JP4420428B2 - 偏光照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光体およびリフレクタを備えた光源部を用いて被照明体を照明する偏光照明光学系に関するもので、特に、照明光束を液晶表示板等の、偏光を用いて変調を行うライトバルブにより光変調し、この投映光束によりスクリーン上に画像を拡大投映する投写型表示装置に好適な偏光照明光学系、およびこれ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】
フライアイよりなるインテグレータ部と偏光方向を揃える偏光ビームスプリッタとを用いた明るい偏光照明光学系は、偏光を用いた投写型表示装置の照明光学系として一般に用いられている。また、近年ではより明るい照明光学系が求められる傾向にある。
【０００３】
明るくする手法としては、発光体のサイズが決まっている場合には、発光体の消費電力を上げ発光体からの全光束を多くする、いわゆるワッテイジの高い光源を使用することができる。しかしこのように消費電力を上げることなく、単位面積あたりの光束密度を増す方法も検討されており、例えば、特許文献１が知られている。この照明装置はリフレクタからの光束の一部を平面反射鏡で反射させ発光体側に光束を戻し、別の経路からの光束と共に出射させるものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００３−１５２１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された照明装置では、平面反射鏡で反射させ発光体に戻す光量が多いと発光体付近の熱が上がるため、発光体の寿命が短くなるという問題がある。また逆に、戻す光量が少ないと明るくすることができなくなってしまう。
【０００６】
また平面反射鏡で戻された光束には、反射回数の多さや、発光体を包んでいる発光管を通り抜けることで収差が発生するが、特許文献１に記載された照明装置ではそれに関して考慮されておらず、そのため必ずしも利用効率の高い光束が得られるとは限らないものとなっている。
【０００７】
また、明るい偏光照明光学系とするためには光源からの光量を効率よく利用することが重要であるが、フライアイによるインテグレータ部と偏光ビームスプリッタとを用いた偏光照明光学系では、光源の像ができるフライアイや偏光ビームスプリッタの部分で光束の一部がカットされてしまうことにより、光量ロスが発生しやすいことはよく知られている。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、発光体寿命に影響する温度上昇を軽減しながら、明るく均一な照明を行ない得る偏光照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
また、本発明はインテグレータ板や偏光ビームスプリッタを備えた偏光照明光学系として、簡易な構成で効率よく偏光方向が統一された照明光を得ることのできる偏光照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置を提供することをも目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る偏光照明光学系は、発光体、およびこの発光体からの照明光束を反射するリフレクタよりなる光源部と、この光源部からの照明光束を複数の照明光束に分割するインテグレータ部および該光源部からの照明光束の偏光方向を整える偏光変換部からなる偏光変換インテグレータ部とを備えた照明光学系において、
前記光源部が、前記リフレクタで反射された照明光束の一部について、所定の偏光方向の照明光束は透過するとともに、この所定の偏光方向と垂直な偏光方向の照明光束は反射し直接にまたは前記リフレクタを介して、前記発光体付近に集光させるように作用する、反射型偏光板を備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記光源部からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが前記偏光変換部を介して被照明エリアを照明することが好ましい。
【００１２】
また、前記光源部の前記反射型偏光板を透過した照明光束の多くが、前記偏光変換部が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明することが好ましい。
【００１３】
また、前記光源部の前記リフレクタから直接に前記偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束の多くが、前記偏光変換部を介して被照明エリアを照明することが好ましい。
【００１４】
また、前記偏光変換インテグレータ部の前記インテグレータ部は、少なくとも２枚のフライアイより構成され、最も光源部側フライアイに比べ、最も被照明エリア側フライアイの方がサイズが小さいことが好ましい。
【００１５】
また、前記偏光変換インテグレータ部の前記インテグレータ部は、レンズセル分割数が互いに等しい少なくとも２枚のフライアイからなり、最も被照明エリア側フライアイにおいて、前記偏光変換部が設置された領域に対応する領域のレンズセルサイズが、前記偏光変換部が非設置とされた領域に対応する領域のレンズセルサイズに比べ、大きいことが好ましい。
【００１６】
本発明に係る投写型表示装置は、上記いずれかの偏光照明光学系を備え、この偏光照明光学系からの照明光束により、所定の画像情報に基づいて光変調を行なう少なくとも１つのライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した投映光束を、投写光学系を介し投写することを特徴とするものである。
【００１７】
なお、上記「照明光束の多く」とは、照明光束の少なくとも過半であり、望ましくは全てであることを示すものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、本発明の実施例１に係る偏光照明光学系を例として説明する。図１は本発明の実施例１に係る偏光照明光学系の概略構成を示す断面図である。
この偏光照明光学系において、光源部１は、光源の発光点１１が放物面鏡よりなるリフレクタ１２の焦点に配置されたものである。この光源は、発光分布が小さく発光効率の高いものが望ましく、現在では、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプなどの発光管等からなることが一般的である。
【００１９】
また光源部１は、リフレクタ１２の開口側に、リフレクタ１２で反射された照明光束のうちの一部の照明光束の光路上に、反射型偏光板１３を備えている。反射型偏光板１３は、所定の偏光方向の照明光束を透過するとともに、この所定の偏光方向と垂直な偏光方向の照明光束は反射するもので、反射型偏光板１３で反射された照明光束は再びリフレクタ１２で反射して、発光点１１の付近に集光される。
【００２０】
すなわち、図示されるとおり、光束ｂ、ｃはリフレクタ１２で反射され直接に光源部１から出射され、光束ａ、ｄは反射型偏光板１３に入射されて所定の偏光方向の光束ａ１、ｄ１は透過され、この所定の偏光方向と垂直な偏光方向の光束ａ２、ｄ２は反射される。光束ａ２、ｄ２は反射型偏光板１３から逆行し再びリフレクタ１２で反射して、発光点１１の付近に集光され、さらに進行して再度リフレクタ１２で反射して光源部１から出射される。光源部１から出射される照明光束は略平行光とされている。
【００２１】
またこの偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束を複数の照明光束に分割するインテグレータ部２と、光源部１からの照明光束の偏光方向を整える偏光変換部３とからなる偏光変換インテグレータ部とを備えている。
【００２２】
インテグレータ部２は、光源部１からの照明光束の光軸と垂直な断面における光量分布の均一化を図るもので、光源部側から順に第２フライアイ２１および第１フライアイ２２が配設されている。第２フライアイ２１が光源部１からの略平行光束を第２フライアイ２１のレンズセルの数と同数の部分光束に分割し、第１フライアイ２２を構成する各レンズセル近傍に光源１１の２次光源像を形成させることにより光量分布の均一化を図る。２つのフライアイ２１、２２のレンズセル分割数は互いに等しく、第２フライアイ２１の各レンズセル２３と第１フライアイ２２の各レンズセル２４とは、１対１で対応するように構成されている。
【００２３】
偏光変換部３は、インテグレータ部２から出射された光源部１からの照明光束の偏光方向を揃えるもので、従来よく知られた、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）、およびこのアレイの光出射面側に配設され複数のλ／２位相膜３４がストライプ状に配設されたλ／２位相板からなるものである。
【００２４】
ＰＢＳアレイはその内部に、偏光分離膜３１と反射膜３２とが、光軸に対して略４５度の角度を有するように交互に形成されている。ランダムな偏光である光源部１からの照明光束は、第１フライアイ２２のうちの対応するレンズセル２４から入射され、偏光分離膜３１により偏光方向の異なるＰ偏光とＳ偏光の２種類の偏光に分離される。一方の偏光は偏光分離膜３１を透過しプリズム面３３から出射される。他方の偏光は偏光分離膜３１および隣接する反射膜３２で反射されて、最終的には、ＰＢＳアレイを直進透過した光束とほぼ平行な角度でＰＢＳアレイより出射され、λ／２位相膜３４を通過する際に、偏光面の回転作用によりＰＢＳアレイを直進透過した光束と略一致する偏光方向に変換されて出射される。
【００２５】
このようにして本発明に係る偏光照明光学系から出射された照明光束は、明るく均一で偏光方向が統一された照明光束として、後段の集光レンズ６１等を介し画像表示素子等の被照明領域を照明する。
【００２６】
また、図２（ａ）は、この光源部１をＡ方向より見た図であり、図２（ｂ）は偏光変換部３およびフライアイ２２をＡ方向より見た図である。図２（ｂ）において、ハッチング部分はλ／２位相膜３４が配された部分である。また、図２（ｃ）はフライアイ２２をＡ方向より見た図である。図示のとおり、フライアイ２２は、矩形状の輪郭をした微小な凸レンズによるレンズセル２４が縦横に複数配列されたものである。
【００２７】
上記構成の光源部１によれば、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うことができる。また、反射型偏光板１３から光源付近へ戻される光量は全反射ミラーの場合と比較し略半減されるので、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。
【００２８】
さらに、反射型偏光板１３の形状および配設位置を適宜設定することにより、光源の発光体を包むガラス等の管球で発生する収差も考慮して、その収差を補正し反射光の角度を調整して、発光点に戻すような構成が可能である。発光点は、例えばアーク放電光源ならば空間部分となり、放電部材の温度上昇がなされないので光源寿命を長くすることができる。
【００２９】
また、この偏光照明光学系はインテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えており、明るく均一な照明を行なうことができる。
【００３０】
なお、この偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成することができる。すなわち、上記以外の照明光束は偏光変換部３を介さずに被照明エリアを照明するように構成することができることになる。
【００３１】
より具体的には、上記一部の照明光束を光源部１のリフレクタ１２から直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束とし、これ以外の照明光束を反射型偏光板１３を透過した照明光束とすることが好ましい。反射型偏光板１３を透過した照明光束は所定の偏光方向の照明光束とされているので、偏光変換部３により偏光方向を揃える必要がない。したがって、光源部１の反射型偏光板１３を透過した照明光束の多くが、偏光変換部３が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明するように構成することができる。また、光源部１のリフレクタ１２から、反射型偏光板１３を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束の多くは、偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成することが好ましい。偏光変換部３から出射される光束は、インテグレータ部２から出射され偏光変換部３を介さずにこの偏光照明光学系から出射される光束と略一致する偏光方向となるように変換されるような構成とする。
【００３２】
なお、上記「照明光束の多く」とは、照明光束の少なくとも過半であり、望ましくは全てであることを示すものである。理想的には全てであることが望ましいが、製造上の理由等により、そのように厳密に分けることが難しい場合をも許容するものである。
【００３３】
一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成することにより、光利用効率を向上させることができる。ＰＢＳアレイを用いた偏光変換部３は開口に制限があり、光が入射されてもその光を利用できない部分が在ることが知られている。そのためインテグレータ部２から偏光変換部３に至る部分では光量損失が生じやすいが、偏光変換部３が非設置とされた領域からも偏光方向が揃えられた光束を出射し得るこの偏光照明光学系の構成によれば、この領域ではこのような光量損失がない。また、偏光変換部３のサイズを小さくすることができ、低コスト化を図ることができる。
【００３４】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、各実施例における符号は、各実施例において同様なものを示す場合はそれぞれ一致させている。また、各断面図において、各部材はその断面形状を重点的に記載したものであって、遠方の端面の記載を省略しているものがある。
【００３５】
＜実施例１＞
上述のとおり、図１は本実施例に係る偏光照明光学系の断面図である。また、図２は図１の、Ａ方向より（ａ）光源部１、（ｂ）偏光変換部３および第１フライアイ２２、（ｃ）第１フライアイ２２を、それぞれ見た図である。
【００３６】
本実施例の光源部１によれば、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うとともに、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。また、この偏光照明光学系はインテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えており、明るく均一な照明を行なうことができる。また、この偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されており、光利用効率を向上させることができる。
【００３７】
すなわち、反射型偏光板１３を透過した照明光束（例えば、ａ１、ｄ１）は所定の偏光方向の照明光束とされているので、偏光変換部３が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明するように構成されている。また、光源部１のリフレクタ１２から、反射型偏光板１３を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束（例えば、ｂ、ｃ）は、偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されている。
【００３８】
また、第２フライアイ２１と第１フライアイ２２とは、本実施例のように同一形状とすることによりコスト上有利となる。
【００３９】
＜実施例２＞
図３は本実施例に係る偏光照明光学系の断面図である。また、図４は図３の、Ａ方向より（ａ）光源部１、（ｂ）偏光変換部３および第１フライアイ２２、（ｃ）第１フライアイ２２を、それぞれ見た図である。図示のとおり、この偏光照明光学系では実施例１のものと異なり、リフレクタから出射される光束の光軸近傍部分に反射型偏光板１３が配設されている。
【００４０】
本実施例の光源部１によれば、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うとともに、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。また、この偏光照明光学系はインテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えており、明るく均一な照明を行なうことができる。また、この偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されており、光利用効率を向上させることができる。
【００４１】
すなわち、反射型偏光板１３を透過した照明光束（例えば、ｂ１、ｃ１）は所定の偏光方向の照明光束とされているので、偏光変換部３が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明するように構成されている。また、光源部１のリフレクタ１２から、反射型偏光板１３を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束（例えば、ａ、ｄ）は、偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されている。
【００４２】
また、この偏光照明光学系は、インテグレータ部２が、レンズセル分割数が互いに等しい２枚のフライアイ２１、２２からなり、被照明エリア側の第１フライアイ２２において、偏光変換部３が設置された領域に対応する領域のレンズセル２４ａのサイズが、偏光変換部３が非設置とされた領域に対応する領域のレンズセル２４ｂのサイズに比べ、大きくなるように構成されている。
【００４３】
すなわち、第２フライアイ２１は、反射型偏光板１３を透過した照明光束（例えば、ｂ１、ｃ１）が略入射される領域の各レンズセル２３ｂと、反射型偏光板１３を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束（例えば、ａ、ｄ）が略入射される領域の各レンズセル２３ａとからなる。そして、各レンズセル２３ｂの偏心により、偏光が揃った光は光束中心が光軸を中心として互いに近づくように集光される。他方、ランダムな偏光方向の光は、各レンズセル２３ａの偏心により、光束中心が光軸を中心として互いに離れるように集光される。
【００４４】
２つのフライアイ２１、２２のサイズは略等しいが、第１フライアイ２２においては、この第２フライアイ２１の各レンズセル２３a、２３ｂの偏心に対応して、レンズセル２３ａに対応する領域のレンズセル２４ａのサイズ（面積）が、レンズセル２３ｂに対応する領域のレンズセル２４ｂのサイズ（面積）に比べ、大きくなっている。レンズセル２４ａに入射されたランダムな偏光方向の光は後段に設置された偏光変換部３に入射される。レンズセル２４ｂに入射された光は偏光方向が揃っているので、偏光変換部３を介すことなく偏光照明光学系から出射される。
【００４５】
ランダムな偏光方向の光は第１フライアイ２２の後段の偏光変換部３で偏光方向が揃えられるわけであるが、２つのフライアイ２１、２２のそれ自体のサイズが略等しい場合でも、このように偏心させ、上記所定の光束により結像される２次光源像の間隔を拡げることにより、照明光束の利用効率を向上させることができる。レンズセル２４ｂから出射される偏光が揃った照明光束についてはそのままの光量が利用できるとともに、レンズセル２４ａから出射されるランダムな偏光方向の照明光束について、このようにしてフライアイの近傍に形成される２次光源像の間隔が広められると、開口制限のあるＰＢＳアレイに効率よく光を入射させることができるので、ランダムな偏光方向の光について照明効率を向上させることができる。
【００４６】
＜実施例３＞
図５は本実施例に係る偏光照明光学系の断面図である。図示のとおり、この偏光照明光学系では実施例１のものと異なり、光源部１は楕円面鏡よりなるリフレクタ１４を備え、この光源部１からの光束を略平行光としてインテグレータ部２に入射させるレンズ４１を備えている。また、この反射型偏光板１６は実施例１の平面状のものと異なり、所定の曲面状のものとされている。この曲面形状は、光源の発光体を包むガラス等の管球で発生する収差を考慮して、その収差を補正し反射光の角度を調整して、発光点に戻すように設定されている。
【００４７】
本実施例の光源部１によれば、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うとともに、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。また、この偏光照明光学系はインテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えており、明るく均一な照明を行なうことができる。また、この偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されており、光利用効率を向上させることができる。
【００４８】
すなわち、反射型偏光板１６を透過した照明光束（例えば、ａ１、ｄ１）は所定の偏光方向の照明光束とされているので、偏光変換部３が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明するように構成されている。また、光源部１のリフレクタ１４から、反射型偏光板１６を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束（例えば、ｂ、ｃ）は、偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されている。
【００４９】
本実施例では、偏光変換部３のＰＢＳアレイは光軸を含む所定面に関し対称となるように構成されている。これは、偏光変換部３が配された領域と偏光変換部３が非設置とされた領域とから出射された照明光束全体において、光束密度が疎となる部分を極力なくするように配慮されたもので、偏光変換部３の作用としては実施例１のものと略同様である。
【００５０】
また、この偏光照明光学系は、２枚のフライアイ２１、２２より構成されたインテグレータ部２において、光源部側の第２フライアイ２１に比べ、被照明エリア側の第１フライアイ２２の方がサイズが小さくなるように構成されている。２枚のフライアイ２１、２２はそれぞれ１対１に対応するような各レンズセルを備えているが、第２フライアイ２１のレンズセルの偏心により、第１フライアイ２２をこのように小型化することができる。
【００５１】
第２フライアイ２１のレンズセルの偏心は、実施例２のものと同様に、第１フライアイ２２において、偏光変換部３が設置された領域に対応する領域のレンズセル２４ａのサイズが、偏光変換部３が非設置とされた領域に対応する領域のレンズセル２４ｂのサイズに比べ、大きくなるように設定されている。これにより、実施例２のものと同様に、ランダムな偏光方向の光束により結像される２次光源像の間隔を拡げ、照明光の利用効率を向上させることができる。
【００５２】
すなわち本実施例は、第１フライアイ２２と偏光変換部３とを小型化しながら、照明光の利用効率を向上させるものである。
【００５３】
＜実施例４＞
図６は本実施例に係る偏光照明光学系の断面図である。本実施例の光源部１は実施例１のものと同様であり、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うとともに、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。
【００５４】
本実施例の偏光照明光学系は実施例１のものと異なり、インテグレータ部２が、レンズセル分割数が互いに等しい２枚のフライアイ２１、２２からなり、被照明エリア側の第１フライアイ２２において、偏光変換部３が設置された領域に対応する領域のレンズセル２４ａのサイズが、偏光変換部３が非設置とされた領域に対応する領域のレンズセル２４ｂのサイズに比べ、大きくなるように構成されている。
【００５５】
これにより、本実施例の偏光照明光学系は実施例２のものと同様に、インテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えた明るく均一な照明を行ない得るものであるとともに、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されており、光利用効率を向上させることができ、さらに、ランダムな偏光方向の光束により結像される２次光源像の間隔を拡げ、照明光の利用効率を向上させることができる。
【００５６】
本実施例の偏光変換部３においてもＰＢＳアレイは光軸を含む所定面に関し対称となるように構成されているが、その作用としては実施例１のものと略同様である。また、本実施例の偏光変換部３は、実施例１〜３のものとλ／２位相膜３４の配設位置が異なっている。本実施例ではλ／２位相膜３４は、偏光分離膜３１を透過しプリズム面３３から出射される偏光の出射面に配設されている。本発明の偏光変換部３としては、このようなタイプのものを用いることも可能である。ただし、本発明に係る偏光照明光学系としては、偏光変換部３から出射される光束は、インテグレータ部２から出射され偏光変換部を介さずにこの偏光照明光学系から出射される光束と略一致する偏光方向とされていることが好ましい。そのため、本実施例においてはインテグレータ部２から出射され偏光変換部を介さずにこの偏光照明光学系から出射される光束の光路上にもλ／２位相膜３５が配されている。
【００５７】
＜実施例５＞
本実施例は、本発明に係る投写型表示装置の具体的な実施例として説明するものである。本実施例に係る投写型表示装置の概略構成を図７に示す。この装置は、本発明に係る偏光照明光学系を代表したものとしての、上記実施例４に係る偏光照明光学系を用いた装置とされている。
【００５８】
この装置は、本発明に係る偏光照明光学系からの照明光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なう透過型画像表示素子よりなるライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した投映光束を、投写光学系６７を介し投写するものである。照明光束は、光量分布が均一化され偏光方向が揃えられた状態で、本発明の偏光照明光学系から出射される。そしてこの照明光束は、以下に示すとおり、３原色光に分解され、各色光用の透過型画像表示素子である液晶パネル６４ａ〜ｃにより光変調されて、これらの投映光束が合成された後、投写光学系６７により投写されて、スクリーン（不図示）上にフルカラー画像が結像される。なお、以下に示す第１〜第３色光成分とは、青色、緑色、赤色の３原色光を任意の順に対応させることができる。
【００５９】
すなわち、照明光学系から出射された照明光束は、ダイクロイックミラー６２ａ、６２ｂにより色光分解され、それぞれ第１〜第３色光成分用の画像が表示される液晶パネル６４ａ〜ｃに照射される。ダイクロイックミラー６２ａは、照明光束を第１色光成分光束と第２、第３色光成分の合成光束とに分離し、ダイクロイックミラー６２ｂは、ダイクロイックミラー６２ａにより分離された第２、第３色光成分の合成光束を、第２色光成分と第３色光成分とに分離するものである。照明光束の光路上には、偏向のための全反射ミラー６３〜ｄと、集光レンズ６１ａ〜ｆとが配され、液晶パネル６４ａ〜ｃ上には、光源部１からの光束が重畳される。液晶パネル６４ａ〜ｃを透過し、所定の画像情報に基づいて光変調された投映光束である第１〜第３色光成分光束は、第１色光成分を反射するダイクロイック膜６５ａと第３色光成分を反射するダイクロイック膜６５ｂとを内部に有する、クロスプリズム６６により合成される。
【００６０】
この投写型表示装置は、本発明に係る偏光照明光学系を備えていることにより、簡易な構成で光源から発生した光量を効率よく利用し、明るく均一な偏光方向が統一された照明を行うことができるとともに、発光体寿命を長く持たせることができる。
【００６１】
なお、本発明の偏光照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置としては、これらの実施例のものに限られず、種々の態様の変更が可能である。
【００６２】
例えば、本発明の偏光照明光学系において、反射型偏光板の開口部の形状およびサイズは上記実施例のものに限られない。開口部の形状およびサイズは、後段の偏光変換部の形状に対応することが望ましく、さらに、反射型偏光板で反射された光束がより少ない反射回数で開口部から出射されるように適宜設定し、光量損失を少なくすることが好ましい。また、開口部のサイズが大きくなることは偏光変換部の大型化を招く場合もあるので、光利用効率の低下ならびにコスト増とならないように適宜設定することが好ましい。
【００６３】
また、光源部において、反射型偏光板の形状は平面に限られず曲面とされていてもよい。また、その形状および配置は、反射型偏光板で反射した光が再度リフレクタで反射されて光源部から出射されるように構成されていてもよいし、反射型偏光板で反射した光がリフレクタに当たらずに直接に光源部から出射されるように構成されていてもよい。前者の構成は反射型偏光板を平面状に形成することができるので製造が容易である。また、後者の構成は、リフレクタでの反射回数が少なくなるので光量損失を少なくすることができる。また、反射型偏光板で反射した光のうち、一部が再度リフレクタで反射されて光源部から出射され、それ以外の光がリフレクタに当たらずに直接に光源部から出射されるように構成されていてもよい。
【００６４】
また、本発明の投写型表示装置としては、本発明の偏光照明光学系を任意に用いることができる。
【００６５】
また、本発明の投写型表示装置においてライトバルブは実施例のものに限られない。例えば、反射型画像表示素子よりなるライトバルブを備えた投写型表示装置にも、本発明の照明光学系を適用することができる。また、本発明の投写型表示装置は必ずしもカラー画像表示装置に限られず、モノクロ画像表示装置とされていてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る偏光照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置によれば、光源部に、リフレクタで反射された照明光束の一部について、所定の偏光方向の照明光束は透過するとともに、この所定の偏光方向と垂直な偏光方向の照明光束は反射し発光体付近に集光させるように作用する、反射型偏光板を備え、インテグレータ部および偏光変換部からなる偏光変換インテグレータ部を備えていることにより、簡易な構成で光源から発生した光量を効率よく利用し、明るく均一な偏光方向が統一された照明を行うことができるとともに、発光体寿命を長く持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る偏光照明光学系の概略構成図
【図２】実施例１のＡ方向から見た図
【図３】本発明の実施例２に係る偏光照明光学系の概略構成図
【図４】実施例２のＡ方向から見た図
【図５】本発明の実施例３に係る偏光照明光学系の概略構成図
【図６】本発明の実施例４に係る偏光照明光学系の概略構成図
【図７】本発明の実施例５に係る投写型表示装置の概略構成図
【符号の説明】
１ 光源部
２ インテグレータ部
３ 偏光変換部
１１ 発光点
１２ 放物面リフレクタ
１３、１６ 反射型偏光板
１４ 楕円面リフレクタ
２１ 第２フライアイ
２２ 第１フライアイ
２３、２４ レンズセル
３１ 偏光分離膜
３２ 反射膜
３３ プリズム面
３４ λ／２位相膜
４１ レンズ
６１ 集光レンズ
６２ ダイクロイックミラー
６３ 全反射ミラー
６４ 透過型液晶パネル
６５ ダイクロイック膜
６７ 投写光学系
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光体およびリフレクタを備えた光源部を用いて被照明体を照明する偏光照明光学系に関するもので、特に、照明光束を液晶表示板等の、偏光を用いて変調を行うライトバルブにより光変調し、この投映光束によりスクリーン上に画像を拡大投映する投写型表示装置に好適な偏光照明光学系、およびこれ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】
フライアイよりなるインテグレータ部と偏光方向を揃える偏光ビームスプリッタとを用いた明るい偏光照明光学系は、偏光を用いた投写型表示装置の照明光学系として一般に用いられている。また、近年ではより明るい照明光学系が求められる傾向にある。
【０００３】
明るくする手法としては、発光体のサイズが決まっている場合には、発光体の消費電力を上げ発光体からの全光束を多くする、いわゆるワッテイジの高い光源を使用することができる。しかしこのように消費電力を上げることなく、単位面積あたりの光束密度を増す方法も検討されており、例えば、特許文献１が知られている。この照明装置はリフレクタからの光束の一部を平面反射鏡で反射させ発光体側に光束を戻し、別の経路からの光束と共に出射させるものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００３−１５２１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された照明装置では、平面反射鏡で反射させ発光体に戻す光量が多いと発光体付近の熱が上がるため、発光体の寿命が短くなるという問題がある。また逆に、戻す光量が少ないと明るくすることができなくなってしまう。
【０００６】
また平面反射鏡で戻された光束には、反射回数の多さや、発光体を包んでいる発光管を通り抜けることで収差が発生するが、特許文献１に記載された照明装置ではそれに関して考慮されておらず、そのため必ずしも利用効率の高い光束が得られるとは限らないものとなっている。
【０００７】
また、明るい偏光照明光学系とするためには光源からの光量を効率よく利用することが重要であるが、フライアイによるインテグレータ部と偏光ビームスプリッタとを用いた偏光照明光学系では、光源の像ができるフライアイや偏光ビームスプリッタの部分で光束の一部がカットされてしまうことにより、光量ロスが発生しやすいことはよく知られている。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、発光体寿命に影響する温度上昇を軽減しながら、明るく均一な照明を行ない得る偏光照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
また、本発明はインテグレータ板や偏光ビームスプリッタを備えた偏光照明光学系として、簡易な構成で効率よく偏光方向が統一された照明光を得ることのできる偏光照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置を提供することをも目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る偏光照明光学系は、発光体、およびこの発光体からの照明光束を反射するリフレクタよりなる光源部と、この光源部からの照明光束を複数の照明光束に分割するインテグレータ部および該光源部からの照明光束の偏光方向を整える偏光変換部からなる偏光変換インテグレータ部とを備えた照明光学系において、
前記光源部が、前記リフレクタで反射された照明光束の一部について、所定の偏光方向の照明光束は透過するとともに、この所定の偏光方向と垂直な偏光方向の照明光束は反射し直接にまたは前記リフレクタを介して、前記発光体付近に集光させるように作用する、反射型偏光板を備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記光源部からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが前記偏光変換部を介して被照明エリアを照明することが好ましい。
【００１２】
また、前記光源部の前記反射型偏光板を透過した照明光束の多くが、前記偏光変換部が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明することが好ましい。
【００１３】
また、前記光源部の前記リフレクタから直接に前記偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束の多くが、前記偏光変換部を介して被照明エリアを照明することが好ましい。
【００１４】
また、前記偏光変換インテグレータ部の前記インテグレータ部は、少なくとも２枚のフライアイより構成され、最も光源部側フライアイに比べ、最も被照明エリア側フライアイの方がサイズが小さいことが好ましい。
【００１５】
また、前記偏光変換インテグレータ部の前記インテグレータ部は、レンズセル分割数が互いに等しい少なくとも２枚のフライアイからなり、最も被照明エリア側フライアイにおいて、前記偏光変換部が設置された領域に対応する領域のレンズセルサイズが、前記偏光変換部が非設置とされた領域に対応する領域のレンズセルサイズに比べ、大きいことが好ましい。
【００１６】
本発明に係る投写型表示装置は、上記いずれかの偏光照明光学系を備え、この偏光照明光学系からの照明光束により、所定の画像情報に基づいて光変調を行なう少なくとも１つのライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した投映光束を、投写光学系を介し投写することを特徴とするものである。
【００１７】
なお、上記「照明光束の多く」とは、照明光束の少なくとも過半であり、望ましくは全てであることを示すものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、本発明の実施例１に係る偏光照明光学系を例として説明する。図１は本発明の実施例１に係る偏光照明光学系の概略構成を示す断面図である。
この偏光照明光学系において、光源部１は、光源の発光点１１が放物面鏡よりなるリフレクタ１２の焦点に配置されたものである。この光源は、発光分布が小さく発光効率の高いものが望ましく、現在では、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプなどの発光管等からなることが一般的である。
【００１９】
また光源部１は、リフレクタ１２の開口側に、リフレクタ１２で反射された照明光束のうちの一部の照明光束の光路上に、反射型偏光板１３を備えている。反射型偏光板１３は、所定の偏光方向の照明光束を透過するとともに、この所定の偏光方向と垂直な偏光方向の照明光束は反射するもので、反射型偏光板１３で反射された照明光束は再びリフレクタ１２で反射して、発光点１１の付近に集光される。
【００２０】
すなわち、図示されるとおり、光束ｂ、ｃはリフレクタ１２で反射され直接に光源部１から出射され、光束ａ、ｄは反射型偏光板１３に入射されて所定の偏光方向の光束ａ１、ｄ１は透過され、この所定の偏光方向と垂直な偏光方向の光束ａ２、ｄ２は反射される。光束ａ２、ｄ２は反射型偏光板１３から逆行し再びリフレクタ１２で反射して、発光点１１の付近に集光され、さらに進行して再度リフレクタ１２で反射して光源部１から出射される。光源部１から出射される照明光束は略平行光とされている。
【００２１】
またこの偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束を複数の照明光束に分割するインテグレータ部２と、光源部１からの照明光束の偏光方向を整える偏光変換部３とからなる偏光変換インテグレータ部とを備えている。
【００２２】
インテグレータ部２は、光源部１からの照明光束の光軸と垂直な断面における光量分布の均一化を図るもので、光源部側から順に第２フライアイ２１および第１フライアイ２２が配設されている。第２フライアイ２１が光源部１からの略平行光束を第２フライアイ２１のレンズセルの数と同数の部分光束に分割し、第１フライアイ２２を構成する各レンズセル近傍に光源１１の２次光源像を形成させることにより光量分布の均一化を図る。２つのフライアイ２１、２２のレンズセル分割数は互いに等しく、第２フライアイ２１の各レンズセル２３と第１フライアイ２２の各レンズセル２４とは、１対１で対応するように構成されている。
【００２３】
偏光変換部３は、インテグレータ部２から出射された光源部１からの照明光束の偏光方向を揃えるもので、従来よく知られた、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）、およびこのアレイの光出射面側に配設され複数のλ／２位相膜３４がストライプ状に配設されたλ／２位相板からなるものである。
【００２４】
ＰＢＳアレイはその内部に、偏光分離膜３１と反射膜３２とが、光軸に対して略４５度の角度を有するように交互に形成されている。ランダムな偏光である光源部１からの照明光束は、第１フライアイ２２のうちの対応するレンズセル２４から入射され、偏光分離膜３１により偏光方向の異なるＰ偏光とＳ偏光の２種類の偏光に分離される。一方の偏光は偏光分離膜３１を透過しプリズム面３３から出射される。他方の偏光は偏光分離膜３１および隣接する反射膜３２で反射されて、最終的には、ＰＢＳアレイを直進透過した光束とほぼ平行な角度でＰＢＳアレイより出射され、λ／２位相膜３４を通過する際に、偏光面の回転作用によりＰＢＳアレイを直進透過した光束と略一致する偏光方向に変換されて出射される。
【００２５】
このようにして本発明に係る偏光照明光学系から出射された照明光束は、明るく均一で偏光方向が統一された照明光束として、後段の集光レンズ６１等を介し画像表示素子等の被照明領域を照明する。
【００２６】
また、図２（ａ）は、この光源部１をＡ方向より見た図であり、図２（ｂ）は偏光変換部３およびフライアイ２２をＡ方向より見た図である。図２（ｂ）において、ハッチング部分はλ／２位相膜３４が配された部分である。また、図２（ｃ）はフライアイ２２をＡ方向より見た図である。図示のとおり、フライアイ２２は、矩形状の輪郭をした微小な凸レンズによるレンズセル２４が縦横に複数配列されたものである。
【００２７】
上記構成の光源部１によれば、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うことができる。また、反射型偏光板１３から光源付近へ戻される光量は全反射ミラーの場合と比較し略半減されるので、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。
【００２８】
さらに、反射型偏光板１３の形状および配設位置を適宜設定することにより、光源の発光体を包むガラス等の管球で発生する収差も考慮して、その収差を補正し反射光の角度を調整して、発光点に戻すような構成が可能である。発光点は、例えばアーク放電光源ならば空間部分となり、放電部材の温度上昇がなされないので光源寿命を長くすることができる。
【００２９】
また、この偏光照明光学系はインテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えており、明るく均一な照明を行なうことができる。
【００３０】
なお、この偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成することができる。すなわち、上記以外の照明光束は偏光変換部３を介さずに被照明エリアを照明するように構成することができることになる。
【００３１】
より具体的には、上記一部の照明光束を光源部１のリフレクタ１２から直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束とし、これ以外の照明光束を反射型偏光板１３を透過した照明光束とすることが好ましい。反射型偏光板１３を透過した照明光束は所定の偏光方向の照明光束とされているので、偏光変換部３により偏光方向を揃える必要がない。したがって、光源部１の反射型偏光板１３を透過した照明光束の多くが、偏光変換部３が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明するように構成することができる。また、光源部１のリフレクタ１２から、反射型偏光板１３を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束の多くは、偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成することが好ましい。偏光変換部３から出射される光束は、インテグレータ部２から出射され偏光変換部３を介さずにこの偏光照明光学系から出射される光束と略一致する偏光方向となるように変換されるような構成とする。
【００３２】
なお、上記「照明光束の多く」とは、照明光束の少なくとも過半であり、望ましくは全てであることを示すものである。理想的には全てであることが望ましいが、製造上の理由等により、そのように厳密に分けることが難しい場合をも許容するものである。
【００３３】
一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成することにより、光利用効率を向上させることができる。ＰＢＳアレイを用いた偏光変換部３は開口に制限があり、光が入射されてもその光を利用できない部分が在ることが知られている。そのためインテグレータ部２から偏光変換部３に至る部分では光量損失が生じやすいが、偏光変換部３が非設置とされた領域からも偏光方向が揃えられた光束を出射し得るこの偏光照明光学系の構成によれば、この領域ではこのような光量損失がない。また、偏光変換部３のサイズを小さくすることができ、低コスト化を図ることができる。
【００３４】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、各実施例における符号は、各実施例において同様なものを示す場合はそれぞれ一致させている。また、各断面図において、各部材はその断面形状を重点的に記載したものであって、遠方の端面の記載を省略しているものがある。
【００３５】
＜実施例１＞
上述のとおり、図１は本実施例に係る偏光照明光学系の断面図である。また、図２は図１の、Ａ方向より（ａ）光源部１、（ｂ）偏光変換部３および第１フライアイ２２、（ｃ）第１フライアイ２２を、それぞれ見た図である。
【００３６】
本実施例の光源部１によれば、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うとともに、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。また、この偏光照明光学系はインテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えており、明るく均一な照明を行なうことができる。また、この偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されており、光利用効率を向上させることができる。
【００３７】
すなわち、反射型偏光板１３を透過した照明光束（例えば、ａ１、ｄ１）は所定の偏光方向の照明光束とされているので、偏光変換部３が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明するように構成されている。また、光源部１のリフレクタ１２から、反射型偏光板１３を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束（例えば、ｂ、ｃ）は、偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されている。
【００３８】
また、第２フライアイ２１と第１フライアイ２２とは、本実施例のように同一形状とすることによりコスト上有利となる。
【００３９】
＜実施例２＞
図３は本実施例に係る偏光照明光学系の断面図である。また、図４は図３の、Ａ方向より（ａ）光源部１、（ｂ）偏光変換部３および第１フライアイ２２、（ｃ）第１フライアイ２２を、それぞれ見た図である。図示のとおり、この偏光照明光学系では実施例１のものと異なり、リフレクタから出射される光束の光軸近傍部分に反射型偏光板１３が配設されている。
【００４０】
本実施例の光源部１によれば、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うとともに、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。また、この偏光照明光学系はインテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えており、明るく均一な照明を行なうことができる。また、この偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されており、光利用効率を向上させることができる。
【００４１】
すなわち、反射型偏光板１３を透過した照明光束（例えば、ｂ１、ｃ１）は所定の偏光方向の照明光束とされているので、偏光変換部３が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明するように構成されている。また、光源部１のリフレクタ１２から、反射型偏光板１３を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束（例えば、ａ、ｄ）は、偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されている。
【００４２】
また、この偏光照明光学系は、インテグレータ部２が、レンズセル分割数が互いに等しい２枚のフライアイ２１、２２からなり、被照明エリア側の第１フライアイ２２において、偏光変換部３が設置された領域に対応する領域のレンズセル２４ａのサイズが、偏光変換部３が非設置とされた領域に対応する領域のレンズセル２４ｂのサイズに比べ、大きくなるように構成されている。
【００４３】
すなわち、第２フライアイ２１は、反射型偏光板１３を透過した照明光束（例えば、ｂ１、ｃ１）が略入射される領域の各レンズセル２３ｂと、反射型偏光板１３を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束（例えば、ａ、ｄ）が略入射される領域の各レンズセル２３ａとからなる。そして、各レンズセル２３ｂの偏心により、偏光が揃った光は光束中心が光軸を中心として互いに近づくように集光される。他方、ランダムな偏光方向の光は、各レンズセル２３ａの偏心により、光束中心が光軸を中心として互いに離れるように集光される。
【００４４】
２つのフライアイ２１、２２のサイズは略等しいが、第１フライアイ２２においては、この第２フライアイ２１の各レンズセル２３a、２３ｂの偏心に対応して、レンズセル２３ａに対応する領域のレンズセル２４ａのサイズ（面積）が、レンズセル２３ｂに対応する領域のレンズセル２４ｂのサイズ（面積）に比べ、大きくなっている。レンズセル２４ａに入射されたランダムな偏光方向の光は後段に設置された偏光変換部３に入射される。レンズセル２４ｂに入射された光は偏光方向が揃っているので、偏光変換部３を介すことなく偏光照明光学系から出射される。
【００４５】
ランダムな偏光方向の光は第１フライアイ２２の後段の偏光変換部３で偏光方向が揃えられるわけであるが、２つのフライアイ２１、２２のそれ自体のサイズが略等しい場合でも、このように偏心させ、上記所定の光束により結像される２次光源像の間隔を拡げることにより、照明光束の利用効率を向上させることができる。レンズセル２４ｂから出射される偏光が揃った照明光束についてはそのままの光量が利用できるとともに、レンズセル２４ａから出射されるランダムな偏光方向の照明光束について、このようにしてフライアイの近傍に形成される２次光源像の間隔が広められると、開口制限のあるＰＢＳアレイに効率よく光を入射させることができるので、ランダムな偏光方向の光について照明効率を向上させることができる。
【００４６】
＜実施例３＞
図５は本実施例に係る偏光照明光学系の断面図である。図示のとおり、この偏光照明光学系では実施例１のものと異なり、光源部１は楕円面鏡よりなるリフレクタ１４を備え、この光源部１からの光束を略平行光としてインテグレータ部２に入射させるレンズ４１を備えている。また、この反射型偏光板１６は実施例１の平面状のものと異なり、所定の曲面状のものとされている。この曲面形状は、光源の発光体を包むガラス等の管球で発生する収差を考慮して、その収差を補正し反射光の角度を調整して、発光点に戻すように設定されている。
【００４７】
本実施例の光源部１によれば、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うとともに、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。また、この偏光照明光学系はインテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えており、明るく均一な照明を行なうことができる。また、この偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されており、光利用効率を向上させることができる。
【００４８】
すなわち、反射型偏光板１６を透過した照明光束（例えば、ａ１、ｄ１）は所定の偏光方向の照明光束とされているので、偏光変換部３が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明するように構成されている。また、光源部１のリフレクタ１４から、反射型偏光板１６を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束（例えば、ｂ、ｃ）は、偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されている。
【００４９】
本実施例では、偏光変換部３のＰＢＳアレイは光軸を含む所定面に関し対称となるように構成されている。これは、偏光変換部３が配された領域と偏光変換部３が非設置とされた領域とから出射された照明光束全体において、光束密度が疎となる部分を極力なくするように配慮されたもので、偏光変換部３の作用としては実施例１のものと略同様である。
【００５０】
また、この偏光照明光学系は、２枚のフライアイ２１、２２より構成されたインテグレータ部２において、光源部側の第２フライアイ２１に比べ、被照明エリア側の第１フライアイ２２の方がサイズが小さくなるように構成されている。２枚のフライアイ２１、２２はそれぞれ１対１に対応するような各レンズセルを備えているが、第２フライアイ２１のレンズセルの偏心により、第１フライアイ２２をこのように小型化することができる。
【００５１】
第２フライアイ２１のレンズセルの偏心は、実施例２のものと同様に、第１フライアイ２２において、偏光変換部３が設置された領域に対応する領域のレンズセル２４ａのサイズが、偏光変換部３が非設置とされた領域に対応する領域のレンズセル２４ｂのサイズに比べ、大きくなるように設定されている。これにより、実施例２のものと同様に、ランダムな偏光方向の光束により結像される２次光源像の間隔を拡げ、照明光の利用効率を向上させることができる。
【００５２】
すなわち本実施例は、第１フライアイ２２と偏光変換部３とを小型化しながら、照明光の利用効率を向上させるものである。
【００５３】
＜実施例４＞
図６は本実施例に係る偏光照明光学系の断面図である。本実施例の光源部１は実施例１のものと同様であり、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うとともに、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。
【００５４】
本実施例の偏光照明光学系は実施例１のものと異なり、インテグレータ部２が、レンズセル分割数が互いに等しい２枚のフライアイ２１、２２からなり、被照明エリア側の第１フライアイ２２において、偏光変換部３が設置された領域に対応する領域のレンズセル２４ａのサイズが、偏光変換部３が非設置とされた領域に対応する領域のレンズセル２４ｂのサイズに比べ、大きくなるように構成されている。
【００５５】
これにより、本実施例の偏光照明光学系は実施例２のものと同様に、インテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えた明るく均一な照明を行ない得るものであるとともに、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されており、光利用効率を向上させることができ、さらに、ランダムな偏光方向の光束により結像される２次光源像の間隔を拡げ、照明光の利用効率を向上させることができる。
【００５６】
本実施例の偏光変換部３においてもＰＢＳアレイは光軸を含む所定面に関し対称となるように構成されているが、その作用としては実施例１のものと略同様である。また、本実施例の偏光変換部３は、実施例１〜３のものとλ／２位相膜３４の配設位置が異なっている。本実施例ではλ／２位相膜３４は、偏光分離膜３１を透過しプリズム面３３から出射される偏光の出射面に配設されている。本発明の偏光変換部３としては、このようなタイプのものを用いることも可能である。ただし、本発明に係る偏光照明光学系としては、偏光変換部３から出射される光束は、インテグレータ部２から出射され偏光変換部を介さずにこの偏光照明光学系から出射される光束と略一致する偏光方向とされていることが好ましい。そのため、本実施例においてはインテグレータ部２から出射され偏光変換部を介さずにこの偏光照明光学系から出射される光束の光路上にもλ／２位相膜３５が配されている。
【００５７】
＜実施例５＞
本実施例は、本発明に係る投写型表示装置の具体的な実施例として説明するものである。本実施例に係る投写型表示装置の概略構成を図７に示す。この装置は、本発明に係る偏光照明光学系を代表したものとしての、上記実施例４に係る偏光照明光学系を用いた装置とされている。
【００５８】
この装置は、本発明に係る偏光照明光学系からの照明光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なう透過型画像表示素子よりなるライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した投映光束を、投写光学系６７を介し投写するものである。照明光束は、光量分布が均一化され偏光方向が揃えられた状態で、本発明の偏光照明光学系から出射される。そしてこの照明光束は、以下に示すとおり、３原色光に分解され、各色光用の透過型画像表示素子である液晶パネル６４ａ〜ｃにより光変調されて、これらの投映光束が合成された後、投写光学系６７により投写されて、スクリーン（不図示）上にフルカラー画像が結像される。なお、以下に示す第１〜第３色光成分とは、青色、緑色、赤色の３原色光を任意の順に対応させることができる。
【００５９】
すなわち、照明光学系から出射された照明光束は、ダイクロイックミラー６２ａ、６２ｂにより色光分解され、それぞれ第１〜第３色光成分用の画像が表示される液晶パネル６４ａ〜ｃに照射される。ダイクロイックミラー６２ａは、照明光束を第１色光成分光束と第２、第３色光成分の合成光束とに分離し、ダイクロイックミラー６２ｂは、ダイクロイックミラー６２ａにより分離された第２、第３色光成分の合成光束を、第２色光成分と第３色光成分とに分離するものである。照明光束の光路上には、偏向のための全反射ミラー６３〜ｄと、集光レンズ６１ａ〜ｆとが配され、液晶パネル６４ａ〜ｃ上には、光源部１からの光束が重畳される。液晶パネル６４ａ〜ｃを透過し、所定の画像情報に基づいて光変調された投映光束である第１〜第３色光成分光束は、第１色光成分を反射するダイクロイック膜６５ａと第３色光成分を反射するダイクロイック膜６５ｂとを内部に有する、クロスプリズム６６により合成される。
【００６０】
この投写型表示装置は、本発明に係る偏光照明光学系を備えていることにより、簡易な構成で光源から発生した光量を効率よく利用し、明るく均一な偏光方向が統一された照明を行うことができるとともに、発光体寿命を長く持たせることができる。
【００６１】
なお、本発明の偏光照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置としては、これらの実施例のものに限られず、種々の態様の変更が可能である。
【００６２】
例えば、本発明の偏光照明光学系において、反射型偏光板の開口部の形状およびサイズは上記実施例のものに限られない。開口部の形状およびサイズは、後段の偏光変換部の形状に対応することが望ましく、さらに、反射型偏光板で反射された光束がより少ない反射回数で開口部から出射されるように適宜設定し、光量損失を少なくすることが好ましい。また、開口部のサイズが大きくなることは偏光変換部の大型化を招く場合もあるので、光利用効率の低下ならびにコスト増とならないように適宜設定することが好ましい。
【００６３】
また、光源部において、反射型偏光板の形状は平面に限られず曲面とされていてもよい。また、その形状および配置は、反射型偏光板で反射した光が再度リフレクタで反射されて光源部から出射されるように構成されていてもよいし、反射型偏光板で反射した光がリフレクタに当たらずに直接に光源部から出射されるように構成されていてもよい。前者の構成は反射型偏光板を平面状に形成することができるので製造が容易である。また、後者の構成は、リフレクタでの反射回数が少なくなるので光量損失を少なくすることができる。また、反射型偏光板で反射した光のうち、一部が再度リフレクタで反射されて光源部から出射され、それ以外の光がリフレクタに当たらずに直接に光源部から出射されるように構成されていてもよい。
【００６４】
また、本発明の投写型表示装置としては、本発明の偏光照明光学系を任意に用いることができる。
【００６５】
また、本発明の投写型表示装置においてライトバルブは実施例のものに限られない。例えば、反射型画像表示素子よりなるライトバルブを備えた投写型表示装置にも、本発明の照明光学系を適用することができる。また、本発明の投写型表示装置は必ずしもカラー画像表示装置に限られず、モノクロ画像表示装置とされていてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る偏光照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置によれば、光源部に、リフレクタで反射された照明光束の一部について、所定の偏光方向の照明光束は透過するとともに、この所定の偏光方向と垂直な偏光方向の照明光束は反射し発光体付近に集光させるように作用する、反射型偏光板を備え、インテグレータ部および偏光変換部からなる偏光変換インテグレータ部を備えていることにより、簡易な構成で光源から発生した光量を効率よく利用し、明るく均一な偏光方向が統一された照明を行うことができるとともに、発光体寿命を長く持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る偏光照明光学系の概略構成図
【図２】実施例１のＡ方向から見た図
【図３】本発明の実施例２に係る偏光照明光学系の概略構成図
【図４】実施例２のＡ方向から見た図
【図５】本発明の実施例３に係る偏光照明光学系の概略構成図
【図６】本発明の実施例４に係る偏光照明光学系の概略構成図
【図７】本発明の実施例５に係る投写型表示装置の概略構成図
【符号の説明】
１ 光源部
２ インテグレータ部
３ 偏光変換部
１１ 発光点
１２ 放物面リフレクタ
１３、１６ 反射型偏光板
１４ 楕円面リフレクタ
２１ 第２フライアイ
２２ 第１フライアイ
２３、２４ レンズセル
３１ 偏光分離膜
３２ 反射膜
３３ プリズム面
３４ λ／２位相膜
４１ レンズ
６１ 集光レンズ
６２ ダイクロイックミラー
６３ 全反射ミラー
６４ 透過型液晶パネル
６５ ダイクロイック膜
６７ 投写光学系
Claims (7)
- 発光体、およびこの発光体からの照明光束を反射するリフレクタよりなる光源部と、この光源部からの照明光束を複数の照明光束に分割するインテグレータ部および該光源部からの照明光束の偏光方向を整える偏光変換部からなる偏光変換インテグレータ部とを備えた照明光学系において、
前記光源部が、前記リフレクタで反射された照明光束の一部について、所定の偏光方向の照明光束は透過するとともに、この所定の偏光方向と垂直な偏光方向の照明光束は反射し直接にまたは前記リフレクタを介して、前記発光体付近に集光させるように作用する、反射型偏光板を備えていることを特徴とする偏光照明光学系。 - 前記光源部からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが前記偏光変換部を介して被照明エリアを照明することを特徴とする請求項１記載の偏光照明光学系。
- 前記光源部の前記反射型偏光板を透過した照明光束の多くが、前記偏光変換部が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明することを特徴とする請求項１または２記載の偏光照明光学系。
- 前記光源部の前記リフレクタから直接に前記偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束の多くが、前記偏光変換部を介して被照明エリアを照明することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の偏光照明光学系。
- 前記偏光変換インテグレータ部の前記インテグレータ部は、少なくとも２枚のフライアイより構成され、最も光源部側フライアイに比べ、最も被照明エリア側フライアイの方がサイズが小さいことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の偏光照明光学系。
- 前記偏光変換インテグレータ部の前記インテグレータ部は、レンズセル分割数が互いに等しい少なくとも２枚のフライアイからなり、最も被照明エリア側フライアイにおいて、前記偏光変換部が設置された領域に対応する領域のレンズセルサイズが、前記偏光変換部が非設置とされた領域に対応する領域のレンズセルサイズに比べ、大きいことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の偏光照明光学系。
- 請求項１〜６のうちいずれか１項記載の偏光照明光学系を備え、この偏光照明光学系からの照明光束により、所定の画像情報に基づいて光変調を行なう少なくとも１つのライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した投映光束を、投写光学系を介し投写することを特徴とする投写型表示装置。
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