WO1999028780A1 - Illuminateur a lumiere polarisee et affichage d'images de type a projection - Google Patents

Illuminateur a lumiere polarisee et affichage d'images de type a projection Download PDF

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WO1999028780A1
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lens
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PCT/JP1998/005279
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Shigekazu Yamagishi
Yoshihiro Masumoto
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H04N5/7441—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal the modulator being an array of liquid crystal cells

Definitions

  • the present invention relates to a polarized light illuminating device for uniformly illuminating a rectangular area using polarized light having a uniform polarization direction. Further, the present invention relates to a projection type image display device which modulates polarized light emitted from the polarized light illuminating device by a light valve and projects an enlarged image on a screen.
  • Projection-type image display devices that use liquid crystal panels for light valves are rapidly forming a market as presentation tools because they are particularly small, lightweight, and easy to install. It is also expected to be widely used in the consumer field because of its smaller size, lighter weight, and superior image quality uniformity to surrounding areas compared to conventional CRT projection type projection televisions.
  • LCD projectors are two market needs: high brightness and low cost.
  • the light source section 9110 includes a light source lamp 911 and a reflector 912. Light with a random polarization direction emitted from the light source lamp 911 is reflected in one direction by the reflector 912 and enters the first lens plate 920 of the integrator optical system.
  • the first lens plate 920 is a complex lens body in which a large number of minute rectangular lenses 921 are arranged. The light incident here is condensed by the individual microlenses 9 21.
  • the light source image formed by the minute lens 921 is formed on the second lens plate 9330.
  • the second lens plate 9330 includes a condensing lens array 931 located near the position where the light source image is formed, and a polarization separating prism array 933 composed of an aggregate of polarizing beam splitters 934.
  • a ⁇ ⁇ 2 phase difference plate 935 and an exit-side lens 937 A light source image formed by the microlenses 9 21 on the first lens plate 9 20 is formed on the condenser lens array 9 31, and the light is split by the polarizing beam splitter 9 34 according to the polarization direction. You.
  • the polarization-separated light beams are aligned in polarization direction by the ⁇ 2 phase difference plate 935, and then pass through the exit lens 937 to illuminate the illumination area 9400. As described above, it is possible to efficiently align the polarization directions of light in which the polarization directions of the light source lamps 911 are random.
  • the polarizing beam splitter 934 is composed of a prism having a parallelogram cross section. Because it is advantageous in terms of processing, prisms with this shape are currently used in products. Furthermore, in order to process this inexpensively, it is desirable that the thickness of the polarizing beam splitter 934 in the system optical axis 952 direction (the distance between two opposing surfaces orthogonal to the system optical axis) are all equal. . As a result, all the prisms constituting the polarizing beam splitter have the same shape.
  • the prism shape is adjusted to the largest one near the center (near the system optical axis) of the light source images formed on the condenser lens array 931, a relatively small light source image formed around the periphery is obtained. Useless parts occur. As a result, the second lens plate 9330 itself becomes large, and thus the illumination light has a problem that the illumination F-number is small and the incident angle is large.
  • the present invention solves the above-mentioned conventional problems and reduces the spread of illumination light (light). It is an object of the present invention to provide a polarized light illuminating device capable of converting a random light beam from a light source into an arbitrary polarization direction. Another object of the present invention is to provide a projection-type image display device that has high light use efficiency, can obtain a high-luminance image as a result, and is low-cost.
  • the present invention has the following configuration.
  • the polarized light illuminating device includes: a light source that emits light having a random polarization direction; a first lens plate including an aggregate of a plurality of rectangular lenses; A second lens plate composed of an aggregate of a plurality of microlenses corresponding to one to one, and an integrator optical system having a condensing lens; and a light emitted from the light source, the polarization direction of which is orthogonal and the optical axis is orthogonal.
  • a polarization separation unit that separates into two substantially parallel polarized light beams; and a polarization conversion unit that aligns the polarization directions of the two polarized light beams.
  • the light source image formed by the rectangular lens of the first lens plate is used as the second light source image.
  • the rectangular lens is formed so that the center of its opening and the center of curvature are shifted from each other so as to be formed in a plurality of rows on the lens plate, and the minute lens of the second lens plate is formed of the rectangular lens.
  • Position where the light source image is formed A plurality of rows of the microlenses, at least one of the rows having a width H in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the row that is different from other rows, and the polarization separation.
  • the unit comprises: a micro-mirror screen having a reflecting mirror provided obliquely with respect to the system optical axis; a polarization splitting surface provided in parallel with the reflecting mirror surface; and two surfaces orthogonal to the system optical axis.
  • a plurality of splitters wherein the polarization separation surface includes a polarization separation film that transmits or reflects the light from the second lens plate according to the polarization direction and separates the light, and the polarization separation surface is orthogonal to the system optical axis.
  • the inter-plane distance d is the same in all the micro-polarization beam splitters constituting the polarization splitter, and the distance h between the reflection mirror surface and the polarization split surface is different from the others. Characterized in that at least one optical beam splitter is included o
  • the polarized light illuminating device includes: a light source that emits light having a random polarization direction; a first lens plate including an aggregate of a plurality of rectangular lenses; A second lens plate composed of an aggregate of a plurality of microlenses corresponding to the above, an integrator optical system having a condensing lens, and light emitted from the light source, wherein the light emitted from the light source has a polarization direction orthogonal to the optical axis.
  • a polarization separation unit that separates the two polarized lights into parallel light, and a polarization conversion unit that aligns the polarization directions of the two polarized lights, wherein a light source image formed by a rectangular lens of the first lens plate is used as the second lens.
  • the rectangular lens is formed so that the center of its opening and the center of curvature are shifted so that the rectangular lens is formed in a plurality of rows on the plate, and the minute lens of the second lens plate is formed by the rectangular lens.
  • the position where the light source image is formed The plurality of rows of the microlenses has at least one row in which the width H in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the row is different from the others, and A plurality of micro-polarization beam splitters each having a polarization splitting surface installed obliquely to the system optical axis, a surface installed parallel to the polarization splitting surface, and two surfaces orthogonal to the system optical axis.
  • the polarization separation surface includes a polarization separation film that transmits or reflects the light from the second lens plate according to the polarization direction and separates the light, and the distance d between the two surfaces orthogonal to the system optical axis is At least one micro-polarization beam splitter, which is the same in all the micro-polarization beam splitters constituting the polarization splitting unit and has a distance h between the polarization splitting surface and a plane parallel thereto that is different from the others, is included. Is characterized by To.
  • the polarized light illuminating device includes: a light source that emits light having a random polarization direction; a first lens plate including an aggregate of a plurality of rectangular lenses; Of multiple microlenses corresponding to An integrator optical system having a second lens plate, and a condensing lens, and a polarization separating unit that separates the light emitted from the light source into two polarized lights having orthogonal polarization directions and substantially parallel optical axes.
  • a polarization conversion unit that aligns the polarization directions of the two polarized lights so that light source images formed by the rectangular lenses of the first lens plate are formed in a plurality of rows on the second lens plate.
  • the rectangular lens is formed so that the center of the opening and the center of curvature are shifted from each other, and the minute lenses of the second lens plate are arranged in a plurality of rows at positions where a light source image is formed by the rectangular lens.
  • at least one of the plurality of rows of the microlenses has a row in which the width H in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the row is different from the others, and the polarization separation unit is provided with a system optical axis.
  • Polarization separation installed at an angle to A plurality of micro-polarization beam splitters of the same shape having a surface installed in parallel with the polarization splitting surface and two surfaces orthogonal to the system optical axis, wherein the polarization splitting surface is It is characterized by having a polarization separation film for transmitting or reflecting the light from the two-lens plate according to the polarization direction and separating the light.
  • a polarized light illuminating device includes: a light source that emits light having a random polarization direction; a first lens plate including an aggregate of a plurality of rectangular lenses; A second lens plate composed of an aggregate of a plurality of microlenses corresponding to the following, and an integrator-optical system having a condensing lens; A polarization separation unit that separates into two substantially parallel polarized light beams; and a polarization conversion unit that aligns the polarization directions of the two polarized light beams.
  • the light source image formed by the rectangular lens of the first lens plate is used as the second light source image.
  • the rectangular lens is formed so that the center of its opening and the center of curvature are shifted from each other so as to be formed in a plurality of rows or groups on the lens plate.
  • the width H in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the plurality of rows or groups of the microlenses is substantially the same, and the polarized light separating unit includes: a polarized light separating surface installed obliquely with respect to a system optical axis; A plurality of micro-polarized beam splitters of the same shape having a surface installed in parallel with the separation surface and two surfaces orthogonal to the system optical axis; It is characterized by comprising a polarization separation film that transmits or reflects light from the lens plate according to the polarization direction and separates the light.
  • a light source that emits randomly polarized light and a modified aperture are formed in the second lens plate.
  • the light source is configured by including a designed integrator optical system, a polarization separation unit that separates into two polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other, and a polarization conversion unit that aligns the polarization directions of these two polarized lights. It is possible to convert the random light from the camera into an arbitrary polarization direction, and at the same time, suppress the spread of the illumination light (the illumination F number can be increased).
  • the polarized light illuminating device of the present invention can align all of the polarized light in the same polarization direction, a projection device using a lighting device that requires polarized light, particularly a light valve that modulates using polarized light.
  • a lighting device for an image display device all of the random light from the light source can be used, and the light utilization can be greatly improved.
  • the polarization splitting element can be formed according to the size of the light source image formed on the second lens plate by the first lens plate, so that the illumination F number can be increased (the divergence angle of the incident light can be reduced).
  • the projection type image display device using the polarized light illumination device of the present invention can obtain a high-luminance image without changing the F-number of the projection optical system. Furthermore, when a micro lens is configured on the light valve entrance surface, the burden on the projection optical system is reduced, and the effect of the microphone aperture lens is easily obtained. You can do it.
  • a projection type image display device includes a polarization light illumination device, and a modulation device including a light valve for modulating polarized light from the polarization light illumination device and displaying an image in accordance with an input signal.
  • any one of the first to fourth polarized light illumination devices is used as the illumination device of the projection-type image display device using the liquid crystal light valve.
  • Polarized light with a uniform surface can be supplied to the liquid crystal panel, the light use efficiency is improved, and the brightness of the projected image can be improved.
  • the heat absorption by the polarizing plate is reduced, the temperature rise in the polarizing plate is suppressed.
  • the cooling device can be reduced in size and noise can be reduced.
  • the equipment can be made more compact and lower in cost.
  • the lighting F-number can be increased, it is not necessary to design the projection lens particularly bright. As a result, it is possible to improve the light utilization rate without increasing the cost, increasing the size of the device, or decreasing the contrast.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a polarized light illumination device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the appearance of a first lens plate of the device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view showing the appearance of a second lens plate of the device shown in FIG.
  • FIG. 4 shows the arrangement of the polarization splitting unit and the second lens plate of the device shown in Fig. 1.
  • FIG. 4 shows the arrangement of the polarization splitting unit and the second lens plate of the device shown in Fig. 1.
  • FIG. 5 is a side view showing another example of the arrangement of the polarization splitting unit and the second lens plate of the device shown in FIG.
  • FIG. 6 is a side view showing still another arrangement example of the polarization splitting unit and the second lens plate of the device shown in FIG.
  • FIG. 7 is a side view showing still another example of the arrangement of the polarization splitting unit and the second lens plate of the device shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a polarized light illumination device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view showing the appearance of the second lens plate of the device shown in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a side view showing the arrangement of the polarization separation unit and the second lens plate of the device shown in FIG. FIG.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a schematic configuration of a polarized light illumination device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a side view showing the arrangement of the polarization splitting unit and the second lens plate of the device shown in FIG.
  • FIG. 13 is a side view showing the arrangement of the polarization splitting unit of the device shown in FIG. 11 and a second lens plate having another configuration.
  • FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of a polarized light illumination device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a side view showing the arrangement of the polarization splitting unit and the second lens plate of the device shown in FIG.
  • FIG. 16 is a plan view showing another arrangement example of the microlenses formed on the second lens plate.
  • FIG. 17 shows a schematic configuration of a projection-type image display device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram showing a schematic configuration of a projection-type image display device according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projection-type image display device having another configuration according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram showing a schematic configuration of a projection-type image display device according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projection-type image display device according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a diagram showing a schematic configuration of a projection-type image display device according to Embodiment 9 of the present invention.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional polarized light illumination device. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration example of a polarized light illumination device according to a first embodiment of the present invention.
  • the polarized light illuminating device 100 of the present embodiment includes a light source unit 101, an integrator optical system 102, a polarization separation unit 103, and a polarization conversion unit along the system optical axis 150.
  • the light emitted from the light source section 101 passes through the integrator optical system 102, the polarization separation section 103, and the polarization conversion section 104 to form a rectangular illumination area 1005. Leads to.
  • the integrator optical system 102 includes a first lens plate 108, a second lens plate 110, and a condenser lens 118.
  • the light source unit 101 includes a light source 106 and a reflector 107.
  • Light with a random polarization direction emitted from the light source 106 is reflected by the reflector 106. Is reflected in one direction, and is incident on the integrator optical system 102.
  • the shape of the reflecting surface of the reflector 107 may be parabolic, elliptical, or spherical depending on the design of the optical system.
  • the first lens plate 108 is a composite lens body in which a plurality of minute rectangular lenses 109 as shown in FIG. 2 are arranged. Light incident on the first lens plate 108 is condensed by the individual rectangular lenses 109. The light source image formed by the rectangular lens 109 is set to be formed on the second lens plate 110.
  • FIG. 3 shows the appearance of the second lens plate 110.
  • the number of minute lenses 111 formed here is the same as the number of rectangular lenses 109 formed on the first lens plate 108.
  • Each minute lens 1 1 1 corresponds to each rectangular lens 1 09 one-to-one.
  • Each rectangular lens 109 has its center of aperture and its center of curvature so that the light source image 112 by each rectangular lens 109 is formed in a plurality of rows on the second lens plate 110. It is designed staggered.
  • the minute lens 111 is arranged at a position where the light source image 112 is formed by the rectangular lens 109. Further, the aperture area and the shape of the aperture of the microlenses 111 are set according to the size of the light source image 112.
  • the rows formed by the minute lenses 111 are formed in a plurality of strips on the second lens plate 110.
  • the width of each row in the direction perpendicular to the longitudinal direction (the effective aperture width in the vertical direction of the microlenses 11 1 in Fig. 3) H is not the same in all rows, and rows with different widths H are mixed as shown in the figure. ing.
  • FIG. 4 shows an arrangement of the polarization separation section 103 and the second lens plate 110.
  • the polarization separation unit 103 is an aggregate of minute polarization beam splitters.
  • Each polarizing beam splitter (prism) is a rectangular prism having a parallelogram cross section in a plane perpendicular to the reflecting mirror surface 113a or the polarization separating surface 113b.
  • Reflection mirror processing is performed between the prisms 114a and 114b, between the prisms 114c and 114d, and the end surface of the prism 114f to form a reflection mirror surface. Also, by providing a polarization separation film between the prisms 114b and 114c, between the prisms 114d and 114e, and between the prisms 114e and 114f, Is composed. These prisms are arranged in rows 11 17 a, 11 b, and 11 c formed by the micro lenses 11 on the second lens plate 11. , 116 b. 116 c are arranged to face each other.
  • the reflection mirror one surface 113a and the parallel polarization separation surface 113b are provided obliquely with respect to the incident light (that is, the system optical axis).
  • the apertures 116a, 116b, and 116c of the prism are provided perpendicular to the incident light (that is, the system optical axis). Reflective mirror surface of prism 1 1 3a or polarization separation surface 1
  • the distance h between the two opposing surfaces parallel to 13 b (in Fig. 4, the opposing sides of the opposing two sides parallel to the parallelogram reflecting mirror surface 11a or polarization separation surface 11b of the prism)
  • the distance h) is not the same for all prisms, and as shown in the figure, there are prisms whose distance h between the two opposing surfaces is different from ha and hb.
  • the distance d between the two opposing surfaces perpendicular to the system optical axis of each prism is the same for all prisms.
  • the widths (lengths in the vertical direction in FIG. 4) of the openings 1 16 a, 116 b, and 116 c are formed by the opposing microlenses 11 1 on the second lens plate 110.
  • the prism thickness is determined to match the width H of the column.
  • the light emitted from the microlens array 1 17a (FIGS. 3 and 4) forming the array of the second lens plate 110 enters the aperture 116a of the polarization separation unit 103. Thereafter, the light is reflected by the reflection mirror 115a and enters the polarization splitting film 115. Here, the incident light is separated into transmitted light and reflected light depending on the polarization direction. The reflected light passes through the polarization separation section 103, and is then arranged in a strip shape on the base glass 1 19, and is set to change the polarization direction of the incident light by 90 degrees. (See Fig. 1). Here, the light whose polarization direction has been changed illuminates the illumination area 105 through the condenser lens 118.
  • the transmitted light is reflected again by the reflection mirror 115 arranged in parallel to the polarization separation film 115b, and enters the polarization conversion unit 104.
  • the light beam passes through the region where the plate 2 120 is not formed, it is not particularly affected here and illuminates the illumination region 105 through the condenser lens 118.
  • light emitted from the micro lens array 1 17b (FIGS. 3 and 4) forming the second lens plate 110 array passes through the aperture 1 16b of the polarization separation section 103. After the incidence, the light is reflected by the reflection mirror 115c, and then enters the polarization separation film 115d. Here, the incident light is separated into transmitted light and reflected light depending on the polarization direction. The reflected light is reflected again by the reflection mirror 115c and the polarization separation film 115d, passes through the polarization separation part 103, is arranged in a strip shape on the base glass 119, and the incident light is reflected.
  • the polarization direction of the light was set to be changed by 90 degrees; Here, the light whose polarization direction has been changed illuminates the illumination area 105 through the condenser lens 118.
  • the transmitted light passes through the polarization separation film 115 e, is reflected by the reflection mirror 115 f, and enters the polarization converter 104.
  • the light beam passes through an area where the IZ 2 plate 120 is not formed, it is not particularly affected here and illuminates the illumination area 105 through the condenser lens 118.
  • the light emitted from the micro lens array 1 17 c (FIG. 3 and FIG. 4) forming the second lens plate 110 is applied to the aperture 1 16 c of the polarization separation section 103. After the incidence, the light enters the polarization separation film 1 15 e. Where the incident light is polarized It is further separated into transmitted light and reflected light. The reflected light is reflected again by the reflecting mirror 115f, passes through the polarization splitter 103, and is then arranged in a strip shape on the base glass 119 to change the polarization direction of the incident light by 90 degrees. It is incident on the set 1/2 plate 120. Here, the light whose polarization direction has been changed illuminates the illumination area 105 through the condenser lens 118.
  • the transmitted light passes through the polarization separation film 115 e and then enters the polarization converter 104.
  • the light beam passes through an area where the IZ 2 plate 120 is not formed, it is not particularly affected here, and illuminates the illumination area 105 through the condenser lens 118.
  • the polarized light illuminating device By configuring the polarized light illuminating device as described above, light having a random polarization direction emitted from the light source can be efficiently aligned in one polarization direction, and at the same time, uniform illumination can be performed by the integrator optical system. . In addition, the size of the apparatus can be realized with almost no increase in size.
  • the polarization separation unit 103 is an aggregate of prisms having the same length d in the system optical axis direction, a large number of large prism materials having a predetermined thickness h are laminated and then sliced obliquely with respect to the lamination direction. It can be manufactured at any time. Further, since the entire surface can be polished and coated at one time, cost increase can be minimized.
  • the aperture of the minute lens 111 of the second lens plate 110 can be formed according to the size of the light source image, the size of the second lens plate 110 can be minimized. Can be suppressed. For this reason, the parallelism of the light reaching the illumination region 105 can be increased (the illumination F number can be increased), and the range of application of various optical devices as an illumination device can be expanded.
  • the integrator optical system 102, the polarization splitter 103, the polarization converter 104, and the condenser lens 118 are separated from each other. Are placed, but between each There is no need to provide a gap.
  • the polarization conversion unit 104 has been described using the 1/2 plate 212, but this is not always necessary, and any means may be used as long as it can change the polarization direction of the incident light.
  • the polarization direction of the light once reflected and emitted by the polarization separation unit 103 (S-polarized light on the polarization separation surface) is changed. It can be configured to act on light emitted without being reflected by the polarization separating surface (P-polarized light on the polarization splitting surface) and not on light reflected and emitted by the polarization separating portion.
  • the condenser lens 118 is not necessarily a spherical lens, but may be configured by an aggregate of a Fresnel lens and a prism.
  • the width H of the minute lens arrays 117b and 117c is set to be approximately 117a: 117b: 117c with respect to the width H of the minute lens array 117a forming the array of the second lens plate 110. 2: l: l, but the present invention is not limited to this.
  • the distance d (see FIG. 4) between the two surfaces orthogonal to the system optical axis of the prism of the polarization splitting unit 103 is preferably substantially the same as the width H of one of the microlens arrays 117. More preferably, they match. By doing so, the light from the light source 106 is converted to polarized light without waste. be able to.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration example of a polarized light illumination device according to a second embodiment of the present invention.
  • the polarized light illuminating device 200 of the present embodiment includes a light source unit 101, an integrator optical system 201, a polarization separation unit 202, and a polarization conversion unit along the system optical axis 150.
  • the light emitted from the light source unit 101 passes through the integrator optical system 201, the polarization separation unit 202, and the polarization conversion unit 203. Leads to.
  • the integrator optical system 201 includes a first lens plate 108, a second lens plate 204, and a condenser lens 118.
  • the light source unit 101 includes a light source 106 and a reflector 107.
  • Light having a random polarization direction emitted from the light source 106 is reflected in one direction by the reflector 107 and enters the integrator optical system 201.
  • the shape of the reflective surface of the reflector 107 is parabolic, elliptical, spherical However, it can be used depending on the design of the optical system.
  • the first lens plate 108 is a composite lens body in which a plurality of minute rectangular lenses 109 as shown in FIG. 2 are arranged. Light incident on the first lens plate 108 is condensed by the individual rectangular lenses 109. The light source image formed by the rectangular lens 109 is set to be formed on the second lens plate 204.
  • FIG. 9 shows the appearance of the second lens plate 204.
  • the number of micro lenses 205 formed here is the same as the number of rectangular lenses 109 formed on the first lens plate 108.
  • Each micro lens 205 corresponds one-to-one with each rectangular lens 109.
  • Each rectangular lens 109 has its center of aperture and its center of curvature so that the light source image 112 by each rectangular lens 109 is formed in a plurality of rows on the second lens plate 204. It is designed staggered.
  • the micro lens 205 is disposed at a position where the light source image 112 is formed by the rectangular lens 109. Further, the opening area and the shape of the opening of the minute lens 205 are set in accordance with the size of the light source image 112.
  • the rows formed by the microlenses 205 are formed in a plurality of strips on the second lens plate 204 as shown in FIG.
  • the width of each row in the direction perpendicular to the longitudinal direction (the effective aperture width in the vertical direction of the microlens 205 in FIG. 9) H is not the same in all rows, and rows having different widths H are mixed as shown in the figure. ing.
  • FIG. 10 shows the arrangement of the polarization beam splitter 202 and the second lens plate 204.
  • the polarization separation section 202 is an aggregate of minute polarization beam splitters. Each polarization beam splitter (prism) is perpendicular to the polarization separation plane 206
  • the cross-sectional shape of the plane is a quadrangular prism having a parallelogram cross-sectional shape.
  • a polarization splitting surface is formed by sandwiching the polarization splitting film 206 on each of the junction surfaces of the prisms 2007 a, 2007 b, 2007 c, 2007 d, and 2007 e.
  • openings 209a and 209b face rows 209a and 209b of the microlenses 205 on the second lens plate 204, respectively. It is arranged as follows.
  • the polarization splitting surface 206 is provided obliquely with respect to the incident light (that is, the system optical axis).
  • the opening portions 208a and 208b of the prism are provided perpendicular to the incident light (that is, the system optical axis).
  • the distance h between two opposing surfaces parallel to the polarization splitting surface 206 of the prism h (in FIG. 10, the distance h between two opposing sides parallel to the parallelogram polarization separating surface 206 of the prism h ) Is not the same for all prisms.
  • the distance between the two opposing surfaces of the prisms 207a, 207b, and 207c is ha, and the distance between the opposing two surfaces of the prisms 207d and 207e is hb.
  • the distance d between two opposing surfaces perpendicular to the system optical axis of each prism is the same for all prisms.
  • the width (length in the vertical direction in FIG. 10) of the openings 208 a and 208 b is equal to the width H of the row of the opposing microlenses 205 on the second lens plate 204.
  • the thickness of the prism is determined so that
  • the light emitted from the micro lens array 209 a (FIG. 9 and FIG. 10) forming the array of the second lens plate 204 is incident on the aperture 208 a of the polarization separation section 202.
  • the light enters the polarization separation film 210a.
  • the incident light is separated into transmitted light and reflected light depending on the polarization direction.
  • the transmitted light passes through the polarization separation section 202 and then enters the polarization conversion section 203.
  • the light beam since the light beam passes through the region where the Z 2 plate 2 12 is not formed, the light beam illuminates the illumination region 105 via the condenser lens 118 without any particular action.
  • the reflected light is reflected again by the polarization separation film 210b arranged in parallel with the polarization separation film 210a. I'm sick.
  • the reflected light passes through the polarization separation section 202 and is then arranged in a strip shape on the base glass 211 so that the polarization direction of the incident light is changed by 90 degrees; Incident.
  • the light whose polarization direction has been changed illuminates the illumination area 105 through the condenser lens 118.
  • the light emitted from the micro lens array 209b (FIG. 9, FIG. 10) forming the array of the second lens plate 204 is transmitted to the aperture 208b of the polarization separation section 202. After the incidence, the light enters the polarization separation film 210c. Here, the incident light is separated into transmitted light and reflected light depending on the polarization direction. The transmitted light passes through the polarization separation section 202 in the same manner as described above, and then enters the polarization conversion section 203. At this time, since the light beam passes through a region where the Z 2 plate 2 12 is not formed, the light beam illuminates the illumination region 105 via the condenser lens 118 without any particular action.
  • the reflected light is reflected by the polarization separation films 210d arranged in parallel with the polarization separation films 210c, and then reflected again by the polarization separation films 210c and 210d, / 2 plate 2 1 2
  • the light whose polarization direction has been changed illuminates the illumination area 105 through the condenser lens 118.
  • the polarized light illuminator By configuring the polarized light illuminator as described above, it is possible to efficiently align light with random polarization directions emitted from the light source 106 into one polarization direction, and at the same time, achieve uniform illumination with the integrator optical system. Becomes possible. However, the size of the device can be realized with almost no increase in size.
  • the polarization separation unit 202 is an assembly of prisms having the same length d in the system optical axis direction, a large number of large prism materials having a predetermined thickness h are laminated and then sliced obliquely to the lamination direction. It can be manufactured at any time. Further, since the entire surface can be polished and coated at one time, cost increase can be minimized.
  • the aperture of the minute lens 205 of the second lens plate 204 can be formed according to the size of the light source image, the size of the second lens plate 204 can be reduced. Can be minimized. For this reason, the parallelism of light reaching the illumination area 105 can be increased (the illumination F number can be increased), and the range of application of various optical devices as an illumination device can be expanded.
  • the integrator optical system 201, the polarization separation unit 202, the polarization conversion unit 203, and the condenser lens 118 are separately arranged. There is no need to provide an interval between them, and they can be configured as a single unit.
  • the polarization conversion unit 203 has been described using the IZ2 plate 212, but this is not always necessary, and any means may be used as long as the polarization direction of incident light can be changed.
  • the polarization direction of the light once reflected and emitted by the polarization separation unit 202 (S-polarized light on the polarization separation surface) is changed. It can be configured to act on light emitted without being reflected by the polarization separating surface (P-polarized light on the polarization splitting surface) and not on light reflected and emitted by the polarization separating portion.
  • the thick prisms 207a, 207b, and 207c are laminated with n thin prisms 207d and 207e forming materials (photorefractive materials), the material to be used can be obtained. Since it is possible to use only one kind of thickness, it is advantageous in processing and cost reduction is possible. At this time, the joint surface is Needless to say, it is necessary to provide a joint surface that does not give a mechanical effect.
  • the condensing lens 118 is not necessarily a spherical lens, but may be constituted by an assembly of Fresnel lenses and prisms.
  • the surface 210b is a polarization separation surface, but this may be a reflection mirror alone.
  • FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration example of a third embodiment of the polarized light illuminating device of the present invention.
  • the polarized light illumination device 300 of the present embodiment includes a light source unit 101, an integrator optical system 201, a polarization separation unit 301, and a polarization conversion unit 200 along the system optical axis 150.
  • the light emitted from the light source unit 101 passes through the integrator optical system 201, the polarization separation unit 301, and the polarization conversion unit 203, and reaches the rectangular illumination area 105.
  • the integrator optical system 201 includes a first lens plate 108, a second lens plate 204, and a condenser lens 118.
  • the light source unit 101 includes a light source 106 and a reflector 107.
  • Light having a random polarization direction emitted from the light source 106 is reflected in one direction by the reflector 107 and is incident on the integrator optical system 201.
  • the shape of the reflecting surface of the reflector 107 may be parabolic, elliptical, or spherical depending on the design of the optical system.
  • the first lens plate 108 is a composite lens body in which a plurality of minute rectangular lenses 109 as shown in FIG. 2 are arranged. Light incident on the first lens plate 108 is condensed by the individual rectangular lenses 109. The light source image formed by the rectangular lens 109 is set to be formed on the second lens plate 204. FIG. 9 shows the appearance of the second lens plate 204.
  • the number of the minute lenses 205 formed here is the same as the number of the rectangular lenses 109 formed on the first lens plate 108. Each micro lens 205 corresponds to each rectangular lens 109 one-to-one.
  • Each rectangular lens 109 is designed so that its opening center and curvature center are shifted so that the light source images 112 by each rectangular lens 109 are formed in a plurality of rows on the second lens plate 204. ing.
  • the minute lens 205 is arranged at a position where the light source image 112 is formed by the rectangular lens 109. Further, the opening area and the shape of the opening of the minute lens 205 are set in accordance with the size of the light source image 112.
  • the rows formed by the micro lenses 205 are formed in a plurality of strips on the second lens plate 204 as shown in FIG.
  • the width of each row in the direction perpendicular to the longitudinal direction (the effective aperture width in the vertical direction of the micro lens 205 in FIG. 9) H is not the same in all rows, and rows having different widths H are mixed as shown in the figure. .
  • FIG. 12 shows an arrangement diagram of the polarization separation unit 301 and the second lens plate 204.
  • the polarization separation unit 301 is an aggregate of minute polarization beam splitters having the same shape.
  • the polarizing beam splitter (prism) is a rectangular prism having a parallelogram cross-sectional shape in a plane perpendicular to the polarization splitting surface 302.
  • Each of the joining surfaces of the prisms 303a, 303b, 303c, 303d, 303e, 303f, and 303g has a polarization splitting surface with a polarization splitting film 302 interposed therebetween.
  • These prisms are arranged such that the openings 304a and 304b, 304c face the rows 209a, 209b of the minute lenses 205 on the second lens plate 204.
  • openings 304a, 30 The widths of 4b and 304c (length in the vertical direction in FIG. 12) match the width H of the microlens array 209b having the smallest width H on the second lens plate 204. As such, the thickness of the prism is determined.
  • the polarization separation plane 302 is provided obliquely with respect to the incident light (that is, the system optical axis).
  • the apertures 304a, 304b, 304c of the prism are provided perpendicular to the incident light (that is, the system optical axis).
  • the light emitted from the microlens array 209a forming the array on the second lens plate 204 enters the polarization separation unit 301. Since the width H of the microlens array 209a is approximately twice the width of the prism apertures 304a, 304b, 304c, it is emitted from the microlens array 209a. The split light enters the opening 304 a and the opening 304 b and enters.
  • the lower half light emitted from the microlens array 209a enters the aperture 304a and then enters the polarization separation film 306a.
  • the incident light is separated into transmitted light and reflected light depending on the polarization direction.
  • the transmitted light passes through the polarization separation section 301 and then enters the polarization conversion section 203.
  • the light beam passes through the area where the 1/2 plate 2 12 is not formed, it illuminates the illumination area 105 via the condenser lens 118 without any particular action.
  • the reflected light is reflected again by the polarization separation films 300 b arranged in parallel with the polarization separation films 306 a and then reflected again by the polarization separation films 306 a and 306 b.
  • the polarizing beam splitter 301 After passing through the polarizing beam splitter 301, it is incident on a ⁇ ⁇ 2 plate 2 12 arranged in a strip shape on the base glass 2 11 1 and set to change the polarization direction of the incident light by 90 degrees. .
  • the light whose polarization direction has been changed illuminates the illumination area 105 through the condenser lens 118.
  • the upper half of the light emitted from the microlens array 209a enters the opening 304b, and is separated into transmitted light and reflected light by the polarization separating film 306b depending on the polarization direction.
  • the transmitted light passes through the polarization separation section 301 and changes polarization.
  • the switching section 203 To the switching section 203.
  • the light beam since the light beam passes through a region where the ⁇ / 2 plate 2 12 is not formed, the light beam illuminates the illumination region 105 via the condenser lens 118 without any particular action.
  • the reflected light is reflected again by the polarization separation film 300 c arranged in parallel with the polarization separation film 306 b and then reflected again by the polarization separation film 306 b.
  • the light After passing through the polarization separation section 301, the light is incident on a 1/2 plate 2122 arranged in a strip shape on the base glass 211 and set so as to change the polarization direction of the incident light by 90 degrees.
  • the light whose polarization direction has been converted here illuminates the illumination area 105 through the condenser lens 118.
  • the light emitted from the microlens array 209b on the second lens plate 204 enters the polarization separation section 301.
  • the width H of the microlens array 2 09 b is almost the same as the width of the prism openings 304 a, 304 b, and 304 c. 4 All incident on c.
  • the light emitted from the microlens array 209b enters the opening 304c and then enters the polarization separation film 306d.
  • the incident light is separated into transmitted light and reflected light depending on the polarization direction.
  • the transmitted light passes through the polarization separation section 301 and then enters the polarization conversion section 203. At this time, since the light beam passes through the region where the ⁇ / 2 plate 2 12 is not formed, the light beam illuminates the illumination region 105 via the condenser lens 118 without any particular action.
  • the reflected light is reflected again by the polarization separation film 300 e arranged in parallel with the polarization separation film 306 d, and then reflected again by the polarization separation films 306 d and 306 e to separate the polarized light.
  • the light After passing through the part 301, the light is incident on a Z2 plate 211 arranged in a strip shape on the base glass 211 and set so as to change the polarization direction of the incident light by 90 degrees.
  • the light whose polarization direction has been changed illuminates the illumination area 105 through the condenser lens 118.
  • the polarized light illumination device By constructing the polarized light illumination device as described above, light is emitted from the light source 106 Light with a random polarization direction can be efficiently aligned in one polarization direction, and at the same time, uniform illumination can be achieved with the integrator optical system 201. In addition, the size of the apparatus can be realized with almost no increase in size. Since the polarization splitters 301 are all aggregates of the same prism, they can be mass-produced by laminating a plurality of large prism materials having a predetermined thickness h and then slicing them obliquely in the laminating direction. Further, since the entire surface can be polished and coated at one time, cost increase can be minimized.
  • the aperture of the minute lens 205 of the second lens plate 204 can be formed according to the size of the light source image, the size of the second lens plate 204 can be minimized. Can be suppressed. For this reason, the parallelism of the light reaching the illumination region 105 can be increased (the illumination F number can be increased), and the range of application of various optical devices as an illumination device can be expanded.
  • the integrator optical system 201, the polarization separation unit 301, the polarization conversion unit 203, and the condenser lens 118 are respectively provided. Although they are arranged separately, there is no need to provide an interval between them, and they can be integrated.
  • the polarization conversion section 203 was described using the ⁇ / 2 plate 212, but this is not necessarily required, and any means may be used as long as it can change the polarization direction of the incident light.
  • the polarization direction of the light once reflected and emitted by the polarization separation unit 301 (S-polarized light on the polarization separation surface) is changed in order to align the polarization directions. It is also possible to adopt a configuration that acts on light emitted without being reflected by the polarization splitting section ( ⁇ polarized light on the polarization splitting surface) and does not act on light reflected and emitted by the polarization splitting section. Further, the light reflected and emitted by the polarization splitting section and the light emitted without being reflected are each given a different action so that both polarization directions are aligned. That's a monkey.
  • the parallelogram prisms constituting the polarization separation section 301 are all of the same shape, cost reduction can be realized in terms of materials and processing.
  • the condensing lens 118 is not necessarily a spherical lens as in the above-described embodiment, but may be a Fresnel lens or an aggregate of prisms.
  • the parallel lens forming the polarization beam splitter is used.
  • the quadrangular prism has a width H of the effective aperture of the narrowest lens row (here, 209 b) among the rows of micro lenses 205 on the second lens plate 204.
  • the size is set so that the widths of the apertures 304a, 304b, and 304c of the prism match. However, the width of the openings 304a, 304b, 304c does not need to be equal to the width H of the microlens array.
  • the width H may be a value obtained by dividing the width H by a natural number n. It can be similarly configured. This is because even if the light emitted from the microlens array 209a on the second lens plate 204 in the above description is split into two and enters the two prisms, there is no problem in the polarization separation unit. This is apparent from the fact that the light was polarized and separated.
  • the width H of the lens array formed by the microlenses 205 on the second lens plate 204 is approximately equal to and approximately twice as large as the opening of the polarizing beam splitter. It was from.
  • the present invention is not limited to this, and as shown in Fig.
  • the surface 306 c is a polarization splitting surface, but this may be one surface of a reflection mirror. (Embodiment 4)
  • FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration example of a polarized light illumination device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the polarized light illumination device 400 according to the present embodiment has a system optical axis 15
  • a light source section 101 an integrator optical system 201, a polarization separation section 401, and a polarization conversion section 203 are provided, and the light emitted from the light source section 101 is integrated.
  • the light reaches the rectangular illumination area 105 through the Greater optical system 201, the polarization separation unit 401, and the polarization conversion unit 203.
  • Reference numeral 201 denotes a first lens plate 108, a second lens plate 204, and a condenser lens 118.
  • the light source unit 101 includes a light source 106 and a reflector 107. Light having a random polarization direction emitted from the light source 106 is reflected in one direction by the reflector 107 and enters the integrator optical system 201.
  • the shape of the reflecting surface of the reflector 107 may be parabolic, elliptical, or spherical depending on the design of the optical system.
  • the first lens plate 108 is a composite lens body in which a plurality of minute rectangular lenses 109 as shown in FIG. 2 are arranged. Light incident on the first lens plate 108 is condensed by the individual rectangular lenses 109. The light source image formed by the rectangular lens 109 is set to be formed on the second lens plate 204.
  • FIG. 9 shows the appearance of the second lens plate 204.
  • the number of micro lenses 205 formed here is the same as the number of rectangular lenses 109 formed on the first lens plate 108.
  • Each micro lens 205 corresponds one-to-one with each rectangular lens 109.
  • the light source image 1 1 2 by each rectangular lens 109 is
  • Each rectangular lens 109 is designed so that its opening center and curvature center are shifted from each other so as to be formed in a plurality of rows on the lens plate 204.
  • the micro lens 205 is disposed at a position where the light source image 112 is formed by the rectangular lens 109. Further, the opening area and the shape of the opening of the minute lens 205 are set in accordance with the size of the light source image 112.
  • the rows formed by the micro lenses 205 are formed in a plurality of strips on the second lens plate 204 as shown in FIG.
  • the width of each row in the direction perpendicular to the longitudinal direction (the effective aperture width of the microlens 205 in the vertical direction in FIG. 9) H is not the same in all the rows.
  • the micro lens array 209 b and the micro lens array 209 c having the small width H are formed adjacent to each other as shown in the figure, and form a group of micro lenses as a whole.
  • the width H of the microlens group in the direction perpendicular to the longitudinal direction (the total opening width in the vertical direction of the microlens group in FIG. 9) H is formed to be substantially the same as the width H of the microlens array 209a.
  • the microlenses 205 on the second lens plate 204 of the present embodiment are arranged so as to form a plurality of rows or groups, and furthermore, are arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the rows or groups.
  • the widths are all formed to be substantially the same.
  • FIG. 15 shows an arrangement diagram of the polarization separation section 401 and the second lens plate 204.
  • the polarization separation section 401 is an aggregate of minute polarization beam splitters having the same shape.
  • the polarizing beam splitter (prism) is a rectangular prism having a parallelogram cross-sectional shape in a plane perpendicular to the polarization splitting plane 402.
  • Each of the joining surfaces of the prisms 403a, 403b, 403c, 403d is provided with a polarization separation surface with the polarization separation film 402 interposed therebetween.
  • These prisms are
  • the apertures 404a, 404b face the rows or groups 209a, 209b, 209c formed by the microlenses 205 on the second lens plate 204. It is arranged to be.
  • the width of the openings 404 a and 404 b (the length in the vertical direction in FIG. 15) is the smallest lens row 200 having the largest width H on the second lens plate 204.
  • the thickness of the prism is determined to match the width H of 9a.
  • the polarization splitting surface 402 is provided obliquely with respect to the incident light (that is, the system optical axis).
  • the openings 404a and 404b of the prism are provided perpendicular to the incident light (that is, the system optical axis).
  • the light emitted from the microlens array 209a forming the array on the second lens plate 204 enters the aperture 404a of the polarization separation section 401.
  • the incident light is separated into transmitted light and reflected light by the polarization separation film 210a according to the polarization direction.
  • the transmitted light passes through the polarization separation section 401 and then enters the polarization conversion section 203.
  • the illumination area 105 is illuminated via the condenser lens 118 without any particular action.
  • the reflected light is reflected again by the polarization separation film 210b arranged in parallel with the polarization separation film 210a, and after passing through the polarization separation part 401, is strip-shaped on the base glass 211. And is set to convert the polarization direction of the incident light by 90 degrees; Here, the light whose polarization direction has been changed illuminates the illumination area 105 through the condenser lens 118.
  • the light enters a position shifted downward from the center of 04 b.
  • the incident light is separated by the polarization separation film 210c into transmitted light and reflected light depending on the polarization direction.
  • the transmitted light passes through the polarization separation unit 401 in the same manner as described above, and then enters the polarization conversion unit 203.
  • the light beam is shaped as ⁇ ⁇ 2 plate 2 1 2 Since the light passes through an area that is not formed, the illumination area 105 is illuminated via the condenser lens 118 without any particular effect.
  • the reflected light is reflected by the polarization separation film 210d arranged in parallel with the polarization separation film 210c, and then enters the ⁇ 2 plate 211.
  • the light whose polarization direction has been changed illuminates the illumination area 105 through the condenser lens 118.
  • the light emitted from the microlens array 209c that forms a part of the microlens group on the second lens plate 204 is incident on a position shifted upward from the center of 404b (a position different from the position where the light from the minute lens array 209b is incident).
  • the incident light is separated by the polarization separation film 210c into transmitted light and reflected light depending on the polarization direction.
  • the transmitted light exits the polarization separation section 401 in the same manner as described above, and then enters the polarization conversion section 203.
  • the illumination area 105 is illuminated through the condenser lens 118 without any particular action.
  • the reflected light is reflected by the polarization separation film 210d arranged in parallel with the polarization separation film 210c, and then enters the ⁇ 2 plate 212.
  • the light whose polarization direction has been changed illuminates the illumination area 105 through the condenser lens 118.
  • the polarized light illuminating device By configuring the polarized light illuminating device as described above, light having a random polarization direction emitted from the light source 106 can be efficiently aligned in one polarization direction, and at the same time, the integrator optical system 201 And uniform illumination becomes possible.
  • the size of the apparatus can be realized with almost no increase in size. Since the polarization splitting sections 401 are all an aggregate of the same prism, a large number of large prism materials having a predetermined thickness h can be laminated and then sliced obliquely to the laminating direction to produce a large amount. Further, since the entire surface can be polished and coated at one time, cost increase can be minimized.
  • the aperture of the minute lens 205 of the second lens plate 204 can be formed according to the size of the light source image, the size of the second lens plate 204 can be minimized. Can be suppressed. For this reason, the parallelism of the light reaching the illumination region 105 can be increased (the illumination F number can be increased), and the range of application of various optical devices as an illumination device can be expanded.
  • the integrator optical system 201, the polarization separation unit 401, the polarization conversion unit 203, and the condenser lens 118 are respectively provided. Although they are arranged separately, there is no need to provide an interval between them, and they can be integrated.
  • the polarization conversion section 203 was described using the IZ2 plate 211, but this is not necessarily required, and any means may be used as long as it can change the polarization direction of the incident light. Further, in the above embodiment, in order to align the polarization directions, the polarization direction of the light once reflected and emitted by the polarization separation unit 401 (S-polarized light on the polarization separation surface) is changed. It is also possible to adopt a configuration that acts on light emitted without being reflected by the polarization splitting section (P-polarized light on the polarization splitting surface) and does not act on light reflected and emitted by the polarization splitting section. Furthermore, it is also possible to adopt a configuration in which light reflected and emitted by the polarization splitting section and light emitted without being reflected are subjected to different actions to align the polarization directions of both.
  • the parallelogram prisms constituting the polarization splitting section 401 are all of the same shape, cost reduction can be realized in terms of materials and processing.
  • the condenser lens 118 is not necessarily a spherical lens as in the above-described embodiment, but may be constituted by an assembly of Fresnel lenses and prisms.
  • the micro lens array 209 b and the micro lens array 209 c Were formed adjacent to each other to form a microlens group.
  • the width of the micro lens group is set to be equal to the width H of the micro lens array 209a.
  • the micro lens group does not need to have a configuration that can be clearly distinguished into a plurality of micro lens rows as shown in FIG.
  • a micro lens group 209 d as shown in FIG. 16A or a micro lens group as shown in FIG. 209e may be formed.
  • the width H of the microlens groups 209d and 209e in the vertical direction on the paper surface is formed to be the same as the width H of another microlens array or microlens group (for example, the microlens array 209a).
  • the second lens plate 204 shown in FIG. 16C can be used instead of the second lens plate 204 shown in FIG.
  • the microlenses 205 of the second lens plate 204 are arranged to form six microlens rows (or groups) 230a, 230b, 230c, 230d, 230e, 230f. .
  • the effective aperture widths H of these microlens arrays (or groups) in the upper and lower directions on the paper are all the same. Note that, in FIG. 16C, the light source image by the first lens plate is omitted to simplify the drawing. As shown in FIG.
  • microlens rows or microlens groups on the plate must match the number of rectangular lenses arrayed on the first lens plate (for example, seven rows in Fig. 2) There is no.
  • FIGS. 16 (A), (B) and (C) conceptually show the arrangement of the microlenses 205.
  • the number of microlenses depends on the number of rectangular lenses in the first lens plate. Needless to say, they need to be matched.
  • the surfaces 210b and 210d are polarization separation surfaces. However, these surfaces may be one surface of a reflection mirror.
  • the optical axis 101a of the light source unit 101 and the first lens plate 108 constitute a polarization separation unit with respect to the system optical axis 150. It is desirable that the prism be placed at a position shifted by about half of the distance d between two surfaces orthogonal to the system optical axis of the prism. By doing so, light from the light source 106 can be converted to polarized light without waste. At this time, if the above-mentioned shift amount with respect to the system optical axis 150 cannot be ensured due to spatial restrictions or the like, the axis of the rectangular lens 109 on the first lens plate 110 is shifted by shifting the axis. Can compensate for the amount of shift, etc.
  • FIG. 17 shows an example in which the device of the first embodiment is applied to a projection type image display device.
  • the projection-type image display device 500 shown in FIG. 17 has a light source 101 that emits randomly polarized light in one direction.
  • the random polarized light emitted from the light source 101 is The light is separated into two kinds of polarized light by the integrator optical system 102 and the polarization separation unit 103, and one of the separated polarized lights is polarized by the polarization conversion unit 104; The direction is changed so that it is aligned with one polarization direction.
  • red light is transmitted through the red transmission dichroic mirror 501, and blue and green light are reflected.
  • the red light is reflected by the reflection mirror 502, and the first liquid crystal light valve 500 Reach three.
  • the green light is reflected by the green reflecting dike port 504, and reaches the second liquid crystal light valve 505.
  • the reflecting mirror 507 and the reflecting mirror are formed into a relay lens system including the entrance lens 506, the relay lens 508, and the exit lens 510.
  • the light is supplied to the third liquid crystal light valve 511 by the light guiding means 512 constituted by adding 509.
  • the first, second, and third liquid crystal light valves 503, 505, and 511 modulate color light, respectively.
  • the color light modulated according to the video signal corresponding to each color enters the dichroic prism 5 13 (color combining device).
  • the dichroic prism 5 13 has a red-reflecting dielectric multilayer film and a blue-reflecting dielectric multilayer film crossed in a cross shape, and synthesizes respective modulated light beams.
  • the luminous flux synthesized here passes through a projection lens 514 (projection optical system) to form an image on a screen 515 not shown.
  • the projection type image display device 500 configured as described above, a type of liquid crystal panel that modulates one type of polarized light is used. Therefore, when the conventional random polarized light is guided to this type of liquid crystal light valve, half of the randomly polarized light is absorbed by the polarizer and converted into heat, so that the light utilization factor is low and the polarizer is low. There was a problem that a large and noisy cooling device was needed to suppress the heat generation of the air conditioner. However, the projection-type image display device 500 of this example uses the polarized light illuminating device of the first embodiment that can supply polarized light having a uniform polarization direction, so that such a problem can be largely solved.
  • the minute lens 111 of the second lens plate 110 is approximately optimized for the light source image 112 on the second lens plate 110, and its aperture area and shape are Can be minimized, so that the apparent area of the second lens plate viewed through the polarization conversion section can be made small.
  • the F-number of the projection lens is from the apparent size of the second lens plate to the LCD panel to the second lens plate. If the apparent size of the second lens plate can be reduced, the F-number will be reduced, that is, there is no need to brighten the projection lens.
  • the projection lens 5 14 is a projection lens used in a conventional apparatus that does not perform polarization conversion or a lens close to the projection lens, it is possible to sufficiently realize high brightness of a projected image. I can do it. This is advantageous for improving the image quality, especially when the light valve uses liquid crystal, which causes a decrease in contrast when the incident angle is wide.
  • the light transmitted through the first, second, and third liquid crystal light valves 503, 505, and 511 emits one light in the dichroic prism 513, which is a color synthesizing device.
  • the light was guided on an axis and enlarged and projected by a single projection lens 514, which is a projection optical system.
  • the present invention is not particularly limited to this.
  • a projection lens for each color light so that the output light of the first, second, and third liquid crystal light valves 503, 505, and 511 for each color light can be enlarged and projected without using a color synthesis device. May be provided.
  • the light valve is a transmissive liquid crystal.
  • the present invention is not limited to this, and it is obvious that the same effect can be obtained if polarized light is applied.
  • FIG. 18 shows another example in which the device of the first embodiment is applied to a projection-type image display device.
  • the projection-type image display device 600 shown in FIG. 18 has a light source unit 101 that emits randomly polarized light in one direction, and the random polarized light emitted from the light source unit 101 is The polarized light is separated into two kinds of polarized light by the integrator optical system 102 and the polarization separation unit 103, and one of the separated polarized lights is polarized by the polarization conversion unit 104; The direction is changed so that it is aligned with one polarization direction.
  • the light beam emitted from such a polarized light illuminating device 100 enters the liquid crystal light valve 600.
  • the liquid crystal light valve 601 has a number of pixels 602a, 602b, 602c that can be driven independently according to an input signal for each color light.
  • a color filter 603 a, 603 b, 603 c that transmits only the color light corresponding to the drive signal is provided.
  • the liquid crystal light valve 600 modulates by changing the polarization direction of incident light, as in the case of the fifth embodiment.
  • the incident side of the liquid crystal light valve 6001 is provided with an incident side polarizer 604 that transmits only light of an arbitrary polarization direction, and the light exiting side of the light transmitted through the liquid crystal light valve 61 is provided.
  • An emission-side polarizing plate 605 is provided to transmit light in a polarization direction from a pixel to be projected on a screen and to shield light in a polarization direction perpendicular to the polarization direction.
  • the light transmitted therethrough passes through a projection lens 606 (projection optical system) to form an image on a screen 515 (not shown).
  • the projection-type image display device 600 of this example uses the polarized light illuminating device of the first embodiment, which can supply polarized light having a uniform polarization direction, so that such a problem can be largely solved.
  • the minute lens 111 of the second lens plate 110 is approximately optimized to the light source image 112 on the second lens plate 110 to minimize its aperture area and shape.
  • the apparent area of the second lens plate viewed through the polarization converter can be reduced.
  • the F-number of the projection lens is determined by the apparent size of the second lens plate and the distance from the liquid crystal panel to the second lens plate, and the apparent size of the second lens plate can be reduced. If this is the case, there is no need to make the F-number smaller, that is, make the projection lens brighter.
  • the projection lens 606 is a projection lens used in a conventional apparatus that does not perform polarization conversion or a lens close to the projection lens, it is possible to sufficiently realize high brightness of a projection image. Can be done. This is advantageous for improving the image quality, especially when the light valve is a liquid crystal application that causes a decrease in contrast when the incident angle is wide.
  • the color is determined by the color filters 603 a, 603 b, and 603 c, but as shown in FIG. 19, the dichroic mirrors 607, 608, and By performing color separation with a reflection mirror 609 and providing one microlens 610 for every three pixels, it can be applied to a single-panel projection image display device without using a color filter. Needless to say.
  • FIG. 19 members having the same functions as those in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.
  • FIG. 20 shows an example in which the device of the second embodiment is applied to a projection type image display device.
  • the projection-type image display device 700 shown in FIG. 20 has a light source unit 101 that emits randomly polarized light in one direction, and the random polarized light emitted from the light source unit 101 is The polarized light is separated into two types of polarized light by the integrator optical system 201 and the polarization separating unit 202, and one of the separated polarized lights is polarized by the IZ 2 plate 2 12 of the polarization converting unit 203. Is converted and aligned in one polarization direction.
  • red light is transmitted through a red transmission dichroic mirror 501, and blue and green light are reflected.
  • the red light is reflected by the reflection mirror 502, and the first liquid crystal light valve 50 Reach three.
  • the green light is reflected by the green reflecting dike port mirror 504 and reaches the second liquid crystal light valve 505.
  • the reflecting mirror 507 is reflected by the relay lens system consisting of the entrance lens 506, the relay lens 508, and the exit lens 510.
  • the light is guided to the third liquid crystal light valve 511 by the light guiding means 512 configured by adding a mirror 5109.
  • the first, second, and third liquid crystal light valves 503, 505, and 511 modulate color light, respectively.
  • the color light modulated according to the video signal corresponding to each color enters the dichroic prism 5 13 (color combining device).
  • the dichroic prism 5 13 has a red-reflecting dielectric multilayer film and a blue-reflecting dielectric multilayer film crossed in a cross shape, and synthesizes respective modulated light beams.
  • the luminous flux synthesized here passes through a projection lens 514 (projection optical system) to form an image on a screen 515 not shown.
  • the projection type image display device 700 configured as described above, a type of liquid crystal panel that modulates one type of polarized light is used. Therefore, when the conventional random polarized light is guided to this type of liquid crystal light valve, half of the randomly polarized light is absorbed by the polarizer and converted into heat, so that the light utilization factor is low and the polarizer is low. There was a problem that a large and noisy cooling device was needed to suppress the heat generation of the air conditioner.
  • the projection-type image display device 700 of the present example uses the polarized light illuminating device of the second embodiment, which can supply polarized light having a uniform polarization direction, so that such a problem can be largely solved.
  • the minute lens 205 of the second lens plate 204 is approximately optimized for the light source image 112 on the second lens plate 204, and its aperture area and shape are Can be minimized, so that the apparent area of the second lens plate viewed through the polarization conversion section can be made small.
  • the F-number of the projection lens is from the apparent size of the second lens plate to the LCD panel to the second lens plate. If the apparent size of the second lens plate can be reduced, the F-number will be reduced, that is, there is no need to brighten the projection lens.
  • the projection lens 5 14 is a projection lens used in a conventional apparatus that does not perform polarization conversion or a lens close to the projection lens, it is possible to sufficiently realize high brightness of a projected image. I can do it. This is advantageous for improving the image quality, especially when the light valve uses liquid crystal, which causes a decrease in contrast when the incident angle is wide.
  • the light transmitted through the first, second, and third liquid crystal light valves 503, 505, and 511 is a dichroic prism that is a color synthesizing device.
  • the light was guided on one optical axis by 5 13 and enlarged and projected by one projection lens 5 14 which is a projection optical system.
  • the present invention is not particularly limited to this.
  • a projection lens is provided for each color light so that the light emitted from the first, second, and third liquid crystal light valves 503, 505, and 511 for each color light can be enlarged and projected without using a color synthesis device. It is also possible to adopt a configuration provided.
  • the light valve is a transmissive liquid crystal.
  • the present invention is not limited to this, and it is obvious that the same effect can be obtained if polarized light is applied.
  • a light valve is provided for each color light using a color separation optical system as shown in FIG.
  • a single-plate type FIGS. 18 and 19
  • Embodiment 6 for performing color display with one light valve can also be used.
  • FIG. 21 shows an example in which the device of the third embodiment is applied to a projection type image display device.
  • the projection type image display device 800 shown in FIG. 21 has a light source unit 101 that emits randomly polarized light in one direction, and the random polarized light emitted from the light source unit 101 is The light is separated into two types of polarized light by the integrator optical system 201 and the polarization separation unit 301, and one of the separated polarized lights is polarized by the polarization conversion unit 203; The direction is changed so that it is aligned with one polarization direction.
  • red light is transmitted through the red transmission dichroic mirror 501, and blue and green light are reflected.
  • the red light is reflected by the reflection mirror 502, and the first liquid crystal light valve 50
  • the green light is reflected by the green reflecting dike port mirror 504 and reaches the second liquid crystal light valve 505.
  • the relay lens system consisting of the entrance lens 506, the relay lens 508, and the exit lens 510.
  • the light is guided to the third liquid crystal light valve 511 by the light guide means 512 configured by adding a mirror 509.o
  • the first, second, and third liquid crystal light valves 503, 505, 5 1 and 1 respectively modulate the color light.
  • the color light modulated according to the video signal corresponding to each color enters the dichroic prism 5 13 (color combining device).
  • the dichroic prism 5 13 has a red-reflecting dielectric multilayer film and a blue-reflecting dielectric multilayer film crossed in a cross shape, and synthesizes respective modulated light beams.
  • the luminous flux synthesized here passes through a projection lens 514 (projection optical system) to form an image on a screen 515 not shown.
  • the projection type image display device 800 configured as described above, a type of liquid crystal panel that modulates one type of polarized light is used. Therefore, when a conventional random polarized light is guided to this type of liquid crystal light valve, a random polarized light is generated. The problem is that half of the light is absorbed by the polarizer and converted into heat, which results in low light utilization, and a large and noisy cooling device is required to suppress the heat generated by the polarizer. There was. However, since the projection type image display device 800 of this example uses the polarized light illuminating device of the third embodiment which can supply polarized light having a uniform polarization direction, such a problem can be largely solved.
  • the minute lens 205 of the second lens plate 204 is approximately optimized for the light source image 112 on the second lens plate 204, and its aperture area and shape are Can be minimized, so that the apparent area of the second lens plate viewed through the polarization conversion section can be made small.
  • the F-number of the projection lens is determined by the apparent size of the second lens plate and the distance from the LCD panel to the second lens plate. If the apparent size of the second lens plate can be reduced, the F-number will be reduced. That is, it is not necessary to brighten the projection lens.
  • the projection lens 5 14 is combined with a projection lens used in a conventional apparatus that does not perform polarization conversion or a lens close to the projection lens, it is possible to sufficiently realize high brightness of a projected image. You can do it. This is advantageous for improving the image quality, especially when the light valve uses liquid crystal, which causes a decrease in contrast when the incident angle is wide.
  • the light transmitted through the first, second, and third liquid crystal light valves 503, 505, and 511 is a dichroic prism that is a color synthesizing device.
  • the light was guided on one optical axis by 5 13 and enlarged and projected by one projection lens 5 14 which is a projection optical system.
  • the present invention is not particularly limited to this.
  • a projection lens is provided for each color light so that the light emitted from the first, second, and third liquid crystal light valves 503, 505, and 511 for each color light can be enlarged and projected without using a color synthesis device. It is also possible to adopt a configuration provided.
  • the light valve is a transmissive liquid crystal.
  • a light valve is provided for each color light using a color separation optical system as shown in FIG.
  • the single-plate type shown in Embodiment 6 in which a single light valve performs color display can also be used.
  • FIG. 22 shows an example in which the device of the fourth embodiment is applied to a projection type image display device.
  • the projection-type image display device 900 shown in FIG. 22 has a light source 101 that emits randomly polarized light in one direction, and the random polarized light emitted from the light source 101 is The light is separated into two types of polarized light by the integrator optical system 201 and the polarization separating unit 401, and one of the separated polarized lights is polarized by the polarization conversion unit 203; the IZ2 plate 211. The direction is changed so that it is aligned with one polarization direction.
  • red light is transmitted through a red transmission dichroic mirror 501, and blue and green light are reflected.
  • the red light is reflected by the reflection mirror 502, and the first liquid crystal light valve 50
  • the green light is reflected by the green reflecting dike port mirror 504 and reaches the second liquid crystal light valve 505.
  • the reflecting mirror 507 is reflected by the relay lens system consisting of the entrance lens 506, the relay lens 508, and the exit lens 510.
  • the light is guided to the third liquid crystal light valve 511 by the light guiding means 512 configured by adding the mirror 509. o
  • the first, second, and third liquid crystal light valves 503, 505, and 511 respectively modulate color light.
  • the color light modulated according to the video signal corresponding to each color enters the dichroic prism 5 13 (color combining device).
  • the dichroic prism 5 13 has a red-reflecting dielectric multilayer film and a blue-reflecting dielectric multilayer film crossed in a cross shape, and synthesizes respective modulated light beams.
  • the luminous flux synthesized here passes through a projection lens 514 (projection optical system) to form an image on a screen 515 not shown.
  • the projection-type image display device 900 thus configured uses a liquid crystal panel that modulates one type of polarized light. Therefore, when a conventional random polarized light is guided to this type of liquid crystal light valve, half of the randomly polarized light is absorbed by the polarizer and converted into heat, so that the light utilization is low and the polarizer is low. There was a problem that a large and noisy cooling device was needed to suppress the heat generation of the air conditioner.
  • the projection-type image display device 900 of this example uses the polarized light illuminating device according to the fourth embodiment, which can supply polarized light having a uniform polarization direction, so that such a problem can be largely solved.
  • the minute lens 205 of the second lens plate 204 is approximately optimized for the light source image 112 on the second lens plate 204, and its aperture area and shape are Can be minimized, so that the apparent area of the second lens plate viewed through the polarization conversion section can be made small.
  • the F-number of the projection lens is determined by the apparent size of the second lens plate and the distance from the LCD panel to the second lens plate. If the apparent size of the second lens plate can be reduced, the F-number will be reduced. That is, it is not necessary to brighten the projection lens.
  • the projection lens 5 14 is a projection lens used in a conventional apparatus that does not perform polarization conversion or a lens close to the projection lens, it is possible to sufficiently realize high brightness of a projected image. I can do it.
  • the light valve uses liquid crystal, which reduces contrast when the incident angle is wide, In this case, it is advantageous for improving the image quality.
  • the light transmitted through the first, second, and third liquid crystal light valves 503, 505, and 511 is a dichroic prism that is a color synthesizing device.
  • the light was guided on one optical axis by 5 13 and enlarged and projected by one projection lens 5 14 which is a projection optical system.
  • the present invention is not particularly limited to this.
  • a projection lens is provided for each color light so that the light emitted from the first, second, and third liquid crystal light valves 503, 505, and 511 for each color light can be enlarged and projected without using a color synthesis device. We will use the provided structure.
  • the light valve is a transmissive liquid crystal.
  • the present invention is not limited to this, and it is obvious that the same effect can be obtained if polarized light is applied.
  • a projection type image display device using a light valve is constructed using the polarized light illuminating device 400 as an illuminating device, a light valve is provided for each color light using a color separation optical system as shown in FIG.
  • a single-plate type shown in Embodiment 6 Fig.
  • the polarized light illuminating device of the present invention can convert random light from a light source into an arbitrary polarization direction and suppress the spread of illuminating light (illumination The number can be increased), so that it can be widely used for lighting devices that require polarized light.
  • all the random light from the light source can be used, and the light utilization factor can be greatly improved.
  • the F-number of the illumination can be increased (the divergence angle of the incident light can be reduced), a high-brightness image can be obtained without changing the F-number of the projection optical system of the projection type image display device.
  • the burden on the projection optical system is reduced, and the effect of the microphone lens can be easily obtained.
  • the projection type image display device of the present invention can improve the light use efficiency with a simple configuration and improve the brightness of the projected image. Especially suitable as a projector

Description

明 細 書 偏光光照明装置及び投写型画像表示装置 技術分野
本発明は偏光方向をそろえた偏光光を用いて矩形領域をに均一に照明 する偏光光照明装置に関するものである。 また本発明はこの偏光光照明 装置から出射された偏光光をライ トバルブにより変調して映像をスクリ —ン上に拡大投写する投写型画像表示装置に関するものである。 背景技術
液晶パネルをライ トバルブに用いた投写型画像表示装置は特に小型、 軽量、 設置性に優れることからプレゼンテーションツールとして急速に 市場を形成している。 また、 民生分野でも従来の C R T投写型のプロジ ェクシヨンテレビに比べて小型、 軽量、 周辺までの画質の均一性等に優 れることから普及が期待されている。
これら液晶パネルをライ トバルブに用いた投写型画像表示装置 （以下
、 液晶プロジェクタ一と称する） に対する市場ニーズとして、 高輝度化 、 低コスト化の 2つが挙げられる。
高輝度化については、 光源をより消費電力の大きいものに置き換えて 対応する考え方もあるが、 これは当座の方策であって、 光源からの光の 利用効率をより向上させることによりこれに対処することがもっとも望 ましいことは明らかである。 従来の液晶ライ トバルブは偏光方向の片方 しか利用できないことから入射光の半分を熱として捨てていた。 ところ が、上記のような背景から、 近年では特開平 8— 3 0 4 7 3 9号公報に 準ずる方式、 あるいはこれを応用した方式の照明装置が開発され、 光利 用効率を大きく改善出来るようになった。 この構成を図 2 3を用いて以 下に説明する。
光源部 9 1 0は光源ランプ 9 1 1と、 リフレクタ一 9 1 2とからなる 。 光源ランプ 9 1 1から出射される偏光方向がランダムな光はリフレク ター 9 1 2によって一方向に反射され、 インテグレーター光学系の第 1 のレンズ板 9 2 0に入射する。 第 1のレンズ板 9 2 0は矩形の微小なレ ンズ 9 2 1が多数配列された複合レンズ体である。 ここに入射した光は 個々の微小レンズ 9 2 1により集光せしめられる。 この微小レンズ 9 2 1による光源像は第 2のレンズ板 9 3 0上に形成される。 第 2のレンズ 板 9 3 0は、 前記光源像が形成される位置付近におかれた集光レンズァ レイ 9 3 1と、 偏光ビームスプリッタ 9 3 4の集合体からなる偏光分離 プリズムアレイ 9 3 3と、 λ Ζ 2位相差板 9 3 5と、 出射側レンズ 9 3 7とからなる。 第 1のレンズ板 9 2 0上の各微小レンズ 9 2 1による光 源像が集光レンズアレイ 9 3 1上に形成され、 偏光ビームスプリッタ 9 3 4により、 偏光方向に応じて光線が分離される。 偏光分離された光線 は Ι Ζ 2位相差板 9 3 5によりその偏光方向が揃えられた後、 出射側レ ンズ 9 3 7を通って照明領域 9 4 0を照明する。 このように光源ランプ 9 1 1の偏光方向がランダムな光の偏光方向を効率よく揃えることが出 来 。
—方、 低コスト化については全体コストの中で占有率の最も高い液晶 パネルの価格を下げるため、 パネルサイズを小型化する取り組みが行わ れつつある。 具体的には従来主流であった対角長が 1 . 3インチ品から 0 . 9インチ品、 更に 0 . 5インチ品へ移行することで、 取り数を上げ てコスト低減を図るものである。
しかし、 パネルを小型化しながら従来と同じ解像度を維持しようとす るとパネル上の有効画像表示領域での光の減衰が大きくなり、 特に透過 型ライ トバルブを用いたときには画素開口が著しく小さくなることから 光透過率が低下してしまう。
このように高輝度化と低コスト化の両立は非常に困難であった。 これ に対する取り組みとして、 小型になったパネルの各画素にマイクロレン ズを備えて見かけの開口率を改善する方法がある。 しかしながら、 この 方法では、 マイクロレンズが入射光を一旦絞り込むが、 その後光線が拡 散するから、 入射光には広がり角の小さい、 言い換えれば照明 Fナンパ —の大きい光が得られる照明装置が必要になる。
一方、 先に示した特開平 8— 3 0 4 7 3 9号公報の手法を用いて実際 商品化を行う際には、 偏光ビームスプリツター 9 3 4は断面形状が平行 四辺形のプリズムで構成するのが加工上有利であることから、 現在商品 に搭載されているものはこの形状のプリズムを用いている。 更にこれの 加工を安価に行うには、 先の偏光ビームスプリッタ一 9 3 4のシステム 光軸 9 5 2方向の厚み （システム光軸と直交する対向する 2面の間隔） がすべて等しいことが望ましい。 この結果、 この偏光ビームスプリッタ —を構成するプリズムは全て同形状となる。 従って集光レンズアレイ 9 3 1に形成される光源像のうち中心部付近 （システム光軸付近） の最も 大きいものに前記プリズム形状を合わせると周辺に形成される比較的小 さな光源像に対しては無駄な部分が生じる。 これにより第 2のレンズ板 9 3 0自体が大きくなつてしまうことから、 照明光は照明 Fナンバーが 小さく入射角が大きい光になってしまうという問題がある。
従って従来技術においては高輝度化と低コスト化を両立させることは 困難であった。 発明の開示
本発明は、 上記の従来の問題を解決し、 照明光の広がりが小さく （照 明 Fナンバーが大きく） 、 光源からのランダムな光線を任意の偏光方向 に変換することができる偏光光照明装置を提供することを目的とする。 また、 本発明は、 光の利用効率が高く、 その結果高輝度な画像が得ら れ、 しかも低コストな投写型画像表示装置を提供することを目的とする o
上記の目的を達成するために、 本発明は以下の構成とする。
即ち、 本発明の第 1の構成にかかる偏光光照明装置は、 偏光方向がラ ンダムな光を出射する光源と、 複数の矩形レンズの集合体からなる第 1 のレンズ板、 前記矩形レンズに 1対 1に対応する複数の微小レンズの集 合体からなる第 2のレンズ板、 及び集光レンズを有するインテグレー夕 一光学系と、 前記光源から出射された光を、 偏光方向が直交し光軸が略 平行な 2つの偏光光に分離する偏光分離部と、 前記 2つの偏光光の偏光 方向をそろえる偏光変換部とを備え、 前記第 1のレンズ板の矩形レンズ による光源像が、 前記第 2のレンズ板上に複数の列をなして形成される ように、 前記矩形レンズはその開口中心と曲率中心とをずらして形成さ れており、 前記第 2のレンズ板の微小レンズは、 前記矩形レンズによる 光源像が形成される位置に複数の列状に配置されており、 前記微小レン ズの複数の列のうち、 前記列の長手方向と直角方向の幅 Hが他と異なる 列を少なく とも 1つ有し、 前記偏光分離部は、 システム光軸に対して斜 めに設置された反射ミラ一面と、 前記反射ミラー面と平行に設置された 偏光分離面と、 前記システム光軸と直交する 2面とを有する微小偏光ビ —ムスプリツターが複数集合して構成され、 前記偏光分離面は、 前記第 2 レンズ板からの光を偏光方向により透過又は反射して分離する偏光分 離膜を備え、 システム光軸と直交する前記 2面間距離 dは前記偏光分離 部を構成する全ての微小偏光ビームスプリッターにおいて同一であり、 前記反射ミラー面と前記偏光分離面との間の距離 hが他と異なる微小偏 光ビームスプリッタ一が少なく とも 1つ含まれていることを特徴とする o
本発明の第 2の構成にかかる偏光光照明装置は、 偏光方向がランダム な光を出射する光源と、 複数の矩形レンズの集合体からなる第 1のレン ズ板、 前記矩形レンズに 1対 1に対応する複数の微小レンズの集合体か らなる第 2のレンズ板、 及び集光レンズを有するィンテグレーター光学 系と、 前記光源から出射された光を、 偏光方向が直交し光軸が略平行な 2つの偏光光に分離する偏光分離部と、 前記 2つの偏光光の偏光方向を そろえる偏光変換部とを備え、 前記第 1のレンズ板の矩形レンズによる 光源像が、 前記第 2のレンズ板上に複数の列をなして形成されるように 、 前記矩形レンズはその開口中心と曲率中心とをずらして形成されてお り、 前記第 2のレンズ板の微小レンズは、 前記矩形レンズによる光源像 が形成される位置に複数の列状に配置されており、 前記微小レンズの複 数の列のうち、 前記列の長手方向と直角方向の幅 Hが他と異なる列を少 なく とも 1つ有し、 前記偏光分離部は、 システム光軸に対して斜めに設 置された偏光分離面と、 前記偏光分離面と平行に設置された面と、 前記 システム光軸と直交する 2面とを有する微小偏光ビームスプリッターが 複数集合して構成され、 前記偏光分離面は、 前記第 2レンズ板からの光 を偏光方向により透過又は反射して分離する偏光分離膜を備え、 システ ム光軸と直交する前記 2面間距離 dは前記偏光分離部を構成する全ての 微小偏光ビームスプリッターにおいて同一であり、 前記偏光分離面とこ れと平行な面との間の距離 hが他と異なる微小偏光ビ一ムスプリッタ一 が少なくとも 1つ含まれていることを特徴とする。
本発明の第 3の構成にかかる偏光光照明装置は、 偏光方向がランダム な光を出射する光源と、 複数の矩形レンズの集合体からなる第 1のレン ズ板、 前記矩形レンズに 1対 1に対応する複数の微小レンズの集合体か らなる第 2のレンズ板、 及び集光レンズを有するインテグレーター光学 系と、 前記光源から出射された光を、 偏光方向が直交し光軸が略平行な 2つの偏光光に分離する偏光分離部と、 前記 2つの偏光光の偏光方向を そろえる偏光変換部とを備え、 前記第 1のレンズ板の矩形レンズによる 光源像が、 前記第 2のレンズ板上に複数の列をなして形成されるように 、 前記矩形レンズはその開口中心と曲率中心とをずらして形成されてお り、 前記第 2のレンズ板の微小レンズは、 前記矩形レンズによる光源像 が形成される位置に複数の列状に配置されており、 前記微小レンズの複 数の列のうち、 前記列の長手方向と直角方向の幅 Hが他と異なる列を少 なく とも 1つ有し、 前記偏光分離部は、 システム光軸に対して斜めに設 置された偏光分離面と、 前記偏光分離面と平行に設置された面と、 前記 システム光軸と直交する 2面とを有する同一形状の微小偏光ビームスプ リッターが複数集合して構成され、 前記偏光分離面は、 前記第 2レンズ 板からの光を偏光方向により透過又は反射して分離する偏光分離膜を備 えることを特徴とする。
本発明の第 4の構成にかかる偏光光照明装置は、 偏光方向がランダム な光を出射する光源と、 複数の矩形レンズの集合体からなる第 1のレン ズ板、 前記矩形レンズに 1対 1に対応する複数の微小レンズの集合体か らなる第 2のレンズ板、 及び集光レンズを有するインテグレ一タ一光学 系と、 前記光源から出射された光を、 偏光方向が直交し光軸が略平行な 2つの偏光光に分離する偏光分離部と、 前記 2つの偏光光の偏光方向を そろえる偏光変換部とを備え、 前記第 1のレンズ板の矩形レンズによる 光源像が、 前記第 2のレンズ板上に複数の列又は群をなして形成される ように、 前記矩形レンズはその開口中心と曲率中心とをずらして形成さ れており、 前記第 2のレンズ板の微小レンズは、 前記矩形レンズによる 光源像が形成される位置に複数の列又は群をなして配置されており、 前 記微小レンズの複数の列又は群の長手方向と直角方向の幅 Hが全て略周 一であり、 前記偏光分離部は、 システム光軸に対して斜めに設置された 偏光分離面と、 前記偏光分離面と平行に設置された面と、 前記システム 光軸と直交する 2面とを有する同一形状の微小偏光ビ一ムスプリッ夕一 が複数集合して構成され、 前記偏光分離面は、 前記第 2レンズ板からの 光を偏光方向により透過又は反射して分離する偏光分離膜を備えること を特徴とする。
上記の第 1〜第 4の構成にかかる偏光光照明装置によれば、 ィンテグ レー夕光学系を用いた照明装置に於いて、 ランダム偏光光を出射する光 源と、 第 2レンズ板に異形開口設計を施したインテグレーター光学系と 、 偏光方向が直交する 2つの偏光光に分離する偏光分離部と、 これら 2 つの偏光光の偏光方向を揃える偏光変換部とを有した構成とすることで 、 光源からのランダム光を任意の偏光方向に変換出来ると同時に、 照明 光の広がりを抑えることが出来る （照明 Fナンバーを大きくすることが できる） 。
即ち、 本発明の偏光光照明装置は偏光分離した光を全て同じ偏光方向 に揃えることができるので、 偏光光を必要とする照明装置、 特に偏光を 利用し変調を行うライ トバルブを用いた投写型画像表示装置の照明装置 として用いた場合には、 光源からのランダム光を全て利用でき、 光利用 率を大幅に改善できる。 さらに第 1レンズ板により第 2レンズ板に形成 される光源像の大きさに合わせて偏光分離素子を形成できるから、 照明 Fナンバーを大きくする （入射光の広がり角を小さくする） ことができ る。 この結果、 本発明の偏光光照明装置を用いた投写型画像表示装置は 、 その投写光学系の Fナンバーを変えることなく高輝度の画像が得られ る。 更に、 ライ トバルブ入射面上にマイクロレンズを構成した場合には 投写光学系の負担が小さくなり、 マイク口レンズによる効果を得やすく することが出来る。
また、 本発明にかかる投写型画像表示装置は、 偏光光照明装置と、 前 記偏光光照明装置からの偏光光を変調して入力信号に応じて画像表示を 行うライ トバルブを備えた変調装置と、 前記変調装置により変調された 変調光束をスクリーン上に拡大投写する投写光学系とを有する投写型画 像表示装置において、 前記偏光光照明装置が上記の第 1〜第 4のいずれ かの偏光光照明装置であることを特徴とする。
上記の構成にかかる投写型画像表示装置によれば、 液晶ライ トバルブ を用いた投写型画像表示装置の照明装置として上記第 1〜第 4のいずれ かの偏光光照明装置を用いているので、 偏光面が揃った偏光光を液晶パ ネルに供給でき、 光の利用効率が向上し、 投写画像の明るさを向上する ことが出来る。 また、 偏光板による熱吸収が減少するので、 偏光板での 温度上昇が抑制される。 また、 冷却装置の小型化や低騒音化を実現でき る。 これらと同時に、 装置のコンパク ト化ゃ低コスト化も実現できる。 更に、 照明 Fナンバーを大きくできるので、 投写レンズを特に明るく設 計する必要がない。 この結果、 コストアップ、 装置の大型化、 コントラ スト低下等を伴わずに、 光利用率の向上が可能となる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態 1の偏光光照明装置の概略構成を示す図 である。
図 2は、 図 1に示した装置の第 1のレンズ板の外観を示す平面図であ 図 3は、 図 1に示した装置の第 2のレンズ板の外観を示す平面図であ る。
図 4は、 図 1に示した装置の偏光分離部と第 2のレンズ板の配置を示 す側面図である。
図 5は、 図 1に示した装置の偏光分離部と第 2のレンズ板の別の配置 例を示す側面図である。
図 6は、 図 1に示した装置の偏光分離部と第 2のレンズ板の更に別の 配置例を示す側面図である。
図 7は、 図 1に示した装置の偏光分離部と第 2のレンズ板の更に別の 配置例を示す側面図である。
図 8は、 本発明の実施の形態 2の偏光光照明装置の概略構成を示す図 である。
図 9は、 図 8に示した装置の第 2のレンズ板の外観を示す平面図であ 図 1 0は、 図 8に示した装置の偏光分離部と第 2のレンズ板の配置を 示す側面図である。
図 1 1は、 本発明の実施の形態 3の偏光光照明装置の概略構成を示す 図である。
図 1 2は、 図 1 1に示した装置の偏光分離部と第 2のレンズ板の配置 を示す側面図である。
図 1 3は、 図 1 1に示した装置の偏光分離部と別の構成を有する第 2 のレンズ板との配置を示す側面図である。
図 1 4は、 本発明の実施の形態 4の偏光光照明装置の概略構成を示す 図である。
図 1 5は、 図 1 4に示した装置の偏光分離部と第 2のレンズ板の配置 を示す側面図である。
図 1 6は、 第 2のレンズ板に形成される微小レンズの別の配列例を示 す平面図である。
図 1 7は、 本発明の実施の形態 5の投写型画像表示装置の概略構成を 示す図である。
図 1 8は、 本発明の実施の形態 6の投写型画像表示装置の概略構成を 示す図である。
図 1 9は、 本発明の実施の形態 6の別の構成を有する投写型画像表示 装置の概略構成を示す図である。
図 2 0は、 本発明の実施の形態 7の投写型画像表示装置の概略構成を 示す図である。
図 2 1は、 本発明の実施の形態 8の投写型画像表示装置の概略構成を 示す図である。
図 2 2は、 本発明の実施の形態 9の投写型画像表示装置の概略構成を 示す図である。
図 2 3は、 従来の偏光光照明装置の構成例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
(実施の形態 1 )
図 1は本発明の偏光光照明装置の実施の形態 1の概略構成例を示す図 である。 本実施の形態の偏光光照明装置 1 0 0は、 システム光軸 1 5 0 に沿って、 光源部 1 0 1、 ィンテグレーター光学系 1 0 2、 偏光分離部 1 0 3、 及び偏光変換部 1 0 4からなり、 光源部 1 0 1から射出された 光は、 ィンテグレーター光学系 1 0 2、 偏光分離部 1 0 3、 偏光変換部 1 0 4を通って矩形の照明領域 1 0 5に至る。 ィンテグレーター光学系 1 0 2は、 第 1のレンズ板 1 0 8と、 第 2のレンズ板 1 1 0と、 集光レ ンズ 1 1 8とから構成される。
光源部 1 0 1は、 光源 1 0 6と、 リフレクタ一 1 0 7とからなる。 光 源 1 0 6から出射される偏光方向がランダムな光はリフレクタ一 1 0 7 によって一方向に反射され、 ィンテグレーター光学系 1 0 2に入射する 。 リフレクタ一 1 0 7の反射面の形状は放物面でも、 楕円面でも、 球面 でも光学系の設計により使用できる。
第 1のレンズ板 1 0 8は、 図 2に示すような微小な矩形レンズ 1 0 9 が複数個配列された複合レンズ体である。 第 1のレンズ板 1 0 8に入射 した光は個々の矩形レンズ 1 0 9により集光せしめられる。 この矩形レ ンズ 1 0 9により形成される光源像は第 2のレンズ板 1 1 0上に形成さ れるよう設定されている。
図 3に第 2のレンズ板 1 1 0の外観を示す。 ここに形成される微小レ ンズ 1 1 1は第 1のレンズ板 1 0 8上に形成された矩形レンズ 1 0 9と 同じ数だけ配置されている。 各微小レンズ 1 1 1は各矩形レンズ 1 0 9 と 1対 1に対応する。 各矩形レンズ 1 0 9による光源像 1 1 2は、 第 2 のレンズ板 1 1 0上に複数の列をなして形成されるように、 各矩形レン ズ 1 0 9はその開口中心と曲率中心とをずらして設計されている。 微小 レンズ 1 1 1は矩形レンズ 1 0 9による光源像 1 1 2が形成される位置 に配置される。 更に微小レンズ 1 1 1の開口は、 光源像 1 1 2の大きさ に合わせて、 その開口面積や形状が設定されている。
また、 微小レンズ 1 1 1がなす列は、 図 3にあるように、 第 2のレン ズ板 1 1 0上に複数の短冊状に構成されている。 各列の長手方向と直角 方向の幅 （図 3において微小レンズ 1 1 1の上下方向の有効開口幅） H は、 全ての列で同一ではなく、 図示したように幅 Hが異なる列が混在し ている。
第 1のレンズ板 1 0 8上の矩形レンズ 1 0 9で集光された光は第 2の レンズ板 1 1 0上の微小レンズ 1 1 1を透過した後、 偏光分離部 1 0 3 に入射する。 図 4に偏光分離部 1 0 3と第 2のレンズ板 1 1 0との配置 を示す。 偏光分離部 1 03は微小な偏光ビ一ムスプリッターの集合体である。 各偏光ビ一ムスプリッター （プリズム） は、 反射ミラー面 1 1 3 aある いは偏光分離面 1 1 3 bと垂直な面における断面形状が平行四辺形の四 角柱からなる。 プリズム 1 14 aと 1 14 bとの間、 プリズム 1 14 c と 1 14 dとの間、 及びプリズム 1 14 f の端面は反射ミラー処理が施 され反射ミラー面を構成している。 また、 プリズム 1 14 bと 1 14 c との間、 プリズム 1 14 dと 1 1 4 eとの間、 プリズム 1 14 eと 1 1 4 f との間に偏光分離膜を備えることで偏光分離面を構成している。 こ れらのプリズムは、 前記第 2のレンズ板 1 1 0上の微小レンズ 1 1 1の なす列 1 1 7 a， 1 1 7 b, 1 1 7 cに、 プリズムの開口部 1 1 6 a、 1 16 b. 1 16 cが対向するように配置される。 この反射ミラ一面 1 1 3 a及びこれと平行な偏光分離面 1 13 bは入射光 （即ち、 システム 光軸） に対して斜めに設けられている。 また、 プリズムの開口部 1 16 a、 1 1 6 b, 1 16 cは入射光 （即ち、 システム光軸） に対して垂直 に設けられている。 プリズムの反射ミラー面 1 1 3 a又は偏光分離面 1
1 3 bと平行な対向する 2面の間隔 h (図 4においては、 プリズムの平 行四辺形の反射ミラー面 1 1 3 a又は偏光分離面 1 1 3 bと平行な対向 する 2辺の対辺間距離 h) は、 全てのプリズムで同一ではなく、 図示し たように、 対向 2面間距離 hが h a、 h bと異なるプリズムが存在して いる。 一方、 各プリズムのシステム光軸に垂直な対向 2面間距離 dは全 てのプリズムで同一に形成されている。 更に、 開口部 1 1 6 a、 1 16 b、 1 1 6 cの幅 （図 4において上下方向の長さ） が、 第 2のレンズ板 1 1 0上の対向する微小レンズ 1 1 1のなす列の幅 Hと一致するように 、 プリズムの厚みが決定されている。
第 2のレンズ板 1 1 0の列を形成する微小レンズ列 1 1 7 a (図 3、 図 4) から出射された光は、 偏光分離部 103の開口部 1 16 aに入射 後、 反射ミラー 1 1 5 aにより反射せしめられ、 偏光分離膜 1 1 5 に 入射する。 ここで入射光は偏光方向により透過光と反射光に分離せしめ られる。 反射光は偏光分離部 1 0 3を抜けた後、 基盤ガラス 1 1 9上に 短冊状に配置され、 入射光の偏光方向を 9 0度変換するよう設定された ス/ 2板 1 2 0 (図 1参照） に入射する。 ここで偏光方向を変換された 光は集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。 一方、 透過光 は、 前記偏光分離膜 1 1 5 bに平行に配置された反射ミラ— 1 1 5 じで 再度反射せしめられ、 偏光変換部 1 0 4に入射する。 このとき、 光線は ス 2板 1 2 0が形成されていない領域を通過するので、 ここでは特に 作用を受けず、 集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。
また、 第 2のレンズ板 1 1 0の列を形成する微小レンズ列 1 1 7 b ( 図 3、 図 4 ) から出射された光は、 偏光分離部 1 0 3の開口部 1 1 6 b に入射後、 反射ミラー 1 1 5 cにより反射せしめられた後、 偏光分離膜 1 1 5 dに入射する。 ここで入射光は偏光方向により透過光と反射光に 分離せしめられる。 反射光は再度反射ミラー 1 1 5 c及び偏光分離膜 1 1 5 dにより反射せしめられ、 偏光分離部 1 0 3を抜けた後、 基盤ガラ ス 1 1 9上に短冊状に配置され、 入射光の偏光方向を 9 0度変換するよ う設定された； I Z 2板 1 2 0に入射する。 ここで偏光方向を変換された 光は集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。 一方、 透過光 は、 偏光分離膜 1 1 5 eを透過した後、 反射ミラー 1 1 5 f で反射せし められ、 偏光変換部 1 0 4に入射する。 このとき、 光線は I Z 2板 1 2 0が形成されていない領域を通過するので、 ここでは特に作用を受けず 、 集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。
また、 第 2のレンズ板 1 1 0の列を形成する微小レンズ列 1 1 7 c ( 図 3、 図 4 ) から出射された光は、 偏光分離部 1 0 3の開口部 1 1 6 c に入射後、 偏光分離膜 1 1 5 eに入射する。 ここで入射光は偏光方向に より透過光と反射光に分離せしめられる。 反射光は反射ミラー 1 1 5 f により再度反射されて偏光分離部 1 0 3を抜けた後、 基盤ガラス 1 1 9 上に短冊状に配置され、 入射光の偏光方向を 9 0度変換するよう設定さ れた / 2板 1 2 0に入射する。 ここで偏光方向を変換された光は集光 レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。 一方、 透過光は、 偏光 分離膜 1 1 5 eを透過した後、 偏光変換部 1 0 4に入射する。 このとき 、 光線は； I Z 2板 1 2 0が形成されていない領域を通過するので、 ここ では特に作用を受けず、 集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明 する。
以上のように偏光光照明装置を構成することで、 光源から射出される 偏光方向がランダムな光を効率よく一つの偏光方向に揃えることができ 、 同時にインテグレータ光学系で均一な照明が可能になる。 しかも装置 の大きさはほとんど大型化することもなく実現できる。
偏光分離部 1 0 3はシステム光軸方向長さ dが全て同じプリズムの集 合体なので、 所定厚さ hを有する大きなプリズム材料を複数積層した後 、 積層方向に対して斜めにスライスすることで大量に製作することがで きる。 更に、 一度に全面の研磨及びコートが可能になることからコスト ァップを最小限に抑えることが出来る。
また、 第 2のレンズ板 1 1 0の微小レンズ 1 1 1の開口を光源像の大 きさに応じて形成することができるので、 第 2のレンズ板 1 1 0の大き さを最小限に抑えることができる。 このために、 照明領域 1 0 5に到達 する光の平行度を高くでき （照明 Fナンバーを大きくでき） 、 各種光学 装置の照明装置としての応用範囲を広げることができる。
上記の実施の形態ではィンテグレーター光学系 1 0 2、 偏光分離部 1 0 3、 偏光変換部 1 0 4、 集光レンズ 1 1 8 (インテグレーター光学系 1 0 2の一部） をそれぞれ分離して配置しているが、 それぞれの間に間 隔を設ける必要はなく、 一体化しても構成できる。
上記の実施の形態では、 偏光変換部 104は； 1/2板 212を用いて 説明したが必ずしもこの必要はなく、 入射光の偏光方向を変えられる手 段であればよい。 また、 上記の実施の形態では、 偏光方向を揃えるため に、 偏光分離部 103で一旦反射されて射出された光 （偏光分離面で S 偏光光） の偏光方向を変換しているが、 偏光分離部で反射されることな く射出された光 （偏光分離面で P偏光光） に作用し、 偏光分離部で反射 されて射出される光には作用しない構成とすることもできる。 更に、 偏 光分離部で反射されて射出される光と、 反射されることなく射出される 光のそれぞれに異なる作用を加えて両方の偏光方向をそろえる構成とす ることもできる。
また、 集光レンズ 118は必ずしも球面状のレンズでなく、 フレネル レンズゃプリズムの集合体で構成することも可能である。
上記実施の形態では、 第 2のレンズ板 110の列を形成する微小レン ズ列 117 aの幅 Hに対して微小レンズ列 117 b、 117 cの幅 Hを およそ 117 a : 117b : 117 c = 2 : l : lとしたが、 本発明は これに限定されない。 例えば、 微小レンズ列の数を少なく し、 更に図 5 に示すように、 微小レンズ群の幅 Hをおよそ 117 a : 117 b = 2 : 1としたり、 図 6に示すように、 微小レンズ群の幅 Hをおよそ 117 a ： 117 b = 3 ： 2にしたりするなど、 システムに合わせた最適化が可 能である。 もちろん図 7に示すように、 微小レンズ群の幅 Hをおよそ 1 17 a : 117 b = l : 1にした構成にすることもできる。
偏光分離部 103のプリズムのシステム光軸と直交する 2面間距離 d (図 4参照） は、 いずれかの微小レンズ列 117の幅 Hと略同一にする のが好ましく、 特に最も大きな幅 Hに一致させるのがより好ましい。 こ のようにすることで、 光源 106からの光を無駄なく偏光光に変換する ことができる。
また、 図 1から明らかなように、 システム光軸 1 5 0に対して、 光源 部 1 0 1の光軸 1 0 1 a及び第 1のレンズ板 1 0 8力 2面間距離 dの 約 1 . 5倍だけずらせた位置に配置されることが望ましい。 即ち、 図 1 において、 光源部 1 0 1の光軸 1 0 1 aとシステム光軸 1 5 0との間隔 を Wとしたとき、 W= l . 5 dとするのが好ましい。 このようにするこ とで、 光源 1 0 6からの光を無駄なく偏光光に変換することができる。 なお、 このとき空間的な制約等によりシステム光軸 1 5 0に対する上記 ずらし量 Wを確保できない場合には、 第 1のレンズ板 1 0 8上の矩形レ ンズ 1 0 9の軸をずらすことにより前記ずらし量 Wを補足する等するこ とができる。
(実施の形態 2 )
次に本発明の偏光光照明装置の第 2の実施の形態を図面を用いて説明 する。
図 8は本発明の偏光光照明装置の実施の形態 2の概略構成例を示す図 である。 本実施の形態の偏光光照明装置 2 0 0は、 システム光軸 1 5 0 に沿って、 光源部 1 0 1、 ィンテグレーター光学系 2 0 1、 偏光分離部 2 0 2、 及び偏光変換部 2 0 3からなり、 光源部 1 0 1から射出された 光は、 ィンテグレーター光学系 2 0 1、 偏光分離部 2 0 2、 偏光変換部 2 0 3を通って矩形の照明領域 1 0 5に至る。 インテグレーター光学系 2 0 1は、 第 1のレンズ板 1 0 8と、 第 2のレンズ板 2 0 4と、 集光レ ンズ 1 1 8とから構成される。
光源部 1 0 1は、 光源 1 0 6と、 リフレクタ一 1 0 7とからなる。 光 源 1 0 6から出射される偏光方向がランダムな光はリフレタター 1 0 7 によって一方向に反射され、 インテグレーター光学系 2 0 1に入射する 。 リフレクタ一 1 0 7の反射面の形状は放物面でも、 楕円面でも、 球面 でも光学系の設計により使用できる。
第 1のレンズ板 1 0 8は、 図 2に示すような微小な矩形レンズ 1 0 9 が複数個配列された複合レンズ体である。 第 1のレンズ板 1 0 8に入射 した光は個々の矩形レンズ 1 0 9により集光せしめられる。 この矩形レ ンズ 1 0 9により形成される光源像は第 2のレンズ板 2 0 4上に形成さ れるよう設定されている。
図 9に第 2のレンズ板 2 0 4の外観を示す。 ここに形成される微小レ ンズ 2 0 5は第 1のレンズ板 1 0 8上に形成された矩形レンズ 1 0 9と 同じ数だけ配置されている。 各微小レンズ 2 0 5は各矩形レンズ 1 0 9 と 1対 1に対応する。 各矩形レンズ 1 0 9による光源像 1 1 2は、 第 2 のレンズ板 2 0 4上に複数の列をなして形成されるように、 各矩形レン ズ 1 0 9はその開口中心と曲率中心とをずらして設計されている。 微小 レンズ 2 0 5は矩形レンズ 1 0 9による光源像 1 1 2が形成される位置 に配置される。 更に微小レンズ 2 0 5の開口は、 光源像 1 1 2の大きさ に合わせて、 その開口面積や形状が設定されている。
また、 微小レンズ 2 0 5がなす列は、 図 9にあるように、 第 2のレン ズ板 2 0 4上に複数の短冊状に構成されている。 各列の長手方向と直角 方向の幅 （図 9において微小レンズ 2 0 5の上下方向の有効開口幅） H は、 全ての列で同一ではなく、 図示したように幅 Hが異なる列が混在し ている。
第 1のレンズ板 1 0 8上の矩形レンズ 1 0 9で集光された光は第 2の レンズ板 2 0 4上の微小レンズ 2 0 5を透過した後、 偏光分離部 2 0 2 に入射する。 図 1 0に偏光分離部 2 0 2と第 2のレンズ板 2 0 4との配 置を示す。
偏光分離部 2 0 2は微小な偏光ビームスプリッターの集合体である。 各偏光ビームスプリツター （プリズム） は、 偏光分離面 2 0 6と垂直な 面における断面形状が平行四辺形の断面形状の四角柱からなる。 プリズ ム 2 0 7 a , 2 0 7 b , 2 0 7 c , 2 0 7 d , 2 0 7 eの各接合面に偏 光分離膜 2 0 6を挟み込んで偏光分離面が構成されている。 これらのプ リズムは、 前記第 2のレンズ板 2 0 4上の微小レンズ 2 0 5のなす列 2 0 9 a , 2 0 9 bに、 開口部 2 0 8 a、 2 0 8 bが対向するように配置 される。 偏光分離面 2 0 6は入射光 （即ち、 システム光軸） に対して斜 めに設けられている。 また、 プリズムの開口部 2 0 8 a、 2 0 8 bは入 射光 （即ち、 システム光軸） に対して垂直に設けられている。 プリズム の偏光分離面 2 0 6と平行な対向する 2面の間隔 h (図 1 0においては 、 プリズムの平行四辺形の偏光分離面 2 0 6と平行な対向する 2辺の対 辺間距離 h ) は、 全てのプリズムで同一ではない。 即ち、 プリズム 2 0 7 a、 2 0 7 b、 2 0 7 cの対向 2面間距離は h aであり、 プリズム 2 0 7 d、 2 0 7 eの対向 2面間距離は h bであり、 両者は異なっている 。 一方、 各プリズムのシステム光軸に垂直な対向 2面間距離 dは全ての プリズムで同一に形成されている。 更に、 開口部 2 0 8 a、 2 0 8 bの 幅 （図 1 0において上下方向の長さ） が第 2のレンズ板 2 0 4上の対向 する微小レンズ 2 0 5のなす列の幅 Hと一致するように、 プリズムの厚 みが決定されている。
第 2のレンズ板 2 0 4の列を形成する微小レンズ列 2 0 9 a (図 9、 図 1 0 ) から出射された光は偏光分離部 2 0 2の開口部 2 0 8 aに入射 後、 偏光分離膜 2 1 0 aに入射する。 ここで入射光は偏光方向により透 過光と反射光に分離せしめられる。 透過光は偏光分離部 2 0 2を抜けた 後、 偏光変換部 2 0 3に入射する。 このとき、 光線は Z 2板 2 1 2が 形成されていない領域を通過するので、 ここでは特に作用を受けずに集 光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。 一方、 反射光は前記 偏光分離膜 2 1 0 aに平行に配置された偏光分離膜 2 1 0 bで再度反射 せしめられる。 反射光は偏光分離部 2 0 2を抜けた後、 基盤ガラス 2 1 1上に短冊状に配置され、 入射光の偏光方向を 9 0度変換するよう設定 された； I Z 2板 2 1 2に入射する。 ここで偏光方向を変換された光は集 光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。
また、 第 2のレンズ板 2 0 4の列を形成する微小レンズ列 2 0 9 b ( 図 9、 図 1 0 ) から出射された光は偏光分離部 2 0 2の開口部 2 0 8 b に入射後、 偏光分離膜 2 1 0 cに入射する。 ここで入射光は偏光方向に より透過光と反射光に分離せしめられる。 透過光は先に述べたものと同 様に偏光分離部 2 0 2を抜けた後、 偏光変換部 2 0 3に入射する。 この とき、 光線は； Z 2板 2 1 2が形成されていない領域を通過するので、 ここでは特に作用を受けずに集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を 照明する。 一方、 反射光は前記偏光分離膜 2 1 0 cに平行に配置された 偏光分離膜 2 1 0 dで反射せしめられた後、 再度偏光分離膜 2 1 0 c、 2 1 0 dで反射され、 ス/ 2板 2 1 2に入射する。 ここで偏光方向を変 換された光は集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。
以上のように偏光光照明装置を構成することで、 光源 1 0 6から射出 される偏光方向がランダムな光を効率よく一つの偏光方向に揃えること ができ、 同時にインテグレー夕光学系で均一な照明が可能になる。 しか も装置の大きさはほとんど大型化することもなく実現できるる。
偏光分離部 2 0 2はシステム光軸方向長さ dが全て同じプリズムの集 合体なので、 所定厚さ hを有する大きなプリズム材料を複数積層した後 、 積層方向に対して斜めにスライスすることで大量に製作することがで きる。 更に、 一度に全面の研磨及びコートが可能になることからコスト ァップを最小限に抑えることが出来る。
また、 第 2のレンズ板 2 0 4の微小レンズ 2 0 5の開口を光源像の大 きさに応じて形成することができるので、 第 2のレンズ板 2 0 4の大き さを最小限に抑えることができる。 このために、 照明領域 105に到達 する光の平行度を高くでき （照明 Fナンバーを大きくでき） 、 各種光学 装置の照明装置としての応用範囲を広げることができる。
上記の実施の形態ではィンテグレーター光学系 201、 偏光分離部 2 02、 偏光変換部 203、 集光レンズ 118 (インテグレーター光学系 201の一部） をそれぞれ分離して配置しているが、 それぞれの間に間 隔を設ける必要はなく、 一体化しても構成できる。
上記の実施の形態では、 偏光変換部 203は； IZ2板 212を用いて 説明したが必ずしもこの必要はなく、 入射光の偏光方向を変えられる手 段であればよい。 また、 上記の実施の形態では、 偏光方向を揃えるため に、 偏光分離部 202で一旦反射されて射出された光 （偏光分離面で S 偏光光） の偏光方向を変換しているが、 偏光分離部で反射されることな く射出された光 （偏光分離面で P偏光光） に作用し、 偏光分離部で反射 されて射出される光には作用しない構成とすることもできる。 更に、 偏 光分離部で反射されて射出される光と、 反射されることなく射出される 光のそれぞれに異なる作用を加えて両方の偏光方向をそろえる構成とす ることもできる。
偏光分離部 202において、 プリズム 207 a、 207 b、 207 c の偏光分離面 206と平行な対向 2面間距離 h aと、 プリズム 207 d 、 207 eの偏光分離面 206と平行な対向 2面間距離 h bとの間に h a=nhb (nは自然数） であると偏光分離部の射出面に光源像を隙間 なく配列することができるので好ましい。 また、 このとき、 厚い方のプ リズム 207 a、 207 b、 207 cを、 薄い方のプリズム 207 d、 207 eの形成材料 （光屈折材料） を n枚張り合わせて構成すれば、 使 用する材料の厚みを 1種類のみにすることができるので、 加工上有利で あり、 低コスト化が可能になる。 なお、 このときの接合面は入射光に光 学的作用を与えない接合面とする必要があるのはいうまでもない。
集光レンズ 1 1 8は必ずしも球面状のレンズでなく、 フレネルレンズ やプリズムの集合体で構成することも可能である。
本実施の形態において、 面 2 1 0 bは偏光分離面としたが、 これを反 射ミラ一面とすることもできる。
(実施の形態 3 )
次に本発明の偏光光照明装置の第 3の実施の形態を図面を用いて説明 図 1 1は本発明の偏光光照明装置の実施の形態 3の概略構成例を示す 図である。 本実施の形態の偏光光照明装置 3 0 0は、 システム光軸 1 5 0に沿って、 光源部 1 0 1、 インテグレーター光学系 2 0 1、 偏光分離 部 3 0 1、 及び偏光変換部 2 0 3からなり、 光源部 1 0 1から射出され た光はィンテグレーター光学系 2 0 1、 偏光分離部 3 0 1、 偏光変換部 2 0 3を通って矩形の照明領域 1 0 5に至る。 ィンテグレーター光学系 2 0 1は、 第 1のレンズ板 1 0 8と、 第 2のレンズ板 2 0 4と、 集光レ ンズ 1 1 8とから構成される。
光源部 1 0 1は、 光源 1 0 6と、 リフレクタ一 1 0 7とからなる。 光 源 1 0 6から出射される偏光方向がランダムな光はリフレタター 1 0 7 によって一方向に反射され、 ィンテグレーター光学系 2 0 1に入射する 。 リフレクタ一 1 0 7の反射面の形状は放物面でも、 楕円面でも、 球面 でも光学系の設計により使用できる。
第 1のレンズ板 1 0 8は、 図 2に示すような微小な矩形レンズ 1 0 9 が複数個配列された複合レンズ体である。 第 1のレンズ板 1 0 8に入射 した光は個々の矩形レンズ 1 0 9により集光せしめられる。 この矩形レ ンズ 1 0 9により形成される光源像は第 2のレンズ板 2 0 4上に形成さ れるよう設定されている。 図 9に第 2のレンズ板 204の外観を示す。 ここに形成される微小レ ンズ 205は第 1のレンズ板 1 08上に形成された矩形レンズ 1 09と 同じ数だけ配置されている。 各微小レンズ 205は各矩形レンズ 1 09 と 1対 1に対応する。 各矩形レンズ 1 09による光源像 1 12は、 第 2 のレンズ板 204上に複数の列をなして形成されるように、 各矩形レン ズ 109はその開口中心と曲率中心とをずらして設計されている。 微小 レンズ 205は矩形レンズ 1 09による光源像 1 12が形成される位置 に配置される。 更に微小レンズ 2 05の開口は、 光源像 1 12の大きさ に合わせて、 その開口面積や形状が設定されている。
また、 微小レンズ 205がなす列は、 図 9にあるように、 第 2のレン ズ板 204上に複数の短冊状に構成されている。 各列の長手方向と直角 方向の幅 （図 9において微小レンズ 205の上下方向の有効開口幅） H は、 全ての列で同一ではなく、 図示したように幅 Hが異なる列が混在し ている。
第 1のレンズ板 108上の矩形レンズ 109で集光された光は第 2の レンズ板 204上の微小レンズ 205を透過した後、 偏光分離部 301 に入射する。 図 12に偏光分離部 301と第 2のレンズ板 204との配 置図を示す。
偏光分離部 30 1は同形状の微小な偏光ビームスプリッターの集合体 である。 偏光ビ一ムスプリツター （プリズム） は、 偏光分離面 302に 垂直な面における断面形状が平行四辺形の四角柱からなる。 プリズム 3 03 a、 303 b、 303 c、 303 d、 303 e、 303 f 、 303 gの各接合面には偏光分離膜 302を挟み込んで偏光分離面が構成され ている。 これらのプリズムは、 前記第 2のレンズ板 204上の微小レン ズ 205のなす列 209 a， 209 bに、 開口部 304 a及び 304 b 、 304 cが対向するように配置される。 更に、 開口部 304 a、 30 4 b、 3 0 4 cの幅 （図 1 2において上下方向の長さ） が第 2のレンズ 板 2 0 4上の最も小さな幅 Hを有する微小レンズ列 2 0 9 bの幅 Hと一 致するように、 プリズムの厚みが決定されている。 偏光分離面 3 0 2は 入射光 （即ち、 システム光軸） に対して斜めに設けられている。 また、 プリズムの開口部 3 0 4 a、 3 0 4 b、 3 0 4 cは入射光 （即ち、 シス テム光軸） に対して垂直に設けられている。
第 2のレンズ板 2 0 4上の列を形成する微小レンズ列 2 0 9 aから出 射された光は偏光分離部 3 0 1に入射する。 微小レンズ列 2 0 9 aの幅 Hがプリズム開口部 3 0 4 a、 3 0 4 b、 3 0 4 cの幅に対しておよそ 2倍あることから、 微小レンズ列 2 0 9 aから射出された光は開口部 3 0 4 aと開口部 3 0 4 bに分かれて入射する。
微小レンズ列 2 0 9 aから射出された下半分の光は開口部 3 0 4 aに 入射後、 偏光分離膜 3 0 6 aに入射する。 ここで入射光は偏光方向によ り透過光と反射光に分離せしめられる。 透過光は偏光分離部 3 0 1を抜 けた後、 偏光変換部 2 0 3に入射する。 このとき、 光線は 1 / 2板 2 1 2が形成されていない領域を通過するので、 ここでは特に作用を受けず に集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。
一方、 反射光は前記偏光分離膜 3 0 6 aに平行に配置された偏光分離 膜 3 0 6 bで再度反射せしめられた後に再度偏光分離膜 3 0 6 a、 3 0 6 bで反射され、 偏光分離部 3 0 1を抜けた後、 基盤ガラス 2 1 1上に 短冊状に配置され、 入射光の偏光方向を 9 0度変換するように設定され た λ Ζ 2板 2 1 2に入射する。 ここで偏光方向を変換された光は集光レ ンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。
また、 微小レンズ列 2 0 9 aから射出された上半分の光は開口部 3 0 4 bに入射後、 偏光分離膜 3 0 6 bにより偏光方向により透過光と反射 光に分離せしめられる。 透過光は偏光分離部 3 0 1を抜けた後、 偏光変 換部 2 0 3に入射する。 このとき、 光線は λ / 2板 2 1 2が形成されて いない領域を通過するので、 ここでは特に作用を受けずに集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。 一方、 反射光は前記偏光分離膜 3 0 6 bに平行に配置された偏光分離膜 3 0 6 cで再度反射せしめられ た後に再度偏光分離膜 3 0 6 b . 3 0 6 cで反射され、 偏光分離部 3 0 1を抜けた後、 基盤ガラス 2 1 1上に短冊状に配置され、 入射光の偏光 方向を 9 0度変換するよう設定された 1 / 2板 2 1 2に入射する。 ここ で偏光方向を変換された光は集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を 照明する。
さらに、 第 2のレンズ板 2 0 4の上の微小レンズ列 2 0 9 bから出射 された光は偏光分離部 3 0 1に入射する。 ここで微小レンズ列 2 0 9 b の幅 Hがプリズム開口部 3 0 4 a、 3 0 4 b , 3 0 4 cの幅とほぼ同じ であるから、 ここから射出された光は開口部 3 0 4 cに全て入射する。 微小レンズ列 2 0 9 bから射出された光は開口部 3 0 4 cに入射後、 偏 光分離膜 3 0 6 dに入射する。 ここで入射光は偏光方向により透過光と 反射光に分離せしめられる。 透過光は偏光分離部 3 0 1を抜けた後、 偏 光変換部 2 0 3に入射する。 このとき、 光線は λ / 2板 2 1 2が形成さ れていない領域を通過するので、 ここでは特に作用を受けずに集光レン ズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。
反射光は前記偏光分離膜 3 0 6 dに平行に配置された偏光分離膜 3 0 6 eで再度反射せしめられた後に再度偏光分離膜 3 0 6 d、 3 0 6 eで 反射され、 偏光分離部 3 0 1を抜けた後、 基盤ガラス 2 1 1上に短冊状 に配置され、 入射光の偏光方向を 9 0度変換するように設定された Z 2板 2 1 2に入射する。 ここで偏光方向を変換された光は集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。
以上のように偏光光照明装置を構成することで、 光源 1 0 6から射出 される偏光方向がランダムな光を効率よく一つの偏光方向に揃えること ができ、 同時にインテグレータ光学系 2 0 1で均一な照明が可能になる 。 しかも装置の大きさはほとんど大型化することもなく実現できる。 偏光分離部 3 0 1は全て同じプリズムの集合体なので、 所定厚さ hを 有する大きなプリズム材料を複数積層した後、 積層方向に対して斜めに スライスすることで大量に製作することができる。 更に、 一度に全面の 研磨及びコー卜が可能になることからコストアツプを最小限に抑えるこ とが出来る。
また、 第 2のレンズ板 2 0 4の微小レンズ 2 0 5の開口を光源像の大 きさに応じて形成することができるので、 第 2のレンズ板 2 0 4の大き さを最小限に抑えることができる。 このために、 照明領域 1 0 5に到達 する光の平行度を高くでき （照明 Fナンバーを大きくでき） 、 各種光学 装置の照明装置としての応用範囲を広げることができる。
上記の実施の形態ではィンテグレーター光学系 2 0 1、 偏光分離部 3 0 1、 偏光変換部 2 0 3、 集光レンズ 1 1 8 (ィンテグレーター光学系 2 0 1の一部） をそれぞれ分離して配置しているが、 それぞれの間に間 隔を設ける必要はなく、 一体化しても構成できる。
上記の実施の形態では、 偏光変換部 2 0 3は λ / 2板 2 1 2を用いて 説明したが必ずしもこの必要はなく、 入射光の偏光方向を変えられる手 段であればよい。 また、 上記の実施の形態では、 偏光方向を揃えるため に、 偏光分離部 3 0 1で一旦反射されて射出された光 （偏光分離面で S 偏光光） の偏光方向を変換しているが、 偏光分離部で反射されることな く射出された光 （偏光分離面で Ρ偏光光） に作用し、 偏光分離部で反射 されて射出される光には作用しない構成とすることもできる。 更に、 偏 光分離部で反射されて射出される光と、 反射されることなく射出される 光のそれぞれに異なる作用を加えて両方の偏光方向をそろえる構成とす ることちて、、さる。
本実施の形態において偏光分離部 3 0 1を構成する平行四辺形のプリ ズムは全て同形状であることから材料、 加工上の面から低コスト化を実 現できる。
集光レンズ 1 1 8は上記実施の形態のように必ずしも球面状のレンズ でなく、 フレネルレンズやプリズムの集合体で構成することも可能であ 本実施の形態では、 偏光ビームスプリッターを構成する平行四辺形の プリズムは、 第 2のレンズ板 2 0 4上の微小レンズ 2 0 5のなす列のう ち、 最も幅の狭いレンズ列 （ここでは 2 0 9 b ) の有効開口部の幅 Hに プリズムの開口部 3 0 4 a， 3 0 4 b , 3 0 4 cの幅が合うように、 大 きさが設定されている構成とした。 しかしながら、 前記開口部 3 0 4 a ， 3 0 4 b , 3 0 4 cの幅は微小レンズ列の幅 Hに一致させる必要はな く、 例えば、 前記幅 Hを自然数 nで除した値であれば同様に構成可能で ある。 これは前述の説明の中で第 2のレンズ板 2 0 4上の微小レンズ列 2 0 9 aから射出された光が 2分割されて 2つのプリズムに入射しても 、 偏光分離部で何ら問題なく偏光分離されたことから明らかである。 上記実施の形態においては第 2のレンズ板 2 0 4上の微小レンズ 2 0 5が成すレンズ列の幅 Hは偏光ビームスプリッターの開口部に対しおよ そ同等のものとおよそ 2倍のものとからなつていた。 しかしながら本発 明はこれに限定されず、 図 1 3に示した様に、 微小レンズ列の幅 Hが開 口部の幅のおよそ 3倍の大きさのものが混在しても構成可能であり、 こ れを応用すれば一般に n倍 （nは自然数） の大きさのものを適宜組み合 わせてそのシステムに最適の構成をとることができる。
本実施の形態において、 面 3 0 6 cは偏光分離面としたが、 これを反 射ミラ一面とすることもできる。 (実施の形態 4 )
次に本発明の偏光光照明装置の第 4の実施の形態例を図面を用いて説 明する。 図 1 4は本発明の偏光光照明装置の実施の形態 4の概略構成例を示す 図である。 本実施の形態の偏光光照明装置 4 0 0は、 システム光軸 1 5
0に沿って、 光源部 1 0 1、 ィンテグレーター光学系 2 0 1、 偏光分離 部 4 0 1、 及び偏光変換部 2 0 3からなり、 光源部 1 0 1から射出され た光はィンテグレーター光学系 2 0 1、 偏光分離部 4 0 1、 偏光変換部 2 0 3を通って矩形の照明領域 1 0 5に至る。 インテグレーター光学系
2 0 1は、 第 1のレンズ板 1 0 8と、 第 2のレンズ板 2 0 4と、 集光レ ンズ 1 1 8とから構成される。
光源部 1 0 1は、 光源 1 0 6と、 リフレクタ一 1 0 7とからなる。 光 源 1 0 6から出射される偏光方向がランダムな光はリフレクタ一 1 0 7 によって一方向に反射され、 インテグレーター光学系 2 0 1に入射する
。 リフレクタ一 1 0 7の反射面の形状は放物面でも、 楕円面でも、 球面 でも光学系の設計により使用できる。
第 1のレンズ板 1 0 8は、 図 2に示すような微小な矩形レンズ 1 0 9 が複数個配列された複合レンズ体である。 第 1のレンズ板 1 0 8に入射 した光は個々の矩形レンズ 1 0 9により集光せしめられる。 この矩形レ ンズ 1 0 9により形成される光源像は第 2のレンズ板 2 0 4上に形成さ れるよう設定されている。
図 9に第 2のレンズ板 2 0 4の外観を示す。 ここに形成される微小レ ンズ 2 0 5は第 1のレンズ板 1 0 8上に形成された矩形レンズ 1 0 9と 同じ数だけ配置されている。 各微小レンズ 2 0 5は各矩形レンズ 1 0 9 と 1対 1に対応する。 各矩形レンズ 1 0 9による光源像 1 1 2は、 第 2 のレンズ板 2 0 4上に複数の列をなして形成されるように、 各矩形レン ズ 1 0 9はその開口中心と曲率中心とをずらして設計されている。 微小 レンズ 2 0 5は矩形レンズ 1 0 9による光源像 1 1 2が形成される位置 に配置される。 更に微小レンズ 2 0 5の開口は、 光源像 1 1 2の大きさ に合わせて、 その開口面積や形状が設定されている。
また、 微小レンズ 2 0 5がなす列は、 図 9にあるように、 第 2レンズ 板 2 0 4上に複数の短冊状に構成されている。 各列の長手方向と直角方 向の幅 （図 9において微小レンズ 2 0 5の上下方向の有効開口幅） Hは 、 全ての列で同一ではない。 しかしながら、 幅 Hが小さな微小レンズ列 2 0 9 bと微小レンズ列 2 0 9 cとは図示したように隣接して形成され ており、 全体として微小レンズの群を形成している。 そして、 この微小 レンズ群の長手方向と直角方向の幅 （図 9において該微小レンズ群の上 下方向の全開口幅） Hは、 微小レンズ列 2 0 9 aの幅 Hと略同一に形成 されている。 即ち、 本実施の形態の第 2レンズ板 2 0 4上の微小レンズ 2 0 5は、 複数の列又は群をなすように配置されており、 更に、 その列 又は群の長手方向と直角方向の幅が全て略同一となるように形成されて いる。
第 1のレンズ板 1 0 8上の矩形レンズ 1 0 9で集光された光は第 2の レンズ板 2 0 4上の微小レンズ 2 0 5を透過した後、 偏光分離部 4 0 1 に入射する。 図 1 5に偏光分離部 4 0 1と第 2のレンズ板 2 0 4との配 置図を示す。
偏光分離部 4 0 1は同形状の微小な偏光ビームスプリッターの集合体 である。 偏光ビ一ムスプリッタ一 （プリズム） は、 偏光分離面 4 0 2に 垂直な面における断面形状が平行四辺形の四角柱からなる。 プリズム 4 0 3 a、 4 0 3 b、 4 0 3 c、 4 0 3 dの各接合面には偏光分離膜 4 0 2を挟み込んで偏光分離面が構成されている。 これらのプリズムは、 前 記第 2のレンズ板 2 0 4上の微小レンズ 2 0 5の成す列又は群 2 0 9 a , 2 0 9 b , 2 0 9 cに、 開口部 4 0 4 a , 4 0 4 bが対向するように 配置される。 更に、 開口部 4 0 4 a、 4 0 4 bの幅 （図 1 5において上 下方向の長さ） が第 2のレンズ板 2 0 4上の最も大きな幅 Hを有する微 小レンズ列 2 0 9 aの幅 Hと一致するように、 プリズムの厚みが決定さ れている。 偏光分離面 4 0 2は入射光 （即ち、 システム光軸） に対し斜 めに設けられている。 また、 プリズムの開口部 4 0 4 a、 4 0 4 bは入 射光 （即ち、 システム光軸） に対して垂直に設けられている。
第 2のレンズ板 2 0 4上の列を形成する微小レンズ列 2 0 9 aから出 射された光は偏光分離部 4 0 1の開口部 4 0 4 aに入射する。 入射光は 偏光分離膜 2 1 0 aで偏光方向により透過光と反射光に分離せしめられ る。 透過光は偏光分離部 4 0 1を抜けた後、 偏光変換部 2 0 3に入射す る。 このとき、 光線は λ Ζ 2板 2 1 2が形成されていない領域を通過す るので、 ここでは特に作用を受けずに集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。 反射光は前記偏光分離膜 2 1 0 aに平行に配置され た偏光分離膜 2 1 0 bで再度反射せしめられ、 偏光分離部 4 0 1を抜け た後、 基盤ガラス 2 1 1上に短冊状に配置され、 入射光の偏光方向を 9 0度変換するように設定された; 1 / 2板 2 1 2に入射する。 ここで偏光 方向を変換された光は集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明す る。
また、 第 2のレンズ板 2 0 4上の微小レンズ群の一部を形成する微小 レンズ列 2 0 9 bから出射された光は、 図示したように、 偏光分離部 4 0 1の開口部 4 0 4 bの中心から下方にずれた位置に入射する。 入射光 は偏光分離膜 2 1 0 cで偏光方向により透過光と反射光に分離せしめら れる。 透過光は、 先に述べたものと同様に偏光分離部 4 0 1を抜けた後 、 偏光変換部 2 0 3に入射する。 このとき、 光線は Λ Ζ 2板 2 1 2が形 成されていない領域を通過するので、 ここでは特に作用を受けずに集光 レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。 反射光は、 前記偏光分 離膜 2 1 0 cに平行に配置された偏光分離膜 2 1 0 dで反射せしめられ た後、 λ Ζ 2板 2 1 2に入射する。 ここで偏光方向を変換された光は集 光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。
さらに、 第 2のレンズ板 2 0 4上の微小レンズ群の一部を形成する微 小レンズ列 2 0 9 cから出射された光は、 図示したように、 偏光分離部 4 0 1の開口部 4 0 4 bの中心から上方にずれた位置 （上記の微小レン ズ列 2 0 9 bからの光が入射する位置とは異なる位置） に入射する。 入 射光は、 偏光分離膜 2 1 0 cで偏光方向により透過光と反射光に分離せ しめられる。 透過光は、 先に述べたものと同様に偏光分離部 4 0 1を抜 けた後、 偏光変換部 2 0 3に入射する。 このとき、 光線は； 1 / 2板 2 1 2が形成されていない領域を通過するので、 ここでは特に作用を受けず に集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。 反射光は、 前記 偏光分離膜 2 1 0 cに平行に配置された偏光分離膜 2 1 0 dで反射せし められた後、 λ Ζ 2板 2 1 2に入射する。 ここで偏光方向を変換された 光は集光レンズ 1 1 8を経て照明領域 1 0 5を照明する。
以上のように偏光光照明装置を構成することで、 光源 1 0 6から射出 される偏光方向がランダムな光を効率よく一つの偏光方向に揃えること ができ、 同時にインテグレ一タ光学系 2 0 1で均一な照明が可能になる 。 しかも装置の大きさはほとんど大型化することもなく実現できる。 偏光分離部 4 0 1は全て同じプリズムの集合体なので、 所定厚さ hを 有する大きなプリズム材料を複数積層した後、 積層方向に対して斜めに スライスすることで大量に製作することができる。 更に、 一度に全面の 研磨及びコー卜が可能になることからコストアップを最小限に抑えるこ とが出来る。 また、 第 2のレンズ板 2 0 4の微小レンズ 2 0 5の開口を光源像の大 きさに応じて形成することができるので、 第 2のレンズ板 2 0 4の大き さを最小限に抑えることができる。 このために、 照明領域 1 0 5に到達 する光の平行度を高くでき （照明 Fナンバーを大きくでき） 、 各種光学 装置の照明装置としての応用範囲を広げることができる。
上記の実施の形態ではィンテグレーター光学系 2 0 1、 偏光分離部 4 0 1、 偏光変換部 2 0 3、 集光レンズ 1 1 8 (ィンテグレーター光学系 2 0 1の一部） をそれぞれ分離して配置しているが、 それぞれの間に間 隔を設ける必要はなく、 一体化しても構成できる。
上記の実施の形態では、 偏光変換部 2 0 3は； I Z 2板 2 1 2を用いて 説明したが必ずしもこの必要はなく、 入射光の偏光方向を変えられる手 段であればよい。 また、 上記の実施の形態では、 偏光方向を揃えるため に、 偏光分離部 4 0 1で一旦反射されて射出された光 （偏光分離面で S 偏光光） の偏光方向を変換しているが、 偏光分離部で反射されることな く射出された光 （偏光分離面で P偏光光） に作用し、 偏光分離部で反射 されて射出される光には作用しない構成とすることもできる。 更に、 偏 光分離部で反射されて射出される光と、 反射されることなく射出される 光のそれぞれに異なる作用を加えて両方の偏光方向をそろえる構成とす ることもできる。
本実施の形態において偏光分離部 4 0 1を構成する平行四辺形のプリ ズムは全て同形状であることから材料、 加工上の面から低コスト化を実 現できる。
集光レンズ 1 1 8は上記実施の形態のように必ずしも球面状のレンズ でなく、 フレネルレンズやプリズムの集合体で構成することも可能であ る。
本実施の形態では、 微小レンズ列 2 0 9 bと微小レンズ列 2 0 9 cと を隣接して形成することにより微小レンズ群を形成した。 そして、 該微 小レンズ群の幅が微小レンズ列 209 aの幅 Hと一致する構成とした。 しかしながら、 本発明において、 微小レンズ群は、 図 9に示したように 複数の微小レンズ列に明確に区別できるような構成である必要はない。 例えば、 図 9の微小レンズ列 209 b， 209 cからなる微小レンズ 群に代えて、 図 16 (A) に示すような微小レンズ群 209 d、 又は図 16 (B) に示すような微小レンズ群 209 eを形成してもよい。 ここ で、 微小レンズ群 209 d, 209 eの紙面上下方向の幅 Hは、 他の微 小レンズ列又は微小レンズ群 （例えば微小レンズ列 209 a) の幅 Hと 同一となるように形成する。
あるいは、 図 9の第 2のレンズ板 204に代えて、 図 16 (C) に示 した第 2のレンズ板 204， を用いることもできる。 第 2のレンズ板 2 04， の微小レンズ 205は、 6列の微小レンズ列 （又は群） 230 a ， 230 b, 230 c, 230 d, 230 e, 230 f を形成するよう に配置されている。 そして、 これらの微小レンズ列 （又は群） の紙面上 下方向の有効開口幅 Hは全て同一である。 なお、 図 16 (C) では、 図 面を簡素化するために第 1のレンズ板による光源像は省略してある。 なお、 図 16 (C) に示したように、 第 2のレンズ板の微小レンズ 2 05力^ 第 1のレンズ板の矩形レンズ 109と 1対 1に対応している限 り、 第 2のレンズ板の微小レンズ列又は微小レンズ群の数 （例えば図 1 6 (C) では 6列） が、 第 1のレンズ板の矩形レンズの配列数 （例えば 図 2では 7列） と一致している必要はない。
また、 図 16 (A) ， (B) ， （C) は、 微小レンズ 205の配列を 概念的に示したものであって、 微小レンズの個数は第 1のレンズ板の矩 形レンズの数と一致させる必要があることはいうまでもない。
微小レンズ列を上記図 16のように形成しても、 本実施の形態で説明 したのと同様の偏光分離部 4 0 1を用いて同様の効果を得ることができ O
本実施の形態において、 面 2 1 0 b， 2 1 0 dは偏光分離面としたが 、 これを反射ミラ一面とすることもできる。
上記の実施の形態 2 ~ 4において、 システム光軸 1 5 0に対して、 光 源部 1 0 1の光軸 1 0 1 a及び第 1のレンズ板 1 0 8が、 偏光分離部を 構成するプリズムのシステム光軸と直交する 2面間距離 dの約半分の量 だけずらせた位置に配置されることが望ましい。 このようにすることで 、 光源 1 0 6からの光を無駄なく偏光光に変換することができる。 なお 、 このとき空間的な制約等によりシステム光軸 1 5 0に対する上記ずら し量を確保できない場合には、 第 1のレンズ板 1 1 0上の矩形レンズ 1 0 9の軸をずらすことにより前記ずらし量を補足する等することができ
^ 0
(実施の形態 5 )
図 1 7は前記実施の形態 1の装置を投写型画像表示装置に応用した例 のる。
図 1 7に示す投写型画像表示装置 5 0 0は、 ランダムな偏光光を一方 向に出射する光源部 1 0 1を有し、 この光源部 1 0 1から出射されたラ ンダムな偏光光はィンテグレーター光学系 1 0 2及び偏光分離部 1 0 3 で 2種の偏光光に分離され、 分離された偏光光のうち一方は偏光変換部 1 0 4の； 1 2板 2 1 2によって偏光方向が変換され、 一つの偏光方向 に揃えられるように構成されている。
このような偏光光照明装置 1 0 0から出射された光束は、 まず赤透過 ダイクロイツクミラー 5 0 1において赤色光が透過され、 青、 緑色光は 反射せしめられる。
赤色光は反射ミラ一5 0 2で反射され、 第 1の液晶ライ トバルブ 5 0 3に達する。 一方、 青色光及び緑色光のうち、 緑色光は緑反射ダイク口 イツクミラ一 5 0 4によって反射され、 第 2の液晶ライ トバルブ 5 0 5 に達する。 青色光は緑反射ダイクロイツクミラー 5 0 4を透過した後、 入射側レンズ 5 0 6、 リ レーレンズ 5 0 8 , 出射側レンズ 5 1 0からな るリレーレンズ系に反射ミラー 5 0 7 , 反射ミラー 5 0 9を加えて構成 された導光手段 5 1 2により第 3の液晶ライ トバルブ 5 1 1に導かれる 。 第 1、 第 2、 第 3の液晶ライ トバルブ 5 0 3、 5 0 5、 5 1 1はそれ ぞれ色光を変調する。 各色に対応した映像信号にあわせて変調された色 光はダイクロイツクプリズム 5 1 3 (色合成装置） に入射する。 ダイク ロイックプリズム 5 1 3は赤反射の誘電体多層膜と青反射の誘電体多層 膜を十字状に交差させて有しており、 それぞれの変調光束を合成する。 ここで合成された光束は投写レンズ 5 1 4 (投写光学系） を透過して図 にはないスクリーン 5 1 5上に映像を形成する。
このようにして構成した投写型画像表示装置 5 0 0では 1種類の偏光 光を変調するタイプの液晶パネルが用いられている。 従って従来のラン ダムな偏光光をこのタイプの液晶ライ 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利用 率が低いと共に、 偏光板の発熱を抑えるため大型で騒音の大きい冷却装 置が必要であるといつた問題点があつた。 ところが本例の投写型画像表 示装置 5 0 0では、 偏光方向が揃った偏光光を供給できる実施の形態 1 の偏光光照明装置を用いているので、 かかる問題を大幅に解消できる。 更に本実施の形態によれば、 第 2のレンズ板 1 1 0の微小レンズ 1 1 1は第 2のレンズ板 1 1 0上の光源像 1 1 2におよそ最適化してその開 口面積、 形状を最小化出来ることから偏光変換部を通してみた見かけの 第 2のレンズ板の面積も小さく構成できる。 投写レンズの Fナンバーは 第 2のレンズ板の見かけの大きさと液晶パネルから第 2のレンズ板まで の距離によって決まり、 第 2のレンズ板の見かけの大きさを小さくでき れば Fナンバーを小さく、 すなわち投写レンズを明るくする必要が無く なる。 本実施の形態によれば、 投射レンズ 5 1 4が従来の偏光変換を行 わない装置に用いられていた投写レンズあるいはそれに近いものであつ ても、 投写画像の高輝度化を十分に実現することが出来る。 特にライ ト バルブが、 入射角が広いとコントラスト低下を生じる液晶を応用したも のである場合には、 画質向上に有利である。
本実施の形態においては第 1、 第 2、 第 3の液晶ライ トバルブ 5 0 3 、 5 0 5、 5 1 1を透過した光は色合成装置であるダイクロイツクブリ ズム 5 1 3で一つの光軸上に導かれて投写光学系である一本の投写レン ズ 5 1 4で拡大投影された。 しかしながら、 本発明は特にこれに限定さ れない。 例えば、 色合成装置を用いずに各色光に対する第 1、 第 2、 第 3の液晶ライ トバルブ 5 0 3、 5 0 5、 5 1 1の出射光を拡大投写出来 るよう各色光毎に投写レンズを設けた構成とすることもできる。
本実施の形態においては、 ライ トバルブを透過型液晶としたがこれに 限定されることなく、 偏光を応用したものであれば全く同様の効果を得 ることが可能であることは明らかである。
(実施の形態 6 )
図 1 8は前記実施の形態 1の装置を投写型画像表示装置に応用した別 の例である。
図 1 8に示す投写型画像表示装置 6 0 0は、 ランダムな偏光光を一方 向に出射する光源部 1 0 1を有し、 この光源部 1 0 1から出射されたラ ンダムな偏光光はィンテグレーター光学系 1 0 2及び偏光分離部 1 0 3 で 2種の偏光光に分離され、 分離された偏光光のうち一方は偏光変換部 1 0 4の； / 2板 2 1 2によって偏光方向が変換され、 一つの偏光方向 に揃えるように構成されている。 このような偏光光照明装置 1 0 0から出射された光束は、 液晶ライ ト バルブ 6 0 1に入射する。 液晶ライ トバルブ 6 0 1は、 各色光に対する 入力信号に応じて独立して駆動可能な多数の画素 6 0 2 a、 6 0 2 b、 6 0 2 cを有し、 各画素の入射側には駆動信号に応じた色光のみを透過 するカラ一フィルタ一 6 0 3 a、 6 0 3 b、 6 0 3 cが備えられている 。 液晶ライ トバルブ 6 0 1は、 先の実施の形態 5に示したものと同様に 、 入射した光の偏光方向を変えることで変調するものである。 液晶ライ トバルブ 6 0 1の入射側には任意の偏光方向の光のみを透過する入射側 偏光板 6 0 4が備えられ、 出射側には液晶ライ トバルブ 6 0 1を透過し てきた光のうち、 画面に投写されるべき画素からの偏光方向の光を透過 させ、 これに直交する偏光方向の光を遮光する出射側偏光板 6 0 5が備 えられている。 ここを透過した光は投写レンズ 6 0 6 (投写光学系） を 透過して図にはないスクリーン 5 1 5上に映像を形成する。
本実施の形態においても、 ライ トバルブを 3枚用いた場合と同様に、 従来の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つてしまうため光利用率 が低いと共に、 偏光板の発熱を抑えるため大型で騒音の大きい冷却装置 が必要であるといつた問題点があつた。 ところが本例の投写型画像表示 装置 6 0 0では、 偏光方向が揃った偏光光を供給できる実施の形態 1の 偏光光照明装置を用いているので、 かかる問題を大幅に解消できる。 更に本実施の形態でも、 第 2のレンズ板 1 1 0の微小レンズ 1 1 1は 第 2のレンズ板 1 1 0上の光源像 1 1 2におよそ最適化してその開口面 積、 形状を最小化出来ることから偏光変換部を通してみた見かけの第 2 のレンズ板の面積も小さく構成できる。 投写レンズの Fナンバーは第 2 のレンズ板の見かけの大きさと液晶パネルから第 2のレンズ板までの距 離によって決まり、 この第 2のレンズ板の見かけの大きさを小さくでき れば Fナンバーを小さく、 すなわち投写レンズを明るくする必要が無く なる。 本実施の形態によれば、 投射レンズ 6 0 6が従来の偏光変換を行 わない装置に用いていた投写レンズあるいはそれに近いものであっても 、 投写画像の高輝度化を十分に実現することが出来る。 特にライ トバル プが、 入射角が広いとコントラスト低下を生じる液晶を応用したもので ある場合には、 画質向上に有利である。
本実施の形態においては色決めをカラーフィルター 6 0 3 a、 6 0 3 b、 6 0 3 cで行つたが、 図 1 9にあるようにダイクロイツクミラ一 6 0 7， 6 0 8、 全反射ミラ一 6 0 9で色分解を行い、 3画素あたりに 1 つのマイクロレンズ 6 1 0を設けることでカラ一フィルターを用いない 単板方式の投写型画像表示装置にも応用可能であることは言うまでもな い。 なお、 図 1 9において、 図 1 8と同じ機能を有する部材には同一の 符号を付して詳細な説明を省略する。
(実施の形態 7 )
図 2 0は前記実施の形態 2の装置を投写型画像表示装置に応用した例 める。
図 2 0に示す投写型画像表示装置 7 0 0は、 ランダムな偏光光を一方 向に出射する光源部 1 0 1を有し、 この光源部 1 0 1から出射されたラ ンダムな偏光光はィンテグレーター光学系 2 0 1及び偏光分離部 2 0 2 で 2種の偏光光に分離され、 分離された偏光光のうち一方は偏光変換部 2 0 3の I Z 2板 2 1 2によって偏光方向が変換され、 一つの偏光方向 に揃えられるように構成されている。
このような偏光光照明装置 2 0 0から出射された光束は、 まず赤透過 ダイクロイツクミラー 5 0 1において赤色光が透過され、 青、 緑色光は 反射せしめられる。
赤色光は反射ミラー 5 0 2で反射され、 第 1の液晶ライ トバルブ 5 0 3に達する。 一方、 青色光及び緑色光のうち、 緑色光は緑反射ダイク口 イツクミラー 5 0 4によって反射され、 第 2の液晶ライ トバルブ 5 0 5 に達する。 青色光は緑反射ダイクロイツクミラー 5 0 4を透過した後、 入射側レンズ 5 0 6、 リ レーレンズ 5 0 8， 出射側レンズ 5 1 0からな るリレーレンズ系に反射ミラ一 5 0 7， 反射ミラ一 5 0 9を加えて構成 された導光手段 5 1 2により第 3の液晶ライ トバルブ 5 1 1に導かれる 。 第 1、 第 2、 第 3の液晶ライ トバルブ 5 0 3、 5 0 5、 5 1 1はそれ ぞれ色光を変調する。 各色に対応した映像信号にあわせて変調された色 光はダイクロイツクプリズム 5 1 3 (色合成装置） に入射する。 ダイク ロイックプリズム 5 1 3は赤反射の誘電体多層膜と青反射の誘電体多層 膜を十字状に交差させて有しており、 それぞれの変調光束を合成する。 ここで合成された光束は投写レンズ 5 1 4 (投写光学系） を透過して図 にはないスクリーン 5 1 5上に映像を形成する。
このようにして構成した投写型画像表示装置 7 0 0では 1種類の偏光 光を変調するタイプの液晶パネルが用いられている。 従って従来のラン ダムな偏光光をこのタイプの液晶ライ 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利用 率が低いと共に、 偏光板の発熱を抑えるため大型で騒音の大きい冷却装 置が必要であるといつた問題点があつた。 ところが本例の投写型画像表 示装置 7 0 0では、 偏光方向が揃った偏光光を供給できる実施の形態 2 の偏光光照明装置を用いているので、 かかる問題が大幅に解消できる。 更に本実施の形態によれば、 第 2のレンズ板 2 0 4の微小レンズ 2 0 5は第 2のレンズ板 2 0 4上の光源像 1 1 2におよそ最適化してその開 口面積、 形状を最小化出来ることから偏光変換部を通してみた見かけの 第 2のレンズ板の面積も小さく構成できる。 投写レンズの Fナンバーは 第 2のレンズ板の見かけの大きさと液晶パネルから第 2のレンズ板まで の距離によって決まり、 第 2のレンズ板の見かけの大きさを小さくでき れば Fナンバーを小さく、 すなわち投写レンズを明るくする必要が無く なる。 本実施の形態によれば、 投射レンズ 5 1 4が従来の偏光変換を行 わない装置に用いられていた投写レンズあるいはそれに近いものであつ ても、 投写画像の高輝度化を十分に実現することが出来る。 特にライ ト バルブが、 入射角が広いとコントラスト低下を生じる液晶を応用したも のである場合には、 画質向上に有利である。
本実施の形態においても実施の形態 5と同様に、 第 1、 第 2、 第 3の 液晶ライ トバルブ 5 0 3、 5 0 5、 5 1 1を透過した光は色合成装置で あるダイクロイツクプリズム 5 1 3で一つの光軸上に導かれて投写光学 系である一本の投写レンズ 5 1 4で拡大投影された。 しかしながら、 本 発明は特にこれに限定されない。 例えば、 色合成装置を用いずに各色光 に対する第 1、 第 2、 第 3の液晶ライ トバルブ 5 0 3、 5 0 5、 5 1 1 の出射光を拡大投写出来るよう各色光毎に投写レンズを設けた構成とす ることもできる。
本実施の形態においては、 ライ トバルブを透過型液晶としたがこれに 限定されることなく、 偏光を応用したものであれば全く同様の効果を得 ることが可能であることは明らかである。
また、 偏光光照明装置 2 0 0を照明装置として、 ライ トバルブを用い た投写型画像表示装置を構成するにおいては、 図 2 0に示したように色 分離光学系を用い各色光毎にライ トバルブを設ける 3板式の他にも、 一 つのライ トバルブでカラー表示を行う実施の形態 6に示した単板式 （図 1 8， 図 1 9 ) とすることもできる。
(実施の形態 8 )
図 2 1は前記実施の形態 3の装置を投写型画像表示装置に応用した例 である。 図 2 1に示す投写型画像表示装置 8 0 0は、 ランダムな偏光光を一方 向に出射する光源部 1 0 1を有し、 この光源部 1 0 1から出射されたラ ンダムな偏光光はィンテグレーター光学系 2 0 1及び偏光分離部 3 0 1 で 2種の偏光光に分離され、 分離された偏光光のうち一方は偏光変換部 2 0 3の； I Z 2板 2 1 2によって偏光方向が変換され、 一つの偏光方向 に揃えるように構成されている。
このような偏光光照明装置 3 0 0から出射された光束は、 まず赤透過 ダイクロイツクミラ一 5 0 1において赤色光が透過され、 青、 緑色光は 反射せしめられる。
赤色光は反射ミラー 5 0 2で反射され、 第 1の液晶ライ トバルブ 5 0
3に達する。 一方、 青色光及び緑色光のうち、 緑色光は緑反射ダイク口 イツクミラー 5 0 4によって反射され、 第 2の液晶ライ トバルブ 5 0 5 に達する。 青色光は緑反射ダイクロイツクミラー 5 0 4を透過した後、 入射側レンズ 5 0 6、 リレーレンズ 5 0 8， 出射側レンズ 5 1 0からな るリレーレンズ系に反射ミラ一 5 0 7， 反射ミラー 5 0 9を加えて構成 された導光手段 5 1 2により第 3の液晶ライ トバルブ 5 1 1に導かれる o 第 1、 第 2、 第 3の液晶ライ トバルブ 5 0 3、 5 0 5、 5 1 1はそれ ぞれ色光を変調する。 各色に対応した映像信号にあわせて変調された色 光はダイクロイツクプリズム 5 1 3 (色合成装置） に入射する。 ダイク ロイックプリズム 5 1 3は赤反射の誘電体多層膜と青反射の誘電体多層 膜を十字状に交差させて有しており、 それぞれの変調光束を合成する。 ここで合成された光束は投写レンズ 5 1 4 (投写光学系） を透過して図 にはないスクリーン 5 1 5上に映像を形成する。
このようにして構成した投写型画像表示装置 8 0 0では 1種類の偏光 光を変調するタイプの液晶パネルが用いられている。 従って従来のラン ダムな偏光光をこのタイプの液晶ライ 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つてしまうため光利用 率が低いと共に、 偏光板の発熱を抑えるため大型で騒音の大きい冷却装 置が必要であるといつた問題点があつた。 ところが本例の投写型画像表 示装置 8 0 0では、 偏光方向が揃った偏光光を供給できる実施の形態 3 の偏光光照明装置を用いているので、 かかる問題が大幅に解消できる。 更に本実施の形態によれば、 第 2のレンズ板 2 0 4の微小レンズ 2 0 5は第 2のレンズ板 2 0 4上の光源像 1 1 2におよそ最適化してその開 口面積、 形状を最小化出来ることから偏光変換部を通してみた見かけの 第 2のレンズ板の面積も小さく構成できる。 投写レンズの Fナンバーは 第 2のレンズ板の見かけの大きさと液晶パネルから第 2のレンズ板まで の距離によって決まり、 第 2のレンズ板の見かけの大きさを小さくでき れば Fナンバーを小さく、 すなわち投写レンズを明るくする必要が無く なる。 本実施の形態によれば、 投射レンズ 5 1 4が従来の偏光変換を行 わない装置に用いられていた投写レンズあるいはそれに近いもので合つ ても、 投写画像の高輝度化を十分に実現することが出来る。 特にライ ト バルブが、 入射角が広いとコントラスト低下を生じる液晶を応用したも のである場合には、 画質向上に有利である。
本実施の形態においても実施の形態 5と同様に、 第 1、 第 2、 第 3の 液晶ライ トバルブ 5 0 3、 5 0 5、 5 1 1を透過した光は色合成装置で あるダイクロイツクプリズム 5 1 3で一つの光軸上に導かれて投写光学 系である一本の投写レンズ 5 1 4で拡大投影された。 しかしながら、 本 発明は特にこれに限定されない。 例えば、 色合成装置を用いずに各色光 に対する第 1、 第 2、 第 3の液晶ライ トバルブ 5 0 3、 5 0 5、 5 1 1 の出射光を拡大投写出来るよう各色光毎に投写レンズを設けた構成とす ることもできる。
本実施の形態においては、 ライ トバルブを透過型液晶としたがこれに
4 限定されることなく、 偏光を応用したものであれば全く同様の効果を得 ることが可能であることは明らかである。
また、 偏光光照明装置 3 0 0を照明装置として、 ライ トバルブを用い た投写型画像表示装置を構成するにおいては、 図 2 1に示したように色 分離光学系を用い各色光毎にライ トバルブを設ける 3板式の他にも、一 つのライ トバルブでカラ一表示を行う実施の形態 6に示した単板式 （図 1 8， 図 1 9 ) とすることもできる。
(実施の形態 9 )
図 2 2は前記実施の形態 4の装置を投写型画像表示装置に応用した例 である。
図 2 2に示す投写型画像表示装置 9 0 0は、 ランダムな偏光光を一方 向に出射する光源部 1 0 1を有し、 この光源部 1 0 1から出射されたラ ンダムな偏光光はィンテグレーター光学系 2 0 1及び偏光分離部 4 0 1 で 2種の偏光光に分離され、 分離された偏光光のうち一方は偏光変換部 2 0 3の； I Z 2板 2 1 2によって偏光方向が変換され、 一つの偏光方向 に揃えるように構成されている。
このような偏光光照明装置 4 0 0から出射された光束は、 まず赤透過 ダイクロイツクミラー 5 0 1において赤色光が透過され、 青、 緑色光は 反射せしめられる。
赤色光は反射ミラー 5 0 2で反射され、 第 1の液晶ライ トバルブ 5 0
3に達する。 一方、 青色光及び緑色光のうち、 緑色光は緑反射ダイク口 イツクミラー 5 0 4によって反射され、 第 2の液晶ライ トバルブ 5 0 5 に達する。 青色光は緑反射ダイクロイツクミラー 5 0 4を透過した後、 入射側レンズ 5 0 6、 リ レーレンズ 5 0 8， 出射側レンズ 5 1 0からな るリレーレンズ系に反射ミラ一 5 0 7， 反射ミラー 5 0 9を加えて構成 された導光手段 5 1 2により第 3の液晶ライ トバルブ 5 1 1に導かれる o 第 1、 第 2、 第 3の液晶ライ トバルブ 5 0 3、 5 0 5、 5 1 1はそれ ぞれ色光を変調する。 各色に対応した映像信号にあわせて変調された色 光はダイクロイツクプリズム 5 1 3 (色合成装置） に入射する。 ダイク ロイックプリズム 5 1 3は赤反射の誘電体多層膜と青反射の誘電体多層 膜を十字状に交差させて有しており、 それぞれの変調光束を合成する。 ここで合成された光束は投写レンズ 5 1 4 (投写光学系） を透過して図 にはないスクリーン 5 1 5上に映像を形成する。
このようにして構成した投写型画像表示装置 9 0 0では 1種類の偏光 光を変調するタイプの液晶パネルが用いられている。 従って従来のラン ダムな偏光光をこのタイプの液晶ライ 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つてしまうため光利用 率が低いと共に、 偏光板の発熱を抑えるため大型で騒音の大きい冷却装 置が必要であるといつた問題点があつた。 ところが本例の投写型画像表 示装置 9 0 0では、 偏光方向が揃った偏光光を供給できる実施の形態 4 の偏光光照明装置を用いているので、 かかる問題が大幅に解消できる。 更に本実施の形態によれば、 第 2のレンズ板 2 0 4の微小レンズ 2 0 5は第 2のレンズ板 2 0 4上の光源像 1 1 2におよそ最適化してその開 口面積、 形状を最小化出来ることから偏光変換部を通してみた見かけの 第 2のレンズ板の面積も小さく構成できる。 投写レンズの Fナンバーは 第 2のレンズ板の見かけの大きさと液晶パネルから第 2のレンズ板まで の距離によって決まり、 第 2のレンズ板の見かけの大きさを小さくでき れば Fナンバーを小さく、 すなわち投写レンズを明るくする必要が無く なる。 本実施の形態によれば、 投射レンズ 5 1 4が従来の偏光変換を行 わない装置に用いられていた投写レンズあるいはそれに近いものであつ ても、 投写画像の高輝度化を十分に実現することが出来る。 特にライ ト バルブが、 入射角が広いとコントラスト低下を生じる液晶を応用したも のである場合には、 画質向上に有利である。
本実施の形態においても実施の形態 5と同様に、 第 1、 第 2、 第 3の 液晶ライ トバルブ 5 0 3、 5 0 5、 5 1 1を透過した光は色合成装置で あるダイクロイツクプリズム 5 1 3で一つの光軸上に導かれて投写光学 系である一本の投写レンズ 5 1 4で拡大投影された。 しかしながら、 本 発明は特にこれに限定されない。 例えば、 色合成装置を用いずに各色光 に対する第 1、 第 2、 第 3の液晶ライ トバルブ 5 0 3、 5 0 5、 5 1 1 の出射光を拡大投写出来るよう各色光毎に投写レンズを設けた構成とす る _とちでさる。
本実施の形態においては、 ライ トバルブを透過型液晶としたがこれに 限定されることなく、 偏光を応用したものであれば全く同様の効果を得 ることが可能であることは明らかである。
また、 偏光光照明装置 4 0 0を照明装置として、 ライ トバルブを用い た投写型画像表示装置を構成するにおいては、 図 2 2に示したように色 分離光学系を用い各色光毎にライ トバルブを設ける 3板式の他にも、 一 つのライ トバルブでカラ一表示を行う実施の形態 6に示した単板式 （図
1 8， 図 1 9 ) とすることもできる。
以上に説明した実施の形態は、 いずれもあくまでも本発明の技術的内 容を明らかにする意図のものであって、 本発明はこのような具体例にの み限定して解釈されるものではなく、 その発明の精神と請求の範囲に記 載する範囲内でいろいろと変更して実施することができ、 本発明を広義 に解釈すべきである。 産業上の利用の可能性
本発明の偏光光照明装置は、 光源からのランダム光を任意の偏光方向 に変換出来ると同時に、 照明光の広がりを抑えることが出来る （照明 F ナンバーを大きくすることができる） ので、 偏光光を必要とする照明装 置に広く利用することができる。 特に偏光を利用し変調を行うライ トバ ルプを用いた投写型画像表示装置型の照明装置として用いた場合には、 光源からのランダム光を全て利用でき、 光利用率を大幅に改善できる。 また、 照明 Fナンバーを大きくする （入射光の広がり角を小さくする） ことができるので、 投写型画像表示装置の投射光学系の Fナンバーを変 えることなく高輝度の画像が得られる。 更に、 ライ トバルブ入射面上に マイクロレンズを構成した場合には投写光学系の負担が小さくなり、 マ イク口レンズによる効果を得やすくすることが出来る。
また、 本発明の投写型画像表示装置は、 簡易な構成で光の利用効率が 向上し、 投写画像の明るさを向上することが出来るので、 高輝度化、 低 コスト化が特に要求される液晶プロジェクタとして特に好適に利用でき

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 偏光方向がランダムな光を出射する光源と、
複数の矩形レンズの集合体からなる第 1のレンズ板、 前記矩形レンズ に 1対 1に対応する複数の微小レンズの集合体からなる第 2のレンズ板 、 及び集光レンズを有するイ ンテグレーター光学系と、
前記光源から出射された光を、 偏光方向が直交し光軸が略平行な 2つ の偏光光に分離する偏光分離部と、
前記 2つの偏光光の偏光方向をそろえる偏光変換部とを備え、 前記第 1のレンズ板の矩形レンズによる光源像が、 前記第 2のレンズ 板上に複数の列をなして形成されるように、 前記矩形レンズはその開口 中心と曲率中心とをずらして形成されており、
前記第 2のレンズ板の微小レンズは、 前記矩形レンズによる光源像が 形成される位置に複数の列状に配置されており、 前記微小レンズの複数 の列のうち、 前記列の長手方向と直角方向の幅 Hが他と異なる列を少な く とも 1つ有し、
前記偏光分離部は、 システム光軸に対して斜めに設置された反射ミラ 一面と、 前記反射ミラー面と平行に設置された偏光分離面と、 前記シス テム光軸と直交する 2面とを有する微小偏光ビームスプリッタ一が複数 集合して構成され、
前記偏光分離面は、 前記第 2レンズ板からの光を偏光方向により透過 又は反射して分離する偏光分離膜を備え、
システム光軸と直交する前記 2面間距離 dは前記偏光分離部を構成す る全ての微小偏光ビ一ムスプリッタ一において同一であり、 前記反射ミ ラー面と前記偏光分離面との間の距離 hが他と異なる微小偏光ビームス プリッターが少なくとも 1つ含まれていることを特徴とする偏光光照明 装置。
2 . 前記第 2のレンズ板の各微小レンズの開口部は、 前記各光源像の 大きさに応じて形成されている請求の範囲第 1項に記載の偏光光照明装
3 . 前記 2面間距離 dが、 前記微小レンズがなす列のいずれかの前記 幅 Hと略同一である請求の範囲第 1項に記載の偏光光照明装置。
4 . 前記 2面間距離 dが、 前記幅 Hが最も大きい列の幅 Hと略同一で ある請求の範囲第 1項に記載の偏光光照明装置。
5 . 前記光源部の光軸及び前記第 1のレンズ板が、 システム光軸に対 して前記 2面間距離 dの約 1 . 5倍の量だけ平行移動した位置に配置さ れている請求の範囲第 1項に記載の偏光光照明装置。
6 . 偏光方向がランダムな光を出射する光源と、
複数の矩形レンズの集合体からなる第 1のレンズ板、 前記矩形レンズ に 1対 1に対応する複数の微小レンズの集合体からなる第 2のレンズ板 、 及び集光レンズを有するインテグレーター光学系と、
前記光源から出射された光を、 偏光方向が直交し光軸が略平行な 2つ の偏光光に分離する偏光分離部と、
前記 2つの偏光光の偏光方向をそろえる偏光変換部とを備え、 前記第 1のレンズ板の矩形レンズによる光源像が、 前記第 2のレンズ 板上に複数の列をなして形成されるように、 前記矩形レンズはその開口 中心と曲率中心とをずらして形成されており、
前記第 2のレンズ板の微小レンズは、 前記矩形レンズによる光源像が 形成される位置に複数の列状に配置されており、 前記微小レンズの複数 の列のうち、 前記列の長手方向と直角方向の幅 Hが他と異なる列を少な くとも 1つ有し、
前記偏光分離部は、 システム光軸に対して斜めに設置された偏光分離 面と、 前記偏光分離面と平行に設置された面と、 前記システム光軸と直 交する 2面とを有する微小偏光ビームスプリツターが複数集合して構成 され、
前記偏光分離面は、 前記第 2レンズ板からの光を偏光方向により透過 又は反射して分離する偏光分離膜を備え、
システム光軸と直交する前記 2面間距離 dは前記偏光分離部を構成す る全ての微小偏光ビ一ムスプリッターにおいて同一であり、 前記偏光分 離面とこれと平行な面との間の距離 hが他と異なる微小偏光ビームスプ リッターが少なく とも 1つ含まれていることを特徴とする偏光光照明装 。
7 . 前記第 2のレンズ板の各微小レンズの開口部は、 前記各光源像の 大きさに応じて形成されている請求の範囲第 6項に記載の偏光光照明装
8 . 前記微小偏光ビームスプリッターに入射した光がその微小偏光ビ 一ムスプリッターを出射するまでの間の総反射回数が、 前記距離 hが異 なる微小偏光ビームスプリッター間で異なる請求の範囲第 6項に記載の 偏光光照明装置。
9 . 前記距離 hが最も小さな値を有する微小偏光ビームスプリッター の前記距離 hの値を h MINとしたとき、 他の微小偏光ビームスプリ ッタ —の前記距離 hは n h MIN ( nは自然数） である請求の範囲第 6項に記 載の偏光光照明装置。
1 0 . 前記距離 hが大きな微小偏光ビームスプリッタ一は、 これより 小さな距離 hを有する微小偏光ビームスプリッタ一を構成する高屈折材 料が複数層接合されて構成されている請求の範囲第 6項に記載の偏光光 照明装置。
1 1 . 偏光方向がランダムな光を出射する光源と、
o 複数の矩形レンズの集合体からなる第 1のレンズ板、 前記矩形レンズ に 1対 1に対応する複数の微小レンズの集合体からなる第 2のレンズ板 、 及び集光レンズを有するインテグレーター光学系と、
前記光源から出射された光を、 偏光方向が直交し光軸が略平行な 2つ の偏光光に分離する偏光分離部と、
前記 2つの偏光光の偏光方向をそろえる偏光変換部とを備え、 前記第 1のレンズ板の矩形レンズによる光源像が、 前記第 2のレンズ 板上に複数の列をなして形成されるように、 前記矩形レンズはその開口 中心と曲率中心とをずらして形成されており、
前記第 2のレンズ板の微小レンズは、 前記矩形レンズによる光源像が 形成される位置に複数の列状に配置されており、 前記微小レンズの複数 の列のうち、 前記列の長手方向と直角方向の幅 Hが他と異なる列を少な く とも 1つ有し、
前記偏光分離部は、 システム光軸に対して斜めに設置された偏光分離5 面と、 前記偏光分離面と平行に設置された面と、 前記システム光軸と直 交する 2面とを有する同一形状の微小偏光ビームスプリッタ一が複数集 合して構成され、
前記偏光分離面は、 前記第 2レンズ板からの光を偏光方向により透過 又は反射して分離する偏光分離膜を備えることを特徴とする偏光光照明0
1 2 . 前記第 2のレンズ板の各微小レンズの開口部は、 前記各光源像 の大きさに応じて形成されている請求の範囲第 1 1項に記載の偏光光照 明装置。
1 3 . 前記微小偏光ビ一ムスプリッターの、 前記第 2レンズ板からの5 光線の入射面となる矩形形状の長辺間距離が、 前記幅 Hが最も小さな列 の幅 Hと略同一である請求の範囲第 1 1項に記載の偏光光照明装置。
1 4 . 前記微小偏光ビームスプリッターの、 前記第 2 レンズ板からの 光線の入射面となる矩形形状の長辺間距離が、 前記幅 Hが最も小さな列 の幅 Hのほぼ l Z n ( nは自然数） である請求の範囲第 1 1項に記載の 偏光光照明装置。
1 5 . 前記微小偏光ビームスプリツターに入射した光がその微小偏光 ビームスプリッタ一を出射するまでの間の総反射回数が 4回以上である 微小偏光ビームスプリッターが少なく とも 1つ存在するように、 システ ム光軸と直交する前記 2面間距離 dが設定されている請求の範囲第 6項 又は第 1 1項に記載の偏光光照明装置。
1 6 . 偏光方向がランダムな光を出射する光源と、
複数の矩形レンズの集合体からなる第 1のレンズ板、 前記矩形レンズ に 1対 1に対応する複数の微小レンズの集合体からなる第 2のレンズ板 、 及び集光レンズを有するインテグレーター光学系と、
前記光源から出射された光を、 偏光方向が直交し光軸が略平行な 2つ の偏光光に分離する偏光分離部と、
前記 2つの偏光光の偏光方向をそろえる偏光変換部とを備え、 前記第 1のレンズ板の矩形レンズによる光源像が、 前記第 2のレンズ 板上に複数の列又は群をなして形成されるように、 前記矩形レンズはそ の開口中心と曲率中心とをずらして形成されており、
前記第 2のレンズ板の微小レンズは、 前記矩形レンズによる光源像が 形成される位置に複数の列又は群をなして配置されており、 前記微小レ ンズの複数の列又は群の長手方向と直角方向の幅 Hが全て略同一であり 前記偏光分離部は、 システム光軸に対して斜めに設置された偏光分離 面と、 前記偏光分離面と平行に設置された面と、 前記システム光軸と直 交する 2面とを有する同一形状の微小偏光ビ一ムスプリッタ一が複数集 合して構成され、
前記偏光分離面は、 前記第 2レンズ板からの光を偏光方向により透過 又は反射して分離する偏光分離膜を備えることを特徴とする偏光光照明 1 7 . 前記第 2のレンズ板の各微小レンズの開口部は、 前記各光源像 の大きさに応じて形成されている請求の範囲第 1 6項に記載の偏光光照 明装置。
1 8 . 前記光源部の光軸及び前記第 1のレンズ板が、 システム光軸に 対して前記システム光軸と直交する 2面間距離 dの約半分の量だけ平行 移動した位置に配置されている請求の範囲第 6項、 第 1 1項、 又は第 1 6項に記載の偏光光照明装置。
1 9. 前記偏光分離面と平行に設置された面が反射ミラー面である微 小偏光ビームスプリッターを少なくとも 1つ有する請求の範囲第 6項、 第 1 1項、 又は第 1 6項に記載の偏光光照明装置。
2 0. 前記偏光変換部は、 λ Ζ 2板を有する請求の範囲第 1項、 第 6 項、 第 1 1項、 又は第 1 6項に記載の偏光光照明装置。
2 1 . 前記光源からの出射光が前記第 1のレンズ板を介して前記第 2 のレンズ板の各微小レンズの入射面上に 2次光源像として投写され、 前 記第 2のレンズ板からの出射光は、 前記偏光分離部、 前記偏光変換部を 経て前記集光レンズにより被照明物を照明する請求の範囲第 1項、 第 6 項、 第 1 1項、 又は第 1 6項に記載の偏光光照明装置。
2 2. 偏光光照明装置と、 前記偏光光照明装置からの偏光光を変調し て入力信号に応じて画像表示を行うライ トバルブを備えた変調装置と、 前記変調装置により変調された変調光束をスクリーン上に拡大投写する 投写光学系とを有する投写型画像表示装置において、
前記偏光光照明装置が請求の範囲第 1項に記載の偏光光照明装置であ ることを特徴とする投写型画像表示装置。
2 3 . 偏光光照明装置と、 前記偏光光照明装置からの偏光光を変調し て入力信号に応じて画像表示を行うライ トバルブを備えた変調装置と、 前記変調装置により変調された変調光束をスクリーン上に拡大投写する 投写光学系とを有する投写型画像表示装置において、
前記偏光光照明装置が請求の範囲第 6項に記載の偏光光照明装置であ ることを特徴とする投写型画像表示装置。
2 4. 偏光光照明装置と、 前記偏光光照明装置からの偏光光を変調し て入力信号に応じて画像表示を行うライ トバルブを備えた変調装置と、 前記変調装置により変調された変調光束をスクリーン上に拡大投写する 投写光学系とを有する投写型画像表示装置において、
前記偏光光照明装置が請求の範囲第 1 1項に記載の偏光光照明装置で あることを特徴とする投写型画像表示装置。
2 5 . 偏光光照明装置と、 前記偏光光照明装置からの偏光光を変調し て入力信号に応じて画像表示を行うライ トバルブを備えた変調装置と、 前記変調装置により変調された変調光束をスクリーン上に拡大投写する 投写光学系とを有する投写型画像表示装置において、
前記偏光光照明装置が請求の範囲第 1 6項に記載の偏光光照明装置で あることを特徴とする投写型画像表示装置。
2 6 . 前記偏光光照明装置と前記変調装置の間に色分離装置を有し、 前記色分離装置により分離された各色光毎に変調装置を備えている請求 の範囲第 2 2項〜第 2 5項のいずれかに記載の投写型画像表示装置。
2 7 . 前記変調装置と前記投写光学系との間に色合成装置を備えてい る請求の範囲第 2 6項に記載の投写型画像表示装置。
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