JPH1164795A - Illumination device and projection type display device using it - Google Patents

Illumination device and projection type display device using it

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JPH1164795A
JPH1164795A JP9228069A JP22806997A JPH1164795A JP H1164795 A JPH1164795 A JP H1164795A JP 9228069 A JP9228069 A JP 9228069A JP 22806997 A JP22806997 A JP 22806997A JP H1164795 A JPH1164795 A JP H1164795A
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JP
Japan
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light
light source
reflecting mirror
polarized light
reflecting
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Application number
JP9228069A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaya Adachi
昌哉 足立
Ikuo Hiyama
郁夫 檜山
Osamu Ito
理 伊東
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00Reflectors for light sources
    • F21V7/0025Combination of two or more reflectors for a single light source
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00Reflectors for light sources
    • F21V7/0008Reflectors for light sources providing for indirect lighting
    • F21V7/0016Reflectors for light sources providing for indirect lighting on lighting devices that also provide for direct lighting, e.g. by means of independent light sources, by splitting of the light beam, by switching between both lighting modes

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an illumination device constituted so that the utilizing efficiency of light and the polarization conversion efficiency thereof are enhanced and a projection type display device constituted so that a high-luminance projected video can be obtained. SOLUTION: A light source device is provided with a light source 101, a rotary elliptical mirror 102 obtained by arranging the light source 101 at an almost focusing position being the far-thest from a surface to be irradiated and a spherical mirror 103 having an aperture at a center obtained by arranging the light source 101 at an almost central position. Then, a plane-concave lens 104, a cholesteric liquid crystal layer 105 and a 1/4 wavelength optical phase plate 106 are arranged in turn between the light source device and an object to be irradiated so as to enhance condensing efficiency and the polarization conversion efficiency.

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、照明装置及びこの
照明装置を用いた投射型表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lighting device and a projection display device using the lighting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】投射型表示装置の1つに2次元光学スイ
ッチとして液晶表示素子を用いた液晶プロジェクタがあ
る。液晶プロジェクタは、CRTを用いた表示装置に比
べて小型軽量であり、かつ地磁気の影響に対する調整が
不要であるために、手軽に大画面映像が得られるとうい
う利点がある。
2. Description of the Related Art A liquid crystal projector using a liquid crystal display element as a two-dimensional optical switch is one of projection type display devices. The liquid crystal projector is smaller and lighter than a display device using a CRT, and does not require adjustment for the influence of terrestrial magnetism. Therefore, there is an advantage that a large-screen image can be easily obtained.

【0003】液晶プロジェクタにおける液晶表示素子と
しては、例えば画素を形成する透明電極を施した2枚の
ガラス基板の間に誘電異方性が正のネマチック液晶を封
入し、液晶分子長軸を2枚のガラス基板間で連続的に9
0°ねじった、いわゆるTN(Twisted Nematic)液晶表
示素子を用いることができる。また、このような透過型
の液晶表示素子の他に例えば半導体チップ上にミラーを
形成し、液晶を組み込んだ反射型の液晶表示素子を用い
ることができる。反射型の液晶表示装置を用いた投射型
表示装置の例としては、特開昭64−7021号公報に
記載のECB(Electrically Controlled birefringe
nce)効果を利用し偏光状態を制御して画像を形成する
表示装置が提案されている。
As a liquid crystal display element in a liquid crystal projector, for example, a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is sealed between two glass substrates provided with transparent electrodes for forming pixels, and two long axes of liquid crystal molecules are formed. 9 consecutively between glass substrates
A so-called TN (Twisted Nematic) liquid crystal display element twisted by 0 ° can be used. Further, in addition to such a transmissive liquid crystal display element, for example, a reflective liquid crystal display element in which a mirror is formed on a semiconductor chip and liquid crystal is incorporated can be used. An example of a projection type display device using a reflection type liquid crystal display device is an ECB (Electrically Controlled Birefringe) described in JP-A-64-7021.
A display device that forms an image by controlling the polarization state using the effect has been proposed.

【0004】ところで、このような液晶表示素子を用い
た液晶プロジェクタでは、特定の直線偏光成分のみを投
射利用することになるが、一般に光源として用いられて
いるメタルハライドランプやキセノンランプ等の光源か
ら出力される光は不定偏光であるために半分以上の光束
は投射に利用することができず、光の利用効率が低いと
いう問題がある。
By the way, in a liquid crystal projector using such a liquid crystal display element, only a specific linearly polarized light component is projected and used. However, an output from a light source such as a metal halide lamp or a xenon lamp generally used as a light source is used. Since the emitted light is indefinitely polarized light, more than half of the light beam cannot be used for projection, and there is a problem that the light use efficiency is low.

【0005】この問題を解決する方法として、例えば特
開平3−45906号公報に記載の偏光子を利用するこ
とができる。この従来装置について、図20を用いて説
明する。
As a method for solving this problem, for example, a polarizer described in JP-A-3-45906 can be used. This conventional device will be described with reference to FIG.

【0006】この従来装置は、球面凹鏡2001のほぼ
中央に光源101を配置し、球面凹鏡2001の反対側
には平凸レンズ2002とコレステリック液晶層105
と位相板(1/4波長光学位相板)106を配置してい
る。光源101から出射する不定偏光は、直接または球
面凹鏡2001で反射させた後に、平凸レンズ2002
で略平行光に変換してコレステリック液晶層105に入
射する。コレステリック液晶層105は、ヘリカルな分
子配列に基ずく特異な光学特性を示すもので、ヘリカル
軸に平行に入射した光のうちコレステリック螺旋の回転
方向に対応した特定の回転方向の円偏光を反射し、これ
とは反対方向の円偏光は透過させるという特性を有す
る。
In this conventional device, a light source 101 is arranged at substantially the center of a spherical concave mirror 2001, and a plano-convex lens 2002 and a cholesteric liquid crystal layer 105 are provided on the opposite side of the spherical concave mirror 2001.
And a phase plate (1 / wavelength optical phase plate) 106. Irregular polarized light emitted from the light source 101 is reflected directly or by a spherical concave mirror 2001, and then is converted into a plano-convex lens 2002.
The light is converted into substantially parallel light and enters the cholesteric liquid crystal layer 105. The cholesteric liquid crystal layer 105 exhibits unique optical characteristics based on a helical molecular arrangement, and reflects circularly polarized light of a specific rotation direction corresponding to the rotation direction of the cholesteric helix among light incident parallel to the helical axis. It has the property of transmitting circularly polarized light in the opposite direction.

【0007】従って、図示したように、コレステリック
液晶層105で反射した光は例えば左回転の円偏光20
3となり、透過した光202は右回転の円偏光となる。
透過した右回転の円偏光202は、位相板106の作用
により直線偏光となる。
Therefore, as shown in the figure, the light reflected by the cholesteric liquid crystal layer 105 is, for example, left-handed circularly polarized light 20.
The transmitted light 202 becomes right-handed circularly polarized light.
The transmitted right-handed circularly polarized light 202 becomes linearly polarized light by the action of the phase plate 106.

【0008】一方、反射した左回転の円偏光203は、
平凸レンズ2002と光源101を介して球面凹鏡20
01に到達し、反射される際に円偏光の回転方向が変
る。つまり、右回転の円偏光203Rは左回転の円偏光
に変換され、再びコレステリック液晶層105に入射す
る際にはこれを透過し、位相板106の作用により直線
偏光となる。このように光源101から出力された不定
偏光を所望の直線偏光に変換できるので、これを照明装
置として利用することで液晶プロジェクタの光利用効率
の向上を図るものである。
On the other hand, the reflected left-handed circularly polarized light 203 is
Through the plano-convex lens 2002 and the light source 101, the spherical concave mirror 20
When the light reaches 01 and is reflected, the rotation direction of the circularly polarized light changes. In other words, the right-handed circularly polarized light 203R is converted to left-handed circularly polarized light, and when it enters the cholesteric liquid crystal layer 105 again, it is transmitted and becomes linearly polarized light by the action of the phase plate 106. As described above, since the indeterminate polarized light output from the light source 101 can be converted into a desired linearly polarized light, by using this as an illumination device, the light use efficiency of the liquid crystal projector is improved.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】コレステリック液晶層
や誘電体多層膜といった偏光分離素子(ここでは入射し
た不定偏光のうち一定の偏光状態の成分は反射し、他方
は透過する光学素子をいう)を用いて効率良く偏光分離
するためには、一般に入射光束の平行度が高いことが必
要である。従来装置は、集光ミラーとして球面鏡を用
い、平凸レンズと組み合わせて平行光束を得ている。し
かし、一般に平行光束を得ようとするとき、集光ミラー
として球面鏡を用いた場合は、回転放物面鏡あるいは回
転楕円面鏡を用いた場合よりも集光効率(光利用効率)
が低くなる。また、球面鏡の場合にはミラー面をコール
ドミラーとすることで液晶表示素子に向かう赤外線を効
果的に除去するという処理を効率よく行うことが困難な
構成でもある。
A polarization splitting element such as a cholesteric liquid crystal layer or a dielectric multi-layer film (here, an optical element that reflects a component of a constant polarization state among incident indeterminate polarized light and transmits the other component). In order to efficiently use and separate polarized light, it is generally necessary that incident light beams have high parallelism. The conventional device uses a spherical mirror as a condenser mirror and obtains a parallel light beam in combination with a plano-convex lens. However, in general, when trying to obtain a parallel light beam, the use of a spherical mirror as the condensing mirror is more efficient than the use of a parabolic or spheroidal mirror.
Becomes lower. Further, in the case of a spherical mirror, it is difficult to efficiently perform a process of effectively removing infrared rays toward the liquid crystal display element by using a cold mirror as a mirror surface.

【0010】一方、集光ミラーとして回転放物面鏡ある
いは回転楕円面鏡を用いて従来装置と同様の構成をとっ
た場合には、球面鏡を用いた場合よりも集光効率は上が
るが、偏光変換の効率が低くなるという問題を生じる。
この問題について図21を用いて説明する。
On the other hand, when the same configuration as that of the conventional apparatus is adopted using a paraboloid of revolution or a spheroidal mirror as a condensing mirror, the condensing efficiency is higher than when a spherical mirror is used. There is a problem that the conversion efficiency is reduced.
This problem will be described with reference to FIG.

【0011】この装置は、集光ミラーとして球面鏡の代
わりに回転楕円面鏡2101を用い、この回転楕円面鏡
2101の第1の焦点(照射対称から遠い側の焦点)に
光源101を配置し、更に照射対象に向かって平凸レン
ズ2102とコレステリック液晶層105と位相板(1
/4波長光学位相板)106とを配置したものである。
光源101から出射する不定偏光は、回転楕円面鏡21
01で反射した後、平凸レンズ2102で略平行光に変
換されてコレステリック液晶層105に入射する。コレ
ステリック液晶層105で反射した光は、例えば左回転
の円偏光203Rとなり、平凸レンズ2102を介して
ミラー2101へ向かい、図示するようにミラー210
1で2回反射した後にコレステリック液晶層105に向
かう。ここで、周知の通り、偏光の回転方向は反射の際
に光の進行方向に対して逆方向になる。つまり、反射の
回数が奇数の場合は偏光の回転方向は反射の前の状態と
反対方向となるが、反射の回数が偶数の場合には偏光の
回転方向は反射の前と同方向となる。このため、回転楕
円面鏡2101で2回反射してコレステリック液晶層1
05に再入射した光は、左回転の円偏光のままであるの
で、コレステリック液晶層105で再び反射されること
となり、照明光として利用することができないために偏
光変換の効率は極めて低くなる。これは集光ミラーとし
て回転放物面鏡を用いた場合も同様である。
In this apparatus, a spheroidal mirror 2101 is used as a condenser mirror instead of a spherical mirror, and a light source 101 is arranged at a first focal point (a focal point farther from irradiation symmetry) of the spheroidal mirror 2101. Further, a plano-convex lens 2102, a cholesteric liquid crystal layer 105, and a phase plate (1
/ 4 wavelength optical phase plate) 106.
Irregular polarized light emitted from the light source 101 is
After being reflected at 01, the light is converted into substantially parallel light by the plano-convex lens 2102 and enters the cholesteric liquid crystal layer 105. The light reflected by the cholesteric liquid crystal layer 105 becomes, for example, left-handed circularly polarized light 203 </ b> R, goes to the mirror 2101 via the plano-convex lens 2102, and
After being reflected twice at 1, the light goes to the cholesteric liquid crystal layer 105. Here, as is well known, the direction of rotation of polarized light is opposite to the direction of travel of light during reflection. That is, when the number of reflections is an odd number, the rotation direction of the polarized light is in the opposite direction to the state before the reflection, but when the number of reflections is an even number, the rotation direction of the polarized light is the same as that before the reflection. For this reason, the cholesteric liquid crystal layer 1
The light re-entered at 05 is left-handed circularly polarized light, is reflected again by the cholesteric liquid crystal layer 105, and cannot be used as illumination light, so that the efficiency of polarization conversion is extremely low. The same applies to the case where a rotating parabolic mirror is used as the condensing mirror.

【0012】また、投射用光源装置における光の利用効
率を高めるために、特開平6−118378号公報や特
開平6−118379号公報には、光源からの光を該光
源の後側に配置した主反射鏡で反射させて液晶ライトバ
ルブに照射し、この主反射鏡の開口端の外周側にリング
状の補助反射鏡を配置し、この補助反射鏡で拾った光を
主反射鏡に戻して反射させて液晶ライトバルブに照射す
ることにより、光源からでた光を効率良く液晶ライトバ
ルブに照射するようにした光源装置が記載されている。
しかしながら、この光源装置は、不定偏光を直線偏光に
変換して光の利用効率を向上させようとするものではな
い。そして、液晶ライトバルブで反射する光があったと
しても、これが主反射鏡と補助反射鏡で反射されて再び
この液晶ライトバルブに戻ってくるような光路は形成さ
れない。従って、この光源装置によって不定偏光の利用
効率を高めることはできない。
In order to increase the efficiency of light utilization in a projection light source device, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-118378 and 6-118379 disclose light from a light source behind the light source. The light is reflected by the main reflector and illuminates the liquid crystal light valve.A ring-shaped auxiliary reflector is arranged on the outer peripheral side of the opening end of the main reflector, and the light picked up by the auxiliary reflector is returned to the main reflector. There is described a light source device in which light emitted from a light source is efficiently radiated to a liquid crystal light valve by irradiating the liquid crystal light valve with reflection.
However, this light source device does not attempt to convert the irregularly polarized light into linearly polarized light to improve the light use efficiency. Even if there is light reflected by the liquid crystal light valve, no light path is formed such that the light is reflected by the main reflecting mirror and the auxiliary reflecting mirror and returns to the liquid crystal light valve again. Therefore, the use efficiency of the irregularly polarized light cannot be increased by this light source device.

【0013】本発明の目的は、光の利用効率及び光の偏
光変換効率が高い小形の照明装置及びこれを用いること
で高輝度の映像を投射することができる投射型表示装置
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a small-sized illumination device having high light use efficiency and high light polarization conversion efficiency and a projection display device capable of projecting a high-luminance image by using the same. is there.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、光を放射する
光源と該光源の背後に設けた第1の反射鏡及び該第1の
反射鏡に反射面を対向させて配置した中央部に開口を有
する第2の反射鏡を備えた光源装置と、この光源装置か
らの光を互いに偏光状態が異なる第1及び第2の偏光に
分離し、所望の偏光である第1の偏光は透過させ、第2
の偏光は反射して前記光源装置に戻すようにした偏光分
離手段を備えた照明装置であって、前記光源装置は、前
記偏光分離手段から戻された第2の偏光を前記第1の反
射鏡によって前記第2の反射鏡に向けて反射し、前記第
2の反射鏡は前記第1の反射鏡によって反射された第2
の偏光を再び第1の反射鏡に向けて反射し、この第1の
反射鏡は第2の反射鏡で反射された第2の偏光を前記偏
光分離手段に向けて反射するようにし、光の利用効率及
び光の偏光変換効率が高く小形の照明装置を実現するも
のである。
According to the present invention, there is provided a light source for emitting light, a first reflecting mirror provided behind the light source, and a central portion in which a reflecting surface is arranged to face the first reflecting mirror. A light source device including a second reflecting mirror having an aperture, and light from the light source device separated into first and second polarized lights having different polarization states, and the first polarized light, which is a desired polarized light, is transmitted. , Second
An illumination device provided with polarization separating means for reflecting the polarized light of the second direction and returning the reflected light to the light source device, wherein the light source device reflects the second polarized light returned from the polarization separating means to the first reflecting mirror Reflected by the second reflecting mirror by the second reflecting mirror, and the second reflecting mirror reflects the second reflected by the first reflecting mirror.
Is reflected toward the first reflecting mirror again, and the first reflecting mirror reflects the second polarized light reflected by the second reflecting mirror toward the polarization splitting means, and An object of the present invention is to realize a small-sized lighting device having high utilization efficiency and high light polarization conversion efficiency.

【0015】具体的には、前記光源装置における前記第
1の反射鏡は、前記光源を被照射面に遠い側の略焦点位
置に配置した回転楕円面鏡であり、前記第2の反射鏡
は、前記光源を略中心位置に配置した球面鏡とし、前記
光源装置と前記偏光分離手段との間には前記光源装置か
ら出力される集光方向の光束を平行光束に変換する光路
変換手段を設ける。この光路変換手段は、平凹レンズが
好適である。
[0015] More specifically, the first reflecting mirror in the light source device is a spheroidal mirror in which the light source is arranged at a substantially focal point on a side far from the surface to be irradiated, and the second reflecting mirror is The light source is a spherical mirror arranged at a substantially central position, and an optical path converting means for converting a light beam in the converging direction outputted from the light source device into a parallel light beam is provided between the light source device and the polarized light separating means. This optical path changing means is preferably a plano-concave lens.

【0016】または、前記光源装置における前記第1の
反射鏡は、前記光源を略焦点位置に配置した回転放物面
鏡とし、前記第2の反射鏡は、前記光源を略中心位置に
配置した球面鏡とする。
Alternatively, the first reflecting mirror in the light source device is a rotating parabolic mirror in which the light source is disposed at a substantially focal position, and the second reflecting mirror has the light source disposed in a substantially central position. Spherical mirror.

【0017】そして、前記第1の反射鏡の反射面を該第
1の反射鏡の焦点位置を含む光軸に垂直な面まで配置
し、前記第2の反射鏡の反射面を前記焦点位置を含む光
軸に垂直な面から配置する。
The reflecting surface of the first reflecting mirror is arranged up to a plane perpendicular to the optical axis including the focal position of the first reflecting mirror, and the reflecting surface of the second reflecting mirror is positioned at the focal position. It is arranged from a plane perpendicular to the optical axis that includes it.

【0018】または、前記光源装置における前記第1の
反射鏡は、前記光源を略焦点位置に配置した回転放物面
鏡とし、前記第2の反射鏡は、光軸に垂直な面内に反射
面を備えた反射鏡とする。そして、前記第2の反射鏡
は、その光軸を中心とし、直径が前記第1の反射鏡の焦
点距離の4倍の円形もしくはこの円形に外接するような
矩形の開口部を備えたものとする。
Alternatively, the first reflecting mirror in the light source device is a rotating parabolic mirror in which the light source is disposed at a substantially focal position, and the second reflecting mirror reflects light in a plane perpendicular to the optical axis. A reflecting mirror having a surface. The second reflector has a circular opening centered on the optical axis and having a diameter four times the focal length of the first reflector or a rectangular opening circumscribing the circle. I do.

【0019】また、前記偏光分離手段は、前記光源装置
側に配置した1/4波長光学位相板と、照射対象側に配
置した直線偏光反射手段を備えたものとし、または、前
記光源装置側に配置したコレステリック液晶層と、照射
対象側に配置した1/4波長光学位相板を備えたものと
する。
The polarized light separating means may comprise a quarter-wavelength optical phase plate disposed on the light source device side and a linearly polarized light reflecting means disposed on the irradiation object side, or provided on the light source device side. A cholesteric liquid crystal layer is provided, and a quarter-wave optical phase plate is provided on the side to be irradiated.

【0020】このような照明装置では、光源装置から出
射し、偏光分離手段に入射した無偏光は互いに偏光状態
が異なる第1の偏光と第2の偏光に分離され、一方は所
望の直線偏光として出射し、他方は円偏光となって光源
装置に戻る。光源に戻った円偏光は第1の反射鏡及び第
2の反射鏡に於いて、奇数回反射した後に再び偏光分離
手段に入射するので、初めに偏光分離手段で反射したと
きとは逆回転の円偏光となり、今度は偏光分離手段を透
過して所望の直線偏光として出射する。すなわち、光源
から出射する不定偏光を効率良く所望の直線偏光に変換
して照明光として出力することができる。また、光源を
第1の反射鏡と第2の反射鏡により大きく覆っているた
め、光源から出射した光束の大部分を照明光束として利
用できる。
In such an illuminating device, non-polarized light emitted from the light source device and incident on the polarization splitting means is separated into first and second polarized lights having different polarization states from each other, and one is converted into a desired linearly polarized light. The light is emitted, and the other becomes circularly polarized light and returns to the light source device. The circularly polarized light returned to the light source is reflected by the first reflecting mirror and the second reflecting mirror an odd number of times and then re-enters the polarization splitting means. The light becomes circularly polarized light and then passes through the polarization splitting means and is emitted as desired linearly polarized light. That is, it is possible to efficiently convert the indeterminate polarized light emitted from the light source into a desired linearly polarized light and output it as illumination light. Further, since the light source is largely covered by the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, most of the light beam emitted from the light source can be used as the illumination light beam.

【0021】また、本発明は、光を放射する光源及び該
光源の背後に設けられた反射鏡を備えた光源装置と、こ
の光源装置からの光を互いに偏光状態が異なる第1及び
第2の偏光に分離し、その一方は透過させ、他方は反射
して前記光源装置に戻す偏光分離手段を備えた照明装置
であって、前記光源装置は、前記偏光分離手段により戻
された光を前記反射鏡に於いて2回反射せた後に再び前
記偏光分離手段に入射せしめるよう構成し、前記偏光分
離手段は、光軸に略垂直な面内の前記光源装置側に配置
した1/4波長光学位相板と、照射対象側に配置した直
線偏光反射手段を備え、前記1/4波長光学位相板は光
軸を含む直線で複数の領域に分離され、光軸に対して点
対称の位置関係にある領域の1/4波長光学位相板の遅
相軸が互いに90°を成すようにしたものである。
The present invention also provides a light source device having a light source that emits light and a reflecting mirror provided behind the light source, and first and second light sources having different polarization states from the light source device. An illuminating device having polarized light separating means for separating polarized light, one of which is transmitted and the other of which is reflected and returned to the light source device, wherein the light source device reflects the light returned by the polarized light separating unit. After being reflected twice by a mirror, the light is again incident on the polarized light separating means, and the polarized light separating means is a quarter-wavelength optical phase arranged on the light source device side in a plane substantially perpendicular to the optical axis. A quarter-wavelength optical phase plate is divided into a plurality of regions by a straight line including the optical axis, and has a point-symmetric positional relationship with respect to the optical axis. The slow axes of the quarter-wavelength optical phase plates in the region are at 90 ° to each other It is obtained by way form.

【0022】また、本発明は、光を放射する光源及びこ
の光源の背後に設けられた反射鏡を備えた光源装置と、
この光源装置からの光を互いに偏光状態が異なる第1及
び第2の偏光に分離し、一方は透過させ、他方は反射し
て前記光源手段に戻す偏光分離手段を備えた照明装置で
あって、前記光源装置は、前記偏光分離手段により戻さ
れた光を前記反射鏡において2回反射させた後に再び前
記偏光分離手段に入射せしめるように構成し、前記偏光
分離手段は、光軸に略垂直な面内の前記光源装置側に配
置したコレステリック液晶層と、照射対象側に配置した
1/4波長光学位相板を備え、光軸を含む直線で複数の
領域に分離され、光軸に対して点対称の位置関係にある
領域のコレステリック液晶層の螺旋方向が互いに逆であ
り且つ1/4波長光学位相板の遅相軸が互いに90°を
成すようにしたものである。
The present invention also provides a light source device having a light source that emits light and a reflecting mirror provided behind the light source,
An illumination device including a polarization separation unit that separates light from the light source device into first and second polarized lights having different polarization states from each other, one of which is transmitted, and the other is reflected and returned to the light source unit, The light source device is configured to reflect the light returned by the polarization splitting means twice on the reflecting mirror, and then re-enter the polarized light separating means, and the polarization splitting means is substantially perpendicular to the optical axis. A cholesteric liquid crystal layer disposed on the side of the light source device in the plane, and a quarter-wavelength optical phase plate disposed on the side of the irradiation target, separated into a plurality of regions by a straight line including the optical axis, and having a point with respect to the optical axis. The helical directions of the cholesteric liquid crystal layers in the regions having a symmetrical positional relationship are opposite to each other, and the slow axes of the quarter-wave optical phase plates are at 90 ° to each other.

【0023】そして、前記光源装置における前記反射鏡
は、前記光源を照射対象に遠い側の略焦点位置に配置し
た回転楕円面鏡とし、前記光源装置と前記偏光分離手段
との間に前記光源装置から出力される光束を平行光束に
変換する光路変換手段を備える。
The reflecting mirror in the light source device is a spheroidal mirror in which the light source is arranged at a substantially focal point on a side far from an irradiation object, and the light source device is provided between the light source device and the polarization splitting means. Optical path converting means for converting the light beam output from the optical beam into a parallel light beam.

【0024】または、前記光源装置における前記反射鏡
は、前記光源を略焦点位置に配置した回転放物面鏡とす
る。
Alternatively, the reflecting mirror in the light source device is a rotating parabolic mirror in which the light source is disposed at a substantially focal position.

【0025】このような照明装置は、光源装置から出射
し、偏光分離手段に入射した無偏光は互いに偏光状態が
異なる第1の偏光と第2の偏光に分離され、一方は所望
の直線偏光として出射し、他方は円偏光となって光源装
置に戻る。この戻った円偏光は反射鏡で反射した後に偏
光分離手段に再入射するが、反射鏡での反射の回数が偶
数回なので円偏光の回転方向に変化はない。しかし、こ
の円偏光は、初めに偏光分離手段で反射した領域とは異
なる領域、つまりこの円偏光を透過する領域に入射する
ために、今度は偏光分離手段を透過して所望の直線偏光
として出射する。すなわち、光源から出射する不定偏光
を効率良く所望の直線偏光に変換して照明光として出力
することができる。また、光源装置へ戻った光のうち光
軸近傍の光は反射鏡での反射により光軸から離れた位置
から再出射し、光軸から離れた位置に再帰する光は光軸
近傍から再出射するために、光軸近傍と周辺部の光が平
均化されて光強度の分布がより均一な光を出力できる。
In such an illuminating device, the unpolarized light emitted from the light source device and incident on the polarization separating means is separated into a first polarized light and a second polarized light having different polarization states from each other, and one is converted into a desired linearly polarized light. The light is emitted, and the other becomes circularly polarized light and returns to the light source device. The returned circularly polarized light is reflected by the reflecting mirror and then re-enters the polarized light separating means. However, since the number of times of reflection by the reflecting mirror is an even number, there is no change in the rotating direction of the circularly polarized light. However, since this circularly polarized light is incident on a region different from the region first reflected by the polarization separating means, that is, a region through which the circularly polarized light is transmitted, the circularly polarized light is transmitted through the polarization separating means and emitted as desired linearly polarized light. I do. That is, it is possible to efficiently convert the indeterminate polarized light emitted from the light source into a desired linearly polarized light and output it as illumination light. Also, of the light returned to the light source device, light near the optical axis is re-emitted from a position away from the optical axis due to reflection by a reflecting mirror, and light returning to a position away from the optical axis is re-emitted from near the optical axis. Therefore, the light in the vicinity of the optical axis and the light in the peripheral portion are averaged, and light having a more uniform light intensity distribution can be output.

【0026】そして、このような照明装置と、この照明
装置からの偏光を画像情報に応じて変調して画像を形成
する画像形成手段と、この画像形成手段により形成され
た画像光を拡大投射する投射手段を備えた投射型表示装
置を構成するものである。
[0026] Such an illuminating device, image forming means for modulating polarized light from the illuminating device according to image information to form an image, and enlarging and projecting image light formed by the image forming means. This constitutes a projection display device provided with projection means.

【0027】このような投射型表示装置は、光源からの
出射光のほとんどを有効な照明光として利用することが
できるので、光利用効率が向上し、より明るい投写映像
を得ることができる。更に、偏光子における光の吸収が
著しく低減するために、偏光子の温度上昇やこれにとも
なう偏光子の劣化が少ないので、長期に渡って高画質の
映像が得られる。
In such a projection display device, most of the light emitted from the light source can be used as effective illumination light, so that the light use efficiency is improved and a brighter projected image can be obtained. Further, since the absorption of light by the polarizer is remarkably reduced, the temperature rise of the polarizer and the deterioration of the polarizer due to the temperature increase are small, so that a high-quality image can be obtained for a long period of time.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0029】図1は、本発明になる照明装置の一実施形
態を示す断面図である。この照明装置は、光源101
と、反射面が回転楕円面で構成される第1の反射鏡10
2と、中央部に開口部を有する反射面が球面で構成され
る第2の反射鏡103と、光路変換手段104と、偏光
分離手段としてのコレステリック液晶層105及び位相
板106とを備える。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the lighting device according to the present invention. This lighting device includes a light source 101.
And the first reflecting mirror 10 whose reflecting surface is constituted by a spheroidal surface
2, a second reflecting mirror 103 having a spherical reflecting surface having an opening in the center, an optical path changing means 104, and a cholesteric liquid crystal layer 105 and a phase plate 106 as polarization separating means.

【0030】光源101としては、例えばメタルハライ
ドランプやキセノンランプといった発光部が点に近い放
電ランプを用い、この発光部は、第1の反射鏡102の
第1焦点(照射対象から遠い側の焦点)108に配置す
る。このとき、発光部の長軸を第1の反射鏡102の光
軸(主軸;ここでは反射鏡の回転中心軸と一致)109
に対して垂直に配置しても良いが、通常の光源の発光分
布を考慮すると、光利用効率を高めるためには平行に配
置することが望ましい。
As the light source 101, for example, a discharge lamp such as a metal halide lamp or a xenon lamp whose light-emitting portion is close to a point is used, and this light-emitting portion is the first focal point of the first reflecting mirror 102 (the focal point farther from the irradiation target). 108. At this time, the major axis of the light emitting unit is set to the optical axis of the first reflecting mirror 102 (main axis; here, coincides with the rotation center axis of the reflecting mirror) 109
May be arranged perpendicular to the light source. However, in consideration of the light emission distribution of a normal light source, it is desirable to arrange the light source in parallel to increase the light use efficiency.

【0031】第1の反射鏡102は、ガラス上に反射面
を形成したものであり、反射面としては透明で屈折率が
異なる材料を多層重ねることにより高反射率を得る多層
膜反射面を用いても良いし、アルミニウムや銀といった
金属材料を蒸着した金属反射面を用いてもよい。ただ
し、金属反射面の場合は、銀は亜硫酸ガス等により劣化
し易いので、通常はアルミニウムを用い、アルミニウム
の場合であっても酸化防止のために薄いSi0膜等を設
けた方が良い。また、光源101としてメタルハライド
ランプを用いた場合は、赤外線の割合が少ないので金属
反射面でも良いが、キセノンランプ等のように赤外線が
多い光源を用いる場合には液晶表示素子等を熱的に保護
するためにも、反射面を多層膜反射面とし、赤外線や紫
外線はほとんど透過するようにしたコールドミラーを用
いることが望ましい。多層膜を構成する材料としては各
種の候補があるが、高屈折側としてはZnS、低屈折側
としてはMgF2を主に使用し、耐熱性を改善するため
にSiO2を最終面に採用すると良い。また、高い耐熱
性が要求される場合は、高屈折側としてTiO2、低屈
折側としてSiO2等を使用すると良い。
The first reflecting mirror 102 has a reflecting surface formed on glass. As the reflecting surface, a multi-layer reflecting surface which obtains a high reflectance by stacking a plurality of transparent materials having different refractive indexes is used. Alternatively, a metal reflecting surface on which a metal material such as aluminum or silver is deposited may be used. However, in the case of a metal reflecting surface, silver is easily deteriorated by sulfurous acid gas or the like. Therefore, it is usually better to use aluminum, and even in the case of aluminum, it is better to provide a thin SiO film or the like to prevent oxidation. When a metal halide lamp is used as the light source 101, a metal reflecting surface may be used because the proportion of infrared rays is small. However, when a light source with a large amount of infrared rays such as a xenon lamp is used, the liquid crystal display element is thermally protected. For this purpose, it is desirable to use a cold mirror in which the reflecting surface is a multilayer reflecting surface and almost transmits infrared rays and ultraviolet rays. As the material constituting the multilayer film has a variety of candidate, as the high-refractive-side ZnS, as the low-refractive-side using MgF 2 mainly when employing the SiO 2 in the final surface to improve heat resistance good. When high heat resistance is required, it is preferable to use TiO 2 as the high refraction side and SiO 2 or the like as the low refraction side.

【0032】第1の反射鏡102の反射面の形状は回転
楕円面であり、その開口端面は後述の理由から、図示の
ように、主軸109に垂直で且つ第1焦点108を含む
面110と一致するように構成する。
The shape of the reflecting surface of the first reflecting mirror 102 is a spheroidal surface, and its open end face is, as shown in the figure, a plane 110 perpendicular to the main axis 109 and including the first focal point 108, as shown in the figure. Configure to match.

【0033】第2の反射鏡103は、反射面が球面で構
成されており、光源101の近傍に曲率中心が位置する
ように第1の反射鏡102に対向する位置に配置され
る。この第2の反射鏡103は、中央部に開口部103
hを備える。この開口部103hの大きさは、光をより
多く取り込むために、光源101から出射して第1の反
射鏡102で反射した光束を遮らない範囲でできるだけ
小さくすることが望ましい。また、光源101から出射
した光が第2の反射鏡103の開口部以外から漏れるの
を防ぐために、第2の反射鏡103は面110を越えて
第1の反射鏡102の一部を覆うように構成すると良
い。第2の反射鏡103の材質としては、第1の反射鏡
102と同様のものを使用することができる。
The second reflecting mirror 103 has a spherical reflecting surface, and is arranged at a position facing the first reflecting mirror 102 such that the center of curvature is located near the light source 101. The second reflecting mirror 103 has an opening 103 at the center.
h. In order to take in more light, the size of the opening 103h is desirably as small as possible within a range in which the light emitted from the light source 101 and reflected by the first reflecting mirror 102 is not blocked. Further, in order to prevent light emitted from the light source 101 from leaking from a portion other than the opening of the second reflecting mirror 103, the second reflecting mirror 103 extends over the surface 110 and covers a part of the first reflecting mirror 102. It is good to configure. As the material of the second reflecting mirror 103, the same material as that of the first reflecting mirror 102 can be used.

【0034】光路変換手段104は、第2の反射鏡10
3の開口部103hから出射する光束を平行光束に変換
する役目を有する。すなわち、光源101から出射し、
第1の反射鏡102で反射した光束は、第1の反射鏡1
02の第2焦点111の近傍に向かって集光するが、光
路変換手段104はこの集光光束を略平行光束に変換す
るものである。このため、ここでは光路変換手段104
として、光軸109に垂直な面内に、その焦点位置が第
1の反射鏡102の第2焦点111の近傍になるよう配
置した平凹状のレンズを用いた。このような平凹状レン
ズの配置は、光路変換手段104とその背面に設けるコ
レステリック液晶層105及び位相板106を第2の反
射鏡103の開口部103hに近付けて設置することが
できるので、装置の小型化に有利である。
The optical path changing means 104 is provided for the second reflecting mirror 10.
3 has a role of converting a light beam emitted from the opening 103h into a parallel light beam. That is, the light is emitted from the light source 101,
The light beam reflected by the first reflecting mirror 102 is transmitted to the first reflecting mirror 1
The light is condensed toward the vicinity of the second focal point 111 of the light source 02, and the optical path conversion means 104 converts the condensed light beam into a substantially parallel light beam. For this reason, here, the optical path conversion means 104
A plano-concave lens arranged in a plane perpendicular to the optical axis 109 so that its focal position is near the second focal point 111 of the first reflecting mirror 102 was used. Such a plano-concave lens arrangement allows the optical path changing means 104 and the cholesteric liquid crystal layer 105 and the phase plate 106 provided on the back surface thereof to be installed close to the opening 103h of the second reflecting mirror 103, so that the device This is advantageous for miniaturization.

【0035】光路変換手段104の背面には、コレステ
リック液晶層105と位相板106をこの順に配置す
る。
The cholesteric liquid crystal layer 105 and the phase plate 106 are arranged in this order on the back of the optical path changing means 104.

【0036】コレステリック液晶層105は、ヘリカル
な分子配列に基ずく特異な光学特性を示すもので、ヘリ
カル軸に平行に入射した光がコレステリック螺旋の回転
方向に応じて一方の回転方向の偏光は反射し、他方は透
過するとういう特性を有する。従って、コレステリック
液晶層105に入射する光束がヘリカル軸と平行となる
ようにするために、コレステリック液晶層105は、そ
のヘリカル軸が第1の反射鏡102の主軸109と平行
になるように配置する。また、この特性反射が起こる波
長域は分子配列のピッチによって決まるので、可視波長
全域で特性反射が起こるようにするために、または、少
なくとも3原色の中心波長域に於いて特性反射が起こる
ようにするために、ピッチの異なる複数のコレステリッ
ク液晶層を積層して用いることが望ましい。尚、可視波
長域で特性反射を得るためにピッチの異なるコレステリ
ック液晶高分子を数層積層する代りに、Asia Display 9
5Digest p735に記載されているようなピッチを連続的に
変化させたコレステリック液晶層を用いても良い。
The cholesteric liquid crystal layer 105 exhibits unique optical characteristics based on a helical molecular arrangement. Light incident parallel to the helical axis reflects polarized light in one rotation direction according to the rotation direction of the cholesteric helix. The other has the property of transmitting light. Therefore, the cholesteric liquid crystal layer 105 is arranged such that its helical axis is parallel to the main axis 109 of the first reflecting mirror 102 so that the light beam incident on the cholesteric liquid crystal layer 105 is parallel to the helical axis. . Since the wavelength range in which the characteristic reflection occurs is determined by the pitch of the molecular arrangement, the characteristic reflection occurs in the entire visible wavelength range or at least in the central wavelength range of the three primary colors. Therefore, it is desirable that a plurality of cholesteric liquid crystal layers having different pitches be stacked and used. Instead of laminating several layers of cholesteric liquid crystal polymers with different pitches in order to obtain characteristic reflection in the visible wavelength range, use the Asia Display 9
A cholesteric liquid crystal layer in which the pitch is continuously changed as described in 5Digest p735 may be used.

【0037】位相板106は、コレステリック液晶層1
05を透過した円偏光を所望の直線偏光に変換するもの
で、可視波長域で1/4波長光学位相板として機能する
ものである。位相板106としては、延伸した高分子フ
ィルム、具体的には、ポリビニルアルコール,ポリカー
ボネート,ポリサルフォン,ポリスチレン,ポリアリレ
ート等を用いることができる。この他にも、雲母や水晶
または分子軸を一方向に揃えて配向した液晶層等を用い
ることができる。
The phase plate 106 is a cholesteric liquid crystal layer 1
It converts circularly polarized light transmitted through 05 into desired linearly polarized light, and functions as a quarter-wavelength optical phase plate in the visible wavelength range. As the phase plate 106, a stretched polymer film, specifically, polyvinyl alcohol, polycarbonate, polysulfone, polystyrene, polyarylate, or the like can be used. In addition, mica, quartz, or a liquid crystal layer in which molecular axes are aligned in one direction can be used.

【0038】尚、コレステリック液晶層105及び位相
板106に光源101から出射した有害な光線が入射し
ないようにするために、第2の反射鏡103の開口部1
03hに、ガラス上に赤外線及び紫外線を反射する多層
膜を施した、いわゆるIR,UVカットフィルタ107
を配置した。
In order to prevent harmful light rays emitted from the light source 101 from entering the cholesteric liquid crystal layer 105 and the phase plate 106, the opening 1 of the second reflecting mirror 103 is formed.
03h, a so-called IR / UV cut filter 107 in which a multilayer film reflecting infrared light and ultraviolet light is formed on glass.
Was placed.

【0039】次に、この照明装置の動作を図2及び図3
を用いて説明する。図2はコレステリック液晶層105
と位相板106の動作を示した図であり、理解し易く説
明するためにコレステリック液晶層105と位相板10
6は離して描いてある。
Next, the operation of this lighting device will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a cholesteric liquid crystal layer 105.
FIGS. 4A and 4B show the operation of the phase plate 106 and the cholesteric liquid crystal layer 105 and the phase plate 10 for easy understanding.
6 is drawn away.

【0040】光源101から出射した不定偏光201の
一部は直接第1の反射鏡102で反射し、また、他の一
部(201R)は第2の反射鏡103で反射した後に、
光源101を通過して第1の反射鏡102で反射して、
光路変換手段104に入射する。光路変換手段104に
入射した光は、光路変換手段104を通過するときに略
平行光束に変換されてコレステリック液晶層105に入
射する。コレステリック液晶層105に入射した光束
は、特性反射により、右回りと左回りの円偏光に分か
れ、一方の円偏光(ここでは右回りの円偏光成分20
2)は透過し、他方の円偏光(左回りの円偏光成分20
3)は反射される。透過した円偏光202は、位相板1
06で所望の直線偏光に変換され、略平行状態を保った
まま出力される。一方、反射した円偏光203は、再び
光源101へ向かう。
A part of the irregularly polarized light 201 emitted from the light source 101 is directly reflected by the first reflecting mirror 102, and another part (201R) is reflected by the second reflecting mirror 103.
After passing through the light source 101 and reflected by the first reflecting mirror 102,
The light enters the optical path changing means 104. The light that has entered the optical path conversion unit 104 is converted into a substantially parallel light beam when passing through the optical path conversion unit 104 and enters the cholesteric liquid crystal layer 105. The light beam incident on the cholesteric liquid crystal layer 105 is divided into clockwise and counterclockwise circularly polarized light by characteristic reflection, and one of the circularly polarized light (here, the clockwise circularly polarized light component 20).
2) is transmitted and the other circularly polarized light (counterclockwise circularly polarized light component 20)
3) is reflected. The transmitted circularly polarized light 202 is transmitted to the phase plate 1
At 06, the light is converted into a desired linearly polarized light and output while maintaining a substantially parallel state. On the other hand, the reflected circularly polarized light 203 returns to the light source 101 again.

【0041】更に、図3を用いて、この照明装置の動作
を説明する。光源101から放射された不定偏光201
は、(a)に示すように、一部が直接第1の反射鏡10
2で反射し、また、別の一部は第2の反射鏡103で反
射した後に光源101を通過し、第1の反射鏡102で
反射して光路変換手段104に入射する。光路変換手段
104に入射した光は、光路変換手段104を通過する
ときに屈折作用により略平行光束に変換されてコレステ
リック液晶層105に入射する。
Further, the operation of the lighting device will be described with reference to FIG. Irregular polarized light 201 emitted from the light source 101
As shown in (a), a part of the first reflecting mirror 10
2 and another part is reflected by the second reflecting mirror 103, passes through the light source 101, is reflected by the first reflecting mirror 102, and enters the optical path changing means 104. The light that has entered the optical path conversion unit 104 is converted into a substantially parallel light beam by a refraction action when passing through the optical path conversion unit 104, and enters the cholesteric liquid crystal layer 105.

【0042】コレステリック液晶層105に入射した光
束は、(b)に示すように、一方(ここでは左回り)の
円偏光203が反射し、他方(右回り)の円偏光はコレ
ステリック液晶層105を透過して位相板106により
所望の直線偏光に変換され出力される。反射した円偏光
203は、光路変換手段104を介して第1の反射鏡1
02に向かう。
The luminous flux incident on the cholesteric liquid crystal layer 105 is reflected by one (here, counterclockwise) circularly polarized light 203, and the other (rightwise) circularly polarized light is reflected by the cholesteric liquid crystal layer 105, as shown in FIG. The light is transmitted, converted into desired linearly polarized light by the phase plate 106, and output. The reflected circularly polarized light 203 is passed through the optical path changing means 104 to the first reflecting mirror 1.
Head to 02.

【0043】反射されて第1の反射鏡102に向かう光
203は、(c)に示すように、第1の反射鏡102で
反射した後に光源101を通過して第2の反射鏡103
に向かう。
The light 203 reflected and traveling to the first reflecting mirror 102 is reflected by the first reflecting mirror 102, passes through the light source 101 and then passes through the second reflecting mirror 103 as shown in FIG.
Head for.

【0044】第2の反射鏡103に向かった光203
は、(d)に示すように、第2の反射鏡103で反射し
た後に光源101を通過し、更に第1の反射鏡102で
反射して、光路変換手段104を介してコレステリック
液晶層105に再入射する。このコレステリック液晶層
105に再入射する光は、先にこのコレステリック液晶
層105に反射された光203が、その後、第1の反射
鏡102で2回、第2の反射鏡103で1回、合計3回
反射されてこのコレステリック液晶層105に再入射す
るものである。ここで、周知の通り、円偏光の回転方向
は、反射により逆回転になる。従って、円偏光203の
回転方向は、3回の反射により、始めにコレステリック
液晶層105で反射したときとは逆方向の右回りとなっ
ている。このため、今度は、コレステリック液晶層10
5を透過することができ、位相板106の作用によって
所望の直線偏光に変換されて出力される。従って、光源
101から出射する不定偏光のほとんどを所望の直線偏
光に効率よく変換して出力することができる。
Light 203 directed to the second reflecting mirror 103
As shown in (d), the light passes through the light source 101 after being reflected by the second reflecting mirror 103, is further reflected by the first reflecting mirror 102, and is reflected by the cholesteric liquid crystal layer 105 via the optical path changing means 104. Re-enter. The light that re-enters the cholesteric liquid crystal layer 105 is the light 203 that has been reflected on the cholesteric liquid crystal layer 105 first, and then the light 203 is reflected twice by the first reflecting mirror 102 and once by the second reflecting mirror 103. The light is reflected three times and re-enters the cholesteric liquid crystal layer 105. Here, as is well known, the rotation direction of the circularly polarized light is reversed by reflection. Accordingly, the direction of rotation of the circularly polarized light 203 is clockwise in the opposite direction to that of the light initially reflected by the cholesteric liquid crystal layer 105 due to the three reflections. For this reason, the cholesteric liquid crystal layer 10
5, and is converted into desired linearly polarized light by the action of the phase plate 106 and output. Therefore, most of the indeterminate polarized light emitted from the light source 101 can be efficiently converted to desired linearly polarized light and output.

【0045】尚、第1の反射鏡102の開口端面は、図
1に示すように、主軸109に垂直で且つ第1焦点10
8を含む面110と一致するようにすることが望まし
い。つまり、第1の反射鏡102の反射面上の点と第1
焦点108を結ぶ直線上に第1の反射鏡102の反射面
が存在しないようにすることが望ましい。これは、第1
の反射鏡102の開口端面が面110を越えている場合
には、コレステリック液晶層105で反射して戻った光
のうち、第1の反射鏡102の面110を越える部分に
戻った光は、この第1の反射鏡102で2回反射した後
に、コレステリック液晶層105に再入射してしまうか
らである。つまり、反射鏡での反射の回数は偶数回(2
回)となってコレステリック液晶層105に再入射する
光の円偏光の回転方向は、このコレステリック液晶層1
05の特性反射の回転方向と同方向のままであるので、
コレステリック液晶層105で再び反射されてしまい、
照明光として利用できないために偏光変換の効率が低く
なってしまうからである。
As shown in FIG. 1, the opening end face of the first reflecting mirror 102 is perpendicular to the main axis 109 and at the first focal point 10.
It is desirable to match with the surface 110 including 8. That is, the point on the reflecting surface of the first reflecting mirror 102 and the first
It is desirable that the reflecting surface of the first reflecting mirror 102 does not exist on a straight line connecting the focal point 108. This is the first
When the opening end face of the reflecting mirror 102 is beyond the surface 110, of the light reflected by the cholesteric liquid crystal layer 105 and returned, the light returned to the portion exceeding the surface 110 of the first reflecting mirror 102 is This is because, after being reflected twice by the first reflecting mirror 102, the light enters the cholesteric liquid crystal layer 105 again. That is, the number of reflections by the reflecting mirror is an even number (2
), The direction of rotation of the circularly polarized light of the light that re-enters the cholesteric liquid crystal layer 105 depends on the cholesteric liquid crystal layer 1.
05 remains the same as the characteristic reflection rotation direction.
It is reflected again by the cholesteric liquid crystal layer 105,
This is because the efficiency of polarization conversion is reduced because the light cannot be used as illumination light.

【0046】言い換えれば、第1の反射鏡102の反射
面上の点と第1焦点を結ぶ直線上に第1の反射鏡の反射
面が存在せず、第2の反射鏡103の反射面が存在する
ように配置すれば、前述したように、コレステリック液
晶層105で反射した光は第1の反射鏡102で2回、
第2の反射鏡103で1回の合計3回反射した後に再び
コレステリック液晶層105に再入射することになる。
つまり、反射の回数は奇数回(3回)となり、コレステ
リック液晶層105に再入射した光の偏光の回転方向
は、コレステリック液晶層105の特性反射の回転方向
と逆方向となるために、今度は、コレステリック液晶層
105を透過して位相板106により所望の直線偏光に
変換され出力されるので、偏光変換の効率は高くなる。 ところで、光源101から出射し、第2の反射鏡103
で反射した光やコレステリック液晶層105で反射した
光は、光源101を通過することになる。このとき、光
源101の発光管封体(透明石英ガラス製もしくは透明
アルミナ製)等で反射や散乱があると光源101を透過
する光量が減少してしまうので、この光源101の発光
管封体等にはフロスト処理が施していない透明なクリア
タイプの発光管を用いることが望ましい。
In other words, the reflecting surface of the first reflecting mirror does not exist on the straight line connecting the point on the reflecting surface of the first reflecting mirror 102 and the first focal point, and the reflecting surface of the second reflecting mirror 103 does not exist. If the cholesteric liquid crystal layer 105 is arranged so as to exist, the light reflected by the cholesteric liquid crystal layer 105 is twice reflected by the first reflecting mirror 102 as described above.
After being reflected once by the second reflecting mirror 103 a total of three times, the light enters the cholesteric liquid crystal layer 105 again.
That is, the number of reflections is an odd number (three times), and the rotation direction of the polarization of the light re-entering the cholesteric liquid crystal layer 105 is opposite to the rotation direction of the characteristic reflection of the cholesteric liquid crystal layer 105. Since the light passes through the cholesteric liquid crystal layer 105 and is converted into desired linearly polarized light by the phase plate 106 and output, the efficiency of polarization conversion is increased. By the way, the light is emitted from the light source 101 and the second reflecting mirror 103
The light reflected by the light source and the light reflected by the cholesteric liquid crystal layer 105 pass through the light source 101. At this time, if there is reflection or scattering at the arc tube envelope (made of transparent quartz glass or transparent alumina) or the like of the light source 101, the amount of light transmitted through the light source 101 is reduced. It is desirable to use a transparent clear type arc tube that has not been subjected to frost processing.

【0047】また、光源101の構造としては、2重管
型または1重管型を用いることができるが、それぞれ短
所と長所がある。2重管型の場合は、寿命や安定性に関
しては有利であるが、発光管の外側に配置された外管に
より反射面が増えるために、光源を透過する光量が減少
する。一方、高い光利用効率を求めるのであれば1重管
型にすれば良いが、この場合には、寿命や安定性が2重
管型より劣ることになる。従って、それぞれのシステム
の求める性能に応じて1重管型,2重管型の選択をすれ
ば良い。
As the structure of the light source 101, a double tube type or a single tube type can be used, but each has a disadvantage and an advantage. In the case of the double tube type, although the life and stability are advantageous, the amount of light transmitted through the light source decreases because the outer tube arranged outside the arc tube increases the reflection surface. On the other hand, if a high light use efficiency is required, a single tube type may be used, but in this case, the life and stability are inferior to those of the double tube type. Therefore, a single pipe type or a double pipe type may be selected according to the performance required of each system.

【0048】このように、本発明になる照明装置は、光
源101から出射した不定偏光を効率良く所望の直線偏
光に変換して照明光として出力することができる。ま
た、光源101を第1の反射鏡102と第2の反射鏡1
03により大きく覆っているために、光源101から出
射した光束の大部分を照明光束として利用することがで
きる。つまり、高い偏光変換効率と高い集光効率を有す
る光利用効率の高い照明装置を提供することができる。
As described above, the illuminating device according to the present invention can efficiently convert the indeterminate polarized light emitted from the light source 101 into desired linearly polarized light and output it as illumination light. Further, the light source 101 is composed of the first reflecting mirror 102 and the second reflecting mirror 1.
Since the light beam is largely covered by the light beam 03, most of the light beam emitted from the light source 101 can be used as the illumination light beam. That is, it is possible to provide an illumination device having high light conversion efficiency and high polarization conversion efficiency and high light collection efficiency.

【0049】次に、本発明の他の実施形態について図面
を用いて説明する。図4は、本発明になる照明装置の断
面図である。この実施形態の照明装置は、図1に示した
照明装置における偏光分離手段であるコレステリック液
晶層105及び位相板106の代わりに、位相板401
と直線偏光反射板402をこの順に配置したものであ
り、その他は、前述した照明装置と同じである。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a cross-sectional view of the lighting device according to the present invention. The lighting device of this embodiment is different from the lighting device shown in FIG. 1 in that a phase plate 401 is used instead of the cholesteric liquid crystal layer 105 and the phase plate 106, which are polarization splitting means.
And the linearly polarized light reflecting plate 402 are arranged in this order, and the other components are the same as those of the above-described illumination device.

【0050】位相板401は、前述した実施形態と同様
に、可視波長域で1/4波長光学位相板として機能する
ものである。
The phase plate 401 functions as a quarter-wave optical phase plate in the visible wavelength range, similarly to the above-described embodiment.

【0051】直線偏光反射板402は、これに入射する
光のうち、特定の直線偏光成分は反射し、これと垂直な
直線偏光成分は透過する機能を有する光学素子であり、
その構成は種々の形態を考えることができる。図5は、
直線偏光反射板402の一例を示した断面構造図であ
る。この直線偏光反射板402は、片面が平面であり、
これとは逆の面が頂角90°の三角柱を等ピッチで並べ
た形状のプリズムアレイ404,405と、これらの重
ね合わせ部に形成した偏光分離面403によって構成す
る。プリズムアレイ404,405は、ポリカーボネー
トで作り、三角柱プリズム上に形成される偏光分離面4
03は、誘電体多層膜、例えばZrO2とMgF2を交互に積層
することで形成する。この構成によって、偏光分離面4
03に略45°の角度で入射する不定偏光201は、透
過光であるP偏光成分202と、反射光であるS偏光成
分203とに分離される。このとき、反射光203は、
入射光201とは90°を成す方向に反射し、更に隣接
する偏光分離面403で反射することで、入射光201
の進行方向とは正反対の方向へ向かう。
The linearly polarized light reflecting plate 402 is an optical element having a function of reflecting a specific linearly polarized light component of light incident thereon and transmitting a linearly polarized light component perpendicular thereto.
The configuration can take various forms. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional structure diagram illustrating an example of a linearly polarized light reflecting plate 402. This linearly polarized light reflecting plate 402 has a flat surface on one side,
The opposite surface is composed of prism arrays 404 and 405 in which triangular prisms having a vertical angle of 90 ° are arranged at equal pitches, and a polarization separation surface 403 formed in an overlapping portion of these. The prism arrays 404 and 405 are made of polycarbonate, and are polarized light separating surfaces 4 formed on a triangular prism.
03 is formed by alternately laminating a dielectric multilayer film, for example, ZrO 2 and MgF 2 . With this configuration, the polarization separation surface 4
The irregular polarized light 201 incident on the light beam 03 at an angle of about 45 ° is separated into a P-polarized light component 202 as transmitted light and an S-polarized light component 203 as reflected light. At this time, the reflected light 203 is
The incident light 201 is reflected in a direction of 90 ° with respect to the incident light 201, and further reflected by the adjacent polarization splitting surface 403.
Heading in the opposite direction to the direction of travel.

【0052】次に、図面を用いてこの実施形態の動作を
説明する。図6は、本発明になる照明装置の動作の説明
図であり、理解し易く説明するために、位相板401と
直線偏光反射板402とを離して描いてある。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation of the lighting device according to the present invention. For easy understanding, the phase plate 401 and the linearly polarized light reflecting plate 402 are illustrated separately.

【0053】光源101から出射した不定偏光201
は、図1〜図3に示した実施形態と同様に、第1の反射
鏡102で反射し、光路変換手段104によって略平行
光束に変換された後に、位相板401を不定偏光状態の
まま透過して、直線偏光反射板402に入射する。直線
偏光反射板402に入射した光束のうち、P偏光成分
(説明上ここでは紙面に平行な振動方向を有する直線偏
光)202は透過し、S偏光成分(ここでは紙面に垂直
な振動方向を有する直線偏光)203は反射する。反射
光203は、光源101へ向う途中に位相板401を透
過するが、このとき、位相板401は所望の方向に遅相
軸が設定された1/4波長光学位相板であるために、こ
の作用を受けて円偏光に変換される(図6(a)参
照)。円偏光に変換された反射光203は、光路変換手
段104を介して第1の反射鏡102に向かう。第1の
反射鏡102に向かった光203は、図1〜図3に示し
た実施形態と同様に、第1の反射鏡102で2回、第2
の反射鏡で1回、合計3回反射して位相板401に戻っ
てくるために、奇数回の反射により偏光の回転方向が逆
回転となっている。このため、光203は位相板401
に再入射したときに、位相板401の作用によりP偏光
となり、今度は、直線偏光反射板402を透過する。
Non-constant polarized light 201 emitted from the light source 101
Is reflected by the first reflecting mirror 102 and converted into a substantially parallel light beam by the optical path changing means 104, and then transmitted through the phase plate 401 in an indeterminate polarization state, similarly to the embodiment shown in FIGS. Then, the light enters the linearly polarized light reflecting plate 402. Of the light beam incident on the linearly polarized light reflecting plate 402, a P-polarized light component (here, linearly polarized light having a vibration direction parallel to the paper surface) 202 is transmitted, and an S-polarized light component (here, having a vibration direction perpendicular to the paper surface). The linearly polarized light 203 is reflected. The reflected light 203 passes through the phase plate 401 on the way to the light source 101. At this time, the phase plate 401 is a quarter-wave optical phase plate having a slow axis set in a desired direction. The light is converted into circularly polarized light by the action (see FIG. 6A). The reflected light 203 converted into circularly polarized light travels toward the first reflecting mirror 102 via the optical path changing means 104. The light 203 directed to the first reflecting mirror 102 is transmitted twice by the first reflecting mirror 102 to the second reflecting mirror 102 similarly to the embodiment shown in FIGS.
The light is reflected once by the reflecting mirror 3 times in total, and returns to the phase plate 401, so that the polarization direction is reversed by the odd number of reflections. Therefore, the light 203 is transmitted to the phase plate 401.
When the light is re-entered, the light becomes P-polarized light by the action of the phase plate 401, and then passes through the linearly polarized light reflecting plate 402.

【0054】この実施形態においても、光源101から
出射した不定偏光201を効率良く所望の直線偏光に変
換して照明光として出力することができる。また、光源
101を第1の反射鏡102と第2の反射鏡103によ
り大きく覆っているために、光源101から出射した光
束の大部分を照明光束として利用することができる。つ
まり、高い偏光変換効率、高い集光効率を有する光利用
効率の高い照明装置を提供することができる。
Also in this embodiment, the indeterminate polarized light 201 emitted from the light source 101 can be efficiently converted to desired linearly polarized light and output as illumination light. Further, since the light source 101 is largely covered by the first reflecting mirror 102 and the second reflecting mirror 103, most of the light beam emitted from the light source 101 can be used as an illumination light beam. That is, it is possible to provide an illumination device having high light conversion efficiency and high polarization conversion efficiency and high light collection efficiency.

【0055】尚、直線偏光反射板402としては、前記
実施形態の他に、図7に例示したように変形したものを
用いることができる。図7に例示した直線偏光反射板4
02は、異なる複屈折性高分子を交互に複数層積層した
もので、例えば国際出願の国際公開番号:WO95/2
7919に述べられている複屈折反射型偏光フィルムで
ある。この他に、直線偏光反射板としては、アルミやク
ロム等の導電性の金属線状パターンを数千オングストロ
ームのピッチで形成したものを用いいることができ、こ
の場合は、線方向の直線偏光成分は反射し、それと垂直
方向の直線偏光成分は透過するようになる。
As the linearly polarized light reflecting plate 402, a modified one as shown in FIG. 7 can be used in addition to the above embodiment. Linear polarizing reflector 4 illustrated in FIG.
Numeral 02 is a laminate obtained by alternately laminating a plurality of different birefringent polymers, for example, International Publication No. WO95 / 2 of an international application.
No. 7919 is a birefringent reflective polarizing film. In addition, as the linearly polarized light reflecting plate, a conductive metal linear pattern such as aluminum or chromium formed at a pitch of several thousand angstroms can be used. In this case, the linearly polarized light component in the linear direction is used. Is reflected, and a linearly polarized component perpendicular to the light is transmitted.

【0056】また、プレート状ではないが、直線偏光反
射板と同様な機能を有するものとして、図8に例示した
ものを用いることができる。図8に示した直線偏光反射
手段は、直角2等辺三角形を断面とする三角柱形状のプ
リズム801a,801bの斜辺を貼りあわせ、貼りあ
わされた面に偏光分離作用膜802を設けた、いわゆる
偏光ビームスプリッタの光出射面の一つにアルミニウム
を蒸着するなどして反射面803を形成した構成となっ
ている。偏光ビームスプリッタに入射した不定偏光20
1は、偏光分離作用膜802で互いに垂直な偏光方向を
有する2つの直線偏光に分離され、偏光分離作用膜80
2を透過した偏光202はそのまま出射し、偏光分離作
用膜802で反射した偏光203は反射面803で反射
し、再度偏光分離作用膜802で反射した後に入射方向
へ戻ることで直線偏光反射手段としての機能を果たす。
Although not in the form of a plate, those having the same functions as those of the linearly polarized light reflecting plate, those exemplified in FIG. 8 can be used. The linearly polarized light reflecting means shown in FIG. 8 is a so-called polarized beam in which the oblique sides of triangular prism-shaped prisms 801a and 801b having a cross section of a right-angled isosceles triangle are attached to each other, and a polarization separation film 802 is provided on the attached surfaces. The reflection surface 803 is formed by evaporating aluminum on one of the light emission surfaces of the splitter. Irregular polarized light 20 incident on the polarizing beam splitter
1 is separated into two linearly polarized lights having polarization directions perpendicular to each other by a polarization separation film 802, and the polarization separation film 80
2 is transmitted as it is, and the polarized light 203 reflected by the polarization separation film 802 is reflected by the reflection surface 803, reflected again by the polarization separation film 802, and then returns to the incident direction to function as a linearly polarized light reflection means. Perform the function of

【0057】尚、直線偏光反射板は、これに入射する光
のうちの特定の直線偏光成分は反射し、これと垂直な直
線偏光成分は透過する機能を有する光学素子であれば良
く、前述した実施形態に限定されるものではない。
The linearly polarized light reflecting plate may be an optical element having a function of reflecting a specific linearly polarized light component of the light incident thereon and transmitting a linearly polarized light component perpendicular thereto. It is not limited to the embodiment.

【0058】図9は、本発明になる照明装置の一部を示
す断面図及び正面図である。ここで述べる実施形態は、
図1や図4に示した照明装置における第2の反射鏡10
3の開口部103hの形状に関するものである。これま
で、第2の反射鏡103の開口部103hの形状につい
ては特に限定はしていなかったが、この実施形態では、
第2の反射鏡103の開口部103hの形状を、照明光
の照射対象と相似な形状とすることを提案する。液晶プ
ロジェクタの照明装置の場合は、照射対象である液晶表
示装置の表示部が矩形形状(ここでは縦横比が3:4)
であるので、第2の反射鏡103の開口部103hの形
状もこのような矩形形状とする。この場合、照明装置か
ら出力される照明光束の断面形状は、液晶表示素子の表
示部とほぼ同じ形状になる。従って、照明装置から出力
される照明光束によって液晶表示素子の表示部のほとん
どを過不足無く照明することができるために、照明光束
の断面形状と液晶表示素子の表示部形状とのミスマッチ
による光の損失がほとんどない、光利用効率の高い照明
を行うことができるという効果がある。
FIG. 9 is a sectional view and a front view showing a part of the lighting device according to the present invention. The embodiments described here are:
Second reflector 10 in the lighting device shown in FIGS. 1 and 4
3 relates to the shape of the opening 103h. Until now, the shape of the opening 103h of the second reflecting mirror 103 has not been particularly limited, but in this embodiment,
It is proposed that the shape of the opening 103h of the second reflecting mirror 103 be similar to the shape of the irradiation target of the illumination light. In the case of a lighting device for a liquid crystal projector, the display portion of the liquid crystal display device to be irradiated has a rectangular shape (here, the aspect ratio is 3: 4).
Therefore, the shape of the opening 103h of the second reflecting mirror 103 is also such a rectangular shape. In this case, the cross-sectional shape of the illuminating light beam output from the illuminating device is substantially the same as the display section of the liquid crystal display element. Therefore, most of the display portion of the liquid crystal display element can be illuminated by the illuminating light flux output from the illuminating device without any excess or shortage. There is an effect that illumination with little light loss and high light use efficiency can be performed.

【0059】尚、これまで述べた実施形態では、光路変
換手段104として、平凹レンズを例示してきたが、平
凹レンズの代わりに凸レンズを用いても良い。
In the above-described embodiments, a plano-concave lens is exemplified as the optical path changing means 104, but a convex lens may be used instead of the plano-concave lens.

【0060】図10は、光路変換手段104として平凹
レンズの代わりに平凸レンズを配置したもので、平凸レ
ンズの焦点を第1の反射板102の第2焦点(照射対象
に近い側の焦点)111の近傍になるように配置した実
施形態である。この実施形態も前述した実施形態と同様
に、光源101から出射した不定偏光を効率良く所望の
直線偏光に変換して照明光として出力することができ
る。また、光源101を第1の反射鏡102と第2の反
射鏡103により大きく覆っているため、光源101か
ら出射した光束の大部分を照明光束として利用できる。
つまり、高い偏光変換効率と高い集光効率を有する光利
用効率の高い照明装置を提供することができる。
FIG. 10 shows a case where a plano-convex lens is disposed as the optical path changing means 104 instead of a plano-concave lens, and the focal point of the plano-convex lens is changed to the second focal point (the focal point closer to the irradiation target) 111 of the first reflector 102. Is an embodiment arranged so as to be in the vicinity of. In this embodiment, similarly to the above-described embodiment, the indeterminate polarized light emitted from the light source 101 can be efficiently converted into desired linearly polarized light and output as illumination light. Further, since the light source 101 is largely covered by the first reflecting mirror 102 and the second reflecting mirror 103, most of the light beam emitted from the light source 101 can be used as an illumination light beam.
That is, it is possible to provide an illumination device having high light conversion efficiency and high polarization conversion efficiency and high light collection efficiency.

【0061】また、この実施形態は、第2の反射鏡10
3と光路変換手段104の間に比較的大きな空間を得る
ことができるため、この空間に冷却風案内通路301を
設置し、ファン302からの冷却風により光源101の
周囲を強制対流させて直接冷却するようにすると良い。
In this embodiment, the second reflecting mirror 10
Since a relatively large space can be obtained between the light source 101 and the optical path changing means 104, a cooling air guide passage 301 is provided in this space, and the surroundings of the light source 101 are forcedly convected by the cooling air from the fan 302 to directly cool the space. It is good to do.

【0062】次に、本発明の他の実施形態について図面
を用いて説明する。図11は、本発明になる照明装置を
示す断面図である。この図11に示した照明装置は、光
源101と、反射面が回転放物面から構成された第1の
反射鏡102と、中央部に開口部103hを有する反射
面が球面で構成された第2の反射鏡103と、UV,I
Rカットフィルタ107と、位相板401及び直線偏光
反射板402から構成されている。従って、第1の反射
鏡102の反射面の形状が異なることと、レンズがない
こと以外は、図1,図4,図10に示した実施形態と同
様である。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a lighting device according to the present invention. The illuminating device shown in FIG. 11 has a light source 101, a first reflecting mirror 102 having a reflecting surface formed of a paraboloid of revolution, and a second reflecting mirror having an opening 103h in the center formed of a spherical surface. 2 reflector 103, UV, I
It comprises an R-cut filter 107, a phase plate 401 and a linearly polarized light reflecting plate 402. Therefore, except that the shape of the reflecting surface of the first reflecting mirror 102 is different and that there is no lens, it is the same as the embodiment shown in FIGS.

【0063】第1の反射鏡102は、その焦点位置が光
源101の近傍になるように配置し、前述した実施形態
と同様に、第1の反射鏡102の開口端面は、主軸10
9に垂直で且つ焦点位置を含む面110と一致している
ことが偏光変換の効率の面から望ましい。また、第2の
反射鏡103は、光源101の近傍に曲率中心が位置す
るように第1の反射鏡102に対向する位置に配置す
る。この第2の反射鏡103は、中央部に開口部103
hを備える。この開口部103hの大きさは、光源10
1から出射して第1の反射鏡102で反射した光束を遮
らない範囲でできるだけ小さいことが光利用効率の面か
ら望ましい。また、UV,IRカットフィルタ107と
位相板401及び直線偏光反射板402は第2の反射鏡
103の開口部103hを覆うように配置する。
The first reflecting mirror 102 is arranged so that its focal position is close to the light source 101, and the opening end face of the first reflecting mirror 102
It is desirable from the viewpoint of the efficiency of the polarization conversion that the plane is perpendicular to the plane 9 and coincides with the plane 110 including the focal position. The second reflecting mirror 103 is arranged at a position facing the first reflecting mirror 102 such that the center of curvature is located near the light source 101. The second reflecting mirror 103 has an opening 103 at the center.
h. The size of the opening 103h depends on the light source 10
It is desirable from the viewpoint of light utilization efficiency that the light flux emitted from the first and reflected by the first reflecting mirror 102 be as small as possible without blocking the light flux. The UV / IR cut filter 107, the phase plate 401, and the linearly polarized light reflecting plate 402 are arranged so as to cover the opening 103h of the second reflecting mirror 103.

【0064】次に、この実施形態の動作を説明する。光
源101から出射した光束は、第1の反射鏡102で反
射し、略平行光束となってUV,IRカットフィルタ1
07及び位相板401を透過して直線偏光反射板402
に入射する。直線偏光反射板402に入射した光のう
ち、特定の直線偏光は反射し、これと垂直な直線偏光は
透過する。反射した直線偏光は、再び位相板401を透
過するが、このとき1/4波長光学位相板401の作用
を受けて円偏光に変換される。そして、円偏光に変換さ
れた反射光は、第1の反射板102で2回、第2の反射
鏡103で1回の合計3回の反射の後に、位相板401
に入射する。このとき位相板401に入射した光は奇数
回の反射によって偏光の回転方向が反対方向となってい
るために、位相板401を透過するときその作用を受
け、直線偏光反射板402を透過する直線偏光に変換さ
れて、今度は、直線偏光反射板402を透過する。この
ように、光源101から出射した不定偏光を効率良く所
望の直線偏光に変換して照明光として出力することがで
きる。また、光源101を第1の反射鏡102と第2の
反射鏡103によって大きく覆っているために、光源1
01から出射した光束の大部分を照明光束として利用で
きる。従って、高い偏光変換効率、高い集光効率を有す
る光利用効率の高い照明装置を提供することができる。
また、第1の反射鏡102で反射した光は、略平行光束
となっているために、レンズなどの光路変換手段を特に
必要としないので照明装置の部品点数を減らすことがで
きる。
Next, the operation of this embodiment will be described. The light beam emitted from the light source 101 is reflected by the first reflecting mirror 102 and becomes a substantially parallel light beam.
07 and the phase plate 401 and the linearly polarized light reflecting plate 402
Incident on. Of the light incident on the linearly polarized light reflecting plate 402, specific linearly polarized light is reflected, and linearly polarized light perpendicular thereto is transmitted. The reflected linearly polarized light passes through the phase plate 401 again, but is converted into circularly polarized light by the action of the 波長 wavelength optical phase plate 401 at this time. The reflected light converted into circularly polarized light is reflected twice by the first reflecting plate 102 and once by the second reflecting mirror 103, that is, three times in total, and thereafter, is reflected by the phase plate 401.
Incident on. At this time, the light incident on the phase plate 401 has its rotation rotated in the opposite direction due to the odd number of reflections. The light is converted into polarized light and then passes through the linearly polarized light reflecting plate 402. As described above, the indeterminate polarized light emitted from the light source 101 can be efficiently converted into desired linearly polarized light and output as illumination light. Further, since the light source 101 is largely covered by the first reflecting mirror 102 and the second reflecting mirror 103, the light source 1
Most of the light beam emitted from 01 can be used as an illumination light beam. Therefore, it is possible to provide a lighting device having high polarization conversion efficiency and high light collection efficiency and high light use efficiency.
In addition, since the light reflected by the first reflecting mirror 102 is a substantially parallel light flux, an optical path conversion unit such as a lens is not particularly required, so that the number of components of the lighting device can be reduced.

【0065】尚、この照明装置の偏光分離手段である位
相板401及び直線偏光反射板402の代わりに、コレ
ステリック液晶層及び位相板をこの順に配置するしても
同じ効果が得られることは前述した実施形態から明らか
であろう。
It should be noted that the same effect can be obtained by arranging a cholesteric liquid crystal layer and a phase plate in this order instead of the phase plate 401 and the linearly polarized light reflection plate 402 which are the polarization splitting means of the illumination device. It will be apparent from the embodiment.

【0066】次に、本発明の他の実施形態について図面
を用いて説明する。図12は、本発明の照明装置の断面
図及び正面図である。この照明装置は、光源101と、
反射面が回転放物面で構成された第1の反射鏡102
と、この第1の反射鏡102の開口端部の近傍で且つ第
1の反射鏡102の反射面の回転中心軸である主軸10
9に垂直な面内に反射面を配置した中央に開口部103
hを有する第2の反射鏡103と、この第2の反射鏡1
03の開口部103hを覆うように配置した位相板40
1と直線偏光反射板402とを備える。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a cross-sectional view and a front view of the lighting device of the present invention. The lighting device includes a light source 101,
First reflecting mirror 102 whose reflecting surface is constituted by a paraboloid of revolution
And a main axis 10 near the opening end of the first reflecting mirror 102 and the rotation center axis of the reflecting surface of the first reflecting mirror 102.
9. An opening 103 is provided at the center where a reflecting surface is disposed in a plane perpendicular to
h, the second reflecting mirror 103 and the second reflecting mirror 1
Phase plate 40 arranged so as to cover opening 103h of No. 03
1 and a linearly polarized light reflecting plate 402.

【0067】第2の反射鏡103は、プレート状のガラ
ス基板の表面に反射面103Rを形成したものを用いる
ことができる。反射面103Rは、図12に示すよう
に、第1の反射鏡102の開口部を覆うように形成さ
れ、その中央部には、主軸109を中心とした円または
矩形形状の開口部103hを有する。この第2の反射鏡
103の開口部103hは、後述する理由から、第1の
反射鏡102の反射面形状である回転放物面の焦点距離
をPとしたときに、半径2Pの円もしくはこれに外接す
る矩形にすることが望ましい。また、位相板401や直
線偏光反射板402に紫外線や赤外線といった有害な光
線が至ることがないように開口部103hには赤外光及
び紫外光を反射する誘電体多層膜を施すと良い。
As the second reflecting mirror 103, a mirror having a reflecting surface 103R formed on the surface of a plate-like glass substrate can be used. As shown in FIG. 12, the reflecting surface 103R is formed so as to cover the opening of the first reflecting mirror 102, and has a circular or rectangular opening 103h centered on the main shaft 109 at the center thereof. . The opening 103h of the second reflecting mirror 103 is a circle having a radius of 2P or a circle having a radius of 2P when the focal length of the paraboloid of revolution, which is the reflecting surface shape of the first reflecting mirror 102, is P for the reason described later. It is desirable to make it a rectangle circumscribing. In order to prevent harmful rays such as ultraviolet rays and infrared rays from reaching the phase plate 401 and the linearly polarized light reflector 402, the opening 103h is preferably provided with a dielectric multilayer film that reflects infrared light and ultraviolet light.

【0068】第1の反射鏡102及び第2の反射鏡10
3の反射面には、前述した実施形態の第1の反射鏡と同
様の反射面を用いることができるが、第2の反射鏡10
3の反射面103Rは、特に赤外線や紫外線といった有
害な光線が液晶表示素子等の照射対象に向かうことがな
いように金属反射面を使用することが望ましく、例えば
アルミニウムを蒸着することで形成した金属反射面上に
更に多層膜を形成して反射率の増加や酸化の防止を図っ
たものを用いると良い。
The first reflecting mirror 102 and the second reflecting mirror 10
Although the same reflecting surface as the first reflecting mirror of the above-described embodiment can be used as the third reflecting surface, the second reflecting mirror 10
The third reflective surface 103R is preferably a metal reflective surface so that harmful rays such as infrared rays and ultraviolet rays are not directed to an irradiation target such as a liquid crystal display element. For example, a metal formed by evaporating aluminum is preferably used. It is preferable that a multilayer film is further formed on the reflection surface to increase the reflectance and prevent oxidation.

【0069】次に、この照明装置の動作を説明する。図
12に示すように、光源101の発光部から放射した光
は、第1の反射鏡102の反射面で反射して主軸109
に略平行な光束となって第2の反射鏡103へ入射す
る。第2の反射鏡103に入射した光束のうち、開口部
103hに入射した光201は、略平行状態を保って第
2の反射鏡103を通過する。一方、第2の反射鏡10
3の反射面103Rに入射した光201Rは反射面10
3Rで反射し、再び第1の反射鏡102で反射して光源
101に戻り、更に、この光源101を通過した後に第
1の反射鏡102で反射して、今度は、開口部103h
に向う。
Next, the operation of the lighting device will be described. As shown in FIG. 12, the light emitted from the light emitting unit of the light source 101 is reflected by the reflecting surface of the first reflecting mirror 102 and is reflected by the main shaft 109.
And enters the second reflecting mirror 103 as a light flux substantially parallel to the light. Of the light beam incident on the second reflecting mirror 103, the light 201 incident on the opening 103h passes through the second reflecting mirror 103 while maintaining a substantially parallel state. On the other hand, the second reflecting mirror 10
The light 201R incident on the third reflecting surface 103R is reflected by the reflecting surface 10R.
The light is reflected by 3R, reflected again by the first reflecting mirror 102, returns to the light source 101, and further reflected by the first reflecting mirror 102 after passing through the light source 101.
Turn to.

【0070】第2の反射鏡103の開口部103hを通
過した光201は、前記実施形態と同様に、位相板40
1を不定偏光状態のまま透過して直線偏光反射板402
に入射する。直線偏光反射板402に入射した光束のう
ち、一方の直線偏光は透過してそのまま照射対象に向か
い、これとは垂直な偏光軸をもつ直線偏光は反射する。
直線偏光反射板402で反射した光について図13を用
いて説明する。
The light 201 having passed through the opening 103h of the second reflecting mirror 103 is transmitted to the phase plate 40 in the same manner as in the above embodiment.
1 while being transmitted in an indeterminate polarization state,
Incident on. Among the light beams incident on the linearly polarized light reflecting plate 402, one of the linearly polarized light is transmitted and directly proceeds to the irradiation target, and the linearly polarized light having a polarization axis perpendicular to the one is reflected.
The light reflected by the linearly polarized light reflecting plate 402 will be described with reference to FIG.

【0071】図13は、直線偏光反射板402で反射し
た光を説明するための図である。直線偏光反射板402
で反射した光203は、光源101へ向うが、その途
中、位相板401を透過するときに位相板401の作用
を受けて円偏光に変換される。円偏光に変換された反射
光203は、図示に示すように、第1の反射鏡12で4
回、第2の反射鏡103で1回、合計5回反射して再び
位相板401に入射する。このとき、光203は奇数回
の反射により偏光の回転方向が最初とは逆の回転方向と
なっているために、位相板401を透過するときに、位
相板401の作用により、今度は、直線偏光反射板40
2を透過する直線偏光となるので、直線偏光反射板40
2を透過して照射対象に向かう。
FIG. 13 is a view for explaining the light reflected by the linearly polarized light reflecting plate 402. Linear polarized light reflector 402
The light 203 reflected by the light source 101 travels to the light source 101, but is converted to circularly polarized light by the action of the phase plate 401 when passing through the phase plate 401. The reflected light 203 converted into circularly polarized light is reflected by the first reflecting mirror 12 as shown in FIG.
The light is reflected by the second reflecting mirror 103 once, that is, five times in total, and is incident on the phase plate 401 again. At this time, since the rotation direction of the polarization of the light 203 is opposite to that of the first polarization due to the odd number of reflections, when the light 203 passes through the phase plate 401, the light 203 Polarized reflector 40
2 is transmitted, so that the linearly polarized light reflecting plate 40
2 to the irradiation target.

【0072】ところで、開口部103hは、第1の反射
鏡102の反射面を構成する回転放物面の焦点距離をP
としたときに、主軸109を中心とする半径2Pの円以
上の大きさであることが望ましい。このことを、図14
を用いて説明する。図14は、第2の反射鏡103の開
口部103hが、主軸109を中心とする半径2Pの円
より小さい場合を示している。図示のように、開口部1
03hが主軸109を中心とする半径2Pの円より小さ
い場合には、光源101から出射し、第1の反射鏡10
2を介して第2の反射鏡103の反射面103Rに向か
う光のうち、主軸109を中心とする半径2Pの円より
主軸側の領域で反射した光1201は、第1の反射鏡1
02と第2の反射鏡103の反射面103Rとの間で反
射を繰り返すだけで、開口部103hから出射すること
ができない。従って、光源101から出射する光を有効
に利用するには、開口部103hを主軸109を中心と
する半径2Pの円以上の大きさとすることが望ましい。
By the way, the opening 103h has a focal length of the paraboloid of revolution constituting the reflecting surface of the first reflecting mirror 102 set to P.
It is desirable that the size be equal to or larger than a circle having a radius of 2P centered on the main shaft 109. This is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 14 shows a case where the opening 103h of the second reflecting mirror 103 is smaller than a circle having a radius 2P centered on the main shaft 109. As shown, the opening 1
When 03h is smaller than a circle having a radius of 2P centered on the main axis 109, the light is emitted from the light source 101 and the first reflecting mirror 10
The light 1201, which is reflected on the principal axis side of a circle having a radius of 2P centered on the principal axis 109, of the light 1201 traveling toward the reflection surface 103 </ b> R of the second reflection mirror 103 via the second reflection mirror 1.
The light cannot be emitted from the opening 103h only by repeating the reflection between the second mirror 102 and the reflecting surface 103R of the second reflecting mirror 103. Therefore, in order to effectively use the light emitted from the light source 101, it is desirable that the opening 103 h be equal to or larger than a circle having a radius of 2P around the main axis 109.

【0073】また、第2の反射鏡103の開口部103
hの大きさは、主軸109を中心とする半径2Pの円よ
り大きくないことが望ましい場合が考えられる。このこ
とを図15を用いて説明する。図15は、第2の反射鏡
103の開口部103hが主軸109を中心とする半径
2Pの円より大きい場合を示している。図示のように、
開口部103hが主軸109を中心とする半径2Pの円
より大きい場合は、直線偏光反射板402で反射した光
のうち、主軸109を中心とする半径2Pの円より大き
い領域で反射した光203は、第1の反射鏡102で2
回反射した後に、再び位相板401を介して直線偏光反
射板402に再入射する。このとき、反射の回数は偶数
回であるので、反射光203は最初に直線偏光反射板4
02で反射したときと同じ偏光軸を有する直線偏光とな
るために、再び直線偏光反射板402で反射されること
になる。つまり、第1の反射鏡102と直線偏光反射板
402との間で反射を繰り返すだけで出射することがで
きなくなってしまう。従って、光を効率よく利用するに
は、開口部103hは主軸109を中心とする半径2P
の円より大きくないことが望ましい。以上から、開口部
103hの大きさは、主軸109を中心とする半径2P
の円にできるだけ近い形状にすることが望ましい。
The opening 103 of the second reflecting mirror 103
It may be desirable that the size of h is not larger than a circle having a radius 2P centered on the main shaft 109. This will be described with reference to FIG. FIG. 15 shows a case where the opening 103h of the second reflecting mirror 103 is larger than a circle having a radius 2P around the main axis 109. As shown,
When the opening 103h is larger than a circle having a radius 2P centered on the main axis 109, the light 203 reflected in a region larger than the circle having a radius 2P centered on the main axis 109 among the light reflected by the linearly polarizing reflector 402 is , The first reflecting mirror 102
After being reflected twice, the light is again incident on the linearly polarized light reflecting plate 402 via the phase plate 401. At this time, since the number of reflections is an even number, the reflected light 203 is first reflected by the linearly polarized light reflecting plate 4.
Since the light becomes linearly polarized light having the same polarization axis as that of the light reflected at 02, the light is again reflected at the linearly polarized light reflecting plate 402. That is, the light cannot be emitted simply by repeating the reflection between the first reflecting mirror 102 and the linearly polarized light reflecting plate 402. Therefore, in order to use light efficiently, the opening 103h has a radius of 2P around the main axis 109.
It is desirable not to be larger than the circle. From the above, the size of the opening 103h is a radius 2P centered on the main shaft 109.
It is desirable to make the shape as close to the circle as possible.

【0074】ところで、第2の反射鏡103の位置は、
光源101から放射して第1の反射鏡102で反射した
光束をより多く利用するために、できるだけ第1の反射
鏡102の開口部に近づけることが望ましい。従って、
第2の反射鏡103を第1の反射鏡102と一体化し、
第2の反射鏡103に第1の反射鏡102の開口部をシ
ールドする機能を持たせるようにしても良い。ただし、
発光管の冷却を行いたい場合は、第2の反射鏡103を
第1の反射鏡102と数センチ離した位置に配置し、図
示しないファン等によって発光管を強制対流によって直
接冷却できるようにしても良い。
By the way, the position of the second reflecting mirror 103 is
In order to use more light beams emitted from the light source 101 and reflected by the first reflecting mirror 102, it is desirable to approach the opening of the first reflecting mirror 102 as much as possible. Therefore,
Integrating the second reflector 103 with the first reflector 102;
The second reflecting mirror 103 may have a function of shielding the opening of the first reflecting mirror 102. However,
When it is desired to cool the arc tube, the second reflecting mirror 103 is arranged at a position several centimeters away from the first reflecting mirror 102 so that the arc tube can be directly cooled by forced convection by a fan (not shown) or the like. Is also good.

【0075】このような実施形態においても、前記実施
形態と同様に、光源101から出射した不定偏光を効率
良く所望の直線偏光に変換して照明光として出力するこ
とができる。
In this embodiment as well, similarly to the above-described embodiment, the indeterminate polarized light emitted from the light source 101 can be efficiently converted to desired linearly polarized light and output as illumination light.

【0076】また、光源101を第1の反射鏡102と
第2の反射鏡103により大きく覆っているために、光
源101から出射した光束の大部分を照明光束として利
用することができる。つまり、高い偏光変換効率、高い
集光効率を有する光利用効率の高い照明装置を提供する
ことができる。更に、以上の効果は、通常の照明装置に
プレート状の素子、すなわち第2の反射鏡103に位相
板401と直線偏光反射板402とを積層したプレート
を一枚配置するといった簡単な構成で達成することがで
きるために、光利用効率の高い照明装置を小型,軽量で
提供できるという効果がある。
Further, since the light source 101 is largely covered by the first reflecting mirror 102 and the second reflecting mirror 103, most of the light beam emitted from the light source 101 can be used as the illumination light beam. That is, it is possible to provide an illumination device having high light conversion efficiency and high polarization conversion efficiency and high light collection efficiency. Furthermore, the above effects can be achieved by a simple configuration in which a plate-like element is arranged in a normal lighting device, that is, a single plate in which a phase plate 401 and a linearly polarized light reflecting plate 402 are stacked on the second reflecting mirror 103 is arranged. Therefore, there is an effect that a lighting device with high light use efficiency can be provided with a small size and light weight.

【0077】尚、この照明装置の偏光分離手段である位
相板401と、直線偏光反射板402の代わりにコレス
テリック液晶層及び位相板をこの順に配置しても同じ効
果が得られることは明らかである。
It is apparent that the same effect can be obtained by disposing a cholesteric liquid crystal layer and a phase plate in this order in place of the phase plate 401 as the polarization splitting means of the illumination device and the linearly polarized light reflecting plate 402. .

【0078】次に、本発明になる照明装置の他の実施形
態について説明する。図16は、本発明になる照明装置
の断面図及び正面図である。この照明装置は、反射面が
回転放物面で構成される反射鏡1501と、反射鏡15
01の焦点に発光部を配置した光源101と、反射鏡1
501の開口部を覆うように配置されたUV,IRカッ
トフィルタ107と、コレステリック液晶層1502,
1503と、位相板1504,1505とを備える。コ
レステリック液晶層1502,1503と、位相板15
04,1505は、それぞれ、順に第1の反射鏡150
1の主軸109に対して垂直な面内に配置されており、
それぞれ主軸109を含む直線を境にして、コレステリ
ック液晶層1502,1503及び位相板1504,1
505とに分けられている。コレステリック液晶層15
02,1503は、それぞれ逆の回転方向を有する円偏
光を特性反射するように、コレステリック螺旋の回転方
向が互いに逆向きになっている。位相板1504は、コ
レステリック液晶層1502を覆うように配置され、位
相板1505はコレステリック液晶層1503を覆うよ
うに配置される。位相板1504,1505は、1/4
波長光学位相板であり、それぞれの遅相軸が互いに90
°をなすように配置される。コレステリック液晶層及び
位相板としては前記実施形態と同様のものを使用するこ
とができる。
Next, another embodiment of the lighting device according to the present invention will be described. FIG. 16 is a sectional view and a front view of the lighting device according to the present invention. This lighting device includes a reflecting mirror 1501 whose reflecting surface is constituted by a paraboloid of revolution, and a reflecting mirror 15.
01, a light source 101 having a light emitting unit disposed at a focal point, and a reflecting mirror 1
A cholesteric liquid crystal layer 1502, a UV / IR cut filter 107 arranged to cover the opening
1503 and phase plates 1504 and 1505. Cholesteric liquid crystal layers 1502 and 1503 and phase plate 15
Reference numerals 04 and 1505 denote the first reflecting mirror 150, respectively.
Are arranged in a plane perpendicular to one main axis 109,
Each of the cholesteric liquid crystal layers 1502 and 1503 and the phase plates 1504 and 1
505. Cholesteric liquid crystal layer 15
In Nos. 02 and 1503, the rotation directions of the cholesteric spirals are opposite to each other so as to characteristically reflect circularly polarized light having the opposite rotation directions. The phase plate 1504 is arranged so as to cover the cholesteric liquid crystal layer 1502, and the phase plate 1505 is arranged so as to cover the cholesteric liquid crystal layer 1503. The phase plates 1504 and 1505 are 1/4
Wavelength optical phase plate, each slow axis of which is 90
° are arranged. As the cholesteric liquid crystal layer and the phase plate, the same ones as in the above embodiment can be used.

【0079】次に、この照明装置の動作を説明する。光
源101から出射した光201は、反射鏡1501で反
射し、主軸109に対して略平行光となり、UV,IR
カットフィルタ107を通過してコレステリック液晶層
1502に入射する。コレステリック液晶層1502に
入射した光は、特性反射により、進行方向に対して特定
の回転方向(ここでは右回りとする)の円偏光203が
反射し、これとは逆回転(左回り)の円偏光は透過す
る。透過光202は、位相板1504の作用を受けて直
線偏光となって出射する。一方、コレステリック液晶層
1502で反射した光203は、図示のように、反射鏡
1501で2回反射した後に、コレステリック液晶層1
503に入射する。このとき、反射光203は、反射鏡
1501での反射回数が偶数回であるので、右回りの偏
光のままである。また、コレステリック液晶層1503
はコレステリック液晶層1502とは逆の回転方向(右
回転)の円偏光は透過するものである。従って、反射光
203は、今度は、コレステリック液晶層1503を通
過し、位相板1505の作用を受けて直線偏光となって
出射する。ここで、この照明装置から出射した透過光2
02と、反射光203は、左回転の円偏光と右回転の円
偏光がそれぞれ遅相軸が互いに90°をなす位相板15
04,1505の作用を受けて直線偏光となったもので
あるので、その偏光軸は一致している。つまりこの本照
明装置から出射する光は、偏光軸の揃った直線偏光とな
る。
Next, the operation of the lighting device will be described. The light 201 emitted from the light source 101 is reflected by the reflecting mirror 1501 and becomes substantially parallel to the main axis 109.
The light passes through the cut filter 107 and enters the cholesteric liquid crystal layer 1502. The light incident on the cholesteric liquid crystal layer 1502 is reflected by a circularly polarized light 203 in a specific rotation direction (here, clockwise) with respect to the traveling direction due to characteristic reflection, and is rotated in the opposite direction (counterclockwise). Polarized light is transmitted. The transmitted light 202 is emitted as linearly polarized light by the action of the phase plate 1504. On the other hand, the light 203 reflected by the cholesteric liquid crystal layer 1502 is reflected twice by the reflecting mirror 1501 as shown in FIG.
503. At this time, the reflected light 203 remains clockwise because the number of reflections on the reflecting mirror 1501 is an even number. The cholesteric liquid crystal layer 1503
Indicates that circularly polarized light having a rotation direction (rightward rotation) opposite to that of the cholesteric liquid crystal layer 1502 is transmitted. Therefore, the reflected light 203 passes through the cholesteric liquid crystal layer 1503, and is emitted as linearly polarized light by the action of the phase plate 1505. Here, transmitted light 2 emitted from this lighting device
02 and the reflected light 203 are the phase plate 15 whose left-handed circularly polarized light and right-handed circularly polarized light have the slow axes of 90 ° with each other.
Since the light is converted into linearly polarized light by the action of No. 04, 1505, its polarization axes are coincident. That is, the light emitted from the present illumination device is linearly polarized light having a uniform polarization axis.

【0080】以上に述べたように、この実施形態におい
ても、前記実施形態と同様に、光源101から出射した
不定偏光を効率良く所望の直線偏光に変換して照明光と
して出力することができる。従って、高い偏光変換効率
を有する光利用効率の高い照明装置を提供することがで
きる。
As described above, also in this embodiment, similarly to the above-described embodiment, the indeterminate polarized light emitted from the light source 101 can be efficiently converted to desired linearly polarized light and output as illumination light. Therefore, it is possible to provide a lighting device having high polarization conversion efficiency and high light use efficiency.

【0081】ところで、コレステリック液晶層150
2,1503で反射した光のうち、主軸109の近傍で
反射した光は、反射鏡1501で反射した後に主軸10
9から離れた位置から出射する。また、主軸109から
離れた位置で反射した光は、反射鏡1501で反射した
後に、主軸109の近傍から出射する。つまり、主軸1
09の近傍から出射する光と周辺部から出射する光の一
部が入れ替わり、平均化されるために、この照明装置か
ら出射する光の強度は位置によらずに均一になるという
効果もある。
The cholesteric liquid crystal layer 150
Of the light reflected at 2,1503, the light reflected near the main axis 109 is
The light is emitted from a position distant from 9. Light reflected at a position distant from the main shaft 109 is emitted from the vicinity of the main shaft 109 after being reflected by the reflecting mirror 1501. That is, the spindle 1
Since the light emitted from the vicinity of 09 and a part of the light emitted from the peripheral portion are switched and averaged, there is also an effect that the intensity of the light emitted from the lighting device becomes uniform regardless of the position.

【0082】更に、以上の効果は、通常の照明装置に1
枚のプレート状の素子を配置するといった簡単な構成で
達成することができるために、光利用効率の高い照明装
置を小型,軽量で提供できるという効果がある。尚、こ
の実施形態では、コレステリック液晶層及び位相板を主
軸1506を通る直線で2分割し、それぞれにコレステ
リック螺旋の回転方向の異なるコレステリック液晶層及
び遅相軸が互いに90°をなす位相板を配置した。即
ち、この発明の照明装置の要点は、反射鏡の主軸に対し
て垂直な面内にそれぞれコレステリック液晶層と位相板
を順に並べ、これらを主軸を通る直線で偶数部分に分割
し、主軸に対して対称な位置にはそれぞれコレステリッ
ク螺旋の回転方向の異なるコレステリック液晶層及び遅
相軸が互いに90°をなす位相板を配置して偏光軸の揃
った直線偏光が出力するようにすれば良い。
Further, the above-mentioned effects are obtained in a normal lighting device.
Since this can be achieved with a simple configuration in which a plurality of plate-shaped elements are arranged, there is an effect that a lighting device with high light use efficiency can be provided in a small size and light weight. In this embodiment, the cholesteric liquid crystal layer and the phase plate are divided into two by a straight line passing through the main axis 1506, and a cholesteric liquid crystal layer having a different rotation direction of the cholesteric helix and a phase plate having a slow axis of 90 ° are arranged respectively. did. That is, the point of the lighting device of the present invention is that the cholesteric liquid crystal layer and the phase plate are arranged in order in a plane perpendicular to the main axis of the reflector, and these are divided into even-numbered parts by a straight line passing through the main axis. Cholesteric liquid crystal layers having different rotation directions of the cholesteric helix and a phase plate having a slow axis forming 90 ° with each other may be arranged at symmetrical positions so that linearly polarized light having a uniform polarization axis may be output.

【0083】従って、図17に示すような照明装置にお
いても同様な効果が得られる。図17は、本発明になる
照明装置の他の実施形態を示す断面図及び正面図であ
る。この照明装置は、反射面が回転楕円面で構成される
反射鏡1501と,反射鏡1501の照射対象から遠い
側の焦点に発光部を配置した光源101と、反射鏡15
01の開口部を覆うように配置されたUV,IRカット
フィルタ107と、光源101から出射し、反射鏡15
01で反射した光を平行光に変換する光路変換手段10
4と、コレステリック液晶層1502,1503と、位
相板1504,1505を備える。コレステリック液晶
層と位相板は、第1の反射鏡1501の主軸109に対
して垂直な面内に光路変換手段としての平凹レンズ10
4の開口部を覆うように配置されており、それぞれ、主
軸109を含む直線を境にして、コレステリック液晶層
1502,1503と、位相板1504,1505とに
分けられている。コレステリック液晶層1502,15
03は、それぞれ逆の回転方向を有する円偏光を特性反
射するように、コレステリック螺旋の回転方向が互いに
逆向きになっている。位相板1504は、コレステリッ
ク液晶層1502を覆い、位相板1505はコレステリ
ック液晶層1503を覆うように配置される。位相板1
504,1505は、1/4波長光学位相板であり、そ
れぞれの遅相軸が互いに90°をなすように配置され
る。
Therefore, a similar effect can be obtained in the lighting device as shown in FIG. FIG. 17 is a sectional view and a front view showing another embodiment of the lighting device according to the present invention. This illuminating device includes a reflecting mirror 1501 having a reflecting surface formed of a spheroid, a light source 101 having a light emitting unit disposed at a focal point on a side farther from the irradiation target of the reflecting mirror 1501, and a reflecting mirror 15
01, a UV / IR cut filter 107 arranged so as to cover the opening,
Light path converting means 10 for converting the light reflected at 01 into parallel light
4, cholesteric liquid crystal layers 1502 and 1503, and phase plates 1504 and 1505. The cholesteric liquid crystal layer and the phase plate are provided with a plano-concave lens 10 as an optical path changing means in a plane perpendicular to the main axis 109 of the first reflecting mirror 1501.
4, and are divided into cholesteric liquid crystal layers 1502 and 1503 and phase plates 1504 and 1505 on a straight line including the main axis 109. Cholesteric liquid crystal layers 1502, 15
In No. 03, the rotation directions of the cholesteric spirals are opposite to each other so that the circularly polarized light having the opposite rotation directions is characteristically reflected. The phase plate 1504 covers the cholesteric liquid crystal layer 1502, and the phase plate 1505 covers the cholesteric liquid crystal layer 1503. Phase plate 1
Numerals 504 and 1505 denote quarter-wave optical phase plates which are arranged such that their slow axes are at 90 ° to each other.

【0084】この照明装置では、光源101から出射
し、反射鏡1501で反射したした光が集光光であるた
めに、これを平行化する光路変換手段104をUV,I
Rカットフィルタ107とコレステリック液晶層との間
に配置しているが、機能としては、図16を参照して説
明した照明装置と同様の効果が得られる。
In this illuminating device, light emitted from the light source 101 and reflected by the reflecting mirror 1501 is condensed light.
Although disposed between the R-cut filter 107 and the cholesteric liquid crystal layer, the function can achieve the same effect as the lighting device described with reference to FIG.

【0085】次に、本発明の照明装置の他の実施形態に
ついて説明する。図18は、本発明になる照明装置の断
面図及び正面図である。この照明装置は、反射面が回転
放物面で構成される反射鏡1501と、反射鏡1501
の焦点に発光部を配置した光源101と、反射鏡150
1の開口部を覆うように配置したUV,IRカットフィ
ルタ107と、位相板1801,1802と、直線偏光
反射板1803とを備える。位相板と直線偏光反射板
は、第1の反射鏡1501の主軸109に対して垂直な
面内に配置されており、位相板は主軸1109を含む直
線を境にして、位相板1801と位相板1802とに分
けられている。位相板1801,1802は、1/4波
長光学位相板であり、それぞれの遅相軸は互いに90°
を成し、且つ直線偏光反射板1803で反射もしくは透
過する直線偏光の偏光軸に対して45°を成すように配
置する。位相板1801,1802及び直線偏光反射板
1801としては前記実施形態と同様のものを使用する
ことができる。
Next, another embodiment of the lighting device of the present invention will be described. FIG. 18 is a sectional view and a front view of the lighting device according to the present invention. This lighting device includes a reflecting mirror 1501 whose reflecting surface is constituted by a paraboloid of revolution, and a reflecting mirror 1501.
A light source 101 having a light emitting unit disposed at the focal point of the
1 includes a UV / IR cut filter 107 arranged to cover one opening, phase plates 1801 and 1802, and a linearly polarized light reflecting plate 1803. The phase plate and the linearly polarized light reflecting plate are arranged in a plane perpendicular to the main axis 109 of the first reflecting mirror 1501, and the phase plate is separated from the phase plate 1801 and the phase plate by a straight line including the main axis 1109 as a boundary. 1802. The phase plates 1801 and 1802 are quarter-wave optical phase plates, and their slow axes are 90 ° with respect to each other.
And is arranged at 45 ° to the polarization axis of the linearly polarized light reflected or transmitted by the linearly polarized light reflecting plate 1803. As the phase plates 1801 and 1802 and the linearly polarized light reflecting plate 1801, the same as those in the above-described embodiment can be used.

【0086】次に、この照明装置の動作を説明する。光
源101から出射した光201は、反射鏡1501で反
射し、主軸109に対して略平行光となってUV,IR
カットフィルタ107を通過して不定偏光のまま位相板
1801を通過して直線偏光反射板1803に入射す
る。直線偏光反射板1803に入射した光のうち、特定
の直線偏光202は透過し、これとは偏光軸が垂直な直
線偏光は反射する。反射した光203は、位相板180
1の作用を受けて円偏光となり、図示のように、反射鏡
1501で2回反射した後に、位相板1802に入射す
る。このとき、反射光203は、反射鏡1501での反
射回数が偶数回であるので円偏光の回転方向は元のまま
である。ここで、位相板1802の遅相軸は、位相板1
801の遅相軸に対して90°を成している。このため
に、反射光203は、位相板1802の作用により直線
偏光に変換されたときには、その偏光軸が直線偏光反射
板1803の透過軸と一致するために、直線偏光反射板
1803を通過することになる。従って、光源101か
ら出射した不定偏光の大部分が直線偏光反射板1803
を通過するので偏光軸の揃った直線偏光を効率よく出力
できる。
Next, the operation of the lighting device will be described. The light 201 emitted from the light source 101 is reflected by a reflecting mirror 1501 and becomes substantially parallel to the main axis 109, and is converted into UV and IR light.
The light passes through the cut plate 107, passes through the phase plate 1801 with indeterminate polarization, and enters the linearly polarized light reflection plate 1803. Of the light incident on the linearly polarized light reflecting plate 1803, a specific linearly polarized light 202 is transmitted, and linearly polarized light having a polarization axis perpendicular thereto is reflected. The reflected light 203 is applied to the phase plate 180
The light is converted into circularly polarized light by the action of 1, and is reflected twice by the reflecting mirror 1501 as shown in FIG. At this time, since the number of times of reflection of the reflected light 203 by the reflecting mirror 1501 is an even number, the rotation direction of the circularly polarized light remains unchanged. Here, the slow axis of the phase plate 1802 is the phase plate 1
It forms 90 ° with respect to the slow axis of 801. For this reason, when the reflected light 203 is converted into linearly polarized light by the action of the phase plate 1802, the reflected light passes through the linearly polarized light reflecting plate 1803 because its polarization axis coincides with the transmission axis of the linearly polarized light reflecting plate 1803. become. Therefore, most of the indeterminate polarized light emitted from the light source 101 is reflected by the linearly polarized light reflecting plate 1803.
, Linearly polarized light having a uniform polarization axis can be output efficiently.

【0087】ところで、直線偏光反射板1803で反射
した光のうち、主軸109の近傍で反射した光は、反射
鏡1501で反射した後に、主軸109から離れた位置
から出射する。また、主軸109から離れた位置で反射
した光は、反射鏡1501で反射した後に主軸109の
近傍から出射する。つまり、主軸109の近傍から出射
する光と周辺部から出射する光の一部が入れ替わり、平
均化されるために、この照明装置から出射する光の強度
は位置によらずに均一になるという効果が得られる。
By the way, of the light reflected by the linearly polarized light reflecting plate 1803, the light reflected near the main axis 109 is reflected by the reflecting mirror 1501 and then emitted from a position distant from the main axis 109. Light reflected at a position distant from the main shaft 109 is emitted from the vicinity of the main shaft 109 after being reflected by the reflecting mirror 1501. In other words, since the light emitted from the vicinity of the main shaft 109 and a part of the light emitted from the peripheral portion are switched and averaged, the intensity of the light emitted from the lighting device becomes uniform regardless of the position. Is obtained.

【0088】更に、以上のような効果は、通常の照明装
置に1枚のプレート状の素子を配置するといった簡単な
構成で達成することができるため、光利用効率の高い照
明装置を小型,軽量で提供できるという効果がある。
尚、この実施形態では、位相板を主軸109を通る直線
で2分割し、それぞれの遅相軸が互いに90°をなすよ
うに各位相板を配置した。即ち、この照明装置の要点
は、反射鏡の主軸に対して垂直な面内に位相板と直線偏
光反射板を順に並べ、位相板は主軸を通る直線で偶数部
分に分割し、主軸に対して対称な位置に遅相軸が互いに
90°をなすように位相板を配置することで偏光軸の揃
った直線偏光が出力するようにすれば良く、前記実施形
態以外にも種種の変形を考えることができる。
Further, the above-mentioned effects can be achieved by a simple configuration in which one plate-like element is arranged in an ordinary lighting device, so that a lighting device with high light use efficiency can be reduced in size and weight. There is an effect that can be provided by.
In this embodiment, the phase plate is divided into two by a straight line passing through the main axis 109, and the phase plates are arranged such that the respective slow axes are at 90 ° to each other. That is, the point of this lighting device is that a phase plate and a linearly polarized light reflector are arranged in order in a plane perpendicular to the main axis of the reflecting mirror, and the phase plate is divided into even parts by a straight line passing through the main axis, and By arranging the phase plates at symmetrical positions so that the slow axes are at 90 ° to each other, linearly polarized light having a uniform polarization axis may be output, and various modifications other than the above embodiment may be considered. Can be.

【0089】次に、本発明の照明装置を用いた投射型表
示装置について図面を用いて説明する。
Next, a projection type display device using the illumination device of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0090】図19は、本発明になる投写型表示装置の
断面図である。この投写型表示装置は、照明装置190
1と、偏光子1701,液晶表示素子1702,検光子
1703からなる画像形成部1902と、この画像形成
部1902で形成した画像をスクリーン1705へ投写
する投写レンズ1704を備える。
FIG. 19 is a sectional view of a projection display according to the present invention. This projection type display device has a lighting device 190.
1, an image forming unit 1902 including a polarizer 1701, a liquid crystal display element 1702, and an analyzer 1703, and a projection lens 1704 that projects an image formed by the image forming unit 1902 on a screen 1705.

【0091】照明装置1901としては、前記したよう
な照明装置を用いれば良く、ここでは、光源101と、
反射面が回転楕円面で構成される第1の反射鏡102
と、中央部に開口部を有する反射面が球面で構成される
第2の反射鏡103と、平凹レンズ104とコレステリ
ック液晶層105と位相板106とから構成される照明
装置を使用した。
As the illuminating device 1901, the illuminating device described above may be used.
First reflecting mirror 102 whose reflecting surface is formed by a spheroid
An illumination device including a second reflecting mirror 103 having a spherical reflecting surface having an opening in the center, a plano-concave lens 104, a cholesteric liquid crystal layer 105, and a phase plate 106 was used.

【0092】偏光子1701及び検光子1703は、特
定の直線偏光は透過し、これとは偏光軸が垂直な直線偏
光は吸収するもので、ここでは延伸させたPVA(ポリ
ビニルアルコール)フィルムにヨウ素を吸収させて偏光
機能を付与した膜の両面にTAC(トリアセテート)保
護層を施した偏光板を、ガラス基板に粘着した状態のも
のを使用した。
The polarizer 1701 and the analyzer 1703 transmit specific linearly polarized light and absorb linearly polarized light having a perpendicular polarization axis. Here, iodine is applied to a stretched PVA (polyvinyl alcohol) film. A polarizing plate having a TAC (triacetate) protective layer provided on both surfaces of a film having a polarizing function by absorbing light was used in a state of being adhered to a glass substrate.

【0093】液晶表示素子1702は、画素を形成する
透明電極を施した2枚のガラス基板の間に誘電異方性が
正のネマティック液晶を封入し、液晶分子長軸が2枚の
ガラス基板間で連続的に90°ねじれた、いわゆるTN
(Twisted Nematic)液晶素子を用いた。また、液晶の
駆動には各画素ごとにスイッチング素子である薄膜トラ
ンジスタを形成して液晶を駆動するアクティブマトリク
ス方式を用いた。液晶表示素子1702の表示部の形状
は、縦横比3:4の長方形である。
In the liquid crystal display element 1702, a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is sealed between two glass substrates provided with transparent electrodes for forming pixels, and a long axis of liquid crystal molecules is formed between two glass substrates. So-called TN twisted continuously by 90 °
(Twisted Nematic) A liquid crystal element was used. The liquid crystal was driven by an active matrix method in which a thin film transistor serving as a switching element was formed for each pixel to drive the liquid crystal. The shape of the display portion of the liquid crystal display element 1702 is a rectangle having an aspect ratio of 3: 4.

【0094】投写レンズ1704は、画像形成部190
2で形成された画像をスクリーン1705に拡大投写す
るもので、フォーカス調整機構とズーム機構を備える。
The projection lens 1704 is connected to the image forming section 190
2 is an enlarged projection of the image formed on the screen 1705, and includes a focus adjustment mechanism and a zoom mechanism.

【0095】次に、この投射型表示装置の動作を説明す
る。照明装置1901から出力された光束は、画像形成
部1902に照射され、偏光子1701,液晶表示素子
1702,検光子1703を通過する際に、液晶表示素
子1702において画像情報に応じた変調をうけて光学
像を形成する。この光学像は、投写レンズ1704によ
ってスクリーン面1705に拡大投映される。
Next, the operation of the projection type display device will be described. The luminous flux output from the illumination device 1901 is applied to the image forming unit 1902 and passes through a polarizer 1701, a liquid crystal display element 1702, and an analyzer 1703, where the light flux is modulated in accordance with image information in the liquid crystal display element 1702. Form an optical image. This optical image is enlarged and projected on the screen surface 1705 by the projection lens 1704.

【0096】ここで、前記したように、照明装置190
1の光源101から出射する不定偏光のほとんどは特定
の直線偏光に変換されて略平行状態で照明装置1901
から出力する。この出力光束1903の偏光軸を偏光子
1701の透過軸と一致させておけば、偏光子1701
での吸収がほとんどない状態で液晶表示素子1702を
照明することができる。従って、従来、光源からの不定
偏光の半分以上の光が偏光子で吸収されて利用されてい
なかったのに比べて、この投射型表示装置では、光源1
01からの出射光のほとんどを有効な照明光として利用
することができるので、光利用効率が向上し、より明る
い投写映像を得ることができる。更に、偏光子1701
における光の吸収が著しく低減するために、偏光子の温
度上昇やこれに伴う偏光子の劣化が少ないので、長期に
渡って高画質な映像が得られるという効果もある。
Here, as described above, the lighting device 190
Most of the indeterminate polarized light emitted from the first light source 101 is converted into a specific linearly polarized light, and is substantially parallel to the illumination device 1901.
Output from If the polarization axis of the output light beam 1903 is matched with the transmission axis of the polarizer 1701, the polarizer 1701
The liquid crystal display element 1702 can be illuminated in a state where almost no absorption occurs. Therefore, in comparison with a conventional light source that absorbs more than half of the indeterminate polarized light from the light source and is not used because it is absorbed by the polarizer,
Since most of the light emitted from 01 can be used as effective illumination light, light use efficiency is improved and a brighter projected image can be obtained. Further, the polarizer 1701
In this case, since the absorption of light at the point is significantly reduced, the rise in the temperature of the polarizer and the deterioration of the polarizer due to the temperature increase are small, so that there is an effect that a high-quality image can be obtained over a long period of time.

【0097】また、第2の反射鏡103の開口部103
hの形状を、液晶表示素子1702の表示部と相似な長
方形としておけば、照明装置1902から出力される光
束の断面形状を液晶表示素子1702の表示部とほぼ同
じ形状とすることができる。即ち、照明光束の断面形状
が液晶表示素子1702の表示部の形状とほぼ同じ形状
となるために、液晶表示素子1702の表示部のほとん
どを過不足無く照明することができる。従って、従来か
ら存在する照明光束の断面形状と液晶表示素子107の
表示部の形状とのミスマッチによる光の損失がほとんど
ないので、高い光利用効率を実現することができ、より
明るい投写映像を得ることができる。
The opening 103 of the second reflecting mirror 103
If the shape of h is a rectangle similar to the display portion of the liquid crystal display element 1702, the cross-sectional shape of the light beam output from the lighting device 1902 can be made substantially the same as the display portion of the liquid crystal display element 1702. That is, since the cross-sectional shape of the illuminating light beam is substantially the same as the shape of the display portion of the liquid crystal display element 1702, most of the display portion of the liquid crystal display element 1702 can be illuminated without excess or shortage. Therefore, since there is almost no light loss due to a mismatch between the cross-sectional shape of the illumination light flux conventionally existing and the shape of the display portion of the liquid crystal display element 107, high light use efficiency can be realized and a brighter projected image can be obtained. be able to.

【0098】尚、この実施形態では、透過型のTN液晶
素子を用いたが、この他に、スーパーツイステッドネマ
ティック(STN)液晶素子,強誘電液晶素子,反強誘
電液晶素子,ECB効果を用いる液晶素子等の偏光状態
を制御して画像を形成するタイプの液晶を用いても同様
の効果が得られる。また、透過型の液晶素子だけでなく
反射型の液晶素子を用いてもよい。
In this embodiment, a transmission type TN liquid crystal element is used. In addition, a super twisted nematic (STN) liquid crystal element, a ferroelectric liquid crystal element, an antiferroelectric liquid crystal element, and a liquid crystal using the ECB effect are used. Similar effects can be obtained by using a liquid crystal of a type that forms an image by controlling the polarization state of an element or the like. Further, not only a transmission type liquid crystal element but also a reflection type liquid crystal element may be used.

【0099】液晶素子の駆動方式としては、アクティブ
マトリクス方式にに限らず、時分割駆動の単純マトリク
ス方式を使用することができる。アクティブ素子として
は、ポリシリコンTFT,アモルファスシリコンTF
T,MIM等を用いることができる。
The driving method of the liquid crystal element is not limited to the active matrix method, and a simple matrix method of time division driving can be used. Active elements include polysilicon TFT and amorphous silicon TF
T, MIM, etc. can be used.

【0100】照明装置としては、図18に示したものだ
けでなく、前述した本発明になる照明装置を用いること
でこの実施形態と同様な効果が得られる。
The same effects as in this embodiment can be obtained by using not only the illumination device shown in FIG. 18 but also the illumination device according to the present invention described above.

【0101】また、照明装置からの照明光をダイクロイ
ックミラーやダイクロイックプリズム等の色分離手段を
用いて赤,青,緑の3原色に分離し、分離した光をその
光路中に配置した液晶表示素子により画像情報に応じて
変調することで光学像を形成し、更にこれら光学像を合
成してカラー表示を行う場合でも同様の効果を有する投
写型表示装置が得られることは明らかであろう。
A liquid crystal display device in which the illumination light from the illumination device is separated into three primary colors of red, blue and green by using color separation means such as a dichroic mirror or a dichroic prism, and the separated light is disposed in the optical path. It is apparent that a projection display device having the same effect can be obtained even when an optical image is formed by modulating according to image information and a color display is performed by combining these optical images.

【0102】[0102]

【発明の効果】本発明の照明装置は、光源装置から出射
して偏光分離手段に入射した無偏光を互いに偏光状態が
異なる第1の偏光と第2の偏光に分離し、一方は所望の
直線偏光として出射し、他方は円偏光として光源装置に
戻す。この戻した円偏光は、第1の反射鏡及び第2の反
射鏡において奇数回反射させた後に再び偏光分離手段に
入射するので、初めに偏光分離手段で反射したときとは
逆回転の円偏光となり、今度は、偏光分離手段を透過し
て所望の直線偏光として出射する。すなわち、光源から
出射する不定偏光を効率良く所望の直線偏光に変換して
照明光として出力することができる。また、光源を第1
の反射鏡と第2の反射鏡により大きく覆っているため、
光源から出射した光束の大部分を照明光束として利用す
ることができる。つまり、高い偏光変換効率と高い集光
効率を有する光利用効率の高い照明装置を提供すること
ができる。
According to the illumination device of the present invention, non-polarized light emitted from the light source device and incident on the polarization separating means is separated into first and second polarized lights having different polarization states from each other. The light is emitted as polarized light, and the other is returned to the light source device as circularly polarized light. The returned circularly polarized light is reflected by the first reflecting mirror and the second reflecting mirror an odd number of times and then re-enters the polarized light separating means. This time, the light passes through the polarization separation means and is emitted as desired linearly polarized light. That is, it is possible to efficiently convert the indeterminate polarized light emitted from the light source into a desired linearly polarized light and output it as illumination light. Also, the light source is the first
Because it is largely covered by the reflector and the second reflector,
Most of the light beam emitted from the light source can be used as the illumination light beam. That is, it is possible to provide an illumination device having high light conversion efficiency and high polarization conversion efficiency and high light collection efficiency.

【0103】また、本発明の他の照明装置では、光源装
置から出射し、偏光分離手段に入射した無偏光は互いに
偏光状態が異なる第1の偏光と第2の偏光に分離し、一
方は所望の直線偏光として出射し、他方は円偏光として
光源装置に戻す。この戻した円偏光は、反射鏡で反射さ
せた後に偏光分離手段に再入射するが、反射鏡での反射
の回数が偶数回であると円偏光の回転方向に変化はな
い。このとき、この反射光は、初めに偏光分離手段で反
射した領域とは異なる領域、つまりこの円偏光を透過す
る領域に入射することにより、今度は、偏光分離手段を
透過して所望の直線偏光として出射する。すなわち、光
源から出射する不定偏光を効率良く所望の直線偏光に変
換して照明光として出力することができる。また、光源
装置へ戻した光のうち光軸近傍の光は反射鏡での反射に
より光軸から離れた位置から再出射し、光軸から離れた
位置に再帰した光は光軸近傍から再出射するために、光
軸近傍の光と周辺部の光の一部が入れ替わり、平均化さ
れるために光強度分布が均一な光を出力することができ
る。
In another illumination device of the present invention, non-polarized light emitted from the light source device and incident on the polarization splitting means is separated into first and second polarized lights having different polarization states from each other. And the other is returned to the light source device as circularly polarized light. The returned circularly polarized light is reflected by the reflecting mirror and then re-enters the polarization splitting means. However, if the number of reflections by the reflecting mirror is an even number, the rotation direction of the circularly polarized light does not change. At this time, the reflected light is incident on a region different from the region first reflected by the polarization separation means, that is, a region transmitting this circularly polarized light, and then transmitted through the polarization separation means to obtain a desired linearly polarized light. And emitted. That is, it is possible to efficiently convert the indeterminate polarized light emitted from the light source into a desired linearly polarized light and output it as illumination light. Also, of the light returned to the light source device, light near the optical axis is re-emitted from a position away from the optical axis due to reflection by a reflecting mirror, and light returned to a position away from the optical axis is re-emitted from near the optical axis. As a result, light near the optical axis and part of the light around the optical axis are switched and averaged, so that light with a uniform light intensity distribution can be output.

【0104】更に、このような効果は、通常の照明装置
に1枚のプレート状の素子を配置するといった簡単な構
成で得ることができるために、光利用効率の高い照明装
置を小型,軽量で提供できるという効果がある。
Further, since such an effect can be obtained with a simple configuration in which one plate-like element is arranged in an ordinary lighting device, a lighting device having high light use efficiency can be reduced in size and weight. There is an effect that it can be provided.

【0105】また、この発明の投射型表示装置では、本
発明の照明装置を用いることにより、光源からの不定偏
光のほとんどを有効な照明光として利用することができ
るので、光利用効率が向上し、より明るい投写映像を得
ることができる。更に、偏光子における光の吸収が著し
く低減するために、偏光子の温度上昇やこれに伴う偏光
子の劣化を少なくすることができるので、長期に渡って
高画質な映像が得られるという効果がある。
Further, in the projection display device of the present invention, by using the illuminating device of the present invention, almost all of the indeterminate polarized light from the light source can be used as effective illuminating light. , A brighter projected image can be obtained. Furthermore, since the absorption of light in the polarizer is significantly reduced, the temperature rise of the polarizer and the accompanying deterioration of the polarizer can be reduced, so that high-quality images can be obtained over a long period of time. is there.

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

【図1】本発明になる照明装置の一実施形態を示す断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a lighting device according to the present invention.

【図2】図1に示した本発明になる照明装置の動作説明
図である。
FIG. 2 is an operation explanatory view of the lighting device according to the present invention shown in FIG. 1;

【図3】図1に示した本発明になる照明装置の動作説明
図である。
FIG. 3 is an operation explanatory view of the lighting device according to the present invention shown in FIG. 1;

【図4】本発明になる照明装置の他の実施形態を示す断
面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the lighting device according to the present invention.

【図5】図4に示した本発明になる照明装置で使用する
直線偏光反射板の断面構造図である。
5 is a sectional structural view of a linearly polarized light reflecting plate used in the lighting device according to the present invention shown in FIG.

【図6】図4に示した本発明になる照明装置の動作説明
図である。
FIG. 6 is an operation explanatory view of the lighting device according to the present invention shown in FIG. 4;

【図7】本発明になる照明装置において使用する直線偏
光反射板の変形例を示す模式断面構造図である。
FIG. 7 is a schematic sectional structural view showing a modified example of the linearly polarized light reflecting plate used in the lighting device according to the present invention.

【図8】本発明になる照明装置において使用する直線偏
光反射手段の他の変形例を示す断面構造図である。
FIG. 8 is a sectional structural view showing another modification of the linearly polarized light reflecting means used in the lighting device according to the present invention.

【図9】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を示
す断面図及び正面図である。
FIG. 9 is a sectional view and a front view showing still another embodiment of a lighting device according to the present invention.

【図10】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を
示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing still another embodiment of the lighting device according to the present invention.

【図11】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を
示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing still another embodiment of the lighting device according to the present invention.

【図12】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を
示す断面図及び正面図である。
FIG. 12 is a sectional view and a front view showing still another embodiment of a lighting device according to the present invention.

【図13】図12に示した本発明になる照明装置の原理
説明図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating the principle of the lighting device according to the present invention shown in FIG.

【図14】本発明になる照明装置における第2の反射鏡
の開口部の大きさを特定するための説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram for specifying the size of the opening of the second reflecting mirror in the lighting device according to the present invention.

【図15】本発明になる照明装置における第2の反射鏡
の開口部の大きさを特定するための説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram for specifying the size of the opening of the second reflecting mirror in the lighting device according to the present invention.

【図16】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を
示す断面図及び正面図である。
FIG. 16 is a sectional view and a front view showing still another embodiment of a lighting device according to the present invention.

【図17】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を
示す断面図及び正面図である。
FIG. 17 is a sectional view and a front view showing still another embodiment of a lighting device according to the present invention.

【図18】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を
示す断面図及び正面図である。
FIG. 18 is a sectional view and a front view showing still another embodiment of the lighting device according to the present invention.

【図19】本発明になる投射型液晶表示装置の一実施形
態を示す断面図である。
FIG. 19 is a sectional view showing one embodiment of a projection type liquid crystal display device according to the present invention.

【図20】従来の照明装置の一例を示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional lighting device.

【図21】従来の照明装置の他の例を示す断面図であ
る。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing another example of a conventional lighting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…光源、102…第1の反射鏡、103…第2の
反射鏡、103h…開口部、104…光路変換手段、1
05…コレステリック液晶層、106…(1/4波長光
学)位相板、107…UV,IRカットフィルタ。
Reference numeral 101: light source, 102: first reflecting mirror, 103: second reflecting mirror, 103h: opening, 104: optical path changing means, 1
05: cholesteric liquid crystal layer, 106: (1/4 wavelength optical) phase plate, 107: UV, IR cut filter.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G03B 21/14 G03B 21/14 A ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G03B 21/14 G03B 21/14 A

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光を放射する光源と該光源の背後に設けた
第1の反射鏡及び該第1の反射鏡に反射面を対向させて
配置した中央部に開口を有する第2の反射鏡を備えた光
源装置と、この光源装置からの光を互いに偏光状態が異
なる第1及び第2の偏光に分離し、所望の偏光である第
1の偏光は透過させ、第2の偏光は反射して前記光源装
置に戻すようにした偏光分離手段を備えた照明装置であ
って、前記光源装置は、前記偏光分離手段から戻された
第2の偏光を前記第1の反射鏡によって前記第2の反射
鏡に向けて反射し、前記第2の反射鏡は前記第1の反射
鏡によって反射された第2の偏光を再び第1の反射鏡に
向けて反射し、この第1の反射鏡は第2の反射鏡で反射
された第2の偏光を前記偏光分離手段に向けて反射する
ようにしたことを特徴とする照明装置。
1. A light source for emitting light, a first reflecting mirror provided behind the light source, and a second reflecting mirror having an opening in a central portion in which a reflecting surface is arranged to face the first reflecting mirror. And the light from the light source device is separated into first and second polarized lights having different polarization states from each other, the first polarized light as a desired polarized light is transmitted, and the second polarized light is reflected. An illumination device provided with polarization separation means for returning the polarized light to the light source device, wherein the light source device transmits the second polarized light returned from the polarization separation means to the second polarized light by the first reflecting mirror. Reflecting toward a reflecting mirror, the second reflecting mirror reflects the second polarized light reflected by the first reflecting mirror again toward the first reflecting mirror, and the first reflecting mirror reflects the second polarized light toward the first reflecting mirror. The second polarized light reflected by the second reflecting mirror is reflected toward the polarized light separating means. Lighting apparatus according to symptoms.
【請求項2】請求項1において、前記光源装置における
前記第1の反射鏡は、前記光源を被照射面に遠い側の略
焦点位置に配置した回転楕円面鏡とし、前記第2の反射
鏡は、前記光源を略曲率中心位置に配置した球面鏡と
し、前記光源装置と前記偏光分離手段との間には前記光
源装置から出力される集光方向の光束を平行光束に変換
する光路変換手段を備えたことを特徴とする照明装置。
2. The second reflecting mirror according to claim 1, wherein the first reflecting mirror in the light source device is a spheroidal mirror in which the light source is arranged at a substantially focal position on a side far from an irradiated surface. Is a spherical mirror in which the light source is disposed substantially at the center of curvature, and between the light source device and the polarization splitting device, an optical path conversion unit that converts a light beam in the converging direction output from the light source device into a parallel light beam. A lighting device, comprising:
【請求項3】請求項1において、前記光源装置における
前記第1の反射鏡は、前記光源を略焦点位置に配置した
回転放物面鏡とし、前記第2の反射鏡は、前記光源を略
中心位置に配置した球面鏡としたことを特徴とする照明
装置。
3. The light source device according to claim 1, wherein the first reflecting mirror in the light source device is a rotating parabolic mirror in which the light source is disposed at a substantially focal position, and the second reflecting mirror is substantially the same as the light source. An illuminating device comprising a spherical mirror arranged at a center position.
【請求項4】請求項1〜3の1項において、前記第1の
反射鏡の反射面を該第1の反射鏡の焦点位置を含む光軸
に垂直な面まで配置し、前記第2の反射鏡の反射面を前
記焦点位置を含む光軸に垂直な面から配置したことを特
徴とする照明装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein a reflecting surface of said first reflecting mirror is arranged up to a surface perpendicular to an optical axis including a focal position of said first reflecting mirror, A lighting device, wherein a reflecting surface of a reflecting mirror is arranged from a plane perpendicular to an optical axis including the focal position.
【請求項5】請求項1において、前記光源装置における
前記第1の反射鏡は、前記光源を略焦点位置に配置した
回転放物面鏡とし、前記第2の反射鏡は、光軸に垂直な
面内に反射面を備えた反射鏡としたことを特徴とする照
明装置。
5. The light source device according to claim 1, wherein the first reflecting mirror in the light source device is a rotating parabolic mirror in which the light source is disposed at a substantially focal position, and the second reflecting mirror is perpendicular to an optical axis. An illuminating device comprising a reflecting mirror having a reflecting surface in a flat surface.
【請求項6】請求項5において、前記第2の反射鏡は、
その光軸を中心とし、直径が前記第1の反射鏡の焦点距
離の4倍の円形もしくはこの円形に外接するような矩形
の開口部を備えたことを特徴とする照明装置。
6. The apparatus according to claim 5, wherein the second reflecting mirror is
A lighting device comprising a circular opening centered on the optical axis and having a diameter four times the focal length of the first reflecting mirror or a rectangular opening circumscribing the circular shape.
【請求項7】請求項1〜6の1項において、前記偏光分
離手段は、前記光源装置側に配置した1/4波長光学位
相板と、照射対象側に配置した直線偏光反射手段を備え
たことを特徴とする照明装置。
7. The polarizing beam splitter according to claim 1, wherein the polarization separating means includes a quarter-wave optical phase plate disposed on the light source device side, and a linearly polarized light reflecting means disposed on the irradiation target side. A lighting device, comprising:
【請求項8】請求項1〜6の1項において、前記偏光分
離手段は、前記光源装置側に配置したコレステリック液
晶層と、照射対象側に配置した1/4波長光学位相板を
備えたことを特徴とする照明装置。
8. The apparatus according to claim 1, wherein said polarization separating means includes a cholesteric liquid crystal layer disposed on said light source device side and a quarter-wave optical phase plate disposed on an irradiation target side. A lighting device characterized by the above-mentioned.
【請求項9】光を放射する光源及び該光源の背後に設け
られた反射鏡を備えた光源装置と、この光源装置からの
光を互いに偏光状態が異なる第1及び第2の偏光に分離
し、その一方は透過させ、他方は反射して前記光源装置
に戻す偏光分離手段を備えた照明装置であって、 前記光源装置は、前記偏光分離手段により戻された光を
前記反射鏡に於いて2回反射せた後に再び前記偏光分離
手段に入射せしめるよう構成し、 前記偏光分離手段は、光軸に略垂直な面内の前記光源装
置側に配置した1/4波長光学位相板と、照射対象側に
配置した直線偏光反射手段を備え、前記1/4波長光学
位相板は光軸を含む直線で複数の領域に分離され、光軸
に対して点対称の位置関係にある領域の1/4波長光学
位相板の遅相軸が互いに90°を成していることを特徴
とする照明装置。
9. A light source device comprising a light source for emitting light and a reflector provided behind the light source, and separating the light from the light source device into first and second polarized lights having different polarization states from each other. One of which transmits light and the other of which is a lighting device provided with polarization separating means for reflecting and returning to the light source device, wherein the light source device transmits the light returned by the polarization separating means to the reflecting mirror. After being reflected twice, the light is again incident on the polarization splitting means. The polarization splitting means comprises a quarter-wavelength optical phase plate disposed on the light source device side in a plane substantially perpendicular to the optical axis, and irradiation. A linearly polarized light reflecting means disposed on the object side, wherein the quarter-wavelength optical phase plate is divided into a plurality of regions by a straight line including the optical axis, and is divided into 1/100 of a region having a point symmetrical positional relationship with the optical axis. The slow axes of the four-wavelength optical phase plate must be at 90 ° to each other. Lighting apparatus according to claim.
【請求項10】光を放射する光源及びこの光源の背後に
設けられた反射鏡を備えた光源装置と、この光源装置か
らの光を互いに偏光状態が異なる第1及び第2の偏光に
分離し、一方は透過させ、他方は反射して前記光源手段
に戻す偏光分離手段を備えた照明装置であって、 前記光源装置は、前記偏光分離手段により戻された光を
前記反射鏡において2回反射させた後に再び前記偏光分
離手段に入射せしめるように構成し、 前記偏光分離手段は、光軸に略垂直な面内の前記光源装
置側に配置したコレステリック液晶層と、照射対象側に
配置した1/4波長光学位相板を備え、光軸を含む直線
で複数の領域に分離され、光軸に対して点対称の位置関
係にある領域のコレステリック液晶層の螺旋方向が互い
に逆であり且つ1/4波長光学位相板の遅相軸が互いに
90°を成していることを特徴とする照明装置。
10. A light source device comprising a light source for emitting light and a reflecting mirror provided behind the light source, and separating the light from the light source device into first and second polarized lights having different polarization states from each other. An illumination device including a polarization splitting unit that transmits one light and reflects the other light back to the light source unit, wherein the light source unit reflects the light returned by the polarization splitting unit twice on the reflecting mirror. After that, the light is again incident on the polarized light separating means. The polarized light separating means is arranged on the light source device side in a plane substantially perpendicular to the optical axis, and on the irradiation target side. The cholesteric liquid crystal layer is provided with a 波長 wavelength optical phase plate, is separated into a plurality of regions by a straight line including the optical axis, and has a helical direction opposite to that of the cholesteric liquid crystal layer in a point symmetrical positional relationship with respect to the optical axis. 4 wavelength optical phase plate Lighting device characterized by phase axis forms a 90 ° from each other.
【請求項11】請求項9または10において、前記光源
装置における前記反射鏡は、前記光源を照射対象に遠い
側の略焦点位置に配置した回転楕円面鏡であり、前記光
源装置と前記偏光分離手段との間に前記光源装置から出
力される光束を平行光束に変換する光路変換手段を備え
たことを特徴とする照明装置。
11. The light source device and the polarization splitting device according to claim 9, wherein the reflecting mirror in the light source device is a spheroidal mirror in which the light source is disposed at a substantially focal position on a side farther from an irradiation target. An illuminating device comprising: an optical path converting unit for converting a light beam output from the light source device into a parallel light beam between the light source device and the light source device.
【請求項12】請求項9または10において、前記光源
装置における前記反射鏡は、前記光源を略焦点位置に配
置した回転放物面鏡であることを特徴とする照明装置。
12. An illuminating device according to claim 9, wherein said reflecting mirror in said light source device is a rotating parabolic mirror in which said light source is disposed at a substantially focal position.
【請求項13】請求項1〜12の1項に記載された照明
装置と、この照明装置からの偏光を画像情報に応じて変
調して画像を形成する画像形成手段と、この画像形成手
段により形成された画像光を拡大投射する投射手段を備
えたことを特徴とする投射型表示装置。
13. An illuminating device according to claim 1, an image forming means for modulating polarized light from the illuminating device according to image information to form an image, and the image forming means. A projection display device comprising a projection unit for enlarging and projecting the formed image light.
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