WO2001013162A1 - Illuminateur a lumiere polarisee et affichage de projection - Google Patents

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polarization
polarized light
condensing
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Yoshitaka Itoh
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Seiko Epson Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a polarized light illuminating device that uniformly illuminates a rectangular illumination area or the like using polarized light having a uniform polarization direction, and a projection display device using the polarized light illuminating device. More specifically, the present invention relates to a structural technique for combining light emitted from two light sources while aligning the polarization directions. Background art
  • a liquid crystal display device that uses a type of modulation element that modulates specific polarized light, such as a liquid crystal element, uses only one of the two types of polarization components of the light emitted from the light source. Can not. Therefore, in order to obtain a bright projection image, it is necessary to increase the light use efficiency. However, since there is a limit to improving the efficiency of light utilization in a projection display device using only one light source, increasing the amount of light using multiple light sources is also one way to obtain a bright projected image. .
  • An object of the present invention is to provide a polarized light illuminating device that can use both polarized light components without increasing the illumination angle while using a plurality of light sources.
  • the present invention provides a projection display device capable of projecting a projected image.
  • a first polarized light separating element transmits linearly polarized light having a polarization direction parallel to the incident surface and reflects linearly polarized light having a polarization direction orthogonal to the incident surface.
  • linearly polarized light whose polarization direction is orthogonal to the incident surface is transmitted, and linearly polarized light whose polarization direction is parallel to the incident surface is reflected.
  • a polarization separation film; and a polarization separation / synthesis optical element having:
  • a first converging / reflecting optical element including a plurality of minute converging / reflecting elements that substantially reverses a traveling direction of the linearly polarized light transmitted through the first polarization splitting film and forms a converged image
  • a first polarization separation film and a plurality of minute light-condensing reflection elements that substantially reverse the traveling direction of the linearly polarized light reflected by the second polarization separation film and form a condensed image. 2 condensing and reflecting optical elements,
  • a third converging / reflecting optical element comprising a plurality of minute converging / reflecting elements for substantially reversing the traveling direction of the linearly polarized light transmitted through the second polarization separating film and forming a condensed image;
  • a first polarization state conversion optical element disposed between the polarization separation / combination optical element and the first condensing / reflecting optical element;
  • a second polarization state conversion optical element disposed between the polarization separation / combination optical element and the second condensing / reflecting optical element;
  • a third polarization state conversion optical element disposed between the polarization separation / combination optical element and the third condensing / reflecting optical element;
  • a polarization conversion optical element for aligning the polarization direction of the linearly polarized light synthesized by the polarization separation / synthesis optical element.
  • the central axes of the light beams reflected by the minute condensing and reflecting element of the reflecting optical element and entering the polarization conversion optical element are parallel to each other and overlap with each other. It is characterized by not knowing.
  • Linearly polarized light that passes through the film and whose polarization direction is orthogonal to the plane of incidence is reflected by the first polarization separation film.
  • the linearly polarized light having the polarization direction orthogonal to the incident plane is transmitted through the second polarization separation film, and the linearly polarized light is parallel to the incident plane.
  • the polarized light is reflected by the second polarization splitting film.
  • the “incident surface” is a technical term used in the field of optics, and means a virtual plane including a central axis of a light beam incident on a film and a normal to the film.
  • the linearly polarized light transmitted through the first polarization separation film passes through the first polarization state conversion optical element, is reflected by the first condensing reflection optical element, and passes through the first polarization state conversion optical element again. Then, go to the polarization separation / combination optical element. At this time, this light is separated into a plurality of intermediate light beams by the first condensing optical reflection element, and the polarization direction of the light is approximately 9 by passing twice through the first polarization state conversion optical element. It is converted to linearly polarized light that differs by 0 degrees. Therefore, when this light returns to the polarization separation / combination optical element, it is reflected by the first polarization separation film and travels to the polarization conversion optical element.
  • the polarized light traveling toward the polarization conversion optical element in this manner is defined as a first polarized light flux.
  • the linearly polarized light reflected by the first polarization separation film and the second polarization separation film passes through the second polarization state conversion optical element, and is reflected by the second condensing reflection optical element. Then, the light again passes through the second polarization state conversion optical element and goes to the polarization separation / combination optical element. At this time, these lights are separated into a plurality of intermediate luminous fluxes by the second condensing optical reflection element, and the polarization direction thereof is about 90 degrees by passing twice through the second polarization state conversion optical element. It is converted to different linearly polarized light.
  • the polarized light traveling toward the polarization conversion optical element in this manner is polarized light whose polarization direction is substantially orthogonal to the first polarized light beam. This is defined as a second polarized light beam.
  • the linearly polarized light transmitted through the second polarization separation film passes through the third polarization state conversion optical element.
  • the light is reflected by the third condensing / reflecting optical element, passes through the third polarization state conversion optical element again, and travels toward the polarization splitting / combining optical element. At this time, this light is separated into a plurality of intermediate light beams by the third condensing optical reflection element, and the polarization direction of the light is about 90 degrees by passing twice through the third polarization state conversion optical element. It is converted to different linearly polarized light. Therefore, when this light returns to the polarization separation / combination optical element, it is reflected by the second polarization separation film and travels to the polarization conversion optical element. This polarized light has the same polarization direction as the first polarized light flux. Therefore, this is also the first polarized light beam.
  • the central axis of the first polarized light beam and the central axis of the second polarized light beam are parallel to each other and do not overlap. Therefore, the condensed image by the first polarized light beam and the condensed image by the second polarized light beam are formed at different positions. Therefore, the polarization direction of the first polarized light beam and the polarized direction of the second polarized light beam can be aligned by the polarization conversion optical element.
  • the illuminating light can be illuminated without increasing the incident angle (illumination angle) of the illuminating light on the illuminated area.
  • the area to be illuminated can be made substantially the same as the area illuminated by one light source unit. For this reason, the amount of light per fixed area can be approximately doubled compared to the case where one light source unit is used, so that the illumination area can be illuminated very brightly. Further, if the intermediate light beams separated by the respective converging / reflecting optical elements are superimposed on one illuminated area, the illuminated area can be uniformly illuminated.
  • the polarized light illuminating device of the present invention is used as a light source of a display device, an extremely uniform image can be obtained. Furthermore, in the polarized light illuminating device of the present invention, random polarized light emitted from the first and second light source units can be combined into one type of polarized light with almost no loss. Therefore, if the polarized light illuminating device of the present invention is applied to a display device using a modulation element of a type that modulates a specific polarized light such as a liquid crystal element, an extremely bright image can be obtained.
  • the light is reflected by the microscopic light condensing and reflecting element and becomes a polarization conversion optical element.
  • the fact that the central axes of the incident light beams are parallel to each other means that the light reflected by the minute condensing and reflecting elements of the first to third condensing and reflecting optical elements is polarized and separated at almost the same angle. It means that it is incident on the combining element. Therefore, even when the polarization separation / polarization separation of the combining element / synthesis characteristics easily depend on the incident angle of light, stable polarization separation / synthesis can be performed, and illumination light with less unevenness can be obtained. It becomes possible.
  • first to third light-collecting / reflecting optical elements are arranged are not clearly defined.
  • the first intermediate light beam and the third intermediate light beam overlap each other on the polarization conversion optical element, and the first and third intermediate light beams and the second intermediate light beam are overlapped on the polarization conversion optical element.
  • the first to third condensing and reflecting optical elements may be arranged so as not to overlap.
  • the shape of the opening of the minute condensing reflection element can be similar to the shape of the illuminated area.
  • the light from the light source section is split into a plurality of lights by the condensing / reflecting optical element and is finally superimposed on the illuminated area.
  • a condensing optic provided with a plurality of condensing elements on an incident surface side or an exit surface side of the polarization conversion optical element, for condensing light emitted from the polarization splitting / combining optical element. Elements can be arranged.
  • the condensing optical element By arranging the condensing optical element in this way, it is possible to effectively guide each of the plurality of lights divided and formed by the condensing and reflecting optical element to a predetermined position of the polarization conversion optical element while condensing the light. Therefore, there is an effect that the polarization conversion efficiency in the polarization conversion optical element can be improved.
  • the number of the minute condensing / reflecting elements constituting the first to third condensing / reflecting optical elements is different from each other, the number of the condensing / reflecting optical elements constituted by the most minute condensing / reflecting elements is
  • the light-collecting optical element may be constituted by twice the number of light-collecting and reflecting elements used therein.
  • a superimposing optical element that superimposes light emitted from the polarization conversion optical element on an illuminated area can be arranged on the emission surface side of the polarization conversion optical element.
  • an optical path changing optical element that changes an optical path of light emitted from the polarization conversion optical element can be disposed on an emission surface side of the polarization conversion optical element. If the optical path changing optical element is arranged so that the illumination light can be emitted in the direction parallel to the plane defined by the optical axis of the light source unit, the thickness of the polarization illuminator in one direction can be reduced, and the thin polarization illumination The device can be realized. Therefore, when this polarized light illumination device is used as a light source of a projection display device or the like, a compact projection display device can be obtained.
  • each of the minute condensing and reflecting elements of the first to third condensing and reflecting optical elements can be constituted by a plurality of curved surface reflecting mirrors.
  • the minute condensing and reflecting element of the first to third condensing and reflecting optical elements is a lens, and a reflecting surface provided on a surface of the lens opposite to the polarized light separating / combining optical element. It can also be configured. With such a configuration, light from the light source unit can be easily separated into a plurality of intermediate light beams.
  • the curved reflection mirror is an eccentric mirror, or if the lens is an eccentric lens
  • the polarization conversion optical element and the condensing optical element described above can be miniaturized, and the superimposed optical element described above can be used. If not, the light can be effectively guided to the illuminated area.
  • a polarized light illuminating device is used for a projection display device having a light modulating element for modulating light emitted from the polarized light illuminating device, and a projection optical system for projecting the light modulated by the light modulating element. be able to.
  • a polarized light illuminating device includes a color light separating optical element for separating light emitted from the polarized light illuminating device into a plurality of color lights, and a plurality of light beams respectively modulating the color lights separated by the color light separating optical element.
  • a color image including a light modulating element, a color light combining optical element that combines light modulated by the plurality of light modulating elements, and a projection optical system that projects the light combined by the color light combining optical element can be displayed. It can also be used in projection display devices.
  • the polarized light illuminating device includes: a reflective light modulating element that modulates light emitted from the polarized light illuminating device; light emitted from the polarized light illuminating device; Polarization separation that separates multiple polarization components contained in the split light
  • the present invention can also be used for a projection display device including an optical element and a projection optical system that projects light that is modulated by the reflection type light modulation element and emitted through the polarization separation optical element.
  • the polarized light illuminating device includes: a color light separating optical element that separates light emitted from the polarized light illuminating device into a plurality of color lights; and a plurality of reflections that respectively modulate the color lights separated by the color light separating optical element.
  • An element a color light combining optical element that combines light modulated by each of the reflection type light modulation elements, and emitted through each of the polarization splitting optical elements; and light combined by the color light combining optical element.
  • a projection optical system having a projection optical system for projecting the image.
  • the polarized light illuminating device of the present invention emits a light beam having a uniform polarization direction, it is suitable for a projection display device using a liquid crystal element as a light modulating element.
  • At least one of the first and second light source units is configured to be detachable. With such a configuration, one of the light source units can be removed when the projection display device is carried, thereby improving portability.
  • At least one of the first and second light source units can be selectively turned on.
  • the projection display device when the projection display device is driven by a battery, only one of the light sources is selectively turned on, thereby extending the life of the battery.
  • the two light sources When observing a projected image in a bright place, the two light sources are turned on.
  • only one of them is selectively turned on. It is possible to appropriately change the brightness of the object according to the environment and the preference of the observer.
  • the spectral characteristics and the luminance characteristics of the light emitted from the first and second light source units can be different from each other. Like this Then, the color level of the illumination light can be easily set to a predetermined color level.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical system configured in a polarized light illumination device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a detailed structure of the polarization separation / combination optical element 201.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of an optical system configured in the polarized light illumination device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a single condensing mirror of the polarized light illumination device shown in FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a polarization operation in the polarized light illuminating device shown in FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view of a lens plate of the polarized light illumination device shown in FIG.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a position where a secondary light source image is formed on the condenser lens plate of the polarized light illumination device shown in FIG.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an optical system configured in the polarized light illumination device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a basic configuration of an optical system configured in the polarized light illumination device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of an optical system configured in a polarized light illuminating apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view of a condensing mirror plate that can be used as the fifth embodiment in the polarized light illumination devices according to the first to fourth embodiments.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram on an Xz plane of an optical system of an example of a projection display device including the polarization illumination optical system shown in FIGS.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram of the optical system of the projection display apparatus shown in FIG. 12 in the yz plane.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a light emitting spectrum of a light source lamp of the polarized light illumination device.
  • Fig. 15 shows another example of a projection display equipped with the polarized illumination optical system shown in Figs. 1 and 3.
  • 1 is a schematic configuration diagram of an optical system in an xz plane.
  • the three spatial axes orthogonal to each other are defined as the X axis, the y axis, and the z axis, and the two directions parallel to the X axis are + x direction and one X direction, respectively, and the two directions parallel to the y axis are +
  • the y direction, the -y direction, and the two directions parallel to the z axis are the + z direction and the 1z direction, respectively.
  • light having a polarization direction parallel to the X axis is defined as X polarized light
  • light having a polarization direction parallel to the y axis is defined as y polarized light
  • light having a polarization direction parallel to the z axis is defined as z polarized light.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the polarized light illumination device of the present invention.
  • two light sources a first light source unit 101 and a second light source unit 102, that emit light having a random polarization direction (hereinafter, referred to as “randomly polarized light”) Section is provided.
  • a polarized light illuminating device 1 has a first light source unit 101, a polarized light separating unit, along system optical axes L1 and L that intersect at right angles in the xy plane.
  • Synthetic optical element 201 first quarter-wave plate 35 1 (first polarization state conversion optical element) and second quarter / 4-wave plate 35 2 (second polarization state) Conversion optical element), first condensing mirror plate 301 (first condensing / reflecting optical element), second condensing mirror plate 302 (second condensing / reflecting optical element), condensing lens It has a section 401 (condensing optical element, polarization conversion optical element and superimposing optical element), and a folded reflecting mirror 501 (optical path changing optical element).
  • the randomly polarized light emitted from the first light source unit 101 is separated into two types of polarized light in the polarization splitting / combining optical element 201, and then the first polarized light is separated from the first polarized light.
  • the optical element 201 and the condensing lens section 401 combine the light again as one kind of polarized light, pass through the reflected mirror 501, and reach the rectangular illuminated area 601. ing.
  • the second light source unit 102 along the system optical axes L2, L intersecting at right angles in the yz plane, the second light source unit 102, the polarization separation / combination optical element 201, the third ⁇ / 4 retardation plate 3 5 3 (third polarization state conversion optical element), the second person / 4 phase difference plate 35 2, third condenser mirror plate 30 3 (third condenser reflection optical element)
  • the second condensing mirror plate 302, the condensing lens portion 401, and the return reflection mirror 501 are arranged.
  • the random polarized light emitted from the second light source unit 102 is separated into two types of polarized light in the polarization splitting / combining optical element 201, and then the third polarized light is output.
  • Phase difference plate 3 5 3, 3rd condensing mirror plate 3 0 3, 2nd / 4 phase difference plate 3 5 2, 2nd condensing mirror plate 3 0 2 The light is again synthesized as one type of polarized light by the condenser 201 and the condensing lens section 401, and similarly reaches the rectangular illuminated area 6001 via the return reflecting mirror 501. I have. Note that the emission direction of the illumination light whose traveling direction is bent by approximately 90 degrees by the return reflection mirror 501 is almost equal to the plane including the first and second light source units 101 and 102. Parallel.
  • the system optical axis L1 substantially coincides with the central axis of the light emitted from the first light source, and the system optical axis L2 substantially coincides with the central axis of the light emitted from the second light source.
  • the system optical axis L is almost coincident with the central axis of the combined light emitted from the polarization separation / combination optical element.
  • the first and second light source sections 101 and 102 are roughly composed of light source lamps 111 and 112 and parabolic reflectors 112 and 122, respectively.
  • the randomly polarized lights emitted from the lamps 1 1 1 and 1 1 2 are reflected in one direction by the parabolic reflectors 1 2 1 and 1 2, respectively, and become almost parallel light fluxes. It is incident on 201.
  • an elliptical reflector, a spherical reflector, or the like can be used instead of the parabolic reflectors 1 2 1 and 1 2 2.
  • the polarization separating / combining optical element 201 is a substantially hexahedral polarizing beam splitter, and the first and second polarization separating films 2 1 1 and 2 1 2 made of a dielectric multilayer film are made of glass prism 2. It has a built-in structure.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a detailed structure of the polarization splitting / combining optical element 201.
  • the polarization splitting / combining optical element 201 is composed of two triangular pyramid prisms 291, 295 and two quadrangular pyramid prisms 292, 294. .
  • first polarization separation films 211 are respectively formed.
  • the first polarization splitting film 2 11 1 is formed of one of the side surface BDH of the first triangular pyramid prism 29 1 and the side surface BDH of the first quadrangular pyramid prism 29 2
  • a dielectric multilayer film is formed on one of the side face BFH of the second quadrangular pyramid prism 294 and the side face BFH of the second triangular pyramid prism by vapor deposition.
  • the surface on which the first polarization splitting film 2 1 1 is formed may be either the side surface BDH of the first triangular pyramid prism 29 1 or the side surface BDH of the first quadrangular pyramid prism 29 2.
  • the side surface BFH of the second quadrangular pyramid prism 294 or the side surface BFH of the second triangular pyramid prism 295 may be used.
  • the side face BDH of the first triangular pyramid prism 29 1 and the second quadrangular pyramid prism 2 is formed on the side face BFH of the first quadrangular pyramid prism 292 or on the side face BFH of the second triangular pyramid prism 2995.
  • second polarization separation films 221 are formed, respectively.
  • the second polarization splitting film 2 12 is formed of one of the side surface ABH of the first triangular pyramid prism 29 1 and the side surface AB H of the second quadrangular pyramid prism 29 4, 1 square pyramid prism 2 9 2 side view BGF and 2nd triangular pyramid prism
  • the dielectric multilayer film is formed on one of the side surfaces BGH and the BGH surface by vapor deposition.
  • the surface on which the second polarization splitting film 2 1 2 is formed may be either the side surface ABH of the first triangular pyramid prism 29 1 or the side surface AB H of the second quadrangular pyramid prism 29 4.
  • Either the side BGH of the first quadrangular pyramid prism 292 or the side BGH of the second triangular pyramid prism 295 may be used.
  • the side ABH of the first triangular pyramid prism 291 and the first quadrangular pyramid prism 2 Preferably, it is formed on the side surface BGH, or on the side surface ABH of the second quadrangular pyramid prism 294 and the side surface BGH of the second triangular pyramid prism 295.
  • the surface BDH of the first triangular pyramid prism 291 and the first quadrangular pyramid prism 292 on which the first polarization separation film 211 is formed is bonded to form the first prism synthesis.
  • a body 293 is formed.
  • the surface BFH of the second quadrangular pyramid prism 294 and the second triangular pyramid prism 295 on which the polarization separation film 211 is formed is bonded to form the second prism composite 296 Is formed.
  • the surfaces ABGH of the two prism composites 293 and 296, on which the second polarization separation films 212 are formed are bonded together to complete the polarization separation / combination optical element 201. I do.
  • the order of assembling the four prisms described above is only an example, and is not limited to the above order.
  • a first person Z4 retardation plate 35 1 is opposed to the third surface side, and a first Are disposed. Then, in this example, the first input / 4-phase retarder plate 351 and the first condenser mirror plate 301 are arranged substantially in parallel with the third surface 231.
  • a second / 4/4 retardation plate 352 is opposed to the fourth surface 232, and further outside the retardation plate. Is provided with a second condenser mirror plate 302.
  • the second ⁇ / 4 retardation plate 352 and the second condensing mirror plate 302 are arranged substantially parallel to the fourth surface 232.
  • a third Z4 retardation plate 35 3 is further opposed thereto.
  • a third condenser mirror plate 303 is disposed outside the retardation plate.
  • the third plate-fourth phase difference plate 35 3 and the third condensing mirror plate 303 are arranged substantially parallel to the fifth surface 23 3. Details of the configuration of the first to third condenser mirror plates 301, 302, and 303 will be described later. In FIG.
  • the first to third ⁇ / 4 retardation plates 35 1, 35 2, and 35 3 are drawn away from the polarization separating / combining optical element 201 for the sake of clarity. However, it is preferable to arrange the polarization separation / synthesis optical element 201 closely.
  • a condenser lens plate 411 and a human-made phase difference plate 4 2 1 (a polarization conversion optical element
  • a condensing lens section 401 composed of,, and a superimposing lens 431 (superimposing optical element) is installed in a direction perpendicular to the system optical axis L.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the xy plane of FIG.
  • the random polarized light emitted from the first light source 101 is linearly polarized light whose polarization direction is parallel to the incident surface (xy plane) of the first polarization separation film 211, and the random polarization light is It can be considered as a mixture of linearly polarized light orthogonal to the plane of incidence (xy plane) of the polarization splitting film 2 1 1 1.
  • the mixed light emitted from the first light source unit 101 and incident on the first surface 222 of the polarization separation / combination optical element 201 is converted into y-polarized light by the first polarization separation film 211. It is separated into two types of polarized light, z-polarized light.
  • the first polarization separation film 211 transmits y-polarized light that is linearly polarized light whose polarization direction is parallel to the incident surface (xy plane) of the first polarization separation film, and the first polarization separation film 211 has a second polarization direction. It reflects z-polarized light, which is linearly polarized light orthogonal to the polarization separation film 2 1 1.
  • the polarized light separating film 211 is normally used as a polarized light separating film that transmits ⁇ -polarized light and reflects S-polarized light.
  • Polarization separation The two types of polarized light separated by the combining optical element 201 pass through the first and second / 4/4 retardation plates 35 1 and 35 2, and the first and second The light is reflected by the optical mirror plates 301 and 302, respectively.
  • Each of these condensing mirror plates 301 and 302 has a rectangular outer shape, as shown in FIG. 4, in which the external appearance is almost similar to the illuminated area 600.
  • a plurality of the same minute light condensing mirrors 311 are arranged in a matrix, and a reflective surface 312 made of an aluminum evaporated film or a dielectric multilayer film is formed on the surface thereof.
  • the reflection surface 312 of the minute condenser mirror 311 is formed in a spherical shape.
  • the curvature shape of the reflecting surface 312 may be parabolic, elliptical, or toric, and these are the first and second light source units 101, 10 2 can be set according to the characteristics of the incident light. The same applies to a third condenser mirror plate 303 described later.
  • the y-polarized light and the ⁇ -polarized light separated by the first polarization splitting film 2 11 pass through the first and second / 4 retardation plates 35 1 and 35 2 respectively, and While being reflected by the second condensing mirror plates 301 and 302 and again passing through the human quarter-wave plate 351, 352, the traveling direction of the polarized light is approximately 18
  • the polarization direction is rotated 90 degrees at the same time that the polarization is inverted by 0 degrees.
  • the condensing mirror plates 301 and 302 are drawn as planar mirror plates 3221.
  • E / 4 y-polarized light 3 2 2 incident on the phase difference plate 3 5 1 is converted into clockwise circularly-polarized light 3 2 3 by the human 4th-order phase difference plate. This is converted into counterclockwise circularly polarized light.)) And reaches the mirror plate 3 2 1.
  • the light is reflected by the mirror plate 3 2 1 and, at the same time, the rotation direction of the polarization direction is changed. That is, right-handed circularly polarized light changes to left-handed circularly polarized light (left-handed circularly polarized light becomes right-handed circularly polarized light).
  • the polarized light which is approximately 180 degrees inverted in the traveling direction of the light by the mirror plate 3 2 1 and becomes the counterclockwise circularly polarized light 3 2 4 at the same time, passes through the human 4 phase difference plate 3 5 When passing through, it is converted into z-polarized light 3 25. Also, person / 4 phase The z-polarized light 3 25 incident on the difference plate 3 52 2 is converted into a counterclockwise circularly polarized light 3 2 4 by a human / 4 phase difference plate (however, The light is converted into circularly polarized light, and reaches the mirror plate 3 21. The light is reflected by the mirror plate 321, and at the same time, the rotation direction of the polarization direction changes.
  • left-handed circularly polarized light changes to right-handed circularly polarized light (right-handed circularly polarized light becomes left-handed circularly polarized light).
  • the polarization direction of the light is reversed by approximately 180 degrees by the mirror plate 3 2 1 and at the same time becomes clockwise circularly polarized light 3 2 3 again passes through the / 4 retardation plate 3 52 At that time, it is converted into X-polarized light 3 2 2.
  • the y-polarized light that has reached the third surface 2 31 has a traveling direction of the polarized light of approximately 180 degrees due to the first e / 4 retardation plate 35 1 and the first condenser mirror plate 301. At the same time as being inverted, it is converted into z-polarized light, reflected by the first polarization separation film 2 11, changes its traveling direction, and travels toward the sixth surface 2 34.
  • the z-polarized light that has reached the fourth surface 2 32 has a traveling direction of the polarized light of approximately 1 due to the second e / 4 retardation plate 35 2 and the second condensing mirror plate 302.
  • the first polarization separation film 211 functions as a polarizing beam splitter having a thickness of 5 mm, so that the optical element 201 functions as a polarization splitting / combining optical element.
  • the first and second condenser mirror plates 310 and 302 are constituted by minute condenser mirrors 311 having a condensing function, the traveling direction of the polarized light is substantially reversed, A plurality of condensed images are formed in the same number as the minute condensing mirrors 311, which constitute each condensing mirror plate 301, 302.
  • the condenser lens section 401 is arranged near the position where such a secondary light source image is formed.
  • the first condensing mirror plate 301 is arranged in a state in which the approximate center of the condensing mirror plate 301 is shifted in the + y direction by /? 1 with respect to the X axis.
  • the second condensing mirror plate 302 is arranged such that the approximate center of the condensing mirror plate 302 is shifted in the X direction by /? 2 with respect to the y-axis. .
  • the minute condensing mirror 31 of the first condensing mirror 31 1 Reflected by one
  • the central axis of the z-polarized light beam which enters the condenser lens section 401 and is reflected by the minute condenser mirror 311 of the second condenser mirror plate 302 and the condenser lens section 40 The central axes of the X-polarized light beams incident on 1 are parallel to each other and do not overlap.
  • the secondary light source image formed by the z-polarized light formed by the first condensing mirror plate 301 and the X-polarized light formed by the second condensing mirror plate 302 The secondary light source image is formed at a slightly different position in the X-axis direction as conceptually indicated by S1 and P1 in FIG.
  • the randomly polarized light emitted from the second light source unit 102 is separated into two types of polarized light and guided to the condenser lens plate 401. The process up to will be described.
  • the random polarized light emitted from the first light source unit 102 is a linearly polarized light whose polarization direction is parallel to the incident surface (yz plane) of the second polarization splitting film 211, It can be considered as a mixed light of linearly polarized light orthogonal to the plane of incidence (yz plane) of the polarization separation film 2 12 of No. 2.
  • the mixed light emitted from the second light source unit 102 and incident on the first surface 222 of the polarization separation / combination optical element 201 is converted into X-polarized light by the second polarization separation film 212. It is separated into two types of polarized light, z-polarized light.
  • the second polarization separation film 211 is linearly polarized light whose polarization direction is parallel to the incident surface (yz plane) of the second polarization separation film. It reflects z-polarized light and transmits X-polarized light, which is linearly polarized light whose polarization direction is orthogonal to the second polarization separation film 21.
  • the X-polarized light included in the random polarized light passes through the first polarization splitting film 211 as it is and travels to the third surface 231, and the z-polarized light is converted to the first polarized light splitting film 21.
  • the light is reflected by 1 and changes its traveling direction to the fourth surface 2 32 of the polarization separating / combining optical element 201.
  • Such a polarization splitting film that reflects P-polarized light parallel to the incident surface and reflects S-polarized light perpendicular to the incident surface is called an FTIR (Frustrated Total Internal Reflection) film.
  • an FTIR film made of a dielectric multilayer film can be formed by appropriately setting conditions such as a base material such as glass, a material of the multilayer film, and a configuration of the multilayer film. Since the FTIR film is well known, a detailed description of the structure will be omitted.
  • the z-polarized light and the X-polarized light separated by the second polarization separation film 21 pass through the second and third ⁇ / 4 retardation plates 35 2 and 35 3 respectively, and The reflected light is reflected by the condensing mirror plates 302, 303, and passes through the human quarter-wave plate 352, 353 again, while the traveling direction of the polarized light is approximately 180 degrees. At the same time as being reversed, the polarization direction rotates about 90 degrees.
  • the process of changing the polarized light is the same as the process described above with reference to FIG.
  • the ⁇ polarized light that has reached the fourth surface 232 is substantially changed in the traveling direction of the polarized light by the second input 4 retardation plate 352 and the second condensing mirror plate 302.
  • the light is converted into X-polarized light, passes through the second polarization separation film 2 12 as it is, and travels toward the sixth surface 2 34.
  • the X-polarized light that has reached the fifth surface 233 is substantially changed in the traveling direction of the polarized light by the third input / 4 retardation plate 353 and the third condensing mirror plate 303.
  • the light is converted into y-polarized light, reflected by the second polarization separation film 2 12, becomes z-polarized light, and travels to the sixth surface 2 34.
  • the second and third condensing mirror plates 302 and 303 are constituted by the minute condensing mirrors 311 having a condensing function, the polarized light At the same time, the direction of travel is almost reversed, and at the same time, a plurality of condensed images (secondary light source images) of the same number as the small condensing mirrors 311 that constitute each condensing mirror plate 302 and 303 are formed. I do.
  • the second condensing mirror plate 302 is arranged such that the approximate center of the condensing mirror plate 302 is shifted in the X direction by /? 2 with respect to the y-axis.
  • the third condensing mirror plate 303 is arranged with the approximate center of the condensing mirror plate 302 shifted in the + x direction by /? 3 with respect to the y-axis.
  • the central axes of the z-polarized light beams that are reflected by the minute condenser mirror 311 of the plate 303 and enter the condenser lens section 401 are parallel to each other and do not overlap.
  • the secondary light source image formed by the X-polarized light formed by the first condensing mirror plate 302 and the second light source image formed by the third condensing mirror plate 303 formed by the z-polarized light is formed at a slightly different position in the X-axis direction as conceptually indicated by P1 and S1 in FIG.
  • the two types of secondary light source images formed at this time are the two types of secondary light source images formed by the light emitted from the first light source unit 101, and the polarization directions respectively. Overlap to match.
  • the light is emitted from the first light source unit 101, and the first polarized light separating film 211, the first person / 4 phase difference plate 351, and the first condensing mirror plate 301 are formed.
  • the secondary light source image formed by the ⁇ -polarized light formed through the condensing mirror plate 303 is formed at the same position S1 so as to overlap.
  • the light is emitted from the first light source unit, and is formed through the first polarization separation film 211, the second ⁇ / 4 phase difference plate 3522, and the second condensing mirror plate 302.
  • X-polarized light and a secondary light source image which is emitted from the second light source unit, and has a second polarization splitting film 2 1 2, a second / 4/4 phase plate 3 5 2, and a second condenser mirror plate
  • the secondary light source image formed by the X-polarized light passing through 302 is formed at the same position # 1 so as to overlap. Therefore, the shift amount 33 of the third condenser mirror plate is set to be equal to 31.
  • the condensing lens plate 411 of the condensing lens section 401 is a complex lens body composed of rectangular lenses 4 12 as shown in FIG.
  • the number of the condensing lens plates 4 1 1 is twice the number of the small condensing mirrors 3 1 1 constituting the first to third condensing mirror plates 3 0 1, 3 0 2, 3 0 3 Of microlenses 4 1 2.
  • the number of the minute condensing mirrors 311 constituting the first to third condensing mirror plates 301, 302, 303 is different from each other, the largest number of minute condensing mirrors In the condensing mirror plate composed of 3 1 1, the number of micro lenses 4 12 is twice as many as the number of micro condensing mirrors constituting one condensing mirror.
  • the arrangement interval between the secondary light source image using the X-polarized light and the secondary light source image using the ⁇ -polarized light is equal to /? 1 + ⁇ 2. That is, when the condensing lens plate 411 is viewed from the illuminated area 6001 side, a secondary light source image formed by two types of polarized light is shown in FIG.
  • the light source image C 1 (the shaded area of the circular image with an oblique line to the upper right) and the secondary light source image C 2 (the circular image In other words, the two secondary light source images (areas shaded upward and to the left) are formed in the X-axis direction at an interval of / 2.
  • the phase difference layer 4 2 2 corresponding to the position of the secondary light source image C 1 formed by the X-polarized light is provided on the surface of the converging lens plate 4 11 1 on the side of the irradiation area 61 1.
  • a selectively formed 1/2 phase difference plate 421 is provided. Therefore, the X-polarized light undergoes a rotating action of the polarization direction when passing through the retardation layer 422, and the X-polarized light is converted into ⁇ -polarized light.
  • the ⁇ -polarized light does not pass through the phase difference layer 422, and therefore passes through the ⁇ / 2 phase difference plate 421 without being affected by the rotation of the polarization direction. Therefore, most of the light emitted from the condenser lens portion 401 is aligned with the polarized light.
  • the light that has been made into polarized light is illuminated at one location by a superimposing lens 431 disposed on the surface of the human / two phase difference plate 421 on the irradiated area 61 side. It is superimposed on the area 60 1.
  • the illuminating light has its traveling direction bent by about 90 degrees by the turning reflection mirror 501 arranged between the superimposing lens 431 and the illuminated area 6001, and the illuminated area 6001 Reach That is, the plurality of image planes cut out by the first to third condensing mirror plates 31 1, 30 2, and 30 3 are formed by the condensing lens plate 4 1 1 and superimposed lens 4 3 1 are superimposed at one place, and when passing through ⁇ / 2 retardation plate 4 21, it is converted into one type of polarized light, and almost all light is illuminated. Reach 6 0 1 Therefore, the illuminated area 600 is illuminated with almost one type of polarized light. At the same time, the illuminated area 6001 is illuminated by a plurality of secondary light source images, so that the illumination intensity unevenness is very small, and the illuminated area 601 is uniformly illuminated.
  • the randomly separated polarized light emitted from the first and second light source units 101 and 102 is polarized / separated / combined optical element 2
  • each polarized light is guided to a predetermined area of the input / 2 retardation plate 421 to be aligned in one type of polarization direction. Therefore, since the randomly polarized light emitted from the first and second light source units 101 and 102 can be combined in a state where it is almost aligned with almost one kind of polarized light without loss, This has the effect that the illuminated area 600 can be brightly illuminated.
  • the illumination light from the two light sources 101 and 102 can be combined without increasing the angle of incidence (illumination angle) with respect to the illumination area, so that the cross-sectional area of the illumination light is the same as when using a single light source. This is the same, so that the amount of light per fixed area can be approximately doubled compared to the case where one light source unit is used. Furthermore, even though two light source units including the first and second light source units 101 and 102 are provided, both can be arranged on the xz plane.
  • the folded reflection mirror 501 that changes the traveling direction of the illumination light emitted from the condenser lens 401 is arranged, the xz plane where the two light source units are arranged and the illumination light The injection direction can be made parallel. Therefore, it is suitable for thin and low-profile dangling lighting devices. In other words, the freedom of design for miniaturization of the polarized light illuminating device is further improved by the folded reflecting mirror 501 arranged downstream of the condenser lens unit 401.
  • the polarization separation / combination optical element 201 has high polarization separation performance.
  • the polarization separation / synthesis optical element 201 is constituted by using a glass prism and a dielectric multilayer film made of an inorganic material.
  • the polarization separation performance is thermally stable. Therefore, even in a lighting device requiring a large light output, stable polarization separation performance can always be exhibited, and a polarized lighting device having satisfactory performance can be realized.
  • the first to third light collecting mirror plates 301, 302, and 303 are formed in accordance with the shape of the illumination target area 611, which is a horizontally long rectangular shape.
  • the light mirror 311 is a horizontally long rectangle ⁇ e (similar to ⁇ ⁇ in the illuminated area), and simultaneously the polarization separation and separation of two types of polarized light emitted from the combining optical element 201.
  • the direction (the direction in which the secondary light source images formed by the two types of polarized light are arranged) is also set in the horizontal direction (X direction) according to the shape of the illuminated area 601. Therefore, even when the illuminated area 600 having a horizontally long rectangular shape is formed, the illumination efficiency can be improved without wasting the light amount.
  • the z-polarized light flux reflected by the minute condensing and reflecting elements of the first condensing mirror plate 301 and the third condensing mirror plate 303 and entering the condensing lens portion 401 is described. Focused by being reflected by the central axis and the minute condensing and reflecting element of the second condensing and reflecting optical element.
  • the fact that the central axes of the x-polarized light beams entering the lens unit 401 are parallel to each other means that the light reflected by the minute condensing and reflecting elements of the first to third condensing and reflecting optical elements Mean that the light enters the polarization separation / combination element 201 at almost the same angle. Therefore, even when the polarization separation / synthesis characteristics of the polarization separation / synthesis element 201 depend on the incident angle of light, stable polarization separation / synthesis can be performed, and the unevenness is small. It is possible to obtain illumination light.
  • the shift amounts of the first to third focusing mirror plates 310 to 330 described in the present embodiment from the X-axis, y-axis, and z-axis /? 1? 2,? 3, and The direction of the shift is not limited to the present embodiment.
  • the secondary light source image of the polarized light and the secondary light source image of the X-polarized light are formed at spatially separated positions, respectively, and formed from the light emitted from the first light source unit 101. ⁇ The secondary light source image formed by the polarized light and the secondary light source image formed by the emitted light of the second light source unit 102 are overlapped.
  • the first to third light sources are arranged such that the secondary light source image formed by the X-polarized light formed from the light emitted from the second light source unit 102 and the secondary light source image formed by the X-polarized light formed by the light emitted from the second light source unit 102 overlap each other.
  • the shift amount 3 1 ⁇ ,? 3 of the light condensing mirror plate and the direction of the shift may be set. Therefore, it is not always necessary to shift all of the first to third condensing mirror plates in parallel with respect to the corresponding axes (X axis, y axis, z axis).
  • the second condensing mirror plate 302 is shifted in parallel, and the first and third condensing mirror plates 301 103 are not shifted in parallel, and the respective converging mirror plates are not shifted. It may be arranged so that the X-axis or the z-axis passes through the approximate center. Conversely, only the first and third condensing mirror plates 3 0 1 3 0 3 are shifted in parallel, and the second condensing mirror plate 3 0 2 is not shifted in parallel.
  • the plate 302 may be arranged so that the y-axis passes through the approximate center of the plate 302. However, depending on the amount of shift of the first to third focusing mirror plates and the direction of the shift, it may be necessary to shift the focusing lens unit 401 similarly with respect to the y-axis. .
  • the input Z2 retardation plate 421 is arranged on the illuminated area side of the condenser lens plate 411, but if it is near the position where the secondary light source image is formed, it is located at another position.
  • the person / 2 phase difference plate 4 2 1 It may be arranged on the source side.
  • the minute lenses 4 1 2 constituting the condenser lens plate 4 1 1 are decentered lenses, the direction of light emitted from each of the minute lenses 4 1 2 can be directed to the illuminated area 6 0 1. Therefore, it is possible to combine the function of the superimposing lens 431 with the condenser lens plate 411.
  • the minute condensing mirrors 3 1 1 constituting the first to third condensing mirror plates 301, 302, 303 are eccentric mirrors, the minute condensing mirrors 3 1 1 Can be directed to the area to be illuminated 60 1, and similarly, the superimposing lens 4 3 1 on the first to third condensing mirror plates 31, 30 2, 30 3 It is also possible to combine the functions of In those cases, since the superimposing lens 431 can be omitted, the cost of the polarized light illuminating device can be reduced. However, in the latter case, the distance between the secondary light source image formed by the X-polarized light and the secondary light source image formed by the z-polarized light shown in Fig. 7 is narrower than /? 1 +? .
  • the condenser lens plate 411 can be omitted.
  • the minute lenses 4 12 constituting the condenser lens plate 4 11 are horizontally long rectangular lenses, but the shape thereof is not particularly limited.
  • the secondary light source image C 1 formed by the X-polarized light and the secondary light source image C 2 formed by the z-polarized light are formed in a state where they are aligned in the horizontal direction. It is desirable that the size of the microlenses 4 12 constituting the condensing lens plate 4 11 be determined in accordance with the formation position of the next light source image.
  • two types of retardation layers with different characteristics are arranged at the position where the secondary light source image is formed by X-polarized light and the position where the secondary light source image is formed by z-polarized light, and have a specific polarization direction.
  • One type of polarized light may be used, or the retardation layer 4 2 2 is arranged at the position where the secondary light source image C 2 is formed by z-polarized light, and the illumination light is X-polarized light. It may be.
  • the first to third collections are performed so that the secondary light source image formed by the X-polarized light and the secondary light source image formed by the z-polarized light are arranged substantially parallel to the X axis.
  • Light mirror — plates 301, 302, and 303 are arranged, but as in the polarized lighting device 2 shown in FIG.
  • the first to third condensing mirror plates 301, 302, and 302 are arranged such that the secondary light source image formed by the x-polarized light and the secondary light source image formed by the z-polarized light are arranged in parallel to the z-axis.
  • 303 may be arranged. In FIG.
  • P 2 and S 2 conceptually show positions where a secondary light source image is formed by X-polarized light and z-polarized light, respectively.
  • the first condensing mirror plate 301 has its approximate center in the a-z direction with respect to the X-axis only in the a-z direction
  • the second condensing mirror plate 302 has Substantially the center is shifted by +2 with respect to the y-axis + z direction
  • the third condensing mirror plate 303 is shifted by +3 with respect to the z-axis + + direction with respect to the z-axis. Should be set to.
  • the basic principle of the polarized light illuminating device is the same as that of the polarized light illuminating device 1, detailed description is omitted.
  • the refractive indices of the transparent plate, the first and second polarized light separating plates, and the liquid are made substantially the same. This makes it possible to reduce the cost and weight of the polarization separation / synthesis optical element 201.
  • the minute lens forming the condenser lens plate 411 of the condenser lens unit 401 is formed as an eccentric lens, so that the condenser lens
  • the plate 411 has the function of a superimposing lens, and the superimposing lens is omitted. This makes it possible to reduce the cost and weight of the polarized light illuminating device.
  • each optical system is the same as in the first embodiment. 0 ,
  • the polarization separation / combination optical element 201 is formed as a plate-like structure.
  • two sheets of the structure in which the polarization separation film 26 2 is sandwiched between two glass plates 26 3 one sheet of the polarization separation plate is separated by the other sheet of the polarization separation plate, so it is exactly three sheets.
  • the polarization separation plate 26 1 By arranging the polarization separation plate 26 1 at an angle of 45 ° with respect to the system optical axis L (L l, L 2), polarization separation using a hexahedral prism It has almost the same function as element 201 (see Fig. 1). This makes it possible to reduce the cost and weight of the polarization separation / synthesis optical element 201.
  • the first to sixth surfaces do not exist as in the polarization separation / combination optical element 201 in the first to third embodiments.
  • the virtual plane has the first to sixth surfaces. Therefore, as to the virtual first to sixth surfaces, as in the first to third embodiments described above, the light source units 101, 102, / 4/4 retardation plate 351, 35 2, 35 3, converging mirror plate 31, 30 2, 30 3, converging lens section 401, etc. may be arranged.
  • the condenser mirror plate 304 is composed of a plurality of minute lenses 300 and a reflection mirror plate 303.
  • each of the plurality of microlenses 300 is an eccentric lens, the direction of light emitted from the microlenses can be directed to the illuminated area 601.
  • the third condenser mirror plate with the function of the superimposing lens 431. In that case, since the superimposing lens 431 can be omitted, the cost of the polarized light illuminating device can be reduced.
  • FIGS. 12 and 13 show projections in which the brightness of a projected image is improved using the polarized light illuminating device 1 according to the first embodiment among the polarized light illuminating devices according to the first to fifth embodiments.
  • An example of a type display device is shown.
  • a transmission type liquid crystal light valve is used as the light modulation element, and the polarization illuminating device 1 is used.
  • Two types of light source lamps having different light emission spectrums are used for the two light source units, and these light source lamps can be selectively turned on.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the projection display device 5 in the X-plane
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the projection display device 5 in the yz plane.
  • the condenser lens portion 401 and the folded reflection mirror 501 which is an optical path changing optical element, are omitted.
  • the polarized light illumination device 1 incorporated in the projection display device 5 of the present embodiment includes a first light source unit 101 that emits randomly polarized light in one direction, and And the second light source unit 102, and the randomly polarized light emitted from these light source units is separated into two types of polarized light by the polarization separation / combination optical element 201, and then polarized.
  • the light is emitted from the condenser lens unit in the same direction.
  • the polarization directions are aligned in the z direction.
  • the polarization direction of the polarized light emitted from the condenser lens unit is changed to the -z direction by the return reflection mirror 501, and is incident on the blue-green reflection dichroic mirror 7001.
  • the illumination light emitted from the polarized light illuminating device 1 first transmits red light, and reflects blue light and green light in a blue light / green light reflecting dichroic mirror 701 (color light separating optical element).
  • the red light is reflected by the reflection mirror 702, passes through the collimating lens 716, and reaches the first liquid crystal light valve 703.
  • polarizing plates are arranged on the entrance side and the exit side of the liquid crystal light valve, but they are not shown in FIG.
  • the green light of the blue light and the green light is reflected by the green light reflecting dichroic mirror — 704 (color light separating optical element), passes through the collimating lens 7 16, and passes through the second liquid crystal light valve.
  • the collimating lens 716 disposed on the entrance side of the first and second liquid crystal light valves 703 and 705 suppresses the spread of light illuminating the liquid crystal light valve and improves illumination efficiency. In addition, it has a function of effectively guiding light incident from a liquid crystal light valve to a projection lens described later to the projection lens.
  • an emission side lens 710 constituting the light guiding means 7500 is disposed as described later. However, it also has the function of the collimating lens 7 16. However, these collimating lenses can be omitted.
  • the blue light has a longer optical path length than the other two-color lights, Is provided with a light guide means 750 constituted by a relay lens system composed of an entrance side lens 706, a relay lens 708, and an exit side lens 710. That is, the blue light is transmitted through the green light reflecting dichroic mirror 704, and is first guided to the relay lens 708 via the incident side lens 706 and the reflecting mirror 707. After being converged at 708, it is guided to the exit lens 710 by the reflection mirror 709. Thereafter, the third liquid crystal light valve 711 is reached.
  • a light guide means 750 constituted by a relay lens system composed of an entrance side lens 706, a relay lens 708, and an exit side lens 710. That is, the blue light is transmitted through the green light reflecting dichroic mirror 704, and is first guided to the relay lens 708 via the incident side lens 706 and the reflecting mirror 707. After being converged at 708, it is guided to the exit lens 710 by the reflection mirror 709. Thereafter, the third liquid crystal light valve 711 is reached.
  • the first to third liquid crystal light valves 703, 705, and 711 modulate the respective color lights and include image information corresponding to the respective colors, and then cross-dich the modulated color lights.
  • the light enters the prism 7 13 (color light combining optical element).
  • the cross prism opening prism 713 has a cross-section formed with a red light-reflecting dielectric multilayer film and a blue light-reflecting dielectric multilayer film in a cross shape. And combine the colored lights.
  • the combined light passes through a projection lens 714 (projection optical system) to form an image on a screen 715.
  • a liquid crystal light valve that modulates one type of polarized light is used. Therefore, when randomly polarized light is guided to the liquid crystal light valve using a conventional lighting device, more than half (about 60%) of the randomly polarized light is absorbed by the polarizing plate and becomes heat.
  • a large-sized and noisy cooling device that suppresses heat generation of the polarizing plate is required in addition to low light use efficiency, but the projection display device 5 of the present embodiment has a problem. This problem has been largely eliminated.
  • the polarized light illuminating device 1 in the polarized light illuminating device 1, only one polarized light (for example, X-polarized light) is polarized by the human 2 phase difference plate 421 with respect to only one polarized light. And the polarization direction of the other polarized light (eg, ⁇ -polarized light) is aligned. Therefore, since the polarized light having the same polarization direction is guided to the first to third liquid crystal light valves 703, 705, 711, the light use efficiency is improved, and a bright projected image is obtained. Can be. Further, since the amount of light absorbed by the polarizing plate is reduced, the temperature rise in the polarizing plate is suppressed. Therefore, the cooling device can be downsized and noise can be reduced. In addition, it has two light source units consisting of the first and second light source units 101 and 102, and the light emitted from any of the light source units is lost. 2 ⁇
  • the polarization illuminating device 1 uses a thermally stable dielectric multilayer film as the polarization separation film, the polarization separation / combination optical element 201 has thermally stable polarization separation performance. Therefore, even in the projection type display device 5 which requires a large light output, stable polarization separation performance can always be exhibited.
  • the two light source units 101 and 1 can be used without increasing the incident angle (illumination angle) of the illumination light to the illuminated area. Since the illumination light from 0 2 can be synthesized, the cross-sectional area of the illumination light is the same as when one light source is used, and therefore, the amount of light per fixed area is smaller than when one light source is used. Can be doubled. Therefore, a brighter projected image can be realized.
  • the two types of polarized light emitted from the polarization splitting / combining optical element 201 are separated in the horizontal direction according to the horizontally long display area of the liquid crystal light valve, which is the illuminated area. Therefore, the illuminated area having a horizontally long rectangular shape can be efficiently illuminated without wasting light. Therefore, the polarized light illuminating device 1 is suitable for a horizontally long liquid crystal light bulb that is easy to see and can project a powerful image.
  • the cross dichroic prism 711 is used as the color light combining optical element, the size can be reduced, and the liquid crystal light valves 703, 705, 71 The length of the optical path between 1 and the projection lens 7 1 4 is shortened. Therefore, there is a feature that a bright projection image can be realized even when a relatively small-diameter projection lens is used. Further, each color light has a different optical path length only in one of the three optical paths, but in the present embodiment, the blue lens having the longest optical path has an incident side lens 70. 6, since there is provided a light guiding means 750 constituted by a relay lens system composed of a relay lens 708 and an emission side lens 710, color unevenness does not occur.
  • a folded reflection mirror 501 which is an optical path changing optical element, is provided between the condenser lens section 401, which is a polarization conversion optical element, and the blue light green light reflection dichroic mirror 711, Is emitted from the polarization conversion optics 00
  • the traveling direction of the polarized light can be changed.
  • a plane on which the color light separating optical element, the color light combining optical element, the light modulation element, the projection optical system, and the like are arranged, and a plane including the polarized light illuminating device 1 having two light source units having relatively large dimensions.
  • either one of the first and second light source units 101 and 102 may be made detachable.
  • this configuration for example, when the projection display device 5 is carried, one of the light source units can be removed, and portability is improved.
  • two types of light source lamps having different emission spectra and luminance characteristics are used.
  • those light source lamps are configured to be selectively lit.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a light source lamp and a spectrum of light emitted from the polarized light illuminating device.
  • a lamp having a relatively high luminous efficiency but a relatively low intensity of red light (a general high-pressure mercury lamp corresponds to this case), or ( As shown in B), there are generally many lamps with relatively high emission intensity of red light but relatively low overall luminous efficiency (a kind of metal halide lamp corresponds to this case).
  • the spectrum of the light emitted from the polarized light illumination device 1 can be made ideal as shown in (C), It is possible to easily realize a projection display device that can obtain a bright and high-quality projected image.
  • the two light source lamps By selectively enabling the two light source lamps, it is possible to appropriately change the brightness of the projected image according to the surrounding environment in which the projection display device is used or according to the observer's preference. It becomes possible. For example, when observing a projected image in a bright place, two light sources are turned on. When observing a projected image in a dark place, only one of them is selectively turned on.
  • the life of the light source lamp itself can be prolonged, and, for example, if one of the light source lamps cannot be turned on due to its life or failure, etc.
  • the usability is improved, for example, the projection image can be continuously displayed.
  • the projection display device 5 is driven by a battery, it is possible to extend the life of the battery by selectively lighting only one of the light source lamps.
  • the polarization illuminators 2 to 4 described above may be used instead of the polarization illuminator 1.
  • the polarized light illuminating device of the present invention can be applied to a projection display device using a reflective liquid crystal light valve as a light modulation element.
  • the polarization illuminating device 1 shown in Embodiment 1 is used, and the first and second light sources are used.
  • the randomly polarized light emitted from the sections 101 and 102 is separated into two types of polarized light by the polarization separation / combination optical element 201, and then the polarization directions are aligned and the condensing lens It is injected from the part.
  • the polarization directions are aligned in the z-direction, and this polarization light illuminates the three reflective liquid crystal light valves 81, 80 2, 80 3.
  • Such a polarized light illuminating device 1 (also in the present embodiment, As in the case of the UU case, a condensing lens unit and a reflecting mirror as an optical path changing optical element are provided, but these are omitted from the drawing.
  • a cross dichroic prism for color light separation composed of a blue light-green light reflective dielectric multilayer film and a red light reflective dielectric multilayer film JJ is formed in a cross shape.
  • the separation optical element the light is separated into red light, blue light and green light.
  • the red light enters the first polarizing beam splitter 808 through the reflection mirror 805 and the collimating lens 716.
  • the blue light and the green light are reflected by the reflecting mirror 806, and then are converted into green light (reflected light) and blue light (transmitted light) by the green light reflecting dichroic mirror 807 (color light separating optical element).
  • Each of the color lights passes through the collimating lens 7 16 and enters the corresponding second and third polarizing beam splitters 8 09 and 8 10.
  • the polarization beam splitters 808, 809, and 810 have a polarization splitting surface 811 inside, and transmit P-polarized light among incident light. This is an optical element having a polarization separation function of separating P-polarized light and S-polarized light by reflecting S-polarized light.
  • the z-polarized light becomes y-polarized light when reflected by the turning mirror 501, but the y-polarized light is the first to third polarized beam splitters 808, 809, 81.
  • the light is S-polarized light for the polarization separation plane 8 11 of 0. Therefore, most of the respective color lights incident on the first to third polarization beam splitters 808, 809 and 810 are reflected by the polarization separation surface 811 and the traveling direction is approximately 90 degrees.
  • the incident light is incident on the first to third reflective liquid crystal light valves 80 1, 80 2, 80 3 adjacent thereto.
  • the polarized light having a different polarization direction from the S-polarized light may be slightly mixed.
  • Such polarized light having different polarization directions passes through the polarization splitting surface 811 as it is and is emitted without changing the traveling direction inside the polarized beam splitter, so that the light illuminating the reflective liquid crystal light valve is emitted.
  • the function of the parallel lens 716 disposed on the incident side of the polarization beam splitter is the same as that of the parallel lens 716 used in the projection display device 5 described in the sixth embodiment. is there. Therefore, instead of the present embodiment, a plane is disposed between the polarizing beam splitter and the reflective liquid crystal light valve. You may arrange a Gyidani lens. Further, it is also possible to omit these parallel lenses.
  • the light (S-polarized light) incident on the reflective liquid crystal light valves undergoes light modulation in accordance with image information from the outside at each liquid crystal light valve, and is specifically emitted from each reflective liquid crystal light valve.
  • the polarization direction of the light is changed in accordance with the display information, and the traveling direction of the light is substantially reversed, and the light is emitted from the reflective liquid crystal light valve.
  • the light emitted from the reflective liquid crystal light valve again enters the polarizing beam splitter. At this time, the light emitted from each reflective liquid crystal light valve is partially changed to P-polarized light according to the display information.
  • the cross dichroic prism for color light synthesis 8 1 Reach 2. Each color light incident on the cross dichroic prism for color light synthesis 8 1 2 (color light synthesis optical element) is synthesized into one optical image, and is projected as a color image by the projection lens 7 1 4 (projection optical system) on the screen 7 1 Projected onto 5.
  • the conventional illumination device is used.
  • a randomly polarized light is guided to a reflective liquid crystal light valve using a light source, more than half (about 60%) of the randomly polarized light is absorbed by the polarizer and turned into heat. Therefore, the conventional lighting apparatus has a problem that a light use efficiency is low and a large-sized and loud cooling device for suppressing heat generation of the polarizing plate is required. In Figure 6, this problem has been largely eliminated.
  • the polarized light illuminating device 1 in the polarized light illuminating device 1, only one polarized light (for example, X-polarized light) is polarized by a human 2 phase difference plate (not shown).
  • the polarization direction of the other polarized light eg, z-polarized light
  • the polarized light having the uniform polarization direction is guided to the first to third reflective liquid crystal light valves 81, 800, 803, so that the light use efficiency is improved and a bright projected image can be obtained.
  • the amount of light absorbed by the polarizing plate is reduced, the temperature rise in the polarizing plate is suppressed.
  • the polarized light illuminating device 1 has two light source sections, namely, the first and second light source sections 101 and 102, and aligns the polarization directions of the emitted light from any of the light source sections without loss. Therefore, a bright projected image can be obtained. Furthermore, in the polarized light illuminating device 1, a thermally stable dielectric multilayer film is used as the polarized light separating film, so that the polarized light separating and combining optical element 201 has thermally stable polarized light separating performance. . Therefore, even in the projection display device 6 requiring a large light output, stable polarization separation performance can always be exhibited.
  • the two light source units 101 and 1 can be used without increasing the incident angle (illumination angle) of the illumination light to the illuminated area. Since the illumination light from 0 2 can be synthesized, the cross-sectional area of the illumination light is the same as when one light source is used, and therefore, the amount of light per fixed area is smaller than when one light source is used. Can be doubled. Therefore, a brighter projected image can be realized.
  • the optical path changing optics is provided between the condensing lens unit (not shown), which is a polarization conversion optical element, and the cross dichroic prism 804 for color light separation. Since the folded reflection mirror (not shown), which is an element, is provided, a thin projection display device with a reduced thickness in one direction can be realized as described in the sixth embodiment.
  • one of the first and second light source units 101 and 102 can be made S-color compatible, Two types of light source lamps having different light emission spectrums and luminance characteristics are used for the first and second light source units 101 and 102, or the two light source lamps can be selectively turned on. It is possible to obtain the effects as described above.
  • each polarization beam splitter 808, 809, 810 and the output side of each polarization beam splitter 808, 809, 810 or for color light synthesis A polarizing plate may be arranged on any of the exit sides of the cross dichroic prism. In that case, the contrast ratio of the displayed image may be able to be improved.
  • an optical system for color separation and color synthesis includes one polarization beam splitter and one color component. It is known to use a combination with a separating / combining prism. In this case, the polarized light emitted from the polarization illuminator is guided to the color separation / combination prism by the polarization beam splitter, and the light color-separated by the color separation / combination prism is emitted to the reflection type light valve. Then, the light modulated by the reflection type light valve is made to enter the color separation / combination prism again to be combined, and projected through the polarization beam splitter.
  • polarization illuminators 2 to 4 described above may be used instead of the polarization illuminator 1.
  • a color light combining optical element is formed by two dichroic mirrors instead of the cross dichroic prism 7 13 used in the projection type display device 5 of the sixth embodiment.
  • the polarized light illuminating device of the present invention can be applied to a so-called mirror optical system configured as described above.
  • the optical path lengths between the three liquid crystal light valves and the polarized light illuminating device can be made equal, so that the light guiding means 750 as shown in Embodiment 1 is not required. There is a feature that brightness unevenness and color unevenness can be reduced and effective illumination can be performed.
  • the condenser lens unit 401 converts X-polarized light into z-polarized light and uses light whose polarization direction is aligned in the z-direction as illumination light.
  • z-polarized light may be converted to X-polarized light, and light whose polarization direction is aligned in the X direction may be used as illumination light.
  • the retardation layer 422 of the human Z2 retardation plate 421 may be arranged at a position where a secondary light source image by z-polarized light is formed.
  • the polarization directions may be made uniform by giving a rotating action of the polarization direction to both the z-polarized light and the x-polarized light.
  • a retardation layer may be disposed at a position where a secondary light source image is formed by both polarized lights.
  • the person / 2 phase difference plate and the person / 4 phase difference plate are made of a general polymer film.
  • these retardation plates may be formed using twisted 'nematic liquid crystal (TN liquid crystal).
  • TN liquid crystal twisted 'nematic liquid crystal
  • the wavelength dependence of the phase difference plate can be reduced, so that the ⁇ / 2 phase difference plate and human ⁇ 4 phase difference Improves plate polarization conversion performance Can be done.
  • the second polarization splitting film is formed of a dielectric multilayer film.
  • FTI Rfl can be formed of a predetermined liquid crystal material. Therefore, it is also possible to configure the second polarization separation film with a liquid crystal layer made of such a liquid crystal material.
  • the polarized light illuminating device is particularly effective for a projection type display device provided with a light valve using a specific polarized light such as a liquid crystal light valve.
  • a specific polarized light such as a liquid crystal light valve.
  • DMD registered trademark of Texas Instruments, Inc.

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Description

明 細 書 偏光照明装置および投写型表示装置 技 分野
本発明は、 偏光方向を揃えた偏光光を用いて矩形の照明領域などを均一に照明 する偏光照明装置、 及び該偏光照明装置を用いた投写型表示装置に関するもので ある。 さらに詳しくは、 2つの光源部から射出された光の偏光方向を揃えながら 合成するための構造技術に関するものである。 背景技術
液晶素子のように特定の偏光光を変調する夕ィプの変調素子を用レ、た液晶表示 装置では、 光源から射出される光が有する 2種類の偏光成分のうち、 一方の偏光 成分しか利用できない。 よって、 明るい投写画像を得るには光の利用効率を高め る必要がある。 しかしながら、 唯一の光源を用いた投写型表示装置で光の利用効 率を高めるには限度があるため、 複数の光源を用いて光量を増やすことも明るい 投写画像を得るための 1つの手段である。
しかしながら、単に光源を複数並べただけでは、光源像の面積が複数倍になり、 被照明領域を照明する光の角度分布も拡大する （照明角の増大） のみであり、 あ る一定の面積における光量は唯一の光源を用いた場合と同じである。 よって、 こ の場合は複数の光源を用いても実質的に一定面積当たりの光量は増えていないこ とになる。
また、 光源を複数用いて光量を増やしたとしても、 光源から射出される光が有 する 2種類の偏光成分のうち、 一方の偏光成分しか利用できなければ、 その光量 の半分は無駄になってしまい、 その効果は半減してしまう。 発明の開示
本発明の課題は、 複数の光源を用いながらも照明角を大きくすることなく、 か つ、 両方の偏光成分を利用することが可能な偏光照明装置を提供し、 また、 極め „
て明るレ、投写画像を投写することが可能な投写型表示装置を提供することにある 上記課題を解決するために、 本発明では、
第 1、 第 2の光源部と、
前記第 1の光源部から射出された光のうち、 偏光方向が入射面に平行な直線偏 光光を透過し、 偏光方向が入射面に直交する直線偏光光を反射する第 1の偏光分 離摸と、 前記第 2の光源部から射出された光のうち、 偏光方向が入射面に直交す る直線偏光光を透過し、 偏光方向が入射面に平行な直線偏光光を反射する第 2の 偏光分離膜と、 を有する偏光分離 ·合成光学素子と、
前記第 1の偏光分離膜を透過した前記直線偏光光の進行方向を略反転させると ともに集光像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第 1の集光反射光学素 子と、
前記第 1の偏光分離膜、 及び、 前記第 2の偏光分離膜によって反射された前記 直線偏光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の微小集光反 射素子を備えた第 2の集光反射光学素子と、
前記第 2の偏光分離膜を透過した前記直線偏光の進行方向を略反転させるとと もに集光像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第 3の集光反射光学素子 と、
前記偏光分離 ·合成光学素子と前記第 1の集光反射光学素子との間に配置され た第 1の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離 ·合成光学素子と前記第 2の集光反射光学素子との間に配置され た第 2の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離 ·合成光学素子と前記第 3の集光反射光学素子との間に配置され た第 3の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離 ·合成光学素子によって合成された直線偏光光の偏光方向を揃え る偏光変換光学素子と、 を備えた偏光照明装置であって、
前記第 1の集光反射光学素子及び前記第 3の集光反射光学素子の前記微小集光 反射素子によって反射されて前記偏光変換光学素子に入射する光束の中心軸と、 前記第 2の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子によつて反射されて前記偏 光変換光学素子に入射する光束の中心軸とは、 互いに平行であり、 かつ重なり合 わないことを特徴とする。
本発明の偏光照明装置の構成を、 より詳細に説明すると、 以下のようになる。 まず、 第 1の光源部から射出された偏光方向がランダムな光 （以下、 「ランダ ムな偏光光」 という） のうち、 偏光方向が入射面に平行な直線偏光光は第 1の偏 光分離膜を透過し、 偏光方向が入射面に直交する直線偏光光は第 1の偏光分離膜 によって反射される。 一方、 第 2の光源部から射出されたランダムな偏光光のう ち、 偏光方向が入射面に直交する直線偏光光は第 2の偏光分離膜を透過し、 偏光 方向が入射面に平行な直線偏光光は第 2の偏光分離膜によって反射される。 ここ で、 「入射面」 とは、 光学の分野において用いられる技術用語であり、 膜に対し て入射する光束の中心軸と膜に対する法線とを含む仮想平面を意味する。
第 1の偏光分離膜を透過した直線偏光光は、 第 1の偏光状態変換光学素子を通 過し、 第 1の集光反射光学素子によって反射され、 再度第 1の偏光状態変換光学 素子を通過し、 偏光分離 ·合成光学素子へ向かう。 このとき、 この光は、 第 1の 集光光学反射素子によつて複数の中間光束に分離されるとともに、 第 1の偏光状 態変換光学素子を 2回通過することによりその偏光方向が約 9 0度異なる直線偏 光光に変換される。 したがって、 この光が、 偏光分離 ·合成光学素子へ戻ると、 第 1の偏光分離膜によって反射され、 偏光変換光学素子へ向かう。 このようにし て偏光変換光学素子へ向かう偏光光を、 第 1の偏光光束とする。
第 1の偏光分離膜、及び、第 2の偏光分離膜によって反射された直線偏光光は、 第 2の偏光状態変換光学素子を通過し、 第 2の集光反射光学素子によつて反射さ れ、 再度第 2の偏光状態変換光学素子を通過し、 偏光分離 ·合成光学素子へ向か う。 このとき、 これらの光は、 第 2の集光光学反射素子によって複数の中間光束 に分離されるとともに、 第 2の偏光状態変換光学素子を 2回通過することにより その偏光方向が約 9 0度異なる直線偏光光に変換される。したがって、 この光が、 偏光分離 ·合成光学素子へ戻ると、 第 1、 第 2の偏光分離膜を透過して、 偏光変 換光学素子へ向かう。 このようにして偏光変換光学素子へ向かう偏光光は、 第 1 の偏光光束と偏光方向がほぼ直交する偏光光である。 これを、 第 2の偏光光束と する。
第 2の偏光分離膜を透過した直線偏光光は、 第 3の偏光状態変換光学素子を通 ,
過し、 第 3の集光反射光学素子によって反射され、 再度第 3の偏光状態変換光学 素子を通過し、 偏光分離 ·合成光学素子へ向かう。 このとき、 この光は、 第 3の 集光光学反射素子によって複数の中間光束に分離されるとともに、 第 3の偏光状 態変換光学素子を 2回通過することによりその偏光方向が約 9 0度異なる直線偏 光光に変換される。 したがって、 この光が、 偏光分離 ·合成光学素子へ戻ると、 第 2の偏光分離膜によって反射され、偏光変換光学素子へ向かう。この偏光光は、 第 1の偏光光束と同じ偏光方向を有する。 したがって、 これも第 1の偏光光束と する。
第 1の偏光光束の中心軸と、第 2の偏光光束の中心軸とは、互いに平行であり、 かつ重なり合わない。 従って、 第 1の偏光光束による集光像と、 第 2の偏光光束 による集光像とは、 互いに異なる位置に形成されることになる。 よって、 偏光変 換光学素子によって、 第 1の偏光光束の偏光方向と、 第 2の偏光光束の偏光方向 を揃えることができる。
以上述べたような構成により、 本発明の偏光照明装置では、 2つの光源部を用 いているにもかかわらず、 照明光の被照明領域に対する入射角度 （照明角） を大 きくすることなく、 照明する面積をほぼ 1つの光源部が照明する面積と同じにす ることができる。 このため、 一定面積当たりの光量を 1つの光源部を用いた場合 と比較して約 2倍とすることができるので、 照明領域を大変明るく照明すること が可能となる。 また、 各集光反射光学素子によって分離された中間光束を、 1ケ 所の被照明領域上で重畳するようにすれば、 被照明領域を均一に照明することが 可能となる。 したがって、 本発明の偏光照明装置を表示装置の光源として用いれ ば、 極めて均一な画像を得ることができる。 さらにまた、 本発明の偏光照明装置 では、 第 1及び第 2の光源部から射出されたランダムな偏光光をほとんど損失を 伴うことなく 1種類の偏光光に揃えて合成することができる。 したがって、 液晶 素子のような特定の偏光光を変調するタイプの変調素子を用いた表示装置に本発 明の偏光照明装置を採用すれば、 極めて明るい画像を得ることが可能となる。 さらにまた、 第 1の集光反射光学素子及び第 3の集光反射光学素子の微小集光 反射素子によって反射されて偏光変換光学素子に入射する光束の中心軸と、 第 2 の集光反射光学素子の微小集光反射素子によつて反射されて偏光変換光学素子に 入射する光束の中心軸とが、 互いに平行である、 ということは、 第 1〜第 3の集 光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射された光が、 ほぼ同じ角度で偏 光分離 ·合成素子に入射することを意味する。従って、 偏光分離 ·合成素子の偏 光分離 ·合成特性が光の入射角度に依存しやすい場合であっても、 安定した偏光 分離 ·合成を行うことが可能であり、 むらの少ない照明光を得ることが可能とな る。
尚、 第 1ないし第 3の集光反射光学素子を配置する位置については、 明確に規 定される性質のものではない。 要するに、 第 1の中間光束と第 3の中間光束とが 偏光変換光学素子上で重なり合うように、 かつ、 第 1及び第 3の中間光束と、 第 2の中間光束とが偏光変換光学素子上で重なり合わないように、 第 1ないし第 3 の集光反射光学素子を配置すればよい。
本発明において、 前記微小集光反射素子の開口形状は、 被照明領域の形状と相 似形とすることができる。 光源部からの光は集光反射光学素子によつて複数の光 に分割され、 最終的に被照明領域で重畳されるため、 上記のような構成を採用す ることによって、光源部からの光を無駄なく被照明領域に導くことが可能である。 本発明において、 前記偏光変換光学素子の入射面側或いは射出面側には、 前記 偏光分離 ·合成光学素子から射出された光を集光するために、 複数の集光素子を 備えた集光光学素子を配置することができる。 このように集光光学素子を配置す ることによって、 集光反射光学素子によつて分割形成された複数の光のそれぞれ を集光しながら偏光変換光学素子の所定の場所に効果的に導くことが可能となる ため、 偏光変換光学素子における偏光変換効率を向上できる効果がある。 尚、 第 1ないし第 3の集光反射光学素子を構成する微小集光反射素子の数がそれぞれ異 なる場合には、 最も多くの微小集光反射素子によって構成される集光反射光学素 子において、 そこに使用されて t、る微小集光反射素子の数の 2倍の数の集光素子 によつて集光光学素子を構成すればよい。
本発明において、 前記偏光変換光学素子の射出面側には、 前記偏光変換光学素 子から射出された光を被照明領域上に重畳する重畳光学素子を配置することがで きる。 このように重畳光学素子を配置することによって、 集光反射光学素子によ つて分割形成された複数の光のそれぞれを被照明領域に効果的に導くことが可能 „
となるため、 照明効率を向上できる効果がある。
本発明において、 前記偏光変換光学素子の射出面側には、 前記偏光変換光学素 子から射出された光の光路を変更する光路変更光学素子を配置することができる c 寸法が比較的大きな 2つの光源部の光軸によって規定される平面と平行な方向に 照明光を射出できるように光路変更光学素子を配置すれば、 偏光照明装置の一方 方向の厚みを薄くすることができ、 薄型の偏光照明装置を実現できる。 従って、 この偏光照明装置を投写型表示装置等の光源として用いた場合には、 コンパクト な投写型表示装置を得ることも可能となる。
本発明において、 前記第 1ないし第 3の集光反射光学素子の前記微小集光反射 素子は、 いずれも複数の曲面反射ミラーで構成することができる。 また、 前記第 1ないし第 3の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子は、 レンズと、 前記レ ンズの前記偏光分離 ·合成光学素子とは反対側の面に設けられた反射面で構成す ることもできる。 このように構成すると、 光源部からの光を複数の中間光束に容 易に分離することができる。 ここで、 曲面反射ミラ一を偏心ミラ一としたり、 或 いは、 レンズを偏心レンズとすれば、 上述した偏光変換光学素子や集光光学素子 を小型化できると共に、 上述した重畳光学素子を用いなくとも、 効果的に光を被 照明領域に導くことができる。
本発明に係わる偏光照明装置は、 偏光照明装置から射出された光を変調する光 変調素子と、 前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系とを有 する投写型表示装置に用いることができる。
さらに、 本発明に係る偏光照明装置は、 偏光照明装置から射出された光を複数 の色光に分離する色光分離光学素子と、 前記色光分離光学素子によつて分離され た色光をそれぞれ変調する複数の光変調素子と、 前記複数の光変調素子によって 変調された光を合成する色光合成光学素子と、 前記色光合成光学素子によって合 成された光を投写する投写光学系とを有するカラー画像を表示できる投写型表示 装置に用いることもできる。
また、 本発明に係る偏光照明装置は、 偏光照明装置から射出された光を変調す る反射型光変調素子と、 前記偏光照明装置から射出された光、 及び、 前記反射型 光変調素子によって変調された光に含まれる複数の偏光成分を分離する偏光分離 光学素子と、 前記反射型光変調素子によって変調され、 前記偏光分離光学素子を 介して射出された光を投写する投写光学系とを有する投写型表示装置に用いるこ ともできる。
さらにまた、 本発明に係る偏光照明装置は、 偏光照明装置から射出された光を 複数の色光に分離する色光分離光学素子と、 前記色光分離光学素子によって分離 された色光をそれぞれ変調する複数の反射型光変調素子と、 前記色光分離光学素 子によって分離された各色光、 及び、 前記複数の反射型光変調素子によって変調 された各色光に含まれる複数の偏光成分を分離する複数の偏光分離光学素子と、 各々の前記反射型光変調素子によって変調され、 各々の前記偏光分離光学素子を 介して射出された光を合成する色光合成光学素子と、 前記色光合成光学素子によ つて合成された光を投写する投写光学系とを有する投写型表示装置に用いること もできる。
このようにして、本発明の偏光照明装置を用レ、た投写型表示装置を構成すると、 明るく、 かつ、 明るさが均一な投写画像を得ることができる。 尚、 本発明の偏光 照明装置は、 偏光方向の揃った光束を射出するので、 光変調素子として液晶素子 を用いた投写型表示装置に適している。
上記投写型表示装置では、 前記第 1、 第 2の光源部のうち、 少なくとも一方が 着脱可能に構成されていることが好ましい。 このように構成すると、 投写型表示 装置を持ち運びする際にいずれか一方の光源部を取り外すことが可能となり、 可 搬性が向上する。
また、 上記投写型表示装置では、 前記第 1、 第 2の光源部のうち、 少なくとも 一方が選択点灯可能となっていることが好ましい。 このように構成すると、 例え ば、 投写型表示装置をバッテリ駆動する際に一方の光源のみを選択点灯すること によりバッテリの寿命時間を延ばすことができる。 また、 周囲が明るい場所で投 写画像を観察する場合には、 2つの光源部を点灯させ、 周囲が暗い場所で投写画 像を観察する場合には一方のみを選択点灯させるというように投写画像の明るさ を環境や観察者の好みに応じて適宜変化させることが可能となる。
さらに、 上記投写型表示装置では、 前記第 1、 第 2の光源部から射出される光 の分光特性や輝度特性を互いに異なった特性とすることもできる。 このように構 成すると、 照明光の色合レ、を所定の色合レ、に容易に設定することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態 1に係る偏光照明装置に構成した光学系の概略構 成図である。
図 2は、 偏光分離'合成光学素子 2 0 1の詳細な構造を説明するための図であ る。
図 3は、 本発明の実施の形態 1に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構 成を示す概略構成図である。
図 4は、 図 1·に示す偏光照明装置の集光ミラ一板の斜視図である。
図 5は、 図 1に示す偏光照明装置での偏光動作を示す説明図である。
図 6は、 図 1に示す偏光照明装置のレンズ板の斜視図である。
図 7は、 図 1に示す偏光照明装置の集光レンズ板における 2次光源像の形成位 置を示す説明図である。
図 8は、 本発明の実施の形態 2に係る偏光照明装置に構成した光学系の概略構 成図である。
図 9は、 本発明の の形態 3に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本構 成を示す概略構成図である。
図 1 0は、 本発明の実施の形態 4に係る偏光照明装置に構成した光学系の基本 構成を示す概略構成図である。
図 1 1は、 実施の形態 5として、 実施の形態 1ないし 4に係る偏光照明装置に 用いることのできる集光ミラ一板の斜視図である。
図 1 2は、 図 1、 図 3に示す偏光照明光学系を備えた投写型表示装置の例の光 学系の X z平面における概略構成図である。
図 1 3は、 図 1 2に示す投写型表示装置の光学系の y z平面における概略構成 図である。
図 1 4は、 偏光照明装置の光源ランプの発光スぺクトルについて示す説明図で ある。
図 1 5は、 図 1、 図 3に示す偏光照明光学系を備えた投写型表示装置の別の例 の光学系の x z平面における概略構成図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
尚、 以下の各実施形態の説明及び添付図面においては、 相互に対応する部分に は同一の符号を付して、 それらの説明の重複を回避している。 また、 互いに直交 する 3つの空間軸を X軸、 y軸、 z車由とし、 X軸に平行な 2つの方向をそれぞれ + x方向及び一 X方向、 y軸に平行な 2つの方向をそれぞれ + y方向及び— y方 向、 z軸に平行な 2つの方向をそれぞれ + z方向及び一 z方向とする。 さらに、 X軸に平行な偏光方向の光を X偏光光、 y軸に平行な偏光方向の光を y偏光光、 z軸に平行な偏光方向の光を z偏光光とする。
[実施の形態 1 ]
図 1は本発明の偏光照明装置の第 1の実施形態を示す斜視図である。 本実施形 態では、 偏光方向がランダムな光 （以下、 「ランダムな偏光光」 と称す。 ） を射 出する第 1の光源部 1 0 1と第 2の光源部 1 0 2の 2つの光源部が設けられてい る。
図 1に示すように、 本実施の形態に係る偏光照明装置 1は、 x y平面内におい て直角に交わるシステム光軸 L 1と Lに沿って、 第 1の光源部 1 0 1、 偏光分 離 ·合成光学素子 2 0 1、 第 1の 1/ 4位相差板 3 5 1 (第 1の偏光状態変換光 学素子） と第 2のえ /4位相差板 3 5 2 (第 2の偏光状態変換光学素子） 、 第 1 の集光ミラー板 3 0 1 (第 1の集光反射光学素子） と第 2の集光ミラー板 3 0 2 (第 2の集光反射光学素子）、 集光レンズ部 4 0 1 (集光光学素子、 偏光変換光 学素子及び重畳光学素子）、及び折り返し反射ミラー 5 0 1 (光路変更光学素子） を有している。 第 1の光源部 1 0 1から射出されたランダムな偏光光は、 後で説 明するとおり、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1において 2種類の偏光光に分離さ れた後、 第 1の人 /4位相差板 3 5 1、 第 1の集光ミラ一板 3 0 1、 第 2の入/ 4位相差板 3 5 2、第 2の集光ミラー板 3 0 2、偏光分離'合成光学素子 2 0 1、 及び集光レンズ部 4 0 1により再び 1種類の偏光光として合成され、 折り返し反 射ミラ一 5 0 1を経て、 矩开 の被照明領域 6 0 1に至るようになつている。 また、 y z平面内において直角に交わるシステム光軸 L 2、 Lに沿って、 第 2 の光源部 1 0 2、 前記の偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1、 第 3の λ/ 4位相差板 3 5 3 (第 3の偏光状態変換光学素子） と前記の第 2の人 /4位相差板 3 5 2、 第 3の集光ミラー板 3 0 3 (第 3の集光反射光学素子） と前記の第 2の集光ミラ 一板 3 0 2、 前記の集光レンズ部 4 0 1、 及び前記の折り返し反射ミラ一 5 0 1 が配置された構成になっている。 第 2の光源部 1 0 2から射出されたランダムな 偏光光は、 後で説明するとおり、 偏光分離，合成光学素子 2 0 1において 2種類 の偏光光に分離された後、 第 3のえ /4位相差板 3 5 3、 第 3の集光ミラー板 3 0 3、 第 2のえ /4位相差板 3 5 2、 第 2の集光ミラー板 3 0 2、 偏光分離'合 成光学素子 2 0 1、 及び集光レンズ部 4 0 1により再び 1種類の偏光光として合 成され、 同様に折り返し反射ミラー 5 0 1を経て、 矩形状の被照明領域 6 0 1に 至るようになつている。 尚、 折り返し反射ミラ一 5 0 1によってその進行方向を 略 9 0度曲げられた照明光の射出方向は、 第 1及び第 2の光源部 1 0 1、 1 0 2 を含む平面に対してほぼ平行である。
尚、 システム光軸 L 1は第 1の光源部から射出された光の中心軸とほぼ一致し ており、 システム光軸 L 2は第 2の光源部から射出された光の中心軸とほぼ一致 しており、 システム光軸 Lは偏光分離 ·合成光学素子から射出された合成光の中 心軸とほぼ一致している。
第 1及び第 2の光源部 1 0 1、 1 0 2は、 それぞれ光源ランプ 1 1 1、 1 1 2 と、 放物面リフレクタ一 1 2 1、 1 2 2とから大略構成されており、 光源ランプ 1 1 1、 1 1 2から されたランダムな偏光光は、 それぞれ放物面リフレクタ 一 1 2 1、 1 2 2によって一方向に反射され、 略平行な光束となって偏光分離' 合成光学素子 2 0 1に入射する。 ここで、 放物面リフレクタ一 1 2 1、 1 2 2に 代えて、 楕円面リフレクタ一、 球面リフレクタ一なども用いることができる。 偏光分離'合成光学素子 2 0 1は略 6面体形状の偏光ビームスプリヅ夕であり、 誘電体多層膜からなる第 1及び第 2の偏光分離膜 2 1 1、 2 1 2をガラス製のプ リズム 2 0 2に内蔵した構造となっている。 第 1の偏光分離膜 2 1 1は、 第 1の 光源部 1 0 1から射出される光の中心軸に対して斜めに配置され、 偏光分離 ·合 成光学素子 2 0 1の第 1の面 2 2 1に対して角度ひ 1 = 4 5度をなすように形成 されている。 また、 第 2の偏光分離膜 2 1 2は、 第 2の光源部 1 0 2から射出さ れる光の中心軸に対して斜めに配置され、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1の第 2 の面 2 2 2に対して角度ひ 2 = 4 5度をなすように形成されている。
図 2は、 この偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1の詳細な構造を説明するための図 である。 図 2に示すように、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1は、 2つの三角錐プ リズム 2 9 1、 2 9 5と 2つの四角錐プリズム 2 9 2、 2 9 4とで構成されてい る。
第 1の三角錐プリズム 2 9 1の側面 B D Hと第 1の四角錐プリズム 2 9 2の側 面 B D Hとの間、 及び、 第 2の四角錐プリズム 2 9 4の側面 B F Hと第 2の三角 錐プリズム 2 9 5の側面 B F Hとの間には、 それぞれ第 1の偏光分離膜 2 1 1が 形成されている。 この第 1の偏光分離膜 2 1 1は、 例えば、 第 1の三角錐プリズ ム 2 9 1の側面 B D Hと第 1の四角錐プリズム 2 9 2の側面 B D Hとのうちのい ずれか一方と、 第 2の四角錐プリズム 2 9 4の側面 B F Hと第 2の三角錐プリズ ムの側面 B F Hとのうちのいずれか一方とに、 それぞれ誘電体多層膜を蒸着する ことによって形成される。 ここで、 第 1の偏光分離膜 2 1 1を形成する面は、 第 1の三角錐プリズム 2 9 1の側面 B D Hと第 1の四角錐プリズム 2 9 2の側面 B D Hのどちらであっても良く、 また、 第 2の四角錐プリズム 2 9 4の側面 B F H と第 2の三角錐プリズム 2 9 5の側面 B F Hのどちらであっても良い。 しかしな がら、 2つのプリズムに形成される第 1の偏光分離膜 2 1 1は平坦であることが 望ましいため、 第 1の三角錐プリズム 2 9 1の側面 B D Hと第 2の四角錐プリズ ム 2 9 4の側面 B F Hとに形成するか、 あるいは、 第 1の四角錐プリズム 2 9 2 の側面 B D Hと第 2の三角錐プリズム 2 9 5の側面 B F Hとに形成することが好 ましい。
一方、 第 1の三角錐プリズム 2 9 1の側面 A B Hと第 2の四角錐プリズム 2 9 4の側面 A B Hとの間、 及び、 第 1の四角錐プリズム 2 9 2の側面 B G Hと第 2 の三角錐プリズム 2 9 5の側面 B G Hとの間には、 それぞれ第 2の偏光分離膜 2 1 2が形成されている。 この第 2の偏光分離膜 2 1 2は、 第 1の三角錐プリズム 2 9 1の側面 A B Hと第 2の四角錐プリズム 2 9 4の側面 AB Hとのうちのいず れか一方と、 第 1の四角錐プリズム 2 9 2の側面 B G Fと第 2の三角錐プリズム 2 9 5の側面 B G Hとのうちのいずれか一方とに、 それぞれ誘電体多層膜を蒸着 することによって形成される。ここで、第 2の偏光分離膜 2 1 2を形成する面は、 第 1の三角錐プリズム 2 9 1の側面 A B Hと第 2の四角錐プリズム 2 9 4の側面 AB Hのどちらであっても良く、 また、 第 1の四角錐プリズム 2 9 2の側面 B G Hと第 2の三角錐プリズム 2 9 5の側面 B G Hのどちらであっても良い。 しかし ながら、 2つのプリズムに形成される第 2の偏光分調莫 2 1 2は平坦であること が望ましいため、 第 1の三角錐プリズム 2 9 1の側面 A B Hと第 1の四角錐プリ ズムの側面 B G Hとに形成するか、 あるいは、 第 2の四角錐プリズム 2 9 4の側 面 A B Hと第 2の三角錐プリズム 2 9 5の側面 B G Hとに形成することが好まし い。
さらに、 第 1の三角錐プリズム 2 9 1と第 1の四角錐プリズム 2 9 2の第 1の 偏光分離膜 2 1 1が形成された面 B D Hが貼り合わされることにより、 第 1のプ リズム合成体 2 9 3が形成される。 また、 第 2の四角錐プリズム 2 9 4と第 2の 三角錐プリズム 2 9 5の偏光分離膜 2 1 1が形成された面 B F Hが貼り合わされ ることにより、 第 2のプリズム合成体 2 9 6が形成される。 最後に、 2つのプリ ズム合成体 2 9 3、 2 9 6の第 2の偏光分離膜 2 1 2が形成された面 A B G Hが 貼り合わされることにより、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1が完成する。 勿論、 上記に示した 4つのプリズムの組み上げ順序は一例に過ぎないため、 上記の順序 に限定されるものではない。
再び、 図 1に基づいて説明する。偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1の第 3の面側 2 3 1には、 これと対向して第 1の人 Z4位相差板 3 5 1が、 さらにその位相差 板の外側には第 1の集光ミラー板 3 0 1が配置されている。 そして、 本例では、 第 1の入 /4位相差板 3 5 1と第 1の集光ミラー板 3 0 1とが、 第 3の面 2 3 1 とほぼ平行に配置されている。 また、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1の第 4の面 2 3 2側には、 これと対向して第 2のえ /4位相差板 3 5 2が、 さらにその位相 差板の外側には第 2の集光ミラー板 3 0 2が配置されている。そして、本例では、 第 2のえ /4位相差板 3 5 2と第 2の集光ミラ一板 3 0 2とが、 第 4の面 2 3 2 とほぼ平行に配置されている。 さらに、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1の第 5の 面 2 3 3側には、 これと対向して第 3のえ Z4位相差板 3 5 3が、 さらにその位 丄 *3 相差板の外側には第 3の集光ミラー板 3 0 3が配置されている。 そして、 本例で は、 第 3のえ Ζ4位相差板 3 5 3と第 3の集光ミラー板 3 0 3とが、 第 5の面 2 3 3とほぼ平行に配置されている。 第 1ないし第 3の集光ミラー板 3 0 1、 3 0 2、 3 0 3の構成の詳細については後述する。 尚、 図 1では、 見やすさを優先し て、 第 1ないし第 3の λ/4位相差板 3 5 1、 3 5 2、 3 5 3は偏光分離'合成 光学素子 2 0 1から離して描かれているが、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1に密 着させて配置する方が望ましい。
偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1の第 6の面 2 3 4の側には、 後で詳しく説明す る集光レンズ板 4 1 1、 人 Ζ 2位相差板 4 2 1 (偏光変換光学素子） 、 及び重畳 レンズ 4 3 1 (重畳光学素子） により構成された集光レンズ部 4 0 1がシステム 光軸 Lに対して垂直な向きに設置されている。
以上のように構成された偏光照明装置 1において、 第 1の光源部 1 0 1から射 出されたランダムな偏光光が 2種類の偏光光に分離され、 集光レンズ板 4 0 1に 導かれるまでの過程について説明する。 図 3は、 図 1の x y平面における断面図 を示したものである。
ここで、 上記過程の説明には直接関係がないため、 折り返し反射ミラ一 5 0 1 は省略され、 従って、 集光レンズ部 4 0 1から被照明領域 6 0 1に至る光路は直 線的に表現されている。 尚、 後に説明する図 9、 図 1 0においても同様である。 第 1の光源部 1 0 1から射出されたランダムな偏光光は、 偏光方向が第 1の偏 光分離膜 2 1 1の入射面 （x y平面） と平行な直線偏光光と、 偏光方向が第 1の 偏光分離膜 2 1 1の入射面 （x y平面） と直交する直線偏光光との混合光として 考えることができる。
第 1の光源部 1 0 1から射出され、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1の第 1の面 2 2 1に入射した混合光は、 第 1の偏光分離膜 2 1 1によって y偏光光と z偏光 光の 2種類の偏光光に分離される。 ここで、 第 1の偏光分離膜 2 1 1は、 偏光方 向が第 1の偏光分離膜の入射面 （x y平面） と平行な直線偏光光である y偏光光 を透過し、 偏光方向が第 1の偏光分離膜 2 1 1と直交する直線偏光光である z偏 光光を反射する。 すなわち、 ランダムな偏光光に含まれる y偏光光は、 第 1の偏 光分離膜 2 1 1をそのまま透過し第 3の面 2 3 1へと向かい、 z偏光光は第 1の 偏光分離膜 2 1 1で反射されて偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1の第 4の面 2 3 2 へと進行方向を変える。 尚、 偏光分離膜 2 1 1は、 Ρ偏光光を透過し、 S偏光光 を反射する偏光分離膜として、 通常用いられているものである。
偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1により分離された 2種類の偏光光は、 第 1及び 第 2のえ /4位相差板 3 5 1、 3 5 2を通過し、 第 1及び第 2の集光ミラー板 3 0 1、 3 0 2によりそれぞれ反射される。
これらの集光ミラ一板 3 0 1、 3 0 2は、 その外観図を図 4に示すように、 被 照明領域 6 0 1とほぼ相似関係にあるような、 いずれも矩形状の外形を有する同 一の微小集光ミラ一 3 1 1をマトリックス状に複数配列し、 その表面にアルミ二 ゥムの蒸着膜や誘電体多層膜などからなる反射面 3 1 2を形成してなるものであ る。 本実施の形態では、 微小集光ミラ一 3 1 1の反射面 3 1 2は球面状に形成さ れている。但し、 この反射面 3 1 2の曲率形状は、放物面状、楕円面状、 或いは、 トーリック面状であってもよく、 それらは、 第 1及び第 2の光源部 1 0 1、 1 0 2からの入射光の特性に応じて設定することが出来る。 尚、 後述する第 3の集光 ミラー板 3 0 3も同様である。
第 1の偏光分離膜 2 1 1により分離された y偏光光及び ζ偏光光は、 それそれ 第 1及び第 2のえ /4位相差板 3 5 1、 3 5 2を通過し、 第 1及び第 2の集光ミ ラ一板 3 0 1、 3 0 2により反射され、 再度人 /4位相差板 3 5 1、 3 5 2を通 過する間に、 偏光光の進行方向を略 1 8 0度反転されると同時に偏光方向が 9 0 度回転する。 この偏光光の変ィ匕の様子を図 5により説明する。 尚、 この図では説 明の簡! ^匕のために、 集光ミラー板 3 0 1、 3 0 2を平面状のミラー板 3 2 1と して描いてある。 え /4位相差板 3 5 1に入射した y偏光光 3 2 2は、 人 /4位 相差板により右回りの円偏光光 3 2 3 (但し、 入 4位相差板の設置の仕方によ つては左回りの円偏光光となる。 ） に変換されミラー板 3 2 1へと達する。 ミラ 一板 3 2 1により光は反射されると同時に偏光方向の回転方向も変ィ匕する。 すな わち、 右回りの円偏光光は左回りの円偏光光へと （左回りの円偏光光は右回りの 円偏光光へと） 変化する。 ミラー板 3 2 1により光の進行方向を略 1 8 0度反転 され、 同時に左回りの円偏光光 3 2 4となった偏光光は、 再度人 4位相差板 3 5 1、 3 5 2を通過する際に z偏光光 3 2 5へと変換される。 また、 人 /4位相 差板 3 5 2に入射した z偏光光 3 2 5は、 人 /4位相差板により左回りの円偏光 光 3 2 4 (但し、 人 /4位相差板の設置の仕方によっては右回りの円偏光光とな る。 ） に変換されミラー板 3 2 1へと達する。 ミラー板 3 2 1により光は反射さ れると同時に偏光方向の回転方向も変化する。 すなわち、 左回りの円偏光光は右 回りの円偏光光へと （右回りの円偏光光は左回りの円偏光光へと） 変化する。 ミ ラー板 3 2 1により光の進行方向を略 1 8 0度反転され、 同時に右回りの円偏光 光 3 2 3となった偏光光は、 再度え /4位相差板 3 5 2を通過する際に X偏光光 3 2 2へと変換される。
再び、 図 3に基づいて説明する。 第 3の面 2 3 1に達した y偏光光は、 第 1の え /4位相差板 3 5 1及び第 1の集光ミラー板 3 0 1により偏光光の進行方向を 略 1 8 0度反転されると同時に z偏光光へと変換され、 第 1の偏光分離膜 2 1 1 で反射され進行方向を変えて、 第 6の面 2 3 4へと向かう。 他方、 第 4の面 2 3 2に達した z偏光光は、 第 2のえ /4位相差板 3 5 2及び第 2の集光ミラ一板 3 0 2により偏光光の進行方向を略 1 8 0度反転されると同時に X偏光光へと変換 され、 今度は第 1の偏光分離膜 2 1 1をそのまま透過し、 第 6の面 2 3 4へと向 かう。 すなわち、 第 1の偏光分離膜 2 1 1は偏光合 5¾莫としても機能しているこ とになるので、 光学素子 2 0 1は、 偏光分離 ·合成光学素子として機能する。 第 1及び第 2の集光ミラー板 3 0 1、 3 0 2は集光作用を有する微小集光ミラ 一 3 1 1により構成されているため、偏光光の進行方向は略反転させると同時に、 各々の集光ミラ一板 3 0 1、 3 0 2を構成する微小集光ミラ一 3 1 1と同数の複 数の集光像を形成する。 これらの集光像は光源像に他ならないため、 以下では 2 次光源像と呼ぶ。 本実施形態の偏光照明装置 1では、 このような二次光源像が形 成される位置付近に、 集光レンズ部 4 0 1が配置されている。
ここで、 第 1の集光ミラー板 3 0 1は、 X軸に対して集光ミラー板 3 0 1の略 中心が/? 1だけ + y方向にシフトした状態で配置されている。 また、 第 2の集光 ミラ一板 3 0 2は、 y軸に対して集光ミラ一板 3 0 2の略中心が/? 2だけ— X方 向にシフトした状態でそれぞれ配置されている。
上記のように各々の集光ミラ一板はその位置が X軸或レ、は y軸に対してずらし てあるので、 第 1の集光ミラ一板 3 0 1の微小集光ミラ一 3 1 1によって反射さ れて集光レンズ部 4 0 1に入射する z偏光の光束の中心軸と、 第 2の集光ミラー 板 3 0 2の微小集光ミラ一 3 1 1によって反射されて集光レンズ部 4 0 1に入射 する X偏光の光束の中心軸とは、 互いに平行であり、 かつ重なり合わない。 すな わち、 第 1の集光ミラ一板 3 0 1によって形成される z偏光光による 2次光源像 と、 第 2の集光ミラ一板 3 0 2によって形成される X偏光光による 2次光源像と は、 図 1中に S 1と P 1で概念的に示されるように、 X軸方向に僅かに異なった 位置に形成されることになる。
次に、 図 1に基づき、 偏光照明装置 1において、 第 2の光源部 1 0 2から射出 されたランダムな偏光光が 2種類の偏光光に分離され、 集光レンズ板 4 0 1に導 かれるまでの過程について説明する。
第 1の光源部 1 0 2から射出されたランダムな偏光光は、 偏光方向が第 2の偏 光分離膜 2 1 2の入射面 （y z平面） と平行な直線偏光光と、 偏光方向が第 2の 偏光分離膜 2 1 2の入射面 （y z平面） と直交する直線偏光光との混合光として 考えることができる。
第 2の光源部 1 0 2から射出され、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1の第 1の面 2 2 1に入射した混合光は、 第 2の偏光分離膜 2 1 2によって X偏光光と z偏光 光の 2種類の偏光光に分離される。 ここで、 第 2の偏光分離膜 2 1 2は、 第 1の 偏光分離膜 2 1 1と異なり、 偏光方向が第 2の偏光分離膜の入射面 （y z平面） と平行な直線偏光光である z偏光光を反射し、 偏光方向が第 2の偏光分離膜 2 1 2と直交する直線偏光光である X偏光光を透過する。 すなわち、 ランダムな偏光 光に含まれる X偏光光が、 第 1の偏光分離膜 2 1 1をそのまま透過し第 3の面 2 3 1へと向かい、 z偏光光が第 1の偏光分離膜 2 1 1で反射されて偏光分離'合 成光学素子 2 0 1の第 4の面 2 3 2へと進行方向を変える。 このように、 入射面 と平行な P偏光光を反射し、入射面と直交する S偏光光を反射する偏光分離膜は、 F T I R (Frustrated Total Internal Reflection) 膜と称されている。 そして、 誘電体多層膜による F T I R膜は、ベースとなるガラス等の材料、多層膜の材料、 多層膜の構成等の条件を適宜設定することによつて形成できることが知られてい る。 F T I R膜については周知であるため、 その詳細な構成についての説明は、 省略する。 第 2の偏光分離膜 2 1 2により分離された z偏光光及び X偏光光は、 それぞれ 第 2及び第 3の λ/4位相差板 3 5 2、 3 5 3を通過し、 第 2及び第 3の集光ミ ラー板 3 0 2、 3 0 3により反射され、 再度人 /4位相差板 3 5 2、 3 5 3を通 過する間に、 偏光光の進行方向を略 1 8 0度反転されると同時に偏光方向が約 9 0度回転する。 この偏光光の変化の過程は、 先に図 5で説明した過程と同様であ る。
したがって、 第 4の面 2 3 2に達した ζ偏光光は、 第 2の入 Ζ4位相差板 3 5 2及び第 2の集光ミラ一板 3 0 2により偏光光の進行方向を略 1 8 0度反転され ると同時に X偏光光へと変換され、 第 2の偏光分離膜 2 1 2をそのまま透過し、 第 6の面 2 3 4へと向かう。 他方、 第 5の面 2 3 3に達した X偏光光は、 第 3の 入 / 4位相差板 3 5 3及び第 3の集光ミラー板 3 0 3により偏光光の進行方向を 略 1 8 0度反転されると同時に y偏光光へと変換され、 第 2の偏光分離膜 2 1 2 によって反射されて z偏光光となって第 6の面 2 3 4へと向かう。
第 2及び第 3の集光ミラ一板 3 0 2、 3 0 3は、 先に説明したように、 集光作 用を有する微小集光ミラ一 3 1 1により構成されているため、 偏光光の進行方向 は略反転させると同時に、 各々の集光ミラー板 3 0 2、 3 0 3を構成する微小集 光ミラ一 3 1 1と同数の複数の集光像 （2次光源像） を形成する。
ここで、 第 2の集光ミラー板 3 0 2は、 y軸に対して集光ミラ一板 3 0 2の略 中心が/? 2だけ一 X方向にシフトした状態で配置されている。 また、 第 3の集光 ミラ一板 3 0 3は、 y軸に対して集光ミラー板 3 0 2の略中心が/? 3だけ + x方 向にシフトした状態でそれぞれ配置されている。
従って、 第 2の集光ミラー板 3 0 2の微小集光ミラ一 3 1 1によって反射され て集光レンズ部 4 0 1に入射する X偏光の光束の中心軸と、 第 3の集光ミラ一板 3 0 3の微小集光ミラ一 3 1 1によって反射されて集光レンズ部 4 0 1に入射す る z偏光の光束の中心軸とは、 互いに平行であり、 かつ重なり合わない。 すなわ ち、第 1の集光ミラー板 3 0 2によつて形成される X偏光光による 2次光源像と、 第 3の集光ミラ一板 3 0 3によって形成される z偏光光による 2次光源像とは、 図 1中に P 1と S 1で概念的に示されるように、 X軸方向に僅かに異なった位置 に形成されることになる。 但し、 このとき形成される 2種類の 2次光源像 （z偏 lo 光光による 2次光源像と x偏光光による 2次光源像） は、 第 1の光源部 1 0 1か ら射出された光によって形成される 2種類の 2次光源像と、 それぞれ偏光方向が 一致するように重なる。 すなわち、 第 1の光源部 1 0 1から射出され、 第 1の偏 光分離膜 2 1 1、 第 1の人 /4位相差板 3 5 1、 第 1の集光ミラ一板 3 0 1を介 して形成された z偏光光による 2次光源像と、 第 2の光源部から射出され、 第 2 の偏光分離膜 2 1 2、 第 3の λ/4位相差板 3 5 3、 第 3の集光ミラ一板 3 0 3 を介して形成された ζ偏光光による 2次光源像とは、 図 1中に概念的に示される ように、 重なるように同じ位置 S 1に形成される。 また、 第 1の光源部から射出 され、 第 1の偏光分離膜 2 1 1、 第 2の λ/4位相差板 3 5 2、 第 2の集光ミラ 一板 3 0 2を介して形成された X偏光光による 2次光源像と、 第 2の光源部から 射出され、 第 2の偏光分離膜 2 1 2、 第 2のえ /4位相差板 3 5 2、 第 2の集光 ミラー板 3 0 2を介して形成された X偏光光による 2次光源像とは、 図 1に概念 的に示されるように、 重なるように同じ位置 Ρ 1に形成される。 そのため、 第 3 の集光ミラー板のシフト量 3 3は 3 1と等しくなるように設定されている。
次に、 上記のようにして集光レンズ部 4 0 1に導かれた光束の偏光方向が揃え られ、 被照明領域 6 0 1に至る過程を説明する。
集光レンズ部 4 0 1の集光レンズ板 4 1 1は、 その外観を図 6に示すように、 矩开^ Κの微小レンズ 4 1 2からなる複合レンズ体である。 そして、 集光レンズ板 4 1 1は、 第 1ないし第 3の集光ミラ一板 3 0 1、 3 0 2、 3 0 3を構成する微 小集光ミラ一 3 1 1の数の 2倍の数の微小レンズ 4 1 2によって構成されている。 但し、 第 1ないし第 3の集光ミラー板 3 0 1、 3 0 2、 3 0 3を構成する微小集 光ミラ一 3 1 1の数がそれぞれ異なる場合には、 最も多くの微小集光ミラー 3 1 1によって構成される集光ミラー板において、 その集光ミラ一板を構成する微小 集光ミラーの数の 2倍の数の微小レンズ 4 1 2によって構成される。
ここで、 本 の形態の場合には、 X偏光光による 2次光源像と ζ偏光光によ る 2次光源像との配列間隔は/? 1 + β 2に等しい。 すなわち、 被照明領域 6 0 1 側から集光レンズ板 4 1 1を見た場合に 2種類の偏光光が形成する 2次光源像を 第 7図に示すと、 X偏光光が形成する 2次光源像 C 1 (円形の像のうち、 右上が りの斜線を付した領域） と、 ζ偏光光が形成する 2次光源像 C 2 (円形の像のう 丄 ち、 左上がりの斜線を付した領域） の 2つの 2次光源像が/? 2の間隔を隔 てて X軸方向に並ぶ状態で形成されることになる。 これに対して、 集光レンズ板 4 1 1の被照射領域 6 0 1側の面には、 X偏光光による 2次光源像 C 1の形成位 置に対応して位相差層 4 2 2が選択的に形成された入 / 2位相差板 4 2 1が設け られている。 したがって、 X偏光光は、 位相差層 4 2 2を通過する際に偏光方向 の回転作用を受け、 X偏光光は ζ偏光光へと変換される。 一方、 ζ偏光光は、 位 相差層 4 2 2を通過しないので、 偏光方向の回転作用を受けずにそのまま λ/ 2 位相差板 4 2 1を通過する。 それ故、 集光レンズ部 4 0 1から射出される光のほ とんどは、 ζ偏光光に揃えられる。
このようにして ζ偏光光に揃えられた光は、 人 /2位相差板 4 2 1の被照射領 域 6 0 1側の面に配置された重畳レンズ 4 3 1によって、 一ヶ所の被照明領域 6 0 1上で重畳される。 この場合、 重畳レンズ 4 3 1と被照明領域 6 0 1との間に 配置された折り返し反射ミラー 5 0 1によって、 照明光はその進行方向を約 9 0 度曲げられ、 被照明領域 6 0 1に達する。 すなわち、 第 1〜第 3の集光ミラ一板 3 0 1、 3 0 2、 3 0 3の微小集光ミラ一 3 1 1によって切り出された複数のィ メージ面は、 集光レンズ板 4 1 1と重畳レンズ 4 3 1によって一ヶ所に重畳され ると共に、 λ/2位相差板 4 2 1を通過する際に 1種類の偏光光に変換されてほ とんど全ての光が被照明領域 6 0 1へと達する。従って、 被照明領域 6 0 1はほ とんど 1種類の偏光光で照明される。 同時に、 被照明領域 6 0 1は複数の 2次光 源像によつて照明されるため、 照明強度のむらが非常に少なく、 被照明領域 6 0 1は均一に照明される。
以上説明したように、 本実施の形態の偏光照明装置 1によれば、 第 1及び第 2 の光源部 1 0 1、 1 0 2から射出されたランダムな偏光光を偏光分離 ·合成光学 素子 2 0 1で 2種類の偏光光に分離した後、 各偏光光を入 / 2位相差板 4 2 1の 所定の領域に導いて 1種類の偏光方向に揃える。 したがって、 第 1及び第 2の光 源部 1 0 1、 1 0 2から射出されたランダムな偏光光を損失することなく、 ほと んど 1種類の偏光光に揃えた状態で合成できるため、 被照明領域 6 0 1を明るく 照明できるという効果を奏する。
また、 2つの光源部 1 0 1、 1◦ 2を用いているにもかかわらず、 照明光の被 照明領域に対する入射角度 （照明角） を大きくすることなく、 2つの光源部 1 0 1、 1 0 2からの照明光を合成できるため、 照明光の断面積は 1つの光源部を用 いた場合と同じであり、 従って、 一定面積当たりの光量を 1つの光源部を用いた 場合と比較して約 2倍にすることができる。 さらに、 第 1及び第 2の光源部 1 0 1、 1 0 2からなる 2つの光源部を設けるといっても、 双方を x z平面上に配置 できる。 この場合、 集光レンズ部 4 0 1から射出された照明光の進行方向を変え る折り返し反射ミラー 5 0 1が配置されているので、 2つの光源部が配置されて いる x z平面と照明光の射出方向とを平行にすることが出来る。 それ故、 照明装 置の薄型ィ匕ゃ低背ィ匕に適している。 つまり、 集光レンズ部 4 0 1の後段に配置さ れた折り返し反射ミラー 5 0 1によって偏光照明装置の小型化のための設計の自 由度はさらに向上する。
しかも、 2種類の偏光光をそれぞれ人 Z 2位相差板 4 2 1の所定の領域に導く には、偏光分離'合成光学素子 2 0 1の偏光分離性能が高いことが必要であるが、 本実施の形態においては、 ガラス製のプリズムと、 無機材料からなる誘電体多層 膜とを利用して偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1を構成してあるので、 偏光分離 · 合成光学素子 2 0 1の偏光分離性能は、 熱的に安定である。 それ故、 大きな光出 力が要求される照明装置においても常に安定した偏光分離性能を発揮できるので、 満足の得られる性能を有する偏光照明装置を実現できる。
さらに、 本実施の形態では、 横長の矩形形状である被照明領域 6 0 1の形状に 合わせて、 第 1ないし第 3の集光ミラー板 3 0 1、 3 0 2、 3 0 3の微小集光ミ ラ一 3 1 1を横長の矩形开娥 （被照明領域の开狱とほぼ相似形） とし、 同時に偏 光分離 ·合成光学素子 2 0 1から射出された 2種類の偏光光の分離の方向 （ 2種 類の偏光光によって形成される 2次光源像が並ぶ方向） も被照明領域 6 0 1の形 状に合わせて横方向 （X方向） に設定されている。 このため、 横長の矩形形状を 有する被照明領域 6 0 1を形成する場合でも、 光量を無駄にすることなく、 照明 効率を高めることができる。
さらにまた、 第 1の集光ミラー板 3 0 1及び第 3の集光ミラ一板 3 0 3の微小 集光反射素子によって反射されて集光レンズ部 4 0 1に入射する z偏光の光束の 中心軸と、 第 2の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射されて集光 レンズ部 4 0 1に入射する x偏光の光束の中心軸とが、 互いに平行である、 とい うことは、 第 1〜第 3の集光反射光学素子の微小集光反射素子によって反射され た光が、 ほぼ同じ角度で偏光分離 ·合成素子 2 0 1に入射することを意味する。 従って、 偏光分離 ·合成素子 2 0 1の偏光分離 ·合成特性が光の入射角度に依存 しゃすい場合であっても、 安定した偏光分離 ·合成を行うことが可能であり、 む らの少なレ、照明光を得ることが可會¾となる。
本実施の形態において説明してきた第 1ないし第 3の集光ミラー板 3 0 1 3 0 2 3 0 3の X軸、 y軸、 z軸からのシフト量/? 1 β 2 , ? 3とそれらのシ フトの方向は、 本実施の形態に限定されるものではない。 要するに、 ζ偏光光に よる 2次光源像と X偏光光による 2次光源像とが、 それぞれ空間的に分離された 位置に形成されると共に、 第 1の光源部 1 0 1の射出光から形成される ζ偏光光 による 2次光源像と第 2の光源部 1 0 2の射出光から形成される ζ偏光光による 2次光源像とが重なり合うように、 また、 第 1の光源部 1◦ 1の射出光から形成 される X偏光光による 2次光源像と第 2の光源部 1 0 2の射出光から形成される X偏光光による 2次光源像とが重なり合うように、 第 1ないし第 3の集光ミラ一 板のシフト量 3 1 β 、 ? 3とそれらのシフトの方向を各々設定すればよい。 従って、第 1ないし第 3の集光ミラ一板の全てを対応するそれぞれの軸（X軸、 y軸、 z軸） に対して平行シフトさせる必要は必ずしもない。 例えば、 第 2の集 光ミラー板 3 0 2のみを平行シフ卜させ、 第 1及び第 3の集光ミラ一板 3 0 1 3 0 3は平行シフトさせずに、 それぞれの集光ミラー板の略中心を X軸或いは z 軸が通過するように配置しても良い。逆に、第 1及び第 3の集光ミラー板 3 0 1 3 0 3のみを平行シフ卜させ、第 2の集光ミラー板 3 0 2は平行シフ卜させずに、 第 2の集光ミラー板 3 0 2の略中心を y軸が通過するように配置しても良い。 但 し、 第 1ないし第 3の集光ミラー板のシフト量とそれらのシフトの方向によって は、 集光レンズ部 4 0 1を y軸に対して同様にシフ卜させる必要がある場合もあ る。
尚、 本 の形態においては、 入 Z2位相差板 4 2 1を集光レンズ板 4 1 1の 被照明領域側に配置したが、 2次光源像が形成される位置近傍ならば他の位置で もよく、 限定がない。 例えば、 人 / 2位相差板 4 2 1を集光レンズ板 4 1 1の光 源部側に配置してもよい。
また、集光レンズ板 4 1 1を構成する微小レンズ 4 1 2を偏心レンズとすれば、 それぞれの微小レンズ 4 1 2を射出する光の方向を被照明領域 6 0 1に向けるこ とが出来るため、 集光レンズ板 4 1 1に重畳レンズ 4 3 1の機能を合わせ持たせ ることができる。 或いは、 第 1ないし第 3の集光ミラ一板 3 0 1、 3 0 2、 3 0 3を構成する微小集光ミラ一 3 1 1を偏心ミラーとすれば、 微小集光ミラ一 3 1 1を射出する光の方向を被照明領域 6 0 1に向けることが出来るため、 同様に第 1ないし第 3の集光ミラ一板 3 0 1、 3 0 2、 3 0 3に重畳レンズ 4 3 1の機能 を合わせ持たせることも可能である。 それらの場合には、 重畳レンズ 4 3 1を省 略できるため、偏光照明装置の低コスト化が可能となる。但し、後者の場合には、 図 7で示した X偏光光によって形成される 2次光源像と z偏光光によって形成さ れる 2次光源像との間隔は/? 1 + ? 2よりも狭くなる。
また、 第 1及び第 2の光源部 1 0 1、 1 0 2から射出される光の平行性が高い 場合には、 集光レンズ板 4 1 1を省略することも可能である。
さらに、 集光レンズ板 4 1 1を構成する微小レンズ 4 1 2は横長の矩形レンズ としたが、 その开 については特に限定がない。 但し、 図 7に示すように、 X偏 光光が形成する 2次光源像 C 1と z偏光光が形成する 2次光源像 C 2は横方向に 並ぶ状態で形成されるので、 それぞれの 2次光源像の形成位置に対応させて、 集 光レンズ板 4 1 1を構成する微小レンズ 4 1 2の幵揪は決定されることが望まし い。
また、 特性の異なる 2種類の位相差層を、 X偏光光による 2次光源像の形成位 置と z偏光光による 2次光源像の形成位置のそれぞれに配置し、 ある特定の偏光 方向を有する 1種類の偏光光に揃えてもよいし、 位相差層 4 2 2を z偏光光によ る 2次光源像 C 2の形成される位置に配置して、 照明光を X偏光光とする構成と してもよい。
[鎌の形態 2 ]
図 1に示す偏光照明装置 1では、 X偏光光が形成する 2次光源像と z偏光光が 形成する 2次光源像とが X軸にほぼ平行に並ぶ様に、 第 1ないし第 3の集光ミラ —板 3 0 1、 3 0 2、 3 0 3を配置したが、 図 8に示す偏光照明装置 2のように、 x偏光光が形成する 2次光源像と z偏光光が形成する 2次光源像とが z軸に平行 に並ぶ様に、 第 1ないし第 3の集光ミラー板 3 0 1、 3 0 2、 3 0 3を配置して もよい。 図 8中、 P 2、 S 2は、 それぞれ、 X偏光光、 z偏光光による 2次光源 像が形成される位置を概念的に示したものである。 そして、 この場合には、 例え ば、第 1の集光ミラー板 3 0 1はその略中心が X軸に対してァ 1だけ— z方向に、 第 2の集光ミラー板 3 0 2はその略中心が y軸に対してァ 2だけ + z方向に、 第 3の集光ミラー板 3 0 3はその略中心が z軸に対してァ 3だけ + y方向に、 それ それ平行シフトした状態に設定すればよい。 尚、 この場合においても、 偏光照明 装置としての基本的な原理については、 偏光照明装置 1と同様であるため、 詳細 な説明は省略する。
[実施の形態 3 ]
図 9 (x y平面における断面図を示している。 ） に示す偏光照明装置 3では、 各光学系の配置は、 実施の形態 1とほぼ同じであるが、 壁面を構成する 6枚の透 明板 2 5 2でプリズム構造体 2 5 1を構成し、 その内部に第 1の偏光分離膜 2 1 1が形成されている平板状の第 1の偏光分離板 2 5 3と第 2の偏光分離膜（図示 せず） が形成されている平板状の第 2の偏光分離板 （図示せず。 また、 第 2の偏 光分離板は第 1の偏光分離板 2 5 3によって分離されるため、 正確には 2枚必 要。 ） とを配置し、 さらに液体 2 5 4を充填してなる構造体を偏光分離 ·合成光 学素子 2 0 1として用いている点に特徴がある。 ここで、 透明板、 第 1及び第 2 の偏光分離板、 及び液体のそれぞれの屈折率をほぼ一致させておくことが必要で ある。 これにより、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1の低コスト化及び軽量化を図 ることができる。
さらに、 偏光照明装置 3では、 の形態 1で説明したように、 集光レンズ部 4 0 1の集光レンズ板 4 1 1を構成する微小レンズを偏心系のレンズすることに よって、 集光レンズ板 4 1 1に重畳レンズの機能を合わせ持たせ、 重畳レンズを 省略した構成としている。 これによつて、 偏光照明装置の低コスト化を及び軽量 化を図ることができる。
[鎌の形態 4 ]
図 1 0に示す偏光照明装置 4では、 各光学系の配置は、 実施の形態 1と同一で 0 ,
24 あるが、 偏光分離'合成光学素子 2 0 1を平板状の構造体としているところに特 徴がある。 すなわち、 偏光分離膜 2 6 2を 2枚のガラス 反 2 6 3で挟持した構 造の 2枚 （一方の偏光分離板は他方の偏光分離板によって分離されるため、 正確 には 3枚） の偏光分離板 2 6 1をシステム光軸 L ( L l、 L 2 ) に対してひ = 4 5度の角度をなすように配置することによって、 6面体形状のプリズムを用いた 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1 (図 1参照。 ） とほぼ同一の機能を発揮させてい る。 これにより、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1の低コスト化及び軽量化を図る ことができる。 尚、 本例の偏光分離'合成光学素子 2 0 1では、 第 1ないし第 3 の実施形態における偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1のごとく、 第 1ないし第 6の 面は実在しない。 しかしながら、 図中点線で示したように、 仮想的に第 1ないし 第 6の面を有すると考えることができる。従って、 この仮想的な第 1ないし第 6 の面に対して、 前述した第 1ないし第 3の実施形態のごとく、 光源部 1 0 1、 1 0 2、 え /4位相差板 3 5 1、 3 5 2、 3 5 3、 集光ミラ一板 3 0 1、 3 0 2、 3 0 3、 集光レンズ部 4 0 1等を配置すれば良い。
[実施の形態 5 ]
以上説明した偏光照明装置 1ないし 4において、 第 1ないし第 3の集光ミラ一 板 3 0 1、 3 0 2、 3 0 3の一部または全部を図 1 1に示すような集光ミラー板 3 0 4としてもよい。 集光ミラー板 3 0 4は、 複数の微小レンズ 3 0 5と反射ミ ラ一板 3 0 6とから構成されたものである。
さらに、 この構成において、 複数の微小レンズ 3 0 5のそれぞれを偏心レンズ とすれば、 微小レンズ 3 0 5を射出する光の方向を被照明領域 6 0 1に向けるこ とが出来るため、 第 1ないし第 3の集光ミラー板に重畳レンズ 4 3 1の機能を合 わせ持たせることが可能である。 その場合には、 重畳レンズ 4 3 1を省略できる ため、 偏光照明装置の低コスト化が可能となる。
の形態 6 ]
図 1 2、 図 1 3には、 実施の形態 1ないし 5に係る偏光照明装置のうち、 実施 の形態 1に係る偏光照明装置 1を用いて、 その投写画像の明るさを向上させた投 写型表示装置の一例を示してある。本実施の形態の投写型表示装置 5においては、 光変調素子として透過型の液晶ライトバルブを使用すると共に、 偏光照明装置 1 の 2つの光源部に発光スぺクトルが異なる 2種類の光源ランプを用い、 それらの 光源ランプを選択的に点灯可能としている。 尚、 図 1 2は投写型表示装置 5の X ζ平面における断面図であり、 図 1 3は投写型表示装置 5の y z平面における断 面図である。 また、 図 1 2においては、 集光レンズ部 4 0 1や光路変更光学素子 である折り返し反射ミラ一 5 0 1等は省略されて描かれている。
図 1 2、 図 1 3において、 本実施の形態の投写型表示装置 5に組み込まれた偏 光照明装置 1は、 ランダムな偏光光を一方向に射出する第 1の光源部 1 0 1、 及 び第 2の光源部 1 0 2を有し、 これらの光源部から射出されたランダムな偏光光 は、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1において 2種類の偏光光に分離された後、 偏 光方向が揃えられて集光レンズ部から射出される。本実施形態では、偏光方向は、 z方向に揃えられている。 集光レンズ部から射出された偏光光は、 折り返し反射 ミラ一 5 0 1によって射出方向を— z方向に変えられ、 青色緑色反射ダイクロイ ックミラ一 7 0 1に入射するようになっている。
この偏光照明装置 1から射出された照明光は、 まず、 青色光緑色光反射ダイク ロイックミラ一 7 0 1 (色光分離光学素子） において赤色光が透過し、 青色光及 び緑色光が反射される。 赤色光は、 反射ミラ一 7 0 2で反射され、 平行化レンズ 7 1 6を経て、 第 1の液晶ライ トバルブ 7 0 3に達する。 尚、 液晶ライ トバルブ の入射側及び射出側には偏光板が配置されているが、 図 1 2には図示されていな レ、。 一方、 青色光及び緑色光のうちの緑色光は、 緑色光反射ダイクロイツクミラ — 7 0 4 (色光分離光学素子）によって反射されて、平行化レンズ 7 1 6を経て、 第 2の液晶ライトバルブ 7 0 5に達する。 第 1及び第 2の液晶ライ トバルブ 7 0 3、 7 0 5の入射側に配置された平行化レンズ 7 1 6は、 液晶ライ トバルブを照 明する光の広がりを抑え照明効率の向上を図ると共に、 液晶ライ トバルブから後 述する投写レンズに入射する光を投写レンズに効果的に導く機能を有する。 尚、 第 3の液晶ライトバルブ 7 1 1の入射側には、 後述するように導光手段 7 5 0を 構成する射出側レンズ 7 1 0が配置されており、 そこでは射出側レンズ 7 1 0が 平行化レンズ 7 1 6の機能も担っている。 但し、 これらの平行化レンズは省略す ることも可能である。
ここで、 青色光は他の 2色光に比べて光路の長さが長いので、 青色光に対して は、 入射側レンズ 7 0 6、 リレーレンズ 7 0 8、 及び射出側レンズ 7 1 0からな るリレーレンズ系で構成した導光手段 7 5 0を設けてある。すなわち、青色光は、 緑色光反射ダイクロイツクミラ一 7 0 4を透過した後に、 まず、 入射側レンズ 7 0 6及び反射ミラ一 7 0 7を経てリレーレンズ 7 0 8に導かれ、 このリレーレン ズ 7 0 8で集束された後に、 反射ミラ一 7 0 9によって射出側レンズ 7 1 0に導 かれる。 しかる後に、 第 3の液晶ライトバルブ 7 1 1に達する。
第 1ないし第 3の液晶ライ トバルブ 7 0 3、 7 0 5、 7 1 1は、 それぞれの色 光を変調し、 各色に対応した画像情報を含ませた後に、 変調した色光をクロスダ ィクロイツクプリズム 7 1 3 (色光合成光学素子） に入射する。 クロスダイク口 イツクプリズム 7 1 3は、 その内部に赤色光反射の誘電体多層膜と、 青色光反射 の誘電体多層膜とが十字状に形成された構成を有しており、 それぞれの変調され た色光を合成する。 合成された光は、 投写レンズ 7 1 4 (投写光学系） を通過し てスクリーン 7 1 5上に画像を形成する。
このように構成した投写型表示装置 5では、 1種類の偏光光を変調するタイプ の液晶ライトバルブが用いられている。 したがって、 従来の照明装置を用いてラ ンダムな偏光光を液晶ライ トバルブに導くと、 ランダムな偏光光のうちの半分以 上 （約 6 0 %) の光は、 偏光板で吸収されて熱に変わってしまうため、 光の利用 効率が低いとともに、 偏光板の発熱を抑える大型で騒音が大きな冷却装置が必要 であるという問題点があつたが、 本実施の形態の投写型表示装置 5では、 かかる 問題点が大幅に解消されている。
すなわち、 本実施の形態の投写型表示装置 5では、 偏光照明装置 1において、 一方の偏光光 （たとえば、 X偏光光） のみに対して、 人ノ2位相差板 4 2 1によ つて偏光方向の回転作用を与え、 他方の偏光光 （たとえば、 ζ偏光光） と偏光方 向が揃った状態とする。 それゆえ、 偏光方向の揃った偏光光が第 1ないし第 3の 液晶ライトバルブ 7 0 3、 7 0 5、 7 1 1に導かれるので、 光の利用効率が向上 し、 明るい投写画像を得ることができる。 また、 偏光板における光吸収量が低減 されるので、 偏光板での温度上昇が抑制される。 それ故、 冷却装置の小型化や低 騒音化を実現できる。 さらに、 第 1及び第 2の光源部 1 0 1、 1 0 2からなる 2 つの光源部を有し、 かつ、 いずれの光源部からの射出光についても損失すること 2γ
なく偏光方向を揃えているので、 明るい投写画像を得ることができる。 しかも、 偏光照明装置 1では、 偏光分離膜として熱的に安定な誘電体多層膜を用いている ため、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1の偏光分離性能は熱的に安定である。 それ 故、 大きな光出力が要求される投写型表示装置 5においても常に安定した偏光分 離性能を発揮できる。
さらに、 2つの光源部 1 0 1、 1 0 2を用いているにもかかわらず、 照明光の 被照明領域に対する入射角度 （照明角） を大きくすることなく、 2つの光源部 1 0 1、 1 0 2からの照明光を合成できるため、 照明光の断面積は 1つの光源部を 用いた場合と同じであり、 従って、 一定面積当たりの光量を 1つの光源部を用い た場合と比較して 2倍にすることができる。 従って、 より明るい投写画像を実現 できる。
さらにまた、 偏光照明装置 1では、 被照明領域である液晶ライ トバルブの横長 の表示領域に対応させて、 偏光分離 ·合成光学素子 2 0 1から射出された 2種類 の偏光光は横方向に分離されていることから、 光量を無駄にすることなく、 横長 の矩形形状を有する被照明領域を効率的に照明することが出来る。 それゆえに、 偏光照明装置 1は、 見やすくて、 かつ、 迫力のある画像を投写できる横長の液晶 ライ トバルブ用に適している。
これに加えて、 本 の形態では、 色光合成光学素子としてクロスダイクロイ ックプリズム 7 1 3を用いているので、 小型化が可能であると共に、 液晶ライ ト バルブ 7 0 3、 7 0 5、 7 1 1と投写レンズ 7 1 4との間の光路の長さを短く出 来る。 したがって、 比較的小口径の投写レンズを用いても、 明るい投写画像を実 現できる特徴がある。 また、 各色光は、 3光路の内の一光路のみ、 その光路の長 さが異なるが、 本実施の形態においては、 光路の長さが最も長い青色光に対して は、 入射側レンズ 7 0 6、 リレーレンズ 7 0 8、 及び射出側レンズ 7 1 0からな るリレ一レンズ系で構成した導光手段 7 5 0を設けてあるため、 色ムラなどが生 じない。
さらに、 本 ¾&Sの形態では、 偏光変換光学素子である集光レンズ部 4 0 1と青 色光緑色光反射ダイクロイツクミラー 7 0 1との間に、 光路変更光学素子である 折り返し反射ミラー 5 0 1を配置しているので、 偏光変換光学素子から射出され 00
た偏光光の進行方向を変えることができる。 これによつて、 色光分離光学素子、 色光合成光学素子、 光変調素子及び投写光学系等が配置される平面と、 寸法が比 較的大きい 2つの光源部を有する偏光照明装置 1を含む平面とを、 平行な状態で 配置することができ、 一方向の厚みを薄くした薄型の投写型表示装置を実現する ことが出来る。
また、 本実施の形態の投写型表示装置 5に組み込まれた偏光照明装置 1におい て、 第 1、 第 2の光源部 1 0 1、 1 0 2のうち、 いずれか一方を着脱可能として もよい。 このように構成することによって、 例えば投写型表示装置 5を持ち運び する際に、 いずれか一方の光源部を取り外すことが可能となり、 可搬性が向上す る。
本例の投写型表示装置 5に組み込まれた偏光照明装置 1の 2つの光源部 1 0 1、 1 0 2には、発光スぺクトルや輝度特性の異なる 2種類の光源ランプが用いられ、 さらに、 それらの光源ランプは選択的に点灯できる構成となっている。 この様な 構成を採用することによって、 以下の様な効果を得ることが出来る。
1 ) 発光スぺクトルの異なる 2種類の光源ランプを組み合わせて使用すること により、 理想的な照明装置、 或いは、 投写型表示装置に理想的な照明装置を実現 できる。 この点について一例を挙げて説明する。 例えば、 投写型表示装置に使用 される光源ランプに対しては、 青色光、 緑色光、 赤色光の全ての波長域において 光出力が大きく、且つ、それらの割合がバランスしていることが理想的であるが、 現状では、 そのような理想的な光源ランプは殆どない。 第 1 4図は、 光源ランプ と偏光照明装置から射出される光のスぺクトルについて示す説明図である。 例え ば、 光源ランプとしては、 （A) に示すように、 発光効率は比較的高いが赤色光 の強度が相対的に低いランプ （一般的な高圧水銀ランプがこの場合に相当する） とか、 （B ) に示すように、 赤色光の発光強度は比較的大きいが全体の発光効率 が相対的に低いランプ （ある種のメタルハライドランプがこの場合に相当する） などが一般的に多く存在する。この様な光源ランプの現状において、 （A)と（B ) に示した発光スぺクトルを有する 2種類の光源ランプを本例の投写型表示装置 5 の偏光照明装置 1に用い同時点灯した状態で使用すれば、 偏光照明装置 1から射 出される光のスペクトルは （C) に示すような理想的なものとすることができ、 明るく高品位の投写画像を得られる投写型表示装置を容易に実現することが可能 となる。
2 ) 発光スぺクトルの異なる 2種類の光源ランプを選択的に点灯可能にするこ とにより、 投写画像の色合いを観察者の好みに応じて適宜変化させることが可能 となる。
3 ) 2つの光源ランプを選択的に点灯可能にすることにより、 投写型表示装置 を使用する周辺環境に応じて、 或いは、 観察者の好みに応じて投写画像の明るさ を適宜変化させることが可能となる。例えば、 周囲が明るい場所で投写画像を観 察する場合には 2つの光源部を点灯させ、 周囲が暗い場所で投写画像を観察する 場合には一方のみを選択点灯させるという具合である。
4 ) 2つの光源ランプを選択的に切り替えて使用する形態とすれば、 光源ラン プ自体の寿命を延ばすことができると共に、 例えば、 一方の光源ランプが寿命や 故障などで点灯できなくなつた場合にも、 他方の光源ランプを使用することによ つて、投写画像を引き続き表示することが可能となるなど、使い勝手が向上する。 さらには、 例えば投写型表示装置 5をバッテリ駆動する際に、 一方の光源ランプ のみを選択点灯することによりバッテリの寿命時間を長く持たせることもできる。 尚、 偏光照明装置 1の代りに、 前に述べた偏光照明装置 2〜4を用いても良い ことは勿論である。
[難の形態 7 ]
本発明の偏光照明装置は、 光変調素子として反射型の液晶ライトバルブを用い た投写型表示装置に対しても、 適用することが可能である。
すなわち、 図 1 5 (投写型表示装置の x z平面における断面図） に示す投写型 表示装置 6では、 実施の形態 1に示した偏光照明装置 1が用いられており、 第 1 及び第 2の光源部 1 0 1、 1 0 2から射出されたランダムな偏光光は、 偏光分 離 ·合成光学素子 2 0 1において 2種類の偏光光に分離された後、 偏光方向が揃 えられて集光レンズ部から射出される。 本 形態では、 偏光方向は、 z方向に 揃えられ、 この偏光光によって、 3ケ所の反射型液晶ライトバルブ 8 0 1、 8 0 2、 8 0 3を照明する構成となっている。
かかる偏光照明装置 1 (本実施の形態においても、 先の投写型表示装置 5の場 UU 合と同様に、 集光レンズ部や光路変更光学素子である折り返し反射ミラー等を備 えているが、 それらは省略されて描かれている。 ） から射出された光は、 まず、 青色光緑色光反射の誘電体多層膜と赤色光反射の誘電体多層 JJ莫とが十字状に形成 されて成る色光分離用クロスダイクロイックプリズム 8 0 4 (色光分離光学素 子） において、 赤色光と、 青色光及び緑色光とに分離される。 赤色光は反射ミラ 一 8 0 5と平行化レンズ 7 1 6を経て第 1の偏光ビームスプリッ夕 8 0 8に入射 する。 一方、 青色光及び緑色光は反射ミラー 8 0 6で反射された後に、 緑色光反 射ダイクロイツクミラー 8 0 7 (色光分離光学素子） によって緑色光 （反射光） と青色光（透過光） とに分離され、 それぞれの色光は平行化レンズ 7 1 6を経て、 対応する第 2及び第 3の偏光ビ一ムスプリッ夕 8 0 9、 8 1 0に入射する。 3ケ 所の偏光ビームスプリツ夕一 8 0 8、 8 0 9、 8 1 0 (偏光分離光学素子） は、 その内部に偏光分離面 8 1 1を備え、 入射する光のうちの P偏光光を透過させ、 S偏光光を反射させることで、 P偏光光と S偏光光とを分離する偏光分離機能を 有している光学素子である。 偏光照明装置 1の集光レンズ部 4 0 1 (図 1 ) から 射出された光はその大部分が z偏光光である。 この z偏光光は、 折り返しミラ一 5 0 1で反射されると y偏光光となるが、 y偏光光は、 第 1乃至第 3の偏光ビ一 ムスプリッ夕 8 0 8、 8 0 9、 8 1 0の偏光分離面 8 1 1に対しては S偏光光で ある。 したがって、 第 1ないし第 3の偏光ビームスプリツ夕 8 0 8、 8 0 9、 8 1 0に入射したそれぞれの色光の大部分は、 偏光分離面 8 1 1で反射され進行方 向を略 9 0度変えられ、 隣接する第 1ないし第 3の反射型液晶ライトバルブ 8 0 1、 8 0 2、 8 0 3に入射する。 但し、 第 1ないし第 3の偏光ビ一ムスプリッ夕 8 0 8、 8 0 9、 8 1 0に入射したそれぞれの色光の中には、 S偏光光と偏光方 向が異なる偏光光 （例えば、 P偏光光） が僅かながら混入している場合がある。 その様な偏光方向が異なる偏光光は偏光分離面 8 1 1をそのまま通過し、 偏光ビ —ムスプリッ夕の内部で進行方向を変えられることなく射出されるため、 反射型 液晶ライトバルブを照明する光とはならない。 尚、 偏光ビームスプリツ夕の入射 側に配置されている平行ィ匕レンズ 7 1 6の機能は、 ^の形態 6で説明した投写 型表示装置 5に使用されている平行化レンズ 7 1 6と同様である。 従って、 本実 施の形態に代えて、 偏光ビ一ムスプリヅ夕と反射型液晶ライ トバルブとの間に平 行ィ匕レンズを配置しても良い。 また、 これらの平行ィ匕レンズを省略することも可 能である。
反射型液晶ライ トバルブに入射した光 （S偏光光） は、 それぞれの液晶ライ ト バルブにおいて外部からの画像情報に応じた光変調を受け、 具体的にはそれぞれ の反射型液晶ライ トバルブから射出される光の偏光方向を表示情報に対応させて 変化させ、 且つ、 光の進行方向を略反転されて、 反射型液晶ライ トバルブから射 出される。 反射型液晶ライトバルブから射出された光は、 再び偏光ビームスプリ ヅ夕に入射するが、 この時、 それぞれの反射型液晶ライ トバルブからの射出光は 表示情報に応じて部分的に P偏光光となっているため、 偏光ビ一ムスプリッ夕の 偏光選択機能により、 P偏光光のみが偏光ビームスプリッタを通過して （この段 階で表示画像が形成される。 ） 色光合成用クロスダイクロイツクプリズム 8 1 2 へと達する。 色光合成用クロスダイクロイツクプリズム 8 1 2 (色光合成光学素 子）に入射したそれぞれの色光は一つの光学像に合成され、投写レンズ 7 1 4 (投 写光学系） によってカラー画像としてスクリーン 7 1 5上に投写される。
このように、 反射型液晶ライトバルブを用いて構成した投写型表示装置 6にお いても、 1種類の偏光光を変調するタイプの反射型液晶ライ トバルブが用いられ ているため、 従来の照明装置を用いてランダムな偏光光を反射型液晶ライ トバル プに導くと、 ランダムな偏光光のうちの半分以上 （約 6 0 %) は、 偏光板で吸収 されて熱に変わってしまう。 従って、 従来の照明装置では光の利用効率が低いと ともに、 偏光板の発熱を抑える大型で騒音の大きな冷却装置が必要であるという 問題点があつたが、 本実施の形態の投写型表示装置 6では、 かかる問題点が大幅 に解消されている。
すなわち、 本実施の形態の投写型表示装置 6では、 偏光照明装置 1において、 一方の偏光光（たとえば、 X偏光光）のみに対して、 人 2位相差板（図示せず） によって偏光方向の回転作用を与え、 他方の偏光光 （たとえば、 z偏光光） と偏 光方向が揃った状態とする。 それゆえ、 偏光方向の揃った偏光光が第 1ないし第 3の反射型液晶ライ トバルブ 8 0 1、 8 0 2、 8 0 3に導かれるので、 光の利用 効率が向上し、 明るい投写画像を得ることができる。 また、 偏光板による光吸収 量が低減するので、 偏光板での温度上昇が抑制される。 それ故、 冷却装置の小型 化や低騒音ィ匕を実現できる。 さらに、 第 1及び第 2の光源部 1 0 1、 1 0 2から なる 2つの光源部を有し、 かつ、 いずれの光源部からの射出光についても損失す ることなく偏光方向を揃えているので、 明るい投写画像を得ることができる。 し かも、 偏光照明装置 1では、 偏光分離膜として熱的に安定な誘電体多層膜を用い ているため、 偏光分離，合成光学素子 2 0 1の偏光分離性能は、 熱的に安定であ る。 それ故、 大きな光出力が要求される投写型表示装置 6においても常に安定し た偏光分離性能を発揮できる。
さらに、 2つの光源部 1 0 1、 1 0 2を用いているにもかかわらず、 照明光の 被照明領域に対する入射角度 （照明角） を大きくすることなく、 2つの光源部 1 0 1、 1 0 2からの照明光を合成できるため、 照明光の断面積は 1つの光源部を 用いた場合と同じであり、 従って、 一定面積当たりの光量を 1つの光源部を用い た場合と比較して 2倍にすることができる。 従って、 より明るい投写画像を実現 できる。
また、 本実施の形態の投写型表示装置 6においても、 偏光変換光学素子である 集光レンズ部 （図示せず。 ） と色光分離用クロスダイクロイツクプリズム 8 0 4 との間に、 光路変更光学素子である折り返し反射ミラ一 （図示せず。 ） を配置し ているので、 実施の形態 6で述べたように、 一方向の厚みを薄くした薄型の投写 型表示装置を実現することが出来る。
さらにまた、 本 の形態の投写型表示装置 6においても、 前述したように、 第 1及び第 2の光源部 1 0 1、 1 0 2のうち、いずれか一方を着 S兌可能としたり、 第 1及び第 2の光源部 1 0 1、 1 0 2に発光スぺクトルや輝度特性が互いに異な る 2種類の光源ランプを用いたり、 2つの光源ランプを選択的に点灯可能とする 構成とすることが可能であり、 前述したような効果を得ることができる。
また、 それぞれの偏光ビ一ムスプリッ夕 8 0 8、 8 0 9、 8 1 0の入射側と、 それぞれの偏光ビームスプリッ夕 8 0 8、 8 0 9、 8 1 0の射出側或いは色光合 成用クロスダイクロイツクプリズムの射出側の何れかに、 偏光板を配置してもよ く、 その場合には、 表示画像のコントラスト比を向上できる可能性がある。
本実施形態のように反射型のライ トバルブを用いた投写型表示装置としては、 色分離、 及び、 色合成の光学系を、 1つの偏光ビ一ムスプリッ夕と、 1つの色分 離 ·合成プリズムとの組み合わせで構成するものが知られている。 この場合は、 偏光照明装置から射出された偏光光を、 偏光ビームスプリッ夕によって色分離 · 合成プリズムへ導き、 この色分離 ·合成プリズムによって色分離された光を反射 型のライ トバルブへ射出する。 そして、 反射型のライトバルブによって変調され た光を、 再度色分離'合成プリズムへ入射させて合成し、 偏光ビームスプリツ夕 を介して投写することになる。
尚、 偏光照明装置 1の代りに、 前に述べた偏光照明装置 2〜4を用いても良い ことは勿論である。
[その他の実施形態]
透過型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置においては、 実施の形態 6の 投写型表示装置 5で用いたクロスダイクロイツクプリズム 7 1 3に代えて、 2枚 のダイクロイックミラ一によって色光合成光学素子を構成した、 いわゆるミラ一 光学系に対しても、 本発明の偏光照明装置を適用することが出来る。 ミラ一光学 系の場合には、 3ケ所の液晶ライ トバルブと偏光照明装置との間の光路の長さを 等しくできるため、 の形態 1に示したような導光手段 7 5 0を用いなくとも、 明るさムラゃ色ムラの少なレ、効果的な照明を行える特徴がある。
上記の何れの実施の形態においても、 集光レンズ部 4 0 1においては X偏光光 を z偏光光に変換し、 偏光方向が z方向に揃えられた光を照明光として用いてい るが、 逆に z偏光光を X偏光光に変換し、 偏光方向が X方向に揃えられた光を照 明光として用いてもよい。 この場合には人 Z 2位相差板 4 2 1の位相差層 4 2 2 を z偏光光による 2次光源像が形成される位置に配置すればよい。 また、 z偏光 光及び X偏光光の双方に対して偏光方向の回転作用を与えることにより、 偏光方 向を揃えてもよい。 この場合には双方の偏光光による 2次光源像が形成される位 置に位相差層を配置すればよい。
また、 上記の例では、 人 / 2位相差板、 人 /4位相差板として一般的な高分子 フィルムからなるものを想定している。 しかし、 これらの位相差板をッイステツ ド 'ネマチック液晶 （T N液晶） を用いて構成してもよい。 T N液晶を用いた場 合には、 位相差板の波長依存性を小さくできるので、 一般的な高分子フィルムを 用レ、た場合に比べて、 λ/ 2位相差板及び人 Ζ 4位相差板の偏光変換性能を向上 させることができる。
また、 上記の実施形態では、 いずれも、 第 2の偏光分離膜を誘電体多層膜で構 成しているが、 F T I Rfl莫は、 所定の液晶材料によつて構成できることも知られ ている。 従って、 第 2の偏光分離膜をこのような液晶材料による液晶層で構成す ることも可能である。
尚、 上記実施形態にかかる偏光照明装置は、 液晶ライ トバルブのような、 特定 偏光光を利用するライ トバルブを備えた投写型表示装置に、 特に、 有効である。 しかしながら、 DMD (米テキサスインスツルメント社の登録商標） 等、 特定偏 光光を利用しないようなライ トバルブを備えた投写型表示装置に本願発明を適用 する場合であつても、 上記実施形態に係る投写型表示装置と同様の効果を得るこ とが可能である。

Claims

00 請 求 の 範 囲
1 . 第 1、 第 2の光源部と、
前記第 1の光源部から射出された光のうち、 偏光方向が入射面に平行な直線偏 光光を透過し、 偏光方向が入射面に直交する直線偏光光を反射する第 1の偏光分 離膜と、 前記第 2の光源部から射出された光のうち、 偏光方向が入射面に直交す る直線偏光光を透過し、 偏光方向が入射面に平行な直線偏光光を反射する第 2の 偏光分離膜と、 を有する偏光分離 ·合成光学素子と、
前記第 1の偏光分離膜を透過した前記直線偏光光の進行方向を略反転させると ともに集光像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第 1の集光反射光学素 子と、
前記第 1の偏光分離 fl莫、 及び、 前記第 2の偏光分離膜によって反射された前記 直線偏光の進行方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の微小集光反 射素子を備えた第 2の集光反射光学素子と、
前記第 2の偏光分離膜を透過した前記直線偏光の進行方向を略反転させるとと もに集光像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第 3の集光反射光学素子 と、
前記偏光分離 ·合成光学素子と前記第 1の集光反射光学素子との間に配置され た第 1の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離 ·合成光学素子と前記第 2の集光反射光学素子との間に配置され た第 2の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離 ·合成光学素子と前記第 3の集光反射光学素子との間に配置され た第 3の偏光状態変換光学素子と、
前記偏光分離 ·合成光学素子によって合成された直線偏光光の偏光方向を揃え る偏光変換光学素子と、 を備えた偏光照明装置であって、
前記第 1の集光反射光学素子及び前記第 3の集光反射光学素子の前記微小集光 反射素子によつて反射されて前記偏光変換光学素子に入射する光束の中心軸と、 前記第 2の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子によつて反射されて前記偏 光変換光学素子に入射する光束の中心軸とは、 互いに平行であり、 かつ重なり合 ob わないことを特徴とする偏光照明装置。
2 . 請求項 1において、
前記微小集光反射素子の開口幵狱は、 被照明領域の开 と相似形であることを 特徴とする偏光照明装置。
3 . 請求項 1または 2において、
前記偏光変換光学素子の入射面側或いは射出面側には、 前記偏光分離 ·合成光 学素子から射出された光を集光するために、 複数の集光素子を備えた集光光学素 子が配置されていることを特徴とする偏光照明装置。
4 . 請求項 1ないし 3のいずれかにおいて、
前記偏光変換光学素子の射出面側には、 前記偏光変換光学素子から射出された 光を被照明領域上に重畳する重畳光学素子が配置されていることを特徴とする偏 光照明装置。
5 . 請求項 1ないし 4のいずれかにおいて、
前記偏光変換光学素子の射出面側には、 前記偏光変換光学素子から射出された 光の光路を変更する光路変更光学素子が配置されていることを特徴とする偏光照
6 . 請求項 1ないし 5のいずれかにおいて、
前記第 1ないし第 3の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子は、 曲面反射 ミラーからなることを特徴とする偏光照明装置。
7 . 請求項 1ないし 6のいずれかにおいて、
前記第 1ないし第 3の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子は、レンズと、 前記レンズの前記偏光分離 ·合成光学素子とは反対側の面に設けられた反射面と からなることを特徴とする偏光照明装置。
8 . 請求項 1ないし 7のいずれかに記載の偏光照明装置と、
前記偏光照明装置から射出された光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子によつて変調された光を投写する投写光学系とを有することを 特徴とする投写型表示装置。
9 . 請求項 1ないし 7のいずれかに記載の偏光照明装置と、
前記偏光照明装置から射出された光を複数の色光に分離する色光分離光学素子 と、
前記色光分離光学素子によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の光変 調素子と、
前記複数の光変調素子によって変調された光を合成する色光合成光学素子と、 前記色光合成光学素子によって合成された光を投写する投写光学系とを有する ことを特徴とする投写型表示装置。
1 0 . 請求項 1ないし 7のいずれかに記載の偏光照明装置と、
前記偏光照明装置から射出された光を変調する反射型光変調素子と、 前記偏光照明装置から射出された光、 及び、 前記反射型光変調素子によって変 調された光に含まれる複数の偏光成分を分離する偏光分離光学素子と、
前記反射型光変調素子によつて変調され、 前記偏光分離光学素子を介して射出 された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。
1 1 . 請求項 1ないし 7のいずれかに記載の偏光照明装置と、
前記偏光照明装置から射出された光を変調する複数の反射型光変調素子と、 前記偏光照明装置から射出された光、 及び、 前記複数の反射型光変調素子によ つて変調された光に含まれる複数の偏光成分を分離する偏光分離光学素子と、 前記偏光分離光学素子と前記複数の反射型光変調素子との間に配置され、 前記 偏光照明装置から射出された光を複数の色光に分離すると共に、 前記複数の反射 型光変調素子から射出された色光を合成する色光分離合成光学素子と、
前記反射型光変調素子によって変調され、 前記色光分離合成光学素子と前記偏 光分離光学素子を介して射出された光を投写する投写光学系とを有することを特 徴とする投写型表示装置。
1 2 . 請求項 1ないし 7のいずれかに記載の偏光照明装置と、
前記偏光照明装置から射出された光を複数の色光に分離する色光分離光学素子 と、
前記色光分離光学素子によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の反射 型光変調素子と、
前記色光分離光学素子によって分離された各色光、 及び、 前記反射型光変調素 子によって変調された各色光に含まれる複数の偏光成分を分離する複数の偏光分 oo 離光学素子と、
各々の前記反射型光変調素子によって変調され、 各々の前記偏光分離光学素子 を介して射出された光を合成する色光合成光学素子と、
前記色光合成光学素子によつて合成された光を投写する投写光学系とを有する ことを特徴とする投写型表示装置。
1 3 . 請求項 9ないし 1 2のいずれかにおいて、
前記第 1、 第 2の光源部のうち、 少なくとも一方が着脱可能に構成されている ことを特徴とする投写型表示装置。
1 4 . 請求項 9ないし 1 2のいずれかにおいて、
前記第 1、 第 2の光源部のうち、 少なくとも一方が選択点灯可能となっている ことを特徴とする投写型表示装置。
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