JPH05181135A

JPH05181135A - 偏光照明装置及び該偏光照明装置を用いた投写表示装置

Info

Publication number: JPH05181135A
Application number: JP92245A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Kimura; 一己木村; Hideaki Mitsutake; 英明光武
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-01-06
Filing date: 1992-01-06
Publication date: 1993-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】偏光照明装置をコンパクト化する為、偏光ビ
ームスプリッタをアレイ化した時に、前記偏光ビームス
プリッタのピッチに対応して発生する輝度ムラ、色ムラ
を低減する。【構成】光源とアレイ化された偏光ビームスプリッタ
を有する偏光照明装置に於て、偏光ビームスプリッタに
入射する光束の拡がり角を±θ、被照明体と前記アレイ
化された偏光ビームスプリッタの間の距離をＬ、前記ア
レイ化された偏光ビームスプリッタのピッチをＰとした
ときに、２Ｌｔａｎθ≧ＰとなるようにピッチＰを設定
した。これにより被照明体上での照明光の色ムラ、輝度
ムラを目立たなくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は偏光照明装置及び該偏光
照明装置を有する投写表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、偏光照明装置の小型化、軽量化を
目指して、アレイ化した偏光素子を搭載した偏光照明装
置が提案されている。図１６はそのような偏光照明装置
を用いた投写表示装置の従来例を示す要部構成図であ
り、特開平２−６２４７５に記載されているものであ
る。

【０００３】１は光源、２は反射ミラー、２０は偏光素
子、２０３ａ、２０３ｂは偏光分離作用膜、７は液晶ラ
イトバルブ、２２はλ／４光学位相板である。図１６に
おいて２つの偏光分離作用膜２０３ａ、２０３ｂはほぼ
９０度の角度で互いの端部が接しており、偏光素子２０
は図に示す様にそれらを単位とした繰り返し構造となっ
ている。反射鏡２によって略平行光となった光源１から
のランダム光Ａｏは偏光素子２０の偏光分離作用膜２０
３ａにより、Ｐ偏光光Ａｐは透過され、Ｓ偏光光Ａｓは
反射される。Ｓ偏光光Ａｓは更に光路に設置されている
他方の偏光分離作用膜２０３ｂで反射され、光学軸が所
望の方向に設定されているλ／４光学位相板２２を通過
後、円偏光光Ａｒとなり、光源１、反射鏡２を介して再
度λ／４光学位相板２２を通過する事によりＰ偏光光Ａ
ｐ′となって偏光分離作用膜を透過し、液晶ライトバル
ブ７に入射する。この投写表示装置では、偏光分離作用
膜２０３ａまたは２０３ｂで分離されるＰ偏光光Ａｐと
Ｓ偏光光Ａｓの両偏光光を、同じ偏光方向を持つ偏光光
Ａｐ、Ａｐ′とし、液晶ライトバルブ７を照明すること
ができるため、偏光照明装置を用いない投写表示装置に
比べて大幅な光利用効率のアップが図れまた、アレイ化
することにより一般の偏光照明装置に比べて軽量化、小
型化が達成できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、偏光素子を
アレイ化した時、１つのユニット幅をピッチＰとする輝
度ムラや色ムラが生じる事になり、そのような偏光素子
を用いた偏光照明装置で投写表示装置を構成すると投影
される画像は非常に見にくくなってしまう。

【０００５】従来例を用いて色ムラが生じる様子を説明
する。光源は有限の径をもっているので、反射ミラーで
被照明体（従来例では液晶ライトバルブ）へ向けられた
光は完全な平行光とはならずある拡がり角をもった光と
なる。そのような光が偏光分離作用膜を通過し、液晶ラ
イトバルブへ入射する様子を示したのが図１７である。

【０００６】周知のように誘電体の多層膜である偏光分
離作用膜には角度依存性があり、所望の角度で光が入射
しないと偏光分離特性が落ちたり、偏光分離作用膜通過
後の光の波長成分が変わってしまう。例えば、偏光分離
作用膜に対して４５度より大きな角度で白色光が入射す
ると出射光は赤みがかかり、４５度より小さな角度だと
出射光は青っぽくなるとする。すると図１７に示す様
に、液晶ライトバルブ７を照明する照明光に於て、赤み
がかかった領域Ｃ、青みがかかった領域Ｂ、双方が混ざ
った領域Ａに分かれ、色ムラとなってしまう。

【０００７】輝度ムラについても同様に説明できる。例
えば、偏光分離作用膜に対して４５度より大きな角度で
光が入射するとＰ偏光光の透過率が悪くなり、４５度よ
り小さな角度だとＰ偏光光の透過率が良くなるとすれ
ば、明るい領域と暗い領域が生じ、つまり輝度ムラとな
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、偏光素子のア
レイのピッチに対応した輝度ムラ、色ムラの目立たない
薄型偏光素子を提供する事を目的とし、本発明は、光源
の大きさが有限である事に起因して照明手段からの光束
は決して完全な平行光とはならないことを利用し、偏光
素子に入射する光束の拡がり角±θ、偏光素子と被照明
体間の距離Ｌからアレイ化された偏光手段の最適なピッ
チＰを決定している。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の偏光素子を用いた投写表示装
置の構成を示したものであり、ハロゲンランプ、メタル
ハライドランプなどからなる光源１、光源１から発せら
れる光束の一部を反射する反射鏡２、光源１から直接ま
たは反射鏡２を介して入射される光束の熱線を吸収また
は反射する熱線カットフィルター３、熱線が除去された
光束を平行光束に変換するコンデンサレンズ４、旋光体
であるλ／４光学位相板２２、平行光束を直線偏光光に
変換する偏光素子２０、直線偏光光となった平行光束を
投写レンズ１０の瞳内に集光するコンデンサレンズ２
１、直線偏光光を画像信号に応じて変調する液晶ライト
バルブ７、変調された直線偏光光のうちその透過軸方向
の成分のみを透過する偏光板８、透過した直線偏光光を
不図示のスクリーンに拡大投写する投写レンズ１０とを
有する。

【００１０】図２は本発明の偏光素子の一部の斜視図を
示したものであり、図３は同じく断面図を示したもので
ある。

【００１１】１つのユニットは、入射光側に面を持つ直
角プリズム２０１と、出射光側に面を持つ直角プリズム
２０２、直角プリズム２０１及び２０２の接合部に設け
られた偏光分離作用膜２０３により構成されている。当
該偏光素子は、上記個々のユニットを図のように複数接
合し、接合部には全反射ミラー２０４が設けられた構成
となっている。

【００１２】図４を用いて本発明の偏光素子２０の作用
を説明する。

【００１３】偏光分離作用膜２０３は、該偏光分離作用
膜２０３への４５度入射光に対して、偏光分離作用膜面
に平行な偏光成分（Ｓ偏光光とする）は反射し、Ｓ偏光
光に対して垂直な偏光成分（Ｐ偏光光とする）は透過す
る作用を持つ。

【００１４】図４において不定偏光光である光束αは偏
光分離作用膜２０３において、光束αのうちＰ偏光光Ｌ
_P はそのまま透過して、偏光素子２０より出射される。
一方、反射されるＳ偏光光Ｌ_S は全反射ミラー２０４で
垂直反射され、再び偏光分離作用膜２０３で反射された
後、Ｌ_S ′として前記Ｌ_P とは反対方向に出射される。
図からも明らかなように全反射ミラー２０４の裏側、つ
まり直角プリズム２０２に面した側は、光束を反射させ
る必要がないので、乱反射を防ぐために光吸収面として
もよい。

【００１５】Ｓ偏光光Ｌ_S ′のその後について図５を用
いて説明する。図５は簡単のため光源１、反射鏡２、コ
ンデンサレンズ４、λ／４光学位相板２２、偏光素子２
０のみ示して他は省略した。

【００１６】図４で説明したように偏光素子２０におい
て分離されたＳ偏光光Ｌ_S ′は、所望の方向に光学軸が
設定されているλ／４光学位相板２２の作用を受け円偏
光光Ｌ_C となった後、コンデンサレンズ４を介してコン
デンサレンズ４の焦点位置にあり、反射鏡２の曲率中心
の位置に置かれた光源１に向かう。光源１に入射する円
偏光光Ｌ_C の一部は、図に示すようにその偏光状態を保
持したまま透過し、反射鏡２で反射されるが、円偏光光
Ｌ_C は反射の際、その進行方向に対する回転方向を変え
円偏光光Ｌ_C ′となり、光源１へ向かう。ここで分かり
やすくするために反射前と反射後で光路をずらして示し
てある。再び光源１を透過した円偏光光Ｌ_C ′は、再び
コンデンサレンズ４を介してλ／４光学位相板２２及び
偏光素子２０へと向かう。Ｓ偏光光Ｌ_S ′はこのように
Ｌ_S ′→Ｌ_C →Ｌ_C ′→Ｌ_P ′という具合に変換される
ので、結果的にλ／４光学位相板を２度通過する。この
為、λ／４光学位相板２２は作用としてλ／２光学位相
板と同じになりＳ偏光光Ｌ_S ′の偏光方向を９０度回転
させることが出来るので、Ｓ偏光光であったＬ_S ′はＰ
偏光光Ｌ_P ′として偏光素子２０を透過する。

【００１７】一方、円偏光光Ｌ_C のうち光源１で拡散さ
れ、偏光状態が多少変化した光は、あたかも光源から発
した光のように振る舞い、コンデンサレンズ４を介して
偏光素子２０を照射する。そして同じ動作を繰り返して
やがてはＰ偏光光Ｌ_P ′となる。

【００１８】本実施例では図５に示す様に繰り返し構造
のピッチをＰ、図示してはいないが偏光素子に入射する
光束の拡がり角をθ、被照明体と偏光素子の間の距離を
Ｌとしたときに２Ｌｔａｎθ≧Ｐとすれば、偏光素子の
アレイ構造に起因して生じる色ムラや輝度ムラが被照明
体上でうまくキャンセルできる。この様子を輝度ムラを
例にとって図６に示した。図６は２Ｌｔａｎθ＝Ｐの
条件を満たす配置である。不図示の照明手段から角度θ
の拡がりをもって入射してきた光束のうち反射面２０４
に当たる光束は図中矢印で示す様に反射面２０４で反射
（反射面２０４の裏面が吸収面になっていれば吸収）す
る為、斜線で示す様な領域に於て輝度の低下が起き、通
常、被照明面である液晶ライトバルブ上で輝度ムラが起
きるはずである。ところが、上記条件により輝度低下の
領域が、隣接する輝度低下の領域と重なるために輝度ム
ラが解消される。２Ｌｔａｎθ＞Ｐにした時は、さらに
重畳効果が促進される。

【００１９】本実施例では直角プリズム２０１と２０２
を用いたが、直角でなくともよい。例えばプリズム２０
１を直角から多少ずらすと、光源へ戻る円偏光光Ｌ_C の
光軸がずれ、円偏光光Ｌ_C の少なくとも一部が光源１を
避けて通るので、光源１に直接ぶつかる円偏光光Ｌ_C は
少なくなる。

【００２０】通常、光源に光が当たると透過、拡散され
る以外に吸収などによる損失光が生じる。該損失光は決
して無視できる量ではないので、前述したように、光源
１に直接ぶつかる円偏光光Ｌ_C を少なくするのは光利用
効率アップにつながる。

【００２１】図７に他の偏光素子の実施例を示す。

【００２２】図７はプリズム２０１′、プリズム２０
２′、偏光分離作用膜２０３′で構成される偏光ビーム
スプリッタと、プリズム２０１″、プリズム２０２″、
偏光分離作用膜２０３″で構成される偏光ビームスプリ
ッタを、偏光分離作用膜２０３′と２０３″が直交する
ように張り合わせ、その接合部に全反射ミラー２０４を
設けて、図のようにアレイ化したものである。この場
合、２０４は裏表共に全反射面となっており、偏光分離
作用膜２０３′と２０３″で反射されたＳ偏光光を両面
で反射させているので、全反射ミラー２０４を設ける面
を半分にすることができる。また、プリズム２０２′２
０２″は１つのプリズムとして作製する事ができる。

【００２３】本実施例に於ても輝度ムラ、色ムラ等が偏
光素子構造の周期に合わせて表れるはずだが、前実施例
と同様に偏光素子の１ユニットのピッチＰ、偏光素子２
０に入射する光束の拡がり角θ、被照明体と偏光素子と
の間の距離Ｌを本発明の条件に合わせれば、光束の拡が
り角による重畳効果により、上記輝度ムラ、色ムラ等は
目立たなくなる。

【００２４】図８に本発明の他の実施例を示す。

【００２５】図８はガラスなどからなる板状の部材の一
方の面に、該板状部材の他方の面に対して垂直な面と、
同じく他方の面に対してほぼ４５度をなすような斜面と
を交互に設け、前記垂直な面には全反射ミラー２０４
を、前記４５度をなす面には偏光分離作用膜を設け、そ
れに前記板状部材と同一の形状の部材を張り合せたもの
であり、照明系からの光束に対する作用は第１実施例と
同様であるが、本実施例は強度の面で非常に優れている
という効果も合わせ持つ。

【００２６】図９は本発明の偏光照明装置の他の実施例
の要部を示したものであり、偏光素子２０に相当する部
分のみ示した。

【００２７】本実施例の偏光素子２０は、直角三角形を
断面とする三角柱の形状をした直角プリズム２０１と２
０２の、直角を挟んでいる面のどちらか一方に夫々偏光
分離作用膜を設け、該偏光分離作用膜を有する面どうし
を張り合せたものである。尚、偏光分離作用膜は直角プ
リズム２０１、２０２のどちらか一方のみに設けても良
い。

【００２８】偏光分離作用膜２０３は、偏光分離作用膜
２０３へほぼ４５度の入射角で入射する光に対して、偏
光分離作用膜２０３に平行な偏光方向を持つＳ偏光光は
反射し、Ｓ偏光光に対して垂直な偏光方向を持つＰ偏光
光は透過する作用を持つ。偏光分離作用膜２０３におい
て、不定偏光光束（ａ）のうちのＰ偏光光Ｌ_P は偏光分
離作用膜２０３を透過して偏光素子２０より出射され
る。一方不定偏光光束（ａ）のうちのＳ偏光光Ｌ_S は偏
光分離作用膜２０３で反射され、更に全反射ミラー２０
４で反射され、Ｌ_S ′として偏光素子２０より出射され
る。

【００２９】もう一方の不定偏光光束（ｂ）は、Ｐ及び
Ｓ偏光光共に、全反射ミラー２０４にて反射され、偏光
分離作用膜２０３において不定偏光光束（ｂ）のうちＰ
偏光光Ｌ_P のみそのまま透過される。そして、Ｐ偏光光
Ｌ_P は全反射ミラー２０４′でＰ偏光光Ｌ_P と同じ進行
方向に向けて反射され、偏光素子２０より出射される。
一方、偏光分離作用膜２０３にて反射されたＳ偏光光は
Ｌ_S として偏光素子２０より出射される。

【００３０】Ｓ偏光光Ｌ_S ′とＬ_S ′のその後について
図１０を用いて説明する。図１０は簡単のため光源１、
球面反射ミラー２、λ／４光学位相板２２、偏光素子２
０のみ示して他は省略した。

【００３１】図９で説明したように偏光素子２０におい
て分離されたＳ偏光光Ｌ_S ′は、所望の方向に光学軸が
設定されているλ／４光学位相板２２の作用を受け円偏
光光Ｌ_C となった後、コンデンサレンズ２１を介してコ
ンデンサレンズ２１の焦点位置にあり、球面反射鏡２の
曲率中心の位置に置かれた光源１に向かう。光源１に入
射する円偏光光Ｌ_C の一部は、図に示すようにその偏光
状態を保持したまま透過し、球面反射鏡２で反射される
が、円偏光光Ｌ_C は反射の際、その進行方向に対する回
転方向を変え円偏光光Ｌ_C ′となり、光源１へ向かう。
ここで分かりやすくするために反射前と反射後で光路を
ずらして示してある。再び光源１を透過した円偏光光Ｌ
_C ′は、再びコンデンサレンズ２１を介してλ／４光学
位相板２２及び偏光素子２０へと向かう。Ｓ偏光光Ｌ
_S ′はこのようにＬ_S ′→Ｌ_C →Ｌ_C ′→Ｌ_P ′という
具合に変換されるので、結果的にλ／４光学位相板を２
度通過する。この為、λ／４光学位相板２２は作用とし
てλ／２光学位相板と同じになりＳ偏光光Ｌ_S ′の偏光
方向を９０度回転させることが出来るので、Ｓ偏光光で
あったＬ_S ′はＰ偏光光Ｌ_P ′として偏光素子２０を透
過する。

【００３２】一方、円偏光光Ｌ_C のうち光源１で拡散さ
れ、偏光状態が多少変化した光は、あたかも光源から発
した光のように振る舞い、コンデンサレンズ２１を介し
て偏光素子２０を照射する。そして同じ動作を繰り返し
てやがてはＰ偏光光Ｌ_P ′となる。

【００３３】Ｌ_S ′についてもＬ_S ′と同様である。

【００３４】本実施例に於ても輝度ムラ、色ムラ等が図
示したような偏光素子構造の周期Ｐに合わせて表れるは
ずだが、前実施例と同様にピッチＰ、偏光素子２０に入
射する光束の拡がり角θ、被照明体と偏光素子との間の
距離Ｌを本発明の条件に合わせれば、光束の拡がり角に
よる重畳効果により、上記輝度ムラ、色ムラ等は目立た
なくなる。

【００３５】図１１は本発明の偏光照明装置の他の実施
例の要部を示したものであり、偏光素子２０に相当する
部分のみ示した。

【００３６】本実施例の偏光素子２０は、直角三角形を
断面とする三角柱の形状をした直角プリズム２０１と２
０２の、直角を挟んでいる両方の面に夫々偏光分離作用
膜を設け、該偏光分離作用膜を有する面どうしを張り合
せたものである。尚、偏光分離作用膜は直角プリズム２
０１、２０２のどちらか一方のみに設けても良い。

【００３７】偏光分離作用膜２０３は、偏光分離作用膜
２０３へほぼ４５度の入射角で入射する光に対して、偏
光分離作用膜２０３に平行な偏光方向を持つＳ偏光光は
反射し、Ｓ偏光光に対して垂直な偏光方向を持つＰ偏光
光は透過する作用を持つ。偏光分離作用膜２０３におい
て、不定偏光光束（ａ）のうちのＰ偏光光Ｌ_P は偏光分
離作用膜２０３を透過して偏光素子２０より出射され
る。一方不定偏光光束（ａ）のうちのＳ偏光光Ｌ_S は偏
光分離作用膜２０３で反射され、更に隣接した偏光分離
作用膜２０３で反射され、Ｌ_S ′として偏光素子２０よ
り出射される。

【００３８】もう一方の不定偏光光束（ｂ）も同様にし
てＰ偏光光Ｌ_P とＳ偏光光Ｌ_S に分離される。

【００３９】Ｓ偏光光Ｌ_S ′とＬ_S ′のその後の振る舞
いについては図１０に示したのと同様なので省略する。

【００４０】本実施例に於ても輝度ムラ、色ムラ等が図
示したような偏光素子構造の周期Ｐに合わせて表れるは
ずだが、前実施例と同様にピッチＰ、偏光素子２０に入
射する光束の拡がり角θ、被照明体と偏光素子との間の
距離Ｌを本発明の条件に合わせれば、光束の拡がり角に
よる重畳効果により、上記輝度ムラ、色ムラ等は目立た
なくなる。

【００４１】図１２は本発明の偏光照明装置の他の実施
例の要部を示したものであり、偏光素子２０に相当する
部分のみ示した。

【００４２】本実施例の偏光素子は、入射光束を複数の
光束に分割する光束分割部３０１及び該複数に分割され
た光束の各々について、直線偏光光に変換する偏光変換
部３０２から構成している。

【００４３】光束分割部３０１は入射側に光束を集束さ
せる作用をもつ集束作用面３０１ａの列をもち、出射側
に光束を発散させる作用をもつ発散作用面３０１ｂの列
をもっている。本実施例では集束作用面３０１ａとして
正のパワーをもつレンチキュラーレンズ、発散作用面３
０１ｂとして、集束作用面３０１ａと同じ周期をもちか
つ、対となる収束作用面と共焦点をなす負のパワーのレ
ンチキュラーレンズから構成されており、該負パワーレ
ンズの焦点距離の絶対値を正パワーレンズの焦点距離の
１／２とすることにより、入射平行光束は光束巾が該レ
ンチキュラーレンズピッチの１／２の略平行光の光束に
分割される。発散作用面３０１ｂは集束作用面３０１ａ
と同じ巾をもつ必要はないので、光束の進行を妨げない
範囲でその一部を非作用面３０１ｃで構成してもかまわ
ない。また、非作用面３０１ｃに吸収膜を設ける事によ
り、該光束分割部内での乱反射等による悪影響を軽減す
ることができる。

【００４４】偏光変換部３０２は光束分割部の光束出射
部３０１ｂに対応した、その断面が平行四辺形のガラス
部材２０６と、同等の形状でガラス部材２０６どうしの
間に配置するガラス部材２０５とガラス部材２０６、２
０５が接する面のうち、光束出射部３０１ｂの光路に対
応した面に形成された偏光分離作用膜２０３、他方の面
に形成された反射面２０４及び、λ／２光学位相板１１
からなる。

【００４５】偏光変換部３０２に入射した光束（ａ）は
偏光分離作用膜２０３でＰ偏光光Ｌ_P は透過され、Ｓ偏
光光Ｌ_S は反射される。反射されたＳ偏光光Ｌ_S は反射
面２０４で９０°向きを変えた後、λ／２光学位相板１
１で偏光面を９０°回転され、Ｐ偏光光Ｌ_P ′となっ
て、Ｐ偏光光Ｌ_P と共に同じ直線偏光光として出射され
る。

【００４６】本実施例に於ても輝度ムラ、色ムラ等が図
示したような偏光素子構造の周期Ｐに合わせて表れるは
ずだが、ピッチＰ、偏光変換部３０２に入射する光束の
拡がり角θ′、被照明体と偏光素子との間の距離Ｌを本
発明の条件に合わせれば、光束の拡がり角による重畳効
果により、上記輝度ムラ、色ムラ等は目立たなくなる。

【００４７】本実施例が他の実施例と異なる点は光束分
割部３０１を用いて、各ユニットに対応する光束を約半
分の巾に圧縮している点で、これにより照明手段からの
光束の拡がり各θに対して、光束分割部３０１からの出
射光束の拡がり角はθ′に変化する。一般に拡がり角θ
とθ′の関係は、光束の圧縮率に反比例し、本実施例の
場合、光束の巾が約１／２になるので、θ′≒２θとな
る。

【００４８】図１３は、本発明の偏光素子を用いたカラ
ーの投写表示装置の構成を示したものである。

【００４９】コンデンサレンズ４により平行化された平
行光束は、赤色を反射し、緑、青色を透過するダイクロ
イックミラー２８、緑色を反射し青色を透過するダイク
ロイックミラー２３、全反射ミラー２４により赤・緑・
青の３色に分解され、各色に対応して設けられた偏光素
子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂで直線偏光光に変換され、コ
ンデンサレンズ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを介して液晶ラ
イトバルブ７Ｒ、７Ｇ、７Ｂに入射する。液晶ライトバ
ルブ７Ｒ、７Ｇ、７Ｂで変調された光は検光子８Ｒ、８
Ｇ、８Ｂで透過・吸収の選択がなされ、緑色を反射し赤
色を透過するダイクロイックミラー２６、赤、緑色を透
過し青色を反射するダイクロイックミラー２７、全反射
ミラー２５、により再び合成される。合成光は投写レン
ズ１０により不図示のスクリーン上へ投写表示される。

【００５０】本実施例においては３色に分解した後に、
前述した実施例の構成の偏光素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０
Ｂを設けることにより以下の効果を有する。

【００５１】一般に偏光分離作用膜は波長依存性を零に
押さえるのは難しく、白色光の入射光束に対しては、効
率上の限界がある。従って、本実施例のように３色別に
偏光素子を構成することにより、効率アップ、良好な色
再現性等に関するより良い設計が可能となる。

【００５２】本発明の偏光素子を用いる構成としては、
本実施例に限定されるものではなく、色分解系にクロス
ダイクロイックミラーを用いたもの、色合成系にクロス
ダイクロイックミラーを用いたもの、色合成系を用いず
３色別に投写レンズを用いるもの等、さまざまな構成に
適用可能である。また、偏光素子の配置位置も３色分解
後に限定されるものではなく、色分解系の途中、あるい
は色分解系の前に置くことも可能であり、必要な偏光素
子の個数も各々の場合で異なってくる。また、反射型液
晶ライトバルブを用いた投写表示装置にも用いることが
出来るのは言うまでもない。いずれにしても、複数の偏
光素子を用いる場合は色ムラの発生を抑制する為にも光
学的に等価な位置に配置する必要がある。ここで言う光
学的に等価な位置とは光路中の同じ位置関係にあるとい
う場合以外に、光束の分布（各偏光素子への入射角分
布、強度分布等）が類似しているという意味も含む。

【００５３】以上の実施例においては、光源の背面に設
ける反射鏡として球面反射鏡を用いたが、放物面反射鏡
や楕円面反射鏡なども考えられる。一般に平行光束を得
るときには球面反射鏡よりも放物面反射鏡のほうが光利
用効率が良くなるが、偏光変換効率は、偏光素子から戻
ってくる光束のリフレクタでの反射回数が奇数回である
球面反射鏡を用いたほうが有利である。

【００５４】放物反射鏡のようにリフレクタでの反射回
数が偶数回だと、偏光変換効率が悪くなるが、それを補
う照明手段としては図１４のようなものが考えられる。

【００５５】図１４の照明手段はλ／４光学位相板が光
源からの光軸を境にしてλ／４光学位相板２２ａとλ／
４光学位相板２２ｂとに別れており、入射光であるＳ偏
光光Ｌ_S に対して、より多く出射光がＰ偏光光Ｌ_P とし
て得られるように夫々λ／４光学位相板２２ａとλ／４
光学位相板２２ｂの光学軸を設定するものである。普通
はλ／４光学位相板２２ａとλ／４光学位相板ｂの光学
軸がほぼ９０度をなすように設定すると最も偏光変換効
率が良くなる。

【００５６】次に照明手段からの光束の拡がり角につい
て図１５を用いて説明を加える。半径ｒの光源１、半径
Ｒの反射鏡２（この場合は球面鏡）、凸レンズ４の組み
合わせに於て、反射鏡の開口を２ｍ、開口から偏光素子
までの距離をｌとすると、ｔａｎθ₁ ＝ｍ／ｌｔａｎθ₂ ＝ｒ／Ｒ偏光素子へ入射する光束の拡がり角θは、ｔａｎθ₁ ≦ｔａｎθ₂ つまりｍ／ｌ≦ｒ／Ｒの
時 θ＝θ₁ ｔａｎθ₁ ≧ｔａｎθ₂ つまりｍ／ｌ≧ｒ／Ｒの
時 θ＝θ₂

【００５７】つまり、距離ｌが十分大きいと、偏光素子
２０から距離ｌを隔てた開口の見かけの大きさに依存
し、距離ｌが小さくなると、反射鏡２上から見た光源１
の見かけの大きさに依存する。実際の装置では後者の場
合が多い。

【００５８】反射鏡２として焦点距離ｆの放物面鏡を用
いた場合は、前記Ｒが可変となり、拡がり角θ＝θ₂ が
最大になるのはＲが最小の値ｆをとる時、つまり放物面
鏡の底部で反射した光に相当する。しかし、一般に光源
１の配光分布を考えると、放物面鏡の底部へ向かう光は
少量であることや、実際には当該底部には光源の支持部
材取り付けの為の穴が開いているので、前述したような
光は殆ど存在しない。よって、Ｒがとる最小の値は実際
にはｆより大きくなる。

【００５９】以下に、本発明の数値実施例を示す。

【００６０】通常、１５０ｗのメタルハライドランプの
発光径は約５ｍｍであり、焦点距離が１６ｍｍの放物面
鏡と組み合わせ、ランプから偏光素子までの距離を１５
０ｍｍとした時、偏光素子に入射する光束の拡がり角は
最大約±８．９°となる。図１３のように各液晶ライト
バルブに対応する偏光素子を当該液晶ライトバルブから
夫々３０ｍｍ離して設置したとすると、前記条件式より
前記偏光素子は約９．４ｍｍ以下のピッチにすれば、輝
度ムラや色ムラが目立たない投影像を得ることができ
る。

【００６１】尚、本発明は以上の実施例に限定されるも
のではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々の構
成が可能であることは言うまでもない。

【００６２】偏光変換部に用いられるプリズムは偏光分
離作用膜の分離機能を最適に保つ為に、屈折率選択の自
由度の大きい光学ガラスを用いることが多いが、プラス
チック材によるものも可能である。又、プリズムを用い
ないで平行平板の組み合わせで構成することもできる
が、Ｐ偏光光の透過率はプリズムに比べて劣る。

【００６３】偏光分離作用膜２０３としては通常の光学
多層膜により構成することが出来るが、偏光分離作用膜
２０３の代わりにグリッド偏光子を用いても同様の効果
が得られる。この場合、プリズムでグリッド偏光子を挟
まなくても偏光分離機能は最適な状態に保てるので、偏
光照明装置の軽量化という更なる効果が期待できる。

【００６４】グリッド偏光子は、金属を平行に配列した
非常に細かい格子構造をしており、この格子間隔の２倍
以上の波長を持つ光が入射する場合、格子に平行な偏光
成分は反射し、格子に垂直な偏光成分は透過する。

【００６５】また、偏光分離作用膜の代わりにコレステ
リック液晶層などを用いても本発明は適用できる。

【００６６】λ／４光学位相板２２としては雲母、水晶
等の結晶性のもの、延伸した高分子フィルム、一定の厚
みを持ち一定方向に分子軸をそろえて配向させた低分子
液晶、または側鎖型高分子液晶、高分子中に分散させた
低分子液晶等を用いることが出来る。また、全反射ミラ
ー２０４としてはアルミ蒸着ミラーを用いるかまたは薄
膜多層膜を用いることが多いが、全反射ミラー２０４の
裏面にも同じように全反射ミラーを設けても良い。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、照明手段
からの所定の拡がり角を持った光束の光路に設けた偏光
素子により該光束を互いに偏光面の異なる第１偏光光と
第２偏光光に分離し、該第１偏光光を第１の方向に向け
ると共に該第２偏光光を前記偏光素子によって前記照明
手段に戻し、前記照明手段により該第２偏光光の偏光面
を前記第１偏光光と同じ偏光面に変換すると共に該第２
偏光光を前記偏光素子を介して前記第１の方向に向ける
偏光照明装置において、前記偏光素子を１つの単位とし
て前記照明手段からの光束の光路を横切るよう所定方向
に沿って複数個配列した繰り返し構造となっており、前
記偏光素子に入射する光束の拡がり角を±θ、被照明体
と前記偏光素子の間の距離をＬ、前記繰り返し構造のピ
ッチをＰとしたときに、２Ｌｔａｎθ≧Ｐとしたので、輝度ムラや色ムラの目立たない偏光照明装
置を得ることができる。

【００６８】本発明の偏光照明装置を投写表示装置に用
いれば、軽量コンパクトでかつ安価な高輝度投写表示装
置を、画質を落とすことなく提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す投写表示装置の概略構成
図

【図２】本発明の実施例を示す偏光素子の斜視図

【図３】本発明の実施例を示す偏光素子の断面図

【図４】本発明の実施例を示す偏光素子の作用説明図

【図５】本発明の実施例を示す偏光照明装置の作用説明
図

【図６】本発明の効果を示す作用説明図

【図７】本発明の偏光素子の他の実施例

【図８】本発明の偏光素子の他の実施例

【図９】本発明の偏光素子の他の実施例とその作用説明
図

【図１０】本発明の偏光照明装置の他の実施例の作用説
明図

【図１１】本発明の偏光素子の他の実施例とその作用説
明図

【図１２】本発明の偏光素子の他の実施例とその作用説
明図

【図１３】本発明の実施例を示すカラー投写表示装置の
概略構成図

【図１４】本発明の偏光照明装置に用いる照明手段の実
施例

【図１５】偏光照明装置の拡がり角の説明図

【図１６】偏光照明装置を用いた投写表示装置の従来例

【図１７】偏光素子の従来例の作用説明図

【符号の説明】

１光源２反射ミラー３熱線カットフィルター４コンデンサレンズ５、８偏光板７液晶ライトバルブ（ＬＣＤ）１０投写レンズ１１ λ／２光学位相板２０偏光素子２１コンデンサレンズ２２ λ／４光学位相板２０１、２０２直角プリズム２０３偏光分離作用膜２４、２５、２０４反射面２３、２６、２７、２８ダイクロイックミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明手段からの所定の拡がり角を持った
光束の光路に設けた偏光素子により該光束を互いに偏光
面の異なる第１偏光光と第２偏光光に分離し、該第１偏
光光を第１の方向に向けると共に該第２偏光光を前記偏
光素子によって前記照明手段に戻し、前記照明手段によ
り該第２偏光光の偏光面を前記第１偏光光と同じ偏光面
に変換すると共に該第２偏光光を前記偏光素子を介して
前記第１の方向に向ける偏光照明装置において、前記偏
光素子を１つの単位として前記照明手段からの光束の光
路を横切るよう所定方向に沿って複数個配列した繰り返
し構造となっており、前記偏光素子に入射する光束の拡
がり角を±θ、被照明体と前記偏光素子の間の距離を
Ｌ、前記繰り返し構造のピッチをＰとしたときに、２Ｌｔａｎθ≧Ｐとすることを特徴とする偏光照明装置。
【請求項２】前記照明手段は光源と該光源の背後に設
けた反射鏡と、該光源の前面に設けたλ／４光学位相板
からなり、前記偏光素子は前記照明手段の光軸に対して
傾いた偏光分離作用膜と前記光軸とほぼ平行な反射面か
らなることを特徴とする請求項１記載の偏光照明装置。
【請求項３】前記照明手段は光源と該光源の背後に設
けた反射鏡と、該光源の前面に設けたλ／４光学位相板
からなり、前記偏光素子は偏光分離作用膜と一端が該偏
光分離作用膜の一端とある角度をもって接している全反
射ミラーとを前記照明手段からの光路に夫々斜設し、該
全反射ミラーの裏面に第２の全反射ミラーを設けたこと
を特徴とする請求項１記載の偏光照明装置。
【請求項４】前記照明手段は光源と該光源の背後に設
けた反射鏡と、該光源の前面に設けたλ／４光学位相板
からなり、前記偏光素子は偏光分離作用膜と一端が該偏
光分離作用膜の一端とある角度をもって接している第２
の偏光分離作用膜とを前記照明手段からの光路に夫々斜
設したことを特徴とする請求項１記載の偏光照明装置。
【請求項５】偏光照明装置と、該偏光照明装置からの
偏光光を変調することにより画像を形成する画像形成手
段と、該画像形成手段により形成された画像光を投影す
る投影手段とを有する投写表示装置において、前記偏光
照明装置は、照明手段からの所定の拡がり角を持った光
束の光路に設けた偏光素子により該光束を互いに偏光面
の異なる第１偏光光と第２偏光光に分離し、該第１偏光
光を第１の方向に向けると共に該第２偏光光を前記偏光
素子によって前記照明手段に戻し、前記照明手段により
該第２偏光光の偏光面を前記第１偏光光と同じ偏光面に
変換すると共に該第２偏光光を前記偏光素子を介して前
記第１の方向に向ける偏光照明装置において、前記偏光
素子を１つの単位として前記照明手段からの光束の光路
を横切るよう所定方向に沿って複数個配列した繰り返し
構造となっており、前記前記偏光素子に入射する光束の
拡がり角を±θ、前記画像形成手段と前記偏光素子の間
の距離をＬ、前記繰り返し構造のピッチをＰとしたとき
に、２Ｌｔａｎθ≧Ｐとすることを特徴とする投写表示装置。
【請求項６】照明手段からの所定の拡がり角を持った
光束の光路に、該光束を互いに偏光面の異なる第１偏光
光と第２偏光光に進行方向によって分離し、該第２偏光
光を前記第１偏光光と同じ偏光面に変換すると共に該第
２偏光光と前記第１偏光光の進行方向を同一にする偏光
素子を設けた偏光照明装置に於て、前記偏光素子を１つ
の単位として前記照明手段からの光束の光路を横切るよ
う所定方向に沿って複数個配列した繰り返し構造となっ
ており、前記偏光素子に入射する光束の拡がり角を±
θ′、被照明体と前記偏光素子の間の距離をＬ、前記繰
り返し構造のピッチをＰとしたときに、２Ｌｔａｎθ′≧Ｐとすることを特徴とする偏光照明装置。
【請求項７】偏光照明装置と、該偏光照明装置からの
偏光光を変調することにより画像を形成する画像形成手
段と、該画像形成手段により形成された画像光を投影す
る投影手段とを有する投写表示装置において、前記偏光
照明装置は、照明手段からの所定の拡がり角を持った光
束の光路に、該光束を互いに偏光面の異なる第１偏光光
と第２偏光光に進行方向によって分離し、該第２偏光光
を前記第１偏光光と同じ偏光面に変換すると共に該第２
偏光光と前記第１偏光光の進行方向を同一にする偏光素
子を設けた偏光照明装置に於て、前記偏光素子を１つの
単位として前記照明手段からの光束の光路を横切るよう
所定方向に沿って複数個配列した繰り返し構造となって
おり、前記偏光素子に入射する光束の拡がり角を±
θ′、前記画像形成手段と前記偏光素子の間の距離を
Ｌ、前記繰り返し構造のピッチをＰとしたときに、２Ｌｔａｎθ′≧Ｐとすることを特徴とする投写表示装置。