WO1997050012A1 - Element de conversion de polarisation, illuminateur a polarisation, unite d'affichage utilisant cet illuminateur et unite d'affichage du type a projection - Google Patents

Element de conversion de polarisation, illuminateur a polarisation, unite d'affichage utilisant cet illuminateur et unite d'affichage du type a projection Download PDF

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polarized
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Yoshitaka Itoh
Toshiaki Hashizume
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Definitions

  • the present invention relates to a polarization conversion device for generating an illumination light beam having a light intensity distribution in an illumination region that is more uniform than the light intensity distribution of the incident light beam from an incident light beam that is a random polarized light beam, and having a polarization direction almost uniform.
  • the present invention relates to a polarized illumination device. Furthermore, the present invention relates to a display device and a projection display device using the same. Background art
  • an illumination device for a display device using a panel that modulates a polarized light beam such as a liquid crystal device
  • a polarized light device that can efficiently generate one type of polarized light beam is ideal. Therefore, there has been proposed an illumination optical system that converts a randomly polarized light beam emitted from a light source into one type of polarized light beam, illuminates the liquid crystal device with the light, and enables a bright display.
  • Japanese Patent Application Publication No. 496/06 discloses an example of an image display device equipped with such an illumination optical system.
  • This optical system mainly includes a lens plate 910, a plurality of polarizing beam splitters 920, a plurality of reflecting prisms 9300, and an e / 2 phase plate 9440.
  • the principle is that the incident light beam, which is a randomly polarized light beam, is divided into two types of polarized light beams by a polarizing beam splitter 920 with a polarization separating surface 331 and a reflecting prism 930 with a reflecting surface 332.
  • the microlenses 911 formed on the lens plate 910 make the diameter of the luminous flux incident on the polarizing beam splitter 920 larger than about half the lens diameter of the microlenses.
  • the reflection prism 930 reflection surface
  • the minimum light beam diameter is almost uniquely determined by the refractive power of the lens and the parallelism of the light beam incident on the lens. That is, as in the optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-294006, a lens having an extremely large refractive power (in other words, an F-number It is necessary to use a light source that can emit a light beam with extremely high parallelism.
  • existing light sources have a finite light emitting area. Therefore, the parallelism of the light flux emitted from the light source is not always good.
  • the polarization splitting performance of the polarization splitting surface formed in the polarization beam splitter greatly depends on the incident angle of light. In other words, if the light incident on the polarization separation film has a large angle component, ideal polarization separation performance cannot be exhibited, and the S-polarized light flux is mixed with the P-polarized light flux transmitted through the polarization separation surface. At the same time, the P-polarized light is mixed into the S-polarized light reflected by the polarization splitting surface. Therefore, the refractive power of the microlens used to reduce the beam diameter cannot be increased unnecessarily.
  • the S-polarized light beam that is directly incident on the reflecting prism and separated through the polarizing beam splitter is mixed.
  • an S-polarized light beam is mixed into a P-polarized light beam that is directly incident on a polarized beam beam and exits through a reflecting prism and a human half-wave plate.
  • the S-polarized light beam mixed into the P-polarized light beam due to the presence of the light beam directly incident on the reflecting prism is completely unnecessary for the liquid crystal device, so it is absorbed by the polarizing plate and generates heat. It is the main factor that raises the temperature of the steel.
  • An object of the present invention is to solve the above-described problems by minimizing the incorporation of other polarized light beams having different polarization directions in the process of converting a random polarized light beam emitted from a light source into one type of polarized light beam. Is to solve. Disclosure of the invention
  • the polarization conversion element of the present invention separates a polarized light beam by transmitting one polarized light beam and reflecting the other polarized light beam out of a polarized light beam and an S-polarized light beam. And a reflecting surface disposed substantially parallel to the polarization separating surface and reflecting the polarized light beam reflected by the polarized light separating surface toward the emission direction of the polarized light beam transmitted through the polarized light separating surface. And a polarization direction of one of the S-polarized light beam and the ⁇ -polarized light beam, which is disposed on the light exit surface side of the polarized light separating device and separated by the polarized light separating device.
  • a light blocking means for preventing light from directly entering the reflection surface is provided on the light incident surface side of the polarization separation element.
  • Light reduction means Characterized in that it comprises.
  • the polarization conversion element of the present invention has a uniform polarization direction.
  • the light shielding means can be constituted by a reflection plate. If the light-shielding means is composed of a reflector, there is almost no light absorption by the light-shielding means, so that the light-shielding plate does not generate heat and the thermal effects of the heat generated by the light-shielding means are prevented from affecting the surrounding optical elements. can do. This is particularly effective when the selective retardation plate is formed of an organic substance that is weak to heat.
  • the light shielding means may be a reflection film, and the reflection film may be formed on the light incident surface of the polarization separation element. Even with such a configuration, the same effect as in the case where the light shielding means is configured by a reflection plate can be obtained.
  • the reflection film can be formed of a dielectric multilayer film or a thin metal film of high reflectivity such as silver or aluminum.
  • the light reduction means can be constituted by a light diffusion plate. If the light attenuating means is composed of a light diffusing plate, the cost of the polarization conversion element can be reduced.
  • the light attenuating means may be a light scattering surface formed on the light incident surface of the polarization splitting element. Even with such a configuration, the same effect as in the case where the light attenuating means is configured by the light diffusion plate can be obtained.
  • the light scattering surface can be formed by roughening a specific region in the light incident surface of the polarization splitting element.
  • a polarized light illuminating device includes: a light source; a first optical element for separating a light beam emitted from the light source into a plurality of intermediate light beams; and a second optical element disposed near a position where the intermediate light beam converges.
  • the second optical element comprises: a condenser lens array including a plurality of condenser lenses for converging the intermediate light flux, and converting each of the intermediate light fluxes into an S-polarized light flux and a P-polarized light flux.
  • a polarization separation element that spatially separates the polarization separation element;
  • a selective retardation plate that aligns the polarization direction of one of the S-polarized light beam and the P-polarized light beam separated by the element with the polarization direction of the other polarized light beam, and a coupling that superimposes and couples those polarized light beams
  • a polarizing separation element that transmits one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam and reflects the other polarized light beam to separate the polarized light beam.
  • a reflection surface disposed substantially parallel to the polarization separation surface, and reflecting the polarized light flux reflected by the polarization separation surface toward the emission direction of the polarized light beam transmitted through the polarization separation surface;
  • a light shielding means or a light attenuating means for preventing the intermediate light flux from being directly incident on the reflecting surface is provided between the first optical element and the polarization splitting element.
  • the polarized light illuminating device of the present invention effectively prevents the phenomenon that another polarized light beam having a different polarization direction is mixed into almost one kind of polarized light beam having a uniform polarization direction. Alternatively, it can be reduced. Therefore, a polarized light beam having a very high degree of polarization can be obtained as illumination light.
  • the incident light beam is separated into a plurality of intermediate light beams, and finally, the intermediate light beams are superimposed and combined on one illumination area, so that the incident light beam is within the cross section of the light beam.
  • a polarized light beam having uniform brightness and no color unevenness can be used as illumination light.
  • the intermediate light beam cannot be separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam with uniform light intensity and spectral characteristics, and the light intensity of one polarized light beam and its spectral characteristics change in the process of aligning the polarization directions of both polarized light beams. In this case, a polarized light beam having uniform brightness and no color unevenness can be used as illumination light.
  • a plurality of polarized light beams having almost one kind of polarization state are superimposed and combined on a single illumination area while being condensed as a whole, and become a large bundle of light beams. Since this large bundle of light does not itself have a light flux component having a large divergence angle, when illumination is performed using these light fluxes, high illumination efficiency can be obtained.
  • a light source constituted by a light source lamp and a reflector can be used.
  • Light source lamps include metal halide lamps, xenon lamps, and halogen lamps, and the reflectors are parabolic reflectors.
  • the position where the light blocking means or the light attenuating means is disposed may be anywhere between the polarized light separating element and the first optical element.
  • the light-shielding means or light-attenuating means and the polarization splitting element are integrated, light loss at the boundary surface can be reduced, and a polarized light illuminating device with high light use efficiency can be provided.
  • the entire second optical element can also be integrated, in which case the second optical element can be made very compact. Things.
  • the light blocking means or the light attenuating means can be integrated with the condenser lens array. Even in this case, the same effect as in the case where the light blocking means or the light attenuating means and the polarization splitting element are integrated can be obtained. Further, in this case, the condensing lens array integrated with the light blocking means or the light attenuating means is combined with another optical element constituting the second optical element (for example, a polarization splitting element or a selective phase plate). By arranging them spatially separated, even if the light-shielding means or the light-attenuating means generates heat due to light absorption, it is possible to prevent a thermal effect accompanying the heat from affecting the other optical elements.
  • another optical element constituting the second optical element for example, a polarization splitting element or a selective phase plate
  • the light shielding means can be constituted by a reflection plate. If the light-shielding means is composed of a reflector, the light-absorbing means hardly absorbs light because the light-absorbing means hardly absorbs light, and the heat generated by the light-shielding means affects the surrounding optical elements. Can be prevented. In particular, it is effective when the selective retardation plate is formed of an organic substance which is weak to heat. In addition, if the light shielding means is constituted by a reflector, the light reflected by the reflector is returned to the light source once, reflected again by the reflector installed in the light source, and made incident again on the polarization separation element. Is also possible. Therefore, the light from the light source can be effectively used without waste.
  • the light-shielding means is a reflection film, and this reflection film is provided on the light incident surface of the polarization separation element or on the light emission surface of the condenser lens array. It may be formed. Even with such a configuration, the same effect as in the case where the light-shielding means is configured by the reflection plate can be obtained.
  • the reflection film can be formed by a dielectric multilayer film or a metal thin film having high reflectivity, such as silver or aluminum.
  • the light source can be constituted by a light diffusing plate. If the light attenuating means is composed of a light diffusing plate, the cost of the polarized light illuminating device can be reduced.
  • the light attenuating means is formed on the light incident surface of the polarization splitting element or on the light emitting surface of the condensing lens array. It may be a scattering surface. Even with such a configuration, it is possible to obtain the same effects as when the light attenuating means is formed by a light diffusion plate, and when the light diffusion plate and the polarization splitting element or the condensing lens array are integrated. .
  • the light scattering surface can be formed by roughening a specific region in the light incident surface of the polarization splitting element or the light emitting surface of the condenser lens array.
  • the display device of the present invention comprises: a light source; a first optical element for separating a light beam emitted from the light source into a plurality of intermediate light beams; and a second optical element disposed near a position where the intermediate light beam converges.
  • a modulation element that modulates a light beam emitted from the second optical element based on display information, wherein the second optical element includes a plurality of condenser lenses that collect the intermediate light beam.
  • a condensing lens array a polarization separation element that spatially separates each of the intermediate light beams into an S-polarization light beam and a P-polarization light beam; out of the S-polarization light beam or the P-polarization light beam separated by the polarization separation element, A selective phase difference plate that aligns the polarization direction of one of the polarized light beams and the polarized direction of the other polarized light beam; and a coupling lens that superimposes and couples the polarized light beams.
  • Polarized beam or S A polarization separation surface that transmits one of the polarized light beams and reflects the other polarized light beam to separate the polarized light beams; and a polarization separation surface that is disposed substantially parallel to the polarization separation surface and is reflected by the polarization separation surface.
  • a reflecting surface for reflecting the polarized light beam toward the emission direction of the polarized light beam transmitted through the polarized light separating surface, and between the first optical element and the polarized light separating element, A light shielding means or a light attenuating means for preventing the intermediate light beam from directly entering the reflecting surface is provided.
  • the display device of the present invention by adopting the above configuration, can effectively prevent a phenomenon that another polarized light beam having a different polarization direction is mixed into almost one kind of polarized light beam having a uniform polarization direction. Can be. Therefore, when a polarizing plate is used to obtain a predetermined polarized light modulated by the modulation element, unnecessary polarized light is absorbed by the polarizing plate.
  • the temperature of the polarizing plate can be prevented from rising, and the cooling device for cooling the polarizing plate can be greatly simplified and downsized.
  • a liquid crystal device can be used as the modulation element.
  • the light beam emitted from the light source is cross-sectional of the light beam. Even when the light intensity distribution has a large light intensity distribution, a polarized light beam having uniform brightness and without color unevenness can be obtained as illumination light. Therefore, it is possible to realize a small-sized display device capable of displaying a bright image without unevenness in brightness and unevenness in color and displaying.
  • a projection display device includes a light source, a first optical element for separating a light beam emitted from the light source into a plurality of intermediate light beams, and a second optical element arranged near a position where the intermediate light beam converges.
  • the second optical element spatially converts each of the intermediate light beams into an S-polarized light beam and a P-polarized light beam.
  • a selective retardation plate for aligning the polarization direction of one of the S-polarized light beam and the P-polarized light beam separated by the polarization separation device with the polarization direction of the other polarized light beam.
  • the polarized light flux A coupling lens for coupling, wherein the polarization separating element transmits one of the P-polarized light beam or the S-polarized light beam and reflects the other polarized light beam to separate the polarized light beam.
  • a separating surface, and a reflecting surface disposed substantially parallel to the polarized light separating surface and reflecting the polarized light beam reflected by the polarized light separating surface toward the emission direction of the polarized light beam transmitted through the polarized light separating surface.
  • a light shielding means or a light attenuating means for preventing the intermediate light flux from being directly incident on the reflection surface is provided between the first optical element and the polarization splitting element. I do.
  • the projection display device of the present invention by adopting the above configuration, can effectively prevent the phenomenon that another polarized light beam having a different polarization direction is mixed into almost one kind of polarized light beam having a uniform polarization direction. Can be prevented. Therefore, when a polarizing plate is used to obtain a predetermined polarized light modulated by the modulation element, it is possible to prevent a rise in the polarizing plate caused by absorbing unnecessary polarized light, and Cooling device to cool the board
  • the incident light beam is divided into a plurality of intermediate light beams, and finally the intermediate light beams are superimposed and coupled on the modulating element, the light beam emitted from the light source is cross-sectional of the light beam.
  • a polarized light beam having uniform brightness and without color unevenness can be obtained as illumination light. Therefore, it is possible to realize a display that is bright, has no brightness unevenness and no color unevenness, and can realize a small-sized display device.
  • a color light separating means for separating the light beam emitted from the second optical element into a plurality of color lights, a plurality of the modulation elements for modulating the respective color lights, and a color light modulated by each of the modulation elements
  • a light beam combining means for combining the two light beams separated by two or more color light beams that are projected by the light flux combined by the color light combining device onto a projection surface via the projection optical system.
  • the modulation element may be configured by a reflection type liquid crystal device.
  • a reflective liquid crystal device has an advantage that a relatively high aperture ratio can be easily obtained even when the pixel density is increased. Therefore, by employing the above configuration, it is possible to realize a small-sized projection display device capable of projecting and displaying a color image that is brighter, has better color expression, and has a higher resolution.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an optical system of a polarized light illuminating apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a first optical element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of a light shielding plate according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of the polarization separation unit array according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a function of the polarization separation unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of a light shielding plate according to a first modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of a light shielding plate according to a second modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of a polarization separation unit array according to a third modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of a condenser lens array according to Modification 4 of Example 1 of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of a light shielding plate according to a fifth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a main part of an optical system showing an example of a display device according to Embodiment 2 of the present invention, in which the polarized light illuminating device of FIG. 1 is incorporated.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a main part of an optical system showing an example of a projection display apparatus according to Embodiment 3 of the present invention, in which the polarized light illuminating apparatus of FIG. 1 is incorporated.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a main part of an optical system showing an example of a projection display apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, in which the polarized light illuminating apparatus of FIG. 1 is incorporated.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing a main part of an optical system showing a modification of the projection display apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, in which the polarized light illuminating apparatus of FIG. 1 is incorporated.
  • FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a polarizing optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-294006. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of a polarized light illuminating device according to a first embodiment when viewed in plan.
  • FIG. 1 shows an XZ plane passing through the center of a first optical element 200 described later.
  • the polarized light illuminating device 1 of the present example is roughly composed of a light source unit 10 and a polarized light generator 20 arranged along the system optical axis L.
  • a light beam with a random polarization direction (hereinafter, referred to as a random polarization light beam) emitted from the light source unit 10 is converted by the polarization generator 20 into one type of polarized light beam with almost uniform polarization direction, and the illumination area 9 It has become zero.
  • the light source section 10 is roughly composed of a light source lamp 101 and a parabolic surface reflector 102, and light emitted from the light source lamp is reduced by a parabolic reflector 102. The light is reflected in the direction, and is incident on the polarization generator 20 as a substantially parallel light flux.
  • the light source unit 10 is arranged such that the light source optical axis R of the light source unit 10 is shifted parallel to the system optical axis L by a certain distance D in the X direction.
  • the polarization generator 20 includes a first optical element 200 and a second optical element 300.
  • the first optical element 200 is composed of a plurality of light beam splitting lenses 201 having a rectangular outer shape on a plane and arranged in a matrix.
  • the positional relationship between the light source unit 10 and the first optical element 200 is set such that the light source optical axis R is located at the center of the first optical element 200.
  • the light that has entered the first optical element 200 is split into a plurality of intermediate light fluxes 202 by a light beam splitting lens 201, and at the same time, by a condensing action of the light beam splitting lens, a plane perpendicular to the system optical axis L.
  • the same number of condensed images 203 as the number of light beam splitting lenses are formed at the position where the intermediate light beam converges (in the plane ⁇ ⁇ in Fig. 1).
  • the external shape of the light beam splitting lens 201 on the ⁇ plane is set so as to be similar to the fiber of the illumination area 90.
  • the outer shape of the light beam splitting lens 201 on the ⁇ plane is also horizontally long.
  • the second optical element 300 is composed of a condensing lens array 310, a light-shielding plate 370, a polarization separation unit array 320, a selective retardation plate 380 and a coupling lens 390.
  • a condensing lens array 310 In the plane perpendicular to the system optical axis L (the ⁇ ⁇ plane in FIG. 1) near the position where the condensed image 203 by the first optical element 200 is formed. Deployed.
  • a configuration in which the condenser lens array 310 is omitted from the second optical element may be used.
  • the second optical element 300 spatially separates each of the intermediate light beams 202 into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, the polarization direction of one polarized light beam and the polarized light of the other polarized light beam It has the function of aligning the directions with each other and guiding each light beam whose polarization direction is almost aligned to one illumination area 90.
  • the condensing lens array 310 has substantially the same configuration as the first optical element 200, that is, the same number of light beam splitting lenses 201 as the first optical element 200.
  • An optical lens 311 is arranged in a matrix, and has a function of guiding an intermediate light beam of each of the light lenses 311 to a specific place of the polarization separation unit array 3200. Therefore, in accordance with the characteristics of the intermediate light flux 202 formed by the first optical element 200, the light incident on the polarization separation unit array 320 has a tilt of the principal ray whose system optical axis L It is desirable that the lens characteristics of each condensing lens be optimized in consideration of the fact that it is ideal that they are parallel to.
  • the same optical element as the first optical element 200 is used as the condensing lens array 310, or
  • the first optical element 200 may be used because a condensing lens array configured by using a condensing lens having a similar shape in the XY plane with the split lens 201 may be used.
  • 0 is used as a condenser lens array 310.
  • the condensing lens array 310 may be arranged at a position (the side closer to the first optical element 200) apart from the light shielding plate 370 and the polarization separation unit array 320.
  • the light-shielding plate 3700 is constituted by arranging a plurality of light-shielding surfaces 371 and a plurality of opening surfaces 372 as shown in FIG.
  • the arrangement of the aperture surfaces 372 corresponds to the arrangement of the polarization separation unit 330 described later.
  • the four broken lines parallel to the X-axis drawn in the light-shielding plate 370 in FIG. 3 are drawn to show the correspondence with the polarization separation unit array described later.
  • the light-shielding plate 3700 has a function of controlling the transmitted light flux according to the position on the light-shielding plate 3700, and the arrangement of the light-shielding surface 371 and the opening surface 372 is as follows. Focusing by the first optical element 200
  • the image 203 is set so as to be formed only on the polarization separation surface 331 of the polarization separation unit 330 described later.
  • the light-shielding plate 370 as in this example, a light-shielding film made of glass, aluminum, or the like is partially formed on a flat transparent body, such as a glass plate, or an aluminum plate.
  • a light-blocking flat plate provided with an opening or the like can be used.
  • the same function is exerted even if a film having a light-shielding property is formed directly on the condenser lens array 310 or a polarization separation unit array 320 described later. be able to.
  • the polarization separation unit array 320 has a configuration in which a plurality of polarization separation units 330 are arranged in a matrix.
  • the way of arranging the polarization separation unit 330 corresponds to the lens characteristics of the light beam splitting lens 201 constituting the first optical element 200 and the way of arranging them.
  • the first optical element 200 is formed by using concentric light beam splitting lenses 201 having the same lens characteristics and arranging the light beam splitting lenses in an orthogonal matrix.
  • the polarization separation unit array .320 is also configured by arranging the same polarization separation units 3330 all in the same direction in an orthogonal matrix.
  • the polarization separation unit 330 is a quadrangular prism-shaped structure with a polarization separation surface 331 and a reflection surface 332 inside, and enters the polarization separation unit. It has the function of spatially separating each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam.
  • the outer shape ⁇ of the polarization separation unit 330 on the XY plane is similar to the outer shape ⁇ e of the light beam splitting lens 201 on the XY plane, that is, a horizontally long rectangular shape. Therefore, the polarization separation surface 331 and the reflection surface 3332 are arranged so as to be arranged in the horizontal direction (X direction).
  • the polarization separation surface 331 and the reflection surface 332 are defined as follows: the polarization separation surface 331 has an inclination of about 45 degrees with respect to the system optical axis L, and the reflection surface 332 has polarization. It is parallel to the separation plane, and the polarization separation plane 3 3 1 is X
  • the light incident on the polarization separation unit 330 passes through the polarization separation surface 331, without changing its traveling direction, on the polarization separation surface 331, and the P-polarized light beam 335 and the polarization separation surface 331 Then, the light is separated into S-polarized light 336 which changes its traveling direction in the direction of the adjacent reflecting surface 332.
  • the P-polarized light beam 3 3 5 is directly emitted from the polarization separation unit via the P output surface 3 3 3, and the S-polarized light beam 3 3 6 changes its traveling direction again at the reflecting surface 3 3 2, and the P-polarized light beam 3 3 5
  • the light is almost parallel, and is emitted from the polarization separation unit via the S emission surface 334.
  • the randomly polarized light beam incident on the polarization separation unit 330 is separated into two types of polarization light beams, P-polarized light beam 33 5 and S-polarized light beam 33 36, whose polarization directions are different by the polarization separation unit.
  • the light is emitted in almost the same direction from different locations of the unit (P exit surface 33 33 and S exit surface 33 34). Since the polarization separation unit has the above-described functions, it is necessary to guide each intermediate light flux 202 to a region where the polarization separation surface 331 of the respective polarization separation unit 330 exists.
  • the positional relationship between the respective polarization separation units 330 and the respective condenser lenses 311 and the respective condensing lenses The lens characteristics of the lens 311 are set.
  • the condenser lenses are arranged.
  • the ray 310 is arranged in the X direction with respect to the polarization separation unit array 320 by a distance D corresponding to 1/4 of the width W of the polarization separation unit.
  • the polarization separation unit array may have any structure in which the above-described polarization separation surface and the reflection surface are regularly formed.
  • the light shielding plate 370 is located between the polarization separation unit array 320 and the condenser lens array 310, and the center of each opening surface 372 of the light shielding plate 370 and each polarization separation unit 333
  • the polarization separation plane 331 is arranged so that the centers of the polarization separation planes 331 almost coincide with each other, and the opening width (opening width in the X direction) of the opening plane 372 is approximately equal to the width W of the polarization separation unit 330. It is set to half the size.
  • the intermediate light beam that directly enters the reflection surface 332 through the polarization separation surface 331 is hardly present because the intermediate light beam is previously blocked by the light-shielding surface 371 of the light-shielding plate 3700. Almost all of the light beam that has passed through the opening surface 37 0 of the 37 0 enters the polarization separation surface 3 31 only. Therefore, by installing the light-shielding plate 370, almost all of the light flux that is directly incident on the reflection surface 3332 and then incident on the adjacent polarization separation surface 3311 via the reflection surface 3332 in the polarization separation unit. Will not be.
  • a selective retardation plate 380 in which an e / 2 retardation plate 381 is regularly arranged is provided on the side of the exit surface of the polarized light separation unit array 320. That is, only the P exit surface 33 of the polarization separation unit 33 constituting the polarization separation unit array 32 is provided with the 1/2 phase difference plate 381, and the S exit surface 3 34 There is no human / two phase retarder 381 in the part (see Fig. 5). Due to such an arrangement of the person / 2 phase difference plate 381, the P-polarized light beam emitted from the polarization separation unit 330 is rotated in the polarization direction when passing through the ⁇ / 2 phase difference plate 381. Under the action, it is converted to an S-polarized light beam.
  • the polarization separation unit array 320 and the selective retardation plate 380 convert the intermediate light beam having a random polarization direction into one kind of polarized light beam (in this case, S-polarized light beam).
  • a coupling lens 390 is disposed on the exit surface side of the selective retardation plate 380, and the light beam that has been aligned with the S-polarized light beam by the selective retardation plate 380 is transmitted to the coupling lens 390.
  • the coupling lens 390 does not need to be a single lens body, and may be an aggregate of a plurality of lenses as in the first optical element 200.
  • the functions of the second optical element 300 can be summarized as follows: the intermediate light flux 202 divided by the first optical element 200 (that is, the image plane cut out by the light beam splitting lens 201). ) are superimposed on the illumination area 90 by the second optical element 300.
  • the intermediate light beam which is a random polarized light beam, is spatially separated into two types of polarized light beams having different polarization directions by the polarized light separating unit array 320 on the way, and passes through the selected retardation plate 380 At this time, it is converted into almost one kind of polarized light beam.
  • a light-shielding plate 370 is arranged on the incident side of the polarization separation unit array 320, and an intermediate light beam is incident only on the polarization separation surface 331 of the polarization separation unit 330. Therefore, almost no intermediate light flux enters the polarization splitting surface 331 via the reflection surface 3332, and the type of polarized light flux emitted from the polarization splitting unit array 320 is limited to almost one type. Therefore, the illumination area 90 is almost uniformly illuminated with one kind of polarized light beam.
  • the randomly polarized light flux emitted from the light source unit 10 is converted into the first optical element 200 and the second optical element 300.
  • the polarization generator 20 configured as described above, there is an effect that the light is converted into almost one kind of polarized light beam, and the illumination region 90 can be uniformly illuminated by the light beam having the same polarization direction.
  • almost no light loss occurs in the process of generating the polarized light flux almost all of the light emitted from the light source unit can be guided to the illumination area 90, and the light use efficiency is extremely high. It has the feature of.
  • one type of polarized light beam illuminating the illumination area 90 includes another polarized light beam having a different polarization direction. Almost no mixing. Therefore, when the polarization illuminating device of the present invention is used as a device for illuminating a modulation element that performs display using a polarized light beam, such as a liquid crystal device, conventionally, the modulation element is placed on the side where the illumination light is incident It is possible to eliminate the need for the disposed polarizing plate. Alternatively, even if the polarizers are installed in the same way, the amount of light absorbed by the polarizers is very small, so that the cooling device required to suppress the heat generated by the polarizers and the modulation element can be significantly reduced in size.
  • the size of the condensed image 203 formed by the first optical element 200 is determined by the light flux incident on the first optical element (emitted from the light source when an illumination device is assumed). (Light flux). If parallelism is poor, only large-sized condensed images can be formed.Therefore, there are many intermediate luminous fluxes that directly enter the reflection surface just below the polarization separation surface of the polarization separation unit, and other light beams with different polarization directions exist. The phenomenon that the polarized light beam mixes with the illumination light beam cannot be avoided. Therefore, the configuration of the polarized light illuminating device of the present invention exhibits a particularly excellent effect when the polarized light illuminating device is configured by using a light source that emits a light beam with poor parallelism.
  • the condensing lens array 310 constituting the second optical element 300, the light-shielding plate 370, the polarization separation unit array 320, the selective retardation plate 380, and the exit lens 3 90 is optically integrated, and has the effect of reducing light loss occurring at the interface between them and further increasing light use efficiency.
  • These optical elements do not necessarily need to be optically integrated, but in order to effectively prevent other polarized light beams having different polarization directions from being mixed into the illumination light, a light shielding plate 370 is required. It is preferable to be optically integrated with the light incidence surface of the polarization separation unit array 320 or fixed on the light incidence surface of the polarization separation unit array 320.
  • the light-shielding plate 370 is provided on the light incidence surface of the polarization separation unit array 320 via an adhesive layer. Or a method in which a light-shielding surface 371 is formed directly on the light incident surface of the polarization separation unit array 320 as described later.
  • the peripheral portion of the light-shielding plate 370 can be fixed to the polarization separation unit array 320 using a double-sided tape or the like.
  • the bonding portion should be substantially aligned with the center of the light shielding plate 370. It is preferable to provide them at point-symmetric positions.
  • the light beam splitting lens 201 constituting the first optical element 200 is set to be a horizontally long ⁇ in accordance with the shape of the illumination region 90 which is a horizontally long rectangular shape.
  • the width of the entire separated light beam will be doubled, and the optical system will be correspondingly larger.
  • a plurality of minute condensed images 203 are formed by the first optical element 200, and the space where no light is generated during the formation process is used effectively.
  • the light-shielding surface 3 ⁇ ⁇ ⁇ constituting the light-shielding plate 31 o may be a reflection surface that reflects light in a substantially opposite direction. That is, in the first embodiment, instead of the light shielding plate 370, a light shielding plate 373 having a plurality of reflecting surfaces 374 and a plurality of opening surfaces 375 as shown in FIG. 6 is employed. be able to.
  • the reflecting surface 374 can be easily realized by a dielectric multilayer film, a high-reflectance metal thin film such as silver or aluminum, or a combination of both. An extremely high refraction rate can be obtained. Note that the reflecting surface 3 7 4 is connected to the condenser lens array 3 1 shown in FIG.
  • the same function can be exerted by directly forming the polarization separation unit array 320 or the polarization separation unit array 320.
  • the reflecting plate 373 Unlike the case of the light-shielding surface 371, there is almost no light absorption on the reflecting surface 374. Therefore, if the reflecting plate 373 is employed, it is possible to prevent a thermal influence caused by heat generation in the reflecting plate 373 from affecting surrounding optical elements. Also, the light reflected by the reflecting surface 374 is reflected by the parabolic reflector 110 mounted on the light source, and then re-enters the polarization generator, and the light from the light shielding plate 373 Since the light can be led into the opening 375, the light from the light source can be effectively used without waste.
  • Example 1 instead of the light-shielding plate 370, a plurality of light-scattering surfaces 377 and a plurality of aperture surfaces 378 are arranged as shown in FIG. A light diffusion plate 376 can be employed. Since the light incident on the light-scattering surface 377 is scattered, the intensity of the light directly incident on the reflecting surface can be greatly reduced by passing through the polarization-separating surface of the polarization separation unit, and the polarization can be reduced.
  • the light-scattering surface 3 7 7 can be formed by forming a light-scattering body on or in the surface of a flat transparent substrate, or by forming irregularities on the surface of the transparent substrate, or by simply roughening the surface. It can be easily realized. It should be noted that the same function can be exerted even if the light scattering surface 3777 is formed directly on the converging lens array 310 or the polarization separation unit array 320 of FIG.
  • the use of the light-scattering plate 376 can reduce the cost compared to the case where a light-shielding plate 370 or a reflector 373 using a dielectric multilayer film or a metal film is used. It is possible.
  • Example 1 and Modified Examples 1 and 2 described above the light-shielding plate 370, the reflecting plate 373, and the light diffusing plate 376 are provided with the condenser lens array 310 and the polarization separating unit array arranged before and after the light-shielding plate 370, the light diffusing plate 376, respectively.
  • the optical element was physically independent of 3 0 0, the light shielding surface 3 7 1 constituting the light shielding plate 3 70, the reflecting surface 3 7 4 constituting the reflecting plate 3 7 3 or the light diffusing plate Even if the light-scattering surface 377 constituting the 376 is formed directly on the light incident surface of the polarization separation unit 330 constituting the polarization separation unit array 320, the same effect as when these are used Can be obtained.
  • the polarization separation unit array 32 OA whose appearance is shown in FIG. 8 is a polarization separation unit array 32 OA.
  • Each of the polarization separation unit arrays 32 OA has a light shielding surface 32 1 directly on the light incident surface of the polarization separation unit array 33 OA.
  • the region 322 in which the light-shielding surface is not formed is equivalent to the opening surface 372 through which light passes in the light-shielding plate 370 described above. Shielding surface as in this example 3 2 1
  • the use of the polarization separation unit array 320A directly formed with the optical element eliminates the need to use a light shielding plate 370, which is a physically independent optical element, so that the second optical element can be reduced in size and cost. it can.
  • a reflection surface or a light scattering surface can be directly formed instead of the light-shielding surface 3221, and in this case, the same effect as in the case of this example is exerted.
  • the light-shielding plate 370, the reflecting plate 373, and the light diffusing plate 376 are provided with the condensing lens arrays 310 and the polarization separating unit arranged before and after them.
  • the optical element was physically independent from the optical array 3 20, the light-shielding surface 3 7 1 constituting the light-shielding plate 3 70, the reflection surface 3 7 3 constituting the reflection plate 3 7 3, or Even if the light-scattering surface 3 74 constituting the light diffusing plate 3 76 is formed directly on the condenser lens 3 11 constituting the condensing lens array 310, the same effect as when these are used can be obtained. be able to.
  • the condensing lens array 31 OA whose appearance is shown in FIG. 9 is composed of a condensing lens array 31 OA and a light-shielding surface 3
  • the condensing lens 311A can be directly formed with a reflecting surface or a light scattering surface instead of the light-shielding surface 3112 in this example. In that case, the same effect as in the case of this example can be obtained. Demonstrate.
  • the condenser lens array 31 OA is spatially separated from the other optical elements constituting the second optical element, such as the polarization separation unit array and the selective retardation plate, light is blocked. The effect of heat generated by light absorption on the surface, the reflecting surface, and the light scattering surface can be prevented from affecting other optical elements.
  • Example 1 a light-shielding plate 370 in which a light-shielding film made of chromium, aluminum, or the like was partially formed on a transparent body on a flat plate such as a glass plate was used.
  • An aperture may be provided on a light-shielding flat plate such as a luminium plate.
  • the light-shielding plate 37OA whose appearance is shown in FIG. 10 is a light-shielding flat plate 371A provided with an opening 372A.
  • Adhesion points 379a and 379b provided at two places on the periphery of the plate 371A may be fixed on the light incident surface of the polarization separation unit array 320 with double-sided tape.
  • bonding points 379a and 379b are provided at positions substantially symmetrical with respect to the center of the light-shielding plate 3700, light is shielded from the light incident surface of the polarization separation unit array 320. It is possible to fix the plates 370 in parallel.
  • a light-shielding plate 37 OA in which an opening 372 A is provided in a light-shielding flat plate 37 1 A such as an aluminum plate is used, chrome on a transparent body on a flat plate such as a glass plate can be obtained.
  • the cost can be reduced as compared with a light shielding plate 370 in which a light shielding film made of aluminum or aluminum is partially formed.
  • a transmissive liquid crystal device is used as a modulation element that modulates a light beam emitted from the polarized light illumination device based on display information.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a main part of an optical system of the display device 2 of the present example, and shows a cross-sectional structure in the XZ plane.
  • the display device 2 of the present example is roughly composed of the polarization illuminating device 1, the reflecting mirror 510, and the liquid crystal device 520 shown in the SS example 1.
  • the polarized light illumination device 1 includes a light source unit 10 that emits a randomly polarized light beam in one direction.
  • the random polarized light beam emitted from the light source unit 10 is almost one type of polarized light by the polarization generator 20. It is converted into a luminous flux.
  • the polarized light beam emitted from the polarized light illuminating device 1 is turned about 90 degrees in the traveling direction of the light by the reflecting mirror 510, and illuminates the liquid crystal device 520 with almost one kind of polarized light beam.
  • polarizing plates 521 are arranged before and after the liquid crystal device 520.
  • a structure in which a light diffusing plate (not shown) is arranged in front of the liquid crystal device 5200 (on the side of the reflection mirror 5100) for the purpose of improving the viewing angle may be employed.
  • the display device 2 of the present example in the polarization illuminating device 1, only one polarized light beam, for example, only the P-polarized light beam is given a rotating action of the polarization plane by a human / two-phase retarder, and the other polarized light beam
  • the S-polarized light beam and the polarization direction are aligned. Therefore, almost one kind of polarized luminous flux having a uniform polarization direction is guided to the liquid crystal device 520, so that the light absorption by the polarizer 521 is very small, and therefore, the efficiency of use of the light source light is improved, A bright display state can be obtained.
  • the polarized light illuminating device 1 used as the illuminating device since the light shielding plate 370 is disposed inside the second optical element 300, the illuminating light emitted from the polarized illuminating device 1 It is unlikely that other polarized light fluxes unnecessary for display on the liquid crystal device will be mixed in the liquid crystal display. As a result, the amount of light absorbed by the polarizing plate 521 disposed on the light incident side of the liquid crystal device 520 is extremely small, and the amount of heat generated by light absorption is also extremely small. A cooling device for suppressing the temperature rise of the device 520 can be omitted, or even if the cooling device cannot be omitted, the cooling device can be significantly reduced in size.
  • a transmissive liquid crystal device is used as a modulation element that modulates a light beam emitted from a polarized light illuminating device based on display information.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a main part of an optical system of the projection display device 3 of the present example, and shows a configuration in the XZ plane.
  • the projection display device 3 of the present embodiment includes the polarization illuminating device 1 shown in the first embodiment, a color light separating unit that separates a white light beam into three color lights, and modulates each color light based on display information to form a display image. It is roughly composed of three transmission type liquid crystal devices to be formed, color light combining means for combining three color lights to form a color image, and a projection optical system for projecting and displaying the color image.
  • the polarized light illuminating device 1 of the present example includes a light source unit 10 that emits a randomly polarized light beam in one direction, and the random polarized light beam emitted from the light source unit 10 is almost one type by the polarization generator 20. Is converted into a polarized light beam.
  • the luminous flux emitted from the polarized light illumination device 1 first transmits red light and reflects blue light and green light in a blue light green light reflecting dichroic mirror 401 serving as a color light separating means.
  • the red light is reflected by the reflection mirror 403 and reaches the red light liquid crystal device 411.
  • the green light is reflected by the green light reflecting dichroic mirror 402, which is also a color light separating means, and reaches the green light liquid crystal device 412.
  • the blue light has the longest optical path length of each color light, so the blue light is composed of an input lens 431, a relay lens 432, and an output lens 433.
  • the light guide means 430 constituted by a relay lens system is provided. That is, the blue light is transmitted through the green light reflecting dichroic mirror 402, first reflected by the reflecting mirror 435 through the incident lens 431, and guided to the relay lens 432. After being focused on the Ray lens, the light is guided to the emission lens 433 by the reflection mirror 436, and then reaches the blue light liquid crystal device 413.
  • the three liquid crystal devices 411, 412, and 413 modulate the respective color lights, include image information corresponding to each color light, and then modulate the modulated color lights with color light combining means.
  • cross dichroic beam 450 It is incident on a certain cross dichroic beam 450.
  • a red light-reflecting dielectric multilayer film and a blue light-reflecting dielectric multilayer film are formed in an X-shape, and the modulated light beams are combined to form a color image.
  • the color image formed here is enlarged and projected on a screen 4700 by a projection lens 460 as a projection optical system to form a projection image.
  • an evening liquid crystal device that modulates one type of polarized light beam is used. Therefore, when a randomly polarized light beam is guided to a liquid crystal device using a conventional lighting device, about half of the randomly polarized light beam is absorbed by a polarizing plate (not shown) and turned into heat. Therefore, there is a problem that the light use efficiency is low and a large and loud cooling device for suppressing heat generation of the polarizing plate is required. However, with the projection display device 3 of this example, such a problem is greatly improved.
  • the polarization illuminating device 1 in the projection display device 3 of the present example, in the polarization illuminating device 1, only one polarized light beam, for example, only the P-polarized light beam, is given a rotating action of the polarization plane by an e / 2 phase difference plate, and the other is used.
  • the polarization direction is the same as the polarization direction of the polarized light beam, for example, the S-polarized light beam. Therefore, almost one kind of polarized luminous flux having a uniform polarization direction is guided to three liquid crystal devices 4 1 1, 4 1 2, 4 13, so that the light absorption by the polarizer is very small, and therefore, Light utilization efficiency is improved, and a bright projected image can be obtained.
  • the polarized light illuminating device 1 used as the illuminating device since the light shielding plate 370 is disposed inside the second optical element 300, the illuminating light emitted from the polarized illuminating device 1 It is unlikely that other polarized light fluxes unnecessary for display on the liquid crystal device will be mixed in the liquid crystal display. As a result, the amount of light absorbed by the polarizers (not shown) disposed on the light incident side of the three liquid crystal devices 411, 412, and 413 is extremely small, Since the calorific value is also extremely small, the cooling device for suppressing the increase in j3 ⁇ 4 of the polarizing plate and the liquid crystal device can be significantly reduced in size.
  • the second optical element 300 spatially separates two types of polarized light beams in the horizontal direction (X direction). Therefore, it is convenient to illuminate a horizontally long rectangular liquid crystal device without wasting light.
  • the width of the light beam emitted from the polarization separation unit array 320 is suppressed from being spread even though the polarization conversion optical element is incorporated. ing. This means that when illuminating the liquid crystal device, almost no light enters the liquid crystal device with a large angle. Therefore, a bright projection image can be realized without using an extremely large-diameter projection lens system having a small F-number, and as a result, a small projection display device can be realized.
  • each color light has a different optical path length only in one of the three optical paths.
  • an incident lens 4 31 and a relay lens 4 are provided for blue light having the longest optical path. Since the light guiding means 430 composed of a relay lens system composed of 32 and the exit lens 43 is provided, no color blur occurs.
  • a projection type display device can also be constituted by a mirror-optical system using two dichroic mirrors as color light combining means.
  • the polarized light illuminating device of the present embodiment can be incorporated, and a bright, high-quality projected image excellent in light use efficiency can be formed as in the case of the present embodiment.
  • a second example of a projection display device incorporating the polarized light illumination device ⁇ shown in rnmm ⁇ will be described.
  • a reflection type liquid crystal device is used as a modulation element that modulates a light beam emitted from the polarized light illuminating device based on display information.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a main part of the optical system of the projection display device 4 of the present example as viewed in plan.
  • the projection display device 4 of the present example is composed of the polarization illuminating device 1, the polarization beam splitter 480, the cross dichroic aperture bism 450 that also serves as the color light separating means and the color light synthesizing means, and the modulation element shown in the first embodiment. It roughly comprises three reflective liquid crystal devices 4 14, 4 15, 4 16, and a projection lens 460 which is a projection optical system.
  • the polarized light illuminating device 1 includes a light source unit 10 that emits a randomly polarized light beam in one direction, and the random polarized light beam emitted from the light source unit 10 is almost one type of polarized light beam by the polarization generator 20. (In this case, S-polarized light beam).
  • the light beam emitted from the polarized light illuminating device 1 enters the polarized beam splitter 480, is reflected by the polarization splitting surface 481, and its traveling direction is changed by approximately 90 degrees, so that the adjacent cross dichroic beam Incident on the prism 550.
  • most of the light beam emitted from the polarization illuminating device 1 is an S-polarized light beam, but a small amount of a polarized light beam (in this example, a P-polarized light beam) having a different polarization direction from the S-polarized light beam is mixed.
  • the polarized light beam having a different polarization direction passes through the polarization separation surface 481 as it is and is emitted from the polarizing beam splitter 480 (the P-polarized light beam passes through the liquid crystal device).
  • the S-polarized light beam incident on the cross dichroic prism 450 is separated into three light beams of red light, green light, and blue light according to the wavelength by the cross dichroic prism 450, and each light beam is correspondingly separated.
  • the reflective liquid crystal device for red light 4 14, the reflective liquid crystal device for green light 4 15, and the reflective liquid crystal device for blue light 4 16 reach the respective liquid crystal devices. That is, the cross dichroic prism 450 acts as a color light separating means for the illumination light for illuminating the liquid crystal device.
  • each of the liquid crystal devices 4 14, 4 15, and 4 16 used in this example are of a reflection type, each of the liquid crystal devices modulates each color light, and the outside corresponding to each color light is modulated.
  • the display information from the unit is included, the polarization direction of the light beam emitted from each liquid crystal device is changed, and the traveling direction of the light beam is substantially reversed. Accordingly, each of the reflected lights from the liquid crystal device is emitted in a partially P-polarized state according to the display information.
  • the modulated light beams (mainly P-polarized light beams) emitted from the respective liquid crystal devices 4 14, 4 15, and 4 16 again enter the cross dichroic prism 450, and form one optical device. Combined into an image, it re-enters the adjacent polarizing beam splitter 480. That is, the cross dichroic prism 450 acts as a color light combining means for the modulated light beam emitted from the liquid crystal device.
  • the light beams modulated by the liquid crystal devices 414, 415, and 416 are P-polarized light beams, so the polarization separation of the polarizing beam splitter 480 is performed.
  • An image is formed on the screen 470 through the projection lens 460 through the surface 481 as it is.
  • the projection display device 4 configured as described above, as in the case of the projection display device 3 described above, an evening liquid crystal device that modulates one type of polarized light beam is used. Therefore, in the case of using a conventional illuminating device that uses a randomly polarized light beam as the illumination light, the amount of the luminous flux separated by the polarizing beam splitter 480 and guided to the reflective liquid crystal device is equal to the amount of the random polarized light beam.
  • the projection display device 4 of the present example such a problem is significantly improved.
  • the polarized light of the present invention is used instead of the conventional lighting device.
  • Substitution 3 ⁇ 4Paper (Rule 26)
  • the illumination device 1 By using the illumination device 1, almost one kind of polarized light beam having a uniform polarization direction can be efficiently generated, and almost all of the light beam incident on the polarized beam splitter 480 is used as an illumination light beam. It is led to three reflective liquid crystal devices 4 14, 4 15, and 4 16. As a result, a projected image that is bright and free from brightness unevenness and color unevenness can be obtained.
  • the polarized light illuminating device 1 used as the illuminating device since the light shielding plate 370 is disposed inside the second optical element 300, the illuminating light emitted from the polarized illuminating device 1 It is unlikely that other polarized light fluxes unnecessary for display on the liquid crystal device will be mixed in the liquid crystal display. Therefore, it is possible to obtain high-quality illumination light with a uniform polarization direction, and as a result, succeed in obtaining a bright and high-quality projected image.
  • the second optical element 300 spatially separates two types of polarized light beams in the horizontal direction (X direction). Therefore, it is convenient to illuminate a horizontally long rectangular liquid crystal device without wasting light.
  • the width of the light beam emitted from the polarization separation unit array 320 is suppressed from being widened, despite incorporating the polarization conversion optical element.
  • each of the condenser lenses A configuration in which 4 17 are arranged can be used, and an example of a schematic configuration of the optical system in that case is shown in FIG.
  • the condenser lens is arranged so as to be integrated with the liquid crystal device as shown in Fig. 14 or as an integral with the cross dichroic strain. It is desirable to be done.
  • the S-polarized light beam is used as the illumination light, but the P-polarized light beam may be used as the illumination light.
  • the polarization beam splitter is used.
  • the polarization illuminator 1 and the cross dichroic dichroic prism 450 may be arranged so as to face each other with the 480 therebetween.
  • a cross dichroic prism is used as the color light separating means and the color light synthesizing means.
  • a projection type display device can also be configured by using two dichroic mirrors instead.
  • the polarized light illuminating device of this embodiment can be incorporated, and a bright and high-quality projected image excellent in light use efficiency can be formed as in the case of this embodiment.
  • the light intensity distribution in the illumination area is more uniform than that of the incident light beam, and at the same time, only one type of polarized light beam with a uniform polarization direction can be generated with high efficiency.
  • a conversion device and a polarized illumination device can be realized. Further, by using the polarization conversion device and the polarization illumination device of the present invention, a display device and a projection display device that can display a bright and high-quality image can be easily realized.

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Description

明 —細 書 偏光変換素子、 偏光照明装置、 および、 これを用いた表示装置並びに投写型表示
技 fer分野
本発明は、 ランダムな偏光光束である入射光束から、 照明領域における光強度 分布が入射光束の光強度分布よりも均一であり、 偏光方向がほぼ揃った照明光束 を発生させるための偏光変換装置並びに偏光照明装置に関するものである。 さら に、 本発明は、 これらを用いた表示装置並びに投写型表示装置に関するものであ る。 背景技術
液晶装置のように、 偏光光束を変調するタイプのパネルを用いた表示装置にお ける照明装置としては、 一種類の偏光光束を効率よく発生できる偏光照明装置が 理想的である。 そこで、 光源から発せられるランダムな偏光光束を一種類の偏光 光束に変換し、 その光で液晶装置を照明し、 明るい表示を可能にする照明光学系 が提案されており、 特開平 7— 2 9 4 9 0 6号公報にはそのような照明光学系を 搭載した画像表示装置の一例が開示されている。
特開平 7— 2 9 4 9 0 6号公報に開示されている照明光学系の要部を第 1 5図 を用いて簡単に説明する。 この光学系は、 主にレンズ板 9 1 0、 複数の偏光ビー ムスプリッ夕 9 2 0、 複数の反射プリズム 9 3 0及びえ / 2位相差板 9 4 0によ り構成されている。 その原理は、 ランダムな偏光光束である入射光束を偏光分離 面 3 3 1を備えた偏光ビームスプリッ夕 9 2 0と反射面 3 3 2を備えた反射プリ ズム 9 3 0により 2種類の偏光光束 （P偏光光束と S偏光光束） に分離し、 分離 後の一方の偏光光束の偏光方向を λ/ 2位相差板 9 4 0を用いて他方の偏光光束 の偏光方向と合わせることにより一種類の偏光光束を得、 その光束で液晶装置 9 5 0を照明しょうとするものである。但し、 偏光光束の分離過程においては、 2 つの偏光光束を形成する空間が必要になるため、 一般的には光学系の拡幅化が避
訂正された用紙 （規則 91) けられない。 そこで、 この光学系では—、 レンズ板 9 1 0に形成された微小レンズ 9 1 1により、 それそれの偏光ビームスプリヅ夕 9 2 0に入射する光束径を微小 レンズのレンズ径の約半分以下の大きさに縮小し、 光束径の縮小により生じた空 間に反射プリズム 9 3 0 (反射面） を配置することで、 光学系の拡幅を招かずに 一種類の偏光光束を得ている。
しかし、 特開平 7— 2 9 4 9 0 6号公報に開示されている光学系には次のよう な問題点がある。
一般に、 レンズにより光束径を縮小化する場合、 最小光束径はレンズの屈折力 とレンズに入射する光束の平行性によりほぼ一義的に决まる。 即ち、 特開平 7— 2 9 4 9 0 6号公報に開示されている光学系にあるように、 光束侄を半分以下に 縮小化するためには、 屈折力が極めて大きいレンズ （言い換えれば Fナンバーが 極めて小さいレンズ） を用いると共に、 平行性が極めて高い光束を出射できる光 源を用いる必要がある。 しかし、 実在する光源は、 有限の発光領域を有している。 従って、 光源から出射される光束の平行性は必ずしも良いとは言えない。
—方、 偏光ビ一ムスプリッ夕に形成される偏光分離面の偏光分離性能は、 光の 入射角度に大きく依存する。 つまり、 偏光分離膜に入射する光が大きな角度成分 を有している場合には、 理想的な偏光分離性能を発揮できず、 偏光分離面を透過 する P偏光光束の中に S偏光光束が混入すると共に、 偏光分離面で反射される S 偏光光束中に P偏光光束が混入することとなる。 従って、 光束径を縮小化するた めに用いる微小レンズの屈折力をむやみに大きくすることはできない。
以上の理由から、 偏光ビ一ムスプリッ夕に入射する光束の径を十分縮小化する ことは難しく、 現実的には、 偏光ビームスプリヅ夕に隣接する反射プリズムにも 比較的多くの光が直接入射することとなる。 反射プリズムに直接入射した光は反 射面で反射され、 隣接する偏光ビ一ムスプリツ夕に入射し、 偏光ビ一ムスブリツ 夕に直接入射した光束と同様に、 偏光分離面で 2種類の偏光光束に分離される。 但し、 反射プリズムを絰て偏光ビームスプリッ夕に入射する光束と偏光ビームス プリッ夕に直接入射する光束との間では、 偏光ビームスプリヅ夕に入射する方向 がそれそれ 9 0度異なることとなる。従って、 反射プリズムに直接入射する光束 が存在する結果、 偏光ビームスプリッ夕内を進行方向を変えることなく透過する
差替え用紙 （規則 26) P偏光光束の中には、 反射プリズムに直接入射し偏光ビームスプリッ夕を絰て分 離された S偏光光束が混入することになる。 同様に、 偏光ビ一ムスブリツ夕に直 接入射し反射プリズムと人 / 2位相差板を絰て出射される P偏光光束の中には、 S偏光光束が混入することになる。 反射プリズムに直接入射する光束が存在する ことにより P偏光光束中に混入した S偏光光束は、 液晶装置には全く不必要な光 束であるため、 偏光板で吸収され、 発熱して、 偏光板の温度を上昇させる主要因 となる。
このように、 特開平 7— 2 9 4 9 0 6号公報に開示されているような従来の光 学系においては、 光源から発せられるランダムな偏光光束を一種類の偏光光束に 変換する過程において、 他の偏光光束が比較的多く混入することは避けられない。 その結果、 極めて明るい表示画像を得ようとした場合には、 表示に不要な偏光方 向の異なる偏光光束を偏光板で吸収しなければならず、 また、 この吸収に伴って 生じる偏光板の ί ^上昇を抑制する大型の冷却装置が必要不可欠となる。
本発明の課題は、 光源から発せられるランダムな偏光光束を一種類の偏光光束 に変換する過程において偏光方向が異なる他の偏光光束が混入するのを極力抑制 することにより、 上述のような問題点を解決することにある。 発明の開示
上言己課題を解決するために、 本発明の偏光変換素子は、 Ρ偏光光束または S偏 光光束のうちいずれか一方の偏光光束を透過させ他方の偏光光束を反射させて偏 光光束を分離する偏光分離面と、 前記偏光分離面とほぼ平行に配置され、 前記偏 光分離面で反射された偏光光束を前記偏光分離面を透過した偏光光束の出射方向 に向けて反射する反射面とを備えた偏光分離素子と、 前記偏光分離素子の光出射 面側に配置され、 前記偏光分離素子に.より分離された S偏光光束または Ρ偏光光 束のうちいずれか一方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃 える選択位相差板とを有する偏光変換装置において、 前記偏光分離素子の光入射 面側には、 光が前記反射面に直接入射するのを防ぐ遮光手段または光減袞手段が 設けられてなることを特徴とする。
本発明の偏光変換素子は、 上記の構成を採用することにより、 偏光方向が揃
差替え用紙 （規則 26) つたほぼ一種類の偏光光束の中に、 偏光方向が異なる他の偏光光束が混入する現 象を効果的に防止あるいは低減することができる。 よって、 非常に高い効率で特 定の偏光光束を発生させることができる。
上記偏光変換素子において、 遮光手段または光減衰手段と偏光分離素子とを一 体化すると、 境界面における光損失を低減することが可能となり、 光の利用効率 の高 、偏光変換素子を提供することが可能となる。
ここで、 遮光手段は反射板で構成することが可能である。 遮光手段を反射板で 構成すれば、 遮光手段での光吸収がほとんどないため遮光板が発熱することがな く、 遮光手段での発熱に伴う熱的影響が周囲の光学要素に及ぶことを防止するこ とができる。 特に、 熱に弱い有機物質で選択位相差板が形成されている場合には 効果的である。
また、 遮光手段と偏光分離素子とを一体ィ匕する場合には、 遮光手段を反射膜と し、 この反射膜を偏光分離素子の光入射面上に形成するようにしても良い。 この ように構成しても、 遮光手段を反射板で構成した場合と同様の効果を得ることが できる。 なお、 反射膜は、 誘電体多層膜や、 反射率の高い銀、 アルミニウム等の 金属薄膜により形成することができる。
さらに、 上記偏光変換素子において、 光減袞手段は光拡散板で構成することが 可能である。 光減衰手段を光拡散板で構成すれば、 偏光変換素子の低コスト化を 実現することができる。
また、 遮光手段と偏光分離素子とを一体化する場合には、 光減衰手段を偏光分 離素子の光入射面上に形成された光散乱面としても良い。 このように構成しても、 光減衰手段を光拡散板で構成した場合と同様の効果を得ることができる。 光散乱 面は、 偏光分離素子の光入射面内の特定の領域を荒らしたりすることによって形 成することができる。
本発明の偏光照明装置は、 光源と、 前記光源から出射された光束を複数の中間 光束に分離する第 1の光学要素と、 前記中間光束が収束する位置付近に配置され た第 2の光学要素とを備え、 前記第 2の光学要素は、 前記中間光束をそれそれ集 光する複数の集光レンズからなる集光レンズアレイと、 前記中間光束のそれそれ を S偏光光束と P偏光光束とに空間的に分離する偏光分離素子と、 前記偏光分離
差替え用紙 （規則 26) 素子により分離された S偏光光束または P偏光光束のうちいずれか一方の偏光光 束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃える選択位相差板と、 それらの 偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを有し、 前記偏光分離素子は、 前記 P偏 光光束または S偏光光束のうちいずれか一方の偏光光束を透過させ他方の偏光光 束を反射させて偏光光束を分離する偏光分離面と、 前記偏光分離面とほぼ平行に 配置され、 前記偏光分離面で反射された偏光光束を前記偏光分離面を透過した偏 光光束の出射方向に向けて反射する反射面とを有し、 前記第 1の光学要素と前記 偏光分離素子との間には、 それそれの前記中間光束が前記反射面に直接入射する のを防ぐ遮光手段または光減衰手段が設けられてなることを特徴とする。
本発明の偏光照明装置は、 上記の構成を採用することにより、 偏光方向が揃 つたほぼ一種類の偏光光束の中に、 偏光方向が異なる他の偏光光束が混入する現 象を効果的に防止あるいは低減することができる。 よって、 非常に偏光度の高い 偏光光束を照明光として得ることができる。
また、 上記の構成によれば、 一旦入射光束を複数の中間光束に分離した後、 最 終的にそれらの中間光束を一ヶ所の照明領域上で重畳結合させるため、 入射光束 が光束の断面内で大きな光強度分布を有していた場合でも、 明るさが均一で色ム ラのない偏光光束を照明光として利用することができる。 さらに、 均等な光強度 や分光特性で中間光束を P偏光光束と S偏光光束に分離できない場合、 及び、 両 偏光光束の偏光方向を揃える過程で一方の偏光光束の光強度やその分光特性が変 化した場合においても、 明るさが均一で色ムラのない偏光光束を照明光として利 用することができる。
また、 ほぼ一種類の偏光状態となった複数の偏光光束は、 全体として集光され つつ一ヶ所の照明領域上で重畳結合し、 大きなひとまとまりの光束となる。 この 大きなひとまとまりの光束は、 それ自体が大きな発散角を有する光束成分を伴わ ないため、 これらの光束を用いて照明を行う場合には、 高い照明効率を得ること ができる。
なお、 上記光源としては、 光源ランプとリフレクタ一により構成されたものを 使用することができる。 光源ランプとしてはメタルハライドランプ、 キセノンラ ンブ、 ハロゲンランプ等が、 また、 リフレクタ一としては放物面リフレクタ一、
差替え用紙 （規則 26) 楕円リフレクタ一、 球面リフレクタ一等が使用できる。
上記偏光照明装置において、 遮光手段または光減衰手段を配置する位置は、 偏 光分離素子と第 1の光学要素との間であればどこでも良い。 しかしながら、 この 遮光手段または光減衰手段と偏光分離素子とを一体化すれば、 境界面における光 損失を低減することが可能となり、 光の利用効率の高い偏光照明装置を提供する ことが可能となる。 また、 遮光手段または光減衰手段と偏光分離素子とを一体ィ匕 することにより、 第 2の光学要素全体をも一体化することができ、 その場合には 第 2の光学要素を非常にコンパクトなものとすることができる。
また、 遮光手段または光減衰手段は集光レンズアレイと一体化することも可能 である。 このようにしても、 遮光手段または光減衰手段と偏光分離素子とを一体 化した場合と同様の効果を得ることができる。 さらに、 この場合、 遮光手段また は光減衰手段と一体ィ匕された集光レンズアレイを、 第 2の光学要素を構成する他 の光学素子 （例えば、 偏光分離素子や選択位相差板等） と空間的に分離して配置 すれば、 遮光手段または光減衰手段が光吸収により発熱したとしても、 これに伴 う熱的影響が当該他の光学素子に及ぶのを防止することができる。
上記偏光照明装置において、 遮光手段は反射板で構成することが可能である。 遮光手段を反射板で構成すれば、 遮光手段での光吸収がほとんどな tヽため遮光手 段が発熱することがなく、 遮光手段での発熱に伴う熱的影響が周囲の光学要素に 及ぶことを防止することができる。 特に、 熱に弱い有機物質で選択位相差板が形 成されている場合には効果的である。 また、 遮光手段を反射板で構成すれば、 反 射板で反射された光を一旦光源に戻し、 光源に設置されているリフレクタ一によ り再び反射させ、 再度偏光分離素子へと入射させることも可能である。 よって、 光源からの光を、 無駄なく、 有効に利用することができる。
また、 遮光手段を偏光変換素子や集光レンズアレイと一体化する場合は、 遮光 手段を反射膜とし、 この反射膜を偏光分離素子の光入射面上または集光レンズァ レイの光出射面上に形成するようにしても良い。 このように構成しても、 遮光手 段を反射板で構成した場合と同様の効果を得ることができる。 なお、 反射膜は、 誘電体多層膜や、 反射率の高い銀、 アルミニウム等の金属薄膜により形成するこ とができる。
差替え用紙 （規則 26) さらに、 上記偏光照明装置において、 光减袞手段は光拡散板で構成することが 可能である。 光減衰手段を光拡散板で構成すれば、 偏光照明装置の低コスト化を 実現することができる。
また、 光減衰手段を偏光変換素子や集光レンズアレイと一体ィ匕する場合は、 光 減衰手段を偏光分離素子の光入射面上または集光レンズアレイの光出射面上に形 成された光散乱面としても良い。 このように構成しても、 光減衰手段を光拡散板 で構成した場合、 及び、 光拡散板と偏光分離素子または集光レンズアレイとを一 体化した場合と同様の効果を得ることができる。 光散乱面は、 偏光分離素子の光 入射面内または集光レンズアレイの光出射面内の特定の領域を荒らしたりするこ とによって形成することができる。
本発明の表示装置は、 光源と、 前記光源から出射された光束を複数の中間光束 に分離する第 1の光学要素と、 前記中間光束が収束する位置付近に配置された第 2の光学要素と、 前記第 2の光学要素から出射された光束を表示情報に基づいて 変調する変調素子とを備え、 前記第 2の光学要素は、 前記中間光束をそれそれ集 光する複数の集光レンズからなる集光レンズアレイと、 前記中間光束のそれそれ を S偏光光束と P偏光光束とに空間的に分離する偏光分離素子と、 前記偏光分離 素子により分離された S偏光光束または P偏光光束のうち 、ずれか一方の偏光光 束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃える選択位相差板と、 それらの 偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを有し、 前記偏光分離素子は、 前記 P偏 光光束または S偏光光束のうちいずれか一方の偏光光束を透過させ他方の偏光光 束を反射させて偏光光束を分離する偏光分離面と、 前記偏光分離面とほぼ平行に 配置され、 前記偏光分離面で反射された偏光光束を前記偏光分離面を透過した偏 光光束の出射方向に向けて反射する反射面とを有し、 前記第 1の光学要素と前記 偏光分離素子との間には、 それそれの前記中間光束が前記反射面に直接入射する のを防ぐ遮光手段または光減衰手段が設けられてなることを特徴とする。
本発明の表示装置は、 上記の構成を採用することにより、 偏光方向が揃ったほ ぼ一種類の偏光光束中に、 偏光方向が異なる他の偏光光束が混入する現象を効果 的に防止する事ができる。 よって、 変調素子によって変調される所定の偏光光を 得るために偏光板を用いた場合には、 不要な偏光光が吸収されることにより生じ
差替え用紙 （規則 26) る偏光板の温度上昇を防止することができ、 偏光板を冷却する冷却装置の大幅な 簡 匕、 小型化が可能となる。 なお、 変調素子としては、 液晶装置が使用できる。 また、 上記の構成によれば、 一旦入射光束を複数の中間光束に分割した後、 最 終的にそれらの中間光束を変調素子上で重畳結合させるため、 光源から出射され た光束が光束の断面内で大きな光強度分布を有していた場合でも、 明るさが均一 で色むらのない偏光光束を照明光として得ることができる。 したがって、 明るく、 明るさムラゃ色ムラのなレ、表示が可能で、 かつ小型の表示装置を実現することが できる。
本発明の投写型表示装置は、 光源と、 前記光源から出射された光束を複数の中 間光束に分離する第 1の光学要素と、 前記中間光束が収束する位置付近に配置さ れた第 2の光学要素と、 前記第 2の光学要素から出射された光束を表示情報に基 づいて変調する変調素子と、 前記変調素子により変調された光束を投写面上に投 写する投写光学系とを備え、 前記第 2の光学要素は、 前記中間光束をそれそれ集 光する複数の集光レンズからなる集光レンズアレイと、 前記中間光束のそれそれ を S偏光光束と P偏光光束とに空間的に分離する偏光分離素子と、 前記偏光分離 素子により分離された S偏光光束または P偏光光束のうちいずれか一方の偏光光 束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃える選択位相差板と、 それらの 偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを有し、 前記偏光分離素子は、 前記 P偏 光光束または S偏光光束のうちいずれか一方の偏光光束を透過させ他方の偏光光 束を反射させて偏光光束を分離する偏光分離面と、 前記偏光分離面とほぼ平行に 配置され、 前記偏光分離面で反射された偏光光束を前記偏光分離面を透過した偏 光光束の出射方向に向けて反射する反射面とを有し、 前記第 1の光学要素と前記 偏光分離素子との間には、 それそれの前記中間光束が前記反射面に直接入射する のを防ぐ遮光手段または光減衰手段が設けられてなることを特徴とする。
本発明の投写型表示装置は、 上記の構成を採用することにより、 偏光方向が揃 つたほぼ一種類の偏光光束の中に、 偏光方向が異なる他の偏光光束が混入する現 象を効果的に防止する事ができる。 よって、 変調素子によって変調される所定の 偏光光を得るために偏光板を用いた場合には、 不要な偏光光が吸収されることに より生じる偏光板の ¾上昇を防止することができ、 偏光板を冷却する冷却装置
差替え用紙 （規則 26) の大幅な簡 Β&ί匕、 小型化が可能となる。 なお、 変調素子としては、 液晶装置が使 用できる。
また、 上記の構成によれば、 一旦入射光束を複数の中間光束に分割した後、 最 終的にそれらの中間光束を変調素子上で重畳結合させるため、 光源から出射され た光束が光束の断面内で大きな光強度分布を有していた場合でも、 明るさが均一 で色むらのない偏光光束を照明光として得ることができる。 したがって、 明るく、 明るさムラゃ色ムラのない表示が可能で、 かつ小型の表示装置を実現することが できる。
さらに、 前記第 2の光学要素から出射された光束を複数の色光に分離する色光 分離手段と、 前記それそれの色光を変調する複数の前記変調素子と、 それぞれの 前記変調素子によって変調された色光を合成する色光合成手段とを有し、 前記色 光合成手段により合成された光束が前記投写光学系を介して投写面上に投写され てなることことにより、 分離された 2つ以上の色光のそれそれに対して専用の変 調素子を配置することができるため、 明るく、 色の表現性が良く、 解像度の高い カラー画像を投写表示可能な小型の投写型表示装置を実現することができる。 なお、 上記投写型表示装置において、 変調素子を反射型の液晶装置で構成する ことも可能である。 一般に、 反射型の液晶装置では、 画素密度を高めていった場 合においても比較的高い開口率を容易に得られるメリッ卜がある。 従って、 上記 の構成を採用することにより、 より明るく、 色の表現性が良く、 解像度の高い力 ラー画像を投写表示可能な小型の投写型表示装置を実現することができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の実施例 1に係る偏光照明装置の光学系を示す概略構成図で 第 2図は、 本発明の実施例 1に係る第 1の光学要素の斜視図である。
第 3図は、 本発明の実施例 1に係る遮光板の斜視図である。
第 4図は、 本発明の実施例 1に係る偏光分離ュニットアレイの斜視図である。 第 5図は、 本発明の実施例 1に係る偏光分離ュニットの機能を説明するための 図である。
差替え用紙 （規則 26) 第 6図は、 本発明の実施例 1の変形例 1に係る遮光板の斜視図である。
第 7図は、 本発明の 例 1の変形例 2に係る遮光板の斜視図である。
第 8図は、 本発明の実施例 1の変形例 3に係る偏光分離ュニットアレイの斜視 図である。
第 9図は、 本発明の 例 1の変形例 4に係る集光レンズアレイの斜視図であ る。
第 1 0図は、 本発明の実施例 1の変形例 5に係る遮光板の斜視図である。 第 1 1図は、 第 1図の偏光照明装置が組み込まれた、 本発明の実施例 2に係る 表示装置の一例を示す光学系の要部を示す概略構成図である。
第 1 2図は、 第 1図の偏光照明装置が組み込まれた、 本発明の実施例 3に係る 投写型表示装置の一例を示す光学系の要部を示す概略構成図である。
第 1 3図は、 第 1図の偏光照明装置が組み込まれた、 本発明の実施例 4に係る 投写型表示装置の一例を示す光学系の要部を示す概略構成図である。
第 1 4図は、 第 1図の偏光照明装置が組み込まれた、 本発明の実施例 4に係る 投写型表示装置の変形例を示す光学系の要部を示す概略構成図である。
第 1 5図は、 特開平 7— 2 9 4 9 0 6号公報に開示されている偏光光学系の概 略構成図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 図面を参照して、 本発明を実施するための形態について実施例を挙げ て説明する。 なお、 以下の各実施例においては、 特にことわりのない限り、 互い に直交する 3つの方向を便宜的に X方向 （横方向） 、 Y方向 （縦方向）、 Z方向 とする。 また、 いずれの実施例においても、 ランダムな偏光光束から一種類の偏 光光束として、 S偏光光束を得る構成としているが、 勿論、 P偏光光束を得る構 成としてもよい。 さらに、 以下に説明する各 例おいては、 基本的に同じ機能 を有し、 同じ構成を有する部分には同じ符号を付して、 その説明を省略する。 賺例 1
第 1図は、 実施例 1の偏光照明装置の要部を平面的にみた概略構成図である。 なお、 この第 1図は、 後述する第 1の光学要素 2 0 0の中心を通る X Z平面にお
10 差替え用紙 （規則 26) ける平面図である。 本例の偏光照明装置 1はシステム光軸 Lに沿って配置した光 源部 1 0、 偏光発生装置 2 0から大略構成されている。 光源部 1 0から出射され た偏光方向がランダムな光束 （以下、 ランダムな偏光光束と呼ぶ） は、 偏光発生 装置 2 0により偏光方向がほぼ揃った一種類の偏光光束に変換され、 照明領域 9 0に至るようになっている。
光源部 1 0は、 光源ランプ 1 0 1と、 放物面リフレク夕一 1 0 2から大略構成 されており、 光源ランプから された光は、 放物面リフレクタ一 1 0 2によつ て一方向に反射され、 略平行な光束となって偏光発生装置 2 0に入射される。 こ こで、 光源部 1 0の光源光軸 Rがシステム光軸 Lに対して一定の距離 Dだけ X方 向に平行シフ卜した状態となるように、 光源部 1 0は配置されている。
次に、 偏光発生装置 2 0は、 第 1の光学要素 2 0 0と、 第 2の光学要素 3 0 0 から構成されている。
第 1の光学要素 2 0 0は、 その外観を第 2図に示す様に、 Χ Υ平面上で矩形状 の外形を有する複数の光束分割レンズ 2 0 1がマトリヅクス状に配列して構成さ れており、 光源光軸 Rが第 1の光学要素 2 0 0の中心に来るように、 光源部 1 0 と第 1の光学要素 2 0 0との位置関係が設定されている。 第 1の光学要素 2 0 0 に入射した光は、 光束分割レンズ 2 0 1により複数の中間光束 2 0 2に分割され、 同時に光束分割レンズの集光作用により、 システム光軸 Lと垂直な平面内 （第 1 図では Χ Υ平面） の中間光束が収束する位置に光束分割レンズの数と同数の集光 像 2 0 3を形成する。 なお、 光束分割レンズ 2 0 1の ΧΥ平面上における外形形 状は、 照明領域 9 0の繊と相似形をなすように設定される。 本例では、 Χ Υ平 面上で X方向に長い横長の照明領域を想定しているため、 光束分割レンズ 2 0 1 の ΧΥ平面上における外形形状も横長である。
第 2の光学要素 3 0 0は、 集光レンズアレイ 3 1 0、 遮光板 3 7 0、 偏光分離 ュニットアレイ 3 2 0、 選択位相差板 3 8 0及び結合レンズ 3 9 0から大略構成 される複合体であり、 第 1の光学要素 2 0 0による集光像 2 0 3が形成される位 置の近傍の、 システム光軸 Lに対して垂直な平面内 （第 1図では Χ Υ平面） に配 置される。 なお、 第 1の光学要素 2 0 0に入射する光束の平行性が極めて良い場 合には、 第 2の光学要素から集光レンズアレイ 3 1 0を省略した構成としても良
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差替 え 用紙（規則 26) い。 この第 2の光学要素 3 0 0は、 中間光束 2 0 2のそれそれを P偏光光束と S 偏光光束とに空間的に分離した後、 一方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束 の偏光方向とを揃え、 偏光方向がほぼ揃つたそれそれの光束を一ケ所の照明領域 9 0に導くような機能を有している。
集光レンズアレイ 3 1 0は、 第 1の光学要素 2 0 0とほぼ同様な構成となって おり、 即ち、 第 1の光学要素 2 0 0を構成する光束分割レンズ 2 0 1と同数の集 光レンズ 3 1 1をマトリックス状に配列したものであり、 それそれの中間光束を 偏光分離ュニッ卜アレイ 3 2 0の特定の場所に集光しながら導く機能を有してい る。 従って、 第 1の光学要素 2 0 0により形成された中間光束 2 0 2の特性に合 わせて、 また、 偏光分離ユニットアレイ 3 2 0に入射する光はその主光線の傾き がシステム光軸 Lと平行であることが理想的である点を考慮して、 各集光レンズ のレンズ特性は各々最適化されることが望ましい。 但し、 一般的には、 光学系の 低コスト化及び設計の容易さを考慮して、 第 1の光学要素 2 0 0と全く同じもの を集光レンズアレイ 3 1 0として用いるか、 或いは、 光束分割レンズ 2 0 1と X Y平面での幵 が相似形である集光レンズを用いて構成した集光レンズアレイを 用いてもよいことから、 本例の場合には、 第 1の光学要素 2 0 0を集光レンズァ レイ 3 1 0として用いている。 なお、 集光レンズアレイ 3 1 0は遮光板 3 7 0や 偏光分離ュニッ卜アレイ 3 2 0から離れた位置 （第 1の光学要素 2 0 0に近い 側） に配置してもよい。
遮光板 3 7 0はその外観を第 3図に示すように、 複数の遮光面 3 7 1と複数の 開口面 3 7 2が配列して構成されたものであり、 この遮光面 3 7 1と開口面 3 7 2の配列の仕方は後述する偏光分離ュニヅト 3 3 0の配列の仕方に対応している。 尚、 第 3図の遮光板 3 7 0中に描かれている X軸と平行な 4本の破線は、 後述す る偏光分離ュニットアレイとの対応関係を示すために描かれたものである。 この 点に関しては、 第 6図に示す反射板 3 7 3、 第 7図に示す光拡散板 3 7 6におい ても同様である。 遮光板 3 7 0の遮光面 3 7 1に入射した光束は遮られ、 開口面 3 7 2に入射した光束は遮光板 3 7 0をそのまま通過する。従って、 遮光板 3 7 0は、 遮光板 3 7 0上の位置に応じて透過する光束を制御する機能を有しており、 遮光面 3 7 1と開口面 3 7 2の配列の仕方は、 第 1の光学要素 2 0 0による集光
12 差替え用紙 （規則 26) 像 2 0 3が後述する偏光分離ュニッド 3 3 0の偏光分離面 3 3 1上のみに形成さ れるように設定されている。遮光板 3 7 0としては、 本例のようにガラス板等の 平板状の透明体に、 ク口ムゃアルミニゥム等からなる遮光性の膜を部分的に形成 したものや、 アルミニウム板のような遮光性の平板に開口部を設けたもの等を使 用することができる。 特に、 遮光性を有する膜を利用する場合には、 遮光性を有 する膜を集光レンズアレイ 3 1 0や後述する偏光分離ュニットアレイ 3 2 0上に 直接形成しても同様の機能を発揮させることができる。
次に、 偏光分離ユニットアレイ 3 2 0は、 その外観を第 4図に示すように、 複 数の偏光分離ュニット 3 3 0がマトリックス状に配列した構成をなしている。 偏 光分離ュニット 3 3 0の配列の仕方は、 第 1の光学要素 2 0 0を構成する光束分 割レンズ 2 0 1のレンズ特性及びそれらの配列の仕方に対応している。 本例にお いては、 全て同じレンズ特性を有する同心系の光束分割レンズ 2 0 1を用いて、 それらの光束分割レンズを直交マ卜リックス状に配列することで第 1の光学要素 2 0 0を構成しているため、 偏光分離ュニットアレイ.3 2 0も全て同じ偏光分離 ユニット 3 3 0を全て同じ向きに直交マトリックス状に配列することにより構成 されている。 なお、 Y方向に列ぶ同一列の偏光分離ユニットが全て同じ偏光分離 ュニッ卜である場合には、 Y方向に細長い偏光分離ュニットを X方向に配列して 構成した偏光分離ュニットアレイ 3 2 0を用いた方が、 偏光分離ュニット間の界 面における光損失を低減できると共に偏光分離ュニットアレイの製造コストを低 減できるという点で有利である。
偏光分離ュニット 3 3 0はその外観を第 5図に示す様に、 内部に偏光分離面 3 3 1と反射面 3 3 2を備えた四角柱状の構造体であり、 偏光分離ュニッ卜に入射 する中間光束のそれそれを P偏光光束と S偏光光束とに空間的に分離する機能を 有している。 偏光分離ュニット 3 3 0の X Y平面上における外形开 は、 光束分 割レンズ 2 0 1の XY平面上における外形开娥と相似形をなしており、 即ち、 横 長の矩幵 である。 従って、 偏光分離面 3 3 1と反射面 3 3 2とは横方向 （X方 向） に並ぶように配置されている。 ここで、 偏光分離面 3 3 1と反射面 3 3 2と は、 偏光分離面 3 3 1がシステム光軸 Lに対して約 4 5度の傾きをなし、 且つ、 反射面 3 3 2が偏光分離面と平行な状態をなし、 さらに、 偏光分離面 3 3 1が X
13 差替え用紙 （規則 26) Y平面上に投影する断面積 （後述する Ρ出射面 3 3 3の面積に等しい） と反射面 3 3 2が Χ Υ平面上に投影する断面積 （後述する S出射面 3 3 4の面積に等し い） とが等しくなるように配置されている。 従って、 本例では、 偏光分離面 3 3 1が存在する領域の Χ Υ平面上での横幅 Wpと反射面 3 3 2が存在する領域の X Y平面上での横幅 Wmとは等しくなり、 且つ、 それそれが偏光分離ユニットの X Y平面上での横幅 Wの半分になるように設定されている。 なお、 一般的に、 偏光 分離面 3 3 1は誘電体多層膜で、 また、 反射面 3 3 2は誘電体多層膜或いはアル ミニゥム fl臭で形成することができる。
偏光分離ュニット 3 3 0に入射した光は、 偏光分離面 3 3 1において、 進行方 向を変えずに偏光分離面 3 3 1を透過する P偏光光束 3 3 5と、 偏光分離面 3 3 1で反射され隣接する反射面 3 3 2の方向に進行方向を変える S偏光光朿 3 3 6 とに分離される。 P偏光光束 3 3 5はそのまま P出射面 3 3 3を経て偏光分離ュ ニットから出射され、 S偏光光束 3 3 6は再び反射面 3 3 2で進行方向を変え、 P偏光光束 3 3 5とほぼ平行な状態となって、 S出射面 3 3 4を経て偏光分離ュ ニットから出射される。 従って、 偏光分離ュニッ卜 3 3 0に入射したランダムな 偏光光束は偏光分離ュニットにより偏光方向が異なる P偏光光束 3 3 5と S偏光 光束 3 3 6の二種類の偏光光束に分離され、 偏光分離ュニットの異なる場所 ( P 出射面 3 3 3と S出射面 3 3 4 ) からほぼ同じ方向に向けて出射される。 偏光分 離ュニヅトは上記の様な機能を有することから、 それそれの偏光分離ュニット 3 3 0の偏光分離面 3 3 1が存在する領域にそれそれの中間光束 2 0 2を導く必要 があり、 そのため、 偏光分離ユニット内の偏光分離面の中央部に中間光束が入射 するように、 それそれの偏光分離ユニット 3 3 0とそれそれの集光レンズ 3 1 1 の位置関係やそれそれの集光レンズ 3 1 1のレンズ特性は設定されている。 特に、 本例の場合には、 それそれの偏光分離ュニット 3 3 0内の偏光分離面 3 3 1の中 央部にそれぞれの集光レンズの中心軸が来るように配置するため、 集光レンズァ レイ 3 1 0は、 偏光分離ュニッ卜の横幅 Wの 1 /4に相当する距離 Dだけ、 偏光 分離ュニットアレイ 3 2 0に対して X方向にずらした状態で配置されている。 尚、 偏光分離ユニットアレイにおいては、 その内部に上述した偏光分離面と反 射面が規則的に形成されたものであれば良く、 上述した偏光分離ユニットを基本
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差替 え用紙（規則 26) 的な構成単位として用いる必要は必ずしもない。 ここでは、 偏光分離ユニットァ レイの機能を説明するために、 偏光分離ユニットという構成単位を導入したに過 ぎない。
再び、 第 1図に基づいて説明する。
遮光板 3 7 0は偏光分離ュニットアレイ 3 2 0と集光レンズアレイ 3 1 0との 間にあって、 遮光板 3 7 0のそれそれの開口面 3 7 2の中心とそれぞれの偏光分 離ュニット 3 3 0の偏光分離面 3 3 1の中心がほぼ一致するように配置され、 ま た、 開口面 3 7 2の開口横幅 （X方向の開口幅） は偏光分離ュニット 3 3 0の横 幅 Wの約半分の大きさに設定されている。 その結果、 偏光分離面 3 3 1を絰ずし て反射面 3 3 2に直接入射する中間光束は、 予め遮光板 3 7 0の遮光面 3 7 1で 遮られるためほとんど存在せず、 遮光板 3 7 0の開口面 3 7 2を通過した光束は そのほとんど全てが偏光分離面 3 3 1のみに入射することになる。 従って、 遮光 板 3 7 0の設置により、 偏光分離ュニッ卜において、 直接反射面 3 3 2に入射し、 反射面 3 3 2を経て隣接する偏光分離面 3 3 1に入射する光束はほとんど存在し ないことになる。
偏光分離ュニットアレイ 3 2 0の出射面の側には、 え / 2位相差板 3 8 1が規 則的に配置された選択位相差板 3 8 0が設置されている。 即ち、 偏光分離ュニッ トアレイ 3 2 0を構成する偏光分離ュニヅト 3 3 0の P出射面 3 3 3の部分にの み 1/ 2位相差板 3 8 1が配置され、 S出射面 3 3 4の部分には人 / 2位相差板 3 8 1は設置されていない （第 5図を参照） 。 この様な人 / 2位相差板 3 8 1の 配置状態により、 偏光分離ュニヅト 3 3 0から出射された P偏光光束は、 λ/ 2 位相差板 3 8 1を通過する際に偏光方向の回転作用を受け S偏光光束へと変換さ れる。 一方、 S出射面 3 3 4から出射された S偏光光束は; L/ 2位相差板 3 8 1 を通過しないので、 偏光方向は変化せず、 S偏光光束のまま選択位相差板 3 8 0 を通過する。 以上をまとめると、 偏光分離ュニットアレイ 3 2 0と選択位相差板 3 8 0により、 偏光方向がランダムな中間光束は一種類の偏光光束 （この場合は S偏光光束） に変換されたことになる。
選択位相差板 3 8 0の出射面の側には、 結合レンズ 3 9 0が配置されており、 選択位相差板 3 8 0により S偏光光束に揃えられた光束は、 結合レンズ 3 9 0に
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羞替 え 用紙（規則 2 より照明領域 9 0へと導かれ、 照明領域上で重畳結合される。 ここで、 結合レン ズ 3 9 0は 1つのレンズ体である必要はなく、 第 1の光学要素 2 0 0のように、 複数のレンズの集合体であってもよい。
第 2の光学要素 3 0 0の機能をまとめると、 第 1の光学要素 2 0 0により分割 された中問光束 2 0 2 (つまり、 光束分割レンズ 2 0 1により切り出されたィメ ージ面） は、 第 2の光学要素 3 0 0により照明領域 9 0上で重畳結合される。 こ れと同時に、 途中の偏光分離ユニットアレイ 3 2 0により、 ランダムな偏光光束 である中間光束は偏光方向が異なる二種類の偏光光束に空間的に分離され、 選択 位相差板 3 8 0を する際にほぼ一種類の偏光光束に変換される。 ここで、 偏 光分離ュニットアレイ 3 2 0の入射側には遮光板 3 7 0が配置され、 偏光分離ュ ニット 3 3 0の偏光分離面 3 3 1にだけ中間光束が入射する構成となっているた め、 反射面 3 3 2を経て偏光分離面 3 3 1に入射する中間光束はほとんどなく、 偏光分離ュニットアレイ 3 2 0から出射される偏光光束の種類はほぼ一種類に限 定される。 従って、 照明領域 9 0は殆ど一種類の偏光光束でほぼ均--に照明され ることになる。
以上説明したように、 本例の偏光照明装置 1によれば、 光源部 1 0から出射さ れたランダムな偏光光束を、 第 1の光学要素 2 0 0と第 2の光学要素 3 0 0によ り構成される偏光発生装置 2 0により、 ほぼ一種類の偏光光束に変換すると共に、 その偏光方向の揃った光束により照明領域 9 0を均一に照明できるという効果を 有する。 また、 偏光光束の発生過程においては光損失を殆ど伴わないため、 光源 部から出射される光の殆どすベてを照明領域 9 0へと導くことができ、 従って、 光の利用効率が極めて高いという特徴を有する。 さらに、 第 2の光学要素 3 0 0 内には遮光板 3 7 0が配置されているため、 照明領域 9 0を照明する一種類の偏 光光束中には偏光方向が異なる他の偏光光束が混じることがほとんどない。 従つ て、 液晶装置のように偏光光束を用いて表示を行う変調素子を照明する装置とし て本発明の偏光照明装置を用いた場合には、 従来、 変調素子の照明光が入射する 側に配置されていた偏光板を不要とすることが可能である。 或いは、 通りに 偏光板を設置した場合でも、 偏光板における光吸収量が非常に少ないため、 偏光 板及び変調素子の発熱を抑えるのに必要な冷却装置を大幅に小型化することがで
16 差替え用紙 （規貝 IJ26) きる。 上述したように、 第 1の光学要素 2 0 0により形成される集光像 2 0 3の 大きさは第 1の光学要素に入射する光束 （照明装置を想定した場合には光源から 出射される光束） の平行性に影響される。 平行性が悪い場合には寸法の大きな集 光像しか形成できないため、 偏光分離ュニッ卜の偏光分離面を絰ずして反射面に 直接入射する中間光束が多く存在し、 偏光方向の異なる他の偏光光束が照明光束 へ混入する現象を避けられない。 従って、 本発明の偏光照明装置の構成は、 平行 性の悪い光束を出射する光源を利用して偏光照明装置を構成する場合に、 特に優 れた効果を発揮する。
なお、 本例では、 第 2の光学要素 3 0 0を構成する集光レンズアレイ 3 1 0、 遮光板 3 7 0、 偏光分離ュニットアレイ 3 2 0、 選択位相差板 3 8 0及び出射側 レンズ 3 9 0は光学的に一体ィ匕されており、 それらの界面において発生する光損 失を低減し、 光利用効率を一層高める効果を発揮している。 これらの光学素子は 必ずしも光学的に一体化されている必要はないが、 照明光への偏光方向の異なる 他の偏光光束の混入を効果的に防止するためには、 遮光板 3 7 0を、 偏光分離ュ ニットアレイ 3 2 0の光入射面と光学的に一体化するか、 偏光分離ュニットァレ ィ 3 2 0の光入射面上に固定するのが好ましい。 遮光板 3 7 0を偏光分離ュニヅ トアレイ 3 2 0の光入射面と光学的に一体化する方法としては、 遮光板 3 7 0を 接着層を介して偏光分離ュニットアレイ 3 2 0の光入射面上に貼り付ける方法や、 後述するように偏光分離ュニットアレイ 3 2 0の光入射面上に遮光面 3 7 1を直 接形成する方法等が考えられる。 一方、 遮光板 3 7 0を偏光分離ユニットアレイ 3 2 0の光入射面上に固定する方法としては、 遮光板 3 7 0の周辺部を両面テ一 プ等を用いて偏光分離ュニットアレイ 3 2 0の光入射面上の周辺部に接着する方 法が考えられる。 この場合、 遮光板 3 7 0の周辺部全体を接着する必要は無く、 少なくとも 2箇所が接着されていれば良い。 ここで、 偏光分離ユニットアレイ 3 2 0の光入射面に対して遮光板 3 7 0が平行に固定されるようにするためには、 接着箇所を、 遮光板 3 7 0の中心に対してほぼ点対称となる位置に設けるように するのが好ましい。
さらに、 横長の矩形形状である照明領域 9 0の形状に合わせて、 第 1の光学要 素 2 0 0を構成する光束分割レンズ 2 0 1を横長の开 とし、 同時に、 偏光分離
17 差替え用紙 （規則 26) ュニットアレイ 3 2 0から出射される二種類の偏光光束を横方向 （X方向） に分 離する形態としている。 このため、 横長の矩形开 を有する照明領域 9 0を照明 する場合でも、 光量を無駄にすることなく、 照明効率 （光利用効率） を高めるこ とができる。
一般に、 偏光方向がランダムな光束を P偏光光束と S偏光光束とに単純に分離 すると、 分離後の光束全体の幅は 2倍に拡がり、 それに応じて光学系も大型化し てしまう。 しかし、 本発明の偏光照明装置では、 第 1の光学要素 2 0 0により微 小な複数の集光像 2 0 3を形成し、 それらの形成過程で生じた光の存在しない空 間を上手く利用し、 その空間に偏光分離ュニット 3 3 0の反射面 3 3 2を配置す ることにより、 2つの偏光光束に分離することに起因して生じる光束の横方向へ の幅の広がりを吸収しているので、 光束全体の幅は広がらず、 小型の光学系を実 現できるという特徴がある。
隱例 1の変形例 1〕
mm ιにおいて、 遮光板 3 1 oを構成する遮光面 3 Ί Ιは光を略反対方向に 反射させる反射面であっても良い。 すなわち、 実施例 1において、 遮光板 3 7 0 の代わりに、 第 6図に示すような、 複数の反射面 3 7 4と複数の開口面 3 7 5を 備えた遮光板 3 7 3を採用することができる。 反射面 3 7 4は、 誘電体多層膜や、 反射率の高い銀、 アルミニウム等の金属薄膜、 或いはその両者の組み合わせによ り容易に実現することができ、 膜の種類によっては 9 0数％以上の非常に高い反 射率を得ることができる。 なお、 反射面 3 7 4を第 1図の集光レンズアレイ 3 1
0や偏光分離ュニヅ卜アレイ 3 2 0上に直接形成しても同様の機能を発揮させる ことができる。
遮光面 3 7 1の場合とは異なり、 反射面 3 7 4においては光吸収がほとんどな い。従って、 反射板 3 7 3を採用すれば、 反射板 3 7 3での発熱に伴う熱的影響 が周囲の光学要素に及ぶのを防止することができる。 また、 反射面 3 7 4で反射 された光は光源 1 0に設置されている放物面リフレクタ一 1 0 2で反射され、 偏 光発生装置 2 0に再度入射させ、 遮光板 3 7 3の開口部 3 7 5に導き入れること ができるため、 光源からの光を無駄なく有効に利用することができる。
瞧例 1の変形例 2〕
18 差替え用紙（規則 26) m iにおいて、 遮光板を構成する遮光面は光を散乱させる光散乱面であつ ても、 遮光面の場合とほぼ同様の効果を発揮させることができる。 すなわち、 す なわち、 実施例 1において、 遮光板 3 7 0の代わりに、 第 7図に示すように、 複 数の光散乱面 3 7 7と複数の開口面 3 7 8を配列してなる光拡散板 3 7 6を採用 することができる。 光散乱面 3 7 7に入射した光は散乱されるので、 偏光分離ュ ニッ卜の偏光分離面を絰ずして反射面に直接入射する光の強度を大幅に低下させ ることができ、 偏光方向が揃ったほぼ一種類の偏光光束からなる照明光束中に、 偏光方向が異なる他の偏光光束が混入する現象を効果的に防止することができる。 光散乱面 3 7 7は、 平板状の透明基板の表面やその内部に光散乱体を形成したり、 或いは、 透明基板の表面に凹凸幵 を形成したり、 さらには、 表面を単に荒らす ことによって容易に実現することができる。 なお、 光散乱面 3 7 7を第 1図の集 光レンズアレイ 3 1 0や偏光分離ュニットアレイ 3 2 0上に直接形成しても同様 の機能を発揮させることができる。
光散乱板 3 7 6を採用すれば、 誘電体多層膜や金属簿膜等を用いた遮光板 3 7 0や反射板 3 7 3を採用した場合に比べて、 低コスト化を実現することが可能で あ 。
〔¾¾例 1の変形例 3〕
例 1ならびに前述した変形例 1、 2においては、 遮光板 3 7 0、 反射板 3 7 3、 光拡散板 3 7 6はその前後に配置された集光レンズアレイ 3 1 0や偏光分 離ュニットアレイ 3 2 0に対して物理的に独立した光学要素であつたが、 遮光板 3 7 0を構成する遮光面 3 7 1、 反射板 3 7 3を構成する反射面 3 7 4、 或いは 光拡散板 3 7 6を構成する光散乱面 3 7 7を、 偏光分離ュニットアレイ 3 2 0を 構成する偏光分離ュニット 3 3 0の光入射面上に直接形成しても、 これらを用い た場合と同様の効果を得ることができる。
その具体例を第 8図を用いて説明する。 第 8図にその外観を示した偏光分離ュ ニヅトアレイ 3 2 O Aは、 偏光分離ュニットアレイ 3 2 O Aを構成するそれそれ の偏光分離ュニヅト 3 3 O Aの光入射面上に、 遮光面 3 2 1が直接形成されてな るものであり、 遮光面が形成されていない領域 3 2 2は、 先に説明した遮光板 3 7 0において光が通過する開口面 3 7 2に相当する。 本例のように遮光面 3 2 1
19 差替 え 用紙 （規則 26) を直接形成した偏光分離ュニットアレイ 3 2 0 Aを用いることにより、 物理的に 独立した光学要素である遮光板 3 7 0を用いる必要がないため、 第 2の光学要素 を小型化、 及び低コスト化できる。 勿論、 偏光分離ュニヅト 3 3 O Aには、 遮光 面 3 2 1に代えて反射面や光散乱面を直接形成することもでき、 その場合にも本 例の場合と同様の効果を発揮する。
例 1の変形例 4〕
^例 1並びに前述した変形例 1、 2においては、 遮光板 3 7 0、 反射板 3 7 3、 光拡散板 3 7 6はその前後に配置された集光レンズアレイ 3 1 0や偏光分離 ュニッ卜アレイ 3 2 0に対して物理的に独立した光学要素であつたが、 遮光板 3 7 0を構成する遮光面 3 7 1、 反射板 3 7 3を構成する反射面 3 7 3、 或いは、 光拡散板 3 7 6を構成する光散乱面 3 7 4を集光レンズアレイ 3 1 0を構成する 集光レンズ 3 1 1に直接形成しても、 これらを用いた場合と同様の効果を得るこ とができる。
その具体例を第 9図を用いて説明する。 第 9図にその外観を示した集光レンズ アレイ 3 1 O Aは、 集光レンズアレイ 3 1 O Aを構成するそれそれの集光レンズ 3 1 1 Aの光が出射する面上に、 遮光面 3 1 2が直接形成されてなるものであり、 遮光面が形成されていない領域 3 1 3は、 先に説明した遮光板 3 7 0において光 が する開口面 3 7 2に相当する。 本例のように遮光面 3 1 2を直接形成した 集光レンズアレイ 3 1 O Aを用いることにより、 物理的に独立した光学要素であ る遮光板 3 7 0を用いる必要がないため、 第 2の光学要素を小型化、 及び低コス ト化できる。 勿論、 集光レンズ 3 1 1 Aには、 本例の遮光面 3 1 2に代えて反射 面や光散乱面を直接形成することもでき、 その場合にも本例の場合と同様の効果 を発揮する。 なお、 本例の場合、 集光レンズアレイ 3 1 O Aを、 第 2の光学要素 を構成する他の光学素子である偏光分離ュニットアレイや選択位相差板と空間的 に分離して配置すれば、 遮光面、 反射面、 光散乱面における光吸収による発熱の 影響が他の光学素子に及ぶのを防止することができる。
〔麵例 1の変形例 5〕
^例 1においては、 ガラス板等の平板上の透明体に、 クロムやアルミニウム 等からなる遮光性の膜を部分的に形成した遮光板 3 7 0を用いたが、 これは、 ァ
20 ϋ替 え 用紙（規則 26) ルミニゥム板のような遮光性の平板に ¾口部を設けたものであっても良い。
その具体例を第 1 0図を用いて説明する。 第 1 0図にその外観を示した遮光板 3 7 O Aは、 遮光性の平板 3 7 1 Aに開口部 3 7 2 Aを設けたものである。 なお、 照明光への偏光方向の異なる他の偏光光束の混入を効果的に防止するために、 遮 光板 3 7 0を偏光分離ュニヅトアレイ 3 2 0の光入射面上に固定する場合には、 遮光板 3 7 1 Aの周辺部の 2箇所に設けられた接着箇所 3 7 9 a、 3 7 9 bを両 面テープで偏光分離ュニットアレイ 3 2 0の光入射面上に固定すれば良い。 接着 箇所 3 7 9 a、 3 7 9 bは、 遮光板 3 7 0の中心に対してほぼ点対称となる位置 に設けられているため、 偏光分離ュニヅトアレイ 3 2 0の光入射面に対して遮光 板 3 7 0を平行に固定することが可能である。
本例のように、 アルミニウム板のような遮光性の平板 3 7 1 Aに開口部 3 7 2 Aを設けた遮光板 3 7 O Aを用いれば、 ガラス板等の平板上の透明体に、 クロム やアルミニウム等からなる遮光性の膜を部分的に形成した遮光板 3 7 0に比べて 低コスト化を実現することができる。
謹例 2〕
m ιに示した偏光照明装置 ιが組み込まれた直視型の表示装置の一例につ いて説明する。 なお、 本例においては、 偏光照明装置からの出射光束を表示情報 に基づいて変調する変調素子として透過型の液晶装置を用いている。
第 1 1図は、 本例の表示装置 2の光学系の要部を示した概略構成図であり、 X Z平面における断面構造を示している。 本例の表示装置 2は、 ¾SS例 1に示した 偏光照明装置 1、 反射ミラー 5 1 0、 及び液晶装置 5 2 0から大略構成されてい る。
偏光照明装置 1は、 ランダムな偏光光束を一方向に出射する光源部 1 0を備え、 この光源部 1 0から出射されたランダムな偏光光束は、 偏光発生装置 2 0により ほほ'一種類の偏光光束に変換される。 この偏光照明装置 1から出射された偏光光 束は、 反射ミラー 5 1 0により光の進行方向を約 9 0度曲げられ、 液晶装置 5 2 0をほぼ一種類の偏光光束により照明する。 液晶装置 5 2 0の前後には偏光板 5 2 1が配置されている。 なお、 視野角の改善を目的として光拡散板 （図示せず） を液晶装置 5 2 0の手前 （反射ミラ一 5 1 0側） に配置した構造としてもよい。
21
差替 え 用紙 （規則 26) このように構成した表示装置 2でほ、 一種類の偏光光束を変調する夕ィブの液 晶装置が用いられている。 従って、 従来の照明装置を用いてランダムな偏光光束 を液晶装置に導くと、 ランダムな偏光光束のうちの約半分の光は、 偏光板 5 2 1 で吸収されて熱に変わってしまい、 光の利用効率が悪いという問題点があった。 しかし、 本例の表示装置 2では、 かかる問題点が大幅に改善されている。
即ち、 本例の表示装置 2では、 偏光照明装置 1において、 一方の偏光光束、 例 えば P偏光光束のみに対して、 人 / 2位相差板によって偏光面の回転作用を与え、 他方の偏光光束、 例えば S偏光光束と偏光方向が揃った状態とする。 それ故、 偏 光方向の揃ったほぼ一種類の偏光光束が液晶装置 5 2 0に導かれるので、 偏光板 5 2 1による光吸収は非常に少なく、 従って、 光源光の利用効率が向上し、 明る い表示状態を得ることができる。
特に、 照明装置として使用している偏光照明装置 1においては、 第 2の光学要 素 3 0 0の内部に遮光板 3 7 0を配置しているため、 偏光照明装置 1から出射さ れる照明光の中に、 液晶装置での表示に不要な他の偏光光束が混入することがほ とんどない。 その結果、 液晶装置 5 2 0の光の入射する側に配置された偏光板 5 2 1における光吸収量は極めて少なく、 光吸収による発熱量も極めて少なくなる ことから、 偏光板 5 2 1や液晶装置 5 2 0の温度上昇を抑制するための冷却装置 を省略することができ、 或いは、 省略できない場合でも冷却装置の大幅な小型化 を実現することができる。
〔錢例 3〕
m ιに示した偏光照明装置 ιが組み込まれた投写型表示装置の第一の例に ついて説明する。 なお、 本例においては、 偏光照明装置からの出射光束を表示情 報に基づいて変調する変調素子として透過型の液晶装置を用いている。
第 1 2図は、 本例の投写型表示装置 3の光学系の要部を示した概略構成図であ り、 X Z平面における構成を示している。 本例の投写型表示装置 3は、 実施例 1 に示した偏光照明装置 1、 白色光束を 3色の色光に分離する色光分離手段、 それ それの色光を表示情報に基づいて変調し表示画像を形成する 3枚の透過型の液晶 装置、 3色の色光を合成しカラー画像を形成する色光合成手段、 そのカラー画像 を投写表示する投写光学系とから大略構成されている。
22
荬替 え 用紙 （規則 26) 本例の偏光照明装置 1は、 ランダムな偏光光束を一方向に出射する光源部 1 0 を備え、 この光源部 1 0から出射されたランダムな偏光光束は、 偏光発生装置 2 0によりほぼ一種類の偏光光束に変換される。
この偏光照明装置 1から出射された光束は、 まず、 色光分離手段である青光緑 光反射ダイクロィヅクミラ一 4 0 1において、 赤色光が透過し、 青色光及び緑色 光が反射する。 赤色光は、 反射ミラ一 4 0 3で反射され、 赤光用液晶装置 4 1 1 に達する。 一方、 青色光及び緑色光のうち、 緑色光は、 やはり色光分離手段であ る緑光反射ダイクロイツクミラー 4 0 2によって反射され、 緑光用液晶装置 4 1 2に達する。
ここで、 青色光は各色光のうちでその光路の長さが最も長いので、 青色光に対 しては、 入射レンズ 4 3 1、 リレーレンズ 4 3 2、 及び出射レンズ 4 3 3からな るリレーレンズ系で構成された導光手段 4 3 0を設けてある。 即ち、 青色光は、 緑光反射ダイクロイツクミラー 4 0 2を透過した後に、 まず、 入射レンズ 4 3 1 を絰て反射ミラー 4 3 5により反射されてリレ一レンズ 4 3 2に導かれ、 この、) レーレンズに集束された後、 反射ミラー 4 3 6によって出射レンズ 4 3 3に導か れ、 しかる後に、 青光用液晶装置 4 1 3に達する。 ここで、 3ケ所の液晶装置 4 1 1、 4 1 2、 4 1 3は、 それそれの色光を変調し、 各色光に対応した画像情報 を含ませた後に、 変調した色光を色光合成手段であるクロスダイクロイックブリ ズム 4 5 0に入射する。 クロスダイクロイヅクブリズム 4 5 0には、 赤光反射の 誘電体多層膜と青光反射の誘電体多層膜とが X字状に形成されており、 それそれ の変調光束を合成しカラー画像を形成する。 ここで形成されたカラー画像は、 投 写光学系である投写レンズ 4 6 0によりスクリーン 4 7 0上に拡大投影され、 投 写画像を形成する。
このように構成した投写型表示装置 3では、 一種類の偏光光束を変調する夕ィ ブの液晶装置が用いられている。従って、 従来の照明装置を用いてランダムな偏 光光束を液晶装置に導くと、 ランダムな偏光光束のうちの約半分の光は、 偏光板 (図示せず） で吸収されて熱に変わってしまうので、 光の利用効率が悪いと共に、 偏光板の発熱を抑える大型で騒音の大きな冷却装置が必要であるという問題点が あった。 しかし、 本例の投写型表示装置 3では、 かかる問題点が大幅に改善され
23 差替え用紙 （規則 26) ている。
即ち、 本例の投写型表示装置 3では、 偏光照明装置 1において、 一方の偏光光 束、 例えば P偏光光束のみに対して、 え / 2位相差板によって偏光面の回転作用 を与え、 他方の偏光光束、 例えば S偏光光朿と偏光方向が揃った状態とする。 そ れ故、 偏光方向の揃ったほぽ一種類の偏光光束が 3ケ所の液晶装置 4 1 1、 4 1 2、 4 1 3に導かれるので、 偏光板による光吸収は非常に少なく、 従って、 光の 利用効率が向上し、 明るい投写画像を得ることができる。
特に、 照明装置として使用している偏光照明装置 1においては、 第 2の光学要 素 3 0 0の内部に遮光板 3 7 0を配置しているため、 偏光照明装置 1から出射さ れる照明光の中に、 液晶装置での表示に不要な他の偏光光束が混入することがほ とんどない。 その結果、 3ケ所の液晶装置 4 1 1、 4 1 2、 4 1 3の光の入射す る側にそれそれ配置された偏光板 （図示せず） における光吸収量は極めて少なく、 光吸収による発熱量も極めて少なくなることから、 偏光板や液晶装置の j¾上昇 を抑制するための冷却装置を大幅に小型化することができる。 以上のことから、 非常に光出力の大きな光源ランプを用いて、 非常に明るい投写画像を表示可能な 投写型表示装置を実現しょうとした場合にも、 小型の冷却装置で対応可能であり、 よって冷却装置の騒音を低くすることもでき、 静かで高性能な投写型表示装置を 実現できる。
さらに、 偏光照明装置 1では、 第 2の光学要素 3 0 0において、 2種類の偏光 光束を横方向 （X方向） に空間的に分離している。 従って、 光量を無駄にするこ とがなく、 横長の矩形开 をした液晶装置を照明するのに都合がよい。
先の 例 1に関して説明したように、 本例の偏光照明装置 1では、 偏光変換 光学要素を組み入れているにもかかわらず、 偏光分離ュニットアレイ 3 2 0を出 射する光束の幅の広がりが抑えられている。 このことは、 液晶装置を照明する際 に、 大きな角度を伴つて液晶装置に入射する光が殆どないことを意味している。 従って、 Fナンバーの小さな極めて大口径の投写レンズ系を用いなくても明るい 投写画像を実現でき、 その結果、 小型の投写型表示装置を実現できる。
また、 本例では、 色光合成手段として、 クロスダイクロイツクプリズム 4 5 0 を用いているので、 装置の小型化が可能である。 また、 液晶装置 4 1 1、 4 1 2、
24 差替え用紙 （規則 26) 4 1 3と投写レンズ系との間の光路の長さが短いので、 比較的小さな口径の投写 レンズ系を用いても、 明るい投写画像を実現できる。 また、 各色光は、 3光路の うちの 1光路のみ、 その光路の長さが異なるが、 本例では光路の長さが最も長い 青色光に対しては、 入射レンズ 4 3 1、 リレーレンズ 4 3 2、 及び出射レンズ 4 3 3からなるリレーレンズ系で構成した導光手段 4 3 0を設けてあるので、 色ム ラなどが生じない。
なお、 2枚のダイクロイツクミラーを色光合成手段として用いたミラ一光学系 により投写型表示装置を構成することもできる。 勿論、 その場合においても本例 の偏光照明装置を組み込むことが可能であり、 本例の場合と同様に、 光の利用効 率に優れた明る 、高品位の投写画像を形成することができる。
〔細例 4〕
rnmm ιに示した偏光照明装置 ιが組み込まれた投写型表示装置の第二の例に ついて説明する。 なお、 本例においては、 偏光照明装置からの出射光束を表示情 報に基づいて変調する変調素子として反射型の液晶装置を用いている。
第 1 3図は、 本例の投写型表示装置 4の光学系の要部を平面的にみた概略構成 図である。 本例の投写型表示装置 4は、 実施例 1に示した偏光照明装置 1、 偏光 ビームスプリッ夕 4 8 0、 色光分離手段と色光合成手段を兼ねたクロスダイク口 ィックブリズム 4 5 0、 変調素子である 3つの反射型液晶装置 4 1 4、 4 1 5、 4 1 6、 及び投写光学系である投写レンズ 4 6 0とから大略構成されている。 偏光照明装置 1は、 ランダムな偏光光束を一方向に出射する光源部 1 0を備え、 この光源部 1 0から出射されたランダムな偏光光束は、 偏光発生装置 2 0により ほぼ一種類の偏光光束 （本例の場合は S偏光光束） に変換される。
この偏光照明装置 1から出射された光束は、 偏光ビ一ムスプリッ夕 4 8 0に入 射し、 偏光分離面 4 8 1で反射され進行方向を略 9 0度変えられ、 隣接するクロ スダイクロイヅクプリズム 4 5 0へ入射する。 ここで、 偏光照明装置 1から出射 される光束はその大部分が S偏光光束であるが、 僅かながら S偏光光束とは偏光 方向が異なる偏光光束 （本例の場合は P偏光光束） が混入している場合があり、 その偏光方向が異なる偏光光束 （P偏光光束） は偏光分離面 4 8 1をそのまま透 過し偏光ビームスプリッタ 4 8 0から出射される （この P偏光光束は液晶装置を
25 差替 え 用紙 （規則 26) 照明する照明光とはならない） 。
クロスダイクロイヅクプリズム 4 5 0に入射した S偏光光束は、 クロスダイク ロイックプリズム 4 5 0により波長に応じて赤色光、 緑色光、 及び青色光の 3つ の光束に分離され、 それそれ対応する反射型の赤色光用液晶装置 4 1 4、 反射型 の緑色光用液晶装置 4 1 5、 及び反射型の青色光用液晶装置 4 1 6に達し、 それ それの液晶装置を照明する。 即ち、 クロスダイクロイツクプリズム 4 5 0は液晶 装置を照明する照明光に対しては色光分離手段として作用している。
ここで、 本例で用いている液晶装置 4 1 4、 4 1 5、 4 1 6は反射型であるた め、 それそれの液晶装置においてそれそれの色光を変調し、 各色光に対応した外 部からの表示情報を含ませると同時に、 それそれの液晶装置から出射される光束 の偏光方向を変化させ、 且つ、 光束の進行方向を略反転させている。従って、 そ れそれの液晶装置からの反射光は表示情報に応じて部分的に P偏光状態となって 出射される。 それそれの液晶装置 4 1 4、 4 1 5、 4 1 6から出射された変調光 束 （P偏光光束が主体となる） は、 再び、 クロスダイクロイツクプリズム 4 5 0 に入射し、 一つの光学像に合成されて、 隣接する偏光ビームスプリヅ夕 4 8 0に 再度入射する。 即ち、 クロスダイクロイツクプリズム 4 5 0は液晶装置から出射 される変調光束に対しては色光合成手段として作用している。
偏光ビームスプリヅ夕 4 8 0に入射した光束のうち、 液晶装置 4 1 4、 4 1 5、 4 1 6で変調された光束は P偏光光束となっているため、 偏光ビームスプリヅ夕 4 8 0の偏光分離面 4 8 1をそのまま透過し、 投写レンズ 4 6 0を絰てスクリ一 ン 4 7 0上に画像を形成する。
このように構成した投写型表示装置 4においても、 先の投写型表示装置 3の場 合と同様に、 一種類の偏光光束を変調する夕イブの液晶装置が用いられている。 従って、 ランダムな偏光光束を照明光とする従来の照明装置を用 、た場合には、 偏光ビームスプリヅ夕 4 8 0で分離され反射型の液晶装置に導かれる光束量は、 ランダムな偏光光束のうちの約半分に减少してしまうので、 光の利用効率が悪く 明るい投写画像を得難いという問題点があった。 しかし、 本例の投写型表示装置 4では、 かかる問題点が大幅に改善されている。
即ち、 本例の投写型表示装置 4では、 従来の照明装置に代えて本発明の偏光照
26
差替え ¾紙（規則 26) 明装置 1を用いることにより、 偏光方向の揃ったほぼ一種類の偏光光束を効率的 に発生でき、 従って、 偏光ビームスブリツ夕 4 8 0に入射する光束は、 そのほと んど全てが照明光束として 3ケ所の反射型の液晶装置 4 1 4、 4 1 5、 4 1 6に 導かれることになる。 その結果、 明るく、 明るさムラや色ムラのない投写画像を 得ることができる。
特に、 照明装置として使用している偏光照明装置 1においては、 第 2の光学要 素 3 0 0の内部に遮光板 3 7 0を配置しているため、 偏光照明装置 1から出射さ れる照明光の中に、 液晶装置での表示に不要な他の偏光光束が混入することがほ とんどない。 従って、 偏光方向の揃った高品位の照明光を得ることができ、 その 結果、 明る 、高品位の投写画像を得ることに成功している。
さらに、 偏光照明装置 1では、 第 2の光学要素 3 0 0において、 2種類の偏光 光束を横方向 （X方向） に空間的に分離している。 従って、 光量を無駄にするこ とがなく、 横長の矩形形状をした液晶装置を照明するのに都合がよい。
先の実施例 1に関して説明したように、 本例の偏光照明装置 1では、 偏光変換 光学要素を組み入れているにもかかわらず、 偏光分離ュニヅトアレイ 3 2 0を出 射する光束の幅の広がりが抑えられている。 このことは、 液晶装置を照明する際 に、 大きな角度を伴って液晶装置に入射する光が殆どないことを意味している。 従って、 Fナンバーの小さな極めて大口径の投写レンズ系を用いなくても明るい 投写画像を実現でき、 その結果、 小型の投写型表示装置を実現できる。
尚、 本例の投写型表示装置 4を基に、 クロスダイクロイツクブリズム 4 5 0と 3ケ所の液晶装置 4 1 4、 4 1 5、 4 1 6との間に、 それそれコンデンサ一レン ズ 4 1 7を配置した構成とすることが出来、 その場合の光学系の概略構成の一例 を第 1 4図に示す。 これらのコンデンサーレンズを配置することによって、 偏光 照明装置 1からの照明光束をその拡がりを抑えた状態で液晶装置に導くことが出 来るため、 液晶装置を照明する場合の効率と、 液晶装置で反射され光束を投写レ ンズ 4 6 0に入射させる場合の入射効率とを、 より向上させることが出来る。 こ こで、 レンズ界面における光損失を低減できると言う観点から、 コンデンサ一レ ンズは、 第 1 4図に示すように液晶装置と一体化、 或いは、 クロスダイクロイツ クブリズムと一体化するように配置されることが望ましい。
27
差替 え 用紙（規則 26) また、 本例の投写型表示装置 4では、 S偏光光束を照明光として使用する形態 としているが、 P偏光光束を照明光として使用する形態としても良く、 その場合 には、 偏光ビ一ムスプリヅ夕 4 8 0を挾んで、 偏光照明装置 1とクロスダイク口 ィヅクプリズム 4 5 0が相対する様な配置構成とすれば良い。
さらに、 本例では、 色光分離手段及び色光合成手段としてクロスダイクロイツ クプリズムを用いているが、 それに代えて 2枚のダイクロイックミラ一を用いる ことによつても投写型表示装置を構成することができる。 勿論、 その場合におい ても本例の偏光照明装置を組み込むことが可能であり、 本例の場合と同様に、 光 の利用効率に優れた明るく高品位の投写画像を形成することができる。 産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明によれば、 照明領域における光強度分布が入射光 束のそれよりも均一であり、 同時に、 偏光方向が揃った一種類の偏光光束のみを 高い効率で発生できる偏光変換装置並びに偏光照明装置を実現できる。 また、 本 発明の偏光変換装置、 偏光照明装置を用いることにより、 明るく高品位の画像を 表示できる表示装置や投写型表示装置を容易に実現することができる。
28
差替 え用紙（規則 26)

Claims

請 求- の 範 囲
1 . P偏光光束または S偏光光束のうちいずれか一方の偏光光束を透過させ他 方の偏光光束を反射させて偏光光束を分離する偏光分離面と、 前記偏光分離面と ほぼ平行に配置され、 前記偏光分離面で反射された偏光光束を前記偏光分離面を 透過した偏光光束の出射方向に向けて反射する反射面とを備えた偏光分離素子と、 前記偏光分離素子の光出射面側に配置され、 前記偏光分離素子により分離され た S偏光光束または P偏光光束のうちいずれか一方の偏光光束の偏光方向と他方 の偏光光束の偏光方向とを揃える選択位相差板と、
を有する偏光変換装置において、
前記偏光分離素子の光入射面側には、 前記反射面に光が直接入射するのを防ぐ 遮光手段または光減衰手段が設けられてなることを特徴とする偏光変換素子。
2 . 請求項 1において、 前記遮光手段または前記光減衰手段と前記偏光分離素 子とは一体化されてなることを特徴とする偏光変換素子。
3 . 請求項 1または 2において、 前記遮光手段は反射板であることを特徴とす る偏光変換素子。
4 . 請求項 2において、 前記遮光手段は反射膜であり、 前記反射膜は前記偏光 分離素子の光入射面上に形成されていることを特徴とする偏光変換素子。
5 . 請求項 1または 2において、 前記光減衰手段は光拡散板であることを特徴 とする偏光変換素子。
6 . 請求項 2において、 前記光減衰手段は前記偏光分離素子の光入射面上に形 成された光散乱面であることを特徴とする偏光変換素子。
7 . 光源と、
からなり、 前記光源から出射された光束を複数の中間光束に分離する第 1の光 学要素と、
前記中間光束が収束する位置付近に配置された第 2の光学要素とを備え、 前記第 2の光学要素は、
前記中間光束をそれそれ集光する複数の集光レンズからなる集光レンズアレイ と、
29
差替 え 用紙（竭則 26) 前記中間光束のそれそれを S偏光光束と P偏光光朿とに空間的に分離する偏光 分離素子と、
前記偏光分離素子により分離された S偏光光束または P偏光光束のうちいずれ か一方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃える選択位相差 板と、
それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを有し、
前記偏光分離素子は、
前記 P偏光光束または S偏光光束のうち 、ずれか一方の偏光光束を透過させ他 方の偏光光束を反射させて偏光光束を分離する偏光分離面と、 前記偏光分離面と ほぽ平行に配置され、 前記偏光分離面で反射された偏光光束を前記偏光分離面を 透過した偏光光束の出射方向に向けて反射する反射面とを有し、
前記第 1の光学要素と前記偏光分離素子との間には、 それそれの前記中間光束 が前記反射面に直接入射するのを防ぐ遮光手段または光減衰手段が設けられてな ることを特徴とする偏光照明装置。
8 . 請求項 7において、 前記遮光手段または光減衰手段は前記偏光分離素子と 一体化されてなることを特徴とする偏光照明装置。
9 . 請求項 7において、 前記遮光手段または光減衰手段は前記集光レンズァレ ィと一体化されてなることを特徴とする偏光照明装置。
1 0. 請求項 7〜 9のいずれかにおいて、 前記遮光手段は反射板であることを 特徴とする偏光照明装置。
1 1 . 請求項 8において、 前 ¾ 光手段は反射膜であり、 前記反射膜は前記偏 光分離素子の光入射面上に形成されていることを特徴とする偏光照明装置。
1 2. 請求項 9において、 前記遮光手段は反射膜であり、 前記反射膜は前記集 光レンズアレイの光出射面上に形成されていることを特徴とする偏光照明装置。
1 3 . 請求項？〜 9のいずれかにおいて、 前記光减衰手段は光拡散板であるこ とを特徴とする偏光照明装置。
1 4. 請求項 8において、 前記光減衰手段は前記偏光分離素子の光入射面上に 形成された光散乱面であることを特徴とする偏光発生装置。
1 5 · 請求項 9において、 前記光減衰手段は前記集光レンズァレィの光出射面
30 差替え用紙 （規則 26) 上に形成された光散乱面であることを-特徴とする偏光発生装置。
1 6 . 光源と、
、 前記光源から出射された光束を複数の中間光束に分離する第 1の光学要素と、 前記中間光束が収束する位置付近に配置された第 2の光学要素と、
前記第 2の光学要素から出射された光束を表示情報に基づいて変調する変調素 子とを備え、
前記第 2の光学要素は、
前記中間光束をそれそれ集光する複数の集光レンズからなる集光レンズアレイ と、
前記中間光束のそれそれを S偏光光束と P偏光光束とに空間的に分離する偏光 分離素子と、
前記偏光分離素子により分離された S偏光光束または P偏光光束のうちいずれ か一方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃える選択位相差 板と、
それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを有し、
前記偏光分離素子は、
前記 P偏光光束または S偏光光束のうちいずれか一方の偏光光束を透過させ他 方の偏光光束を反射させて偏光光束を分離する偏光分離面と、 前記偏光分離面と ほぼ平行に配置され、 前記偏光分離面で反射された偏光光束を前記偏光分離面を 透過した偏光光束の出射方向に向けて反射する反射面とを有し、
前記第 1の光学要素と前記偏光分離素子との間には、 それそれの前記中間光束 が前記反射面に直接入射するのを防ぐ遮光手段または光减衰手段が設けられてな ることを特徴とする表示装置。
1 7 . 光源と、
、 前記光源から出射された光束を複数の中間光束に分離する第 1の光学要素と、 前記中間光束が収束する位置付近に配置された第 2の光学要素と、
前記第 2の光学要素から出射された光束を表示情報に基づいて変調する変調素 子と、
前記変調素子により変調された光束を投写面上に投写する投写光学系とを備え、
31 差替 え 用紙 （規則 26) 前記第 2の光学要素は、
前記中間光束をそれぞれ集光する複数の集光レンズからなる集光レンズアレイ と、
前記中間光束のそれぞれを S偏光光束と P偏光光束とに空間的に分離する偏光 分離素子と、
前記偏光分離素子により分離された S偏光光束または P偏光光束のうちいずれ か一方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃える選択位相差 板と、
それらの偏光光束を重畳結合させる結合レンズとを有し、
前記偏光分離素子は、
前記 P偏光光束または S偏光光束のうちいずれか一方の偏光光束を透過させ他 方の偏光光束を反射させて偏光光束を分離する偏光分離面と、 前記偏光分離面と ほぼ平行に配置され、 前記偏光分離面で反射された偏光光束を前記偏光分離面を »した偏光光束の出射方向に向けて反射する反射面とを有し、
前記第 1の光学要素と前記偏光分離素子との間には、 それそれの前記中間光束 が前記反射面に直接入射するのを防ぐ遮光手段または光減衰手段が設けられてな ることを特徴とする投写型表示装置。
1 8. 請求項 1 7において、 さらに、 前記第 2の光学要素から出射された光束 を複数の色光に分離する色光分離手段と、 前記それそれの色光を変調する複数の 前記変調素子と、 それそれの前記変調素子によって変調された色光を合成する色 光合成手段とを有し、 前記色光合成手段により合成された光束が前記投写光学系 を介して投写面上に投写されてなることを特徴とする投写型表示装置。
1 9 . 請求項 1 7または 1 8において、 前記変調素子は反射型の液晶装置であ ることを特徴とする投写型表示装置。
32
差替 え 用紙（規則 26)
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