光分離面はその面内において光学的な軸を有して
おり、入射した光のうち前記光学軸の方向の直線偏光成
分を反射し、直交する方向の偏光成分の光を透過する機
能を有するので、反射する偏光はＳ偏光に限らず、例え
ば、Ｐ偏光や、Ｐ偏光の軸方向に対して任意の傾きを持
つ方向の偏光を反射するよう配置することが可能であ
る。従って、画像表示素子として偏光光を変調するタイ
プの液晶パネルを使用し、さらに液晶の配向方向が偏光
分離素子のＳ偏光もしくはＰ偏光の方向に対して傾いて
いる場合には、反射する偏光の方向を液晶の配向方向と
一致させておくことにより、偏光変換素子で一方の偏光
方向の光のみを変換することにより、液晶の配向方向と
一致した偏光方向の光とすることができる。
【００５８】一方、通常の誘電体多層膜からなる偏光分
離膜の場合、膜の面内において等方性を有するため任意
の方向の偏光を効率良く反射または透過することが困難
であり、そのような偏光分離膜を使用する場合には偏光
分離素子で反射された異なる偏光方向をもつ２つの光の
偏光方向をともに波長板からなる偏光変換素子で変換す
る必要があり、波長板を透過する際の吸収、および、偏
光変換の損失がある。また、偏光分離面に入射する光の
入射方向に依存せず偏光分離面がもつ特定の反射軸の方
向の直線偏光を反射し、直交する方向の直線偏光を透過
するため、光源から出射された光の発散度が大きい場合
にも効率良く偏光分離を行うことができる。
【００５９】以下に、本発明の実施例について図面を参
照して詳細に説明する。
【００６０】（第１の実施例）第１の実施例について、
図１〜図７に基づいて説明する。
【００６１】まず、図１を用いて説明する。
【００６２】光源５００を出射したランダム偏光の光
は、光源側に偏光分離機能を有する面（偏光面５６０）
を持つ平板５１０で、一方向の偏光方向の光のみが反射
され直交する方向の偏光方向の光は透過する。平板５１
０を透過した光は光源５００に近い側に反射機能を有す
る面（反射面５７０）を持つ平板５２０で反射される。
【００６３】平板５１０と平板５２０はそれぞれ光源５
００の光軸に対して異なる角度でかつ平板５１０と平板
５２０により形成されるくさび型の先端部分は第１のフ
ライアイレンズ５３０の方向を向くよう配置されている
ため、それぞれで反射された異なる偏光方向の２つの光
は互いの光軸が傾いて第１のフライアイレンズ５３０に
入射する。
【００６４】第１のフライアイレンズ５３０に入射した
異なる偏光方向をもつ２つの光は第２のフライアイレン
ズ５４０面上で隣接して集光点を作る。第２のフライア
イレンズ５４０の直後にはλ／２波長板５８０と透明体
からなる偏光変換素子５５０が配置されている。λ／２
波長板５８０は第２のフライアイレンズ５４０を透過し
た異なる偏光方向をもつ２つの光のうちの少なくともど
ちらか一方の光の出射位置に対応するよう配置されてい
る。λ／２波長板５８０を透過した光はその偏光方向が
９０度回転するため、結果として、偏光変換素子５５０
を透過した光の偏光方向は一方向にそろえられる。偏光
変換素子５５０を出射した光は平凸レンズ５９０により
液晶パネル６００に照射される。
【００６５】以上の構成により光源から出射されたラン
ダムな偏光の光を一方向の偏光方向の光に変換すること
ができるので、光の偏光を変調することにより画像を表
示する複屈折モードやねじれモードを使用した液晶パネ
ル６００を用いる場合には光源５００の光を有効に利用
することができる。また、１面に偏光分離機能を有する
面を備えた平板５１０と、１面に反射機能を有する面を
備えた平板５２０からなる偏光分離素子により偏光分離
を行っているので、大型のプリズムやくさび型プリズム
を使用する場合に比較してコストおよび装置重量の低減
が図れる。
【００６６】また、例えば、分離した２つの光を第１の
フライアイレンズ５３０に入射させる場合には、図１９
に図示の平板１１０とくさび型プリズム１２０からなる
偏光分離素子を使用する場合と異なり、第１のフライア
イレンズ５３０面上で２つの光の光路を一致させること
ができるため、液晶パネル６００を照射する光の損失を
低減することができる。また、くさび型プリズム１２０
は端面の割れ・欠けなどの問題からくさびの先端部分の
面取りを行い作成されるが、その場合偏光分離面と反射
面の間の間隙が広くなる。よって、偏光分離面と反射面
で反射された光路が一致する位置が偏光分離素子から遠
ざかるため、光の損失が発生する。しかし、本発明のよ
うに２枚の平板５１０、５２０で偏光分離面と反射面を
構成しており、平板は薄く作ることは容易であることか
ら、結果として偏光分離面と反射面の間隙を狭くするこ
とができるため、くさび型プリズムを使用する場合に比
較して光の損失を低減することができる。
【００６７】次に上記の構成についてより詳細に説明を
行う。
【００６８】偏光面５６０を有する平板５１０はフィル
ム状の偏光分離選択反射素子を平板ガラスの表面に貼
る、または、平板ガラスではさむ、もしくは、ホルダー
でフィルムを保持するなどの方法で作成することができ
る。
【００６９】偏光分離選択反射素子として、例えば特開
昭５７−１５８８０１号公報に開示された偏光性素子や
住友スリーエム社製偏光選択反射フィルム（Ｏｐｔｉｃ
ａｌＦｉｌｍ Ｄ−ＢＥＦ）などが利用できる。これら
はその面内において光学的な軸を有しており、入射した
光のうち光学軸の方向の直線偏光成分を反射し、直交す
る方向の偏光成分の光を透過する機能を有するので、反
射する偏光はＳ偏光に限らず、例えば、Ｐ偏光や、Ｐ偏
光の軸方向に対して任意の傾きを持つ方向の偏光を反射
するよう配置することが可能である。従って、画像表示
素子として光の偏光を変調して画像を表示するタイプの
液晶パネルを使用し、さらに液晶の配向方向が偏光分離
素子のＳ偏光もしくはＰ偏光の方向に対して傾いている
場合には、反射する偏光の方向を液晶の配向方向と一致
させておくことにより、偏光変換素子で一方の偏光方向
の光のみを変換することにより、液晶の配向方向と一致
した偏光方向の光とすることができる。
【００７０】一方、通常の誘電体多層膜からなる偏光分
離膜の場合、膜の面内において等方性を有するため任意
の方向の偏光を効率よく反射または透過することが困難
であり、そのような偏光分離膜を使用する場合には偏光
分離素子で反射された異なる偏光方向をもつ２つの光の
偏光方向をともに波長板からなる偏光変換素子で変換す
る必要があり、波長板を透過する際の吸収、および、偏
光変換の損失がある。また、偏光分離面に入射する光の
入射方向に依存せず偏光分離面がもつ特定の反射軸の方
向の直線偏光を反射し、直交する方向の直線偏光を透過
するため、光源から出射された光の発散度が大きい場合
にも効率良く偏光分離を行うことができる。
【００７１】ここで、特開昭５７−１５８８０１号公報
に開示された偏光性素子について図２により説明する。
本素子は、分子的な配向により複屈折性をもった層と等
方性層を交互に積層したものである。複屈折性層は積層
された面内において光軸１０２０を有している。また、
等方性層の屈折率は複屈折性層の常光もしくは異常光の
屈折率ｎｏ、ｎｅと一致するものが選ばれる。本素子に
入射した光は複屈折層である第１層１１００を透過し、
等方性層である第２層１２００に入射する。第２層１２
００の屈折率が第１層１１００の常光の屈折率と一致す
るよう選ばれている場合、入射した光のうち常光成分１
５００Ａは透過し、異常光成分１５００Ｂのうち一部は
その屈折率差により反射される。また、複屈折性層と等
方性層が交互に積層されているため各層において異常光
の一部が反射されるため、結果として常光成分１５００
Ａは透過し、異常光成分１５００Ｂは反射することにな
る。
【００７２】また、偏光分離選択反射素子としてコレス
テリック液晶を用いても良い。その場合には、偏光面５
６０と反射面５７０の間にλ／４波長板を使用し、第２
のフライアイレンズ５４０の直後に配置した偏光変換素
子５５０にλ／４波長板を使用し偏光面５６０と反射面
５７０で反射された円偏光光を直線偏光に変換すること
により、偏光方向を一方向にそろえることができる。
【００７３】偏光面５６０を持つ平板５１０は、例え
ば、従来例と同様に平板ガラスの表面に誘電体多層膜か
らなる偏光分離膜を形成することにより作ることもでき
る。一般的に誘電体多層膜からなる偏光分離膜はＳ偏光
を反射するよう作成するほうが容易であるため、偏光面
５６０として誘電体多層膜からなる偏光分離膜を使用す
る場合にはＳ偏光を反射するように用いるのが望まし
い。
【００７４】反射面５７０を持つ平板５２０は、例え
ば、従来例と同様に平板ガラスの表面にアルミニウムな
どの金属を蒸着することにより得られる。また、誘電体
多層膜により反射面５７０を形成しても良い。
【００７５】平板５１０と平板５２０はおおむね式
（１）で示される角度θで配置される。図３を参照して
説明する。
【００７６】θ＝ｔａｎ-1（ｐ／４ｄ） （１） ここで、第１のフライアイレンズ５３０と第２のフライ
アイレンズ５４０との間隔をｄとし、第２のフライアイ
レンズ５４０面上において前記偏光面５６０で反射され
た光の集光スポットと反射面５７０で反射された光の集
光スポットが隣接する方向の第２のフライアイレンズ５
４０をｐとする。例えば、第１のフライアイレンズ５３
０と第２のフライアイレンズ５４０との間隔を３８ｍ
ｍ、第２のフライアイレンズ５４０のレンズピッチを８
ｍｍとするとその角度θは約３度となる。
【００７７】本構成とすることにより、第２のフライア
イレンズ５４０の面上において第１のフライアイレンズ
５３０から出射された異なる偏光方向をもつ２つの光の
集光スポットがおおむねｐ／２の間隔で並ぶ。よって、
光源の出射光の平行度が悪いために集光スポット径が拡
大した場合においても、少なくとも集光スポット径がｐ
／２の範囲の光は第２のフライアイレンズ５４０に導か
れるため光の損失が低減できる。同様に、第２のフライ
アイレンズ５４０付近に配置された偏光変換素子５５０
（図１）に入射する際の光の損失が低減される。
【００７８】平板５１０と平板５２０の光源５００の光
軸に対する傾斜角度としては図３のように光源５００の
光軸に対してそれぞれ４５度−θ／２度、４５度＋θ／
２度傾けて配置することにより、光源５００と第１のフ
ライアイレンズ５３０もしくは第２のフライアイレンズ
５４０を直交して配置することができ、その場合にも、
変角プリズムを使用したり、光源の軸ずらしなどを行わ
ずに所望の角度でフライアイレンズに光を導くことがで
きる。従って、コストを増すことなく、また、コンパク
トな光学系のレイアウトが可能となる。
【００７９】しかし、４５度±θ／２度入射において平
板５１０の偏光分離面の所望の特性がえられない場合に
は、図４のように任意の入射角度をとることが可能であ
る。例えば、平板５１０と平板５２０をそれぞれ光源の
光軸に対して７０度±θ／２度もしくは３０度±θ／２
度など４５度と異なる角度をそれぞれの平板の中心角度
として傾斜角度を変更することもできる。
【００８０】第１のフライアイレンズ５３０は平板５１
０で反射された光と平板５２０で反射された光の光軸が
一致する位置に配置することが望ましい。図１９に示す
従来の偏光照明装置では光軸が一致する位置に、第１の
フライアイレンズ５３０を配置できないため、結果とし
て、光の損失となってしまう。これは図１９の平板１１
０とくさび型プリズム１２０からなる構成の場合に特有
の問題である。しかし、図１に示す構成の場合には、上
記条件を満たすよう配置できるので光の損失を低減する
ことができる。
【００８１】なお、隣接して配置された平板５１０と平
板５２０の偏光面５６０と反射面５７０を、図５のよう
に互いに対向する面に設けるようにすれば、偏光面５６
０と反射面５７０の間隙を狭くすることができるため、
図１の場合と比べて、偏光面５６０と反射面５７０で反
射された光の光路が一致する位置を平板５１０の近くに
できるので、結果として平板５１０と第１のフライアイ
レンズ５３０をより近接して配置することが可能とな
り、第１のフライアイレンズ５３０に入射する光の損失
を低減することができる利点がある。
【００８２】偏光変換素子５５０は、例えば平板ガラス
の表面に波長板５８０を接着したものが利用できる。ま
た、波長板を張り付けた部分とそうでない部分のピッチ
は、偏光分離素子５５０で分離された２つの光が、前記
第１のフライアイレンズ５３０により前記第２のフライ
アイレンズ５４０面上に結ぶ集光スポットが隣接する方
向のレンズピッチｐの半分（ｐ／２）とおおむね一致し
ていればよい。また、偏光面５６０と反射面５７０で反
射した光をともに波長板等で任意の方向の偏光方向に変
換することも可能である。
【００８３】偏光変換素子５５０の配置は、第１のフラ
イアイレンズ５３０から出射した光のスポットが最も小
さくなるところに配置するのが望ましく、従って、第２
のフライアイレンズ５４０の直前に配置しても良い。
【００８４】液晶パネル６００を照射するために第１の
フライアイレンズ５３０と第２のフライアイレンズ５４
０ならびに平凸レンズ５９０を使用したが、これらの構
成に限定されるものではなく、例えば、第１のフライア
イレンズ５３０や第２のフライアイレンズ５４０に個々
のレンズが偏心させたものを使用することにより、前記
平凸レンズ５９０を用いない構成も可能である。また、
光源のリフレクターとしてはパラボラリフレクターだけ
でなく楕円リフレクターも使用可能である。
【００８５】また、本実施例からなる液晶パネル６００
としては、図６の透過型液晶パネルを使ったものや図７
の反射型液晶パネルを使用したものなど様々な形態の構
成が考えられる。
【００８６】図６において、６０１、６０２、６０３は
Ｒ、Ｂ、Ｇ用液晶パネル、６０４はダイクロイックプリ
ズム、６０５は投影レンズ、６０６はＢ，Ｇ反射ミラ
ー、６０７はＧ反射ミラー、６０８、９０９、６１０は
全反射ミラーである。また、図７において、６１１、６
１２、６１３は液晶パネルに向かう光と液晶パネルから
投影レンズ６０５に向かう光りの光路切換えを行う偏光
分離素子である。
【００８７】（第２の実施例）第２の実施例について、
図８〜図１３に基づいて説明する。
【００８８】まず、図８を用いて説明する。
【００８９】光源５００から出た光は、複屈折性を有す
る結晶からなる偏光分離素子６１０に入射する。本実施
例においては偏光分離素子６１０としてウォーラストン
プリズムを用いている。
【００９０】ウォーラストンプリズムからなる偏光分離
素子６１０を出射した光はそれぞれ直交する偏光方向を
持ち、かつ、光軸の方向がそれぞれ異なる２つの光に分
離される。
【００９１】偏光分離素子６１０を出射した互いに異な
る光軸の傾きをもつ２つの光は第１のフライアイレンズ
５３０に入射し、第２のフライアイレンズ５４０面上に
隣接して集光点を作り、第２のフライアイレンズ５４０
の後方に配置されている偏光変換素子５５０により光の
偏光方向をそろえられた後、平凸レンズ５９０により液
晶パネル６００に照射される。
【００９２】以上の構成により光源５００から出射され
たランダムな偏光の光を一方向の偏光方向の光に変換す
ることができるので、光の偏光を変調し画像を表示する
複屈折モードやねじれモードを使用した液晶パネルを用
いる場合には光源の光を有効に利用することができる。
また、光源５００と偏光分離素子６１０ならびに第１の
フライアイレンズ５３０、第２のフライアイレンズ５４
０などの光学部品をインライン上に配置することが可能
であるので、コンパクトな装置を実現できる。また、偏
光分離面と反射面を備えた偏光分離素子の場合、偏光分
離面を透過し、反射面で反射した光が再度偏光分離面を
透過するので、反射面による吸収ならびに偏光分離面を
再透過するさいの偏光分離ロスなどの光の損失がある
が、本構成による場合にはそのような光の損失が低減さ
れる。また、偏光分離素子を光軸中心に面内で回転させ
て配置し、分離した光のうち一方の光のみを波長板等に
よりその偏光方向を回転させて、２つの光の偏光方向を
そろえることができるので、液晶パネルの配向方向がい
かなる場合であっても、光の損失を増加させることなく
使用できる。
【００９３】次に本実施例の詳細な説明を行う。
【００９４】偏光分離素子６１０に用いる結晶はニオブ
酸リチウム、チタン酸リン酸カリウムや水晶など複屈折
性を持つものであれば良い。この偏光分離素子６１０
は、本実施例では、それぞれ光軸に対しておおむね±θ
度の光軸の傾きを持つ２つの偏光光に分離するよう機能
するようなウォーラストンプリズムにより構成され、こ
の角度θは式（２）で示される角度θであらわされる。
【００９５】θ＝ｔａｎ-1（ｐ／４ｄ） （２） ここで、図８に示すように、第１のフライアイレンズ５
３０と第２のフライアイレンズ５４０との間隔をｄと
し、第２のフライアイレンズ５４０面上において偏光分
離素子６１０で分離された光の集光スポットが隣接する
方向の第２のフライアイレンズ５４０のレンズピッチを
ｐとする。 例えば、第１のフライアイレンズ５３０と
第２のフライアイレンズ５４０との間隔を３８ｍｍ、第
２のフライアイレンズ５４０のレンズピッチｐを８ｍｍ
とするとその角度θは約３度となる。
【００９６】本構成とすることにより、第２のフライア
イレンズ５４０の面上において第１のフライアイレンズ
５３０から出射された異なる偏光方向をもつ２つの光の
集光スポットがおおむねｐ／２の間隔で並ぶ。よって、
光源の出射光の平行度が悪いために集光スポット径が拡
大した場合においても、少なくとも集光スポット径がｐ
／２の範囲の光は、第２のフライアイレンズ５４０に導
かれるため光の損失が低減できる。同様に、第２のフラ
イアイレンズ５４０付近に配置された偏光変換素子５５
０に入射する際の光の損失が低減される。
【００９７】偏光変換素子５５０は、例えば平板ガラス
の表面に波長板５８０を接着したものが利用できる。ま
た、波長板５８０を張り付けた部分とそうでない部分の
ピッチは、偏光分離素子６１０で分離された２つの光が
前記第２のフライアイレンズ５４０面上に結ぶ集光スポ
ットが隣接する方向のレンズピッチｐの半分（ｐ／２）
とおおむね一致していればよい。また、偏光分離素子６
１０で分離された２つの光をともに波長板等で任意の方
向の偏光方向に変換することも可能である。
【００９８】偏光変換素子５５０の配置は、第１のフラ
イアイレンズ５３０から出射した光のスポットが最も小
さくなるところに配置するのが望ましく、従って、第２
のフライアイレンズ５４０の直前に配置しても良い。
【００９９】偏光分離素子６１０としては他にもローシ
ョンプリズムやなどを使用することもできるが、その場
合には、変角プリズムの使用や、図９のように光源５０
０の軸ずらしなどが必要となる。
【０１００】偏光分離素子６１０として、図１０のよう
に適当なサイズのもの６１０ａ、６１０ｂ、・・・、６
１０ｎを複数組み合わせたものを使用することもでき
る。
【０１０１】図８〜図９において、液晶パネル６００を
照射するために、第１のフライアイレンズ５３０と第２
のフライアイレンズ５４０ならびに平凸レンズ５９０を
使用したが、これらの構成に限定されるものではなく、
例えば、第１のフライアイレンズ５３０や第２のフライ
アイレンズ５４０に個々のレンズが偏心させたものを使
用することにより、前記平凸レンズ５９０を用いない構
成も可能である。また、光源５００のリフレクターとし
てはパラボラリフレクターや楕円リフレクターも使用可
能である。
【０１０２】偏光分離素子６１０は、図１１に示すよう
第１のフライアイレンズ５３０と第２のフライアイレン
ズ５４０の間に配置することもできる。その場合、光源
５００と第１のフライアイレンズ５３０を近接して配置
することができるため、第１のフライアイレンズ５３０
に導かれる光の損失を低減でき、また、よりコンパクト
に光学系のレイアウトができる。また、偏光分離素子６
１０としてウォーラストンプリズムを用いた場合には、
偏光方向が異なる２つの光が第２のフライアイレンズ５
４０に到達する際に光路差が生じないので、第２のフラ
イアイレンズ５４０面上において２つの光のスポット径
の拡大を低減することができる。
【０１０３】また、本実施例の液晶パネル６００として
は、第１の実施例の場合と同様に、図６の透過型液晶パ
ネルを使ったものや図７の反射型液晶パネルを使用した
ものなど様々な形態の構成が考えられる。
【０１０４】図１２、図１３は第２の実施例の他の例を
示すものである。
【０１０５】まず、図１２を用いて説明する。
【０１０６】光源５００からでた光は第１のフライアイ
レンズ５３０に入射する。第１のフライアイレンズ５３
０を出射した光は、複屈折性をもつ結晶からなる平板
（偏光分離素子６１０）に入射する。偏光分離素子６１
０は図１３に示すように平板の入射面に対して面外の方
向の結晶軸６１０ａをもつものである。従って、偏光分
離素子６１０に入射した光は互いに直交する偏光方向を
もつ２つの光に分離され、光軸がシフトして偏光分離素
子６１０を出射する。
【０１０７】偏光分離素子６１０を出射した互いに直交
する偏光方向をもつ２つの光は、第２のフライアイレン
ズ５４０のそれぞれ隣接するレンズに入射し、第２のフ
ライアイレンズ５４０の直後に配置された、λ／２波長
板５８０と透明体からなる偏光変換素子５５０に入射す
る。偏光変換素子５５０に入射した光のうち少なくとも
一方はその偏光方向を９０度回転される。その結果、偏
光変換素子５５０を出射した光の偏光方向は一方向にそ
ろえられ、平凸レンズ５９０により液晶パネル６００に
照射される。
【０１０８】以上の構成により、光源５００から出射さ
れたランダムな偏光の光を一方向の偏光方向の光に変換
することができるので、光の偏光方向を変調し画像を表
示する複屈折モードやねじれモードを使用した液晶パネ
ル６００を用いる場合には、光源５００の光を有効に利
用することができる。また、光源５００と偏光分離素子
６１０ならびに第１のフライアイレンズ５３０、第２の
フライアイレンズ５４０などの光学部品を、インライン
上に配置することが可能であるのでコンパクトな装置を
実現できる。また、偏光分離面と反射面を備えた偏光分
離素子の場合、偏光分離面を透過し、反射面で反射した
光が再度偏光分離面を透過するので、反射面による吸収
ならびに偏光分離面を再透過するさいの偏光分離ロスな
どの光の損失があるが、本構成による場合にはそのよう
な光の損失が低減される。また、偏光分離素子６２０を
光軸中心に面内で回転させて配置し、分離した光のうち
一方の光のみを波長板等によりその偏光方向を回転させ
て、２つの光の偏光方向をそろえることができるので、
液晶パネルの配向方向がいかなる場合であっても、光の
損失を増加させることなく使用できる。また、複屈折性
を有する結晶からなる平板状の偏光分離素子を使用して
いるためウォーラストンプリズム等に比較すると低コス
トである。
【０１０９】次に本実施例の詳細な説明を行う。
【０１１０】偏光分離素子６１０に用いる結晶はニオブ
酸リチウム、チタン酸リン酸カリウムや水晶など複屈折
性を持つものであれば良い。
【０１１１】偏光分離素子６１０で分離される光のシフ
ト量ｓは次の式（３）で定義できる。
【０１１２】ｓ＝ｐ （３） ただし、図１３で示すように、偏光分離素子６１０で分
離された２つの光が第２のフライアイレンズ５４０面上
に結ぶ集光スポットが隣接する方向のレンズピッチをｐ
とする。例えば、第２のフライアイレンズ５４０のレン
ズピッチｐを８ｍｍとするとそのシフト量ｓは約８ｍｍ
となる。
【０１１３】本構成とすることにより、第２のフライア
イレンズ５４０の面上において第１のフライアイレンズ
から出射された異なる偏光方向をもつ２つの光の集光ス
ポットがおおむねｐの間隔で並ぶ。よって、光源の出射
光の平行度が悪いために集光スポット径が拡大した場合
においても、少なくとも集光スポット径がｐの範囲の光
は第２のフライアイレンズ５４０に導かれる。同様に、
第２のフライアイレンズ５４０付近に配置された偏光変
換素子６１０に入射する際の光の損失が低減される。
【０１１４】偏光変換素子５５０の配置は、第１のフラ
イアレンズ５３０から出射した光のスポットが最も小さ
くなるところに配置するのが望ましく、従って、第２の
フライアイレンズ５４０の直前に配置しても良い。
【０１１５】偏光変換素子５５０は、例えば平板ガラス
の表面に波長板５８０を接着したものが利用できる。ま
た、波長板５８０を張り付けた部分とそうでない部分の
ピッチは、偏光分離素子６１０で分離された２つの光が
前記第２のフライアイレンズ５４０面上に結ぶ集光スポ
ットが隣接する方向のレンズピッチｐとおおむね一致し
ていればよい。また、偏光分離素子６１０で分離された
２つの光をともに波長板等で任意の方向の偏光方向に変
換することも可能である。
【０１１６】液晶パネル６００を照射するために、第１
のフライアレンズ５３０と第１のフライアレンズ５３０
ならびに平凸レンズ５９０を使用したが、これらの構成
に限定されるものではなく、例えば、第１のフライアレ
ンズ５３０や第１のフライアレンズ５３０に個々のレン
ズが偏心させたものを使用することにより、前記平凸レ
ンズ５９０を用いない構成も可能である。また、光源５
００のリフレクターとしてはパラボラリフレクターや楕
円リフレクターも使用可能である。
【０１１７】また、本実施例からなる液晶パネル６００
としては、第１ないし第２の実施例と同様、図６の透過
型液晶パネルを使ったものや図７の反射型液晶パネルを
使用したものなど様々な形態の構成が考えられる。
【０１１８】（第３の実施例）第３の実施例について、
図１４〜図１６に基づいて説明する。
【０１１９】まず、図１４を用いて説明する。
【０１２０】光源５００から出た光は第１のフライアレ
ンズ５３０に入射する。第１のフライアレンズ５３０を
出た光は２枚の平板ガラス７３０、７４０の間に偏光分
離機能を有する面（偏光面）７５０を備え、平板ガラス
７４０の光源５００から遠い側の面には反射機能を有す
る面（反射面）７６０を備えた偏光分離素子６３０に入
射する。偏光分離素子６３０に入射した光は互いに直交
する偏光方向をもつ光に、偏光面７５０で反射もしくは
透過されることにより分離される。偏光面７５０を透過
した光は平板ガラス７４０の裏面に形成された反射面７
６０で反射し、再び、偏光面７５０を透過する。
【０１２１】偏光分離素子６３０を出射した互いに直交
する偏光方向をもつ２つの光は、光軸がシフトした状態
で第２のフライアイレンズ５４０に入射し、第２のフラ
イアイレンズ５４０直後に配置された偏光変換素子５５
０で光の偏光方向がそろえられる。偏光変換素子５５０
を出射した光は平凸レンズ５９０により液晶パネル６０
０に照射される。
【０１２２】以上の構成により、光源５００から出射さ
れたランダムな偏光の光を一方向の偏光方向の光に変換
することができるので、光の偏光を変調することにより
画像を表示する複屈折モードやねじれモードを使用した
液晶パネル６００を用いる場合には光源の光を有効に利
用することができる。また、偏光面７５０と反射面７６
０を有する偏光分離素子６３０が平板のみで構成されて
いるため、大型のガラスプリズムを使用しないので低コ
ストかつ重量の増加を軽減することができる。
【０１２３】また、ガラス面への入・出射面が１面のみ
であるのでＡＲコートを施す面を減じることができ低コ
ストである。また、薄い平板のみで構成されるため、光
が平板を透過する際に発生する収差を抑えることがで
き、結果として第２のフライアイレンズ５４０面での集
光スポット径の拡大を抑制できるため、光の損失を低減
できる。
【０１２４】次に本実施例の詳細な説明を行う。
【０１２５】反射面７６０は、従来の実施例と同様に平
板ガラス７４０の表面にアルミニウムなどの金属を蒸着
することにより得られる。また、誘電体多層膜により反
射面７６０を形成しても良い。
【０１２６】偏光面７５０を有する平板７３０はフィル
ム状の偏光分離選択反射素子を７３０と７４０の間には
さむことにより形成することもできる。
【０１２７】偏光分離選択反射素子として例えば特開昭
５７−１５８８０１に開示された偏光性素子や住友スリ
ーエム社製偏光選択反射フィルム（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆ
ｉｌｍ Ｄ−ＢＥＦ）などが利用できる。その場合、偏
光分離選択反射素子がもつある特定の方向の偏光のみを
反射するので、反射する偏光はＳ偏光に限らず、例え
ば、Ｐ偏光や、Ｐ偏光の軸方向に対して任意の傾きを持
つ方向の偏光を反射するよう配置することが可能であ
る。
【０１２８】従って、画像表示素子として偏光を変調し
て画像を表示するタイプの液晶パネルを使用し、さらに
液晶の配向方向が偏光分離素子のＳ偏光もしくはＰ偏光
の方向に対して傾いている場合には、反射する偏光の方
向を液晶の配向方向と一致させておくことにより、偏光
変換素子５５０で一方の偏光方向の光のみを変換するこ
とにより、液晶の配向方向と一致した偏光方向の光とす
ることができる。一方、通常の誘電体多層膜からなる偏
光分離膜の場合、膜の面内において等方性を有するため
任意の方向の偏光を反射または透過することが困難であ
り、そのような偏光分離膜を使用する場合には偏光分離
素子で反射された異なる偏光方向をもつ２つの光の偏光
方向をともに波長板からなる偏光変換素子で変換する必
要があり、波長板を透過する際の吸収、および、偏光変
換ロスによる光の損失がある。また、偏光分離面に入射
する光の入射方向に依存せず偏光分離面がもつ特定の反
射軸の方向の直線偏光を反射し、直交する方向の直線偏
光を透過するため、光源５００から出射された光の発散
度が大きい場合にも効率良く偏光分離を行うことができ
る。
【０１２９】また、偏光分離選択反射素子としてコレス
テリック液晶を用いても良い。その場合には、偏光面７
５０と反射面７６０の間にλ／４波長板を使用し、第２
のフライアイレンズ５４０の直後に配置した偏光変換素
子５５０にλ／４波長板７８０を使用し、偏光面７５０
と反射面７６０で反射された円偏光光を直線偏光に変換
することにより、偏光方向を一方向にそろえることがで
きる。本実施例の場合には偏光面７５０と平板ガラス７
４０の間にフィルム状のλ／４波長板７８０を接着する
ことが可能である。
【０１３０】また、偏光面７５０は従来の実施例と同様
に、平板ガラスの表面に誘電体多層膜からなる偏光分離
膜を形成することにより作ることもできる。一般的に、
誘電体多層膜からなる偏光分離膜はＳ偏光を反射するよ
う作成するほうが容易であるため、偏光面７５０として
誘電体多層膜からなる偏光分離膜を使用する場合にはＳ
偏光を反射するように用いるのが望ましい。
【０１３１】偏光分離素子６３０で分離される光のシフ
ト量ｓは次の式（４）で定義できる。
【０１３２】ｓ＝ｐ （４） ただし、図１４で示すように、偏光分離素子６３０で分
離された２つの光が第２のフライアイレンズ５４０面上
に結ぶ集光スポットが隣接する方向のレンズピッチをｐ
とする。例えば、第２のフライアイレンズ５４０のレン
ズピッチｐを８ｍｍとするとそのシフト量ｓは約８ｍｍ
となる。
【０１３３】本構成とすることにより、第２のフライア
イレンズ５４０の面上において第１のフライアイレンズ
から出射された異なる偏光方向をもつ２つの光の集光ス
ポットがおおむねｐの間隔で並ぶ。よって、光源の出射
光の平行度が悪いために集光スポット径が拡大した場合
においても、少なくとも集光スポット径がｐの範囲の光
は第２のフライアイレンズ５４０に導かれる。同様に、
第２のフライアイレンズ５４０付近に配置された偏光変
換素子５５０に入射する際の光の損失が低減される。
【０１３４】偏光変換素子５５０の配置は、第１のフラ
イアレンズ５３０から出射した光のスポットが最も小さ
くなるところに配置するのが望ましく、従って、第２の
フライアイレンズ５４０の直前に配置しても良い。
【０１３５】偏光変換素子５５０は、例えば平板ガラス
の表面に波長板５８０を接着したものが利用できる。ま
た、波長板５８０を張り付けた部分とそうでない部分の
ピッチは、偏光分離素子６３０で分離された２つの光が
前記第２のフライアイレンズ５４０面上に結ぶ集光スポ
ットが隣接する方向のレンズピッチｐとおおむね一致し
ていればよい。また、偏光分離素子６３０で分離された
２つの光をともに波長板等で任意の方向の偏光方向に変
換することも可能である。
【０１３６】本実施例の偏光分離素子６３０は、２枚の
平板ガラス７３０、７４０の間に偏光面７５０を備え、
平板ガラス７４０の光源５００から遠い側の面に反射面
７６０を備えているが、必ずしもこの構成である必要は
なく、偏光面７５０と反射面７６０は互いに平行に設け
られていれば良い。
【０１３７】例えば、図１５に示すように、一枚の平板
７５５の光源５００から近い側の面に偏光面７５０、遠
い側の面に反射面７６０を備えた構成でも良い。その場
合、光源からの光が直接偏光面７５０に入射するので、
ＡＲコート等を施す光学面数を減じることが可能であり
低コストである。また、薄い平板のみで構成されている
ため、光が平板を透過する際に発生する収差を抑えるこ
とができ、結果として第２のフライアイレンズ面上での
集光スポット径の拡大を抑制できるため、光の損失を低
減することができる。また、一枚の平板７５５のみで構
成できるので平板と直角プリズムを使用する従来の構成
に対し部品点数が少なく低コストである。
【０１３８】また、図１６に示すように、偏光分離機能
を有するものとしてフィルム状の偏光分離選択反射素子
８００を使用し、偏光分離選択反射素子８００をフレー
ム８１０で保持し、偏光分離選択反射素子８００と別に
設けられた平板８０５の光源５００に近い側の面に反射
面７６０を設けたものでも良い。その場合には、平板ガ
ラスを光が透過することにより発生する収差の影響を低
減できるため、第２のフライアイレンズ５４０面上での
スポット径の増大を低減することができるため、結果と
して光の損失を低減できる。
【０１３９】また、図１７のように、偏光分離機能を有
する偏光面７５０を備えた平板９００と、反射機能を有
する反射面７６０を有する平板９１０を平行に配置する
構成でも良い。その場合、平板９００の偏光面７５０な
らびに平板９１０の反射面７６０は、ともに第１のフラ
イアレンズ５３０側に配置することが望ましい。本構成
の場合、薄い平板９００、９１０のみで構成されている
ため、光が平板を透過する際に発生する収差を抑えるこ
とができ、結果として第２のフライアイレンズ５４０面
上での集光スポット径の拡大を抑制することができるた
め、光の損失を低減することができる。また、２枚の平
板のみで構成できるので直角プリズムを使用する従来の
構成に比較して低コストである。
【０１４０】偏光変換素子５５０の配置は第１のフライ
アレンズ５３０から出射した光のスポットが最も小さく
なるところに配置するのが望ましく、従って、第２のフ
ライアイレンズ５４０の直前に配置しても良い。
【０１４１】液晶パネル６００を照射するために第１の
フライアレンズ５３０と第２のフライアイレンズ５４０
ならびに平凸レンズ５９０を使用したが、これらの構成
に限定されるものではなく、例えば、第１のフライアレ
ンズ５３０や第２のフライアイレンズ５４０に個々のレ
ンズが偏心させたものを使用することにより、前記平凸
レンズ５９０を用いない構成も可能である。また、光源
５００のリフレクターとしてはパラボラリフレクター以
外にも楕円リフレクターも使用可能である。
【０１４２】また、本実施例からなる画像表示装置とし
ては、第１ないし第２の実施例と同様、図６の透過型液
晶パネルを使ったものや図７の反射型液晶パネルを使用
したものなど様々な形態の構成が考えられる。
【０１４３】
【発明の効果】本発明の請求項１による場合には、偏光
分離素子により、光源から出射されたランダムな偏光の
光をそれぞれ光軸の方向が異なり、かつ、偏光方向が異
なる２つの光に分離し、２次元的に配列された複数のレ
ンズからなる第１のフライアイレンズに入射させ、第２
のフライアイレンズ付近の偏光変換素子により光の偏光
方向をそろえているので、光源からの光を効率よく一方
向の偏光方向の光とし画像表示素子に照射することがで
きるため、光源の光を有効に利用することができる。ま
た、１面に偏光分離機能を有する面を備えた第１の平板
と、第１の平板と別個に設けられた１面に反射機能を有
する面を備えた平板からなる偏光分離素子により偏光分
離を行っているので、大型のプリズムやくさび型プリズ
ムを使用する場合に比較してコストおよび装置重量の低
減が図れる。また、平板とくさび型プリズムからなる偏
光分離素子を使用する場合に比較して第１のフライアイ
レンズ面上で２つの光の光路を一致させることができる
ため、画像表示素子を照射する光の損失を低減すること
ができる。また、くさび型プリズムは端面の割れ・欠け
などの問題からくさびの先端部分の面取りを行い作成さ
れるが、その場合偏光分離面と反射面の間の間隙が広く
なる。よって、偏光分離面と反射面で反射された光路が
一致する位置が偏光分離素子から遠ざかるため、光の損
失が発生する。しかし、本発明のように２枚の平板で偏
光分離面と反射面を構成しており、平板は薄く作ること
は容易であることから、結果として偏光分離面と反射面
の間隙を狭くすることができるため、くさび型プリズム
を使用する場合に比較して光の損失を低減することがで
きる。
【０１４４】また、請求項２による場合には、偏光分離
機能を有する面を備えた平板の偏光分離面はその面内に
おいて光学的な軸を有しており、入射した光のうち前記
光学軸の方向の直線偏光成分を反射し、直交する方向の
偏光成分の光を透過機能を有するので、反射する偏光は
Ｓ偏光に限らず、例えば、Ｐ偏光や、Ｐ偏光の軸方向に
対して任意の傾きを持つ方向の偏光を反射するよう配置
することが可能である。従って、画像表示素子として偏
光を変調するタイプの液晶パネルを使用し、さらに液晶
の配向方向が偏光分離素子のＳ偏光もしくはＰ偏光の方
向に対して傾いている場合には、反射する偏光の方向を
液晶の配向方向と一致させておくことにより、偏光変換
素子で一方の偏光方向の光のみを変換することにより、
液晶の配向方向と一致した偏光方向の光とすることがで
きる。一方、通常の誘電体多層膜からなる偏光分離膜の
場合、膜の面内において等方性を有するため任意の方向
の偏光を効率よく反射または透過することが困難であ
り、そのような偏光分離膜を使用する場合には偏光分離
素子で反射された異なる偏光方向をもつ２つの光の偏光
方向をともに波長板からなる偏光変換素子で変換する必
要があり、波長板を透過する際の吸収、および、偏光変
換の損失がある。また、偏光分離面に入射する光の入射
方向に依存せず偏光分離面がもつ特定の反射軸の方向の
直線偏光を反射し、直交する方向の直線偏光を透過する
ため、光源から出射された光の発散度が大きい場合にも
効率良く偏光分離を行うことができる。
【０１４５】また、請求項３による場合には、偏光分離
素子において隣接して配置された第１および第２の平板
において、偏光分離面と反射面を対向する面に形成して
いるので、さらに互いの面どうしの間隙を狭くすること
ができるため、第１の平板の偏光分離面と第２の平板の
偏光分離面で反射した光の光路が一致する位置をさらに
偏光分離素子の近くにでき、結果として、偏光分離素子
で反射しフライアイレンズへ入射する際の光の損失をさ
らに低減することができる。
【０１４６】また、本発明の請求項４による場合には、
第２のフライアイレンズの面上において第１のフライア
イレンズから出射された異なる偏光方向をもつ２つの光
の集光スポットがおおむねｐ／２の間隔で並ぶ。よっ
て、光源の出射光の平行度が悪いために集光スポット径
が拡大した場合においても、少なくともその径がｐ／２
の範囲の光は第２のフライアイレンズに導かれる。同様
に第２のフライアイレンズ付近に配置された偏光変換素
子に入射する際の光の損失が低減される。
【０１４７】また、請求項５による場合には、偏光分離
面を備えた平板と反射面を備えた平板を、光源に対して
それぞれ４５度−θ／２度、４５度＋θ／２度傾けて配
置しているので、光源と第１のフライアイレンズもしく
は第２のフライアイレンズの光軸を直交させて配置する
ことができ、かつ、変角プリズムを使用したり光源の光
軸をずらして配置する必要がないので、コストの増大、
装置寸法の増大などの問題を招くことなくフライアイレ
ンズに光を入射させることができる。
【０１４８】また、本発明の請求項６による場合には、
複屈折性を有する結晶からなる偏光分離素子により光を
偏光方向が異なる２つの光に分離し、第１のフライアイ
レンズ、もしくは、第２のフライアイレンズに導き、偏
光変換素子により一方の偏光方向の光にそろえることに
より、光源からの光を効率よく一方向の偏光方向の光と
し画像表示素子に照射することができるため、光源の光
を有効に利用することができる。また、偏光分離面と反
射面を備えた偏光分離素子の場合、偏光分離面を透過
し、反射面で反射した光が偏光分離面を再透過する構成
となっているため反射面による吸収、偏光分離面による
偏光分離のロスがあり光の損失が生じるが、本構成の場
合にはその様な光の損失が低減される。また、偏光分離
素子を光軸中心に面内で回転させて配置し、分離した光
のうち一方の光のみを波長板等によりその偏光方向を回
転させて、２つの光の偏光方向をそろえることができる
ので、液晶パネルの配向方向がいかなる場合であって
も、光の損失を増加させることなく利用できる。
【０１４９】また、請求項７による場合には、偏光分離
素子をウォーラストンプリズムにより構成しているた
め、偏光分離素子を光源と第１のフライアイレンズの間
に配置した場合には、光源の軸を第１のフライアイレン
ズの軸に対してずらすことなく使用できるため、光学部
品をインライン上にコンパクトにレイアウトすることが
できる。また、偏光分離素子を第１のフライアイレンズ
と第２のフライアイレンズの間に配置した場合には、偏
光分離素子で分離された２つの光が同じ光路長でもって
第２のフライアイレンズに導かれるので、光路長差によ
る集光スポットの拡大が原因となる光の損失を抑制する
ことができる。
【０１５０】また、本発明の請求項８による場合には、
偏光分離素子は複屈折性を有する結晶からなる平板から
なり、これを第１のフライアイレンズと第２のフライア
イレンズの間に配置しているので、光源と第１のフライ
アイレンズと近接させて配置させることが可能となるの
で、光の損失の低減と装置寸法の小型化につながる。
【０１５１】また、本発明の請求項９による場合には、
光源と第１のフライアイレンズおよび第２のフライアイ
レンズと、前記光源からの光を異なる２つの偏光方向を
もつ２つの光に、一方は反射、他方を透過することによ
り分離する機能を有する偏光分離面と前記偏光分離面を
透過した光を反射する機能を有する反射面と、前記偏光
分離面と反射面により反射された２つの光の偏光方向を
一方向にそろえる機能を有する偏光変換素子とを備え、
前記偏光分離面と反射面は第１のフライアイレンズと第
２のフライアイレンズの間に配置された偏光照明装置に
おいて、前記偏光分離面が平板の光源側の面に形成さ
れ、前記反射面が他方の面に形成された偏光分離素子を
備えているので、光源からの光を効率よく一方向の偏光
方向の光とし画像表示素子に照射することができるので
光源の光を有効利用が可能である。また、大型のプリズ
ムと平行平板を用いた従来の構成と比較して部品点数、
部品重量を削減し、かつ、低コストである。また、従来
の構成と比較して、光学部品への入・出射面の数を減ず
ることができるので光の損失を低減することができるの
でＡＲコートを施す面が少なくなるため低コストであ
る。また、薄い平板のみで構成されているため、光が平
板を透過する際に発生する収差を抑えることができ、結
果として第２のフライアイレンズ面上での集光スポット
径の拡大を抑制できるため、光の損失を低減することが
できる。
【０１５２】また、本発明の請求項１０による場合に
は、光源と第１のフライアイレンズおよび第２のフライ
アイレンズと、前記光源からの光を異なる２つの偏光方
向をもつ２つの光に、一方は反射、他方を透過すること
により分離する機能を有する偏光分離面と、前記偏光分
離面を透過した光を反射する機能を有する反射面と、前
記偏光分離面と反射面により反射された２つの光の偏光
方向を一方向にそろえる機能を有する偏光変換素子とを
備え、前記偏光分離面と反射面は第１のフライアイレン
ズと第２のフライアイレンズの間に配置された偏光照明
装置において、第１の平板に偏光分離面が形成され、第
１の平板と別個に設けられた第２の平板に反射面が形成
された偏光分離素子を備え、前記第１の平板と第２の平
板は互いにおおむね平行に配置された構成により、光源
からの光を効率よく一方向の偏光方向の光とし画像表示
素子に照射することができるため、光源の光を有効に利
用することができる。また、大型のプリズムと平行平板
を用いた従来の構成と比較して部品重量を削減し、か
つ、低コストである。また、薄い平板のみで構成されて
いるため、光が平板を透過する際に発生する収差を抑え
ることができ、結果として第２のフライアイレンズ面上
での集光スポット径の拡大を抑制することができるた
め、光の損失を低減することができる。
【０１５３】また、本発明の請求項１１による場合に
は、光源と第１のフライアイレンズおよび第２のフライ
アイレンズと、前記光源からの光を異なる２つの偏光方
向をもつ２つの光に、一方は反射、他方を透過すること
により分離する機能を有する偏光分離面と、前記偏光分
離面を透過した光を反射する機能を有する反射面と、前
記偏光分離面と反射面により反射された２つの光の偏光
方向を一方向にそろえる機能を有する偏光変換素子とを
備え、前記偏光分離面と反射面は第１のフライアイレン
ズと第２のフライアイレンズの間に配置された偏光照明
装置において、前記偏光分離面はフィルム状の形状をな
し、前記反射面は平板の片側の面に形成された偏光分離
素子を備え、前記フィルム状の偏光分離面と平板は互い
におおむね平行に配置されていることにより、光源から
の光を効率よく一方向の偏光方向の光とし画像表示素子
に照射することができるため、光源の光を有効に利用す
ることができる。また、大型のプリズムと平行平板を用
いた従来の構成と比較して部品重量を削減し、かつ、低
コストである。また、フィルム状の偏光分離面を透過し
た光が他の媒体を介することなく直接反射面に入射する
ためさらに収差の発生を低減でき、結果として、第２の
フライアイレンズの面上での集光スポット径の拡大を抑
えることができ、光の利用効率を向上させることができ
る。
【０１５４】また、本発明の請求項１２による場合に
は、偏光分離機能を有する面を備えた平板の偏光分離面
はその面内において光学的な軸を有しており、入射した
光のうち前記光学軸の方向の直線偏光成分を反射し、直
交する方向の偏光成分の光を透過する機能を有するの
で、反射する偏光はＳ偏光に限らず、例えば、Ｐ偏光
や、Ｐ偏光の軸方向に対して任意の傾きを持つ方向の偏
光を反射するよう配置することが可能である。従って、
画像表示素子として偏光光を変調するタイプの液晶パネ
ルを使用し、さらに液晶の配向方向が偏光分離素子のＳ
偏光もしくはＰ偏光の方向に対して傾いている場合に
は、反射する偏光の方向を液晶の配向方向と一致させて
おくことにより、偏光変換素子で一方の偏光方向の光の
みを変換することにより、液晶の配向方向と一致した偏
光方向の光とすることができる。一方、通常の誘電体多
層膜からなる偏光分離膜の場合、膜の面内において等方
性を有するため任意の方向の偏光を反射または透過する
ことが困難であり、そのような偏光分離膜を使用する場
合には偏光分離素子で反射された異なる偏光方向をもつ
２つの光の偏光方向をともに波長板からなる偏光変換素
子で変換する必要があり、波長板を透過する際の吸収、
および、偏光変換の損失がある。また、偏光分離面に入
射する光の入射方向に依存せず偏光分離面がもつ特定の
反射軸の方向の直線偏光を反射し、直交する方向の直線
偏光を透過するため、光源から出射された光の発散度が
大きい場合にも効率良く偏光分離を行うことができる。
【０１５５】また、本発明の請求項１３による場合は、
請求項１ないし１２による偏光照明装置と、液晶パネル
などの画像表示素子と、投影レンズ等により、画像表示
素子を照明する光の損失を低減し、かつ、重量、コスト
の増大を抑えた投射型画像表示装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施例を示す概略構成図で
ある。
【図２】第１の実施例に使用できる偏光性素子の概略構
成図である。
【図３】光源の光軸と偏光分離素子の配置の関係を示す
概略図である。
【図４】第１の実施例において偏光分離素子への光の入
射角度を変えた例を示す概略構成図である。
【図５】第１の実施例の変形例を示す概略構成図であ
る。
【図６】本発明の構成を透過型画像表示素子を使用した
偏光照明装置に適用した一例である。
【図７】本発明の構成を反射型画像表示素子を使用した
偏光照明装置に適用した一例である。
【図８】本発明に係る第２の実施例を示す概略構成図で
ある。
【図９】ローションプリズムを使用した場合の概略構成
図である。
【図１０】複数のウォーラストンプリズムを組み合わせ
て偏光分離素子とした場合の概略構成図である。
【図１１】偏光分離素子を第１のフライアイレンズと第
２のフライアイレンズの間に配置した場合の概略構成図
である。
【図１２】本発明に係る第２の実施例の他の例を示す概
略構成図である。
【図１３】図１２における偏光分離素子を示す概略構成
図である。
【図１４】本発明に係る第３の実施例を示す概略構成図
である。
【図１５】第３の実施例において偏光分離素子を１枚の
平板ガラスにより構成した場合を示す概略構成図であ
る。
【図１６】第３の実施例において偏光分離素子をフィル
ム状の偏光選択反射素子と平板ミラーにより構成した場
合を示す概略構成図である。
【図１７】第３の実施例において偏光分離素子を２枚の
平板ガラスにより構成した場合を示す概略構成図であ
る。
【図１８】従来の偏光照明装置において直角プリズムと
くさび型プリズムを用いたものの概略構成図である。
【図１９】従来の偏光照明装置において平板とくさび型
プリズムを用いたものの概略構成図である。
【図２０】従来の偏光照明装置において平板と直角プリ
ズムを用いたものの概略構成図である。
【図２１】図２０に示す従来の偏光照明装置のＰ、Ｓ偏
光光の光路を示す概略図である。
【図２２】従来の偏光照明装置においてくさび型プリズ
ムを配置する方向を変更した構成を示す概略構成図であ
る。
【符号の説明】
５００ 光源 ５３０ 第１のフライアイレンズ ５４０ 第２のフライアイレンズ ５５０ 偏光変換素子 ５６０ 偏光面 ５７０ 反射面 ６１０ 偏光分離素子 ７３０、７４０ 平板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源と、 前記光源からの光の一方の偏光成分を反射し、他方の偏
    光成分を透過する偏光分離面と、前記偏光分離面を透過
    した光を反射する反射面とを有し、前記偏光分離面と反
    射面とを光源の光軸に対し異なる角度で配置した偏光分
    離素子と、を備え、 前記偏光分離素子を通過した光を第１のフライアイレン
    ズ、及び第２のフライアイレンズに導くとともに、前記
    偏光分離素子を通過した光の偏光方向を一方向にそろえ
    る偏光変換素子を第２のフライアイレンズの付近に配置
    した偏光照明装置において、 前記偏光分離面は第１の平板上に形成し、前記反射面は
    前記第１の平板とは別個に設けられた第２の平板上に形
    成してなることを特徴とする偏光照明装置。
  2. 【請求項２】 前記第１の平板の偏光分離面は、その面
    内において光学的な軸を有し、入射した光のうち前記光
    学軸の方向の直線偏光成分を反射し、直交する方向の偏
    光成分の光を透過することを特徴とする請求項１に記載
    の偏光照明装置。
  3. 【請求項３】 第１の平板の偏光分離面と、第２の平板
    の反射面は互いに対向する面に形成されていることを特
    徴とする請求項１または２に記載の偏光照明装置。
  4. 【請求項４】 前記第１のフライアイレンズと前記第２
    のフライアイレンズとの間隔をｄ、前記第２のフライア
    イレンズ面上において前記偏光分離面で反射された光の
    集光スポットと反射面で反射された光の集光スポットが
    隣接する方向のレンズピッチをｐとした時、 前記第１の平板と前記第２の平板が次式 θ＝ｔａｎ-1（ｐ／４ｄ） で表される角度θをなしておおむね配置されていること
    を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の偏光
    照明装置。
  5. 【請求項５】 第１の平板と第２の平板は光源の光軸に
    対してそれぞれおおむね４５度−θ／２度、４５度＋θ
    ／２度傾けて配置されていることを特徴とする請求項４
    に記載の偏光照明装置。
  6. 【請求項６】 光源と、第１のフライアイレンズ、およ
    び第２のフライアイレンズと、偏光分離素子と、前記第
    ２のフライアイレンズの付近に配置され、前記偏光分離
    素子で分離された光の偏光方向を一方向にそろえる機能
    を有する偏光変換素子と、を備え、 前記偏光分離素子は複屈折性を有する結晶からなること
    を特徴とする偏光照明装置。
  7. 【請求項７】 前記偏光分離素子は複屈折性を有する結
    晶からなるウォーラストンプリズムからなり、前記ウォ
    ーラストンプリズムは第１のフライアイレンズと第２の
    フライアイレンズの間に配置されることを特徴とする請
    求項６に記載の偏光照明装置。
  8. 【請求項８】 前記偏光分離素子は複屈折性を持つ結晶
    平板からなり、該平板は第１のフライアイレンズと第２
    のフライアイレンズの間に配置されることを特徴とする
    請求項６に記載の偏光照明装置。
  9. 【請求項９】 光源と、 前記光源からの光の一方の偏光成分を反射し、他方の偏
    光成分を透過する偏光分離面と、前記偏光分離面を透過
    した光を反射する反射面と、を有し、第１のフライアイ
    レンズと第２のフライアイレンズの間に配置され、前記
    偏光分離面と反射面はおおむね平行に配置した偏光分離
    素子と、を備え、 前記偏光分離素子を通過した光の偏光方向を一方向にそ
    ろえる偏光変換素子を第２のフライアイレンズの付近に
    配置した偏光照明装置において、 前記偏光分離素子のそれぞれ偏光分離面と反射面は１枚
    の平板の光源側と光源と反対側に形成されてなることを
    特徴とする偏光照明装置。
  10. 【請求項１０】 光源と、 前記光源からの光の一方の偏光成分を反射し、他方の偏
    光成分を透過する偏光分離面と、前記偏光分離面を透過
    した光を反射する反射面と、を有し、第１のフライアイ
    レンズと第２のフライアイレンズの間に配置され、前記
    偏光分離面と反射面はおおむね平行に配置した偏光分離
    素子と、を備え、 前記偏光分離素子を通過した光の偏光方向を一方向にそ
    ろえる偏光変換素子を第２のフライアイレンズの付近に
    配置した偏光照明装置において、 前記偏光分離素子の前記偏光分離面は第１の平板に形成
    され、前記反射面は第１の平板と別個に設けられた第２
    の平板に形成されたことを特徴とする偏光照明装置。
  11. 【請求項１１】 光源と、 前記光源からの光の一方の偏光成分を反射し、他方の偏
    光成分を透過する偏光分離面と、前記偏光分離面を透過
    した光を反射する反射面と、を有し、第１のフライアイ
    レンズと第２のフライアイレンズの間に配置され、前記
    偏光分離面と反射面はおおむね平行に配置した偏光分離
    素子と、を備え、 前記偏光分離素子を通過した光の偏光方向を一方向にそ
    ろえる偏光変換素子を第２のフライアイレンズの付近に
    配置した偏光照明装置において、 前記偏光分離素子の前記偏光分離面はフィルム状の形状
    をなし、前記反射面は平板に形成されたことを特徴とす
    る偏光照明装置。
  12. 【請求項１２】 前記偏光分離面はその面内において光
    学的な軸を有しており、入射した光のうち前記光学軸の
    方向の直線偏光成分を反射し、直交する方向の偏光成分
    の光を透過する機能を有することを特徴とする請求項９
    ないし１１のいずれかに記載の偏光照明装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１乃至１２のいずれかに記載の
    偏光照明装置と、該偏光照明装置により一方向の偏光方
    向にそろえられた偏光光が照射される画像表示素子と、
    該画像表示素子による映像を拡大投影する投影レンズ
    と、を備えてなることを特徴とする投射型画像表示装
    置。
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