JP2000131647A

JP2000131647A - 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置

Info

Publication number: JP2000131647A
Application number: JP10307683A
Authority: JP
Inventors: Jiyouji Karasawa; 穣児唐澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2000-05-12
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: JP3610789B2

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的小型の光学系により、被照射面への入
射光線の平行性を維持しながら、明るく照度比の高い照
明光を得られる照明装置を提供する。【解決手段】ランプ１からの光束はリフレクタ２によ
って平行化され偏光ビームスプリッタ３に入射される。
その後、偏光ビームスプリッタ３によって方向の異なる
２つの偏光光束に分離され、一方が１／２波長板７によ
って偏光変換された後、それぞれがグラスロッド５およ
び６の内面反射によってインテグレーションされる。グ
ラスロッド５および６の出射面上の照明情報は、結像レ
ンズ８によって液晶パネル９上に結像される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置およびそ
れを用いた投写型表示装置に関し、特に液晶を利用した
電気光学装置の画像を拡大投写する投写型表示装置に好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、液晶を利用したこの種の投写型表
示装置（液晶プロジェクタ）は、投写画像の明るさとそ
の均一性を示す照度比の改善に注目が集まっている。こ
れらを同時に実現する技術としては、フライアイレンズ
の組み合わせにより光束を分割し液晶パネル上で重畳さ
せるとともに、その光路上で偏光分離および偏光変換を
する、いわゆるインテグレータ偏光変換光学系が主流に
なってきている。この光学系は明るさと照度比の２つの
特性を両立させる一つの解ではあるが、液晶パネルへの
入射光線の発散角が広がるため、一方では、それを低減
させるための照明系も望まれている。

【０００３】液晶パネルへの入射光線の発散角を低減し
つつ照度比を改善する技術としては、特開平９−１６０
０３４号公報のようなロッドレンズを用いた照明系が提
案されている。これらは、ロッドレンズ出射端面で複数
の光源像を重畳し、その出射端面の照明情報を液晶パネ
ル上に結像する光学系であるため、比較的小型の液晶パ
ネルに対しても入射光線の発散角を低減することができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したロッドレンズ
を用いた照明系は、比較的小型の液晶パネルをターゲッ
トにして入射光線の発散角を低減することを目的とした
光学系であるが、偏光変換光学系を併用しながら本来の
特徴を維持する照明系は実現されていない。従って、後
述するような例えばマイクロレンズを利用した単板型の
投写型表示装置のように入射光線の平行性が重要視され
る光学系では明るさと照度比とがトレードオフの関係に
あった。

【０００５】本発明は上記課題を解決するものであり、
その目的とするところは、比較的小型の光学系により、
被照射面への入射光線の平行性を維持しながら、明るく
照度比の高い照明光を得られる照明装置を実現すること
にある。また、その照明装置を用いることによって、明
るく照度比の高い画像投写の可能な投写型表示装置を実
現することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の照明装置は、光源手段と、該光源手段から
の光束を偏光軸が互いに略直交する２つの直線偏光光束
に分離し互いに異なる方向に出射する偏光分離手段と、
前記２つの直線偏光光束を空間的に２つの異なる位置に
集光する第１の集光手段と、前記２つの異なる位置の一
方に集光された光を入射面より入射し内面反射させて出
射面に出射する第１のグラスロッドと、前記２つの異な
る位置の他方に集光された光を入射面より入射し内面反
射させて出射面に出射する第２のグラスロッドと、前記
第１又は第２のグラスロッドに入射あるいは出射される
一方の光束を他方の光束の直線偏光軸に変換する偏光変
換手段と、前記２つのグラスロッドからそれぞれ出射さ
れ偏光軸が互いに合わされた２つの光束を被照射面に対
して集光する第２の集光手段とを有することを特徴とす
る。

【０００７】本発明の構成によれば、光源手段からの光
束を偏光分離した２つの光束をグラスロッドあるいは光
束分割手段によって拡散させないように重畳（インテグ
レーション）してそれぞれ射出し、偏光軸を合わせた状
態でその２つの光束により照明する構成であるので、被
照射面の照明に対する光利用効率を向上でき、その照射
面での輝度むらも低減することができる。内面反射を利
用したグラスロッドにより光拡散を少なくしてその出射
面に重畳した光を射出するので、光束の広がりが少なく
小型の照射面に対して比較的平行性の高い照明を行うこ
とができる。

【０００８】また、本発明の照明装置は、光源手段と、
該光源手段からの光束を平行化する反射手段と、該反射
手段からの光束を振動方向が互いに直交する２つの直線
偏光光束に分離し互いに異なる方向に出射する偏光分離
手段と、前記２つの直線偏光光束を空間的に異なる位置
に集光させ２つの一次光源像を形成する集光手段と、前
記一方の一次光源像からの光束を内面反射によって複数
の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する第
１の光束分割手段と、前記他方の一次光源像からの光束
を内面反射によって複数の光束に分割して射出し複数の
二次光源像を形成する第２の光束分割手段と、前記光束
分割手段のいずれか一方の入射面または出射面に配置さ
れ前記一方の直線偏光光束を他方の直線偏光光束に合わ
せる偏光変換手段と、前記第１および第２の光束分割手
段の出射面の照明情報を被照射面に結像する結像手段と
から構成されることを特徴とする。

【０００９】本発明の構成によれば、また、比較的平行
性の高い光束を偏光変換し、その後光束分割手段によっ
てインテグレーションして照明する構成であるので、偏
光分離の分離の際の効率および偏光変換の効率を高める
ことができる。また、内面反射を利用した光束分割手段
によるインテグレーションであるため、光束の広がりが
少なく小型の照射面に対して比較的平行性の高い照明を
行うことができる。

【００１０】さらに、上記２つの本発明の照明装置にお
いて、前記第２の集光手段は、前記第１および第２のグ
ラスロッドの出射面からの光束を被照射面に集光する際
に、該各出射面から出射された光束を前記被照射面上で
互いに重畳する、あるいは前記第２の集光手段は、前記
第１および第２の光束分割手段の出射面の照明情報を被
照射面に結像する際に、該２つの照明情報を前記被照射
面上で互いに重畳することを特徴とする。

【００１１】本発明の構成によれば、２つの光束分割手
段（グラスロッド）の断面形状を被照射面と相似形にす
ることができるため、十分な大きさの入射面が確保可能
で光束分割手段への集光効率を高めることができる。ま
た、光束分割手段からの２つの光束を重畳することによ
って被照射面内の照度比を高めることができる。

【００１２】さらに、上記２つの本発明の照明装置にお
いて、前記第２の集光手段は、前記第１および第２のグ
ラスロッドの出射面からの光束を被照射面に集光する際
に、該各出射面から出射された光束を被照射面上の異な
る位置に集光する、あるいは前記第２の集光手段は、前
記第１および第２の光束分割手段の出射面の照明情報を
被照射面に結像する際に、該２つの照明情報を互いに並
列の関係で被照射面上に結像することを特徴とする。

【００１３】本発明の構成によれば、光束分割手段（グ
ラスロッド）からの２つの光束を重畳せずに被照射面上
に集光させるため、被照射面への入射光線の平行性を高
めることができる。また、重畳することによる光量損失
がなくなり効率を高めることができる。

【００１４】さらに、上記２つの本発明の照明装置にお
いて、前記第２の集光手段と被照射面との間に前記第２
の集光手段からの光束の方向を変化させる第３の集光手
段をさらに有することを特徴とする。

【００１５】本発明の構成によれば、入射光線の方向を
被照射面の法線方向に近づけることによりその平行性を
さらに高めることができるため、被照射面内の照明条件
をより合わせることができる。また、平行性の高い照明
光を必要とする光学系にも使用可能になる。

【００１６】さらに、上記２つの本発明の照明装置にお
いて、前記偏光分離手段は、前記光源手段からの光束を
前記２つの直線偏光光束に分離する偏光分離面と、該偏
光分離面を透過した直線偏光光束を反射する反射面とを
有し、該偏光分離面と反射面とが互いに傾いて配置され
ることを特徴とする。

【００１７】本発明の構成によれば、偏光分離面により
反射された光束とそれを透過し反射面により反射された
光束とが異なる方向に出射されるため、２つの光束を確
実に分離した状態で集光することができ、その後の偏光
変換の効率を高めることができる。

【００１８】さらに、上記２つの本発明の照明装置にお
いて、前記第１および第２の光束分割手段（グラスロッ
ド）は、断面形状が互いに等しいことを特徴とする。

【００１９】本発明の構成によれば、２つの光束分割手
段（グラスロッド）からの出射光の状態をおおむね合わ
せることができるため、被照射面上での照度比を高める
ことができる。また、光束分割手段（グラスロッド）の
製造も容易で、２つの光束分割手段を近接して配置する
ことができる。

【００２０】さらに、上記２つの本発明の照明装置にお
いて、前記第１および第２の光束分割手段（グラスロッ
ド）の入射面のうちの少なくとも一方に、入射する光束
の方向を変化させる偏向手段をさらに有することを特徴
とする。

【００２１】本発明の構成によれば、偏向手段によって
入射光束の入射方向を変化させることによって光束分割
手段（グラスロッド）の各内面と入射光束との関係を各
内面間で揃えることができるため、被照射面上での照度
比を高めることができる。

【００２２】さらに、上記２つの本発明の照明装置にお
いて、前記偏光変換手段は１／２波長板であることを特
徴とする。

【００２３】本発明の構成によれば、偏光変換手段を光
束分割手段（グラスロッド）の比較的小型の入射または
出射面に容易に配置可能で、確実な偏光変換が可能であ
る。

【００２４】また、本発明の投写型表示装置は、以上に
記載の照明装置と、該照明装置からの光束を複数の原色
光に分離する分光手段と、該分光手段からの光束を変調
する電気光学装置と、該電気光学装置によって変調され
た光を投写する投写手段とを備えることを特徴とする。

【００２５】本発明の構成によれば、比較的平行性が高
く照度比の高い照明光を用いることにより、照度比が高
く明るい投写画像を得ることができる。また、照明光に
平行性が要求される例えば単板型の投写型表示装置を高
輝度、高照度比で実現することができる。

【００２６】さらに、本発明の投写型表示装置におい
て、前記分光手段は、前記第２の手段と前記電気光学装
置との間に配置されることを特徴とする。

【００２７】本発明の構成によれば、インテグレーショ
ン（重畳）された照明光に対して分光を行うため、原色
光への分離が確実に行われその後の分光の乱れも少な
い。また、第２の集光手段と電気光学装置の間で光学系
の光路を折り曲げることができるため、光学系を小型に
することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面などを参照しながら、
本発明の実施の形態をあげて、さらに詳細に説明する。

【００２９】（照明装置の第１の実施形態）図１は、本
発明による照明装置の第１の実施形態を示す図である。

【００３０】本実施形態の照明装置は、光源手段である
ランプ１と、反射手段であるリフレクタ２と、偏光分離
手段である偏光ビームスプリッタ３と、第１の集光手段
である集光レンズ４と、第１の光束分割手段であるグラ
スロッド５と、第２の光束分割手段であるグラスロッド
６と、偏光変換手段である１／２波長板７と、第２の集
光手段（結像手段）である結像レンズ（集光レンズ）８
とを備え、被照射面を有する液晶パネル９を照明する装
置である。本実施の形態では、被照射面を有する電気光
学装置として液晶パネルを例にとっている。

【００３１】ランプ１から出射された光束は、パラボラ
形状のリフレクタ２によって反射され略平行光束となっ
て偏光ビームスプリッタ３に入射される。

【００３２】偏光ビームスプリッタ３は、斜面に偏光分
離膜（偏光分離面）３ｃが形成された直角プリズム３ａ
（断面が直角三角形の角柱プリズム）と断面くさび形状
のくさび形プリズム３ｂ（断面が図示される形状の角柱
プリズム）とが偏光分離面３ｃを介して接着剤にて接合
されてなる。この偏光分離面３ｃはプリズム３ａと３ｂ
の接合面のどちらに形成してから接合しても構わない。
従って、偏光ビームスプリッタ３に入射された平行光束
は、偏光分離面３ｃによって振動方向が互いに略直交す
るＰ偏光光束（紙面と水平方向の偏光軸を有する）とＳ
偏光光束（紙面と垂直方向の偏光軸を有する）とに分離
され、Ｓ偏光光束は反射されて偏光ビームスプリッタ３
の出射面から出射される。偏光分離面３ｃを透過したＰ
偏光光束はくさび形プリズム３ｂの斜面によって全反射
され、くさび形状の頂角に応じた角度だけＳ偏光とは異
なった方向に偏光ビームスプリッタ３の出射面から出射
される。図には光源１からの光の光軸が偏光分離面３ｃ
で分離されてＳ偏光光束とＰ偏光光束で異なる方向に反
射されることが、一点鎖線で図示される。偏光ビームス
プリッタ３に入射する光束は、リフレクタ２によって平
行化された直後の平行性の高い光束であるため、偏光ビ
ームスプリッタ３による偏光分離の効率を高められる構
成となっているが、光源１からの光を平行化する集光レ
ンズを設けて平行化した光を偏光ビームスプリッタ３に
入射しても構わない。なお、くさび形プリズム１３ｂ
は、プリズムでなくミラー等の反射面を同様の角度で配
置しても構わないし、また、くさび形プリズム１３ｂの
斜面に反射膜を形成して全反射させても構わない。

【００３３】集光レンズ４は、互いに異なる方向から入
射するＳ偏光光束とＰ偏光光束とを集光し、２つの光束
をグラスロッド５および６に入射するように射出する。
そして、集光レンズ４からその焦点距離隔てた位置近傍
で空間的に異なる位置に、Ｓ偏光光束による一次光源像
Ｇ１とＰ偏光光束による一次光源像Ｇ２とが形成され
る。この際Ｓ偏光光束は、グラスロッド５の入射面に配
置される偏光変換手段としての１／２波長板７を通過す
ることによってその偏光面が略９０゜回転され、グラス
ロッド５に入射する際はほぼＰ偏光光束に変換されてい
る。このように偏光変換手段として１／２波長板７を使
うことは、簡易な方法で確実な偏光変換を行う上で有効
である。従って、グラスロッド５および６からの出射光
は、偏光面（偏光軸）を同じ方向に揃えたＰ偏光の２つ
の光束とされる。なお、１／２波長板７を配置する位置
は、本実施形態ではグラスロッド５の入射面に配置した
が、出射面に配置しても構わない。また、実施の形態に
限らず、上記１／２波長板７をグラスロッド６の入射面
あるいは出射面の一方に配置して、Ｐ偏光光束の偏光面
を略９０゜回転させて、グラスロッド５および６からの
出射光をＳ偏光に揃えた２つの光束として出射するよう
に構成しても構わない。

【００３４】グラスロッド５および６は、断面形状が互
いに略等しい柱状のガラス製の中実ロッドであり、互い
に近接して平行に配置される。グラスロッド５および６
に入射された２つのＰ偏光光束は、グラスロッド５およ
び６内で内面反射を繰り返し複数の二次光源像Ｇ３、Ｇ
４、…（図２参照）を形成する。

【００３５】図２は、グラスロッド５および６による光
束分割作用の説明図である。グラスロッド５および６の
断面形状はそれぞれ図３（ａ）に示すように横ａ、縦ｂ
の大きさの四角形であり、それぞれ互いに対向する反射
面（内面）は平行である。図では、２つのグラスロッド
５および６の近接面が接するように図示されているが、
間隙を開けてもよい。すなわち、図において、縦方向の
４反射面は互いに平行で、横方向の４反射面は互いに平
行である。また、ａとｂの比は被照射面である液晶パネ
ル９の画素領域（表示領域）の形状の比と略等しく、そ
れらは相似形である。このようにグラスロッド５および
６の形状を互いに合わせることは両者の出射面における
照明情報を合わせる点でも、両方のグラスロッドを共通
に製造できる製造の容易さの点でも有利である。グラス
ロッド５および６の長さは、二次光源像Ｇ３、Ｇ４、…
からの光束の中心光線（一点鎖線で図示される光軸）が
グラスロッドの出射面の中心を通るように設定されてい
る。この際、この断面形状を、グラスロッドの入射面へ
集光レンズ４によって集光される入射光束がグラスロッ
ドが無い状態の場合に生じ得る光束の広がりＥ（図３）
より十分に小さくなるように設定すると、光束の一部が
グラスロッドの内面で反射されて一次光源像の虚像とな
る二次光源像Ｇ３、Ｇ４、…が複数生成される。例え
ば、二次光源像Ｇ３は２回の内面反射によるものであ
り、二次光源像Ｇ４は３回の内面反射によるものであ
る。図示される一次光源像はＧ１であり、これはグラス
ロッドの内面での反射無しに出射面に出射される光成分
の虚像である。また、二次光源像Ｇ３はグラスロッド内
面で２回反射されて出射面に出射される光成分の虚像で
あって、出射面には斜めに出射される光成分であるた
め、Ｇ１から外れた斜め方向に虚像が位置する。二次光
源像Ｇ４については、グラスロッド内面で３回反射され
て出射面に出射される光成分の虚像であって、出射面に
は斜めに出射される光成分であるため、Ｇ１およびＧ３
から外れた斜め方向に虚像が位置する。このように、内
面反射回数毎に二次光源像が形成され、複数の二次光源
像Ｇ３、Ｇ４、…からの光束がグラスロッド５および６
の出射面上で重畳され、その出射面に対するグラスロッ
ド内からの光出射方向も様々な方向からの重畳された光
となるため、その出射面上には明るさのムラが低減され
照度比を高められた照明情報が形成されることになる。
そしてこのグラスロッド５および６の出射面に射出され
た光束は、それぞれ結像レンズ８によって被照射面であ
る液晶パネル９に照射される。

【００３６】液晶パネル９は電気光学装置の一例であっ
て、ツイステッドネマチック型、強誘電型など偏光板を
必要とする液晶を用いた場合は、図示しない一対の偏光
板の間に液晶パネル９を介在させて構成する。また、高
分子分散型などの光散乱型の液晶の場合は、偏光板を用
いずに液晶パネルだけ配置する。液晶パネル９は、複数
の画素がマトリクス状に配置されており、各画素毎にそ
の画素の表示情報に応じた電圧を印加して、各画素毎に
出射光量を可変させて入射光の変調を行う。液晶パネル
９が透過型液晶パネルである場合には、入射側と反対側
から光出射され、その変調光により画像表示がなされ
る。先に述べたように、グラスロッドの断面形状は液晶
パネル９の画素領域に応じた相似形状であるため、この
出射面での光束の断面形状も画素領域と相似形状とな
り、結像レンズ８により照射された光は液晶パネル９の
画像領域とほぼ一致又は包含するように照射すると、光
の利用効率は高くできる。また、２つのグラスロッド５
および６からの出射光を、偏光面を同一に揃えて液晶パ
ネル９に対して重畳しており、さらに各グラスロッドか
らの出射光束も本来は図２のＥのように拡散する光をグ
ラスロッド内面で反射させて重畳して光利用効率を上げ
尚且つ光束の断面において明るさのムラを低減した光束
であるため、液晶パネル９の画像領域には非常に明るい
光照射を行うことができる。

【００３７】なお、図１に示すように、グラスロッド６
に入射する光束の中心光線はくさび形プリズム３ｂの頂
角に応じて傾いている。一方グラスロッド５と６は図１
のように平行に配置されるため、前記の中心光線とグラ
スロッド６内の反射面とは角度をなしてしまう。そこで
本実施形態においては、グラスロッド６の入射面に入射
光束を偏向する偏向手段であるテーパ構造を設け、グラ
スロッド６の入射面近傍の拡大図である図４に示すよう
に、入射する中心光線（実線で示す光軸）Ａの方向をテ
ーパ部の屈折作用によってＢの方向の中心（グラスロッ
ド６の出射面の中心）に変化させている。これにより入
射光束とグラスロッド６の反射面との関係をおおむね対
称な形に揃えることができるため、グラスロッ６の出射
面上においてもグラスロッド５のそれと同様に照度比の
高い照明情報を形成することができる。なお図４におい
ては、グラスロッドの入射面に垂直な方向を一点鎖線で
示している。

【００３８】図５は、結像レンズ８の断面図である。結
像レンズ８は、２つのレンズ８ａと８ｂから形成され
る。レンズ８ａおよび８ｂは両者の結合部の境界線に対
して対称形状であり、それぞれの光軸中心Ｃ１はグラス
ロッド５および６から出射される光束の光軸Ｃ２に対し
て平行で、結合部側に偏心している。この結像レンズ光
軸中心Ｃ１の偏心量および結像レンズ８の焦点距離は、
図１に示すように、グラスロッド５および６のからの光
束の中心の照明情報を液晶パネル９の画素領域の中心に
ほぼ結像するように設定されている。以上の構成である
ので、グラスロッド５および６の出射面上の照明情報
は、結像レンズ８の屈折作用によって液晶パネル９上に
互いに重畳される形で結像される。従って、グラスロッ
ド５および６の内面反射による出射面への光の重畳に、
結像レンズ８による２つのグラスロッドからの出射光束
の重畳が加わるため、液晶パネル９上の照明光の照度比
を高めることができる。

【００３９】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、グラスロッド５および６の内面反射を利用すること
によってインテグレーションをするため、光束の広がり
が少なく小型の液晶パネル等の電気光学装置に対しても
比較的平行性の高い照明を、高効率かつ高照度比で行う
ことができる。

【００４０】（照明装置の第２の実施形態）図６は、本
発明による照明装置の第２の実施形態を示す図である。

【００４１】なお、これ以降の説明において、第１の実
施形態と同様の構成要素については同一符号を付けて説
明を省略する。

【００４２】本実施形態の第１の実施形態との違いは、
グラスロッド１０および１１の断面形状と、結像レンズ
１２の形状およびその役割である。

【００４３】グラスロッド１０および１１の断面形状
は、図３（ｂ）に示すように横ａ／２、縦ｂの四角形の
大きさであり、従って２つのグラスロッドを足し合わせ
た断面形状が、液晶パネル９の画素領域（表示領域）の
形状とおおむね相似形となっている。グラスロッド１０
および１１は互いに対向する反射面（内面）は平行であ
り、２つのグラスロッド１０および１１の接合面が接す
るように構成されている。すなわち、図において、縦方
向の４反射面は互いに平行で、横方向の４反射面は互い
に平行である。このようにグラスロッド１０および１１
を接合させた全体の断面形状を、液晶パネル９の画素領
域の形状に合わせることは出射面における照明情報を効
率よく照射する点で有利であり、両方のグラスロッドの
断面形状を同じにすることは共通に製造できる製造の容
易さの点でも有利である。

【００４４】また、結像レンズ１２は、第１の実施形態
とは異なり、入射側と出射側にそれぞれ１つの曲面を有
し２つの曲面のみからなる単レンズであり、そのレンズ
光軸はグラスロッド１０および１１の接合面の軸の延長
上に配置され、また焦点距離はグラスロッド１０および
１１の出射面上の照明情報を液晶パネル９の画素領域上
に結像するように設定されている。但し、第１の実施形
態とは異なり、グラスロッド１０及び１１の出射面の中
心の像を液晶パネル９の画素領域の異なる位置に結像す
るようになるが、それぞれのグラスロッド１０および１
１の出射面からの２つの光束は図６の液晶パネル９の画
素領域中心線で２分割された領域をそれぞれ照射し、グ
ラスロッド１０および１１を接合してなる出射面からの
１つの光束が画素領域全体とほぼ一致又は包含して照射
するようになる。

【００４５】なお、第１の実施形態と同様に、偏光変換
手段である１／２波長板７は、グラスロッド１０および
１１の一方の入射面および出射面のいずれかに配置され
ればよく、グラスロッド１１の入射面には入射光束の方
向を偏向する偏向手段であるテーパ構造を形成してあ
る。

【００４６】以上の構成の本実施形態によれば、グラス
ロッド１０および１１の出射面上の照明情報は、結像レ
ンズ１２の屈折作用によって液晶パネル９上に結像さ
れ、その際、両者の照明情報は重畳されることなく液晶
パネル上を２つに分けて並列に照明することになる。こ
のように液晶パネル９上での重畳が行われないため、第
１の実施形態と同様に照度比の高い効率的な照明であり
ながら、液晶パネル９への入射光線の平行性を高めるこ
とができる。また、結像レンズを単レンズにすることに
よってその呑み込み効率が上がるため、照明効率をさら
に上げることができる。

【００４７】なお、２つの照明光の液晶パネル９上での
隣接部は部分的に重ね、結像レンズ１２から液晶パネル
９の入射面に至る光路中に部分的にフィルタを配置し
て、重ねたことによる照度増加をそのフィルタにより軽
減する等により両者の隙間を防止してもいい。

【００４８】（照明装置の第３の実施形態）図７は、本
発明による照明装置の第３の実施形態を示す図である。

【００４９】なお、これ以降の説明において、第１の実
施形態と同様の構成要素については同一符号を付けて説
明を省略する。

【００５０】本実施形態の第１の実施形態との違いは、
グラスロッド１３および１４の中心軸に対して偏光分離
手段３からのＳ偏光光束とＰ偏光光束の光軸が斜めに傾
斜した角度で入射する点にある。従って、本実施の形態
では、グラスロッド１３および１４の入射面にともに偏
向手段であるテーパ構造を設けている。すなわち、図７
に示すように、グラスロッド１３および１４の入射面以
降の光学系が入射する２つの光束の中心光線がなす角度
の略半分の角度だけ傾いてテーパ構造をなしている。そ
して、グラスロッド１３および１４に設けたそれぞれの
テーパ部において、図４で説明した屈折作用と同様に入
射光束を、グラスロッドの出射面の中心に向けて偏向す
ることによって、グラスロッド１３および１４の出射面
では、ともに照度比の高い照明情報が得られる。

【００５１】なお、結像レンズ８は複合レンズでなく、
第２の実施形態のように単レンズの結像レンズ１２でも
構わない。但し、結像レンズ１２を採用した場合は、フ
ィルタにより液晶パネル９上での光束の重なりによる照
度増加を低減することが望ましい。また、第１の実施形
態と同様に、偏光変換手段である１／２波長板７は、グ
ラスロッド１３および１４の一方の入射面および出射面
のいずれかに配置されればよい。

【００５２】（照明装置の第４の実施形態）図８は、本
発明による照明装置の第４の実施形態を示す図である。

【００５３】なお、これ以降の説明において、第１の実
施形態と同様の構成要素については同一符号を付けて説
明を省略する。

【００５４】本実施形態の第１の実施形態との違いは、
結像レンズ８と液晶パネル９との間に第３の集光手段で
ある集光レンズ１５をさらに設けた点である。集光レン
ズ１５は、例えば図８に示すような平凸レンズであり、
その焦点距離は、結像レンズ８とともにグラスロッド５
および６の出射面上の照明情報を液晶パネル９上に結像
するとともに、液晶パネル９への光線の入射方向を液晶
パネル９の法線方向に近づけるように設定される。集光
レンズ１５からの光束の断面形状は、液晶パネル９の画
像領域と相似形であるため、この画素領域をほぼ一致又
は包含するように光束により照射することができる。

【００５５】本実施形態によれば、液晶パネル９への入
射光線の平行性を高めることができるため、液晶パネル
９表示面内の照明条件をより合わせることができる。ま
た、平行性の高い照明光を必要とする光学系にも使用可
能になる。

【００５６】なお、本実施形態は第１の実施形態に集光
レンズ１５を加える形で説明したが、その他の実施形態
においても同じ構成をとることができる。

【００５７】（照明装置の第５の実施形態）図９は、本
発明による照明装置の第５の実施形態を示す図である。

【００５８】なお、これ以降の説明において、第１の実
施形態と同様の構成要素については同一符号を付けて説
明を省略する。

【００５９】本実施形態の第１の実施形態との違いは、
偏光ビームスプリッタ（偏光分離手段）１６を形成する
直角プリズム１６ａを複数の直角プリズムより構成した
点である。すなわち、複数の直角プリズム１６ａは互い
に等しい形状であり、全ての直角プリズム１６ａの斜面
に偏光分離膜（偏光分離面）１６ｃが形成され、くさび
形プリズム１６ｂと接着剤により接合して一体化されて
いる。この偏光分離膜１６ｃは、光源１からの射出光束
のうちＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過するものであり、
その機能は第１の実施形態における３ｃと同じである。
なお、偏光分離膜１６ｃは直角プリズム１６ａの斜面で
はなく、くさび型プリズム１６ｂの接合側の面に形成し
ても構わない。

【００６０】本実施形態によれば、偏光ビームスプリッ
タ１６を小型で軽量にしながら、第１の実施形態と同様
の偏光分離機能を期待することができる。なお、直角プ
リズム１６ａの分割数は本実施形態の４つに限らない。
また、くさび形プリズム１６ｂも、第１の実施形態で述
べたのと同様に、Ｐ偏光を全反射する面の配置角度を持
たせて配置された反射面ミラー等の反射面によって置き
換えることができる。

【００６１】なお、本実施形態は第１の実施形態に対し
て偏光ビームスプリッタ３を１６に置き換える形で説明
したが、その他の実施形態においても同じ構成をとるこ
とができる。

【００６２】（投写型表示装置の実施形態）図１０は、
本発明による照明装置を用いた投写型表示装置の実施形
態の全体の構成を示す図である。本実施形態の投写型表
示装置では、前述した照明装置の各実施形態のいずれか
の照明装置を用いることができるが、図１０には一例と
して第４の実施形態を用いて示している。従って、以上
の照明装置の実施形態において説明した事項は、本実施
形態でも同様であるので、共通する事項についての説明
は省略する。

【００６３】すでに説明したように、本発明の照明装置
ではグラスロッド５および６の出射面上の照明情報（出
射面の形状に沿って出射される光束）が結像レンズ８ま
たは１２により相似拡大されて液晶パネル９を照明する
ことになる（図１０には図示されないが結像レンズ１２
の場合でも同様）。従って、液晶パネル９の大きさにも
よるが、結像レンズ８または１２と液晶パネル９または
集光レンズ１５（集光レンズ１５は入射光を平行化して
液晶パネル９に照射する）との間には、拡大率に応じた
空間が生じる。当然のことながら、この距離が大きくな
るほど液晶パネル９への入射光線の平行性は高まること
になる。本実施形態においては、この空間を利用し分光
手段であるダイクロイックミラー１７を配置した。

【００６４】ダイクロイックミラー１７は、赤色光、緑
色光、青色光を選択的に反射または透過する互いに異な
る波長選択反射膜が形成されたそれぞれ３枚のダイクロ
イックミラー１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂを備えている。例
えば、ダイクロイックミラー１７Ｒは、赤色光を反射
し、緑色光、青色光を透過するミラーである。ダイクロ
イックミラー１７Ｇは、ダイクロイックミラー１７Ｒを
透過した緑色光、青色光をさらに分離するミラーであっ
て、緑色光を反射して、青色光を透過する。ダイクロイ
ックミラー１７Ｂは、ダイクロイックミラー１７Ｇを透
過した青色光を反射するミラーである。各ダイクロイッ
クミラー１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂは、互いに所定の角度
を持って配置されており、反射された光はそれぞれ異な
る方向から液晶パネル９に入射する。本実施形態では液
晶パネル９入射前に集光レンズ１５を透過しその屈折作
用を受けるが、光束の分離状態は保たれる。なお、ダイ
クロイックミラー１７は３枚のダイクロイックミラーと
しているが、光学的に最後のミラー（１７Ｂ）は全反射
ミラーでもよく、少なくとも２つのダイクロイックミラ
ーを用いれば分光手段は構成できる。また、ダイクロイ
ックミラーでなくとも波長選択反射膜が形成されたプリ
ズムに置き換えてもよい。また、赤色光、緑色光、青色
光の色光の分光の順序はいずれでも構わない。

【００６５】図１１は、図１０における液晶パネル９の
部分断面図である。液晶パネル９は、上記の各光束をそ
れぞれ対応する画素に集光するためのマイクロレンズア
レイ２０を備えたアクティブマトリクス液晶パネルであ
り、それらの前後には不図示の一対の偏光板が配置され
る。液晶パネル９は、2枚の硝子等の透明基板２１、２
２の間にツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶２３が封
入され、一方の基板２１には共通電極２４および不要光
を遮光するためのブラックマトリクス２５等が形成さ
れ、他方の基板２２には画素電極２６、スイッチング素
子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２７等が形成さ
れ、ＴＦＴ２７を介して画素電極２６に電圧が印加され
ると共通電極２４との間に挟まれた液晶２３が駆動され
る構成である。なお、他方の基板２２には、複数の走査
線と複数のデータ線が交差して配置され、その交差部付
近にＴＦＴ２７がゲートを走査線、ソースをデータ線、
ドレインを画素電極２６に接続して配置される。そし
て、走査線には順次選択電圧が印加され、それに応じて
オンした水平方向の画素のＴＦＴ２７を介して各画素の
駆動電圧が画素電極２６に書き込まれる。ＴＦＴ２７は
非選択電圧の印加によりオフとなり印加された駆動電圧
を図示されない蓄積容量等に保持する。液晶パネルの開
口部（ブラックマトリクス２５の開口部）に相当する領
域に画素電極２６は配置され、ＴＦＴ２７と画素電極２
６（必要に応じて画素電極に接続された蓄積容量）よに
より各画素が構成される。なお、液晶２３はＴＮだけで
なく、強誘電型や反強誘電型、この他水平配向型、垂直
配向型など種々用いることが可能である。

【００６６】また、エッチング等により硝子板上に形成
されたマイクロレンズアレイ２０と一方の基板２１と
が、低屈折率の樹脂層（接着剤）２８を介して互いに接
着されている。マイクロレンズアレイ２０の単位レンズ
（レンズの凸部または凹部）は、液晶パネル９の水平方
向（走査線方向）の画素ピッチの３倍に相当するピッチ
を有し、ダイクロイックミラー１７を異なる角度で反射
して出射する赤色光、緑色光、青色光がマイクロレンズ
アレイ２０の各単位レンズに異なる角度で入射し、この
各単位レンズにより赤色光、緑色光、青色光がそれぞれ
水平方向に隣接して単位レンズと対応する３つの画素の
画素電極２６付近に集光されるようになる。マイクロレ
ンズアレイ２０の各単位レンズは、各色光をこのレンズ
と対応する３つの隣接画素の画素電極に入射光を集光す
るような焦点距離を有する。図においては、液晶パネル
に対して略直進して入射される緑色光Ｇはマイクロレン
ズアレイ２０の単位レンズにより画素電極２６Ｇに集光
されてそのまま出射される。一方、ダイクロイックミラ
ー１７Ｒと１７Ｂが１７Ｇに対して有する角度に対応し
た角度で、緑色光Ｇに対して互いに対称に入射される赤
色光Ｒと青色光Ｂは、単位レンズにより画素電極２６Ｒ
と２６Ｂにそれぞれ集光され、緑色光Ｇと対称な角度を
もって出射される。なお、ダイクロイックミラー１７で
の分光の順序が異なれば、それに応じて図１１に示され
る液晶パネル９への色光の入射位置も異なる。

【００６７】上記のようにして液晶パネル９の画素電極
２６に対して集光した各光束は、液晶パネル９に印加さ
れた信号に応じた変調を受けて出射し、投写手段である
投写レンズ１８によって前方のスクリーン１９上に拡大
投写される。隣接する３つの画素により変調された３つ
の色光は、投写レンズ１８によりスクリーン１９上にお
いて同位置に重なるように投写される。なお、本投写型
表示装置は、スクリーン１９を背面から投写するリア型
でも、前面から投写するフロント型でも構わない。

【００６８】本実施形態によれば、比較的平行性が高く
照度比の高い照明光を用いることにより、照度比が高く
明るい投写画像を得ることができる。また、本実施形態
で説明したような、照明光に高い平行性が要求される単
板型の投写型表示装置を高輝度、高照度比で実現するこ
とができる。その際、ダイクロイックミラー１７を結像
レンズ８と液晶パネル９との間に配置したので、インテ
グレーションの終わった照明光に対して原色光への分離
が確実に行われその後の分光の乱れも少ない。さらに、
ダイクロイックミラー１７によって光路を折り曲げるた
め、図１０に示すように光学系を小型化することができ
る。

【００６９】なお、本実施形態は単板型の投写型表示装
置に限られるものではなく、液晶パネルを３枚用いた３
板式の投写型表示装置に対しても適応可能である。ま
た、液晶パネルは透過型に限定されず、画素電極を反射
電極とした反射型の液晶パネルでも構わない。

【００７０】（変形形態）以上説明した実施形態に限定
されることなく、本発明の趣旨を変更しない範囲で種々
の変形や変更が可能である。

【００７１】例えば、画素の配列順序はマイクロレンズ
の中心に緑色光の画素を配置する場合について説明した
が、その中心に赤色光または青色光の画素を配置しても
構わない。

【００７２】また、グラスロッドは中実のものについて
説明したが、中空（外枠が硝子で中心が空洞の円柱。こ
の場合は硝子内面で光反射する。）のライトパイプでも
構わない。さらに、２つのグラスロッドを近接配置する
場合について説明したが、両者は離間して配置しても構
わない。

【００７３】また、各図で説明したＳ偏光とＰ偏光は、
逆であっても構わない。

【００７４】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明の照
明装置によれば、比較的小型の光学系により、被照射面
への入射光線の平行性を維持しながら、明るく照度比の
高い照明光を得ることができる。また、その照明装置を
用いることによって、明るく照度比の高い画像投写の可
能な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】

【図１】本発明による照明装置の第１の実施形態を示
す図。

【図２】本発明による照明装置のグラスロッドによる
光束分割の説明図。

【図３】本発明による照明装置のグラスロッドの断面
形状の説明図。

【図４】本発明による照明装置のグラスロッドの部分
拡大図。

【図５】本発明による照明装置の結像レンズの説明
図。

【図６】本発明による照明装置の第２の実施形態を示
す図。

【図７】本発明による照明装置の第３の実施形態を示
す図。

【図８】本発明による照明装置の第４の実施形態を示
す図。

【図９】本発明による照明装置の第５の実施形態を示
す図。

【図１０】本発明による投写型表示装置の実施形態を
示す図。

【図１１】本発明による投写型表示装置の液晶パネル
の説明図。

【符号の説明】

１ランプ２リフレクタ３偏光ビームスプリッタ４集光レンズ５グラスロッド６グラスロッド７１／２波長板８結像レンズ９液晶パネル１０グラスロッド１１グラスロッド１２結像レンズ１３グラスロッド１４グラスロッド１５集光レンズ１６偏光ビームスプリッタ１７ダイクロイックミラー１８投写レンズ１９スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H088 EA13 EA14 EA15 HA08 HA12 HA15 HA20 HA25 HA28 HA30 JA05 JA17 JA20 MA02 MA06 2H099 AA12 BA09 CA01 DA05 5C058 AA06 AA09 AB04 AB05 BA05 BA35 EA02 EA11 EA12 EA13 EA26 EA33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源手段と、該光源手段からの光束を偏
光軸が互いに略直交する２つの直線偏光光束に分離し互
いに異なる方向に出射する偏光分離手段と、前記２つの
直線偏光光束を空間的に２つの異なる位置に集光する第
１の集光手段と、前記２つの異なる位置の一方に集光さ
れた光を入射面より入射し内面反射させて出射面に出射
する第１のグラスロッドと、前記２つの異なる位置の他
方に集光された光を入射面より入射し内面反射させて出
射面に出射する第２のグラスロッドと、前記第１又は第
２のグラスロッドに入射あるいは出射される一方の光束
を他方の光束の直線偏光軸に変換する偏光変換手段と、
前記２つのグラスロッドからそれぞれ出射され偏光軸が
互いに合わされた２つの光束を被照射面に対して集光す
る第２の集光手段とを有することを特徴とする照明装
置。
【請求項２】請求項１に記載の照明装置において、前
記第２の集光手段は、前記第１および第２のグラスロッ
ドの出射面からの光束を被照射面に集光する際に、該各
出射面から出射された光束を前記被照射面上で互いに重
畳することを特徴とする照明装置。
【請求項３】請求項１に記載の照明装置において、前
記第２の集光手段は、前記第１および第２のグラスロッ
ドの出射面からの光束を被照射面に集光する際に、該各
出射面から出射された光束を被照射面上の異なる位置に
集光することを特徴とする照明装置。
【請求項４】請求項１に記載の照明装置において、前
記第１および第２のグラスロッドは、断面形状が互いに
等しいことを特徴とする照明装置。
【請求項５】請求項１に記載の照明装置において、前
記第１および第２のグラスロッドの入射面のうちの少な
くとも一方に、入射する光束の方向を変化させる偏向手
段をさらに有することを特徴とする照明装置。
【請求項６】光源手段と、該光源手段からの光を平行
化する反射手段と、該反射手段からの光を偏光軸が互い
に略直交する２つの直線偏光光束に分離し互いに異なる
方向に出射する偏光分離手段と、前記２つの直線偏光光
束を空間的に異なる位置に集光させ２つの一次光源像を
形成する第１の集光手段と、前記一方の一次光源像から
の光束を内面反射によって複数の光束に分割して射出し
複数の二次光源像を形成する第１の光束分割手段と、前
記他方の一次光源像からの光束を内面反射によって複数
の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する第
２の光束分割手段と、前記光束分割手段のいずれか一方
に入射または出射される一方の前記直線偏光光束の偏光
軸を他方の直線偏光光束の偏光軸に合わせる偏光変換手
段と、前記第１および第２の光束分割手段の出射面の照
明情報を被照射面に結像する第２の集光手段とから構成
されることを特徴とする照明装置。
【請求項７】請求項６に記載の照明装置において、前
記第２の集光手段は、前記第１および第２の光束分割手
段の出射面の照明情報を被照射面に結像する際に、該２
つの照明情報を前記被照射面上で互いに重畳することを
特徴とする照明装置。
【請求項８】請求項６に記載の照明装置において、前
記第２の集光手段は、前記第１および第２の光束分割手
段の出射面の照明情報を被照射面に結像する際に、該２
つの照明情報を互いに並列の関係で被照射面上に結像す
ることを特徴とする照明装置。
【請求項９】請求項６に記載の照明装置において、前
記第２の集光手段と被照射面との間に前記第２の集光手
段からの光束の方向を変化させる第３の集光手段をさら
に有することを特徴とする照明装置。
【請求項１０】請求項１又は６に記載の照明装置にお
いて、前記偏光分離手段は、前記光源手段からの光を前
記２つの直線偏光光束に分離する偏光分離面と、該偏光
分離面を透過した直線偏光光束を反射する反射面とを有
し、該偏光分離面と反射面とが互いに傾いて配置される
ことを特徴とする照明装置。
【請求項１１】請求項６に記載の照明装置において、
前記第１および第２の光束分割手段は、断面形状が互い
に等しいことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】請求項６に記載の照明装置において、
前記第１および第２の光束分割手段の入射面のうちの少
なくとも一方に、入射する光束の方向を変化させる偏向
手段をさらに有することを特徴とする照明装置。
【請求項１３】請求項１又は６に記載の照明装置にお
いて、前記偏光変換手段は１／２波長板であることを特
徴とする照明装置。
【請求項１４】請求項１乃至１３のいずれかに記載の
照明装置と、該照明装置からの光束を複数の原色光に分
離する分光手段と、該分光手段からの光束を変調する電
気光学装置と、該電気光学装置によって変調された光を
投写する投写手段とを備えることを特徴とする投写型表
示装置。
【請求項１５】請求項１４に記載の投写型表示装置に
おいて、前記分光手段は、前記第２の集光手段と前記電
気光学装置との間に配置されることを特徴とする投写型
表示装置。