WO2011033627A1 - 照明装置とそれを用いた投射型表示装置 - Google Patents

照明装置とそれを用いた投射型表示装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2011033627A1
WO2011033627A1 PCT/JP2009/066178 JP2009066178W WO2011033627A1 WO 2011033627 A1 WO2011033627 A1 WO 2011033627A1 JP 2009066178 W JP2009066178 W JP 2009066178W WO 2011033627 A1 WO2011033627 A1 WO 2011033627A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
reflective
polarizing plate
illumination
light guide
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/066178
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
加藤　厚志
Original Assignee
Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 filed Critical Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
Priority to PCT/JP2009/066178 priority Critical patent/WO2011033627A1/ja
Priority to US13/395,873 priority patent/US9033511B2/en
Priority to EP09849486.7A priority patent/EP2479610A4/en
Priority to CN200980161486.4A priority patent/CN102498436B/zh
Priority to JP2011531702A priority patent/JP5067647B2/ja
Publication of WO2011033627A1 publication Critical patent/WO2011033627A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/006—Systems in which light light is reflected on a plurality of parallel surfaces, e.g. louvre mirrors, total internal reflection [TIR] lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3167—Modulator illumination systems for polarizing the light beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0994—Fibers, light pipes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • G02B27/285—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining comprising arrays of elements, e.g. microprisms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/13362—Illuminating devices providing polarized light, e.g. by converting a polarisation component into another one
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2073—Polarisers in the lamp house
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/208—Homogenising, shaping of the illumination light
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3197—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using light modulating optical valves

Definitions

  • the present invention relates to an illumination device for a projection display device typified by a liquid crystal projector, and more particularly to an illumination device that illuminates a display element having a reflective polarization conversion element.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a projector using an LED (Light Emitting Diode) as a light source for illuminating a DMD (Digital Micromirror Device) which is a display element.
  • LED Light Emitting Diode
  • DMD Digital Micromirror Device
  • This type of projector can be expected to reduce costs compared to projectors that use white discharge lamps, and can achieve performance with a small size, low power consumption, and wide color reproduction range. it can.
  • Non-patent Document 1 There are also projectors using a single LCoS (Liquid Crystal on Silicon) element as a display element (Non-patent Document 1) and projectors using three liquid crystal panels as display elements (Non-Patent Documents 2 and 3). .
  • LCoS Liquid Crystal on Silicon
  • the display panel is a TN liquid crystal (Twisted Nematic Liquid Crystal) panel
  • TN liquid crystal Transmission Nematic Liquid Crystal
  • one of the orthogonally polarized light components of the non-polarized light from the LED is converted to be the same as the other polarized light components. If the polarization conversion efficiency is low, the light utilization efficiency is lowered. If no polarization conversion is performed, about half of the light is not used as illumination light.
  • Non-Patent Document 1 a light beam from a LED as a light source is converted into a substantially parallel light beam by a light guide member having a compound parabolic shape called a CPC reflector.
  • the display panel is illuminated with the parallel light flux from the light guide member.
  • a quarter-wave plate and a reflective polarizing plate are arranged in the traveling direction of the light beam from the light guide member.
  • the polarizing plate transmits P-polarized light and reflects S-polarized light.
  • S-polarized light reflected by the polarizing plate passes through the quarter-wave plate.
  • the light (circularly polarized light) that has passed through the quarter-wave plate returns to the LED and is reflected by the surface of the LED.
  • the light reflected from the surface of the LED is collimated by the light guide member and then passes through the quarter-wave plate again.
  • the light that has passed through the quarter-wave plate twice is converted to P-polarized light.
  • the illumination device includes a light source, a glass rod on which light from the light source is incident on one end surface, a condensing unit that condenses a light beam emitted from the other end surface of the glass rod, and a plurality of the condensing units. And a PBS polarization conversion array provided at a position where the light source image is formed.
  • the PBS polarization conversion array has first and second prisms arranged alternately in one direction.
  • Each of the first and second prisms is a rectangular parallelepiped prism obtained by bonding two right-angle prisms.
  • a polarization separation film that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light is formed on the bonded surface of two right-angle prisms, and the light is approximately 45 degrees with respect to the polarization separation film. It is configured to enter at an incident angle.
  • a reflection film is formed on the surface where two right-angle prisms are bonded, and S-polarized light reflected by the polarization separation film of the first prism is incident on the reflection film at approximately 45 degrees. It is configured to enter at an angle.
  • the surface of the second prism located in the traveling direction of the light reflected by the reflecting film is the exit surface, and a half-wave plate for converting S-polarized light to P-polarized light is provided on the exit surface. Yes.
  • a light shielding plate is formed on the surface of the second prism that faces the exit surface.
  • the P-polarized light emitted from the first prism and the P-polarized light emitted from the second prism travel in the same direction.
  • the condensing means is configured such that the light source image is formed on the incident surface of the first prism.
  • Non-Patent Document 1 has the following problems.
  • the light of the polarization component reflected by the reflective polarizing plate efficiently returns to the LED surface, but only a part of the returned light is reflected in the direction of the polarizing plate on the LED surface. Thus, since there is light loss on the surface of the LED, high polarization conversion efficiency cannot be achieved.
  • the PBS polarization conversion array since the PBS polarization conversion array is used, it is difficult to reduce the size of the illumination device. For example, with the recent miniaturization of display panels, it may be required that the pitch of each prism of the PBS polarization conversion array be about 1 mm. When the first and second prisms are formed at such a pitch, it is difficult to attach the half-wave plate to the second prism.
  • An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a small illuminating device that can increase light conversion efficiency by increasing polarization conversion efficiency and a projection display device using the same.
  • the lighting device of the present invention includes: A light source; Light guide means for supplying the light from the light source to one end surface, and the light incident from the one end surface propagates through the inside and is emitted from the other end surface; An illumination optical system that spatially separates an emitted light beam from the other end surface of the light guide unit into a plurality of light beams and forms an optical image formed on the other end surface of the light guide unit on a display element; Arranged between the illumination optical system and the display element, transmits light of a first polarization, and reflects light of a second polarization having a polarization state different from that of the first polarization in the direction of the illumination optical system.
  • a reflective polarizing plate A reflective element that is disposed at a position where the plurality of light beams are spatially separated and reflects light reflected by the reflective polarizing plate in a direction of the reflective polarizing plate;
  • a retardation plate disposed between the reflective element and the reflective polarizing plate,
  • the reflective element includes a transmissive region through which the plurality of light beams pass, and a reflective film formed in a region other than the transmissive region,
  • the light emission center of the light source is located on a central axis passing through the center of gravity of both end faces of the light guide means,
  • the illumination optical system forms on the reflective film a plurality of optical images formed on the reflective polarizing plate by the second polarized light of the plurality of light beams that have passed through the transmission region.
  • the projection display device of the present invention is A lighting device; A display element illuminated with light from the illumination device; A projection optical system for projecting image light from the display element,
  • the lighting device includes: A light source; Light guide means for supplying the light from the light source to one end surface, and the light incident from the one end surface propagates through the inside and is emitted from the other end surface; An illumination optical system that spatially separates an emitted light beam from the other end surface of the light guide unit into a plurality of light beams and forms an optical image formed on the other end surface of the light guide unit on a display element; Arranged between the illumination optical system and the display element, transmits light of a first polarization, and reflects light of a second polarization having a polarization state different from that of the first polarization in the direction of the illumination optical system.
  • a reflective polarizing plate A reflective element that is disposed at a position where the plurality of light beams are spatially separated and reflects light reflected by the reflective polarizing plate in a direction of the reflective polarizing plate;
  • a retardation plate disposed between the reflective element and the reflective polarizing plate,
  • the reflective element includes a transmissive region through which the plurality of light beams pass, and a reflective film formed in a region other than the transmissive region,
  • the light emission center of the light source is located on a central axis passing through the center of gravity of both end faces of the light guide means,
  • the illumination optical system forms on the reflective film a plurality of optical images formed on the reflective polarizing plate by the second polarized light of the plurality of light beams that have passed through the transmission region.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the structure of the illuminating device which is the 1st Embodiment of this invention.
  • the schematic diagram which shows the structure of the reflective element of the illuminating device shown in FIG. It is a schematic diagram which shows the result of having ray-traced the process until the light beam from the light source in the illuminating device shown in FIG. 1 arrives at a display element.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a lighting device according to the first embodiment of the present invention.
  • the illumination device of this embodiment illuminates a display element 110 having a reflective polarizing plate 109, and in addition to the reflective polarizing plate 109, a light source 101 and a light guide rod 102. , Illumination lenses 103, 104, 106, 107, a reflective element 105, and a retardation plate 108.
  • the reflective polarizing plate 109 is, for example, a wire grid type polarizing plate, and transmits the first polarized light (for example, P-polarized light) out of the incident light, and the second polarization state is different from that of the first polarized light.
  • the polarized light (for example, S-polarized light) is reflected in the direction opposite to the incident direction (direction of the reflective element 105).
  • the display element 110 is made of, for example, a liquid crystal panel. Commercially available reflective polarizing plates 109 and display elements 110 can be used. For example, a transmissive liquid crystal panel having a diagonal of 1.0 inch can be used as the display element 110.
  • the reflective polarizing plate 109 is desirably disposed in the vicinity of the display surface (panel surface) of the display element 110. Further, the reflective polarizing plate 109 may be formed integrally with the display element 110. For example, when a liquid crystal panel is used as the display element 110, the reflective polarizing plate 109 may be formed integrally with the substrate on the incident side of the liquid crystal panel.
  • the light source 101 is a solid light source represented by, for example, an LED. Light from the light source 101 is supplied to one end surface (incident surface) of the light guide rod 102.
  • the center (light emission center) of the light emitting part of the light source 101 is located on an axis (center axis) passing through the center (center of gravity) of the cross section of the optical rod 102.
  • the area of the incident surface of the light guide rod 102 is larger than the area of the light emitting part of the light source 101.
  • a prismatic rod having a cross-sectional size of 8 mm ⁇ 6 mm and a length of 20 mm is used as the light guide rod 103.
  • the light guide rod 102 can be formed using BK7 which is made of glass and can be obtained at low cost. As a material of the light guide rod 102, optical plastic may be used in addition to optical glass.
  • the light guide rod 102 may be of a hollow type having a hollow center portion, or may be of a solid type having no such hollow portion.
  • the distance between the light emitting portion of the light source 101 and the light guide rod 102 is preferably as short as possible. Specifically, the distance between the light guide rod 102 and the light source 101 is 0.7 mm.
  • the illumination lenses 103 and 104 In the traveling direction of the light emitted from the other end surface (exit surface) of the light guide rod 102, the illumination lenses 103 and 104, the reflective element 105, the illumination lenses 106 and 107, the phase difference plate 108, the reflective polarizing plate 109, and the display Elements 110 are arranged in this order.
  • An optical image formed on the exit surface of the light guide rod 102 is formed on the display surface of the display element 110 by the illumination lens group including the illumination lenses 103, 104, 106, and 107.
  • the illumination lenses 103, 104, 106, and 107 are all lenses having a spherical shape on one side or both sides, but an aspherical lens may be used.
  • the optical axis 11 of the illumination lenses 103 and 104 coincides with the central axis of the light guide rod 102.
  • the centers (centers of gravity) of the reflective element 105, the phase difference plate 108, the reflective polarizing plate 109, and the display element 110 are located on the optical axis 12 of the illumination lenses 106 and 107.
  • the optical axis 11 is shifted with respect to the optical axis 12 when viewed from a direction perpendicular to the plane intersecting the optical axis 11 of the illumination lenses 103 and 104 and the optical axis 12 of the illumination lenses 106 and 107.
  • the illumination lenses 106 and 107, the reflection element 105, the phase difference plate 108, the reflection type polarizing plate 109, and the display element 110 on the axis (same as the optical axis 11) passing through the center of gravity of the light guide rod 102 and the illumination lenses 103 and 104.
  • An eccentric amount (shift amount) with respect to an axis passing through each center of gravity (same as the optical axis 12) is, for example, 3 mm.
  • the amount of eccentricity is not limited to 3 mm, the larger the amount of eccentricity, the larger the reflective element 105, the phase difference plate 108, the reflective polarizing plate 109, and the display element 110.
  • the light beam emitted from the exit surface of the light guide rod 102 is spatially separated into a plurality of light beams by the illumination lenses 103 and 104.
  • the number of the separated light beams is determined according to the number of times that the light incident on the light guide rod 102 from the light source 101 is reflected on the inner surface of the rod.
  • the reflective element 105 reflects light (for example, S-polarized light) from the reflective polarizing plate 109 in the direction of the reflective polarizing plate 109, and the light flux from the exit surface of the light guide rod 102 is spatially separated. Placed in a different position. Specifically, the reflective element 105 is disposed between the illumination lenses 104 and 106.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the reflective element 105.
  • the reflective element 105 is obtained by forming a plurality of strip-shaped reflective films 202 1 to 202 4 on a glass substrate 200 having a thickness of, for example, about 1 mm by vapor deposition of aluminum.
  • Reflective films 202 1-202 4 the light fluxes separated by the illumination lens 103 and 104 is formed in a region other than the transmissive region 201 1-201 4 that transmits.
  • the reflection films 202 1 to 202 4 and the transmission regions 201 1 to 201 4 are alternately arranged.
  • the reflective films 202 1 to 202 4 may be dielectric multilayer films.
  • the center of gravity of the reflecting element 105 is at the center of the boundary line between the reflecting film 202 3 and the reflecting film 202 2 , and this center of gravity is located on the optical axis 12.
  • a plurality of optical images (virtual images) of the exit surface of the light guide rod 102 are formed.
  • Each optical image corresponds to each separated light beam, and the width in the vertical direction is about 5 mm. In the vertical direction, the width of the region between the optical images (the region where no optical image is formed) is also about 5 mm.
  • an optical image (virtual image) of an image (an image corresponding to the optical image of the exit surface of the light guide rod 102) formed on the reflective polarizing plate 111 by the second polarized light is generated.
  • a plurality are formed.
  • the width of each optical image in the vertical direction is about 5 mm. In the vertical direction, the width of the region between the optical images (the region where no optical image is formed) is also about 5 mm.
  • the width of the reflection films 202 1 to 202 4 is about 5 mm, and the interval (pitch) of the reflection films 21 to 24 is about 5 mm.
  • the widths and intervals of the reflective films are depicted as being equal, but are not necessarily equal. Also, the number of reflective films is not limited to four. The number, width, and interval of the reflection films are determined by the number of light beams emitted from the exit surface of the light guide rod 102 and the size of the light beams.
  • the retardation plate 108 is a 1 ⁇ 4 wavelength plate and is disposed between the illumination lens 107 and the reflective polarizing plate 109.
  • the arrangement position of the retardation plate 108 is not limited between the illumination lens 107 and the reflective polarizing plate 109.
  • the retardation plate 108 may be disposed anywhere as long as it is between the reflective element 105 and the reflective polarizing plate 109.
  • the phase difference plate 108 is provided independently of other members, but is not limited thereto.
  • the surface of the illumination lens 107 on the display element 110 side is a flat surface, and the phase difference plate 108 may be bonded to the flat surface. According to this configuration, since the glass substrate can be used in common, the number of parts can be reduced.
  • phase difference plate 108 may be formed integrally with the reflective element 105.
  • the phase difference plate 108 may be attached to the surface of the glass substrate 200 shown in FIG. 2 opposite to the surface on which the reflective films 202 1 to 202 4 are formed. Also with this configuration, the number of parts can be reduced.
  • the illumination lens group includes four illumination lenses 103, 104, 106, and 107, but is not limited thereto.
  • the illumination lens group may have any lens configuration as long as an optical image formed on the exit surface of the light guide rod 102 can be formed on the display surface of the display element 110. More desirably, the optical parameters of the illumination lenses 103, 104, 106, and 107 (the relationship between the radius of curvature and the interval, and the optical axes 11 and 12) are the optical images formed on the exit surface of the light guide rod 102.
  • An image can be formed on the display surface, and the light beam from the exit surface of the light guide rod 102 can be spatially separated, and reflected light from the reflective polarizing plate 109 at the position where the light beam is separated. Can be returned to the region between the separated light beams.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a result of ray tracing of the process until the light beam from the light source 101 reaches the display element 110 in the configuration shown in FIG.
  • non-polarized light from the light source 101 enters the light guide rod 102.
  • the incident non-polarized light propagates while repeating reflection on the inner surface of the rod, and reaches the exit surface.
  • the brightness is made uniform in the propagation process in the rod. If there is luminance unevenness in the light emission of the light source 101, a uniform illuminance distribution is formed on the exit surface of the light guide rod 102 due to the uniform luminance by the light guide rod 102.
  • the illumination information (rectangular light source image) formed on the exit surface of the light guide rod 102 is imaged on the display surface (panel surface) of the display element 110 by the illumination lens group including the illumination lenses 103, 104, 106, and 107.
  • the non-polarized light beam emitted from the exit surface of the light guide rod 102 is spatially separated into a plurality of light beams by the illumination lenses 103 and 104.
  • the number of light beams separated by the illumination lenses 103 and 104 is determined by the number of reflections in the propagation process in the light guide rod 102.
  • the light emitted from the light guide rod 102 is separated into three light beams.
  • the light beam located in the middle of the three separated light beams is light emitted from the light guide rod 102 without being reflected from the inner surface of the rod, out of the light incident from the light source 101 into the light guide rod 102.
  • Reflective element 105 the light fluxes separated by the illumination lens 103 and 104 are arranged so as to pass through the three transmission region of the transmissive region 201 1-201 4 shown in FIG. 2, respectively. That is, the three separated light beams pass through the reflective element 105 with little influence of light loss such as shielding by the reflective films 202 1 to 202 4 .
  • Each separated light flux that has passed through the reflective element 105 is superimposed by the illumination lenses 106 and 107, and then passes through the retardation plate 108 and reaches the reflective polarizing plate 109.
  • the reflective polarizing plate 109 transmits the first linearly polarized light (for example, P-polarized light) out of the light beam (unpolarized light) that has passed through the retardation plate 108, but the second linearly polarized light (for example, S-polarized light) is reflected in the direction of the phase difference plate 108.
  • first linearly polarized light for example, P-polarized light
  • second linearly polarized light for example, S-polarized light
  • the first linearly polarized light transmitted through the reflective polarizing plate 109 is applied to the display surface (panel surface) of the display element 110. Illumination of the display element 110 with the first linearly polarized light among the light beams superimposed by the illumination lenses 106 and 107 enables illumination with a uniform illuminance distribution.
  • the second linearly polarized light (S-polarized light) reflected by the reflective polarizing plate 109 passes through the phase difference plate 108 and then passes through the illumination lenses 106 and 107 and the reflective film 202 1 of the reflective element 105. It is irradiated onto the three reflective film of ⁇ 202 4.
  • the reflected light (S-polarized light) from the reflective polarizing plate 109 is reflected toward the reflective polarizing plate 109 by the reflective film.
  • FIG. 4 shows a process until one of the light beams separated by the illumination lenses 103 and 104 reaches the reflective polarizing plate 109, until the light reflected by the reflective polarizing plate 109 reaches the reflective element 105. It is a schematic diagram showing the results of ray tracing of the process and the process until the light reflected by the reflective element 105 reaches the reflective polarizing plate 109.
  • a separated light beam 41 is a light beam (three separated light beams shown in FIG. 3) emitted from the light guide rod 102 without being reflected on the inner surface of the light from the light source 101 entering the light guide rod 102. Of the light beam).
  • the separated light beam 41 passes through the reflective element 105.
  • the region of the reflective element 105 through which the separated light beam 41 is transmitted (the transmission region 201 2 shown in FIG. 2 ) is off the optical axis 12. In the example shown in FIG. 4, the region through which the separated light beam 41 is transmitted is located above the optical axis 12 in the drawing.
  • the separated light beam 41 that has passed through the reflective element 105 is collected by the illumination lenses 106 and 107, and then passes through the retardation plate 108 and reaches the reflective polarizing plate 109.
  • the separated light beam 41 is non-polarized light when it passes through the reflecting element 105, and remains unpolarized light after passing through the phase difference plate 108.
  • the first linearly polarized light passes through the reflective polarizing plate 109, and the second linearly polarized light passes through the reflective polarizing plate 109 in the direction of the retardation plate 108. Reflected.
  • the second linearly polarized light reflected by the reflective polarizing plate 109 passes through the phase difference plate 108 and reaches the illumination lens 107 as circularly polarized light.
  • a light beam (circularly polarized light) from the phase difference plate 110 is expanded by the illumination lenses 106 and 107 and irradiated as a light beam 42 onto the reflection film (reflection film 202 3 in FIG. 2) of the reflection element 105.
  • the region through which the separated light beam 41 is transmitted (the transmission region 201 2 shown in FIG. 2 ) and the light beam 42 are
  • the irradiated region (reflective film 202 3 in FIG. 2) is in a point target positional relationship with respect to the optical axis 12.
  • the light beam 42 is reflected by the reflective film 202 3 toward the reflective polarizing plate 109.
  • Reflected by the reflection film 202 3 light beam (circularly polarized light) is condensed by the illumination lens 106 and 107, then it reaches the reflective polarizer 109 passes through the phase plate 108.
  • the reflected light beam (circularly polarized light) from the reflective element 105 is converted into first polarized light (P-polarized light) by the phase difference plate 108.
  • the first polarized light (P-polarized light) from the retardation plate 108 passes through the reflective polarizing plate 109 and reaches the display element 110.
  • the first linearly polarized light (P-polarized light) passes through the reflective polarizing plate 109 in the same manner for the other separated light beams.
  • the second linearly polarized light (S-polarized light) is reflected by the reflective polarizing plate 109 and returns to the reflective element 105. Then, the light beam reflected by the reflective element 105 passes through the retardation plate 108 and reaches the reflective polarizing plate 109.
  • the illumination device of the present embodiment most of the light reflected by the reflective polarizing plate 109 reaches the reflective film of the reflective element 105. This is realized by the following first to third conditions.
  • the first condition is that the exit surface of the light guide rod 102 and the display surface (panel surface) of the display element 110 located on both sides (incident side and exit side) of the lens group including the illumination lenses 103, 104, 106 and 107. Is in a conjugate relationship, and the reflective polarizing plate 109 is disposed in the vicinity of the display surface of the display element 110.
  • the second condition is that the light emission center of the light source 101 is located on the central axis of the light guide rod 102.
  • the third condition is that the central axis of the light guide rod 102 coincides with the optical axis 11 of the illumination lenses 103 and 104, and the optical axis 12 of the illumination lenses 106 and 107 is relative to the optical axis 11 of the illumination lenses 103 and 104. Is shifting.
  • the reflection element 105 has a structure having a transmission region through which spatially separated light beams pass and a reflection film that is formed in a region other than the region and reflects light from the reflective polarizing plate. Since the reflection film can be formed by vapor deposition, it is easy to set the pitch between the transmission region and the reflection film to about 1 mm. Therefore, it is possible to solve the problem of miniaturization that is difficult to realize with the PBS polarization conversion array, and it is possible to reduce the size of the illumination device.
  • each reflective film of the reflective element 105 is located in a gap between the light beams spatially separated by the illumination lenses 103 and 104, most of the separated light beams pass through the reflective element 105. Thereby, it is possible to further improve the light utilization efficiency.
  • the reflective film is in a band shape, but is not limited to this.
  • a plurality of optical images (virtual images) of an image (an image corresponding to the optical image of the exit surface of the light guide rod 102) formed on the reflective polarizing plate 111 by the second polarized light are formed.
  • a reflective film may be formed only in a region where these optical images (virtual images) are formed.
  • the longitudinal direction of the reflective film is an eccentric direction (shift direction) of the optical axis 12 with respect to the optical axis 13 when viewed from a direction perpendicular to the surface of the reflective element 105. It is desirable that the direction intersects with.
  • the reflective element 105 is used as an illumination. It may be provided at any position in the lens group. However, depending on the position of the reflective element 105, the ratio of the amount of light returned to the reflective polarizing plate 109 to the amount of light from the reflective polarizing plate 109 decreases, and the effect of improving the light utilization efficiency is halved.
  • the reflecting element 105 is desirably arranged at a position where the light from the light guide rod 102 is sufficiently separated spatially by the illumination lens and the width of the region between the separated light beams is equal to or greater than the width of the separated light beams.
  • the light source 101 may be a light source other than an LED.
  • a lamp using arc discharge may be used as the light source 101.
  • a condensing lens for causing light from the lamp to enter the incident surface of the light guide rod 102 is used.
  • the illumination optical system is configured by the four illumination lenses 103, 104, 106, and 107, the present invention is not limited to this.
  • the illumination optical system can form an optical image formed on the exit surface of the light guide rod 102 on the display surface of the display element 110, and spatially separate the light beam from the exit surface of the light guide rod 102. Any configuration can be used as long as the reflected light from the reflective polarizing plate 109 can be returned to the region between the separated light beams at the position where the light beams are separated.
  • the illumination optical system may include other optical members in addition to the illumination lens.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a lighting apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the illumination device of the present embodiment is obtained by adding a parallel plate 501 to the configuration of the first embodiment.
  • the relationship between the point in which the parallel plate 501 is added to the illumination optical system composed of the illumination lenses 103, 104, 106, and 107, and the relationship between the central axis of the light guide rod 102 and the optical axis (coaxial) of the illumination optical system is Unlike the configuration of the embodiment, the rest is basically the same as the configuration of the first embodiment.
  • the light emission center of the light source 101 is located on the central axis of the light guide rod 102.
  • the central axis of the light guide rod 102 coincides with the optical axes of the illumination lenses 103 and 104, and the optical axes of the illumination lenses 103 and 104 coincide with the optical axes of the illumination lenses 106 and 107.
  • the centroids of the reflective element 105, the retardation plate 108, the reflective polarizing plate 109, and the display element 110 are located on the optical axis 13 of the illumination lenses 103, 104, 106, and 107.
  • the parallel plate 501 is disposed obliquely with respect to the optical axis 13 between the illumination lens 104 and the reflective element 105.
  • the parallel plate 501 may be formed of glass or may be formed of resin.
  • a parallel plate 501 made of glass having a thickness of 15 mm can be arranged with an inclination angle of 15 degrees with respect to the optical axis 13.
  • the thickness and inclination of the parallel plate 501 are not limited to such values.
  • FIG. 5 schematically shows, as an example, a result of ray tracing of the process until the light beam from the light source 101 reaches the display element 110.
  • Non-polarized light from the light source 101 enters the light guide rod 102.
  • the incident non-polarized light propagates while repeating reflection on the inner surface of the rod, and reaches the exit surface.
  • a uniform illuminance distribution is formed on the exit surface of the light guide rod 102.
  • the illumination information (rectangular light source image) formed on the exit surface of the light guide rod 102 is imaged on the display surface (panel surface) of the display element 110 by the illumination lens group including the illumination lenses 103, 104, 106, and 107.
  • the non-polarized light beam emitted from the exit surface of the light guide rod 102 is spatially separated into a plurality of light beams by the illumination lenses 103 and 104.
  • the number of light beams separated by the illumination lenses 103 and 104 is determined by the number of reflections in the propagation process in the light guide rod 102.
  • the light emitted from the light guide rod 102 is separated into three light beams.
  • the separated light beams separated by the illumination lenses 103 and 104 pass through the parallel plate 501 and then enter the reflection element 105.
  • the parallel plate 501 shifts the region where each separated light beam is incident on the reflective element 105 in the direction in which the strip-shaped reflective films 202 1 to 202 4 shown in FIG. 2 are arranged (the direction intersecting the longitudinal direction of the reflective film).
  • each separation light beam the hardly affected optical loss, such as shielding by reflecting film 202 1-202 4
  • the longitudinal direction of the reflective films 202 1 to 202 4 is a direction intersecting the shift direction by the parallel flat plate 501.
  • Each separated light flux that has passed through the reflective element 105 is superimposed by the illumination lenses 106 and 107, and then passes through the retardation plate 108 and reaches the reflective polarizing plate 109.
  • the reflective polarizing plate 109 transmits the first linearly polarized light (for example, P-polarized light) out of the light beam (unpolarized light) that has passed through the retardation plate 108, but the second linearly polarized light (for example, S-polarized light) is reflected in the direction of the phase difference plate 108.
  • first linearly polarized light for example, P-polarized light
  • second linearly polarized light for example, S-polarized light
  • the first linearly polarized light transmitted through the reflective polarizing plate 109 is applied to the display surface (panel surface) of the display element 110. Illumination of the display element 110 with the first linearly polarized light among the light beams superimposed by the illumination lenses 106 and 107 enables illumination with a uniform illuminance distribution.
  • the second linearly polarized light (S-polarized light) reflected by the reflective polarizing plate 109 passes through the phase difference plate 108 and then passes through the illumination lenses 106 and 107 and the reflective film 202 1 of the reflective element 105. It is irradiated onto the three reflective film of ⁇ 202 4.
  • the reflected light from the reflective polarizing plate 109 is reflected toward the reflective polarizing plate 109 by the reflective film.
  • the light beam (circularly polarized light) reflected by the reflective film of the reflective element 105 is collected by the illumination lenses 106 and 107, and then passes through the phase difference plate 108 and reaches the reflective polarizing plate 109.
  • the reflected light beam (circularly polarized light) from the reflective element 105 is converted into first polarized light (P-polarized light) by the phase difference plate 108.
  • the first polarized light (P-polarized light) from the retardation plate 108 passes through the reflective polarizing plate 109 and reaches the display element 110.
  • the illumination device of the present embodiment most of the light reflected by the reflective polarizing plate 109 reaches the reflective film of the reflective element 105. This is realized by the following first to third conditions.
  • the first condition is that the exit surface of the light guide rod 102 located on both sides (incident side and exit side) of the illumination optical system composed of the illumination lenses 103, 104, 106, and 107 and the display surface (panel surface) of the display element 110. And the reflective polarizing plate 109 is disposed in the vicinity of the display surface of the display element 110.
  • the second condition is that the light emission center of the light source 101 is located on the central axis of the light guide rod 102.
  • the third condition is that the central axis of the light guide rod 102 coincides with the optical axis 13 of the illumination optical system, and the parallel plate 501 is disposed on the incident surface side of the reflective element 105.
  • a lighting device includes a light source and light from the light source supplied to one end surface, and light incident from the one end surface propagates through the inside to the other.
  • the light guide means emitted from one end face of the light guide and the light flux emitted from the other end face of the light guide means are spatially separated into a plurality of light fluxes, and an optical image formed on the other end face of the light guide means is displayed.
  • An illumination optical system that forms an image on the element, and a second polarization that is disposed between the illumination optical system and the display element, transmits light of the first polarization, and has a polarization state different from that of the first polarization.
  • the reflective polarizing plate that reflects the light in the direction of the illumination optical system and the plurality of light beams are arranged at positions where the light beams are spatially separated, and the light reflected by the reflective polarizing plate
  • a reflective element that reflects in the direction of the plate, and is disposed between the reflective element and the reflective polarizing plate. It has a phase difference plate, a.
  • the reflective element includes a transmissive region through which the plurality of light beams are transmitted, and a reflective film formed in a region other than the transmissive region.
  • the light emission center of the light source is located on a central axis passing through the center of gravity of both end faces of the light guide means.
  • the illumination optical system forms on the reflective film a plurality of optical images formed on the reflective polarizing plate by the second polarized light of the plurality of light beams that have passed through the transmission region.
  • most of the light reflected by the reflective polarizing plate can be reflected by the reflective element in the direction of the reflective polarizing plate and reused. Can be planned.
  • the reflective element is formed by forming a reflective film on a glass plate by vapor deposition, and it is easy to set the pitch of such a reflective film to about 1 mm. Therefore, it is possible to solve the problem of miniaturization that is difficult to realize with the PBS polarization conversion array, and it is possible to reduce the size of the illumination device.
  • the illumination optical system is provided between the light guide unit and the reflection element, and a first lens that separates an emitted light beam from the other end surface of the light guide unit into the plurality of light beams.
  • the optical axis of the first lens group is the optical axis of the second lens group when viewed from a direction perpendicular to the plane intersecting both optical axes of the first and second lens groups. May be shifted.
  • An example of this configuration is the above-described first embodiment.
  • the reflective film is formed in a stripe shape, and when viewed from a direction perpendicular to the surface of the reflective element, the longitudinal direction of the reflective film is the optical axis of the first lens group, The direction may intersect with the shift direction with respect to the optical axis of the second lens group.
  • the illumination optical system is provided between the light guide unit and the reflective element, and separates a light beam emitted from the other end surface of the light guide unit into the plurality of light beams.
  • the optical axis of the first lens group may coincide with the optical axis of the second lens group.
  • the reflective film is formed in a stripe shape, and when viewed from a direction perpendicular to the surface of the reflective element, the longitudinal direction of the reflective film is a direction crossing the shift direction by the parallel plate. There may be.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a projection display device including the illumination device of the present invention.
  • the projection display device shown in FIG. 6 is a three-plate type liquid crystal projector, and its main part is composed of illumination devices 200 to 202, a projection optical system 203, liquid crystal panels 204 to 206, and a cross dichroic prism 207.
  • the lighting devices 200 to 202 have the same configuration as the lighting device of the first embodiment.
  • a light source having a peak wavelength in the blue wavelength band is used as the light source of the illumination device 200.
  • a light source having a peak wavelength in the red wavelength band is used.
  • a light source having a peak wavelength in the green wavelength band is used.
  • blue, green, and red colors correspond to the three primary colors of light.
  • the liquid crystal panel 204 is illuminated with colored light (blue) of predetermined polarization (P-polarized light or S-polarized light) output from the illumination device 200.
  • the liquid crystal panel 205 is illuminated with colored light (red) of predetermined polarization (P-polarized light or S-polarized light) output from the illumination device 201.
  • the liquid crystal panel 206 is illuminated with colored light (green) of predetermined polarization (P-polarized light or S-polarized light) output from the illumination device 202.
  • the cross dichroic prism 207 is provided at a position where the optical axes of the illumination devices 200 to 202 intersect.
  • Cross dichroic prism 207 includes a first incident surface on which image light (blue) from liquid crystal panel 204 is incident, a second incident surface on which image light (red) from liquid crystal panel 205 is incident, and liquid crystal panel 206. And a third incident surface on which the image light (green) is incident, and an emission surface on which color-combined image light obtained by color-combining the image light (red, green, and blue) incident from these incident surfaces is emitted.
  • the projection optical system 203 projects the color composite image light from the cross dichroic prism 207 onto a screen (not shown).
  • the pupil of the projection optical system 203 is positioned at the focal position of the optical system of the illumination devices 200 to 202 (the illumination lenses 103, 104, 106, and 107 shown in FIG. 1). That is, each optical system of the illumination devices 200 to 202 and the projection optical system 203 constitute a telecentric system.
  • FIG. 7 shows a linearly polarized light component transmitted through the reflective polarizing plate 109 in the light traveling from the light source 101 to the display panel 204 in the system including the illumination device 200, the liquid crystal panel 204, the cross dichroic prism 207, and the projection optical system 112. The result of ray tracing the light path is shown. As shown in FIG. 7, the light of the linearly polarized light component that has passed through the reflective polarizing plate 109 is applied to the liquid crystal panel 204 and used as light for image projection.
  • the light reflected by the reflective polarizing plate 109 efficiently returns to the reflective film of the reflective element 105.
  • the reflected light from the reflective polarizing plate 109 is reflected in the direction of the reflective polarizing plate 109 by the reflective film of the reflective element 105.
  • the reflected light from the reflective element 105 passes through the reflective polarizing plate 109 and is irradiated to the liquid crystal panel 114 and used as light for image projection.
  • the overall polarization conversion efficiency is improved.
  • the same operation as that of the lighting device 200 is performed.
  • each illumination device irradiates each liquid crystal panel with highly efficient illumination light, a bright projection image can be obtained and a projection image with high color reproducibility can be obtained. be able to.
  • the illumination device of the second embodiment may be used as the illumination devices 200 to 202.
  • the lighting device of the present invention can also be applied to a single-plate liquid crystal projector.
  • the main part of the single-plate liquid crystal projector includes an illumination device, a liquid crystal panel illuminated with light from the illumination device, and a projection optical system that projects image light from the liquid crystal panel onto a screen.
  • full colorization is possible by configuring each pixel of the liquid crystal panel with pixels having color filters of red, green, and blue. In this case, the display / non-display operation in each pixel is performed in a time division manner for each color.
  • the lighting device and the projection display device described above are examples of the present invention, and the configuration thereof can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.

Abstract

　照明装置は、光源（１０１）と、前記光源（１０１）からの光が一方の端面に供給され、該一方の端面から入射した光が内部を伝播して他方の端面から射出される導光手段（１０２）と、前記導光手段（１０２）の他方の端面からの射出光束を複数の光束に空間的に分離し、前記導光手段（１０２）の他方の端面に形成される光学像を表示素子（１１０）上に結像する照明光学系（１０３、１０４、１０６、１０７）と、前記照明光学系（１０３、１０４、１０６、１０７）と前記表示素子（１１０）の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を前記照明光学系（１０３、１０４、１０６、１０７）の方向に反射する反射型偏光板（１０９）と、前記複数の光束が空間的に分離される位置に配置され、前記反射型偏光板（１０９）にて反射された光を前記反射型偏光板（１０９）の方向に反射する反射素子（１０５）と、前記反射素子（１０５）と前記反射型偏光板（１０９）の間に配置された位相差板（１０８）と、を有する。前記反射素子（１０５）は、前記複数の光束が透過する透過領域と、該透過領域以外の領域に形成された反射膜とを有する。

Description

照明装置とそれを用いた投射型表示装置
　本発明は、液晶プロジェクタに代表される投射型表示装置の照明装置に関し、特に、反射型偏光変換素子を備えた表示素子を照明する照明装置に関する。
　特許文献１、２には、表示素子であるＤＭＤ（Digital　Micromirror　Device）を照明するための光源としてＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）を使用したプロジェクタが開示されている。この種のプロジェクタは、白色放電ランプを使ったプロジェクタに比べて、低コスト化を図ることが期待でき、また、小型で低消費電力、かつ、色再現範囲が広いとったパフォーマンスを実現することができる。
　また、表示素子として単一のＬＣｏＳ（Liquid　Crystal　on　Silicon）素子を用いたプロジェクタ（非特許文献１）や、表示素子として３枚の液晶パネルを使用したプロジェクタ（非特許文献２、３）もある。
　ところで、液晶プロジェクタでは、通常、偏光光を液晶パネルに照射する必要がある。一般に、ＬＥＤからの光は非偏光光であるため、液晶パネルを照明するための光源としてＬＥＤを用いる場合は、ＬＥＤからの光を偏光変換して、光利用効率を高めることが望ましい。
　例えば、表示パネルがＴＮ液晶（Twisted　Nematic　Liquid　Crystal）パネルである場合、ＬＥＤからの非偏光光の直交する直線偏光成分のうち、どちらか一方を他の偏光成分と同じになるように変換する。この偏光変換の効率が低いと、光利用効率が低下する。なお、偏光変換がまったく行われない場合は、約半分の光が照明光として利用されないことになる。
　非特許文献１に記載されたプロジェクタでは、CPC　reflectorと呼ばれる、複合放物面形状を有する導光部材によって、光源であるＬＥＤからの光束を略平行光束に変換する。この導光部材からの平行光束で表示パネルを照明する。
　導光部材からの光束の進行方向に、１／４波長板と反射型の偏光板が配置されている。偏光板は、例えばＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。偏光板で反射されたＳ偏光は、１／４波長板を通過する。１／４波長板を通過した光（円偏光）は、ＬＥＤまで戻り、ＬＥＤの表面で反射される。ＬＥＤの表面で反射された光は、導光部材にて平行化された後、１／４波長板を再び通過する。
　偏光板で反射されたＳ偏光のうち、ＬＥＤへ戻る過程と、ＬＥＤの表面で反射されて偏光板へ向かう過程とにおいて、１／４波長板を２回通過したものがＰ偏光に変換される。
　上記の他、特許文献３に記載の照明装置もある。この照明装置は、光源と、該光源からの光が一方の端面に入射するグラスロッドと、グラスロッドの他方の端面から射出された光束を集光する集光手段と、該集光手段により複数の光源像が形成される位置に設けられるＰＢＳ偏光変換アレイとを有する。
　ＰＢＳ偏光変換アレイは、第１および第２のプリズムが一方向に交互に配置されたものである。第１および第２のプリズムのそれぞれは、２つの直角プリズムを貼り合わせた直方体形状のプリズムである。
　第１のプリズムは、２つの直角プリズムの貼り合わせた面に、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光分離膜が形成されており、光がその偏光分離膜に対して略４５度の入射角で入射するように構成されている。
　第２のプリズムは、２つの直角プリズムの貼り合わせた面に反射膜が形成されており、第１のプリズムの偏光分離膜で反射されたＳ偏光の光がその反射膜に略４５度の入射角で入射するように構成されている。第２のプリズムの、反射膜で反射された光の進行方向に位置する面が射出面であり、この射出面に、Ｓ偏光をＰ偏光に変換するための１／２波長板が設けられている。第２のプリズムの、射出面と対向する面には、遮光板が形成されている。
　第１のプリズムから射出したＰ偏光の光と、第２のプリズムから射出したＰ偏光の光とは同じ方向に進行する。集光手段は、光源像が第１のプリズムの入射面に形成されるように構成されている。
特開２００６－１０６６８３号公報 特開２００６－１０６６８２号公報 特開２０００－２０６４６４号公報
　しかし、非特許文献１に記載されたプロジェクタには、以下のような問題がある。
　反射型の偏光板で反射された偏光成分の光は、効率よくＬＥＤの表面まで戻るが、ＬＥＤの表面では、戻った光の一部しか偏光板の方向に反射されない。このように、ＬＥＤの表面における光損失があるため、高い偏光変換効率を達成することはできない。
　特許文献３に記載された照明装置においては、ＰＢＳ偏光変換アレイを用いているために、照明装置の小型化が困難である。例えば、最近の表示パネルの小型化により、ＰＢＳ偏光変換アレイの各プリズムのピッチを１ｍｍ程度にすることが要求される場合がある。そのようなピッチで第１および第２のプリズムを形成した場合、１／２波長板を第２のプリズムに貼り付けることは困難である。
　今後は、表示パネルのさらなる小型化が予想されるため、ＰＢＳ偏光変換アレイを用いた照明装置における小型化の問題はより顕著になる。
　本発明の目的は、上記の問題を解決し、偏光変換効率を高めて光利用効率を高めることができる小型の照明装置およびそれを用いた投射型表示装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の照明装置は、
　光源と、
　前記光源からの光が一方の端面に供給され、該一方の端面から入射した光が内部を伝播して他方の端面から射出される導光手段と、
　前記導光手段の他方の端面からの射出光束を複数の光束に空間的に分離し、前記導光手段の他方の端面に形成される光学像を表示素子上に結像する照明光学系と、
　前記照明光学系と前記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を前記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、
　前記複数の光束が空間的に分離される位置に配置され、前記反射型偏光板にて反射された光を前記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、
　前記反射素子と前記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有し、
　前記反射素子は、前記複数の光束が透過する透過領域と、該透過領域以外の領域に形成された反射膜とを有し、
　前記光源の発光中心は、前記導光手段の両端面の重心を通る中心軸上に位置し、
　前記照明光学系は、前記透過領域を通過した前記複数の光束の前記第２の偏光の光によって前記反射型偏光板上に形成された複数の光学像を前記反射膜上に結像する。
　本発明の投射型表示装置は、
　照明装置と、
　前記照明装置からの光で照明される表示素子と、
　前記表示素子からの画像光を投射する投射光学系と、を有し、
　前記照明装置は、
　光源と、
　前記光源からの光が一方の端面に供給され、該一方の端面から入射した光が内部を伝播して他方の端面から射出される導光手段と、
　前記導光手段の他方の端面からの射出光束を複数の光束に空間的に分離し、前記導光手段の他方の端面に形成される光学像を表示素子上に結像する照明光学系と、
　前記照明光学系と前記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を前記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、
　前記複数の光束が空間的に分離される位置に配置され、前記反射型偏光板にて反射された光を前記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、
　前記反射素子と前記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有し、
　前記反射素子は、前記複数の光束が透過する透過領域と、該透過領域以外の領域に形成された反射膜とを有し、
　前記光源の発光中心は、前記導光手段の両端面の重心を通る中心軸上に位置し、
　前記照明光学系は、前記透過領域を通過した前記複数の光束の前記第２の偏光の光によって前記反射型偏光板上に形成された複数の光学像を前記反射膜上に結像する。
本発明の第１の実施形態である照明装置の構成を示す模式図である。 図１に示す照明装置の反射素子の構成を示す模式図を示す。 図１に示す照明装置における光源からの光束が表示素子に到達するまでの過程を光線追跡した結果を示す模式図である。 図１に示す照明装置における、照明レンズによって分離された光束の１つについて、反射型偏光板に到達するまでの過程、反射型偏光板で反射された光が反射素子に到達するまでの過程および反射素子で反射された光が反射型偏光板に到達するまでの過程をそれぞれ光線追跡した結果を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態である照明装置の構成を示す模式図である。 本発明の照明装置を備える投射型表示装置の構成を示す模式図である。 図６に示す投射型表示装置の、緑色用の照明装置、液晶パネル、クロスダイクロイックプリズムおよび投射光学系からなる系における、光源から表示パネルへ向かう光のうち、反射型偏光板を透過する直線偏光成分の光の経路を光線追跡した結果を示す模式図である。
１０１　　光源
１０２　　導光ロッド
１０３、１０４、１０６、１０７　　照明レンズ
１０５　　反射素子
１０８　　位相差板
１０９　　反射型偏光板
１１０　　表示素子
　次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態である照明装置の構成を示す模式図である。
　図１に示すように、本実施形態の照明装置は、反射型偏光板１０９を備えた表示素子１１０を照明するものであって、反射型偏光板１０９の他に、光源１０１、導光ロッド１０２、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７、反射素子１０５および位相差板１０８を有する。
　反射型偏光板１０９は、例えばワイヤグリッド型の偏光板であって、入射光のうち、第１の偏光（例えばＰ偏光）の光を透過し、第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光（例えばＳ偏光）の光を、入射方向とは逆の方向（反射素子１０５の方向）に反射するように構成されている。
　表示素子１１０は、例えば液晶パネルよりなる。反射型偏光板１０９および表示素子１１０はいずれも、商用のものを使用可能である。表示素子１１０として、例えば対角が１．０インチの透過型の液晶パネルを用いることができる。
　反射型偏光板１０９は、表示素子１１０の表示面（パネル面）の近傍に配置されることが望ましい。また、反射型偏光板１０９は、表示素子１１０と一体に形成されてもよい。例えば、表示素子１１０として液晶パネルを用いた場合、反射型偏光板１０９は、液晶パネルの入射側の基板と一体に形成されてもよい。
　光源１０１は、例えばＬＥＤに代表される固体光源である。光源１０１からの光は、導光ロッド１０２の一方の端面（入射面）に供給される。光源１０１の発光部の中心（発光中心）は、光ロッド１０２の断面の中心（重心）を通る軸（中心軸）上に位置する。
　導光ロッド１０２の入射面の面積は、光源１０１の発光部の面積より大きい。例えば、大きさが４ｍｍ×３ｍｍの発光部を有するＬＥＤを光源１０１として用いた場合、導光ロッド１０３として、例えば断面の大きさが８ｍｍ×６ｍｍで、長さが２０ｍｍである角柱ロッドを用いる。
　ガラス製で安価に入手できるＢＫ７を使用して導光ロッド１０２を形成することができる。導光ロッド１０２の材質としては、光学ガラスのほか、光学プラスチックを用いても良い。導光ロッド１０２は、中心部分が空洞とされる中空タイプのものであってもよく、また、そのような空洞部を持たない中実タイプのものであってもよい。
　光源１０１からの光をより多く導光ロッド１０２に入射させるために、光源１０１の発光部と導光ロッド１０２との距離はできるだけ近いほうが好ましい。具体的には、導光ロッド１０２と光源１０１の距離は０．７ｍｍである。
　導光ロッド１０２の他方の端面（射出面）から射出された光の進行方向に、照明レンズ１０３、１０４、反射素子１０５、照明レンズ１０６、１０７、位相差板１０８、反射型偏光板１０９、表示素子１１０がこの順番で配置されている。
　導光ロッド１０２の射出面に形成される光学像が、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなる照明レンズ群によって表示素子１１０の表示面上に結像される。照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７はいずれも、片面または両面に球面形状を有するレンズであるが、非球面レンズを用いても構わない。
　照明レンズ１０３、１０４の光軸１１は、導光ロッド１０２の中心軸と一致する。反射素子１０５、位相差板１０８、反射型偏光板１０９および表示素子１１０の中心（重心）は、照明レンズ１０６、１０７の光軸１２上に位置する。照明レンズ１０３、１０４の光軸１１および照明レンズ１０６、１０７の光軸１２と交差する平面に垂直な方向から見た場合に、光軸１１が、光軸１２に対してシフトしている。
　導光ロッド１０２、照明レンズ１０３、１０４の各重心を通る軸（光軸１１と同じ）の、照明レンズ１０６、１０７、反射素子１０５、位相差板１０８、反射型偏光板１０９および表示素子１１０の各重心を通る軸（光軸１２と同じ）に対する偏心量（シフト量）は、例えば３ｍｍである。偏心量は３ｍｍに限定されるものではないが、偏心量が大きくなると、反射素子１０５、位相差板１０８、反射型偏光板１０９および表示素子１１０が大型化する。
　導光ロッド１０２の射出面から射出した光束は、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に複数の光束に分離される。分離光束の数は、光源１０１から導光ロッド１０２内に入射した光がそのロッドの内面において反射された回数に応じて決まる。
　反射素子１０５は、反射型偏光板１０９からの光（例えばＳ偏光）を反射型偏光板１０９の方向へ反射するものであって、導光ロッド１０２の射出面からの光束が空間的に分離された位置に配置される。具体的には、反射素子１０５は、照明レンズ１０４、１０６の間に配置される。
　図２に、反射素子１０５の模式図を示す。図２を参照すると、反射素子１０５は、例えば厚さが１ｍｍ程度のガラス基板２００上に、複数の帯状の反射膜２０２1～２０２4をアルミ蒸着により形成したものである。反射膜２０２1～２０２4は、照明レンズ１０３、１０４によって分離された光束が透過する透過領域２０１1～２０１4以外の領域に形成されている。反射膜２０２1～２０２4と透過領域２０１1～２０１4とは交互に配置されている。反射膜２０２1～２０２4は、誘電体多層膜であってもよい。反射素子１０５の重心は反射膜２０２3と反射膜２０２2の境界線上の中央部分にあり、この重心が光軸１２上に位置する。
　反射素子１０５の位置では、導光ロッド１０２の射出面の光学像（虚像）が複数形成される。各光学像は各分離光束に対応するものであり、それぞれの垂直方向における幅は約５ｍｍである。垂直方向において、各光学像の間の領域（光学像が形成されていない領域）の幅も約５ｍｍである。
　また、反射素子１０５の位置では、第２の偏光の光によって反射型偏光板１１１上に形成された像（導光ロッド１０２の射出面の光学像に対応する像）の光学像（虚像）が複数形成される。各光学像の垂直方向における幅は約５ｍｍである。垂直方向において、各光学像の間の領域（光学像が形成されていない領域）の幅も約５ｍｍである。
　上記の光学像（虚像）に対応して、反射膜２０２1～２０２4の幅は約５ｍｍとされ、反射膜２１～２４の間隔（ピッチ）は約５ｍｍとされている。
　なお、図２では、反射膜の幅および間隔は、均等なものとして描いてあるが、必ずしも均等でなくても良い。また、反射膜の数も４つに限定されるものではない。反射膜の数、幅および間隔は、導光ロッド１０２の射出面から射出された光束が分離される数や、その光束の大きさにより決定される。
　位相差板１０８は、１／４波長板であって、照明レンズ１０７と反射型偏光板１０９の間に配置されている。位相差板１０８の配置位置は、照明レンズ１０７と反射型偏光板１０９の間に限定されるものではない。位相差板１０８は、反射素子１０５と反射型偏光板１０９との間であれば、どこに配置されてもよい。
　図１に示した構成では、位相差板１０８は、他の部材とは独立して設けられているが、これに限定されない。照明レンズ１０７の表示素子１１０側の面は平面とされており、その平面に、位相差板１０８を貼り合わせてもよい。この構成によれば、ガラス基板を共通利用することができるので、部品点数を削減することができる。
　また、位相差板１０８は、反射素子１０５と一体で形成しても良い。例えば、図２に示したガラス基板２００の、反射膜２０２1～２０２4が形成された面とは反対の面に、位相差板１０８を貼り付けてもよい。この構成によっても、部品点数を削減することが可能である。
　図１に示した照明装置において、照明レンズ群は４枚の照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなるが、これに限定されない。照明レンズ群は、導光ロッド１０２の射出面に形成される光学像を表示素子１１０の表示面上に結像できるのであれば、どのようなレンズ構成としてもよい。より望ましくは、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７の光学パラメータ（曲率半径や間隔、光軸１１、１２の関係）は、導光ロッド１０２の射出面に形成される光学像を表示素子１１２の表示面上に結像でき、さらに、導光ロッド１０２の射出面からの光束を空間的に分離することができ、かつ、その光束が分離された位置において、反射型偏光板１０９からの反射光を、分離された各光束の間の領域に戻すことができるように設定される。
　次に、本実施形態の照明装置の動作について詳細に説明する。
　図３は、図１に示した構成において、光源１０１からの光束が表示素子１１０に到達するまでの過程を光線追跡した結果を示す模式図である。
　図３を参照すると、光源１０１から非偏光の光は、導光ロッド１０２内に入射する。導光ロッド１０２では、入射した非偏光の光は、ロッド内面で反射をくりかえしつつ伝搬し、射出面に到達する。このロッド内の伝搬過程で輝度の均一化が行われる。仮に、光源１０１の発光に輝度ムラがあった場合、導光ロッド１０２による輝度の均一化により、導光ロッド１０２の射出面においては、均一な照度分布が形成される。
　導光ロッド１０２の射出面に形成された照明情報（矩形の光源像）は、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなる照明レンズ群により表示素子１１０の表示面（パネル面）に結像される。
　導光ロッド１０２の射出面から射出された非偏光の光束は、照明レンズ１０３、１０４により空間的に複数の光束に分離される。照明レンズ１０３、１０４により分離される光束の数は、導光ロッド１０２内の伝搬過程における反射の回数により決まる。
　図３では、導光ロッド１０２から射出した光は、３つの光束に分離される。３つの分離光束のうち真ん中に位置する光束は、光源１０１から導光ロッド１０２内に入射した光のうち、ロッド内面での反射なしに、導光ロッド１０２から射出した光である。
　反射素子１０５は、照明レンズ１０３、１０４により分離された光束がそれぞれ図２に示した透過領域２０１1～２０１4のうちの３つの透過領域を通るように配置されている。すなわち、３つの分離光束は、反射膜２０２1～２０２4による遮蔽などの光損失の影響をほとんど受けずに、反射素子１０５を通過する。
　反射素子１０５を通過した各分離光束は、照明レンズ１０６、１０７によって重畳され、その後、位相差板１０８を通過して反射型偏光板１０９に到達する。
　反射型偏光板１０９では、位相差板１０８を通過した光束（非偏光光）のうち、第１の直線偏光光（例えば、Ｐ偏光光）は透過するが、第２の直線偏光光（例えば、Ｓ偏光光）は位相差板１０８の方向に反射される。
　反射型偏光板１０９を透過した第１の直線偏光光は、表示素子１１０の表示面（パネル面）に照射される。照明レンズ１０６、１０７によって重畳された光束のうちの第１の直線偏光光で、表示素子１１０を照明することで、照度分布均一な照明を可能とする。
　一方、反射型偏光板１０９で反射された第２の直線偏光光（Ｓ偏光光）は、位相差板１０８を通過し、その後、照明レンズ１０６、１０７を介して反射素子１０５の反射膜２０２1～２０２4のうちの３つの反射膜上に照射される。反射素子１０５では、反射型偏光板１０９からの反射光（Ｓ偏光光）が反射膜によって反射型偏光板１０９の方向へ反射される。
　図４に、照明レンズ１０３、１０４によって分離された光束の１つについて、反射型偏光板１０９に到達するまでの過程、反射型偏光板１０９で反射された光が反射素子１０５に到達するまでの過程および反射素子１０５で反射された光が反射型偏光板１０９に到達するまでの過程をそれぞれ光線追跡した結果を示す模式図である。
　図４において、分離光束４１は、光源１０１から導光ロッド１０２内に入射した光のうち、ロッド内面での反射なしに、導光ロッド１０２から射出した光束（図３に示した３つの分離光束のうちの真ん中に位置する光束）である。
　分離光束４１は、反射素子１０５を透過する。反射素子１０５の、分離光束４１が透過する領域（図２に示した透過領域２０１2）は、光軸１２から外れている。図４に示す例では、分離光束４１が透過する領域は、図面に向かって、光軸１２よりも上側に位置する。
　反射素子１０５を通過した分離光束４１は、照明レンズ１０６、１０７によって集光され、その後、位相差板１０８を通過して反射型偏光板１０９に到達する。分離光束４１は、反射素子１０５を通過した時点では非偏光光であり、位相差板１０８を通過した後も、非偏光光のままである。
　位相差板１０８を通過した分離光束４１のうち、第１の直線偏光光は反射型偏光板１０９を透過し、第２の直線偏光光は、反射型偏光板１０９で位相差板１０８の方向に反射される。
　反射型偏光板１０９で反射された第２の直線偏光光は、位相差板１０８を通過し、円偏光光として照明レンズ１０７に到達する。位相差板１１０からの光束（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７により拡大されて、光束４２として反射素子１０５の反射膜（図２の反射膜２０２3）上に照射される。
　反射素子１０５の入射面（または射出面）に垂直な方向（光軸１２の方向）から見た場合、分離光束４１が透過する領域（図２に示した透過領域２０１2）と、光束４２が照射される領域（図２の反射膜２０２3）とは、光軸１２を基準にして、点対象な位置関係にある。
　反射素子１０５では、光束４２は反射膜２０２3にて反射型偏光板１０９の方向に反射される。反射膜２０２3で反射された光束（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７によって集光され、その後、位相差板１０８を通過して反射型偏光板１０９に到達する。
　反射素子１０５からの反射光束（円偏光）は、位相差板１０８にて第１の偏光光（Ｐ偏光光）に変換される。位相差板１０８からの第１の偏光光（Ｐ偏光光）は、反射型偏光板１０９を透過して表示素子１１０に到達する。
　図４に示した例では、分離光束４１に関わる光線経路しか示されていないが、他の分離光束も同様に、第１の直線偏光光（Ｐ偏光光）が反射型偏光板１０９を透過し、第２の直線偏光光（Ｓ偏光光）が反射型偏光板１０９で反射されて反射素子１０５に戻る。そして、反射素子１０５で反射された光束が、位相差板１０８を通過して反射型偏光板１０９に到達する。
　本実施形態の照明装置によれば、反射型偏光板１０９で反射された光のほとんどは、反射素子１０５の反射膜に到達する。これは、以下の第１乃至第３の条件により実現される。
　第１の条件は、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなるレンズ群の両側（入射側および射出側）に位置する導光ロッド１０２の射出面と表示素子１１０の表示面（パネル面）とが共役関係にあり、反射型偏光板１０９が表示素子１１０の表示面の近傍に配置されていることである。第２の条件は、光源１０１の発光中心が導光ロッド１０２の中心軸上に位置する点である。第３の条件は、導光ロッド１０２の中心軸が照明レンズ１０３、１０４の光軸１１と一致し、かつ、照明レンズ１０６、１０７の光軸１２が照明レンズ１０３、１０４の光軸１１に対してシフトしていることである。
　このように、反射型偏光板１０９にて反射された光のほとんどを、反射素子１０５にて反射型偏光板１０９の方向に反射して再利用することで、光利用効率を向上する。
　また、反射素子１０５は、空間的に分離された光束が透過する透過領域と、該領域以外の領域に形成された、反射型偏光板からの光を反射する反射膜とを有する構造である。反射膜は蒸着処理により形成することができることから、透過領域と反射膜のピッチを１ｍｍ程度とすることは容易である。したがって、ＰＢＳ偏光変換アレイでは実現することが困難であった小型化の問題を解決することができ、照明装置の小型化を図ることができる。
　さらに、反射素子１０５の各反射膜は、照明レンズ１０３、１０４によって空間的に分離された光束の隙間に位置するので、分離光束のほとんどが反射素子１０５を通過する。これにより、光利用効率をさらに高めることが可能である。
　なお、図４に示した反射素子１０５では、反射膜は帯状のものとされているが、これに限定されない。反射素子１０５では、第２の偏光の光によって反射型偏光板１１１上に形成された像（導光ロッド１０２の射出面の光学像に対応する像）の光学像（虚像）が複数形成されるが、これら光学像（虚像）が形成される領域にのみ、反射膜を形成してもよい。
　反射素子１０５の反射膜を帯状のものとする場合、反射素子１０５の面に垂直な方向から見た場合に、反射膜の長手方向が、光軸１２の光軸１３に対する偏心方向（シフト方向）と交差する方向とすることが望ましい。
　また、導光ロッド１０２からの光束が通過し、反射型偏光板１０９からの光の少なくとも一部を、反射型偏光板１０９の方向へ反射させることができるのであれば、反射素子１０５は、照明レンズ群のどの位置に設けられてもよい。ただし、反射素子１０５の位置によっては、反射型偏光板１０９からの光の量に対する反射型偏光板１０９へ戻す光の量の割合が減少し、光利用効率向上の効果が半減する。反射素子１０５は、導光ロッド１０２からの光が照明レンズによって空間的に十分に分離され、分離光束の間の領域の幅が分離光束の幅以上になるような位置に配置することが望ましい。これにより、光利用効率向上の効果を最大限に得ることができる。
　光源１０１は、ＬＥＤ以外の光源であってもよい。例えば、アーク放電を利用したランプを光源１０１として用いてもよい。この場合は、ランプからの光を導光ロッド１０２の入射面に入射させるための集光レンズを用いる。
　４枚の照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７により照明光学系を構成しているが、これに限定されない。照明光学系は、導光ロッド１０２の射出面に形成される光学像を表示素子１１０の表示面上に結像でき、さらに、導光ロッド１０２の射出面からの光束を空間的に分離することができ、かつ、その光束が分離された位置において、反射型偏光板１０９からの反射光を、分離された各光束の間の領域に戻すことができるのであれば、どのような構成にしてもよい。なお、照明光学系は、照明レンズの他に他の光学部材を含んでいてもよい。
　（第２の実施形態）
　図５は、本発明の第２の実施形態である照明装置の構成を示す模式図である。
　図５に示すように、本実施形態の照明装置は、第１の実施形態の構成に平行平板５０１を加えたものである。照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなる照明光学系に平行平板５０１を加えた点と、導光ロッド１０２の中心軸と照明光学系の光軸（共軸）との関係が、第１の実施形態の構成と異なり、その他は、第１の実施形態の構成と基本的に同じである。
　光源１０１の発光中心は、導光ロッド１０２の中心軸上に位置する。導光ロッド１０２の中心軸は、照明レンズ１０３、１０４の光軸と一致しており、照明レンズ１０３、１０４の光軸と照明レンズ１０６、１０７の光軸は一致している。反射素子１０５、位相差板１０８、反射型偏光板１０９および表示素子１１０の各重心は、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７の光軸１３上に位置する。
　平行平板５０１は、照明レンズ１０４と反射素子１０５の間に、光軸１３に対して斜めに配置されている。平行平板５０１は、ガラスで形成してもよく、また、樹脂で形成しても良い。例えば、厚さ１５ｍｍのガラス製の平行平板５０１を、光軸１３に対する傾き角度を１５度として配置することができる。なお、平行平板５０１の厚さおよび傾きは、そのような値に限定されるものではない。
　次に、図５を参照して、本実施形態の照明装置の動作を説明する。図５には、一例として、光源１０１からの光束が表示素子１１０に到達するまでの過程を光線追跡した結果が模式的に示されている。
　光源１０１から非偏光の光は、導光ロッド１０２内に入射する。導光ロッド１０２では、入射した非偏光の光は、ロッド内面で反射をくりかえしつつ伝搬し、射出面に到達する。導光ロッド１０２の射出面において、均一な照度分布が形成される。
　導光ロッド１０２の射出面に形成された照明情報（矩形の光源像）は、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなる照明レンズ群により表示素子１１０の表示面（パネル面）に結像される。
　導光ロッド１０２の射出面から射出された非偏光の光束は、照明レンズ１０３、１０４により空間的に複数の光束に分離される。照明レンズ１０３、１０４により分離される光束の数は、導光ロッド１０２内の伝搬過程における反射の回数により決まる。図５に示した例では、図３に示した例と同様、導光ロッド１０２から射出した光は、３つの光束に分離されている。
　照明レンズ１０３、１０４により分離された各分離光束は、平行平板５０１を通過した後、反射素子１０５に入射する。平行平板５０１は、反射素子１０５における各分離光束が入射する領域を、図２に示した帯状の反射膜２０２1～２０２4の並び方向（反射膜の長手方向と交差する方向）にシフトさせるように働く。これにより、各分離光束は、反射膜２０２1～２０２4による遮蔽などの光損失の影響をほとんど受けずに、反射素子１０５の透過領域２０１1～２０１4のいずれかの領域を通過する。反射素子１０５の面に垂直な方向から見た場合、反射膜２０２1～２０２4の長手方向が、平行平板５０１によるシフト方向と交差する方向である。
　反射素子１０５を通過した各分離光束は、照明レンズ１０６、１０７によって重畳され、その後、位相差板１０８を通過して反射型偏光板１０９に到達する。
　反射型偏光板１０９では、位相差板１０８を通過した光束（非偏光光）のうち、第１の直線偏光光（例えば、Ｐ偏光光）は透過するが、第２の直線偏光光（例えば、Ｓ偏光光）は位相差板１０８の方向に反射される。
　反射型偏光板１０９を透過した第１の直線偏光光は、表示素子１１０の表示面（パネル面）に照射される。照明レンズ１０６、１０７によって重畳された光束のうちの第１の直線偏光光で、表示素子１１０を照明することで、照度分布均一な照明を可能とする。
　一方、反射型偏光板１０９で反射された第２の直線偏光光（Ｓ偏光光）は、位相差板１０８を通過し、その後、照明レンズ１０６、１０７を介して反射素子１０５の反射膜２０２1～２０２4のうちの３つの反射膜上に照射される。反射素子１０５では、反射型偏光板１０９からの反射光が反射膜によって反射型偏光板１０９の方向へ反射される。
　反射素子１０５の反射膜で反射された光束（円偏光光）は、照明レンズ１０６、１０７によって集光され、その後、位相差板１０８を通過して反射型偏光板１０９に到達する。
　反射素子１０５からの反射光束（円偏光）は、位相差板１０８にて第１の偏光光（Ｐ偏光光）に変換される。位相差板１０８からの第１の偏光光（Ｐ偏光光）は、反射型偏光板１０９を透過して表示素子１１０に到達する。
　本実施形態の照明装置によれば、反射型偏光板１０９で反射された光のほとんどは、反射素子１０５の反射膜に到達する。これは、以下の第１乃至第３の条件により実現される。
　第１の条件は、照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７からなる照明光学系の両側（入射側および射出側）に位置する導光ロッド１０２の射出面と表示素子１１０の表示面（パネル面）とが共役関係にあり、反射型偏光板１０９が表示素子１１０の表示面の近傍に配置されていることである。第２の条件は、光源１０１の発光中心が導光ロッド１０２の中心軸上に位置する点である。第３の条件は、導光ロッド１０２の中心軸が照明光学系の光軸１３と一致し、かつ、平行平板５０１が、反射素子１０５の入射面側に配置されていることである。
　このように、反射型偏光板１０９にて反射された光のほとんどを、反射素子１０５にて反射型偏光板１０９の方向に反射して再利用することで、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
　以上説明したように、本発明の一態様によれば、照明装置は、光源と、上記光源からの光が一方の端面に供給され、該一方の端面から入射した光が内部を伝播して他方の端面から射出される導光手段と、上記導光手段の他方の端面からの射出光束を複数の光束に空間的に分離し、上記導光手段の他方の端面に形成される光学像を表示素子上に結像する照明光学系と、この照明光学系と上記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、上記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を上記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、上記複数の光束が空間的に分離される位置に配置され、上記反射型偏光板にて反射された光を前記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、上記反射素子と上記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有する。上記反射素子は、上記複数の光束が透過する透過領域と、該透過領域以外の領域に形成された反射膜とを有する。上記光源の発光中心は、上記導光手段の両端面の重心を通る中心軸上に位置する。上記照明光学系は、上記透過領域を通過した上記複数の光束の上記第２の偏光の光によって上記反射型偏光板上に形成された複数の光学像を上記反射膜上に結像する。
　上記の照明装置によれば、反射型偏光板にて反射された光のほとんどを、反射素子にて反射型偏光板の方向に反射して再利用することができるので、光利用効率の向上を図ることができる。
　また、反射素子は、蒸着処理によりガラス板に反射膜を形成したものであり、このような反射膜のピッチを１ｍｍ程度とすることは容易である。したがって、ＰＢＳ偏光変換アレイでは実現することが困難であった小型化の問題を解決することができ、照明装置の小型化を図ることができる。
　上記の照明装置において、上記照明光学系は、上記導光手段と上記反射素子の間に設けられ、上記導光手段の他方の端面からの射出光束を上記複数の光束に分離する第１のレンズ群と、上記反射素子を透過した上記複数の光束を、上記表示素子上に集光する第２のレンズ群と、を有していてもよい。この場合、上記第１および第２のレンズ群の両光軸と交差する平面に垂直な方向から見た場合に、上記第１のレンズ群の光軸が、上記第２のレンズ群の光軸に対してシフトしていてもよい。この構成の一例が、上述した第１の実施形態である。
　上記の場合、上記反射膜はストライプ状に形成されており、上記反射素子の面に垂直な方向から見た場合に、上記反射膜の長手方向が、上記第１のレンズ群の光軸の、上記第２のレンズ群の光軸に対するシフト方向と交差する方向であってもよい。
　また、上記の照明装置において、上記照明光学系は、上記導光手段と上記反射素子の間に設けられ、上記導光手段の他方の端面からの射出光束を上記複数の光束に分離する第１のレンズ群と、上記反射素子を透過した上記複数の光束を、上記表示素子上に集光する第２のレンズ群と、上記反射素子と上記第１のレンズ群との間に設けられ、上記反射素子上における上記複数の光束の入射する位置をシフトさせる平行平板と、を有していてもよい。この場合、上記第１のレンズ群の光軸は、上記第２のレンズ群の光軸と一致していてもよい。この構成の一例が、上述した第２の実施形態である。
　上記の場合、上記反射膜はストライプ状に形成されており、上記反射素子の面に垂直な方向から見た場合に、上記反射膜の長手方向が、上記平行平板によるシフト方向と交差する方向であってもよい。
　次に、本発明の照明装置を用いた投射型表示装置の構成について説明する。
　図６は、本発明の照明装置を備える投射型表示装置の構成を示す図である。
　図６に示す投射型表示装置は、３板型液晶プロジェクタであって、その主要部は、照明装置２００～２０２、投射光学系２０３、液晶パネル２０４～２０６およびクロスダイクロイックプリズム２０７からなる。
　照明装置２００～２０２は、第１の実施形態の照明装置と同様の構成を有する。照明装置２００の光源には、青色の波長帯域にピーク波長を有する光源が用いられる。照明装置２０１の光源には、赤色の波長帯域にピーク波長を有する光源が用いられる。照明装置２０２の光源には、緑色の波長帯域にピーク波長を有する光源が用いられる。ここで、青、緑、赤の色は光の三原色に対応する。
　液晶パネル２０４は、照明装置２００から出力された所定の偏光（Ｐ偏光またはＳ偏光）の色光（青）で照明される。液晶パネル２０５は、照明装置２０１から出力された所定の偏光（Ｐ偏光またはＳ偏光）の色光（赤）で照明される。液晶パネル２０６は、照明装置２０２から出力された所定の偏光（Ｐ偏光またはＳ偏光）の色光（緑）で照明される。
　クロスダイクロイックプリズム２０７は、照明装置２００～２０２の各光軸が交差する位置に設けられている。クロスダイクロイックプリズム２０７は、液晶パネル２０４からの画像光（青）が入射する第１の入射面と、液晶パネル２０５からの画像光（赤）が入射する第２の入射面と、液晶パネル２０６からの画像光（緑）が入射する第３の入射面と、これら入射面から入射した画像光（赤、緑、青）を色合成した色合成画像光が射出される射出面とを有する。
　投射光学系２０３は、クロスダイクロイックプリズム２０７からの色合成画像光を不図示のスクリーン上に投射する。照明装置２００～２０２の光学系（図１に示した照明レンズ１０３、１０４、１０６、１０７）の焦点位置に投射光学系２０３の瞳が位置する。すなわち、照明装置２００～２０２の各光学系と投射光学系２０３はテレセントリック系を構成する。
　図７に、照明装置２００、液晶パネル２０４、クロスダイクロイックプリズム２０７および投射光学系１１２からなる系において、光源１０１から表示パネル２０４へ向かう光のうち、反射型偏光板１０９を透過する直線偏光成分の光の経路を光線追跡した結果を示す。図７に示すように、反射型偏光板１０９を透過した直線偏光成分の光は、液晶パネル２０４に照射され、画像投射用の光として利用される。
　図７には示されていないが、反射型偏光板１０９で反射された光は、効率よく反射素子１０５の反射膜に戻る。反射型偏光板１０９からの反射光は、反射素子１０５の反射膜により反射型偏光板１０９の方向に反射される。反射素子１０５からの反射光は、反射型偏光板１０９を透過し、液晶パネル１１４に照射され、画像投射用の光として利用される。
　このように、反射型偏光板１０９で反射した光を効率よく画像投射用の光として利用することができるので、全体の偏変換効率が向上する。
　照明装置２０１、２０２においても、照明装置２００と同様な動作が行われる。
　本実施形態の投射型表示装置によれば、各照明装置から高効率な照明光が各液晶パネルに照射されるので、明るい投射画像を得ることができるとともに、色再現性の高い投射画像を得ることができる。
　なお、照明装置２００～２０２として、第２の実施形態の照明装置を用いてもよい。
　本発明の照明装置は、単板式の液晶プロジェクタにも適用することができる。この単板式の液晶プロジェクタの主要部は、照明装置と、該照明装置からの光で照明される液晶パネルと、該液晶パネルからの画像光をスクリーンへ投射する投射光学系とからなる。例えば、液晶パネルの各画素を、赤、緑、青のそれぞれの色のカラーフィルタを備える画素で構成することで、フルカラー化が可能である。この場合は、色毎に各画素における表示／非表示の動作を時分割で行う。
　以上説明した照明装置および投射型表示装置は本発明の一例であり、その構成は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。

Claims (7)

  1. 　光源と、
    　前記光源からの光が一方の端面に供給され、該一方の端面から入射した光が内部を伝播して他方の端面から射出される導光手段と、
    　前記導光手段の他方の端面からの射出光束を複数の光束に空間的に分離し、前記導光手段の他方の端面に形成される光学像を表示素子上に結像する照明光学系と、
    　前記照明光学系と前記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を前記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、
    　前記複数の光束が空間的に分離される位置に配置され、前記反射型偏光板にて反射された光を前記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、
    　前記反射素子と前記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有し、
    　前記反射素子は、前記複数の光束が透過する透過領域と、該透過領域以外の領域に形成された反射膜とを有し、
    　前記光源の発光中心は、前記導光手段の両端面の重心を通る中心軸上に位置し、
    　前記照明光学系は、前記透過領域を通過した前記複数の光束の前記第２の偏光の光によって前記反射型偏光板上に形成された複数の光学像を前記反射膜上に結像する、照明装置。
  2. 　前記照明光学系は、
    　前記導光手段と前記反射素子の間に設けられ、前記導光手段の他方の端面からの射出光束を前記複数の光束に分離する第１のレンズ群と、
    　前記反射素子を透過した前記複数の光束を、前記表示素子上に集光する第２のレンズ群と、を有し、
    　前記第１および第２のレンズ群の両光軸と交差する平面に垂直な方向から見た場合に、前記第１のレンズ群の光軸が、前記第２のレンズ群の光軸に対してシフトしている、請求の範囲第１項に記載の照明装置。
  3. 　前記反射膜はストライプ状に形成されており、前記反射素子の面に垂直な方向から見た場合に、前記反射膜の長手方向が、前記第１のレンズ群の光軸の、前記第２のレンズ群の光軸に対するシフト方向と交差する方向である、請求の範囲第２項に記載の照明装置。
  4. 　前記照明光学系は、
    　前記導光手段と前記反射素子の間に設けられ、前記導光手段の他方の端面からの射出光束を前記複数の光束に分離する第１のレンズ群と、
    　前記反射素子を透過した前記複数の光束を、前記表示素子上に集光する第２のレンズ群と、
    　前記反射素子と前記第１のレンズ群との間に設けられ、前記反射素子上における前記複数の光束の入射する位置をシフトさせる平行平板と、を有し、
    　前記第１のレンズ群の光軸は、前記第２のレンズ群の光軸と一致している、請求の範囲第１項に記載の照明装置。
  5. 　前記反射膜はストライプ状に形成されており、前記反射素子の面に垂直な方向から見た場合に、前記反射膜の長手方向が、前記平行平板によるシフト方向と交差する方向である、請求の範囲第４項に記載の照明装置。
  6. 　前記反射膜の幅は、前記透過領域の幅以上である、請求の範囲第３項または第５項に記載の照明装置。
  7. 　照明装置と、
    　前記照明装置からの光で照明される表示素子と、
    　前記表示素子からの画像光を投射する投射光学系と、を有し、
    　前記照明装置は、
    　光源と、
    　前記光源からの光が一方の端面に供給され、該一方の端面から入射した光が内部を伝播して他方の端面から射出される導光手段と、
    　前記導光手段の他方の端面からの射出光束を複数の光束に空間的に分離し、前記導光手段の他方の端面に形成される光学像を表示素子上に結像する照明光学系と、
    　前記照明光学系と前記表示素子の間に配置され、第１の偏光の光を透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の光を前記照明光学系の方向に反射する反射型偏光板と、
    　前記複数の光束が空間的に分離される位置に配置され、前記反射型偏光板にて反射された光を前記反射型偏光板の方向に反射する反射素子と、
    　前記反射素子と前記反射型偏光板の間に配置された位相差板と、を有し、
    　前記反射素子は、前記複数の光束が透過する透過領域と、該透過領域以外の領域に形成された反射膜とを有し、
    　前記光源の発光中心は、前記導光手段の両端面の重心を通る中心軸上に位置し、
    　前記照明光学系は、前記透過領域を通過した前記複数の光束の前記第２の偏光の光によって前記反射型偏光板上に形成された複数の光学像を前記反射膜上に結像する、投射型表示装置。
PCT/JP2009/066178 2009-09-16 2009-09-16 照明装置とそれを用いた投射型表示装置 WO2011033627A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2009/066178 WO2011033627A1 (ja) 2009-09-16 2009-09-16 照明装置とそれを用いた投射型表示装置
US13/395,873 US9033511B2 (en) 2009-09-16 2009-09-16 Illuminating device including reflective polarizing plate and projection display device using the same
EP09849486.7A EP2479610A4 (en) 2009-09-16 2009-09-16 LIGHTING DEVICE AND PROJECTION DISPLAY DEVICE THEREFOR
CN200980161486.4A CN102498436B (zh) 2009-09-16 2009-09-16 照明设备和使用该照明设备的投影显示设备
JP2011531702A JP5067647B2 (ja) 2009-09-16 2009-09-16 照明装置とそれを用いた投射型表示装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2009/066178 WO2011033627A1 (ja) 2009-09-16 2009-09-16 照明装置とそれを用いた投射型表示装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011033627A1 true WO2011033627A1 (ja) 2011-03-24

Family

ID=43758254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/066178 WO2011033627A1 (ja) 2009-09-16 2009-09-16 照明装置とそれを用いた投射型表示装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9033511B2 (ja)
EP (1) EP2479610A4 (ja)
JP (1) JP5067647B2 (ja)
CN (1) CN102498436B (ja)
WO (1) WO2011033627A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITUB20153247A1 (it) * 2015-08-26 2017-02-26 Clay Paky Spa Dispositivo di illuminazione e proiettore scenografico comprendente una pluralita' di tali dispositivi di illuminazione
JP2019105806A (ja) * 2017-12-14 2019-06-27 日東電工株式会社 プロジェクターおよび該プロジェクターに用いられる光学部材
JP2021125546A (ja) 2020-02-05 2021-08-30 富士電機株式会社 半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001100314A (ja) * 1999-07-26 2001-04-13 Seiko Epson Corp 照明装置及びプロジェクタ
JP2001324762A (ja) * 2000-05-17 2001-11-22 Minolta Co Ltd 単板式液晶プロジェクタの照明光学系
JP2002328430A (ja) * 2001-05-01 2002-11-15 Sony Corp 画像表示装置
JP2008070529A (ja) * 2006-09-13 2008-03-27 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 プロジェクタ

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3635552A (en) * 1970-04-14 1972-01-18 Philips Corp Optical interferometer
JPH05257085A (ja) * 1992-03-11 1993-10-08 Nikon Corp 照明光学系
JP3613049B2 (ja) 1999-01-18 2005-01-26 セイコーエプソン株式会社 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置
JP3666339B2 (ja) * 2000-01-28 2005-06-29 セイコーエプソン株式会社 プロジェクタ
TWI294986B (en) 2004-10-08 2008-03-21 Premier Image Technology Corp An optical engine and an image projector having the optical engine
TWI245158B (en) 2004-10-08 2005-12-11 Premier Image Technology Corp An image projector having a led light source
JP4736570B2 (ja) 2005-07-04 2011-07-27 セイコーエプソン株式会社 照明装置及びプロジェクタ
JP2008065027A (ja) 2006-09-07 2008-03-21 Seiko Epson Corp プロジェクタ
JP2009003444A (ja) * 2007-05-22 2009-01-08 Nitto Kogaku Kk 液晶プロジェクターの光源装置
US8998419B2 (en) * 2009-08-21 2015-04-07 Nec Display Solutions, Ltd. Illuminating device and projection display device using the same
CN102483562B (zh) * 2009-09-02 2014-10-15 Nec显示器解决方案株式会社 照明设备和使用该照明设备的投影显示设备
CN102576186B (zh) * 2009-10-15 2014-08-13 Nec显示器解决方案株式会社 照明设备和使用该照明设备的投影型显示设备

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001100314A (ja) * 1999-07-26 2001-04-13 Seiko Epson Corp 照明装置及びプロジェクタ
JP2001324762A (ja) * 2000-05-17 2001-11-22 Minolta Co Ltd 単板式液晶プロジェクタの照明光学系
JP2002328430A (ja) * 2001-05-01 2002-11-15 Sony Corp 画像表示装置
JP2008070529A (ja) * 2006-09-13 2008-03-27 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 プロジェクタ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2479610A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2479610A1 (en) 2012-07-25
CN102498436B (zh) 2014-07-30
US20120182524A1 (en) 2012-07-19
CN102498436A (zh) 2012-06-13
JP5067647B2 (ja) 2012-11-07
JPWO2011033627A1 (ja) 2013-02-07
US9033511B2 (en) 2015-05-19
EP2479610A4 (en) 2015-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5424365B2 (ja) 照明装置とそれを用いた投射型表示装置
US6373629B1 (en) Polarized light illuminator and projecting type image display
JP2013113984A (ja) 投影装置
CN112987470B (zh) 光源装置和投影仪
JP5334219B2 (ja) 偏光光照明装置とそれを用いた投射型表示装置
JP5311519B2 (ja) 照明装置とそれを用いた投射型表示装置
US8469523B2 (en) Illumination apparatus and projector having the same
JP5067647B2 (ja) 照明装置とそれを用いた投射型表示装置
JP2010224160A (ja) 光学素子、照明装置および投写型映像表示装置
JP2015227998A (ja) 照明光学系およびこれを用いた画像表示装置
CN210835555U (zh) 光源装置以及投影型显示装置
JP2008096707A (ja) プロジェクタ
JP2022059237A (ja) 光源装置およびプロジェクター
JP2010243881A (ja) 照明装置及び投写型映像表示装置
JP2021103201A (ja) 光源装置およびプロジェクター
JP2005017379A (ja) 照明装置
JP2020204630A (ja) 投射型表示装置
JP2004226813A (ja) 照明装置及びこれを備えたプロジェクタ
JP2004219467A (ja) 照明光学系およびこれを用いたプロジェクタ
WO2006081243A1 (en) Light-emitting diode (led) illumination system for a digital micro-mirror device (dmd) and method of providing same
JP2005284184A (ja) 照明装置及び投写型映像表示装置
JP2015232672A (ja) 投射型画像表示装置
JP2010237367A (ja) 照明装置及び投写型映像表示装置
JP2011227292A (ja) 偏光変換素子、照明装置、及び投写型映像表示装置
JP2012189862A (ja) プロジェクター

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200980161486.4

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09849486

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011531702

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13395873

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2009849486

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009849486

Country of ref document: EP