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JP2003121794A - Illumination optical system and projection display device - Google Patents

Illumination optical system and projection display device

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JP2003121794A
JP2003121794A JP2002212643A JP2002212643A JP2003121794A JP 2003121794 A JP2003121794 A JP 2003121794A JP 2002212643 A JP2002212643 A JP 2002212643A JP 2002212643 A JP2002212643 A JP 2002212643A JP 2003121794 A JP2003121794 A JP 2003121794A
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JP
Japan
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light
lens
optical system
polarization
illumination optical
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JP2002212643A
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Japanese (ja)
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Inventor
Yoshitaka Ito
嘉高 伊藤
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination optical system which has high light use efficiency and small illuminance unevenness and color unevenness by increasing the efficiency of superposition coupling of two pieces of projection luminous flux after polarization conversion in an illumination optical system including a polarized light converting element and to provide a projection type display device which uses the illumination optical system and has superior display image quality. SOLUTION: After random polarized light is converted into specific polarized light, the luminous flux is subdivided and respective pieces of the luminous flux are superposed and coupled, and guided to an illumination area, so the illumination optical system for light polarization can be realized, which has little divergence loss of light and also has small illuminance unevenness and color unevenness. The light projection type display device using the illumination optical system can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は照明光学系及び該照明光
学系を備えた投写型表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical system and a projection type display device equipped with the illumination optical system.

【0002】[0002]

【従来の技術】投写型表示装置の解決すべき課題とし
て、表示画面の明るさの向上が挙げられる。液晶ライト
バルブに代表されるライトバルブでは、その多くが偏光
を利用して画像表示を行うため、光源からの光の内、片
方の偏光成分しか表示には利用されず、従って、光利用
効率が低いという欠点を本質的に有している。
2. Description of the Related Art Improving the brightness of a display screen is one of the problems to be solved by a projection display device. Most light valves represented by liquid crystal light valves use polarized light to display images, so only one of the polarized components of the light from the light source is used for display, and therefore the light utilization efficiency is improved. It inherently has the drawback of being low.

【0003】この欠点を改善するために、従来、例えば
特開昭63−121821、特開昭63−168622
に示されているように、偏光変換要素を用いた照明光学
系が提案されている。つまり、予め光源からのランダム
偏光を一種類の偏光に変換しておいた後にライトバルブ
に入射させることで、表示画像の明るさを向上させよう
とするものである。
In order to remedy this drawback, conventional methods, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-121821 and 63-168622 have been used.
An illumination optical system using a polarization conversion element is proposed as shown in FIG. That is, it is intended to improve the brightness of the display image by converting the random polarized light from the light source into one kind of polarized light in advance and then making it enter the light valve.

【0004】具体的には、図7に示す様に、偏光ビーム
スプリッタ等の偏光分離素子71を用いて、光源10か
らのランダム偏光(自然光)11を2つの直線偏光(P
偏光12、S偏光13)に分離した後、片方の偏光(こ
こではP偏光12)の偏光面をλ/2位相差板14によ
り90度回転させ(便宜上S'偏光15と呼ぶ)、他方
の偏光(ここではS偏光13)と偏光面を一致させ、全
体として一種類の偏光(ここではS偏光)とし、ライト
バルブ51を照明するものである。尚、62は一般的な
反射ミラーである。
Specifically, as shown in FIG. 7, a polarized light separating element 71 such as a polarizing beam splitter is used to convert random polarized light (natural light) 11 from a light source 10 into two linearly polarized light (P).
After splitting into polarized light 12 and S polarized light 13), the polarization plane of one polarized light (here, P polarized light 12) is rotated 90 degrees by the λ / 2 retardation plate 14 (referred to as S ′ polarized light 15 for convenience), and the other The polarization plane (here, S-polarized light 13) is made to coincide with the polarization plane, and one kind of polarized light (here, S-polarized light) is made as a whole, and the light valve 51 is illuminated. Reference numeral 62 is a general reflection mirror.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】先に示した従来の照明
光学系では、偏光分離素子における偏光分離効率が2つ
の偏光成分間で異なること、及び、位相差板の有無によ
って透過光量に差を生じること等により、実際の使用に
際してはS偏光とP偏光を重畳して、照明領域に導く必
要がある。しかし、一般的な投写型表示装置に使用され
る光源から出射される光の平行性は悪いため、単に偏光
変換要素から出射される光束の方向を調整して照明領域
へと導くだけでは、照明領域に達する間に光が発散し、
或いは、偏光変換要素からの出射時の照度分布が保存さ
れないために、照明領域における利用可能な光量は減少
し、同時に、大きな照度ムラを発生する。その結果、理
想的な照明が行えないという問題点がある。
In the above-mentioned conventional illumination optical system, the polarization separation efficiency in the polarization separation element differs between the two polarization components, and the amount of transmitted light varies depending on the presence or absence of the phase difference plate. Due to occurrences, it is necessary to superimpose S-polarized light and P-polarized light and guide them to the illumination area in actual use. However, since the light emitted from the light source used in a general projection display device has poor parallelism, it is necessary to simply adjust the direction of the light flux emitted from the polarization conversion element and guide it to the illumination area. Light diverges as it reaches the area,
Alternatively, since the illuminance distribution at the time of emission from the polarization conversion element is not preserved, the amount of light available in the illumination area decreases, and at the same time, large illuminance unevenness occurs. As a result, there is a problem that ideal illumination cannot be performed.

【0006】そこで、本発明は以上のような問題点を解
決するもので、その目的とするところは、偏光変換要素
を伴った照明光学系において、偏光変換後の2つの出射
光束の重畳結合効率を高め、光利用効率の高い且つ照度
ムラの小さい照明光学系を提供することにある。更に、
光利用効率の高い且つ照度ムラの小さい照明光学系を用
いた表示画像品位に優れた投写型表示装置を提供するこ
とにある。
Therefore, the present invention solves the above problems, and an object thereof is to provide a superposition coupling efficiency of two outgoing light beams after polarization conversion in an illumination optical system having a polarization conversion element. It is intended to provide an illumination optical system having high light utilization efficiency and small unevenness in illuminance. Furthermore,
An object of the present invention is to provide a projection display device that uses an illumination optical system with high light utilization efficiency and small unevenness in illuminance and has excellent display image quality.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の照明光学系は、光源からのランダム
偏光をP波とS波の2つの直線偏光に分離する偏光分離
要素と、分離された前記2つの偏光のうち片方の直線偏
光の偏光面を回転させ他方の直線偏光の偏光面と一致さ
せる偏光面回転要素と、を有する偏光変換要素を備えた
照明光学系であって、前記2つの偏光のうち前記偏光分
離要素で反射した一方の偏光を、この偏光の光軸を折り
曲げて他方の偏光の出射方向とほぼ同じ方向に出射させ
るプリズム型反射ミラーを備え、前記偏光変換要素から
出射される偏光面回転作用を受けた偏光と受けない偏光
とをほぼ重畳した状態で照明領域へと導くための光伝達
要素が前記偏光変換要素と前記照明領域の間に配置さ
れ、前記光伝達要素は、前記偏光変換要素からの光の入
射部に配置される第1のレンズ部と、前記第1のレンズ
部と前記照明領域の間に配置される第2のレンズ部とを
備え、前記第1のレンズ部は、前記偏光変換要素からの
出射光の光軸と直角をなす平面内に複数の第1単位レン
ズを各々配列した第1のレンズ板を備え、前記第2のレ
ンズ部は、前記偏光変換要素からの出射光の光軸と直角
をなす平面内に前記複数の第1単位レンズの各々に対応
した複数の第2単位レンズを各々配列した第2のレンズ
板を備え、前記複数の第1単位レンズによって形成され
る複数の光源像を、前記複数の第2単位レンズ各々の中
心近傍に形成し、且つ、前記複数の第1単位レンズ近傍
の像を、前記第2のレンズ部により照明領域近傍に重畳
結像させる様に、前記第1のレンズ板及び前記第2のレ
ンズ板を配置したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the first illumination optical system of the present invention is a polarization separating element for separating random polarized light from a light source into two linear polarized light of P wave and S wave. And a polarization plane rotation element that rotates the polarization plane of one of the two polarized lights that has been separated and matches the polarization plane of the other linearly polarized light, that is, an illumination optical system having a polarization conversion element. And a prism type reflection mirror for bending one of the two polarized lights, which is reflected by the polarization splitting element, in the direction substantially the same as the outgoing direction of the other polarized light. A light transmission element for guiding the polarized light having undergone the polarization plane rotation action and the polarized light not receiving the polarized light emitted from the conversion element to the illumination area in a substantially superposed state is disposed between the polarization conversion element and the illumination area, The light transmitting element A first lens portion arranged at an incident portion of the light from the polarization conversion element, and a second lens portion arranged between the first lens portion and the illumination region, The lens unit of 1 includes a first lens plate in which a plurality of first unit lenses are arranged in a plane perpendicular to the optical axis of the light emitted from the polarization conversion element, and the second lens unit is A second lens plate in which a plurality of second unit lenses corresponding to each of the plurality of first unit lenses are arranged in a plane perpendicular to the optical axis of the light emitted from the polarization conversion element; A plurality of light source images formed by the first unit lens are formed near the center of each of the plurality of second unit lenses, and images near the plurality of first unit lenses are formed by the second lens unit. The first lens plate so as to form a superimposed image in the vicinity of the illumination area. Characterized in that a fine second lens plate.

【0008】また、本発明の第2の照明光学系は、光源
からのランダム偏光をP波とS波の2つの直線偏光に分
離する偏光分離要素と、分離された前記2つの偏光のう
ち片方の直線偏光の偏光面を回転させ他方の直線偏光の
偏光面と一致させる偏光面回転要素と、を有する偏光変
換要素を備えた照明光学系であって、前記2つの偏光の
うち前記偏光分離要素で反射した一方の偏光を、この偏
光の光軸を折り曲げて他方の偏光の出射方向とほぼ同じ
方向に出射させる反射ミラーを備え、前記偏光変換要素
から出射される偏光面回転作用を受けた偏光と受けない
偏光とをほぼ重畳した状態で照明領域へと導くための光
伝達要素が前記偏光変換要素と前記照明領域の間に配置
され、前記光伝達要素は、前記偏光変換要素からの光の
入射部に配置される第1のレンズ部と、前記第1のレン
ズ部と前記照明領域の間に配置される第2のレンズ部と
を備え、前記第1のレンズ部は、前記偏光変換要素から
の出射光の光軸と直角をなす平面内に複数の第1単位レ
ンズを各々配列した第1のレンズ板を備え、前記第2の
レンズ部は、前記偏光変換要素からの出射光の光軸と直
角をなす平面内に前記複数の第1単位レンズの各々に対
応した複数の第2単位レンズを各々配列した第2のレン
ズ板を備え、前記複数の第1単位レンズによって形成さ
れる複数の光源像を、前記複数の第2単位レンズ各々の
中心近傍に形成し、且つ、前記複数の第1単位レンズ近
傍の像を、前記第2のレンズ部により照明領域近傍に重
畳結像させる様に、前記第1のレンズ板及び前記第2の
レンズ板を配置してなり、前記ランダム偏光が前記P波
及びS波に分離される分離方向を含む平面に平行な方向
を幅方向としたときに、前記第1単位レンズの前記幅方
向の寸法は、前記偏光分離要素の前記幅方向の寸法の1
/n(nは自然数)倍に設定されていることを特徴とす
る。
The second illumination optical system of the present invention is a polarization splitting element for splitting random polarized light from a light source into two linear polarized light of P wave and S wave, and one of the separated two polarized light. A polarization plane rotating element for rotating the plane of polarization of the linearly polarized light of (1) to match the plane of polarization of the other linearly polarized light, the illumination optical system comprising: The polarized light reflected from the polarization conversion element is provided with a reflection mirror that bends the optical axis of the polarized light and emits the polarized light in substantially the same direction as the outgoing direction of the other polarized light. A light-transmitting element for guiding the polarized light that is not received to the illumination area in a substantially superposed state is disposed between the polarization-converting element and the illumination area, and the light-transmitting element is configured to transmit light from the polarization-converting element. Is located at the entrance A first lens unit and a second lens unit disposed between the first lens unit and the illumination area are provided, and the first lens unit is a light beam emitted from the polarization conversion element. A first lens plate having a plurality of first unit lenses arranged in a plane perpendicular to the axis, wherein the second lens portion is a plane perpendicular to the optical axis of the light emitted from the polarization conversion element; A second lens plate in which a plurality of second unit lenses corresponding to each of the plurality of first unit lenses are arranged, and a plurality of light source images formed by the plurality of first unit lenses are The first lens is formed in the vicinity of the center of each of the plurality of second unit lenses, and the images in the vicinity of the plurality of first unit lenses are superimposed and imaged in the vicinity of the illumination area by the second lens unit. A lens plate and the second lens plate are arranged, When the direction parallel to the plane including the separation direction in which the M-polarized light is separated into the P wave and the S wave is defined as the width direction, the dimension in the width direction of the first unit lens is the width of the polarization separation element. Direction dimension 1
It is characterized in that it is set to / n (n is a natural number) times.

【0009】上記第2の照明光学系において、前記第1
単位レンズの前記幅方向の寸法は、前記反射ミラーを前
記照明光学系の光軸方向に投影したときの前記幅方向の
投影寸法の1/n(nは自然数)倍に設定されていても
よい。
In the second illumination optical system, the first illumination optical system
The dimension of the unit lens in the width direction may be set to 1 / n (n is a natural number) times the projected dimension in the width direction when the reflection mirror is projected in the optical axis direction of the illumination optical system. .

【0010】ここで、第1のレンズ部或いは第2のレン
ズ部の少なくとも一方が、1つの平凸レンズと前記レン
ズ板とを備えていてもよい。また、本発明の上記第1〜
第2の照明光学系は、偏光面回転要素はλ/2位相差板
またはTN(ツイステッド・ネマチック)型液晶素子で
あってもよい。
At least one of the first lens portion and the second lens portion may include one plano-convex lens and the lens plate. In addition, the above first to first aspects of the present invention
In the second illumination optical system, the polarization plane rotating element may be a λ / 2 retardation plate or a TN (twisted nematic) type liquid crystal element.

【0011】また、本発明の投写型表示装置は、上記の
照明光学系と、前記照明光学系からの光を画像信号によ
り変調して画像を形成するライトバルブと、形成された
画像をスクリーン上に投写表示する投写光学系と、を備
えることを特徴とする。
Further, the projection display device of the present invention comprises the above-mentioned illumination optical system, a light valve for modulating light from the illumination optical system by an image signal to form an image, and the formed image on the screen. And a projection optical system for projecting and displaying on.

【0012】更に、他の本発明の投写型表示装置は、上
記の照明光学系と、光源からの光を3色光に分離する色
光分離要素と、各色光を画像信号により変調して画像を
形成する3つのライトバルブと、各色光からなる3種の
画像を1つに合成する色光合成要素と、合成された画像
をスクリーン上に投写表示する投写光学系と、を備える
ことを特徴とする。
Furthermore, another projection type display device of the present invention forms the image by illuminating the above-mentioned illumination optical system, a color light separating element for separating the light from the light source into three color lights, and modulating each color light by an image signal. It is characterized in that it includes three light valves, a color light combining element that combines three types of images of respective color lights into one, and a projection optical system that projects and displays the combined image on a screen.

【0013】[0013]

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものでは
ない。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

【0014】尚、以下の実施例では、P偏光の偏光面を
回転させてS偏光化する場合を例に示すが、S偏光をP
偏光化する場合においても、本発明の特徴は失われな
い。また、各実施例において、同一(含む同種)の部品
には同一の部品番号が付されている。 (実施例1)図1は本発明の照明光学系の第1の実施例
を示す断面略図である。光源10から出射されたランダ
ム偏光11は偏光分離要素である偏光ビームスプリッタ
16によりP偏光12とS偏光13の2つの直線偏光に
分離される。偏光ビームスプリッタの偏光分離能は入射
角依存性を持つことから、光源としては、平行性に優れ
た光を出射できる短アーク長のランプを備えたものが適
当である。分離されたP偏光は偏光面回転要素であるλ
/2位相差板14を透過することで、偏光面が90度回
転しS偏光となる。一方、S偏光13はプリズム型反射
ミラー17でその光路を折り曲げられるだけで、そのま
まS偏光として出射される。アルミニウムの蒸着膜から
なる反射ミラーにおいては、P偏光よりもS偏光の反射
率が高いため、S偏光の光路を反射ミラーで折り曲げる
配置構成とすることが理想的である。尚、ここではプリ
ズム型の反射ミラーを用いたが、一般的な平面型の反射
ミラーでもよい。以上の構成により、偏光分離要素及び
偏光面回転要素からなる偏光変換要素からは、基本的に
はS偏光のみが出射されることになる。
In the following embodiments, the case where the polarization plane of P-polarized light is rotated to be S-polarized will be described as an example.
Even when polarized, the features of the present invention are not lost. Further, in each embodiment, the same (including the same type) parts are given the same part number. (Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of the illumination optical system of the present invention. Random polarized light 11 emitted from the light source 10 is separated into two linear polarized lights of P polarized light 12 and S polarized light 13 by a polarization beam splitter 16 which is a polarization separating element. Since the polarization splitting power of the polarization beam splitter has an incident angle dependency, a light source provided with a lamp having a short arc length capable of emitting light with excellent parallelism is suitable. The separated P-polarized light is a polarization rotation element λ
By passing through the / 2 retardation plate 14, the polarization plane is rotated by 90 degrees and becomes S-polarized light. On the other hand, the S-polarized light 13 is emitted as S-polarized light as it is, only by bending the optical path by the prism type reflection mirror 17. Since the reflectance of the S-polarized light is higher than that of the P-polarized light in the reflection mirror made of the vapor-deposited film of aluminum, it is ideal that the optical path of the S-polarized light is bent by the reflection mirror. Although a prism type reflection mirror is used here, a general plane type reflection mirror may be used. With the above configuration, basically only S-polarized light is emitted from the polarization conversion element including the polarization separation element and the polarization plane rotation element.

【0015】次に、偏光変換要素と照明領域23の間に
は、第1のレンズ板21及び第2のレンズ板22からな
る光伝達要素が配置されている。第1のレンズ板及び第
2のレンズ板は図2にその外観の一例を示されているご
とく、照明光学系の光軸26と垂直な平面内に多数の単
位レンズを配列してなるもので、第1のレンズ板21を
構成している単位レンズと第2のレンズ板22を構成し
ている単位レンズの数は等しく、両単位レンズのレンズ
板内における位置関係も各々対応関係にある。例えば、
図2において第1のレンズ板21の左下にある単位レン
ズ24は、第2のレンズ板22の左下にある単位レンズ
25と光学的な対応関係にある。
Next, a light transmitting element composed of the first lens plate 21 and the second lens plate 22 is arranged between the polarization conversion element and the illumination area 23. The first lens plate and the second lens plate, as shown in FIG. 2 as an example of their external appearance, have a large number of unit lenses arranged in a plane perpendicular to the optical axis 26 of the illumination optical system. , The number of unit lenses forming the first lens plate 21 and the number of unit lenses forming the second lens plate 22 are equal, and the positional relationship of both unit lenses in the lens plate is also in a corresponding relationship. For example,
In FIG. 2, the unit lens 24 at the lower left of the first lens plate 21 has an optical correspondence with the unit lens 25 at the lower left of the second lens plate 22.

【0016】第1及び第2のレンズ板における単位レン
ズの光学的な対応関係を、図3を用いて説明する。ここ
では、便宜的に第1のレンズ板を構成する単位レンズを
レンズA、第2のレンズ板を構成する単位レンズをレン
ズBと呼ぶものとする。レンズA31近傍の像35がレ
ンズB33により照明領域23へと伝達されるべく、レ
ンズBはレンズAと照明領域の間に配置されている。そ
の場合のレンズBの位置は、レンズAを構成する単位レ
ンズの開口断面の大きさと照明領域の大きさの比によ
り、言い換えれば、レンズBの拡大率により決まる。
今、レンズAとレンズBの間の距離をL1、レンズBと
照明領域の間の距離をL2とすると、レンズAを構成す
る単位レンズの開口断面の大きさ:照明領域の大きさ=
L1:L2なる関係が成立するため、この関係に基づき
レンズBの位置及び焦点距離が決定される。一方、レン
ズAはレンズBによる光の伝達効率を高めるために配置
されており、そのため、レンズAに入射した光をレンズ
Bの中央部に集めるべく(つまり、レンズBの中央近傍
にレンズAによる光源像が形成されるように)、レンズ
Aの焦点距離は決められている。
The optical correspondence between the unit lenses in the first and second lens plates will be described with reference to FIG. Here, for convenience, the unit lens forming the first lens plate is referred to as a lens A, and the unit lens forming the second lens plate is referred to as a lens B. The lens B is arranged between the lens A and the illumination area so that the image 35 near the lens A31 is transmitted to the illumination area 23 by the lens B33. In that case, the position of the lens B is determined by the ratio of the size of the opening cross section of the unit lens forming the lens A and the size of the illumination region, in other words, the magnification of the lens B.
Now, assuming that the distance between the lens A and the lens B is L1 and the distance between the lens B and the illumination area is L2, the size of the opening cross section of the unit lens forming the lens A: the size of the illumination area =
Since the relationship of L1: L2 is established, the position and the focal length of the lens B are determined based on this relationship. On the other hand, the lens A is arranged to enhance the light transmission efficiency of the lens B, and therefore, the light incident on the lens A should be collected in the central portion of the lens B (that is, near the center of the lens B by the lens A). The focal length of the lens A is determined so that a light source image is formed.

【0017】上述したように、レンズA及びレンズBの
焦点距離の関係、更に、レンズAとレンズB及び照明領
域の位置関係により、レンズA31の近傍にある像35
は、レンズB33によって照明領域23へと伝達され
る。このとき、レンズA31の焦点がレンズB33の中
心近傍にあることから、レンズBの中央付近に入射した
光はレンズによる屈折作用を殆ど受けることなくそのま
ま照明領域23へと導かれ、また、レンズBの周辺部に
入射した光は屈折作用を受け光路を変えて、やはり、照
明領域23へと導かれることになり、レンズAから照明
領域への光伝達に際して光損失が殆ど生じないこととな
る。従って、レンズAにより形成される光源像の大きさ
よりもレンズBの寸法が大きければ、レンズAを通りレ
ンズBに入った光は全て照明領域へと導かれる。つま
り、偏光変換要素から出射された光は光損失を殆ど伴う
ことなく照明領域へと伝達される。
As described above, the image 35 in the vicinity of the lens A31 depends on the relationship between the focal lengths of the lens A and the lens B and the positional relationship between the lens A and the lens B and the illumination area.
Are transmitted to the illumination area 23 by the lens B33. At this time, since the focus of the lens A31 is near the center of the lens B33, the light incident near the center of the lens B is guided to the illumination region 23 as it is without being substantially refracted by the lens, and the lens B The light incident on the peripheral portion of is subjected to the refraction effect to change the optical path and is guided to the illumination area 23 as well, so that there is almost no light loss when the light is transmitted from the lens A to the illumination area. Therefore, if the size of the lens B is larger than the size of the light source image formed by the lens A, all the light passing through the lens A and entering the lens B is guided to the illumination area. That is, the light emitted from the polarization conversion element is transmitted to the illumination area with almost no light loss.

【0018】レンズA近傍の像をレンズBにより照明領
域へと伝達するという関係は、照明光学系の光軸26か
ら外れている単位レンズ(図3ではレンズA32とレン
ズB34)に付いても当てはまる。その場合には、レン
ズA32及びレンズB34のどちら片方、或いはその両
方のレンズが偏心系のレンズ(レンズの球面形状を形成
する曲率中心がレンズ中心から外れているレンズ)であ
る必要がある。図3では照明光学系の光軸26から外れ
ているレンズB34が、図1では第1のレンズ板21を
構成する単位レンズの全てが偏心系のレンズである。図
1に示すように、第1のレンズ板を偏心系の単位レンズ
で構成することで、第2のレンズ板の大きさを小さくで
きるという利点がある。
The relationship of transmitting the image in the vicinity of the lens A to the illumination area by the lens B also applies to the unit lenses (lens A32 and lens B34 in FIG. 3) deviated from the optical axis 26 of the illumination optical system. . In that case, either one of the lens A 32 and the lens B 34 or both of them must be a decentered lens (a lens in which the center of curvature forming the spherical shape of the lens is deviated from the lens center). In FIG. 3, the lens B34 deviated from the optical axis 26 of the illumination optical system, and in FIG. 1, all of the unit lenses forming the first lens plate 21 are decentered lenses. As shown in FIG. 1, by constructing the first lens plate with decentered unit lenses, there is an advantage that the size of the second lens plate can be reduced.

【0019】また、レンズAの形状に関しては、レンズ
BによりレンズA近傍の像が照明領域へと伝達されるこ
とから、照明領域の形状と相似的であること、尚且つ、
偏光変換要素からの光束を有効に分割出来るようにアレ
イ化が可能なこと、等を考慮する必要があり、本実施例
では矩形状とした。
Regarding the shape of the lens A, since the image near the lens A is transmitted to the illumination area by the lens B, it is similar to the shape of the illumination area, and
It is necessary to consider that it is possible to form an array so that the light beam from the polarization conversion element can be effectively divided, and in this embodiment, the rectangular shape is used.

【0020】再び図1に戻る。第1のレンズ板を構成す
る全ての単位レンズと第2のレンズ板を構成する全ての
単位レンズは、光学的に上記のような1対1の対応関係
にある。図1において、偏光変換要素から出射された光
束は、第1のレンズ板21を構成する単位レンズにより
細かな光束に分割され、第2のレンズ板22の対応する
単位レンズにより、照明領域と同じ大きさの光束に変換
された後、一箇所の照明領域へと重畳結合され導かれ
る。この結果、偏光変換要素から出射される光束の強度
が不均一な分布をなしていても、光束の細分化と結合に
より、強度分布の不均一性は平均化され、照明領域では
強度ムラや色ムラの少ない良好な光分布を得ることが出
来る。
Returning to FIG. 1 again. All the unit lenses forming the first lens plate and all the unit lenses forming the second lens plate are optically in the one-to-one correspondence as described above. In FIG. 1, the light flux emitted from the polarization conversion element is divided into fine light fluxes by the unit lenses forming the first lens plate 21, and the same unit area as the illumination area by the corresponding unit lenses of the second lens plate 22. After being converted into a light beam having a size, the light beam is superposed and coupled to one illumination region and guided. As a result, even if the intensity of the light flux emitted from the polarization conversion element has a non-uniform distribution, the non-uniformity of the intensity distribution is averaged due to the subdivision and combination of the light flux, and the intensity unevenness and color in the illumination area are A good light distribution with little unevenness can be obtained.

【0021】従って、以上の構成をとることにより、光
源からのランダム偏光は偏光変換要素により1種類の偏
光に変換された後、光伝達要素により殆ど光損失を伴う
ことなく、同時に、照度ムラや色ムラが平均された状態
で、照明領域に導かれることから、1種類の偏光のみを
出射する理想的な照明装置となる。尚、本発明の照明光
学系は照度ムラや色ムラの大きな光源を使った場合に特
に有効である。 (実施例2)図4は本発明の照明光学系の第2の実施例
を示す断面略図である。本実施例の特徴は、先の実施例
1の場合とは異なり、第2のレンズ板22を1枚の大き
な平凸レンズ41と多数の同一形状をなす単位レンズ4
2からなる複合レンズ体としていること、及び、偏光面
回転要素としてTN型液晶素子44を用いていることに
ある。
Therefore, with the above construction, after the randomly polarized light from the light source is converted into one type of polarized light by the polarization conversion element, there is almost no light loss due to the light transmission element, and at the same time, uneven illuminance and Since the color unevenness is averaged and guided to the illumination area, it becomes an ideal illumination device that emits only one type of polarized light. The illumination optical system of the present invention is particularly effective when a light source with large illuminance unevenness or color unevenness is used. (Embodiment 2) FIG. 4 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the illumination optical system of the present invention. The feature of this embodiment is that, unlike the case of the first embodiment described above, the second lens plate 22 includes a single large plano-convex lens 41 and a large number of unit lenses 4 having the same shape.
This is because it is a compound lens body composed of 2 and that the TN type liquid crystal element 44 is used as a polarization plane rotating element.

【0022】第2のレンズ板を偏心系の単位レンズのみ
によって構成することはもちろん可能であるが、その場
合には偏心量が僅かに違った多種類の単位レンズを作製
する必要がある。対して、本実施例のように1枚の大き
な平凸レンズ41と単位レンズ42を組み合わせて用い
る場合には、レンズ設計の最適化により、個々の単位レ
ンズを全て同一とすることが出来、レンズ作製時の煩雑
さを軽減することが出来る。もちろん、大きな平凸レン
ズ1枚と多数の単位レンズからなる上記のレンズ構成は
第1のレンズ板21においても当てはまる。
It is of course possible to form the second lens plate by only unit lenses of the decentering system, but in that case, it is necessary to manufacture many types of unit lenses having slightly different decentering amounts. On the other hand, when one large plano-convex lens 41 and the unit lens 42 are used in combination as in the present embodiment, the individual unit lenses can be made the same by optimizing the lens design. The complexity of time can be reduced. Of course, the above-mentioned lens configuration including one large plano-convex lens and a large number of unit lenses also applies to the first lens plate 21.

【0023】また、TN(ツイステッド・ネマチック)
型液晶素子44は、2枚の透明基板の隙間に、ネマチッ
ク液晶を捻りながらホモジニアス配向させたもので(全
体の捻れ角度は90度)、ネマチック液晶の配向方向に
合わせて偏光を入射させると、液晶分子の捻れ状態に応
じて光の偏光面を回転させることが出来るものである。
従って、このTN型液晶素子はλ/2位相差板として用
いることが可能である。
TN (Twisted Nematic)
The type liquid crystal element 44 is one in which nematic liquid crystal is homogeneously aligned while twisting nematic liquid crystal in the gap between the two transparent substrates (total twist angle is 90 degrees). When polarized light is incident in accordance with the alignment direction of the nematic liquid crystal, The polarization plane of light can be rotated according to the twisted state of liquid crystal molecules.
Therefore, this TN type liquid crystal element can be used as a λ / 2 retardation plate.

【0024】更に、本実施例の構成では第2のレンズ板
の大きさが大きくなるため、第2のレンズ板を通過した
光線は、実施例1の場合に比べて大きな角度で照明領域
へと達する。従って、照明領域に照射される光の照射角
度を実施例1の場合と同じ程度に小さくするためには
(言い換えれば光の平行性を高めるためには)、図4に
示すように照射領域23の手前にフィールドレンズ43
を設置すれば良い。 (実施例3)図5は本発明の照明光学系を用いた投写型
表示装置の第1の実施例を示す断面略図である。偏光面
回転要素であるλ/2位相差板14、偏光分離要素であ
る偏光ビームスプリッタ16、プリズム型反射ミラー1
7等からなる偏光変換要素、及び、第1のレンズ板2
1、第2のレンズ板22からなる光伝達要素、その両者
から構成される照明光学系は実施例1の照明光学系で用
いたものと機能的に同じである。
Furthermore, in the structure of this embodiment, the size of the second lens plate becomes large, so that the light rays that have passed through the second lens plate reach the illumination area at a larger angle than in the case of the first embodiment. Reach Therefore, in order to reduce the irradiation angle of the light applied to the illumination area to the same extent as in the case of the first embodiment (in other words, to increase the parallelism of the light), the irradiation area 23 as shown in FIG. Field lens 43 in front of
Should be installed. (Embodiment 3) FIG. 5 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a projection type display device using the illumination optical system of the present invention. Λ / 2 phase difference plate 14 which is a polarization plane rotating element, polarization beam splitter 16 which is a polarization separating element, prism type reflection mirror 1
A polarization conversion element composed of 7 etc. and the first lens plate 2
The light transmitting element including the first and second lens plates 22 and the illumination optical system including both of them are functionally the same as those used in the illumination optical system of the first embodiment.

【0025】光源10からのランダム偏光11は本発明
の照明光学系によりS偏光に変換された後、フィールド
レンズ43近傍で重畳結合され、ライトバルブ51に照
明光として導かれる。フィールドレンズは先の実施例2
で説明したように、ライトバルブへの光の入射角度を小
さくし、投写レンズによる光損失を最少限にとどめるた
めに設置されているが、投写レンズの特性によっては必
ずしも必要というものではない。ここでは、ライトバル
ブとして液晶ライトバルブを1枚のみ用いており、液晶
ライトバルブの表裏面には各々2枚の偏光板が貼られて
いる。光の入射側に位置する偏光板の透過軸はS偏光の
偏光軸と一致する様に、他方、光の出射側に位置する偏
光板の透過軸はS偏光の偏光軸と直交する様に各偏光板
は配置されている。本実施例の場合、液晶ライトバルブ
にはS偏光が入射するため、本来ならば入射側の偏光板
は不要であるが、液晶ライトバルブに入射する偏光の偏
光度を更に向上させるために用いている。液晶ライトバ
ルブは画像信号に応じて透過光量を変化させ、透過光量
差により表示画像を形成するものであり、液晶を利用し
たものが一般的である。しかし、液晶の他にも、電気光
学結晶などの様に光学特性の変化として画像信号を形成
できるものならライトバルブとして使用できる。ライト
バルブにより形成された表示画像は、投写レンズ52に
よりスクリーン53面に拡大投写される。
Randomly polarized light 11 from the light source 10 is converted into S-polarized light by the illumination optical system of the present invention, then superposed and combined near the field lens 43 and guided to the light valve 51 as illumination light. The field lens is the same as in the second embodiment.
As described above, it is installed in order to reduce the incident angle of light to the light valve and minimize the light loss due to the projection lens, but it is not always necessary depending on the characteristics of the projection lens. Here, only one liquid crystal light valve is used as a light valve, and two polarizing plates are attached to each of the front and back surfaces of the liquid crystal light valve. The transmission axis of the polarizing plate located on the light incident side is aligned with the polarization axis of S-polarized light, while the transmission axis of the polarizing plate located on the light exit side is orthogonal to the polarization axis of S-polarized light. The polarizing plate is arranged. In the case of this embodiment, since S-polarized light is incident on the liquid crystal light valve, a polarizing plate on the incident side is normally unnecessary, but it is used to further improve the polarization degree of polarized light incident on the liquid crystal light valve. There is. The liquid crystal light valve changes the amount of transmitted light according to an image signal and forms a display image by the difference in the amount of transmitted light, and generally uses a liquid crystal. However, in addition to the liquid crystal, a light valve can be used as long as it can form an image signal as a change in optical characteristics such as an electro-optic crystal. The display image formed by the light valve is enlarged and projected on the screen 53 surface by the projection lens 52.

【0026】一般に、投写型表示装置では投写レンズに
おける光損失や拡大投写に伴う光の分散により、スクリ
ーン面における表示画像は大変暗くなる。よって、明る
い表示画像を得るためには、ライトバルブを照明する照
明光の光量を可能な限り多くすることが必要不可欠であ
る。従って、図5に示す様に、本発明による照明光学系
をこの様な投写装置に組み入れることにより、ライトバ
ルブにおける照明効率を上げ、結果として明るい表示画
像を得ることが可能となる。 (実施例4)図6は本発明の照明光学系を用いた投写型
表示装置の第2の実施例を示す断面略図である。本実施
例の特徴は、照明光学系の途中に光源からの光を3原色
に分解する色光分離要素、3枚の液晶ライトバルブ、及
び、液晶ライトバルブにより形成された3つの表示画像
を合成する色光合成要素を用いてカラー化された表示画
像の拡大投写を可能にした点にある。但し、液晶ライト
バルブを照明する照明光学系の基本的な構造は実施例3
の場合と同じである。
Generally, in a projection display device, the display image on the screen surface becomes very dark due to the light loss in the projection lens and the light dispersion due to the enlarged projection. Therefore, in order to obtain a bright display image, it is essential to increase the amount of illumination light that illuminates the light valve as much as possible. Therefore, as shown in FIG. 5, by incorporating the illumination optical system according to the present invention into such a projection device, the illumination efficiency in the light valve can be increased, and as a result, a bright display image can be obtained. (Embodiment 4) FIG. 6 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the projection type display apparatus using the illumination optical system of the present invention. The feature of this embodiment is that a color light separation element for separating light from a light source into three primary colors in the middle of an illumination optical system, three liquid crystal light valves, and three display images formed by the liquid crystal light valves are combined. The point is that it is possible to enlarge and project a colorized display image by using a color light combining element. However, the basic structure of the illumination optical system for illuminating the liquid crystal light valve is the same as that of the third embodiment.
Is the same as in.

【0027】偏心系の単位レンズにより構成された第1
のレンズ板21の後(反光源側)には青色光のみを選択
的に反射する青反射ダイクロイックミラー61が置か
れ、ここで2分された2つの光束は各々反射ミラー62
(但し、青色光は両面反射ミラー63)により2ヶ所の
第2のレンズ板22に導かれる。青反射ダイクロイック
ミラーを透過した光は、第2のレンズ板22を経た後、
緑反射ダイクロイックミラー64により緑色光(反射
光)と赤色光(透過光)に再び2分され、各々反射ミラ
ー62(但し、緑色光は両面反射ミラー63)により光
路を曲げられた後、フィールドレンズ43を経て、各々
対応する緑色用ライトバルブ65及び赤色用ライトバル
ブ66に達する。一方、青色光は2枚の反射ミラー62
により光路を曲げられた後、フィールドレンズ43を経
て青色用液晶ライトバルブ67に達する。3枚の液晶ラ
イトバルブの各々には、実施例3で示した様に2枚づつ
の偏光板が貼られている。また、フィールドレンズ43
の使用目的は実施例3の場合と同じである。
A first unit composed of a decentered unit lens
A blue reflection dichroic mirror 61 that selectively reflects only blue light is placed after the lens plate 21 of (1) (the side opposite to the light source), and the two luminous fluxes bisected here are respectively reflected by the reflection mirror 62.
(However, the blue light is guided to the two second lens plates 22 by the double-sided reflection mirror 63). The light transmitted through the blue reflection dichroic mirror passes through the second lens plate 22 and then
The green reflection dichroic mirror 64 again divides the light into green light (reflected light) and red light (transmitted light), and the reflection mirror 62 (however, green light is a double-sided reflection mirror 63) bends the optical path, and then the field lens. After 43, the corresponding green light valve 65 and red light valve 66 are reached. On the other hand, blue light is reflected by two reflection mirrors 62.
After the optical path is bent by, it reaches the blue liquid crystal light valve 67 through the field lens 43. Two polarizing plates are attached to each of the three liquid crystal light valves, as shown in the third embodiment. In addition, the field lens 43
The purpose of use is the same as in Example 3.

【0028】3枚の液晶ライトバルブにより形成された
3枚の表示画像(青色画像、緑色画像、赤色画像)は色
光合成要素である色合成用ダイクロイックプリズム68
により、一枚のカラー化された表示画像に合成され、投
写レンズ52によりスクリーン53面に拡大投写され
る。
The three display images (blue image, green image and red image) formed by the three liquid crystal light valves are color combining dichroic prisms 68 which are color light combining elements.
Thus, it is combined into a single colorized display image and enlarged and projected onto the screen 53 surface by the projection lens 52.

【0029】3枚のライトバルブを用いた投写型表示装
置は高解像度化がはかれることから、投写型表示装置の
主流になっている。本発明の照明光学系は、この様な投
写型表示装置に組み込んだ場合においても、その機能を
有効に発揮させることが可能であり、明るい表示画像を
得るための有力な光学的手段となり得る。
The projection type display device using three light valves has become the mainstream of the projection type display device because of its high resolution. The illumination optical system of the present invention can effectively exert its function even when incorporated in such a projection display device, and can be a powerful optical means for obtaining a bright display image.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上述べたように本発明の照明光学系で
は、偏光変換要素に2種類のレンズ部からなる光伝達要
素を組み合わせることにより、ランダム偏光を特定の直
線偏光に変換し、変換後の2つの光束を光の発散損失を
殆ど生じることなく効果的に重畳結合しつつ照明領域に
導くことが出来るため、結果として、偏光のみを高効率
で出射する明るい照明光学系を実現できる。特に、光束
変換要素から出射される光束を複数の光束に細分化し、
その各々の光束を照明領域近傍で重畳結合するため、光
源において発生している照度ムラ及び色ムラ(光源の点
光源性が低い場合には、この種のムラが発生し易い)が
平均化され、結果として、照度ムラ及び色ムラが極めて
小さい照明光が得られるという特徴を有する。以上のこ
とから、本発明の照明光学系は点光源性の悪い光源を用
いた場合に特に有用である。
As described above, in the illumination optical system of the present invention, the polarization conversion element is combined with the light transmission element composed of two kinds of lens portions to convert the random polarization into the specific linear polarization, and after the conversion. It is possible to guide the two luminous fluxes to the illumination area while effectively superimposing and coupling them with almost no divergence loss of light, and as a result, it is possible to realize a bright illumination optical system that emits only polarized light with high efficiency. Particularly, the light flux emitted from the light flux conversion element is subdivided into a plurality of light fluxes,
Since the respective luminous fluxes are superposed and combined in the vicinity of the illumination area, the illuminance unevenness and the color unevenness (in the case where the light source has a low point light source property, this kind of unevenness is likely to occur) are averaged. As a result, there is a feature that illumination light with extremely small illuminance unevenness and color unevenness can be obtained. From the above, the illumination optical system of the present invention is particularly useful when a light source having a poor point light source property is used.

【0031】更に、本発明の照明光学系を用いることに
より、照度ムラ及び色ムラの極めて少ない明るい投写型
表示装置を実現することができ、本発明の照明光学系は
特に高精細型の投写型表示装置に対して有効である。
Further, by using the illumination optical system of the present invention, it is possible to realize a bright projection type display device with extremely little unevenness of illuminance and color unevenness, and the illumination optical system of the present invention is a high definition projection type. Effective for display devices.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の照明光学系における第1の実施例の
構成を示す断面略図。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration of a first embodiment of an illumination optical system of the present invention.

【図2】 実施例1で用いた第1のレンズ板及び第2の
レンズ板の外観略図。
FIG. 2 is a schematic external view of a first lens plate and a second lens plate used in Example 1.

【図3】 本発明の照明光学系における単位レンズ間の
光学的な対応関係を説明するための図。
FIG. 3 is a diagram for explaining an optical correspondence relationship between unit lenses in the illumination optical system of the present invention.

【図4】 本発明の照明光学系における第2の実施例の
構成を示す断面略図。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing the configuration of a second embodiment of the illumination optical system of the present invention.

【図5】 本発明の照明光学系を用いた投写型液晶表示
装置における第1の実施例の構成を示す断面略図。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a first embodiment of a projection type liquid crystal display device using the illumination optical system of the present invention.

【図6】 本発明の照明光学系を用いた投写型液晶表示
装置における第2の実施例の構成を示す断面略図。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing the configuration of a second embodiment of the projection type liquid crystal display device using the illumination optical system of the present invention.

【図7】 従来の偏光変換要素のみを用いた照明光学系
の概要を示す断面略図。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing an outline of a conventional illumination optical system using only polarization conversion elements.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 光源 11 ランダム偏光(自然光) 12 P偏光 13 S偏光 14 λ/2位相差板 15 S'偏光(P偏光から変換されたS偏光) 16 偏光ビームスプリッタ 17 プリズム型反射ミラー 21 第1のレンズ板 22 第2のレンズ板 23 照明領域 24 第1のレンズ板を構成する単位レンズ 25 第2のレンズ板を構成する単位レンズ 26 照明光学系の光軸 31 レンズA(照明光学系の光軸上にある) 32 レンズA(照明光学系の光軸上にはない) 33 レンズB(照明光学系の光軸上にある) 34 レンズB(照明光学系の光軸上にはない) 35 レンズA近傍の像 36 レンズBの中央付近に入射する光 37 レンズBの周辺付近に入射する光 41 平凸レンズ 42 同一形状の単位レンズ 43 フィールドレンズ 44 TN型液晶素子 51 ライトバルブ 52 投写レンズ 53 スクリーン 61 青反射ダイクロイックミラー 62 反射ミラー 63 両面反射ミラー 64 緑反射ダイクロイックミラー 65 緑色用液晶ライトバルブ 66 赤色用液晶ライトバルブ 67 青色用液晶ライトバルブ 68 色光合成用ダイクロイックプリズム 71 偏光分離要素 10 light sources 11 Random polarization (natural light) 12 P polarization 13 S polarization 14 λ / 2 retardation plate 15 S'polarized light (S polarized light converted from P polarized light) 16 Polarizing beam splitter 17 Prism type reflection mirror 21 First lens plate 22 Second lens plate 23 Illumination area 24 Unit lens forming the first lens plate 25 Unit lens forming the second lens plate 26 Optical axis of illumination optical system 31 lens A (on the optical axis of the illumination optical system) 32 lens A (not on the optical axis of the illumination optical system) 33 Lens B (located on the optical axis of the illumination optical system) 34 Lens B (not on the optical axis of the illumination optical system) 35 Image near lens A 36 Light incident near the center of lens B 37 Light incident near the periphery of lens B 41 Plano-convex lens 42 Unit lenses of the same shape 43 field lens 44 TN type liquid crystal element 51 light valve 52 Projection lens 53 screen 61 Blue reflective dichroic mirror 62 reflective mirror 63 Double-sided reflection mirror 64 green reflective dichroic mirror 65 Liquid crystal light valve for green 66 red liquid crystal light valve 67 Blue liquid crystal light valve Dichroic prism for 68-color light synthesis 71 Polarization separation element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 1/1335 510 G02F 1/1335 510 1/13357 1/13357 Fターム(参考) 2H088 EA14 HA15 HA18 HA24 JA05 JA11 JA13 MA04 2H091 FA10Z FA11Z FA26X FA26Z FA27Z FA41Z LA18 MA07 2H099 AA12 BA09 CA02 CA08 DA09 2K103 AA01 AA05 AB05 AB06 BC15 BC17 BC26 BC27 CA17 CA40─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G02F 1/1335 510 G02F 1/1335 510 1/13357 1/13357 F term (reference) 2H088 EA14 HA15 HA18 HA24 JA05 JA11 JA13 MA04 2H091 FA10Z FA11Z FA26X FA26Z FA27Z FA41Z LA18 MA07 2H099 AA12 BA09 CA02 CA08 DA09 2K103 AA01 AA05 AB05 AB06 BC15 BC17 BC26 BC27 CA17 CA40

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源からのランダム偏光をP波とS波の
2つの直線偏光に分離する偏光分離要素と、分離された
前記2つの偏光のうち片方の直線偏光の偏光面を回転さ
せ他方の直線偏光の偏光面と一致させる偏光面回転要素
と、を有する偏光変換要素を備えた照明光学系であっ
て、 前記2つの偏光のうち前記偏光分離要素で反射した一方
の偏光を、この偏光の光軸を折り曲げて他方の偏光の出
射方向とほぼ同じ方向に出射させるプリズム型反射ミラ
ーを備え、 前記偏光変換要素から出射される偏光面回転作用を受け
た偏光と受けない偏光とをほぼ重畳した状態で照明領域
へと導くための光伝達要素が前記偏光変換要素と前記照
明領域の間に配置され、 前記光伝達要素は、前記偏光変換要素からの光の入射部
に配置される第1のレンズ部と、前記第1のレンズ部と
前記照明領域の間に配置される第2のレンズ部とを備
え、 前記第1のレンズ部は、前記偏光変換要素からの出射光
の光軸と直角をなす平面内に複数の第1単位レンズを各
々配列した第1のレンズ板を備え、 前記第2のレンズ部は、前記偏光変換要素からの出射光
の光軸と直角をなす平面内に前記複数の第1単位レンズ
の各々に対応した複数の第2単位レンズを各々配列した
第2のレンズ板を備え、 前記複数の第1単位レンズによって形成される複数の光
源像を、前記複数の第2単位レンズ各々の中心近傍に形
成し、且つ、前記複数の第1単位レンズ近傍の像を、前
記第2のレンズ部により照明領域近傍に重畳結像させる
様に、前記第1のレンズ板及び前記第2のレンズ板を配
置したことを特徴とする照明光学系。
1. A polarization separating element for separating random polarized light from a light source into two linearly polarized light of P wave and S wave, and rotating the polarization plane of one of the separated two polarized light to rotate the other. An illumination optical system including a polarization conversion element having a polarization plane rotation element that matches a polarization plane of linearly polarized light, wherein one of the two polarizations reflected by the polarization separation element is A prism-type reflection mirror that bends the optical axis and emits light in the same direction as the emission direction of the other polarized light is provided. A light transmitting element for guiding the light to the illumination area in a state is arranged between the polarization converting element and the illumination area, and the light transmitting element is arranged at an incident portion of light from the polarization converting element. In front of the lens part A first lens unit and a second lens unit arranged between the illumination areas are provided, and the first lens unit is in a plane perpendicular to the optical axis of the light emitted from the polarization conversion element. A first lens plate in which a plurality of first unit lenses are respectively arranged, and the second lens portion is arranged in a plane perpendicular to the optical axis of the light emitted from the polarization conversion element. A second lens plate in which a plurality of second unit lenses corresponding to each of the unit lenses are arrayed, and a plurality of light source images formed by the plurality of first unit lenses are provided to each of the plurality of second unit lenses. The first lens plate and the second lens unit so as to form an image near the center of the plurality of first unit lenses in the vicinity of the illumination area by the second lens unit. An illumination optical system characterized in that a lens plate is arranged.
【請求項2】 光源からのランダム偏光をP波とS波の
2つの直線偏光に分離する偏光分離要素と、分離された
前記2つの偏光のうち片方の直線偏光の偏光面を回転さ
せ他方の直線偏光の偏光面と一致させる偏光面回転要素
と、を有する偏光変換要素を備えた照明光学系であっ
て、 前記2つの偏光のうち前記偏光分離要素で反射した一方
の偏光を、この偏光の光軸を折り曲げて他方の偏光の出
射方向とほぼ同じ方向に出射させる反射ミラーを備え、 前記偏光変換要素から出射される偏光面回転作用を受け
た偏光と受けない偏光とをほぼ重畳した状態で照明領域
へと導くための光伝達要素が前記偏光変換要素と前記照
明領域の間に配置され、 前記光伝達要素は、前記偏光変換要素からの光の入射部
に配置される第1のレンズ部と、前記第1のレンズ部と
前記照明領域の間に配置される第2のレンズ部とを備
え、 前記第1のレンズ部は、前記偏光変換要素からの出射光
の光軸と直角をなす平面内に複数の第1単位レンズを各
々配列した第1のレンズ板を備え、 前記第2のレンズ部は、前記偏光変換要素からの出射光
の光軸と直角をなす平面内に前記複数の第1単位レンズ
の各々に対応した複数の第2単位レンズを各々配列した
第2のレンズ板を備え、 前記複数の第1単位レンズによって形成される複数の光
源像を、前記複数の第2単位レンズ各々の中心近傍に形
成し、且つ、前記複数の第1単位レンズ近傍の像を、前
記第2のレンズ部により照明領域近傍に重畳結像させる
様に、前記第1のレンズ板及び前記第2のレンズ板を配
置してなり、 前記ランダム偏光が前記P波及びS波に分離される分離
方向を含む平面に平行な方向を幅方向としたときに、前
記第1単位レンズの前記幅方向の寸法は、前記偏光分離
要素の前記幅方向の寸法の1/n(nは自然数)倍に設
定されていることを特徴とする照明光学系。
2. A polarization separating element for separating random polarized light from a light source into two linearly polarized light of P wave and S wave, and rotating the polarization plane of one of the separated two polarized light to rotate the other. An illumination optical system including a polarization conversion element having a polarization plane rotation element that matches a polarization plane of linearly polarized light, wherein one of the two polarizations reflected by the polarization separation element is A reflection mirror that bends the optical axis and emits light in the same direction as the emission direction of the other polarized light is provided, and the polarized light that is output from the polarization converting element and the polarized light that is not rotated is substantially overlapped. A light transmitting element for guiding the light to the illumination area is arranged between the polarization conversion element and the illumination area, and the light transmission element is arranged at an incident portion of light from the polarization conversion element. And the first A lens part and a second lens part arranged between the illumination regions, wherein the first lens part is provided with a plurality of first lens parts in a plane perpendicular to the optical axis of the light emitted from the polarization conversion element. A first lens plate in which one unit lens is arranged is provided, and the second lens unit includes each of the plurality of first unit lenses in a plane perpendicular to an optical axis of light emitted from the polarization conversion element. A second lens plate in which a plurality of second unit lenses corresponding to are arranged, and a plurality of light source images formed by the plurality of first unit lenses are provided near the center of each of the plurality of second unit lenses. The first lens plate and the second lens plate are arranged so that images formed near the plurality of first unit lenses are superimposed and imaged in the vicinity of the illumination area by the second lens unit. The randomly polarized light is divided into the P wave and the S wave. When the width direction is a direction parallel to a plane including the separation direction to be separated, the width dimension of the first unit lens is 1 / n (n is a natural number) of the width dimension of the polarization separation element. ) An illumination optical system characterized by being set to double.
【請求項3】 請求項2記載の照明光学系において、 前記第1単位レンズの前記幅方向の寸法は、前記反射ミ
ラーを前記照明光学系の光軸方向に投影したときの前記
幅方向の投影寸法の1/n(nは自然数)倍に設定され
ていることを特徴とする照明光学系。
3. The illumination optical system according to claim 2, wherein the dimension of the first unit lens in the width direction is the projection in the width direction when the reflection mirror is projected in the optical axis direction of the illumination optical system. An illumination optical system characterized by being set to 1 / n times (n is a natural number) times the dimension.
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の照
明光学系において、 前記第1のレンズ部或いは第2のレンズ部の少なくとも
一方が、1つの平凸レンズと前記レンズ板とを備えるこ
とを特徴とする照明光学系。
4. The illumination optical system according to claim 1, wherein at least one of the first lens portion and the second lens portion includes one plano-convex lens and the lens plate. An illumination optical system characterized by.
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載の照
明光学系と、前記照明光学系からの光を画像信号により
変調して画像を形成するライトバルブと、形成された画
像をスクリーン上に投写表示する投写光学系と、を備え
ることを特徴とする投写型表示装置。
5. The illumination optical system according to claim 1, a light valve that forms an image by modulating light from the illumination optical system with an image signal, and the formed image on a screen. A projection type display device, comprising: a projection optical system for projecting and displaying on a screen.
【請求項6】 請求項1ないし4のいずれかに記載の照
明光学系と、光源からの光を3色光に分離する色光分離
要素と、各色光を画像信号により変調して画像を形成す
る3つのライトバルブと、各色光からなる3種の画像を
1つに合成する色光合成要素と、合成された画像をスク
リーン上に投写表示する投写光学系と、を備えることを
特徴とする投写型表示装置。
6. An illumination optical system according to claim 1, a color light separating element for separating light from a light source into three color lights, and each color light being modulated by an image signal to form an image 3. A projection display comprising two light valves, a color light combining element for combining three types of images of respective color lights into one, and a projection optical system for projecting and displaying the combined image on a screen. apparatus.
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