JPH1114831A

JPH1114831A - 偏光分離装置及びそれを用いた偏光照明装置並びに投写型表示装置

Info

Publication number: JPH1114831A
Application number: JP9271841A
Authority: JP
Inventors: Shinya Mito; 真也三戸; Yoshito Miyatake; 義人宮武
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】自然光を偏光方向の異なる２つの偏光成分に
分離して互いに異なる方向に出射する薄型の偏光分離装
置を提供する。【解決手段】入射側プリズム４１の斜面に偏光分離膜
４２を蒸着したものと出射側プリズムアレイ４３とを透
明接着剤４４で接着して板状に構成される偏光分離装置
である。出射側プリズムアレイ４３の屈折率は入射側プ
リズム４１の屈折率より低い。自然光が光軸に沿って入
射側プリズム４１に入射すると、Ｐ偏光成分は偏光分離
膜４２を透過して光軸からずれた方向に出射し、Ｓ偏光
成分は偏光分離膜４２で反射し、隣接する偏光分離膜４
２で反射されて光軸と平行に出射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自然光を進行方向
の異なる２つの直線偏光に分離する偏光分離装置及びそ
の製造方法、並びに偏光分離装置を用いた照明光学装置
及び照明光学装置を用いた投写型表示装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】大画面映像を得るための方法として、ラ
イトバルブに映像信号に応じた光学像を形成し、その光
学像に光を照射して投写レンズによりスクリーン上に拡
大投写する方法が従来よりよく知られている。最近で
は、ライトバルブとして液晶パネルを用いる投写型表示
装置が注目されており、例えば、特開昭６２−１３３４
２４号公報に記載されている。液晶パネルは、高画質の
投写画像を得るために、液晶材料としてツイストネマテ
ィック（ＴＮ）液晶を用い、各画素にスイッチング素子
としてＴＦＴを設けたアクティブマトリックス型を用
い、赤用、緑用、青用として３枚の液晶パネルを用いる
のが主流となりつつある。また、最近では、２枚のレン
ズアレイ板を組み合わせたインテグレータを用いて投写
画像の照度均一性を向上させることが行われている。

【０００３】ＴＮ液晶とインテグレータを用いた投写型
表示装置の光学系の構成の従来例を図１１を参照して説
明する。ランプ１１、凹面鏡１２、フィルタ１３で、光
源１４が構成され、ランプ１１から放射される光は凹面
鏡１２により平行に近い光に変換され、フィルタ１３に
より赤外光と紫外光が除去される。光源１４から出た光
は、入射側レンズアレイ１５と出射側レンズアレイ１６
とを組み合わせたインテグレータ１７に入射する。入射
側レンズアレイ１５は同一の長方形開口を有する複数の
正レンズ素子１８を２次元状に配列したものであり、出
射側レンズアレイ１６は各正レンズ素子１８に対応する
複数の正レンズ素子１９を２次元状に配列したものであ
る。インテグレータ１７を出射した光は、ダイクロイッ
クミラー２０，２１と平面ミラー２２で構成される色分
解光学系に入射し、赤、緑、青の３原色の光に分解され
る。各原色光は、それぞれフィールドレンズ２３，２
４，２５、入射側偏光板２６，２７，２８を透過した後
に液晶パネル２９，３０，３１に入射する。各正レンズ
素子１８はランプ１１の発光体に対応する実像を対応す
る正レンズ素子１９上に形成する。各正レンズ素子１９
は、対応する正レンズ素子１８の開口に対応する実像を
各液晶パネル２６，２７，２８上に形成し、それらの表
示領域よりわずかに大きい領域を照明する。入射側レン
ズアレイ１５上の全体の輝度むらに比べて正レンズ素子
１８内の輝度むらが小さいことと、出射側レンズアレイ
１６が物体を１８０゜回転した実像を形成する作用によ
り、液晶パネル２９，３０，３１上に形成されるの照度
均一性が良好になるために、最終的に投写画像の照度分
布が均一化される。液晶パネル２９，３０，３１には映
像信号に応じて透過率の変化として光学像が形成され
る。液晶パネル２９，３０，３１からの出射光は、それ
ぞれ出射側偏光板３２，３３，３４を透過した後、ダイ
クロイックミラー３５，３６と平面ミラー３７で構成さ
れる色合成光学系により１つの光に合成された後に投写
レンズ３８に入射し、３つの液晶パネル２９，３０，３
１上の光学像は投写レンズ３８によりスクリーン上に拡
大投写される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示した投写型
表示装置に用いられるＴＮ液晶パネルは、入射側に偏光
板が必要である。入射側偏光板は、光源から出射する自
然光を直線偏光に変換するために用いられるが、入射光
の約半分を吸収するので装置全体の光利用効率が低いと
いう問題がある。

【０００５】この問題を解決するために、自然光を直線
偏光に変換する偏光分離装置とインテグレータを組み合
わせた光学系が提案されている。例えば、特開平８−２
３４２０５号公報には、直角プリズムとテーパー状ガラ
ス板の間に偏光分離膜を設け、テーパー状ガラス板の反
対側面に反射膜を設け、直角プリズムの出射側に入射側
レンズアレイを配置し、その出射光が出射側レンズアレ
イに入射するように構成された偏光分離装置が開示され
ている。しかし、この偏光分離装置は、直角プリズムが
かなり大きくなるために、高コストになるという問題が
あった。また、テーパー状ガラス板は場所により２つの
偏光成分の光の光路差が異なるため、出射側レンズアレ
イ上において２つの偏光成分の光をうまく分離できない
領域が発生し、効率があまり高くないという問題があっ
た。

【０００６】特開平８−２３４２０５号公報には、複数
のプリズム素子を平板状に組み合わせた偏光分離装置を
用い、光源から出射する自然光を偏光方向が直交する２
つの偏光成分の光に分離し、２つの偏光成分の光を異な
る方向に出射させ、２つの偏光成分の光が出射側レンズ
アレイの各正レンズ素子の異なる位置を透過するように
した構成も開示されている。しかし、偏光分離装置の構
成が複雑であり、組み立てにくいという問題があった。

【０００７】また、特開平６−２０２０９４号公報に
は、鋸歯状プリズムアレイ基板に屈折率異方性を有する
材料を接合した薄型の偏光分離素子と、インテグレータ
とを組み合わせた偏光変換光学系が開示されている。こ
の偏光分離素子は偏光方向により境界面の屈折率差が異
なるために、出射光線の進む方向を常光線と異常光線と
でずらすことができる。しかし、この偏光分離素子は屈
折率異方性材料として使い易いものがないという問題が
ある。

【０００８】その他、光源の直後に偏光ビームスプリッ
タを配置し、光源から出射する自然光を２つの直線偏光
成分に分離し、一方の成分は１／２波長板や９０゜ＴＮ
液晶により偏波面を９０゜回転させ、光線の進行方向を
他方の光線の光線進行方向と平行にし、この２つの成分
を液晶パネルに入射させる偏光変換光学系（例えば、特
開昭６３−２７１３１３号公報、特開昭６３−１６８６
２２号公報）、２枚の平面ミラーを用いた偏光変換光学
系（例えば、特開昭６３−１９７９１３号公報）も提案
されている。しかし、いずれの偏光分離装置も光路長が
長いために、インテグレータと組み合わせた場合に効率
があまり向上しないという問題があり、またセット全体
が大きくなるという問題があった。

【０００９】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたものであり、自然光を進行方向の異なる２つの直線
偏光に分離する偏光分離装置、この偏光分離装置を用い
た効率が高く照度均一性の良好な偏光照明装置、この偏
光照明装置を用いたコンパクトで明るく照度均一性が良
好な投写画像を表示する投写型表示装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は以下のような手段を講じた。

【００１１】請求項１記載の発明は、断面が三角形状の
複数の入射側プリズムにて入射側面と断面が鋸歯状の接
合面とが形成された入射側プリズムアレイと、前記鋸歯
状の接合面で同一方向に傾いた各斜面に形成され入射光
を偏光方向が直交する２つの偏光成分の光に分離する偏
光分離膜と、一体化された複数のプリズムからなり平面
状の出射側面と鋸歯状の接合面とが形成され全体として
板状をなすように前記入射側プリズムアレイの接合面に
接合された出射側プリズムアレイとを具備する構成を採
る。

【００１２】この構成により、自然光を偏光方向が同一
な直線偏光に効率よく変換することができ、しかも互い
に鋸歯状の断面を有する入射側プリズムアレイと出射側
プリズムアレイとを張り合わせてその接合面に偏光分離
膜を形成したので、偏光分離装置をコンパクト、軽量に
構成できる。また、大きな直角プリズムを使う必要が無
くコストダウンが可能で、テーパー状ガラス板に偏光分
離膜を蒸着する場合に比べて２つの偏光成分の光の光路
差を大幅に縮小できて２つの偏光成分の光を良好に分離
することができる。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の偏
光分離装置において、出射側プリズムアレイの屈折率を
入射側プリズムの屈折率より低く設定したものであり、
光軸と平行に入射した自然光を光軸と平行に出射する偏
光成分の光と光軸からずれた方向に出射する偏光成分の
光とに分離する作用を奏する。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の偏光分離装置において、入射側プリズムの入
射側面と偏光分離膜とのなす角を４５゜にしたものであ
り、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のい
ずれかに記載の偏光分離装置において、出射側プリズム
の出射側面と偏光分離膜とのなす角を４５゜にしたもの
であり、自然光を高率よく２つの偏光成分に分離でき、
しかも偏光分離装置をコンパクトに構成できる。

【００１５】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれかに記載の偏光分離装置において、入射側
プリズムアレイは、各入射側プリズムの一側面を同一平
面に揃えて連続配置することで平面状の入射側面を形成
したものであり、自然光の入射効率を高くする作用を奏
する。

【００１６】請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求
項５のいずれかに記載の偏光分離装置において、出射側
プリズムアレイを、射出成形によって形成された樹脂材
料で構成したものであり、断面が鋸歯状の一体型プリズ
ムアレイを安価に製造でき、入射側プリズムとの接着工
程が容易になり、板状の偏光分離装置の作成が容易にな
る作用を奏する。

【００１７】請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求
項６のいずれかに記載の偏光分離装置において、入射側
プリズムアレイと出射側プリズムアレイとを、入射側プ
リズムおよび出射側プリズムアレイの屈折率よりも低い
屈折率の透明接着剤で接合したものであり、偏光分離装
置に斜めに入射する自然光をプリズム内で全反射させる
ことで有効な光の利用効率を高くする作用を奏する。

【００１８】請求項８記載の発明は、略平行な自然光を
出射する光源と、前記光源からの出射光が入射し偏光方
向が互いに直交する２つの偏光成分の光を異なる方向に
出射する請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の偏光
分離装置と、二次元状に配列した複数の入射側レンズを
有し前記偏光分離装置の出射側近傍に配置された入射側
レンズアレイと、前記各入射側レンズと対をなす複数の
出射側レンズを有し前記入射側レンズアレイからの出射
光が入射する出射側レンズアレイと、前記出射側レンズ
アレイの入射側または出射側の近傍に配置され前記２つ
の偏光成分の光を偏光方向が揃った光に変換する偏光方
向補正手段とを具備する構成を採る。

【００１９】この構成により、被照射領域に照度分布が
均一に近く、直線偏光に近い光を効率良く照射すること
ができる。

【００２０】請求項９記載の発明は、請求項８記載の偏
光照明装置において、光源の光軸と偏光分離手段の光軸
とが平行で、前記偏光分離手段から出射する２つの偏光
成分の光の進む方向を２等分する方向と入射側レンズア
レイの法線方向とが平行で、前記入射側レンズアレイの
法線方向と出射側レンズアレイの法線方向とが平行とな
るようにしたものであり、光源から被照射領域までの構
成要素が一軸上に配列され構成要素を取り付ける筐体を
簡素化できる作用を奏する。

【００２１】請求項１０記載の発明は、請求項８記載の
偏光照明装置において、光源の光軸と偏光分離手段の光
軸と入射側レンズアレイの法線方向と出射側レンズアレ
イの法線方向とは互いに平行にし、前記各入射側レンズ
の開口の中心を光軸から偏心させたことにより、各入射
側レンズはその２つの偏光成分の光が前記入射側レンズ
アレイの法線方向を中心として略対称な方向に進むとい
った作用を奏する。

【００２２】請求項１１記載の発明は、請求項８記載の
偏光照明装置において、入射側レンズアレイの入射側が
平面であり、偏光分離装置と前記入射側レンズアレイと
を接合したものであり、偏光分離装置の出射側と入射レ
ンズアレイの入射側に反射防止膜を形成する必要がなく
なり、低コスト化が図られるといった作用を奏する。

【００２３】請求項１２記載の発明は、請求項８記載の
偏光照明装置において、出射側レンズアレイの出射側近
傍に正レンズを配置し、各入射側レンズの開口の実像が
被照射領域の近傍で互いにほぼ重なるようにしたもので
あり、被照射領域に照度分布が均一に近く、直線偏光に
近い光を効率よく照射することができる。

【００２４】請求項１３記載の発明は、略平行な自然光
を出射する光源と、二次元状に配列した複数の入射側レ
ンズを有し前記光源からの出射光が入射する入射側レン
ズアレイと、前記入射側レンズアレイからの出射光が入
射し偏光方向が互いに直交する２つの偏光成分の光を異
なる方向に出射する請求項１乃至請求項７のいずれかに
記載の偏光分離装置と、前記各入射側レンズと対をなす
複数の出射側レンズを有し前記偏光分離装置の出射光が
入射する出射側レンズアレイと、前記出射側レンズアレ
イの入射側または出射側の近傍に配置され前記２つの偏
光成分の光を偏光方向が揃った光に変換する偏光方向補
正手段とを具備する構成を採る。

【００２５】この構成により、入射側レンズ内の輝度分
布は入射側レンズアレイ内の輝度分布に比べて変化が小
さいので、被照射領域上では照度分布が平坦になり、直
線偏光に近い光を効率良く照射することができる。

【００２６】請求項１４記載の発明は、請求項８又は請
求項１３記載の偏光照明装置において、偏光方向補正手
段が、出射側レンズの開口上の２つの偏光成分のうちの
一方の偏光方向を全く変えないか又は所定の角度αだけ
回転させ、他方の偏光方向を略（α＋９０゜）又は略
（α−９０゜）回転させるようにしたものであり、出射
側レンズアレイに偏光方向が揃った直線偏光に近い光が
入射し、被照射領域に直線偏光に近い光を照射する作用
を奏する。

【００２７】請求項１５記載の発明は、請求項１３記載
の偏光照明装置において、光源の光軸と、入射側レンズ
アレイの法線方向と、偏光分離手段の光軸と、出射側レ
ンズアレイの法線方向とは互いに平行であり、各出射側
レンズはその２つの偏光成分の光が前記出射側レンズア
レイの法線方向と平行に進むように、前記各出射側レン
ズの開口の中心を光軸から偏心させたものであり、光源
から被照射領域までの構成要素が一軸上に配列され構成
要素を取り付ける筐体を簡素化できる作用を奏する。

【００２８】請求項１６記載の発明は、請求項１３記載
の偏光照明装置において、入射側レンズアレイの出射側
が平面であり、前記入射側レンズアレイと偏光分離装置
とを接合したものであり、偏光分離装置の出射側と入射
レンズアレイの入射側に反射防止膜を形成する必要がな
くなり、低コスト化が図られるといった作用を奏する。

【００２９】請求項１７記載の発明は、請求項１３記載
の偏光照明装置において、出射側レンズアレイの出射側
近傍に正レンズを配置し、各入射側レンズの開口の実像
が被照射領域の近傍で互いにほぼ重なるようにしたもの
であり、被照射領域に照度分布が均一に近く、直線偏光
に近い光を効率よく照射することができる。

【００３０】請求項１８記載の発明は、直線偏光に近い
光を被照射領域に照射する請求項８乃至請求項１２のい
ずれかに記載の偏光照明装置と、前記偏光照明装置から
の出射光を受け偏光状態の変化として光学像を形成する
ライトバルブと、前記ライトバルブからの出射光が入射
し前記光学像を投写する投写レンズとを備え、前記偏光
照明装置の出射光の偏光方向は前記ライトバルブが最大
透過率となるときに前記投写レンズからの出力光が略最
大となるように設定した構成を採る。

【００３１】この構成により、光源から出射する自然光
が効率よく直線偏光に近い光に変換され、この直線偏光
に近い光が入射側偏光板を効率よく通過するので、光吸
収が少なく、高い光利用効率で、しかも投射画像の照度
均一性が良好になる作用を奏する。

【００３２】請求項１９記載の発明は、直線偏光に近い
光を被照射領域に照射する請求項１３乃至請求項１７の
いずれかに記載の偏光照明装置と、前記偏光照明装置か
らの出射光を受け偏光状態の変化として光学像を形成す
るライトバルブと、前記ライトバルブからの出射光が入
射し前記光学像を投写する投写レンズとを備え、前記偏
光照明装置の出射光の偏光方向は前記ライトバルブが最
大透過率となるときに前記投写レンズからの出力光が略
最大となるように設定したものであり、直線偏光に近い
光が入射側偏光板を効率よく通過するので、光吸収が少
なく、高い光利用効率で、しかも投射画像の照度均一性
が良好になる作用を奏する。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて具体的に説明する。

【００３４】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１に係る偏光分離装置の構成を示したものである。同
図に示す偏光分離装置は、断面が鋸歯状になるように複
数の入射側プリズム４１を配列してなる入射側プリズム
アレイ４０と、各入射側プリズム４１の鋸歯形成面側の
一面にそれぞれ形成された偏光分離膜４２と、上記鋸歯
形成面と同形状の一面に各入射側プリズム４１が接合さ
れた出射側プリズムアレイ４３とを備えている。

【００３５】図２に、本偏光分離装置の部分的な断面を
示している。入射側プリズム４０は断面が直角二等辺三
角形をなしており、直角を形成する２側面（底面と背
面）に隣接した斜面に偏光分離膜４２が蒸着されてい
る。入射側プリズムアレイ４０は各入射側プリズム４１
の背面で入射側面４７を形成し、入射側プリズム４０の
偏光分離膜４２の形成された斜面が互いに平行になるよ
うに、複数の入射側プリズム４０を配列したものであ
る。一方、出射側プリズムアレイ４３は、入射側プリズ
ム４０と同じ形状の直角二等辺三角形のプリズムを二次
元的に配列して一体型とした構造である。出射側プリズ
ムアレイ４３の接合面側が鋸歯状をなし、出射側面４８
が平面をなしている。出射側プリズムアレイ４３の鋸歯
形成面に対して入射側プリズム４１の偏光分離膜形成面
及び底面を透明接着剤４４で接着している。入射側プリ
ズムアレイ４０の入射側面４７と出射側プリズムアレイ
４３の出射側面４８には、それぞれ反射防止膜４５，４
６が蒸着されている。

【００３６】出射側プリズムアレイ４３の屈折率は入射
側プリズム４１の屈折率より低くしている。また、偏光
分離膜４２は、低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に積層
したものである。さらに、透明接着剤４４の屈折率は、
出射側プリズムアレイ４３の屈折率よりわずかに低い。

【００３７】以上のように構成された偏光分離装置の作
用について図３を用いて説明する。自然光５１が光軸５
２に沿って偏光分離装置の入射側面４７に入射すると、
入射側プリズム４１を透過し、偏光分離膜４２に４５゜
の角度で入射する。偏光分離膜４２はＰ偏光成分の大部
分を透過させ、Ｓ偏光成分の大部分を反射させるように
作用する。

【００３８】偏光分離膜４２を透過したＰ偏光成分の光
５３は、出射側プリズムアレイ４３の屈折率を入射側プ
リズム４１の屈折率より低くなるように設定しているの
で、光軸５１に対して斜めの方向５４に沿って出射す
る。また、Ｓ偏光成分の光５５は、偏光分離膜４２が互
いに平行に配置されているので、隣接する入射側プリズ
ム４１の偏光分離膜４２で反射され、光軸５２と平行に
出射する。

【００３９】このように、偏光分離装置の出射側面４８
からＰ偏光成分の光５３とＳ偏光成分の光５５とが互い
の進行方向をずらして出射する。

【００４０】図１に示した偏光分離装置は効率を高くす
るために、次のように、全反射をうまく利用している。

【００４１】光軸５２に対して斜めに入射側プリズム４
１に入射した光の一部は、隣接する入射側プリズム側の
透明接着剤４４に入射しようとするが、透明接着剤４４
の屈折率が入射側プリズム４１の屈折率より低く、その
境界面で全反射を生じるので、入射側プリズム４１に入
射した光は必ず偏光分離膜４２に入射する。

【００４２】光軸と平行に入射したＰ偏光成分の大部分
の光は偏光分離膜４２を透過して光軸５１に対してずれ
た方向に進み、透明接着剤４４に入射することなく、出
射側プリズムアレイ４３から出射する。光軸５２に対し
て斜めに入射側プリズム４１に入射したＰ偏光成分の一
部の光が透明接着剤４４で全反射した後に出射側プリズ
ムアレイ４３から出射する。前者の光は方向５４を中心
とする所定角度範囲に出射するが、後者の光もこの角度
範囲に出射する。

【００４３】なお、出射側プリズムアレイ４３の屈折率
が入射側プリズム４１の屈折率より高い場合には、偏光
分離膜４２を透過したＰ偏光成分の光の一部が出射側プ
リズムアレイ４３と透明接着剤４４との境界面で全反射
し、Ｐ偏光成分の光の大部分が出射する角度範囲とは異
なる角度範囲にＰ偏光成分の光の一部が出射するという
不都合を生じる。

【００４４】また、図２中に実線で示す光は偏光分離膜
４２で反射するＳ偏光成分の光の一部であるが、入射側
プリズム４１の入射側面４７や出射側プリズムアレイ４
３の出射側面４８に入射し、いずれもそこで全反射した
後に隣接する偏光分離膜４２に入射する。また、図２中
に点線で示す光は偏光分離膜４２で反射されて光軸５２
に沿って出射側プリズムアレイ４３中を進むＳ偏光成分
の光の一部であるが、この光は透明接着剤４４に入射し
てそこで全反射した後に出射側面４８から出射する。こ
のとき、偏光分離膜４２と光軸５２のなす角が４５゜で
あるため、偏光分離装置から出射するＳ偏光成分の光５
３と光軸５２のなす角は、入射する自然光５１と光軸５
２のなす角と同一となる。

【００４５】このように、図１に示した偏光分離装置
は、入射した自然光を効率良くＳ偏光成分の光とＰ偏光
成分の光とに分離することができる。効率を高くするた
めには、入射側プリズム４１と出射側プリズムアレイ４
３上の各プリズムをいずれも直角二等辺三角形とし、透
明接着剤４４の屈折率を出射側プリズムアレイ４３の屈
折率より低くし、各入射側プリズム４１の入射側面４７
と出射側プリズムアレイ４３の出射側面４８とをいずれ
も１つの平面に揃えるとよい。

【００４６】入射側プリズム４１の屈折率をｎ_１、出射
側プリズムアレイ４３の屈折率をｎ_２、透明接着剤４４
の屈折率をｎ_Ａとすると、入射側プリズム４１と透明接
着剤４４とが接する面の全反射臨界角θ_１Ｔ、出射側プ
リズムアレイ４３と透明接着剤４４とが接する面の全反
射臨界角θ_２Ｔは、次のようになる。

【００４７】

【数１】

【００４８】

【数２】（数１），（数２）を利用して、有効な光がすべて全反
射するように、透明接着剤４４の屈折率を出射側プリズ
ムアレイ４３の屈折率よりわずかに低くすればよい。こ
の場合に透明接着剤４４の屈折率と出射側プリズムアレ
イ４３の屈折率との差が大き過ぎるとＰ偏光成分の光に
対する透過率が低下するので、透明接着剤４４の屈折率
は出射側プリズムアレイ４３の屈折率よりわずかに低く
するとよい。

【００４９】また、入射側プリズム４１と出射側プリズ
ムアレイ４３上のプリズムの数を多くすれば偏光分離装
置を薄くできる。これは、後述するように、偏光分離装
置とインテグレータとを組み合わせる場合に非常に都合
が良い。

【００５０】次に、偏光分離膜４２の偏光分離特性につ
いて説明する。

【００５１】偏光分離膜４２の各層の境界面において入
射角と屈折角がブリュースタ角となるとき、１つの境界
面のＰ偏光成分の透過率が理想的には１００％となり、
Ｓ偏光成分の透過率が１００％より低い値となる。その
ため、偏光分離膜４２の層数を多くすれば、Ｐ偏光透過
率を１００％に近い値とし、Ｓ偏光透過率を非常に低く
することができる。さらに、偏光分離膜４２の各層の厚
さを最適化することにより、光の干渉を利用して、Ｓ偏
光反射率を１００％に近くすることができる。

【００５２】入射側プリズム４１の屈折率をｎ_１、出射
側プリズムアレイ４３の屈折率をｎ_２、入射側プリズム
４１中における基準入射角（偏光分離膜４２の法線と光
軸５２とのなす角）をθ_１、出射側プリズムアレイ４３
中における基準出射角をθ_２とすると、スネルの法則に
より次の関係が成り立つ。

【００５３】

【数３】偏光分離膜４２の各層の境界面において入射角と屈折角
がブリュースタ角となるためには、次の条件を満足する
必要がある。

【００５４】

【数４】

【００５５】

【数５】（数３），（数４），（数５）より、次式が得られる。

【００５６】

【数６】前述のように、入射側ブリズム４１は直角二等辺三角形
とするのが望ましいので、入射光線が光軸５２に沿って
偏光分離装置に入射するとき、入射側プリズム４１中に
おける偏光分離膜４２への入射角はθ_１＝４５゜とな
る。そこで、（数６）にθ_１＝４５゜を代入すると、次
のようになる。

【００５７】

【数７】Ｓ偏光の高反射率帯の波長帯域を広くするには、ｎ_Ｈ／
ｎ_Ｌが大きいほど有利となるので、低屈折率膜の屈折率
をできるだけ低く、高屈折率膜の屈折率をできるだけ高
くすると良い。低屈折率膜として、フッ化マグネシウム
（ＭｇＦ_２：ｅ線における屈折率１．３９）、二酸化シ
リコン（ＳｉＯ_２：ｅ線における屈折率１．４６）、高
屈折率膜として二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２：ｅ線に
おける屈折率２．００）、五酸化タンタル（Ｔａ
_２Ｏ_５：ｅ線における屈折率２．１０）、二酸化チタン
（ＴｉＯ_２：ｅ線における屈折率２．２５）などがあ
る。（数７）にｎ_Ｌ，ｎ_Ｈを代入すると、入射側プリズ
ム４１の最適な屈折率が求まる。この屈折率と（数３）
の両端の式を用いると、出射側プリズムアレイ４３の屈
折率ｎ_２と出射側プリズムアレイ４３中における屈折角
θ_２の関係が決まる。

【００５８】なお、偏光分離膜４２のＳ偏光の光に対す
る分光透過率特性は、光線が入射側プリズム４１から偏
光分離膜４２に入射する場合と、光線が出射側プリズム
アレイ４３から偏光分離膜４２に入射する場合とで異な
る。これは、偏光分離膜４２に入射するときの入射角は
同一であるが、入射側プリズム４１と出射側プリズムア
レイ４３とで屈折率が異なるために生じ、後者のＳ偏光
反射率の高反射率帯の波長帯域が前者のそれよりも長波
長側にずれる。偏光分離装置のＳ偏光の光に対する透過
効率は、前者のＳ偏光反射率と後者のＳ偏光反射率との
積が支配的であるので、両者のＳ偏光反射率の高反射率
帯の波長帯域を少し広くする必要がある。

【００５９】図１に示した偏光分離装置の具体例につい
て説明する。

【００６０】外形寸法は７０ｍｍ×７０ｍｍであり、入
射側プリズム４１と出射側プリズムアレイ４３上のプリ
ズム数をいずれも１４個として構成している。各プリズ
ムは５ｍｍ間隔で配列されている。入射側プリズム４１
はショット社の光学ガラスＳＫ５（ｅ線における屈折率
１．５９１）、出射側プリズムアレイ４３は射出一体成
形によって加工されたアクリル樹脂材料（ＰＭＭＡ：ｅ
線における屈折率１．４９８）であり、偏光分離膜４２
は、低屈折率膜としてＭｇＦ_２、高屈折率膜としてＺｒ
Ｏ_２を用いている。透明接着剤４４は屈折率が１．４１
のシリコン系接着剤を用いている。

【００６１】空気中から入射側プリズム４１に垂直に光
線が入射するとき、入射側プリズム４１中における偏光
分離膜４２への入射角はθ_１＝４５゜、出射側プリズム
アレイ４３中における屈折角はθ_２＝４８．７°とな
り、偏光分離膜４２の前後で光線が３．７゜だけ曲が
る。また、出射側面４８における入射角は３．４°、屈
折角は５．５゜となる。従って、Ｓ偏光成分の光とＰ偏
光成分の光とを５．５゜だけ異なる方向に出射すること
になる。

【００６２】（数１），（数２）を利用すると、透明接
着剤４４の屈折率が１．４１の場合、θ_１Ｔ＝６２．４
°、θ_２Ｔ＝７０．３°であり、境界面に入射する光を
全反射させるのに十分な大きさとなる。

【００６３】偏光分離膜４２の構成を表１に示す。

【００６４】

【表１】

【００６５】また、偏光分離膜４２の分光透過率特性を
図４に示す。

【００６６】図４において、点線は入射角がθ_１＝４５
゜の場合のＰ偏光透過率、破線は入射角がθ_１＝４５゜
の場合のＳ偏光反射率、実線は入射角がθ_２＝４５゜の
場合のＳ偏光反射率である。

【００６７】直線偏光の光が光軸５２に沿って空気中か
ら入射側プリズム４１に入射する場合の偏光分離装置の
透過効率の分光特性を図５に示す。

【００６８】図５において、実線はＳ偏光の特性、点線
はＰ偏光の特性を表す。Ｓ偏光については、２つの反射
防止膜４５，４６の各透過率、偏光分離膜４２の入射側
プリズム４１から入射する場合のＳ偏光反射率、偏光分
離膜４２の出射側プリズムアレイ４３から入射する場合
のＳ偏光反射率の積であり、Ｐ偏光については２つの反
射防止膜４５，４６の透過率、偏光分離膜４２のＰ偏光
透過率の積となっている。図５より、偏光分離装置の透
過効率が高いことが分かる。

【００６９】以上のように、本実施の形態に係る偏光分
離装置は、図５から分かるように、自然光が入射する
と、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とをわずかに異なる方向に
効率良く出射させることができ、また、光軸方向の厚さ
が薄いのでＳ偏光成分とＰ偏光成分の光路差を小さくす
ることができる。

【００７０】一般に、光学ガラス材料を研磨して用いる
プリズムのみで前述の偏光装置を構成する場合、プリズ
ムの数が多いことから研磨面や接合面も多く、高価にな
る。また、入射側、出射側ともに一体型の成型品でプリ
ズムアレイを構成する場合、偏光分離膜を必要な斜面だ
けに蒸着することが困難となる。従って、出射側のみを
一般に光学ガラスよりも低い屈折率となるプラスチック
材料で一体型の射出成型品とし、入射側のみを偏光分離
膜を蒸着するガラスプリズムとすれば、接着、蒸着工程
が容易になり量産性が良い。

【００７１】（実施の形態２）図６は本発明の実施形態
２に係る偏光照明装置の構成を示したものである。

【００７２】同図において、６１は光源、６２は偏光分
離装置、６３は入射側レンズアレイ、６４は出射側レン
ズアレイ、６５は偏光方向補正板、６６は正レンズ、６
７は被照射領域である。

【００７３】偏光照明装置は、光源６１、偏光分離装置
６２、入射側レンズアレイ６３、出射側レンズアレイ６
４、偏光方向補正板６５、正レンズ６６で構成され、所
定の位置に配置された被照射領域６７を照明するように
している。入射側レンズアレイ６３、出射側レンズアレ
イ６４、正レンズ６６とでインテグレータが構成されて
いる。

【００７４】光源６１は、ランプ６８、凹面鏡６９、フ
ィルタ７０で構成されている。凹面鏡６９は放物面鏡で
あり、ガラス製基材の内面に可視光を反射し、赤外光を
透過させる光学多層膜を蒸着したものである。ランプ６
８は発光体の中心が凹面鏡６９の焦点７２に位置するよ
うに配置されている。フィルタ７０は、ガラス基板の一
方の面に可視光を透過させ、赤外光と紫外光とを反射さ
せる光学多層膜を蒸着し、他方の面に反射防止膜を蒸着
したものである。ランプ６８から放射される自然光は、
凹面鏡６９により平行に近い光に変換され、フィルタ７
０により可視光だけが透過した後、偏光分離装置６２に
入射する。

【００７５】偏光分離装置６２は、図１に示した偏光分
離装置と同一構成を有している。光源６１から出射する
平行光に近い光が光軸７５に沿って偏光分離装置６２に
入射すると、Ｓ偏光の光７６が光軸７５に沿って出射
し、Ｐ偏光の光７７が光軸７５から角度αだけ傾斜した
方向に沿って出射する。Ｓ偏光の光７６とＰ偏光の光７
７とは、いずれも平行に近い光のまま異なる方向に出射
し、いずれも入射側レンズアレイ６３に入射する。

【００７６】入射側レンズアレイ６３は入射側面に正レ
ンズとして機能する入射側レンズ７８を複数個配列した
ものであり、各レンズ素子７８は被照射領域６７の有効
領域と相似の形状ですべて同一の寸法となっている。出
射側レンズアレイ６４は出射側面に正レンズとして機能
する出射側レンズ７９を複数個配列したものである。各
入射側レンズ７８の光軸８０は互いに平行で、対応する
出射側レンズ７９の光軸と一致している。入射側レンズ
７８の焦点は対応する出射側レンズ７９の近傍に位置す
る。各出射側レンズ７９の焦点距離は、対応する入射側
レンズ７８の開口が被照射領域６７上に形成されるよう
に設定されている。入射側レンズアレイ６３は、偏光分
離装置６２から出射するＳ偏光の光７６の進行方向とＰ
偏光の光７７の進行方向とを２等分する方向が入射側レ
ンズアレイ６３の各入射側レンズ７８の光軸８０と平行
となるように配置されている。

【００７７】偏光分離装置６２から出射するＳ偏光の光
７６とＰ偏光の光７７とは、いずれも各入射側レンズ７
８に入射し、出射側レンズ７９上にランプ６８の発光体
に対応するそれぞれの実像を形成する。Ｓ偏光の光７６
とＰ偏光の光７７がいずれも入射側レンズ７８の光軸８
０に対して斜め方向から入射されるので、出射側レンズ
７９上ではその中心から互いに反対方向に離れた位置に
ランプ６８の発光体に対応する実像が形成される。

【００７８】出射側レンズアレイ６４の出射側面近傍に
は、偏光方向補正板６５が配置されている。偏光方向補
正板６５はＳ偏光の光が通過する領域にのみ１／２波長
板８３を貼り付けたものである。各出射側レンズ７９を
出射したＳ偏光の光は１／２波長板８３により偏光方向
が９０゜回転され、各出射側レンズ７９を出射したＰ偏
光の光は１／２波長板８３を通過しないので、偏光方向
補正板６５を通過した後の光は偏光方向が揃った直線偏
光に近い光となる。各出射側レンズ７９は対応する入射
側レンズ７８の開口の拡大された実像を被照射領域６７
に形成しようとする。

【００７９】出射側レンズアレイ６４の出射面側近傍に
正レンズ６６が配置され、正レンズ６６の焦点距離は、
その焦点が被照射領域６７の近傍に位置するように設定
されている。そのため、各出射側レンズ７９により形成
される各入射側レンズ７８の開口の拡大像が被照射領域
６７上で互いに重なり合う。各入射側レンズ７８内の輝
度分布は入射側レンズアレイ６３内の輝度分布に比べて
変化が小さいので、被照射領域６７上では照度分布が平
坦になる。

【００８０】このように、本実施の形態に係る偏光照明
装置を用いると、被照射領域６７に、照度分布が均一に
近く、直線偏光に近い光を効率良く照射することができ
る。

【００８１】１／２波長板８３として、光学結晶、延伸
樹脂フィルムなどが考えられる。光学結晶は高コストで
あるので、延伸樹脂フィルムを用いると良い。樹脂延伸
フィルムは使用上限温度が低いので、必要であれば、冷
却ファンにより強制冷却すると良い。

【００８２】偏光方向補正板６５は、Ｓ偏光の光が通過
する領域とＰ偏光の光が通過する領域の両方に１／２波
長板を貼り付けてもよい。この場合、前者の１／２波長
板は偏光方向を角度αだけ回転し、後者の１／２波長板
は偏光方向を（α＋９０゜）または（α−９０゜）だけ
回転するように、１／２波長板の遅相軸の方向を所定の
方向に設定する必要がある。

【００８３】また、偏光方向補正板６５を用いる代わり
に、出射側レンズアレイ６４の各出射側レンズ７９の入
射側または出射側の平面に１／２波長板を貼ってもよ
い。

【００８４】偏光分離装置６２に用いる透明接着剤は、
その使用上限温度を越えて使用すると透過率の低下や剥
離を招くので、使用上限温度を越えないようにする必要
がある。光源の光出力が大きい場合には、偏光分離装置
を冷却ファンにより強制冷却するとよい。

【００８５】（実施の形態３）図７は本発明の実施の形
態３に係る偏光照明装置の構成を示したものであり、同
図において、６１は光源、６２は偏光分離装置、８５は
入射側レンズアレイ、６４は出射側レンズアレイ、６５
は偏光方向補正板、６６は正レンズ、６７は被照射領域
である。

【００８６】図７に示した偏光照明装置は、入射側レン
ズアレイ８５の構成と、光源６１の光軸７５と入射側レ
ンズアレイ８５の各入射側レンズ８６の光軸８７とが平
行となるように配置されている点で、図６に示した偏光
照明装置と異なる。入射側レンズアレイ８５を除いた構
成要素はすべて図６に示した構成要素と同一である。

【００８７】入射側レンズアレイ８５の各入射側レンズ
８６は、入射側レンズアレイ８５から出射するＳ偏光の
光８８の進行方向とＰ偏光の光８９の進行方向とを２等
分する方向が光軸７５と平行となるように、いずれも各
開口の中心に対して各光軸８７が偏心している。

【００８８】図７に示した構成では、実施の形態３にお
ける偏光照明装置と同様の作用、効果が得られ、さらに
光源６１から被照射領域６７までの構成要素がすべて一
軸上に配列されるので、構成要素を取り付ける筐体が図
６に示した構成より簡単になる利点がある。

【００８９】図７に示した構成において、入射側レンズ
アレイ８５を入射側が平面で出射側がレンズ面となるよ
うにし、偏光分離装置６２と入射側レンズアレイ８５と
を透明接着剤で接合してもよい。こうすると、偏光分離
装置６２の出射側と入射側レンズアレイ８５の入射側に
反射防止膜を形成する必要がなくなり、低コスト化でき
る。

【００９０】（実施の形態４）図８は本発明の実施の形
態４に係る偏光照明装置の構成を示したものであり、同
図において、９１は光源、９２は入射側レンズアレイ、
９３は偏光分離装置、９４は出射側レンズアレイ、９５
は偏光方向補正板、９６は正レンズ、９７は被照射領域
である。

【００９１】図８に示した偏光照明装置は、入射側レン
ズアレイ９２の出射側に偏光分離装置９３が配置されて
いる点で、図６に示した偏光照明装置と基本的に異な
る。

【００９２】光源９１の構成は図６に示した光源６１の
構成と同一であり、光源９１から出射した自然光は、入
射側レンズアレイ９２、偏光分離装置９３、出射側レン
ズアレイ９４、偏光方向補正板９５、正レンズ９６の順
に透過し、被照射領域９７に到達する。

【００９３】入射側レンズアレイ９２は、図６に示した
入射側レンズアレイ６３と同様に、入射側面に正レンズ
として機能する入射側レンズ９８を複数個配列したもの
であり、各レンズ素子９８は被照射領域９７の有効領域
と相似の形状ですべて同一の寸法となっている。偏光分
離装置９３は、図１に示した偏光分離装置と同一であ
り、入射側レンズアレイ９２を出射した自然光が入射す
るとＳ偏光の光９９とＰ偏光の光１００が異なる方向に
出射する。出射側レンズアレイ９４は、図６に示した出
射側レンズアレイ６４と同様に、出射側面に正レンズと
して機能する出射側レンズ１０１を複数個配列したもの
である。入射側レンズアレイ９２の水平方向ピッチと出
射側レンズアレイ９４の水平方向のピッチとは互いに等
しく、各入射側レンズ９８の光軸は互いに平行で、対応
する出射側レンズ１０１の光軸と一致している。各出射
側レンズ１０１の光軸はその開口の中心に対して出射側
レンズアレイ９４の水平方向ピッチの３／４だけ偏心し
ている。入射側レンズ９８の焦点は対応する出射側レン
ズ１０１の近傍に位置し、各出射側レンズ１０１の焦点
は対応する入射側レンズ９８の近傍に位置し、正レンズ
９６の焦点は被照射領域９７の近傍に位置する。出射側
レンズアレイ９４の入射側には、Ｓ偏光の光が通過する
領域にのみ１／２波長板１０４が貼り付けられ、Ｓ偏光
の光９９は１／２波長板１０４により偏光方向が９０゜
回転される。

【００９４】光源９１から出射する自然光が入射側レン
ズアレイ９２に入射すると、各入射側レンズ９８は対応
する出射側レンズ１０１上に光源９１を構成するランプ
６８の発光体の実像を形成しようとする。入射側レンズ
アレイ９２から出射する自然光が偏光分離装置９３に入
射すると、Ｓ偏光の光９９は光軸７５に沿って進み、Ｐ
偏光の光１００は光軸７５からずれた方向に進み、各出
射側レンズ１０１上にランプ６８の発光体に対応するそ
れぞれの実像が形成される。Ｓ偏光の光９９は１／２波
長板１０４により偏光方向が９０゜回転され、Ｐ偏光の
光１００は１／２波長板１０４を通過しないので、出射
側レンズアレイ９４には偏光方向が揃った直線偏光に近
い光が入射する。２つの偏光成分の光は、各出射側レン
ズ１０１により、それぞれ光軸７５と平行に出射し、正
レンズ９６に入射する。各出射側レンズ１０１は対応す
る入射側レンズ９８の開口の拡大された実像を無限遠に
互いに重なり合うように形成し、正レンズ９６は無限遠
の実像を物体としてそれに対応する像を被照射領域９７
上に形成する。そのため、各出射側レンズ１０１により
形成される各入射側レンズ９８の開口の拡大像が被照射
領域９７上で互いに重なり合う。各入射側レンズ９８内
の輝度分布は入射側レンズアレイ９２内の輝度分布に比
べて変化が小さいので、被照射領域９７上では照度分布
が平坦になる。

【００９５】このような、本実施の形態の偏光照明装置
によれば、被照射領域９７に、照度分布が均一に近く、
直線偏光に近い光を効率良く照射することができる。

【００９６】図８に示した構成において、入射側レンズ
アレイ９２と偏光分離装置９３とを透明接着剤により接
合してもよい。こうすると、入射側レンズアレイ９２の
出射側と偏光分離装置９３の入射側に反射防止膜を形成
する必要がなくなり、低コスト化できる。

【００９７】（実施の形態５）図９は本発明の実施の形
態５に係る投写型表示装置の構成を示したものであり、
同図において１２１は偏光照明装置、１２２，１２３は
ダイクロイックミラー、１２４は平面ミラー、１２６，
１２７，１２８はフィールドレンズ、１３２，１３３，
１３４は液晶パネル、１３８，１３９はダイクロイック
ミラー、１４０は平面ミラー、１４２は投写レンズであ
る。

【００９８】偏光照明装置１２１は、図７に示したもの
と同一であり、光源６１，偏光分離装置６２、入射側レ
ンズアレイ６３、出射側レンズアレイ６４、偏光方向補
正板６５、正レンズ６６で構成されている。

【００９９】偏光照明装置１２１を出射した光は、青反
射ダイクロイックミラー１２２、赤反射ダイクロイック
ミラー１２３、平面ミラー１２４で構成される色分解光
学系に入射し、赤、緑、青の原色光に分解される。

【０１００】色分解光学系から出射する各原色光は、そ
れぞれフィールドレンズ１２６，１２７，１２８、入射
側偏光板１２９，１３０，１３１を透過した後、液晶パ
ネル１３２，１３３，１３４に入射する。３つの液晶パ
ネル１３２，１３３，１３４は、いずれもＴＮ液晶パネ
ルであり、偏光状態の変化として光学像を形成する。偏
光照明装置１２１から各液晶パネル１３２，１３３，１
３４までの光路長は赤、緑、青の各光路で等しく、入射
側偏光板１２９，１３０，１３１の各偏光軸は、偏光照
明装置１２１から出射する直線偏光の中心的な偏光方向
に一致している。各液晶パネル１３２，１３３，１３４
からの出射光は、それぞれ出射側偏光板１３５，１３
６，１３７を透過し、青反射ダイクロイックミラー１３
８、赤反射ダイクロイックミラー１３９、平面ミラー１
４０で構成される色合成光学系に入射して１つの光に合
成された後、投写レンズ１４２に入射する。

【０１０１】こうして、液晶パネル１３２，１３３，１
３４に形成された光学像がスクリーン上に拡大投写され
る。

【０１０２】このような本実施の形態に係る投写型表示
装置によれば、偏光分離装置６２、入射側レンズアレイ
６３、出射側レンズアレイ６４、偏光方向補正板６５、
正レンズ６６の組み合わせにより、光源６１から出射す
る自然光が効率良く直線偏光に近い光に変換でき、この
直線偏光に近い光が入射側偏光板１２９，１３０，１３
１を高い透過率で透過するので、非常に高い光利用効率
を実現できる。

【０１０３】また、入射側偏光板１２９、１３０、１３
１に直線偏光に近い光が入射するので、入射側偏光板で
の光吸収が少なく、その分信頼性が高くなるという利点
もある。さらに、入射側レンズアレイ６３と出射側レン
ズアレイ６４により、投写画像の照度均一性が良好にす
ることができる。

【０１０４】（実施の形態６）図１０は本発明の実施の
形態６に係る投写型表示装置の構成を示したものであ
り、同図において１５１は偏光照明装置、１５２は平面
ミラー、１５３，１５４はダイクロイックミラー、１５
５は平面ミラー、１５６，１５７はリレーレンズ、１５
８，１５９は平面ミラー、１６０，１６１，１６２はフ
ィールドレンズ、１６６，１６７，１６８は液晶パネ
ル、１７２は色合成プリズム、１７３は投写レンズであ
る。

【０１０５】偏光照明装置１５１は図７に示したものと
同一であり、光源６１、偏光分離装置６２、入射側レン
ズアレイ６３、出射側レンズアレイ６４、偏光方向補正
板６５、正レンズ６６で構成されている。

【０１０６】偏光照明装置１５１を出射した光は、平面
ミラー１５２で反射された後、青透過ダイクロイックミ
ラー１５３、緑反射ダイクロイックミラー１５４、平面
ミラー１５５で構成される色分解光学系に入射し、赤、
緑、青の原色光に分解される。赤の原色光は、第１のリ
レーレンズ１５６、第２のリレーレンズ１５７、２枚の
平面ミラー１５８，１５９で構成されるリレー光学系に
入射する。

【０１０７】色分解光学系を出射した青および緑の原色
光と、リレー光学系を出射した赤の原色光は、それぞれ
フィールドレンズ１６０，１６１，１６２、入射側偏光
板１６３，１６４，１６５を透過した後、液晶パネル１
６６，１６７，１６８に入射する。

【０１０８】３つの液晶パネル１６６，１６７，１６８
は、いずれもＴＮ液晶パネルであり、偏光状態の変化と
して光学像を形成する。入射側偏光板１６３，１６４，
１６５の各偏光軸は、偏光照明装置１５１から出射する
直線偏光に近い光のの中心的な偏光方向に一致してい
る。

【０１０９】各液晶パネル１６６，１６７，１６８から
の出射光は、それぞれ出射側偏光板１６９，１７０，１
７１を透過し、色合成プリズム１７２に入射する。色合
成プリズム１７２は、斜面に赤反射ダイクロイック多層
膜および青反射ダイクロイック多層膜がＸ字状に配列さ
れるように、４個の三角プリズムを接合したものであ
る。色合成プリズム１７２に入射した各原色光は、色合
成プリズム１７１により１つの光に合成された後、投写
レンズ１７３に入射する。液晶パネル１６６，１６７，
１６８に形成された光学像は投写レンズ１７３によりス
クリーン上に拡大投写される。

【０１１０】図１０に示した構成では、偏光照明装置１
５１から各液晶パネル１６６，１６７，１６８までの光
路長は赤の光路だけ他の光路より長いため、偏光照明装
置の作用を有効に得るには注意が必要である。そこで、
リレー光学系により赤の等価光路長が緑および青の光路
長と等しくなるようにしている。この点について、もう
少し説明する。

【０１１１】偏光照明装置１５１からは平行に近い光が
出射し、投写レンズ１７３はテレセントリックである場
合には、第１のリレーレンズ１５６の焦点が第２のリレ
ーレンズ１５７の近傍に位置し、第２のリレーレンズ１
５７の焦点距離が第１のリレーレンズ１５６から第２の
リレーレンズ１５７までの光路長とほぼ等しく、第２の
リレーレンズ１５７からフィールドレンズ１６２までの
光路長が第１のリレーレンズ１５６から第２のリレーレ
ンズ１５７までの光路長とほぼ等しく、フィールドレン
ズ１６２の焦点が第２のリレーレンズ１５７の近傍に位
置するようにするとよい。

【０１１２】このようにすると、第１のリレーレンズ１
５６により光源６１を構成するランプ６８の発光体の像
が第２のリレーレンズ１５７の近傍に形成され、第２の
リレーレンズ１５７により第１のリレーレンズ１５６の
近傍の物体がフィールドレンズ１６２の近傍に形成され
るため、フィールドレンズ１６２の出射側近傍における
平均照度、照度分布は第１のリレーレンズ１５６の入射
側近傍の平均照度、照度分布に近くなる。こうして、リ
レー光学系により、偏光照明装置１５１から赤、緑、青
の各液晶パネル１６６，１６７，１６８までの光路長が
等価的に等しくなり、本願発明の偏光照明装置の作用を
有効に得ることができる。

【０１１３】図１０に示した投写型表示装置も、図９に
示した投写型表示装置と同様の効果が得られる。

【０１１４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、安価で、
量産性の高い、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の光路差の小さ
い薄型の偏光分離装置を提供することができ、また、高
効率で被照射領域の照度均一性が良好な偏光照明装置、
さらに、高効率で投写画像の照度均一性が良好な投写型
表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る偏光分離装置の構
成を示す斜視図。

【図２】実施の形態１における偏光分離装置の構成を示
す要部拡大断面図。

【図３】実施の形態１における偏光分離装置の作用を説
明するための説明図。

【図４】実施の形態１における偏光分離装置の偏光分離
膜の分光透過率特性を示す特性図。

【図５】実施の形態１における偏光分離装置の総合分光
透過率特性を示す特性図。

【図６】本発明の実施の形態２に係る偏光照明装置の構
成を示す概略構成図。

【図７】本発明の実施の形態３に係る偏光照明装置の構
成を示す概略構成図。

【図８】本発明の実施の形態４に係る偏光照明装置の構
成を示す概略構成図。

【図９】本発明の実施の形態５に係る投写型表示装置の
構成を示す概略構成図。

【図１０】本発明の実施の形態６に係る投写型表示装置
の構成を示す概略構成図。

【図１１】従来の投写型表示装置の一例を示す概略構成
図。

【符号の説明】

４１入射側プリズム４２偏光分離膜４３出射側プリズムアレイ４４透明接着剤４５，４６反射防止膜子６１，９１光源６２，９３偏光分離装置６３，８５，９２入射側レンズアレイ６４，９４出射側レンズアレイ６５，９５偏光方向補正板６６，９６正レンズ６７，９７被照射領域６８ランプ６９凹面鏡７０フィルタ１２１，１５１偏光照明装置１３２，１３３，１３４，１６６，１６７，１６８液
晶パネル１２６，１２７，１２８，１６０，１６１，１６２フ
ィールドレンズ１２９，１３０，１３１，１６３，１６４，１６５入
射側偏光板１３５，１３６，１３７，１６９，１７０，１７１出
射側偏光板１４２，１７３投写レンズ１２２，１２３，１３８，１３９，１５３，１５４ダ
イクロイックミラー１２４，１４０，１５５，１５８，１５９平面ミラー１５５，１５６リレーレンズ１７２色合成プリズム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面が三角形状の複数の入射側プリズム
にて入射側面と断面が鋸歯状の接合面とが形成された入
射側プリズムアレイと、前記鋸歯状の接合面で同一方向
に傾いた各斜面に形成され入射光を偏光方向が直交する
２つの偏光成分の光に分離する偏光分離膜と、一体化さ
れた複数のプリズムからなり平面状の出射側面と鋸歯状
の接合面とが形成され全体として板状をなすように前記
入射側プリズムアレイの接合面に接合された出射側プリ
ズムアレイとを備えた偏光分離装置。
【請求項２】出射側プリズムアレイの屈折率が入射側
プリズムの屈折率より低いことを特徴とする請求項１記
載の偏光分離装置。
【請求項３】入射側プリズムの入射側面と偏光分離膜
とのなす角は４５゜であることを特徴とする請求項１又
は請求項２記載の偏光分離装置。
【請求項４】出射側プリズムの出射側面と偏光分離膜
とのなす角は４５゜であることを請求項１乃至請求項３
のいずれかに記載の偏光分離装置。
【請求項５】入射側プリズムアレイは、各入射側プリ
ズムの一側面を同一平面に揃えて連続配置することで平
面状の入射側面を形成したことを特徴とする請求項１乃
至請求項４のいずれかに記載の偏光分離装置。
【請求項６】出射側プリズムアレイは、射出成形によ
って形成された樹脂材料であることを特徴とする請求項
１乃至請求項５のいずれかに記載の偏光分離装置。
【請求項７】入射側プリズムアレイと出射側プリズム
アレイとを、入射側プリズムおよび出射側プリズムアレ
イの屈折率よりも低い屈折率の透明接着剤で接合したこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の偏光分離装置。
【請求項８】略平行な自然光を出射する光源と、前記
光源からの出射光が入射し偏光方向が互いに直交する２
つの偏光成分の光を異なる方向に出射する請求項１乃至
請求項７のいずれかに記載の偏光分離装置と、二次元状
に配列した複数の入射側レンズを有し前記偏光分離装置
の出射側近傍に配置された入射側レンズアレイと、前記
各入射側レンズと対をなす複数の出射側レンズを有し前
記入射側レンズアレイからの出射光が入射する出射側レ
ンズアレイと、前記出射側レンズアレイの入射側または
出射側の近傍に配置され前記２つの偏光成分の光を偏光
方向が揃った光に変換する偏光方向補正手段とを備えた
偏光照明装置。
【請求項９】光源の光軸と偏光分離手段の光軸とは平
行であり、前記偏光分離手段から出射する２つの偏光成
分の光の進む方向を２等分する方向と入射側レンズアレ
イの法線方向とが平行となり、前記入射側レンズアレイ
の法線方向と出射側レンズアレイの法線方向とが平行と
なるようにしたことを特徴とする請求項８記載の偏光照
明装置。
【請求項１０】光源の光軸と偏光分離手段の光軸と入
射側レンズアレイの法線方向と出射側レンズアレイの法
線方向とは互いに平行であり、各入射側レンズはその２
つの偏光成分の光が前記入射側レンズアレイの法線方向
を中心として略対称な方向に進むように、前記各入射側
レンズの開口の中心を光軸から偏心させたことを特徴と
する請求項８記載の偏光照明装置。
【請求項１１】入射側レンズアレイの入射側が平面で
あり、偏光分離装置と前記入射側レンズアレイとを接合
したことを特徴とする請求項８記載の偏光照明装置。
【請求項１２】出射側レンズアレイの出射側近傍に正
レンズを配置し、各入射側レンズの開口の実像が被照射
領域の近傍で互いにほぼ重なるようにしたことを特徴と
する請求項８記載の偏光照明装置。
【請求項１３】略平行な自然光を出射する光源と、二
次元状に配列した複数の入射側レンズを有し前記光源か
らの出射光が入射する入射側レンズアレイと、前記入射
側レンズアレイからの出射光が入射し偏光方向が互いに
直交する２つの偏光成分の光を異なる方向に出射する請
求項１乃至請求項７のいずれかに記載の偏光分離装置
と、前記各入射側レンズと対をなす複数の出射側レンズ
を有し前記偏光分離装置の出射光が入射する出射側レン
ズアレイと、前記出射側レンズアレイの入射側または出
射側の近傍に配置され前記２つの偏光成分の光を偏光方
向が揃った光に変換する偏光方向補正手段とを備えた偏
光照明装置。
【請求項１４】偏光方向補正手段は、出射側レンズの
開口上の２つの偏光成分のうちの一方の偏光方向を全く
変えないか又は所定の角度αだけ回転させ、他方の偏光
方向を略（α＋９０゜）又は略（α−９０゜）回転さ
せ、被照射領域に直線偏光に近い光を照射することを特
徴とする請求項８又は請求項１３記載の偏光照明装置。
【請求項１５】光源の光軸と、入射側レンズアレイの
法線方向と、偏光分離手段の光軸と、出射側レンズアレ
イの法線方向とは互いに平行であり、各出射側レンズは
その２つの偏光成分の光が前記出射側レンズアレイの法
線方向と平行に進むように、前記各出射側レンズの開口
の中心を光軸から偏心させたことを特徴とする請求項１
３記載の偏光照明装置。
【請求項１６】入射側レンズアレイの出射側が平面で
あり、前記入射側レンズアレイと偏光分離装置とを接合
したことを特徴とする請求項１３記載の偏光照明装置。
【請求項１７】出射側レンズアレイの出射側近傍に正
レンズを配置し、各入射側レンズの開口の実像が被照射
領域の近傍で互いにほぼ重なるようにしたことを特徴と
する請求項１３記載の偏光照明装置。
【請求項１８】直線偏光に近い光を被照射領域に照射
する請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載の偏光照
明装置と、前記偏光照明装置からの出射光を受け偏光状
態の変化として光学像を形成するライトバルブと、前記
ライトバルブからの出射光が入射し前記光学像を投写す
る投写レンズとを備え、前記偏光照明装置の出射光の偏
光方向は前記ライトバルブが最大透過率となるときに前
記投写レンズからの出力光が略最大となるように設定し
たことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１９】直線偏光に近い光を被照射領域に照射
する請求項１３乃至請求項１７のいずれかに記載の偏光
照明装置と、前記偏光照明装置からの出射光を受け偏光
状態の変化として光学像を形成するライトバルブと、前
記ライトバルブからの出射光が入射し前記光学像を投写
する投写レンズとを備え、前記偏光照明装置の出射光の
偏光方向は前記ライトバルブが最大透過率となるときに
前記投写レンズからの出力光が略最大となるように設定
したことを特徴路する投写型表示装置。