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WO1998008118A1 - Polarized light separating/combining optical element, polarized light illuminating apparatus and projection-type display device - Google Patents

Polarized light separating/combining optical element, polarized light illuminating apparatus and projection-type display device Download PDF

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Publication number
WO1998008118A1
WO1998008118A1 PCT/JP1997/002874 JP9702874W WO9808118A1 WO 1998008118 A1 WO1998008118 A1 WO 1998008118A1 JP 9702874 W JP9702874 W JP 9702874W WO 9808118 A1 WO9808118 A1 WO 9808118A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
polarized light
optical element
polarization
reflecting
Prior art date
Application number
PCT/JP1997/002874
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yoshitaka Itoh
Original Assignee
Seiko Epson Corporation
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 Seiko Epson Corporation filed Critical Seiko Epson Corporation
Priority to JP50782398A priority Critical patent/JP3941123B2/ja
Priority to US09/051,633 priority patent/US6108132A/en
Priority to EP97935824A priority patent/EP0857986B1/en
Priority to DE69735423T priority patent/DE69735423T2/de
Publication of WO1998008118A1 publication Critical patent/WO1998008118A1/ja

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    • H04N9/3167—Modulator illumination systems for polarizing the light beam

Definitions

  • the present invention relates to a polarization separation / combination optical element, a polarized light illumination device, and a projection display device.
  • 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 structure for combining light emitted from two light sources while aligning polarization directions. Background art
  • a modulation element of a type that modulates specific polarized light such as a liquid crystal element
  • only one of the two types of polarization components of the light emitted from the light source can be used. Therefore, in order to obtain a bright projection image, it is necessary to increase the light use efficiency.
  • increasing the amount of light using multiple light sources is also one way to obtain a bright projected image. .
  • the light amount is increased by using a plurality of light sources, if only one of the two types of polarization components of the light emitted from the light source can be used, half of the light amount is wasted. The effect is reduced by half.
  • an object of the present invention is to provide a polarized light illuminating device capable of using both polarized components without increasing the area of a light source image while using a plurality of light sources.
  • An object of the present invention is to provide a projection display device capable of projecting a projection image. Disclosure of the invention
  • the optical element of the present invention is an optical element having a substantially hexahedral shape, and converts light incident from a first surface of the hexahedron into a first polarized light and a second polarized light whose polarization planes are orthogonal to each other.
  • a first polarized light separating film that emits the first polarized light to the third surface of the hexahedron and emits the second polarized light to the fourth surface of the hexahedron; Separating the light incident from the second surface of the hexahedron into the first polarized light and the second polarized light, and placing the second polarized light on the fourth surface side of the hexahedron.
  • the optical element of the present invention is adopted as a polarization splitting / combining optical element of a polarized light illuminating device as described below, the above problem can be solved.
  • the polarized light illuminating device of the present invention comprises a substantially hexahedral polarized light separating / combining optical element having two polarized light separating films, and the first and second surfaces of the polarized light separating / combining optical element, respectively.
  • a plurality of first and second light source units arranged on the third surface side of the polarization splitting / combining optical element, each of which substantially reverses a traveling direction of incident light and forms an iR light image;
  • a first condensing / reflecting optical element having a condensing / reflecting element, and a fourth converging / reflecting / combining optical element disposed on the fourth surface side of the polarizing / synthesizing / combining optical element.
  • a second condensing / reflecting optical element having a plurality of condensing / reflecting elements, and a polarizing / separating / combining optical element disposed on the fifth surface side, each of which substantially reverses the traveling direction of the incident light and collects them.
  • a third converging / reflecting optical element including a plurality of converging / reflecting elements for forming a light image; A first ⁇ / 4 retardation plate disposed between the third surface of the separating / combining optical element and the first condensing / reflecting optical element; and A second phase difference plate disposed between the surface and the second condensing / reflecting optical element; a fifth surface of the polarization splitting / combining optical element; and the third condensing / reflecting optical element A third ⁇ / 4 retardation plate disposed between the polarization separation / combination optical element and a third ⁇ / 4 phase difference plate disposed between the polarization separation / combination optical element and a third ⁇ / 4 retardation plate; And a polarization conversion optical element for aligning the polarization direction.
  • the random polarized light emitted from the first and second light sources disposed on the first and second surfaces of the polarized light separating / combining means is polarized and separated.
  • the photons separate into two types of polarized light, namely, ⁇ -polarized light and Sfe light. Soshi
  • Each polarized light is divided into a plurality of intermediate luminous fluxes by first, second, and third converging / reflecting elements arranged on the third, fourth, and fifth surfaces of the polarization separating / combining optical element.
  • the polarization directions of the respective intermediate light beams are aligned by the polarization conversion optical element arranged on the sixth surface side of the polarization separation / combination optical element. Therefore, although two light sources are used, the area to be illuminated can be made substantially the illumination area for one light source. For this reason, the amount of light per fixed area can be made about twice as large as that of one light source, so that the illumination area can be illuminated very brightly. If the intermediate light beams separated by the respective converging / reflecting optical elements are superimposed on one illumination area, it is possible to uniformly illuminate the illumination area. Therefore, if 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.
  • the polarized light illuminating device of the present invention random polarized light emitted from the first and second light source units can be combined with P-polarized light or S-polarized light with almost no loss. Therefore, if the polarized light illuminating device of the present invention is applied to a display device using an Eve modulation device that modulates a specific polarized light such as a liquid crystal device, an extremely bright image can be obtained.
  • the first converging / reflecting optical element is arranged so as not to be perpendicular to an axis perpendicular to a third surface of the polarized light separating / combining optical element.
  • the third condensing / reflecting optical element is arranged to be the polarization separating / combining element.
  • the first condensing / reflecting optical element and the third surface of the polarizing / separating / combining element, the second condensing / reflecting optical element and the polarizing / separating / composing element If a variable-angle prism is provided between at least one of the fourth surface of the third condensing / reflecting optical element and the fifth surface of the polarization splitting / combining element, the first or the second Since the condensing / reflecting optical elements of No. 3 can be arranged in parallel to the plane of the polarization splitting / combining element, installation of these condensing / reflecting optical elements becomes easy.
  • the deflecting prism and the surface of the polarization separation / combination optical element are integrated by bonding, By integrating the rhythm and the converging / reflecting optical element by bonding, it is possible to reduce the reflection loss of light at the interface and to reduce the size of the optical system.
  • the polarized light illuminating device of the present invention if the optical path changing optical element for changing the traveling direction of the polarized light beam emitted from the polarized light converting optical element is provided on the exit side of the polarized light converting optical element, the polarized light illuminating device is projected.
  • a compact device can be obtained when used as a light source for a type display device or the like.
  • the optical path changing optical element is arranged so that the illumination light can be emitted in a direction parallel to the plane defined by the optical axes of the two relatively large light source sections, the thickness of the polarized light illuminating device in one direction can be increased. Can be made thinner, and a thinner polarizing illuminator can be realized.
  • the converging / reflecting element of the first, second, and third converging / reflecting optical elements may be configured by a curved mirror.
  • the converging / reflecting element of the first, second, and third converging / reflecting optical elements is a lens, and a reflecting surface provided on a surface of the lens opposite to the polarization separating / combining optical element. It can also be composed of
  • a polarization illumination apparatus includes: a light modulation element that modulates light emitted from a polarization illumination device to form an image; and a projection optical system that projects an image formed by the light modulation element. It can be used for a projection display device.
  • the 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 modulating the color light separated by the color light separating means to form an image.
  • the polarized illuminating device of the present invention emits a light beam having a uniform polarization direction, and is suitable for a projection display device using a liquid crystal element as a light modulation element.
  • At least one of the first and second light source units is configured to be detachable. With this configuration, Either light source unit can be removed when carrying the device, and portability is improved.
  • 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 camera according to the environment.
  • the spectral characteristics of light emitted from the first and second light source units may be different from each other.
  • the color of the illumination light can be easily set to a predetermined color.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a polarization operation for light from a first light source unit of a polarized light illuminating device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a polarization operation of the polarized light illuminating device according to Embodiment 1 of the present invention with respect to light from a second light source unit.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a detailed structure of the polarization splitting section 202.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of an optical system configured in the polarized light illumination device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a condenser mirror plate of the polarized light illuminating device shown in FIG.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a polarization operation in the polarized light illuminating device shown in FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view of a lens plate of the polarized light illumination device shown in FIG.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing positions where secondary light source images are formed on the condenser lens plate of the polarized light illuminating device shown in FIG.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a polarization operation for light from a first light source unit of the polarized light illuminating apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing the polarization illuminating device according to Embodiment 2 of the present invention. It is explanatory drawing which shows the polarization operation
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of an optical system configured in a polarized light illuminating apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 12 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. 13 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of an optical system configured in a polarized light illumination device K according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of an optical system configured in a polarized light illumination device according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of an optical system configured in a polarized light illumination device according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram of a light-condensing mirror plate that can be used in the polarized light illuminating apparatuses according to Embodiments 1 to 7 as Fuse Embodiment 8.
  • FIGS. 17 and 18 are schematic configuration diagrams of an optical system of an example of a projection display apparatus including the polarized illumination optical system shown in FIGS. 1, 2 and 4.
  • FIG. 17 and 18 are schematic configuration diagrams of an optical system of an example of a projection display apparatus including the polarized illumination optical system shown in FIGS. 1, 2 and 4.
  • FIG. 17 and 18 are schematic configuration diagrams of an optical system of an example of a projection display apparatus including the polarized illumination optical system shown in FIGS. 1, 2 and 4.
  • FIG. 17 and 18 are schematic configuration diagrams of an optical system of an example of a projection display apparatus including the polarized illumination optical system shown in FIGS. 1, 2 and 4.
  • FIG. 17 and 18 are schematic configuration diagrams of an optical system of an example of a projection display apparatus including the polarized illumination optical system shown in FIGS. 1, 2 and 4.
  • FIG. 17 and 18 are schematic configuration diagrams of an optical system of an example of a projection display apparatus including the polarized illumination optical system shown in FIGS. 1, 2 and 4.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing a light emission spectrum of a light source lamp of the polarized light illumination device.
  • FIG. 20 is a schematic configuration diagram of another example of an optical system of a projection type display device including the polarized light illumination optical system shown in FIGS. 1, 2, and 4.
  • three spatial axes orthogonal to each other are defined as an X axis, a y axis, and a z axis, and two directions parallel to the X axis are + x direction and ⁇ two directions parallel to the X direction and y axis, respectively.
  • the two directions parallel to the y direction, the one y direction, and the z axis are the + z direction and the one z direction, respectively.
  • FIG. 1 is a diagram showing a state in which a randomly polarized light emitted from the first light source unit 101X is direction-separated along the X axis according to the polarization direction among these two light source units.
  • FIG. 2 is a diagram showing how randomly polarized light emitted from the second light source unit 101z is separated in the X direction according to the polarization direction.
  • the polarized light illuminating device 1 has a first light source unit 101 along system optical axes L 1 ′ and L 1 bent at right angles in the xy plane.
  • x polarization separating section 202 (polarization separating / combining optical element), first condensing mirror plate 100 lx (first condensing / reflecting optical element) and second condensing mirror plate 100
  • It has an integer optical system 201 provided with a second (second light-collecting / reflecting optical element) and a light-collecting lens unit 104 (polarization conversion optical element).
  • the light beam emitted from the first light source unit 101 X is separated into two types of polarized light beams in the polarization separation unit 202 as described later, and then the first light-collecting mirror plate 10 0 1 X, second condensing mirror plate 100 2, polarization separating section 202, and condensing lens section 104 0 4 again combine into one kind of polarized light beam, and rectangular illumination area It has reached 3 0 1.
  • the second light source unit 101 z, the polarization separation unit 202, and the third condensing mirror plate Integre optical system 201 including 1001z (third condensing / reflecting optical element) and the second condensing mirror plate 1002, and condensing lens unit 1104 are arranged.
  • the light beam emitted from the second light source unit 101 z is separated into two types of polarized light beams in the polarization separation unit 202 as described later, and then the third light-collecting mirror plate 100 1 z, second condensing mirror plate 1002, polarization separating section 202, and condensing lens section 104 combine again into one kind of polarized light beam, and rectangular illumination area 3 0 1 has been reached.
  • a reflective mirror 310 optical path changing optics that changes the traveling direction of the light emitted from the condenser lens section 104. Element) is arranged.
  • the light emitted from the optical lens section 104 The light is reflected at 0 and changes its traveling direction to a direction substantially parallel to a plane including the optical axis of the first light source unit 101X and the optical axis of the ⁇ 2 light source unit 101z.
  • the first and second light source units 101x and 101z are each generally constituted by a light source lamp 1 1 1 ⁇ , 1 1 1z, and a parabolic reflector 1 1 2x, 1 1 2z. Lamps with random polarization directions emitted from the lamps 1 lx and 1 1 1 z are reflected in one direction by parabolic reflexes 1 12 x and 1 12 z, respectively, and become almost parallel light flux.
  • the light enters the polarization separation unit 202.
  • an ellipsoidal reflector, a spherical reflector, or the like can be used instead of the parabolic reflectors 112x and 112z.
  • the polarization splitting section 202 is a quadrangular prism-shaped polarization beam splitter, in which first and second polarization splitting films 2 1 x and 2 11 z made of a dielectric multilayer film are built in a glass prism 10 10. It has a structure.
  • the first polarization splitting film 21 1 X is arranged obliquely with respect to the light emitted from the first light source unit 101 X, and forms an angle of 45 degrees with the incident surface 101 1 X of the polarization splitting unit 202. Is formed.
  • the second polarization separation film 21 1 z is arranged obliquely with respect to the light emitted from the second light source unit 101 z, and has an angle of 45 ° with respect to the incident surface 101 1 z of the polarization separation unit 202. It is formed so as to be accurate.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a detailed structure of the polarization splitting unit 202.
  • the polarization splitting section 202 is composed of two dipyramidal prisms 291 and 295 and two quadrangular pyramid prisms 292 and 29.
  • a polarization separation film 21 lx is formed between the side surface BDH of the first triangular pyramid prism 291 and the side surface BDH of the first quadrangular pyramid prism 292, and the side surface BFH of the second quadrangular pyramid prism 294 and the side surface BFH of the second triangular pyramid prism 295 Between them, a polarization separation film 21 lx is formed.
  • the polarization separation film 21 1 X has one of a side surface BDH of the first triangular pyramid prism 29 1 and a side surface BDH of the first quadrangular pyramid prism 292 and a side surface BFH of the second quadrangular pyramid prism 294. It is formed by depositing a dielectric multilayer film on one of the side surfaces BFH of the second dipyramidal prism.
  • the surface on which the polarization separation film 2 1 lx is formed is formed on either the side surface BDH of the first pyramid prism 291 or the side surface BDH of the first quadrangular pyramid prism 292.
  • either the side surface BFH of the second triangular pyramid prism 294 or the side surface BFH of the second quadrangular pyramid prism 295 may be used.
  • the polarization separation films 2 1 1 X formed on the two prisms are flat, the polarization separation films 2 1 X are formed into the side surface BDH of the first triangular pyramid prism 291 and the side surface BFH of the second quadrangular pyramid prism 294. It is preferable to form them on the side face BDH of the first quadrangular pyramid prism 292 and the side face B FH of the second triangular pyramid prism 295.
  • a polarization separation film 2 1 1 z is formed between the side surface ABH of the first triangular pyramid prism 291 and the side surface ABH of the second quadrangular pyramid prism 294, and between the side surface BGH of the first quadrangular pyramid prism 292 and the second triangular pyramid prism 295 Between the side surface BGH, a polarization separation film 2 1 1 z is formed.
  • the polarized light separating film 2 1 1 z is formed of one of the side surface ABH of the first triangular pyramid prism 291 and the side surface ABH of the second quadrangular pyramid prism 294 and the side surface BGF of the first quadrangular pyramid prism 292,
  • the two triangular pyramid prisms 295 are formed by depositing a dielectric multilayer film on one of the side surfaces BGH.
  • the surface on which the polarization splitting film 2 11 z is formed may be either the side surface ABH of the first triangular pyramid prism 291, the side surface ABH of the second quadrangular pyramid prism 294, or 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 polarization separation films 2 1 1 z formed on the two prisms are desirably flat, they are formed on the side surface ABH of the first triangular pyramid prism 29 1 and the side surface BGH of the first quadrangular pyramid prism.
  • it is preferably formed on the side ABH of the second quadrangular pyramid prism 294 and the side BGH of the second triangular pyramid prism 295.
  • the first prism composite 293 is formed by bonding the surface BDH of the first triangular pyramid prism 29 1 and the first quadrangular pyramid prism 292 on which the polarization separation film 2 11 X is formed. Is done.
  • the second prism composite 296 is formed by bonding the surface B FH of the second quadrangular pyramid prism 294 and the second triangular pyramid prism 295 on which the polarization separation film 2 11 X is formed. .
  • the surfaces ABGH of the two prism composites 293.296 on which the polarization separation films 211z are formed are bonded together, whereby the polarization separation unit 202 is completed.
  • Outgoing surface of polarized light separation section 202 1 0 1 2x is provided with a first person / 4 wave plate 1 0 2 1X, and an emission surface 101 3 is provided with a second person / 4 wave plate 1022, respectively.
  • a collection of the first condensing mirror plate 1001 X and ⁇ 2 is directed substantially toward the center of the polarization separation section 202 and crosses the X-axis and the y-axis, respectively.
  • the optical mirror plate 102 is set so as to form a predetermined angle with respect to the yz plane and the zX plane, respectively.
  • a third // 4 wave plate 1 0 2 1 z is formed on the emission surface 1 0 1 2 z of the polarization separation section 2 0 2, and a polarization separation section 2 0 2
  • the third light-collecting mirror plate 1001z is set so as to face a substantially center of the mirror and to cross the z-axis at a predetermined angle with respect to the xy plane.
  • the details of the structure of these condensing mirror plates 100 1 X, 100 2, and ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ will be described later.
  • the section 104 is installed in a direction perpendicular to the system optical axis LI (L2).
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the xy plane of FIG. 1, and since the above process is not directly related, the reflection mirror 300 is omitted, and the condenser lens unit 1 is omitted. Lighting area from 0 4 0
  • optical path leading to 301 is represented linearly. This is the same in FIGS. 11 to 15 described later.
  • the randomly polarized light emitted from the first light source unit 101 X can be considered as a mixed light of P-polarized light and S-polarized light.
  • the mixed light emitted from the light source unit 101 X and incident on the entrance surface 110 1 X of the polarization separation unit 202 is converted into P-polarized light and S-polarized light by the polarization separation film 211 X. Is separated into two types of polarized light. That is, the P-polarized light included in the randomly polarized light is transmitted through the polarization separation film 21 lx as it is, and is directed toward the emission surface 10 12 X. The S-polarized light is reflected by the polarization separation film 2 11 X. Then, the traveling direction is changed to the emission surface 101 of the polarization splitting part 202.
  • the two types of polarized light separated by the light separating section 202 pass through the // 4 retardation plate 102 lx, 1022, and the condensing mirror plate 100 101 x, 100 Reflected by 2 ⁇
  • these condensing mirror plates 1001x and 1002 have the same micro condensing mirrors having a rectangular outer shape.
  • a reflective surface 104 made of a general aluminum vapor-deposited film is formed on the surface of the matrix.
  • the surface 104 is formed in a spherical shape.
  • the curvature shape of the reflecting surface 104 may be parabolic, elliptical, or toric.
  • the light source section 101, 101 Can be set according to the characteristics of the incident light beam from the light source.
  • the ⁇ -polarized light and the S-polarized light separated by the polarization splitting film 2 1 1 X pass through the quarter-wave plates 10 2 1 ⁇ and 10 2 2, respectively, and the condensing mirror plate 1 0 0
  • the traveling direction of the polarized light is reversed by approximately 180 °.
  • the polarization direction rotates 90 degrees. This change of the polarized light will be described with reference to FIG. In this figure, for the sake of simplicity, the condensing mirror plates 100 1 1 and 100 2 are depicted as planar mirror plates 160.
  • the ⁇ polarized light 1 0 6 1 incident on the human / 4 retarder 1 0 2 1 ⁇ and 1 0 2 1 ⁇ is turned clockwise by the input / 4 retarder 1 0 2 1 ⁇ and 1 0 2 1 ⁇ .
  • the light is converted into circularly polarized light 1 0 6 2 (however, it becomes a counterclockwise circularly polarized light depending on how the e / 4 retardation plate is installed) and reaches the mirror plate 1 0 6 0.
  • the direction of rotation of the polarization plane also changes at the same time. That is, clockwise polarized light changes to counterclockwise polarized light (counterclockwise polarized light changes to clockwise polarized light).
  • the polarized light which has been turned 180 degrees in the direction of light propagation by the mirror plate 106 0 and turned into the counterclockwise circularly polarized light 1 0 63 at the same time, is re-exposed to the human / 4 phase plate 1 0 2 1 ⁇ again.
  • the light is converted to S-polarized light 1064 when it passes through 1 0 2 1 ⁇ . Further, through the same process, S.polarized light 1064 is converted to ⁇ -polarized light 1061.
  • the ⁇ -polarized light that has reached the emission surface 1 0 1 2 X has a traveling direction of the polarized light of about 180 0 due to the ⁇ / 4 retardation plate 1 0 2 1 X and the condensing mirror 1 0 0 1 X.
  • the light is converted into S-polarized light, and is then inverted by the polarization separation film 211 X, changes its traveling direction, and travels toward the emission surface 110 14.
  • the S-polarized light that has reached the emission surface 10 13 has the traveling direction of the polarized light inverted by about 18 ° by the input / 4 phase difference plate 102 and the condensing mirror plate 100 2.
  • the polarization separation film 21 lx is The light is transmitted as it is, and goes to the emission surface 101-4. That is, since the polarization splitting film 2 11 also functions as a polarization splitting film, the polarization splitting section 202 functions as a polarization splitting / synthesizing unit.
  • the condenser lens plate 1041 is a composite lens body composed of rectangular minute lenses 1042 as shown in FIG. 7, and the minute lens 1 constituting the condenser lens plate 1041.
  • the number of 0 4 2 is equal to the number of micro-collecting mirrors 1 0 3 constituting the condensing mirror plate 1 0 1 x and 1 0 2.
  • an eccentric lens is used for the plurality of minute lenses 1042.
  • the X-axis dimension of the microlens is made to match the X-axis dimension of the retardation layer 104 described later, and the number of microlenses arrayed in the X-axis direction is doubled.
  • a plate may be used. In this case, the respective light beams incident on the condenser lens plate from the two condenser mirror plates 100x and 1002 can be more efficiently illuminated into the illumination area 3. 0 can lead to 1.
  • the focusing mirror plate 100 1 X is not orthogonal to the axis orthogonal to the Xz plane, and the focusing mirror plate 100 2 is orthogonal to the axis S intersecting the yz plane. In other words, they are arranged at an angle of / ° with respect to the xz plane and the yz plane. Accordingly, the secondary light source image formed by P-polarized light and the secondary light source image formed by S-polarized light are formed at slightly different positions. That is, when the condensing lens section 104 is viewed from the illumination area 301 side, a secondary light source image formed by two types of polarized light is shown in FIG.
  • Light source image C 1 (the upper-right part of the circular image with diagonal lines) and the secondary light source image C 2 formed by S-polarized light (the circular image with diagonally upward diagonal lines)
  • the two secondary light source images are formed in a state where they are arranged side by side in the horizontal direction.
  • a retardation layer 1044 corresponding to the formation position of the secondary light source image C1 by the P-polarized light is provided.
  • 1/2 phase difference plate 104 is provided.
  • the P-polarized light undergoes the conversion / polarization of the polarized light when passing through the retardation layer 104, and the ⁇ -polarized light The light is converted to S-polarized light.
  • the S-polarized light since the S-polarized light does not pass through the retardation layer 104, it passes through the 2 retardation plate 104 without being affected by the rotation of the polarization plane. Therefore, most of the light beam emitted from the condenser lens unit 140 is aligned with S-polarized light.
  • the light beam thus adjusted to the S-polarized light is emitted from the condenser lens unit 104 and then irradiates the illumination area 301 through the reflection mirror 300.
  • the image surface cut out by the micro-focusing mirror 1003 of the collecting mirror plate 1001x and 1002 is put in one place by the collecting lens plate 104.
  • it When superimposed and imaged and passed through a person / 2 phase difference plate 1043, it is converted to one type of polarized light, and almost all light enters the illumination area 301, so the illumination area 301 Is uniformly illuminated with almost one type of polarized light.
  • random polarization light emitted from the second light source unit 201z shown in FIG. 2 is separated in the direction along the X-axis according to the polarization direction. Is basically the same as the process described above with reference to FIGS. 1 and 4, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the P-polarized light passes through the polarization separation film 211z of the separation unit 202 as it is and the emission surface 1 While traveling toward 0 1 2 z, the S-polarized light is reflected by the polarization separation film 2 1 1 z and changes its traveling direction to the exit surface 1 0 13 of the polarization separation section 2 0 2.
  • the P-polarized light and S-polarized light thus separated pass through the Z 4 retardation plate 102 1 z, 102 2, respectively, and are condensed.
  • the light is reflected by 0 2 and passes through the 4 phase difference plate 1 0 2 1 z and 1 0 2 2 again.
  • the P-polarized light that has reached the emission surface 10 12 z has a traveling direction of the polarized light of approximately 180 ° due to the e / 4 retardation plate 10 21 z and the condensing mirror plate 100 1 z. At the same time as being inverted, it is converted into S-polarized light, and is inverted by the polarization separation film 211z, changes its traveling direction, and travels toward the emission surface 101-4.
  • the S-polarized light that has reached the emission surface 110 13 is reflected by the person / 4 phase plate 10 22 and the condensing mirror 100 2 in the direction of travel of the polarized light by approximately 180 degrees.
  • the light is converted into P-polarized light, and then passes through the polarization separation film 2 1 1 z as it is, and travels to the output surface 10 14.
  • the condensing mirror plate 100 ⁇ 1z is the same as the condensing mirror plate 100 ⁇ 1 ⁇ 100 In this way, it is constituted by a micro light condensing mirror 103 having a light condensing function. And it is arranged so as not to be perpendicular to the axis perpendicular to the yz plane, that is, so as to form an angle of angle with the yz plane. Therefore, the secondary light source image formed by P-polarized light and the secondary light source image formed by S-polarized light are formed at slightly different positions.
  • the secondary light source images formed at this time are the secondary light source image by the S-polarized light and the secondary light source image by the P-polarized light included in the light emitted from the first light source unit 201X. And overlap. Therefore, the light emitted from the second light source unit 201z is also aligned with the S-polarized light similarly to the light emitted from the first light source unit 201X. As a result, the outgoing lights from the first and second light source units 201 x and 201 z are combined as S-polarized light, and are applied to the illumination area 301 via the reflection mirror 300.
  • the first and second light source units As described above, according to the polarized light illumination device a1 of the present example, the first and second light source units
  • each polarized light is divided by two / 2 phase difference plates 104
  • the light is guided to a predetermined area of 3 to convert P-polarized light into S-polarized light. Therefore, the first and ⁇ 2 light source units 1
  • the illumination area 301 can be brightly illuminated.
  • the illuminated area is the illumination area for one light source, so the amount of light per fixed area is compared with that for one light source. Can be doubled. Further, the first and second light source units 10
  • the reflection mirror 300 that changes the traveling direction of the illuminating light flux emitted from the condenser lens section 140 is arranged, so that the two light source sections are arranged.
  • the emission direction of the light beam can be made parallel. Therefore, it is suitable for thinning and lowering of the lighting device.
  • the f] freedom of the design for miniaturization of the polarized light illuminating device is further improved by the deflecting mirror disposed after the condenser lens section 104 °.
  • the polarization separation section 202 in order to guide each of the two types of polarized light to a predetermined region of the ⁇ / 2 retardation plate 104, it is necessary that the polarization separation section 202 have a high polarization separation t capability.
  • polarization is achieved using a glass prism and a dielectric waste film made of an inorganic material. Since the light splitting section 202 is configured, the polarization splitting performance of the polarization splitting section 202 is thermally stable. Therefore, even in an illumination device that requires a large light output, stable polarization separation performance is always exhibited, so that a polarized illumination device having satisfactory performance can be realized.
  • the first to third condensing mirror plates 1001x, 1002, and 1001z are adapted to the shape of the illumination region 301, which is a horizontally long rectangular shape.
  • the minute condensing mirror 1003 has a horizontal rectangular shape, and at the same time, the two types of polarized light emitted from the polarization separating section 202 are separated in the horizontal direction (X direction). Therefore, even when the illumination region 301 having a horizontally long rectangular shape is formed, the illumination efficiency can be increased without wasting the light amount.
  • the person / 2 phase difference plate 1043 is arranged on the illumination area side of the condenser lens plate 1041, but other positions near the position where the secondary light source image is formed are provided. But well, there is no limit.
  • the e / 2 phase difference plate 1043 may be arranged on the light source side of the condenser lens plate 1041.
  • the minute lens 1042 constituting the condenser lens plate 1041 is a horizontally long rectangular lens, but its shape is not particularly limited. However, as shown in FIG. 8, the secondary light source image C 1 formed by the P-polarized light and the secondary light source image C 2 formed by the S-polarized light are formed in a state where they are arranged in the horizontal direction. It is desirable that the shape and the number of the minute lenses 104 constituting the condensing lens plate 104 be determined in accordance with the image forming position.
  • two types of retardation layers with different characteristics are arranged at the focusing position of P-polarized light and the focusing position of S-polarized light, respectively, and aligned to one type of polarized light having a specific polarization direction.
  • the retardation layer 1044 may be arranged at a position where the secondary light source image C2 is formed by the S-polarized light to extract the P-polarized light.
  • the secondary light source image formed by the P-polarized light and the secondary light source image formed by the S-polarized light are formed in a state of being aligned in parallel with the X axis.
  • the secondary light source formed by P-polarized light The image and the secondary light source image formed by the S-polarized light may be formed in a state of being aligned in parallel with the z-axis.
  • the directions of tilting the first to third condensing mirror plates 1001x, 1002, and 1001z with respect to the yz plane, the zx plane, and the xy plane are respectively changed.
  • the basic principle is the same as that of the polarized light illuminating device 1, detailed description is omitted.
  • a variable-angle prism may be used.
  • a variable-angle prism may be used in the polarized light illuminating device 1 or the polarized light illuminating device 2 shown in FIG. 1, FIG. 2 or FIG. 9, FIG.
  • a variable-angle prism may be provided between the polarization separating section 202 and the second condensing mirror plate 1002, between the polarization separating section 202 and the third condensing mirror plate 1 0 0 1 X.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view in the xy plane when a variable-angle prism 201 is provided in the polarized light illumination device shown in FIGS. 1 and 2.
  • the polarized light illuminator 3 all of the first to third converging mirror plates 100, 1X, 1002, and 1001z are system optical axes. Since it can be arranged at a position perpendicular to L 1 ′ and L 2 ′ (or the system optical axes L l and L 2), it is easy to install one condensing mirror.
  • variable-angle prism 2001 is integrated with the output surface 11012x, 1012z, and 1013 of the polarization separation section 202 by optical bonding. This has the effect of reducing the reflection loss of light at the interface.
  • first to third person / 4 phase retarders 1021x, 1022, and 1021z are between the exit surface of the polarization splitting unit 202 and the variable-angle prism 2001. May be arranged.
  • variable-angle prism 2001 is integrated with the first and third condensing mirror plates 1001x and 1001z, respectively, and , ⁇ 2 It can also be arranged in an integrated form with the mirror 1002, and in this case also, there is an effect that the reflection loss of light at the interface can be reduced.
  • the first to third fourth / 4-th retardation plates 1021 x, 1022, and 1021 z are the first to third condensing mirror plates 1001 x , 1002, 1001z and the variable-angle prism 2001.
  • the first to third condensing mirrors the minute condensing mirrors constituting the 100 1 x, 100 2 and 100 1 z
  • the polarization splitter 202, the first to third person / 4 phase retarders 102 lx, 1022, 1021 z, and the variable-angle prism 2 0 1, 1st to 3rd condensing mirror plates 1 0 1 x, 1 0 2 and 1 0 1 z can all be integrated. In this case, the reflection loss of light at the interface can be reduced, and the entire optical system can be downsized.
  • the first to third ⁇ / 4 retardation plates 102 1 ⁇ , 102 2, and 102 1 ⁇ are formed by the first to third condensing mirror plates 100 1 X , 1002, 1001 1 and the variable angle brhythm 2 ⁇ ⁇ ⁇ 01.
  • each optical system is the same as that of the first embodiment, but the prism structure 203 is formed by six transparent plates 2501 constituting the wall surface.
  • a polarization separating plate 250 having a polarization separating film 211 formed therein is disposed therein, and a structure obtained by further filling a liquid 2503 is formed into a polarization separating portion 210.
  • the feature is that it is used as 2.
  • the polarized light illuminating device 7 shown in FIG. 15 has the same arrangement of the optical systems as in the first embodiment, but is characterized in that the polarized light separating section 202 is a plate-shaped structure. That is, the polarization separation plate 2 504 having a structure in which the polarization separation film 226 is sandwiched between two glass substrates is set to have an angle of 45 ° with respect to the system optical axes L 1 ′ and L 2 ′ (L l, L 2). By arranging them in such a manner, they perform almost the same function as the polarization separation section 202 (see FIG. 1) using a prism in the form of a prism. Thereby, the cost and weight of the polarization separation unit 202 can be reduced.
  • the condenser mirror plate 1005 is composed of a plurality of minute lenses 1006 and a mirror plate 1007. In this configuration, if each of the plurality of microlenses 1006 is an eccentric lens, the condensing mirror plate 1005 can be provided in parallel with the exit surfaces 1012x, 1012z, and 1013 of the polarization separation unit 202. The installation of the condensing mirror plate 1005 becomes easy.
  • the reflecting surface 1004 of the first to third condensing mirror plates 1001x, 1001z, 1002 shown in FIG. 5 is also possible to configure a part or all of the reflecting surface 1004 of the first to third condensing mirror plates 1001x, 1001z, 1002 shown in FIG. 5 as an eccentric reflecting surface, In this case, since these mirror plates can be provided in a row with respect to the emission surfaces 1012 X, 1012 z, and 1013 of the eccentric separation unit 202, the first to third condensing mirror plates 1001 x, The 1001 z, 1002 dynasty will be considered.
  • FIGS. 17 and 18 show that among the polarized light illuminating devices according to the first to eighth embodiments, the polarized light illuminating device 1 according to the first embodiment is used to increase the brightness of the projected image.
  • 1 shows an example of a projection display device.
  • a polarized light illumination device Two types of light source lamps having different light emission spectra are used for the two light source units 1 and these light source lamps can be selectively turned on.
  • the polarized light illuminating device 1 incorporated in the projection display device 8 of the present example includes a first light source unit 101x that emits randomly polarized light in 1 / Jfi, and It has a second light source unit 101 z, and random polarized light emitted from these light source units is separated into two types of polarized light in a polarization splitting unit 202, and each separated polarized light is separated.
  • the P-polarized light is converted to S-polarized light by the ⁇ / 2 retardation plate 104 of the condenser lens unit 104, and becomes almost one type of polarization state (S-polarized state).
  • the light is emitted from the condenser lens unit.
  • the direction of the polarized light beam emitted from the condenser lens unit is changed to one direction by the reflecting mirror 300, and is incident on the blue-green reflecting dike port 2701-1.
  • red light is transmitted through the blue-green reflecting dichroic mirror 2701, and blue light and green light are reflected.
  • the red light is reflected by the reflection mirror 270 and reaches the first liquid crystal light valve 27 ° 3.
  • the green light is reflected by the green reflecting dichroic mirror-274, and reaches the second liquid crystal light valve 275.
  • the blue light has a longer optical path length than the other two-color lights, so for blue light, the incident side lens 270, the relay lens 270, and the emission side lens 271
  • a light guiding means 2750 constituted by a relay lens system composed of 0 is provided.
  • the blue light is transmitted through the green reflective dichroic mirror 274, first, is guided to the relay lens 270 through the emitting lens 270 and the reflective mirror 270, and After being collected by the relay lens 27 08, the light is guided to the emission side lens 27 10 by the reflection mirror 27 09. Thereafter, the light reaches the third liquid crystal light valve 2711.
  • the first and third liquid crystal light valves 270, 275, and 27111 modulate the respective color lights, include image information corresponding to each color, and then modulate the color lights. Is incident on the dichroic prism 2 7 1 3.
  • the dichroic prism 2713 has a structure in which a red reflective dielectric multilayer film and a blue reflective dielectric multilayer film are formed in a cross shape, and synthesizes respective modulated light fluxes. .
  • the combined luminous flux passes through the projection lens 27 14 to form an image on the screen 27 15.
  • a liquid crystal light valve of a type that modulates one type of polarized light is used. Therefore, when random polarized light is guided to a liquid crystal light valve using a conventional lighting device, half of the randomly polarized light is Since the light is absorbed by the polarizer and converted into heat, there is a problem in that the light utilization efficiency is low and a large and noisy cooling device that suppresses the heat generated by the polarizer is required. In the type display device S8, such a problem is largely solved.
  • the polarization illuminating device 1 in the polarization illuminating device 1, only one polarized light (for example, P-polarized light) is reflected by the ⁇ / 2 retardation plate 1043 on only one polarized light. A rotation action is applied to make the other polarized light (for example, S-polarized light) and the plane of polarization aligned. Therefore, the polarized light having the same polarization direction is guided to the first to third liquid product light knobs 270, 275, 271, so that the light use efficiency is improved, A bright projection image can be obtained. Further, since the amount of light absorbed by the polarizing plate is reduced, the temperature rise in the polarizing plate is suppressed.
  • P-polarized light for example, P-polarized light
  • the cooling device can be downsized and noise can be reduced. Furthermore, it has two light source sections consisting of the first and second light source sections 101 1 and 101 1, and aligns polarization directions without loss of light emitted from either light source section. As a result, bright projection images can be obtained.
  • the polarized light illuminating device 1 since a thermally stable dielectric multilayer film is used as the polarized light separating film, the polarized light separating performance of the polarized light separating section 202 is thermally stable. Therefore, even in the projection display device 8 requiring a large light output, stable polarization separation performance is always exhibited.
  • the polarized light illumination unit 1 the two types of polarized light emitted from the polarization separation unit 202 are separated in the horizontal direction, so that the horizontal rectangular shape can be formed without wasting the light amount. Illuminated area can be formed. Therefore, the polarized light illuminating device 1 is suitable for a horizontal liquid crystal light valve that is easy to see and can project a powerful image.
  • the dichroic prism 271 13 is used as the color light combining means, so that the size can be reduced and the liquid crystal light valves 270, 275, 275
  • the optical path length between 11 and the projection lens 27 14 is short. Therefore, there is a feature that a bright projected image can be realized even when a relatively small diameter projection lens is used.
  • the color light has a different optical path aptitude for only one of the three optical paths.
  • the incident side lens 2 706 Since the light guide means 270 is constituted by a relay lens system composed of a relay lens 270 and an emission side lens 270, color unevenness does not occur.
  • the reflection mirror 300 which is an optical path changing optical element, is disposed between the condenser lens unit 104, which is a polarization conversion unit, and the blue-green reflection dichroic mirror 2701,
  • the traveling direction of the polarized light beam emitted from the polarization conversion means can be changed.
  • the plane on which the color light separating means, the color light synthesizing means, the light modulating means, the projection optical system, and the like are arranged, and the plane including the polarized light illumination device @ 1 having two light sources having relatively large dimensions, Since the projectors can be arranged in parallel, the thickness of the projection display device in one direction is reduced, thereby realizing a thin projection display device.
  • either one of the first and second light source units 101 ⁇ and ⁇ may be detachable. With this configuration, for example, when carrying the projection display device 8, one of the light source units can be removed, and portability is improved.
  • the two light source sections 10 lx and 101 z of the polarized light illuminating device 1 incorporated in the projection display device 8 of the present example use two types of light source lamps having different emission spectra and luminance characteristics. In addition, these light source lamps can be selectively turned on.
  • the two light source lamps By enabling the two light source lamps to be selectively turned on, when observing the projected image in a place with bright surroundings, turn on the two light source sections and observing the projected image in a place with dark surroundings In this case, it is possible to appropriately change the brightness of the projected image according to the surrounding environment and the viewer's preference, such as selectively lighting only one of them.
  • the life of the light source lamp itself can be extended, and, for example, when one of the light source lamps cannot be turned on due to its life or failure, etc.
  • the usability is improved, for example, the projected image can be displayed continuously.
  • the projection display device 8 is driven by a battery, by selectively lighting only one of the light source lamps, the life of the battery can be extended.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing the spectrum of light emitted from the light source lamp and the polarized light illuminating device, and will be specifically described with reference to FIG.
  • the luminous efficiency is relatively high, but the intensity of red light is relatively low (a common high-pressure mercury lamp is suitable in this case), or as shown in (B).
  • the emission intensity of red light is relatively high, but the overall luminous efficiency is relatively low (a certain metal halide lamp corresponds to this case).
  • polarized light illuminators 2 to 8 described above may be used instead of the polarized light illuminator 1.
  • a color light combining means may be constituted by a mirror optical system.
  • the optical path lengths of the three liquid crystal light valves 270, 275, 271 and the light source 101 are all equal. Since they are equal, there is a feature that effective illumination with less brightness unevenness and color unevenness can be performed without using special light guide means.
  • the polarized light illumination device 1 shown in FIGS. 1, 2, and 4 is used, and the first light source unit 10 lx, and The randomly polarized light radiated from the second light source unit 101z (not shown) is separated into two types of polarized light in the polarization separation unit 202, and each of the separated polarized light is separated. Among them, the P-polarized light is converted into S-polarized light by the condensing lens unit 104 and the two-phase retarder 104.
  • Such a polarized light illuminating device 1 in this example, similarly to the case of the projection display device 8 described above, the force s provided with the reflective mirror, which is an optical path changing optical element.In FIG.
  • the reflective mirror is First, the light flux emitted from the red light is reflected by the red reflecting dichroic mirror 2801, and the blue light and the green light are transmitted.
  • the red light is reflected by the reflection mirror 2802, and reaches the first liquid crystal light valve 2703.
  • the green light is reflected by the green reflecting dichroic mirror 2803 and reaches the second liquid crystal light valve 275.
  • the blue light passes through the green reflecting dichroic mirror 2803 and then reaches the third liquid crystal light valve 2711 (color light separating means).
  • the first and third liquid crystal light valves 2703, 2705, and 2711 modulate the respective color lights and include video information corresponding to the color.
  • the modulated color light is emitted (light modulation element).
  • the intensity-modulated red light passes through the green reflection dichroic mirror 2804 and the blue reflection dichroic mirror 285, and reaches the projection lens 2714 (projection optical system).
  • the green light whose intensity has been modulated is reflected by a green reflection dichroic mirror 284, then passes through a blue reflection dichroic mirror 285, and reaches a projection lens 274.
  • the intensity-modulated blue light is reflected by the reflection mirror 280 2 and the blue reflection dichroic mirror 280 5, and then reaches the projection lens 27 14.
  • a liquid crystal light valve that modulates one type of polarized light is used.
  • a randomly polarized light is guided to a liquid crystal light valve using a conventional lighting device, half of the randomly polarized light is absorbed by a polarizing plate and turned into heat. Therefore, the conventional lighting system had problems in that the light use efficiency was low and a large-sized and loud cooling device that suppressed the heat generation of the polarizing plate was required. With concealment9, this problem has been largely eliminated.
  • the polarization illuminating device 1 in the polarization illuminating device 1, only one polarized light (for example, P-polarized light) is applied to the polarization plane by the e / 2 retardation plate 104. Gives a rotating action and makes the other polarized light (for example, S-polarized light) State. Therefore, the polarized light having the same polarization direction is guided to the first to third liquid crystal light valves 270, 275, 271, and the light use efficiency is improved, and bright projection is performed. Images can be obtained. 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.
  • P-polarized light for example, P-polarized light
  • the polarized light illumination device 1 since a thermally stable dielectric multilayer film is used as the polarized light separating film, the polarized light separating performance of the polarized light separating section 202 is thermally stable. Therefore, even in the projection display device 9 requiring a large light output, stable polarization separation performance is always exhibited. Also, in the projection-type display concealment 9 of this example, as described above, either one of the first and second light source units 101 x and 101 z can be rejuvenated.
  • the first and second light source units 101x and 101z may be configured to use two types of light source lamps having different light emission spectra or to selectively light two light source lamps. It is possible to obtain the effects as described above.
  • the P-polarized light is converted into the S-polarized light.
  • the S-polarized light may be converted into the P-polarized light.
  • the retardation layer 104 of the half-wave retarder 104 may be arranged at a position where a secondary light source image is formed by S-polarized light.
  • the polarization planes may be made uniform by giving a rotating action of the polarization plane to both the P-polarized light and the S-polarized light.
  • a retardation layer may be arranged at a position where a secondary light source image is formed by both polarized lights.
  • a person / 2 retardation plate and a ⁇ / 4 retardation plate are made of a general polymer film.
  • these retardation plates may be formed by using a twisted nematic liquid crystal (a liquid crystal).
  • a liquid crystal When a liquid crystal is used, the wavelength dependence of the retardation plate can be reduced, so that a general ⁇ molecular film can be used.
  • the polarization conversion performance of the ⁇ / 2 phase difference plate and the // 4 phase difference plate can be improved.
  • the randomly polarized light emitted from the first and second light source units is direction-separated into two types of polarized light by the polarization separating unit, and then each polarized light is divided into a predetermined region. And align the polarization directions. Therefore, the randomly polarized light emitted from the first and second light sources can be almost aligned with the P-polarized light or the S-polarized light, and can be illuminated to the illumination area in a synthesized state, so that bright illumination can be achieved. To play. Even though two light sources are used, the illumination area is the illumination area for one light source. For this reason, the amount of light per fixed area can be doubled as compared with the case of one light source, and from this point, it is possible to illuminate brightly. Industrial applicability
  • the optical element of the present invention can be employed in a polarized light illumination device. Further, the polarized light illuminating device of the present invention is suitable for use as a light source of a device using a specific polarized light such as a projection display device.

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Description

偏光分離合成光学素子および偏光照明装置並びに投射型表示装置 光学素子、 偏光照明装匿および投写型衷示装置 技術分野
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つの光源部から出射された光の偏光方向を揃えながら 合成するための構造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タイプの変調素子を用いた液晶表示 装置では、 光源から出射される光が有する 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のでは、 光源像の面積が複数倍になるの 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、 光源から出射される光が有 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。
そこで、 本発明の課題は、 複数の光源を用いながらも光源像の面積を大きくす 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、 極めて明るい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。 発明の開示
本発明の光学素子は、 略 6面体形状の光学素子であって、 前記 6面体の第 1の 面から入射した光を偏光面が互いに直交する第 1の偏光光と第 2の偏光光とに分 離して、 前記第 1の偏光光を前記 6面体の第 3の面側に出射し、 前記第 2の偏光 光を前記 6面体の第 4の面側に出射する第 1の偏光分離膜と、 前記 6面体の第 2 の面から入射した光を前記第 1の偏光光と前記第 2の偏光光とに分離して、 前記 第 2の偏光光を前記 6面体の第 4の面側に出射し、 前記第 1の偏光光を前記 6面 体の第 5の面側に出射する第 2の偏光分離膜とを有することを特徴とする。 本発明の光学素子を、 以ドに述べるような偏光照明装置の偏光分離 ·合成光学 素子として採用すれば、 上記の課題を解决することが可能となる。
本発明の偏光照明装置は、 2つの偏光分離膜を備えた略 6面体形状の偏光分 離 ·合成光学素子と、 前記偏光分離 ·合成光学素子の第 1、 第 2の面側にそれそ れ配置された第 1、 第 2の光源部と、 前記偏光分離 ·合成光学素子の第 3の面側 に配置され、 各々入射光の進行方向を略反転させるとともに iR光像を形成する複 数の集光反射素子を備えた第 1の集光反射光学素子と、 前記偏光分離 ·合成光学 素子の第 4の面側に配置され、 各々人射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集光反射素子を備えた第 2の集光反射光学素子と、 前記偏 光分離 ·合成光学素子の第 5の面側に配置され、 各々入射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 ·合成光学素子の第 3の面と ίί記第 1の集光反射光学素 との問に配置された第 1の λ / 4位相差板と、 前記偏光分離 ·合成光学素子の 第 4の面と前記第 2の集光反射光学素子との問に配置された第 2のえ / 4位相差 板と、 前記偏光分離 ·合成光学素子の第 5の面と前記第 3の集光反射光学素子と の間に配置された第 3の λ/ 4位相差板と、 前記偏光分離 ·合成光学^子の第 6 の面側に配置され、 前記偏光分離 ·合成光学素子から出射された光の偏光方向を 揃える偏光変換光学素子とを冇することを特徴とする。
本発明の偏光照明装置では、 偏光分離 ·合成手段の第 1、 第 2の面側に配置さ れた第 1及び笫 2の光源部から出射されたランダムな偏光光を、 偏光分離 .合成 光学 ¾子により 2種類の偏光光、 すなわち Ρ偏光光、 S fe光光に分離する。 そし て、 各偏光光を、 偏光分離 ·合成光学素子の第 3、 第 4、 第 5の面側にそれそれ 配置された第 1、 第 2、 第 3の集光反射素子によって、 複数の中間光束に分離す る。 さらに、 各中間光束の偏光方向を、 偏光分離 ·合成光学素子の第 6の面側に 配置された偏光変換光学素子により揃える。 従って、 2つの光源部を用いている にもかかわらず、 照明する面積をほぼ一光源分の照明面積とすることができる。 このため、 一定面積当たりの光量を一光源の場合と比較して約 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箇所の照明領域上で重畳するよう にすれば、 被照明領域上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 ら出射されたランダムな偏光光をほとんどロスなく P偏光光や S偏光光などに揃 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 する夕イブ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。
本発明の偏光照明装置において、 前記第 1の集光反射光学素子を、 前記偏光分 離 ·合成光学素子の第 3の面に直交する軸に対して直交しない状態で配置し、 前 記第 2の集光反射光学素子を、 前記偏光分離 ·合成素子の第 4の面に直交する軸 に対して直交しない状態で配置し、 前記第 3の集光反射光学素子を、 前記偏光分 離 ·合成素子の第 5の面に直交する軸に対して直交しない状態で配置すれば、 簡 単な構成でありながら、 各集光反射光学素子によって形成された P偏光光および S偏光光による各 2次光源像を異なつた所定位置に形成することができる。 一方、 本発明の偏光照明装置において、 前記第 1の集光反射光学素子と前記偏 光分離 ·合成素子の第 3の面、 前記第 2の集光反射光学素子と前記偏光分離 · 合 成素子の第 4の面、 前記第 3の集光反射光学素子と前記偏光分離 ·合成素子の第 5の面のうち、 少なくとも一の間に変角プリズムを設けるようにすれば、 第 1な いし第 3の集光反射光学素子を偏光分離 ·合成素子の面に対して平行に配置する ことができるので、 これらの集光反射光学素子の設置が容易となる。 また、 変角 プリズムと偏光分離 ·合成光 素子の面とを接着により一体化し、 または変角ブ リズムと集光反射光学素子とを接着により一体化することにより、 界面における 光の反射損失を削減したり、 光学系の小型化を図ることができる。
さらに、 本発明の偏光照明装置において、 前記偏光変換光学素子から出射され る偏光光束の進行方向を変える光路変更光学素子を前記偏光変換光学素子の出射 側に設ければ、 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る場合に コンパクトな装置を得ることが可能となる。 特に、 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出射できるように光 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。
なお、 上記偏光照明装置において、 前記第 1、 第 2、 第 3の集光反射光学素子 の前記集光反射素子は、 曲面ミラ一で構成することができる。 また、 前 ^第 1、 第 2、 第 3の集光反射光学素子の前記集光反射素子は、 レンズと、 前記レンズの 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で構成することも できる。
本発明に係る偏光照明装匿は、 偏光照明装置から出射された光を変調して画像 を形成する光変調素子と、 前記光変調素子によって形成された画像を投写する投 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、 偏光照明装置から出射された光を複数 の色光に分離する色光分離光学素子と、 前記色光分離手段によって分離された色 光をそれそれ変調して画像を形成する複数の光変調素子と、 前記複数の光変調素 子によって形成された両像を合成する色光合成手段と、 前 <!己色光合成光学素子に よって合成された画像を投写する投写光学系とを有するカラ一画像を表示する投 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いた投写型表示装^を構成すると、 明るく、 かつ、 明るさが均一な投 画像を得ることができる。 なお、 本発明の偏 光照明装置は、 偏光方向の揃った光束を出射するので、 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^型表^ 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の光源部から出射される光 の分光特性を互いに異なつた特性とすることもできる。 このように構成すると、 照明光の色合いを所定の色合いに容易に設定することが出来る。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の実施の形態 1に係る偏光照明装置の第 1の光源部からの光 に対する偏光動作を示す説明図である。
第 2図は、 本発明の実施の形態 1に係る偏光照明装置の第 2の光源部からの光 に対する偏光動作を示す説明図である。
第 3図は、 偏光分離部 2 0 2の詳細な構造を説明するための図である。
第 4図は、 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。
第 5図は、 第 1図に示す偏光照明装置の集光ミラー板の斜視図である。
第 6図は、 第 1図に示す偏光照明装置での偏光動作を示す説明図である。 第 7図は、 第 1図に示す偏光照明装置のレンズ板の斜視図である。
第 8図は、 第 1図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。
第 9図は、 本発明の実施の形態 2に係る偏光照明装置の第 1の光源部からの光 に対する偏光動作を示す説明図である。
第 1 0図は、 本究明の実施の形態 2に係る偏光照明装置の第 2の光源部からの 光に対する偏光動作を示す説明図である。
第 1 1図は、 本発明の実施の形態 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。
第 1 2図は、 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。
第 1 3図は、 本発明の実施の形態 5に係る偏光照明装 Kに構成した光学系の基 本構成を示す概略構成図である。
第 1 4図は、 本発明の実施の形態 6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。
第 1 5図は、 本発明の実施の形態 7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。
第 1 6図は、 芙施の形態 8として、 実施の形態 1乃至 7に係る偏光照明装置に 用いることのできる集光ミラー板の説明図である。
第 1 7図、 第 1 8図は、 第 1図、 第 2図、 第 4図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概略構成図である。
第 1 9図は、 偏光照明装置の光源ランプの発光スペク トルについて示す説明図 である。
第 2 0図は、 第 1図、 第 2図、 第 4図に^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。
なお、 以下の各実施例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軸とし、 X軸に平行な 2つの方向をそれぞれ + x方向及び— X方向、 y軸に平行な 2つの方向をそれそれ + y方向及び一 y方 向、 z軸に平行な 2つの方向をそれそれ + z方向及び一 z方向とする。
[実施の形態 1 ] 第 1図、 第 2図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。） を出射する第 1及び第 2の光源部 1 0 1 x、 1 0 1 zが 2つ設けられている。 第 1図はこれら 2つの光源部のうち、 第 1の光源部 1 0 1 Xから出射されたランダ ムな偏光光がその偏光方向に応じて X軸に沿って方向分離される様子を示す図、 第 2図は第 2の光源部 1 0 1 zから出射されたランダムな偏光光がその偏光方向 に応じて X方向に分離される様子を示す図である。
第 1図及び第 2図に示すように、 本形態に係る偏光照明装置 1は、 x y平面内 において直角に折れ曲がるシステム光軸 L 1 ' 、 L 1に沿って、 第 1の光源部 1 0 1 x、 偏光分離部 2 0 2 (偏光分離 ·合成光学素子） 、 第 1の集光ミラー板 1 0 0 l x (第 1の集光反射光学素子） と第 2の集光ミラ一板 1 0 0 2 (第 2の集 光反射光学素子） を備えたィンテグレ一タ光学系 2 0 1、 及び集光レンズ部 1 0 4 0 (偏光変換光学素子） を有している。 第 1の光源部 1 0 1 Xから出射された 光束は、 後で説明するとおり、 偏光分離部 2 0 2において 2種類の偏光光束に分 離された後、 第 1の集光ミラー板 1 0 0 1 X、 第 2の集光ミラ一板 1 0 0 2、 偏 光分離部 2 0 2、 及び集光レンズ部 1 0 4 0により再び 1種類の偏光光束に合成 され、 矩形状の照明領域 3 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折れ曲がるシステム光軸 L 2 ' 、 L 2に沿つ て、 第 2の光源部 1 0 1 z、 前記の偏光分離部 2 0 2、 第 3の集光ミラ一板 1 0 0 1 z (第 3の集光反射光学素子） と前記の第 2の集光ミラー板 1 0 0 2を備え たィンテグレ一夕光学系 2 0 1、 及び集光レンズ部 1 0 4 0が配置された構成に なっている。 第 2の光源部 1 0 1 zから出射された光束は、 後で説明するとおり、 偏光分離部 2 0 2において 2種類の偏光光束に分離された後、 第 3の集光ミラー 板 1 0 0 1 z、 第 2の集光ミラ一板 1 0 0 2、 偏光分離部 2 0 2、 及び集光レン ズ部 1 0 4 0により再び 1種類の偏光光束に合成され、 矩形状の照明領域 3 0 1 に至るようになつている。
尚、 集光レンズ部 1 0 4 0と照明領域 3 0 1との間には、 集光レンズ部 1 0 4 0から出射された光の進行方向を変える反射ミラ一 3 0 0 (光路変更光学素子） が配置されている。 粜光レンズ部 1 0 4 0からの出射光は、 この反射ミラ一 3 0 0で反射され、 第 1の光源部 101 Xの光軸と笫 2の光源部 101 zの光軸を含 む平面に対してほぼ平行な方向に進行方向を変える。
第 1及び第 2の光源部 101 x、 101 zは、 それそれ光源ランプ 1 1 1 χ、 1 1 1 zと、 放物面リフレクタ一 1 12x、 1 12 zとから大略構成されており、 光源ランプ 1 1 l x、 1 1 1 zから放射された偏光方向がランダムな偏光光は、 それそれ放物面リフレク夕一 1 12x、 1 12 z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部 202に入射する。 ここで、 放物面リフレクタ一 1 12x、 1 12 zに代えて、 楕円面リフレタター、 球面リフレクタ一なども用 いることができる。
偏光分離部 202は四角柱状の偏光ビームスプリッ夕であり、 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 x、 2 1 1 zをガラス製のプリズム 10 10に内蔵した構造となっている。 第 1の偏光分離膜 21 1 Xは、 第 1の光源部 101 Xからの出射光に対して斜め配置され、 偏光分離部 202の入射面 101 1 Xに対して角度ひ =45度をなすように形成されている。 また、 第 2の偏光分 離膜 21 1 zは、 第 2の光源部 101 zからの出射光に対して斜め配置され、 偏 光分離部 202の入射面 101 1 zに対して角度ひ =45度をなすように形成さ れている。
第 3図は、 この偏光分離部 202の詳細な構造を説明するための図である。 こ の図に示すように、 偏光分離部 202は、 2つの二角錐プリズム 291、 295 と 2つの四角錐プリズム 292、 29 とで構成されている。
第 1の三角錐プリズム 291の側面 BDHと第 1の四角錐プリズム 292の側 面 BDHとの間、 及び、 第 2の四角錐プリズム 294の側面 BFHと第 2の三角 錐プリズム 295の側面 BFHとの間には、 それそれ偏光分離膜 21 l xが形成 されている。 この偏光分離膜 21 1 Xは、 例えば、 第 1の三角錐プリズム 29 1 の側面 BDH、 第 1の四角錐プリズム 292の側面 BDHのうちいずれか一方と、 第 2の四角錐プリズム 294の側面 B F H、 第 2の二角錐プリズムの側面 B F H のうちいずれか一方とに、 それそ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、 偏光分離膜 2 1 l xを形成する面は、 第 1の 角錐プリズム 29 1の側面 BDH、 第 1の四角錐プリズム 292の側面 BDHのどちらであっても 良く、 また、 第 2の三角錐プリズム 294の側面 BFH、 第 2の四角錐プリズム 295の側面 BFH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 形成される偏光分離膜 2 1 1 X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 29 1の側面 BDHと第 2の四角錐プリズム 294の側面 BFHとに形 成するか、 あるいは、 第 1の四角錐プリズム 292の側面 BDHと第 2の三角錐 プリズム 295の側面 B FH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 29 1の側面 ABHと第 2の四角錐プリズム 29 4の側面 ABHとの間、 及び、 第 1の四角錐プリズム 292の側面 BGHと第 2 の三角錐プリズム 295の側面 BGHとの間には、 それそれ偏光分離膜 2 1 1 z が形成されている。 この偏光分離膜 2 1 1 zは、 第 1の三角錐プリズム 29 1の 側面 ABH、 第 2の四角錐プリズム 294の側面 ABHのいずれか一方と、 第 1 の四角錐プリズム 292の側面 BGF、 第 2の三角錐プリズム 295の側面 BG Hのうちいずれか一方とに、 それそ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、 偏光分離膜 2 1 1 zを形成する面は、 第 1の三角錐プリズム 2 9 1の側面 ABH、 第 2の四角錐プリズム 294の側面 A B Hのどちらであって も良く、 また、 第 1の四角錐プリズム 292の側面 BGH、 第 2の三角錐プリズ ム 295の側面 BGHのどちらであっても良い。 しかしながら、 2つのプリズム に形成される偏光分離膜 2 1 1 z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 29 1の側面 ABHと第 1の四角錐プリズムの側面 BGHとに形成す るカ あるいは、 第 2の四角錐ブリズム 294の側面 A BHと第 2の三角錐プリ ズム 295の側面 BGH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 29 1と第 1の四角錐プリズム 292の偏光分 離膜 2 1 1 Xが形成された面 BDHが貼り合わされることにより、 第 1のブリズ ム合成体 293が形成される。 また、 第 2の四角錐プリズム 294と第 2の三角 錐プリズム 295の偏光分離膜 2 1 1 Xが形成された面 B FHが貼り合わされる ことにより、 第 2のプリズム合成体 296が形成される。 最後に、 2つのブリズ ム合成体 293. 296の偏光分離膜 2 1 1 zが形成された面 A B G Hが貼り合 わされることにより、 偏光分離部 202が完成する。
再び、 第 1図、 第 2図に基づいて説明する。 偏光分離部 202の出射面 1 0 1 2 xには第 1の人 / 4位相差板 1 0 2 1 Xが、 また出射面 1 0 1 3には第 2の人 / 4位相差板 1 0 2 2が各々形成され、 それらの位相差板の外側には、 偏光分離 部 2 0 2の略中心を向くように、 かつ X軸および y軸に各々交わるように第 1の 集光ミラ一板 1 0 0 1 X及び笫 2の集光ミラ一板 1 0 0 2が y z平面及び z X平 面に対して各々所定の角度を成すように設置されている。 偏光分離部 2 0 2の出 射面 1 0 1 2 zには第 3のえ / 4位相差板 1 0 2 1 zが形成され、 この位相差板 の外側には、 偏光分離部 2 0 2の略中心を向くように、 かつ z軸に交わるように 第 3の集光ミラー板 1 0 0 1 zが x y平面に対して所定の角度を成すように設置 されている。 これらの集光ミラ一板 1 0 0 1 X、 1 0 0 2、 Ι Ο Ο Ι ζの構成の 詳細については後述する。
偏光分離部 2 0 2の出射面 1 0 1 4の側には、 後で詳しく説明する集光レンズ 板 1 0 4 1及び; 1 / 2位相差板 1 0 4 3により構成された集光レンズ部 1 0 4 0 がシステム光軸 L I ( L 2 ) 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、 まず、 第 1図、 第 4図に基 づいて第 1の光源 2 0 1 Xから出射されたランダムな偏光光がその偏光方向に応 じて X軸に沿って方向分離される過程について説明する。 第 4図は、 第 1図の X y平面における断面図を示したものであり、 また、 上記過程の説明には直接関係 がないため、 反射ミラー 3 0 0は省略され、 集光レンズ部 1 0 4 0から照明領域
3 0 1に至る光路は直線的に表現されている。 尚、 この点に関しては、 後述する 第 1 1図〜第 1 5図においても同様である。
第 1の光源部 1 0 1 Xから出射されたランダムな偏光光は、 P偏光光と S偏光 光との混合光として考えることができる。 3 1の光源部 1 0 1 Xから出射され、 偏光分離部 2 0 2の入射面 1 0 1 1 Xに入射された混合光は、 偏光分離膜 2 1 1 Xによって P偏光光と S偏光光の 2種類の偏光光に分離される。 すなわち、 ラン ダムな偏光光に含まれる P偏光光は、 偏光分離膜 2 1 l xをそのまま透過し出射 面 1 0 1 2 Xへと向かう力 S偏光光は、 偏光分離膜 2 1 1 Xで反射されて偏光 分離部 2 0 2の出射面 1 0 1 3へと進行方向を変える。
光分離部 2 0 2により分離された 2種類の偏光光は、 え / 4位相差板 1 0 2 l x、 1 0 2 2を通過し、 集光ミラ一板 1 0 0 1 x、 1 0 0 2により反射される。 Π
これらの集光ミラ一板 1 0 0 1 x、 1 0 0 2は、 その外観図を第 5図に示すよ うに、 いずれも矩形状の外形を有する同一の微小集光ミラ一 1 0 0 3をマトリツ クス状に複数配列し、 その表面に一般的なアルミニウムの蒸着膜からなる反射面 1 0 0 4を形成してなるもので、 本例では、 微小集光ミラ一 1 0 0 3の反射面 1 0 0 4は球面状に形成されている。 但し、 この反射面 1 0 0 4の曲率形状は、 放 物面状、 楕円面状、 或いは、 卜一リック面状であってもよく、 それらは、 光源部 1 0 1 χ、 1 0 1 ζからの入射光束の特性に応じて設定することが出来る。 偏光分離膜 2 1 1 Xにより分離された Ρ偏光光及び S偏光光は、 それそれえ/ 4位相差板 1 0 2 1 χ、 1 0 2 2を通過し、 集光ミラ一板 1 0 0 1 χ、 1 0 0 2 により反射され、 再度 λ / 4位相差板 1 0 2 1 χ、 1 0 2 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 の偏光光の変化の様子を第 6図により説明する。 尚、 この図では説明の簡略化の ために、 集光ミラー板 1 0 0 1 χ、 1 0 0 2を平面状のミラー板 1 0 6 0として 描いてある。 人 / 4位相差板 1 0 2 1 χ、 1 0 2 1 ζに入射した Ρ偏光光 1 0 6 1は、 入 / 4位相差板 1 0 2 1 χ、 1 0 2 1 ζにより右回りの円偏光光 1 0 6 2 (但し、 え / 4位相差板の設置の仕方によっては左回りの円偏光光となる。 ） に 変換されミラ一板 1 0 6 0へと達する。 ミラ一板 1 0 6 0により光は反射される が、 同時に偏光面の回転方向も変化する。 すなわち、 右回りの偏光光は左回りの 偏光光へと （左回りの偏光光は右回りの偏光光へと） 変化する。 ミラー板 1 0 6 0により光の進行方向を 1 8 0度反転され、 同時に左回りの円偏光光 1 0 6 3と なった偏光光は、 再度人 / 4位相差板 1 0 2 1 χ、 1 0 2 1 ζを通過する際に S 偏光光 1 0 6 4へと変換される。 また、 同様の過程を経て、 S.偏光光 1 0 6 4は Ρ偏光光 1 0 6 1へと変換される。
したがって、 出射面 1 0 1 2 Xに達した Ρ偏光光は、 λ / 4位相差板 1 0 2 1 X及び集光ミラ一板 1 0 0 1 X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 S偏光光へと変換され、 偏光分離膜 2 1 1 Xで反転され進行方向を変え て、 出射面 1 0 1 4へと向かう。 他方、 出射面 1 0 1 3に達した S偏光光は、 入 / 4位相差板 1 0 2 2及び集光ミラ一板 1 0 0 2により偏光光の進行方向を略 1 8 ◦度反転されると同時に Ρ偏光光へと変換され、 今度は偏光分離膜 2 1 l xを そのまま透過し、 出射面 1 0 1 4へと向かう。 すなわち、 偏光分離膜 2 1 1は偏 光合成膜としても作用していることになるので、 偏光分離部 2 0 2は偏光分離 - 合成手段として機能する。
集光ミラー板 1 0 0 l x、 1 0 0 2は集光作用を有する微小集光ミラ一 1 0 0 3により構成されているため、 入射光の進行方向を略反転させるとともに、 各々 の集光ミラー板 1 0 0 1 x、 1 0 0 2を構成する微小集光ミラ一 1 0 0 3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。 また、 集光レンズ板 1 0 4 1は、 第 7図に示すような矩形 状の微小レンズ 1 0 4 2からなる複合レンズ体であり、 集光レンズ板 1 0 4 1 を 構成する微小レンズ 1 0 4 2の数は集光ミラー板 1 0 0 1 x、 1 0 0 2を構成す る微小集光ミラ一 1 0 0 3の数に等しい。 尚、 本例の場合、 複数の微小レンズ 1 0 4 2には偏心レンズを使用している。 また、 後述する位相差層 1 0 4 4の X軸 方向の寸法に微小レンズの X軸方向の寸法を わせ、 X軸方向に列ぶ微小レンズ の数を 2倍に増やして構成した集光レンズ板を用いても良く、 その場合には 2つ の集光ミラー板 1 0 0 1 x、 1 0 0 2から集光レンズ板に入射するそれそれの光 束を、 より高い効率で照明領域 3 0 1へと導くことが出来る。
ここで、 集光ミラー板 1 0 0 1 Xは X z平面に直交する軸に対して直交しない 状態で、 また、 集光ミラ一板 1 0 0 2は y z平面に S¾交する軸に対し直交しない 状態で、 すなわち、 x z平面、 y z平面に対して各々/?度の角度をなすように配 置されている。 従って、 P偏光光による 2次光源像と S偏光光による 2次光源像 とは僅かに異なった位置に形成されることになる。 すなわち、 照明領域 3 0 1側 から集光レンズ部 1 0 4 0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 8図に示すと、 P偏光光が形成する二次光源像 C 1 (円形の像のうち、 右上が りの斜線を付した領域） と、 S偏光光が形成する二次光源像 C 2 (円形の像のう ち、 左上がりの斜線を付した領域） の 2つの二次光源像が横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 1 0 4 1の照射領域 3 0 1側 の面には、 P偏光光による二次光源像 C 1の形成位置に対応して位相差層 1 0 4 4が選択的に形成された； 1/ 2位相差板 1 0 4 3が設けられている。 したがって、 P偏光光は、 位相差層 1 0 4 4を通過する際に偏光 ιήίの 転作/ Πを受け、 Ρ偏光 光は、 S偏光光へと変換される。 一方、 S偏光光は、 位相差層 1 0 4 4を通過し ないので、 偏光面の回転作用を受けずにえ / 2位相差板 1 0 4 3を通過する。 そ れ故、 集光レンズ部 1 0 4 0から出射される光束のほとんどは、 S偏光光に揃え られる。
このようにして S偏光光に揃えられた光束は、 集光レンズ部 1 0 4 0から出射 された後、 反射ミラー 3 0 0を絰て照明領域 3 0 1に照射される。 すなわち、 集 光ミラ一板 1 0 0 1 x、 1 0 0 2の微小集光ミラー 1 0 0 3で切り出されたィメ ージ面は、 集光レンズ板 1 0 4 1によって一か所に重畳結像され、 人 / 2位相差 板 1 0 4 3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照明 領域 3 0 1へと违するので、 照明領域 3 0 1は、 ほとんど一種類の偏光光で均一 に照明される。
次に、 第 2図に示した第 2の光源部 2 0 1 zから出射されたランダムな偏光光 がその偏光方向に応じて X軸に沿って方向分離される過程であるが、 これについ ては先に第 1図、 第 4図を用いて説明した過程と原理的には同一であるため、 そ の詳細な説明については省略する。
第 2図において、 第 2の光源部 1 0 1 zから出射されたランダムな偏光光のう ち、 P偏光光は分離部 2 0 2の偏光分離膜 2 1 1 zをそのまま透過し出射面 1 0 1 2 zへと向かうが、 S偏光光は、 偏光分離膜 2 1 1 zで反射されて偏光分離部 2 0 2の出射面 1 0 1 3へと進行方向を変える。 このように分離された P偏光光 及び S偏光光は、 それそれえ Z 4位相差板 1 0 2 1 z、 1 0 2 2を通過し、 集光 ミラ一板 1 0 0 1 z、 1 0 0 2により反射され、 再度えノ 4位相差板 1 0 2 1 z、 1 0 2 2を通過する。 したがって、 出射面 1 0 1 2 zに達した P偏光光は、 え/ 4位相差板 1 0 2 1 z及び集光ミラー板 1 0 0 1 z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 S偏光光へと変換され、 偏光分離膜 2 1 1 zで反転 され進行方向を変えて、 出射面 1 0 1 4へと向かう。 他方、 出射面 1 0 1 3に達 した S偏光光は、 人 / 4位相差板 1 0 2 2及び集光ミラ一板 1 0 0 2により偏光 光の進行方向を略 1 8 0度反射されると同時に P偏光光へと変換され、 今度は偏 光分離膜 2 1 1 zをそのまま透過し、 出射面 1 0 1 4へと向かう。
ここで、 集光ミラー板 1 0◦ 1 zも、 集光ミラー板 1 0 0 1 x、 1 0 0 2と同 様、 集光作用を有する微小集光ミラ一 1 0 0 3により構成されている。 そして、 y z平面に直交する軸に対して直交しない状態で、 すなわち、 y z平面に対して ?度の角度をなすように配置されている。 従って、 P偏光光による 2次光源像と S偏光光による 2次光源像とは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二次光源像は、 第 1の光源部 2 0 1 Xからの出射光に含 まれていた S偏光光による 2次光源像、 及び P偏光光による 2次光源像と重なる。 従って、 第 2の光源部 2 0 1 zからの出射光も、 第 1の光源部 2 0 1 Xからの出 射光と同様に S偏光光に揃えられる。 その結果、 第 1及び第 2の光源部 2 0 1 x、 2 0 1 zからの出射光は S偏光光として合成され、 反射ミラ一 3 0 0を経て照明 領域 3 0 1に照射される。
以上説明したように、 本例の偏光照明装 a 1によれば、 第 1及び第 2の光源部
1 0 1 x、 1 0 1 zから放射されたランダムな偏光光を偏光分離部 2 0 2で 2種 類の偏光光に方向分離した後、 各偏光光をん / 2位相差板 1 0 4 3の所定の領域 に導いて P偏光光を S偏光光に変換する。 したがって、 第 1及び^ 2の光源部 1
0 1 x、 1 0 1 zから放射されたランダムな偏光光をロスなくほとんど S偏光光 に揃えた状態で合成するので、 照明領域 3 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 l x、 1 0 1 zを用いているにもかかわらず、 照明する面積は一光源分の照明面積であるため、 一定面積当たりの光量を一光源 の場合と比較して 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 X、 1 0 1 zからなる 2つの光源部を設けるといっても、 双方を z x平面上に 配置できる。 この場合、 集光レンズ部 1 0 4 0から出射された照明光束の進行方 向を変える反射ミラ一 3 0 0が配置されているので、 2つの光源部が配置されて いる z X平面と照明光束の出射方向とを平行にすることが出来る。 それ故、 照明 装置の薄型化や低 化に適している。 つまり、 集光レンズ部 1 0 4 ◦の後段に配 置された変角ミラーによって偏光照明装置の小型化のための設計の f]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 λ / 2位相差板 1 0 4 3の所定の領域に導 くには、 偏光分離部 2 0 2の偏光分離 t能が高いことが必要であるが、 本例にお いては、 ガラス製のプリズムと、 無機材料からなる誘' 体多屑膜とを利用して偏 光分離部 2 0 2を構成してあるので、 偏光分離部 2 0 2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するので、 満足の捋られる性能を有する偏光照明装置を 実現できる。
さらに、 本例では、 横長の矩形形状である照明領域 3 0 1の形状に合わせて、 第 1ないし第 3の集光ミラ一板 1 0 0 1 x、 1 0 0 2、 1 0 0 1 zの微小集光ミ ラー 1 0 0 3を横 の矩形形状とし、 同時に偏光分離部 2 0 2から出射された 2 種類の偏光光は横方向 （X方向） に分離される状態となっている。 このため、 横 長の矩形形状を有する照明領域 3 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。
なお、 本形態においては、 人 / 2位相差板 1 0 4 3を集光レンズ板 1 0 4 1の 照明領域側に配置したが、 二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、 え / 2位相差板 1 0 4 3を集光レンズ板 1 0 4 1の 光源部側に配置してもよい。
さらに、 集光レンズ板 1 0 4 1を構成する微小レンズ 1 0 4 2は横長の矩形レ ンズとしたが、 その形状については特に限定がない。 但し、 第 8図に示すように、 P偏光光が形成する二次光源像 C 1 と、 S偏光光が形成する二次光源像 C 2は、 横方向に並ぶ状態で形成されるので、 それそれの像の形成位置に対応させて、 集 光レンズ板 1 0 4 1を構成する微小レンズ 1 0 4 2の形状やその数は决定するこ とが望ましい。
また、 特性の異なる 2種類の位相差層を、 P偏光光による集光位置と、 S偏光 光による集光位置のそれそれに配置し、 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 1 0 4 4を S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 P偏光を取り出す構成としてもよい。
[実施の形態 2 ]
なお、 第 1図及び第 2図に示す偏光照明装置 1では P偏光光が形成する二次光 源像と、 S偏光光が形成する二次光源像は、 X軸に平行に並ぶ状態で形成したが、 笫 9図、 第 1 0図に示す 光照明装置 2のように、 P偏光光が形成する二次光源 像と、 S偏光光が形成する二次光源像が z軸に平行に並ぶ状態で形成してもよい。 この場合には、 第 1ないし第 3の集光ミラ一板 1 0 0 1 x、 1 0 0 2、 1 0 0 1 zを y z平面、 z x平面、 x y平面に対して傾ける方向を各々変更するだけでよ く、 そ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 を省略する。
[実施の形態 3 ]
第 1図、 第 2図あるいは第 9図、 第 1 0図に示された構成において、 S偏光光 及び P偏光光の 2次光源像を X方向または z方向にずれた位置に形成するにあた つて変角プリズムを用いてもよい。 この場合は、 第 1図、 第 2図あるいは第 9図、 第 1 0図に示された偏光照明装置 1あるいは偏光照明装置 2において、 偏光分離 部 2 0 2と第 1の集光ミラー板 1 0 0 1との間、 偏光分離部 2 0 2と第 2の集光 ミラー板 1 0 0 2との間、 偏光分離部 2 0 2と第 3の集光ミラ一板 1 0 0 1 Xと の問にそれそれ変角プリズムを設ければよい。
第 1 1図は、 第 1図、 第 2図に示された偏光照明装 ¾において、 変角プリズム 2 0 0 1を設けた場合の X y平面における断面図を したものである。 図からわ かるように、 この偏光照明装置 3の場合には、 第 1ないし第 3の集光ミラ一板 1 0 0 1 X , 1 0 0 2、 1 0 0 1 zの全てをシステム光軸 L 1 ' 、 L 2 ' (或いは システム光軸 L l、 L 2 ) に対して垂直な位置に配置できるため、 集光ミラ一板 の設置が容易となる。
尚、 本例の場合には、 変角プリズム 2 0 0 1を偏光分離部 2 0 2の出射面 1 0 1 2 x、 1 0 1 2 z及び 1 0 1 3に光学接着により一体化してあり、 界面におけ る光の反射損失を削減できる効果がある。
さらに、 第 1ないし第 3の人 / 4位相差板 1 0 2 1 x、 1 0 2 2、 1 0 2 1 z は偏光分離部 2 0 2の出射面と変角プリズム 2 0 0 1の間に配置してもよい。
[実施の形態 4 ]
第 1 2図に示す偏光照明装置 4のように、 変角プリズム 2 0 0 1 を第 1及び第 3の集光ミラ一板 1 0 0 1 x、 1 0 0 1 zと各々一体化し、 かつ、 ^ 2の¾光ミ ラー 1 0 0 2とも一体化した形態で配置することもでき、 その場合にも、 界面に おける光の反射損失を削減できる効果がある。 この場合も、 第 1ないし第 3のえ / 4位相差板 1 0 2 1 x、 1 0 2 2、 1 0 2 1 zは、 第 1ないし第 3の集光ミラ 一板 1 0 0 1 x、 1 0 0 2、 1 0 0 1 zと変角プリズム 2 0 0 1の間に配置する ことが可能である。
[実施の形態 5 ]
さらに、 第 1 3図に示す偏光照明装置 5のように、 第 1ないし第 3の集光ミラ — 1 0 0 1 x、 1 0 0 2、 1 0 0 1 zを構成する微小集光ミラーの集光特性を調 整することにより、 偏光分離部 2 0 2、 第 1ないし第 3の人 / 4位相差板 1 0 2 l x、 1 0 2 2、 1 0 2 1 z、 各変角プリズム 2 0 0 1、 第 1ないし第 3の集光 ミラ一板 1 0 0 1 x、 1 0 0 2、 1 0 0 1 zを全て一体化することも出来る。 そ の場合には、 界面における光の反射損失を削減できると共に、 光学系全体を小型 化できる効果がある。 この場合も、 第 1ないし第 3の λ / 4位相差板 1 0 2 1 χ、 1 0 2 2、 1 0 2 1 ζは、 第 1ないし第 3の集光ミラ一板 1 0 0 1 X、 1 0 0 2、 1 0 0 1 ζと変角ブリズム 2◦ 0 1の間に配置してもよい。
[実施の形態 6 ]
第 1 4図に示す偏光照明装置 6では、 各光学系の配置は、 実施の形態 1 と同じ であるが、 壁面を構成する 6枚の透明板 2 5 0 1でプリズム構造体 2 0 3を構成 し、 その内部に偏光分離膜 2 1 1が形成されている平板状の偏光分離板 2 5 0 2 を配置し、 さらに液体 2 5 0 3を充填してなる構造体を偏光分離部 2 0 2として 用いている点に特徴がある。 但し、 透明板 2 5 0 1、 偏光分離板 2 5 0 2、 及び 液体 2 5 0 3のそれそれの屈折率をほぼ一致させておく必要がある。 これにより、 偏光分離部 2 0 2の低コス 卜化及び軽量化を図ることができる。
[実施の形態 7 ]
第 1 5図に示す偏光照明装置 7では、 各光学系の配置は、 実施の形態 1 と同一 であるが、 偏光分離部 2 0 2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 226を 2枚のガラス基板で挟持した構造の偏光分離板 2 504をシステム光軸 L 1 ' 、 L 2 ' (L l、 L 2) に対してァ =45度の角度 をなすように配置することによって、 角柱状のプリズムを用いた偏光分離部 20 2 (第 1図参照。 ） 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 部 202の低コスト化及び軽量化を図ることができる。
[実施の形態 8]
以上説明した偏光照明装置 1乃至 7において、 第 1ないし第 3の集光ミラ一板 100 l x、 1002、 1001 zの一部または全部を第 16図に示したような 粜光ミラ一板 1005としてもよい。 集光ミラー板 1005は、 複数の微小レン ズ 1006とミラ一板 1007とから構成されたものである。 この構成において、 複数の微小レンズ 1006のそれそれを偏心レンズとすれば集光ミラ一板 100 5を偏光分離部 202の出射面 1012 x、 1012 z、 1013に対して平行 に設けることができるため、 集光ミラ一板 1005の設^が容易となる。
なお、 第 5図に記載された第 1ないし第 3の集光ミラ一板 1001 x、 100 1 z、 1002の一部または全部の反射面 1004を偏心反射面として構成する ことも可能であり、 この場合にはこれらのミラ一板を偏心分離部 202の出射面 1012 X, 1012 z、 1013に対して甲-行に設けることができるため、 第 1ないし第 3の集光ミラー板 1001 x、 1001 z、 1002の設爵が容 と なる。
[実施の形態 9 ]
第 17図、 第 18図には、 実施の形態 1乃至 8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 ヒさせた 投写型表示装置の一例を示してある。 また、 本例の投写型表示装置においては、 偏光照明装;！ 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。
第 17図、 第 18図において、 本例の投写型表示装置 8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/ Jfi¾に出射する第 1の光源部 101 x、 及び 第 2の光源部 1 0 1 zを有し、 これらの光源部から出射されたランダムな偏光光 は、 偏光分離部 2 0 2において 2種類の偏光光に分離されると共に、 分離された 各偏光光のうち、 P偏光光については集光レンズ部 1 0 4 0の λ / 2位相差板 1 0 4 3によって S偏光光に変換され、 ほほ一種類の偏光状態 （S偏光状態） とな つて集光レンズ部から出射される。 集光レンズ部から出射された偏光光束は、 反 射ミラー 3 0 0によって出射方向を一 ζ方向に変えられ、 青色緑色反射ダイク口 イツクミラ一 2 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から出射される光束は、 まず、 青色緑色反射ダイクロイ ツ クミラー 2 7 0 1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 2 7 0 2で反射され、 第 1の液晶ライ トバルブ 2 7◦ 3に達 する。 一方、 青色光及び緑色光のうち、 緑色光は、 緑色反射ダイクロイツクミラ - 2 7 0 4によって反射されて、 第 2の液晶ライ トバルブ 2 7 0 5に违する。 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 2 7 0 6、 リレーレンズ 2 7 0 8、 及び出射側レンズ 2 7 1 0 からなるリレーレンズ系で構成した導光手段 2 7 5 0を設けてある。 すなわち、 青色光は、 緑色反射ダイクロイツクミラ一 2 7 0 4を透過した後に、 まず、 出射 側レンズ 2 7 0 6及び反射ミラ一 2 7 0 7を経てリレーレンズ 2 7 0 8に導かれ、 このリレーレンズ 2 7 0 8で集朿された後に、 反射ミラ一 2 7 0 9によって出射 側レンズ 2 7 1 0に導かれる。 しかる後に、 第 3の液晶ライ トバルブ 2 7 1 1に 達する。 ここで、 第 1及び第 3の液晶ライ トバルブ 2 7 0 3、 2 7 0 5、 2 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 した色光をダイクロイックプリズム 2 7 1 3に入射する。 ダイクロイックブリズ ム 2 7 1 3は、 その内部に赤色反射の誘電体多層膜と、 青色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、 それぞれの変調光束を合成する。 合 成された光束は、 投写レンズ 2 7 1 4を通過してスクリーン 2 7 1 5上に画像を 形成することなる。
このように構成した投写型表示装置 8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、 本例の投写型表示装 S 8では、 かかる問題点が大幅に解消されている。 すなわち、 本例の投写型表示装置 8では、 偏光照明装置 1において、 一方の偏 光光 （たとえば、 P偏光光） のみに対して、 λ/ 2位相差板 1 0 4 3によって偏 光面の回転作用を与え、 他方の偏光光 （たとえば、 S偏光光） と偏光面が揃った 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の液品ライ ト ノ レブ 2 7 0 3、 2 7 0 5、 2 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、 偏光板による光吸収量が低減するの で、 偏光板での温度上 が抑制される。 それ故、 冷却装^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 χ、 1 0 1 ζ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出射光についてもロスすることなく 偏光方向を揃えているので、 明るい投写両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、 偏光分離部 2 0 2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 8においても常に安定した偏光分離性能を発揮する。 さらに、 偏光照明 ¾置 1では、 偏光分離部 2 0 2から出射された 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 の矩 形形状を有する照明領域を形成できる。 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 の液晶ライ トバルブ用に適してい る。
これに加えて、 本例では、 色光合成手段として、 ダイクロイツクプリズム 2 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 2 7 0 3、 2 7 0 5、 2 7 1 1と投写レンズ 2 7 1 4との間の光路の長さが短い。 したがつ て、 比較的小 Π径の投写レンズを用いても、 明るい投^画像を実現できる特徴が ある。 また、 ^色光は、 3光路の内の一光路のみ、 その光路の畏さが異なるが、 本例においては、 光路の長さが最も長い青色光に対しては、 入射側レンズ 2 7 0 6、 リレーレンズ 2 7 0 8、 及び出射側レンズ 2 7 1 0からなるリレ一レンズ系 で構成した導光手段 2 7 5 0を設けてあるため、 色ムラなどが生じない。 さらに、 本例では、 偏光変換手段である集光レンズ部 1 0 4 0と青色緑色反射ダイクロイ ックミラー 2 7 0 1との間に、 光路変更光学素子である反射ミラー 3 0 0を配置 しているので、 偏光変換手段から出射された偏光光束の進行方向を変えることが できる。 これによつて、 色光分離手段、 色光合成手段、 光変調手段及び投写光学 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 @ 1 を含む平面とを、 平行な状態で配置することができるため、 投写型表示装置 の一方方向の厚みを薄く し、 薄型の投写型表示装置を実現している。
また、 本例の投写型表示装置 8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 χ、 Ι Ο Ι ζ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 8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 8に組み込まれた偏光照明装置 1の 2つの光源部 1 0 l x、 1 0 1 zには、 発光スべク 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。
2 ) 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、 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周辺環境や観 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。
3 ) 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 ブ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った場合にも、 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 8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畏く持たせることもできる。 また、 上記 1 ) にも関係するが、 木例の投写型表示装置 8によれば、 次のよう な効果も期待できる。 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人きく、 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 9図は、 光源ランプと偏光照明装置から出射される光 のスペクトルについて示す説明図であり、 この図を用いて具体的に説明する。 例 えば、 （A ) に示すように、 発光効率は比較的髙いが赤色光の強度が相対的に低 い （一般的な高圧水銀ランプがこの場合に相 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 （ある種のメ タルハライ ドランプがこの場合に相当する） という具合である。 この様な光源ラ ンブの現状において、 （A ) と （B ) に示した発光スペク トルを冇する 2種類の 光源ランプを本例の投写型表示装置 8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から出射される光のスペク トルは （C ) に示すよ うな理想的なものとなりすることができ、 明るく髙品位の投写 lij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。
なお、 偏光照明装置 1の代りに、 前に述べた偏光照明装置 2〜8を用いても良 いことは勿論である。
[：!施の形態 1 0 ]
投写型表示装置としては、 第 2 0図に示すように、 ミラ一光学系で色光合成手 段を構成してもよい。 色光合成手段にミラ一光学系を用いた場合には、 3箇所の 液晶ライ トバルブ 2 7 0 3、 2 7 0 5、 2 7 1 1 と光源部 1 0 1 との光路の長さ が何れも等しいため、 特別な導光手段を用いなくても、 明るさムラや色ムラの少 ない効果的な照明を行い得る特徴がある。
すなわち、 第 2 0図に示す投写型表示装置 9では、 第 1図、 第 2図、 第 4図に 示した偏光照明装隱 1が用いられており、 第 1の光源部 1 0 l x、 及び第 2の光 源部 1 0 1 z (冈示せず。 ） から放射されたランダムな偏光光は、 偏光分離部 2 0 2において、 2種類の偏光光に分離するとともに、 分離された各偏光光のうち、 P偏光光については、 集光レンズ部 1 0 4 0のえ 2位相差板 1 0 4 3によって、 S偏光光に変換するようになっている。 かかる偏光照明装置 1 (本例においても、 先の投写型表示装置 8の場合と同様 に、 光路変更光学素子である反射ミラ一を備えている力 s、 第 2 0図では、 反射ミ ラーは省略されて描かれている。 ） から出射された光束は、 まず、 赤色反射ダイ クロイツクミラー 2 8 0 1において、 赤色光が反射し、 青色光及び緑色光が透過 するようになつている。 ここで、 赤色光は反射ミラー 2 8 0 2で反射され、 第 1 の液晶ライ トバルブ 2 7 0 3に達する。 一方、 青色光及び緑色光のうち、 緑色光 は、 緑色反射ダイクロイックミラー 2 8 0 3によって反射され、 第 2の液晶ライ トバルブ 2 7 0 5に達する。 青色光は、 緑色反射ダイクロイックミラー 2 8 0 3 を透過した後、 第 3の液晶ライ トバルブ 2 7 1 1に達する （色光分離手段） 。 し かる後、 第 1及び第 3の液晶ライ トバルブ 2 7 0 3、 2 7 0 5、 2 7 1 1は、 そ れそれの色光を変調し、 ^色に対応した映像情報を含ませた後、 変調した色光を 出射する （光変調素子） 。 ここで、 強度変調された赤色光は、 緑色反射ダイク口 イツクミラー 2 8 0 4及び青色反射ダイクロイツクミラ一 2 8 0 5を透過して、 投写レンズ 2 7 1 4 (投写光学系） に達する。 強度変調された緑色光は、 緑色反 射ダイクロイックミラ一 2 8 0 4で反射した後、 青色反射ダイクロイックミラ一 2 8 0 5を透過して、 投写レンズ 2 7 1 4に達する。 強度変調された青色光は、 反射ミラ一 2 8 0 2、 及び青色反射ダイクロイックミラー 2 8 0 5で反射された 後、 投写レンズ 2 7 1 4に達する。
このように、 ダイクロイヅクミラーからなるミラー光学系で色光合成手段を構 成した投写型表示装置 9においても、 1種類の偏光光を変調するタイプの液晶ラ ィ 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 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、 本例の投写型表示装匿 9では、 かかる問題点が大幅に解消され ている。
すなわち、 本例の投写型表示装置 9では、 偏光照明装置 1において、 一方の偏 光光 （たとえば、 P偏光光） のみに対して、 え / 2位相差板 1 0 4 3によって偏 光面の回転作用を与え、 他方の偏光光 （たとえば、 S偏光光） と偏光而が揃った 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 2 7 0 3、 2 7 0 5、 2 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化を 実現できる。 さらに、 第 1及び第 2の光源部 1 0 1 χ、 Ι Ο Ι ζ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出射光についてもロスすることなく 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 照明装匿 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、 偏光分離部 2 0 2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 9においても常に安定した偏光分離性能を発揮する。 また、 本例の投^型表示装匿 9においても、 前述したように、 第 1、 第 2の光 源部 1 0 1 x、 1 0 1 zのうち、 いずれか一方を若脱可能としたり、 第 1、 笫 2 の光源部 1 0 1 x、 1 0 1 zに発光スぺクトルが互いに異なる 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、 前に述べたような効果を得ることができる。
なお、 偏光照明装置 1の代りに、 前に述べた偏光照明装置 2〜8を用いても良 いことは言うまでもない。
[その他の実施形態]
なお、 上記の例においては P偏光光を S偏光光に変換するようにしているが、 逆に S偏光光を P偏光光に変換してもよい。 この場合にはん / 2位相差板 1 0 4 3の位相差層 1 0 4 4を S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、 P偏光光及び S偏光光の双方に対して偏光面の回転作用を与える ことにより、 偏光面を揃えてもよい。 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、 λ / 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 （Τ Ν液晶） を用いて構成してもよい。 Τ Ν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^分子フィルムを 用いた場合にく らベて、 ぇ/ 2位相差板及びえ / 4位相差板の偏光変換性能を向 上させることができる。
[発明の効果]
本発明の偏光照明装置では、 第 1及び第 2の光源部から放射されたランダムな 偏光光を偏光分離部でそれそれ 2種類の偏光光に方向分離した後、 各偏光光を所 定の領域に導いて偏光方向を揃える。 したがって、 第 1及び第 2の光源部から放 射されたランダムな偏光光をほとんど P偏光光または S偏光光に揃え、 かつ、 合 成した状態で照明領域に照射できるため、 明るく照明できるという効果を奏する。 また、 2つの光源部を用いているにもかかわらず、 照明する面積は一光源分の照 明面積である。 このため、 一定面積当たりの光量を一光源の場合と比較して 2倍 にすることができるので、 この点からも明るく照明できるという効果を奏する。 産業上の利用可能性
本発明の光学素子は、 偏光照明装置に採用することができる。 また、 本発明の 偏光照明装置は、 投写型表示装置等、 特定の偏光光を用いる装置の光源として用 いるのに適している。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 略 6面体形状の光学素子であって、
前記 6面体の第 1の面から入射した光を 2種類の偏光光に分離して、 -方を前 記 6面体の第 3の面側に出射し、 他方を前記 6面体第 4の面側に出射する第 1の 偏光分離膜と、
前記 6面体の第 2の面から人射した光を 2種類の偏光光に分離して、 一方を前 記 6面体の第 4の面側に出射し、 他方を前記 6面体の第 5の面側に出射する第 2 の偏光分離膜とを有することを特徴とする光学素子。
2 . 2つの偏光分離膜を えた略 6面体形状の偏光分離 ·合成光学素子と、 前記偏光分離 ·合成光学素子の第 1、 第 2の面側にそれそれ配置された第 1、 第 2の光源部と、
前記偏光分離，合成光学素子の第 3の面側に ϊιί置され、 各々入射光の進行方向 を略反転させるとともに集光像を形成する複数の集光反射素子を備えた第 1の集 光反射光学素子と、
前記偏光分離 ·合成光学素子の第 4の面側に配 gされ、 ^々入射光の進行方向 を略反転させるとともに集光像を形成する複数の集光反射素子を備えた第 2の集 光反射光学素子と、
前記偏光分離 ·合成光学素子の第 5の面側に配置され、 ·々入射光の進行方向 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 ·合成光学素子の第 3の面と 記第 1の集光反射光 素子との間 に配^された第 1の人 / 4位相差板と、
前記偏光分離 ·合成光学素子の第 4の面と前記第 2の集光反射光学素子との間 に配 ¾された第 2の人 / 4位相差板と、
前; Id偏光分離 ·合成光学素子の第 5の面と前記 ¾ 3の集光反射光学素子との間 に配 Γίされた第 3の人 / 4位相差板と、
前記 te光分離 ·合成光 素子の笫 6の面側に配匿され、 前, d偏光分離 ·合成光 学素子から出射された光の偏光方向を揃える偏光変換光学素子と、
を冇することを特徴とする偏光照明装置。
3 . 請求項 2において、
前記第 1の集光反射光学素子は、 前記偏光分離 ·合成光学素子の第 3の面に直 交する軸に対して直交しない状態で配置されており、
前記第 2の集光反射光学素子は、 前記偏光分離 ·合成素子の第 4の面に直交す る軸に対して直交しない状態で配置されており、
前記第 3の集光反射光学素子は、 前記偏光分離 ·合成素子の第 5の面に直交す る軸に対して直交しない状態で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 2において、
前記第 1の集光反射光学素子と前記偏光分離 ·合成素子の第 3の面、 前記第 2 の集光反射光学素子と前記偏光分離 ·合成素子の第 4の面、 前記第 3の集光反射 光学素子と前記偏光分離 ·合成素子の第 5の面のうち、 少なくとも一の間に設け られた変角プリズムを有することを特徴とする偏光照明装置。
5 . 請求項 2ないし 4のいずれかにおいて、
前記偏光変換光学素子から出射された光の進行方向を変える光路変更光学素子 を有することを特徴とする偏光照明装置。
6 . 請求項 2ないし 5のいずれかにおいて、
前記第 1、 第 2、 第 3の集光反射光学素子の前記集光反射素子は、 曲面ミラ一 からなることを特徴とする偏光照明装置。
7 . 請求項 2ないし 5のいずれかにおいて、
前記第 1、 第 2、 第 3の前記集光反射素子は、 レンズと、 前記レンズの偏光分 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 . 諸求項 2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出射された光を変調して画像を形成する光変調素子と、 前記光変調素子によって形成された画像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 2ないし 7のいずれかに記載の偏光照明装匿と、
前記偏光照明装置から出射された光を複数の色光に分離する色光分離光学素子 と、
前記色光分離手段によって分離された色光をそれそれ変調して画像を形成する 複数の光変調素子と、
前記複数の光変調素子によって形成された画像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画像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 8または 9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 1 . 請求項 8または 9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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