JPH1164795A - 照明装置及びこの照明装置を用いた投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光の利用効率及び光の偏光変換効率が高い照明
装置と高輝度の投射映像が得られる投射型表示装置を得
る。 【解決手段】光源１０１と、この光源１０１を被照射面
に遠い側の略焦点位置に配置した回転楕円面鏡１０２
と、前記光源１０１を略中心位置に配置した中心に開口
を有する球面鏡１０３とを備えた光源装置と、この光源
装置と照射対象との間に平凹レンズ１０４とコレステリ
ック液晶層１０５と１／４波長光学位相板１０６をこの
順に配置し、集光効率と偏光変換効率を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置及びこの
照明装置を用いた投射型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】投射型表示装置の１つに２次元光学スイ
ッチとして液晶表示素子を用いた液晶プロジェクタがあ
る。液晶プロジェクタは、ＣＲＴを用いた表示装置に比
べて小型軽量であり、かつ地磁気の影響に対する調整が
不要であるために、手軽に大画面映像が得られるとうい
う利点がある。

【０００３】液晶プロジェクタにおける液晶表示素子と
しては、例えば画素を形成する透明電極を施した２枚の
ガラス基板の間に誘電異方性が正のネマチック液晶を封
入し、液晶分子長軸を２枚のガラス基板間で連続的に９
０°ねじった、いわゆるＴＮ（Twisted Nematic)液晶表
示素子を用いることができる。また、このような透過型
の液晶表示素子の他に例えば半導体チップ上にミラーを
形成し、液晶を組み込んだ反射型の液晶表示素子を用い
ることができる。反射型の液晶表示装置を用いた投射型
表示装置の例としては、特開昭６４−７０２１号公報に
記載のＥＣＢ（Electrically Controlled birefringe
nce）効果を利用し偏光状態を制御して画像を形成する
表示装置が提案されている。

【０００４】ところで、このような液晶表示素子を用い
た液晶プロジェクタでは、特定の直線偏光成分のみを投
射利用することになるが、一般に光源として用いられて
いるメタルハライドランプやキセノンランプ等の光源か
ら出力される光は不定偏光であるために半分以上の光束
は投射に利用することができず、光の利用効率が低いと
いう問題がある。

【０００５】この問題を解決する方法として、例えば特
開平３−４５９０６号公報に記載の偏光子を利用するこ
とができる。この従来装置について、図２０を用いて説
明する。

【０００６】この従来装置は、球面凹鏡２００１のほぼ
中央に光源１０１を配置し、球面凹鏡２００１の反対側
には平凸レンズ２００２とコレステリック液晶層１０５
と位相板（１／４波長光学位相板）１０６を配置してい
る。光源１０１から出射する不定偏光は、直接または球
面凹鏡２００１で反射させた後に、平凸レンズ２００２
で略平行光に変換してコレステリック液晶層１０５に入
射する。コレステリック液晶層１０５は、ヘリカルな分
子配列に基ずく特異な光学特性を示すもので、ヘリカル
軸に平行に入射した光のうちコレステリック螺旋の回転
方向に対応した特定の回転方向の円偏光を反射し、これ
とは反対方向の円偏光は透過させるという特性を有す
る。

【０００７】従って、図示したように、コレステリック
液晶層１０５で反射した光は例えば左回転の円偏光２０
３となり、透過した光２０２は右回転の円偏光となる。
透過した右回転の円偏光２０２は、位相板１０６の作用
により直線偏光となる。

【０００８】一方、反射した左回転の円偏光２０３は、
平凸レンズ２００２と光源１０１を介して球面凹鏡２０
０１に到達し、反射される際に円偏光の回転方向が変
る。つまり、右回転の円偏光２０３Ｒは左回転の円偏光
に変換され、再びコレステリック液晶層１０５に入射す
る際にはこれを透過し、位相板１０６の作用により直線
偏光となる。このように光源１０１から出力された不定
偏光を所望の直線偏光に変換できるので、これを照明装
置として利用することで液晶プロジェクタの光利用効率
の向上を図るものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】コレステリック液晶層
や誘電体多層膜といった偏光分離素子（ここでは入射し
た不定偏光のうち一定の偏光状態の成分は反射し、他方
は透過する光学素子をいう）を用いて効率良く偏光分離
するためには、一般に入射光束の平行度が高いことが必
要である。従来装置は、集光ミラーとして球面鏡を用
い、平凸レンズと組み合わせて平行光束を得ている。し
かし、一般に平行光束を得ようとするとき、集光ミラー
として球面鏡を用いた場合は、回転放物面鏡あるいは回
転楕円面鏡を用いた場合よりも集光効率（光利用効率）
が低くなる。また、球面鏡の場合にはミラー面をコール
ドミラーとすることで液晶表示素子に向かう赤外線を効
果的に除去するという処理を効率よく行うことが困難な
構成でもある。

【００１０】一方、集光ミラーとして回転放物面鏡ある
いは回転楕円面鏡を用いて従来装置と同様の構成をとっ
た場合には、球面鏡を用いた場合よりも集光効率は上が
るが、偏光変換の効率が低くなるという問題を生じる。
この問題について図２１を用いて説明する。

【００１１】この装置は、集光ミラーとして球面鏡の代
わりに回転楕円面鏡２１０１を用い、この回転楕円面鏡
２１０１の第１の焦点（照射対称から遠い側の焦点）に
光源１０１を配置し、更に照射対象に向かって平凸レン
ズ２１０２とコレステリック液晶層１０５と位相板（１
／４波長光学位相板）１０６とを配置したものである。
光源１０１から出射する不定偏光は、回転楕円面鏡２１
０１で反射した後、平凸レンズ２１０２で略平行光に変
換されてコレステリック液晶層１０５に入射する。コレ
ステリック液晶層１０５で反射した光は、例えば左回転
の円偏光２０３Ｒとなり、平凸レンズ２１０２を介して
ミラー２１０１へ向かい、図示するようにミラー２１０
１で２回反射した後にコレステリック液晶層１０５に向
かう。ここで、周知の通り、偏光の回転方向は反射の際
に光の進行方向に対して逆方向になる。つまり、反射の
回数が奇数の場合は偏光の回転方向は反射の前の状態と
反対方向となるが、反射の回数が偶数の場合には偏光の
回転方向は反射の前と同方向となる。このため、回転楕
円面鏡２１０１で２回反射してコレステリック液晶層１
０５に再入射した光は、左回転の円偏光のままであるの
で、コレステリック液晶層１０５で再び反射されること
となり、照明光として利用することができないために偏
光変換の効率は極めて低くなる。これは集光ミラーとし
て回転放物面鏡を用いた場合も同様である。

【００１２】また、投射用光源装置における光の利用効
率を高めるために、特開平６−１１８３７８号公報や特
開平６−１１８３７９号公報には、光源からの光を該光
源の後側に配置した主反射鏡で反射させて液晶ライトバ
ルブに照射し、この主反射鏡の開口端の外周側にリング
状の補助反射鏡を配置し、この補助反射鏡で拾った光を
主反射鏡に戻して反射させて液晶ライトバルブに照射す
ることにより、光源からでた光を効率良く液晶ライトバ
ルブに照射するようにした光源装置が記載されている。
しかしながら、この光源装置は、不定偏光を直線偏光に
変換して光の利用効率を向上させようとするものではな
い。そして、液晶ライトバルブで反射する光があったと
しても、これが主反射鏡と補助反射鏡で反射されて再び
この液晶ライトバルブに戻ってくるような光路は形成さ
れない。従って、この光源装置によって不定偏光の利用
効率を高めることはできない。

【００１３】本発明の目的は、光の利用効率及び光の偏
光変換効率が高い小形の照明装置及びこれを用いること
で高輝度の映像を投射することができる投射型表示装置
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、光を放射する
光源と該光源の背後に設けた第１の反射鏡及び該第１の
反射鏡に反射面を対向させて配置した中央部に開口を有
する第２の反射鏡を備えた光源装置と、この光源装置か
らの光を互いに偏光状態が異なる第１及び第２の偏光に
分離し、所望の偏光である第１の偏光は透過させ、第２
の偏光は反射して前記光源装置に戻すようにした偏光分
離手段を備えた照明装置であって、前記光源装置は、前
記偏光分離手段から戻された第２の偏光を前記第１の反
射鏡によって前記第２の反射鏡に向けて反射し、前記第
２の反射鏡は前記第１の反射鏡によって反射された第２
の偏光を再び第１の反射鏡に向けて反射し、この第１の
反射鏡は第２の反射鏡で反射された第２の偏光を前記偏
光分離手段に向けて反射するようにし、光の利用効率及
び光の偏光変換効率が高く小形の照明装置を実現するも
のである。

【００１５】具体的には、前記光源装置における前記第
１の反射鏡は、前記光源を被照射面に遠い側の略焦点位
置に配置した回転楕円面鏡であり、前記第２の反射鏡
は、前記光源を略中心位置に配置した球面鏡とし、前記
光源装置と前記偏光分離手段との間には前記光源装置か
ら出力される集光方向の光束を平行光束に変換する光路
変換手段を設ける。この光路変換手段は、平凹レンズが
好適である。

【００１６】または、前記光源装置における前記第１の
反射鏡は、前記光源を略焦点位置に配置した回転放物面
鏡とし、前記第２の反射鏡は、前記光源を略中心位置に
配置した球面鏡とする。

【００１７】そして、前記第１の反射鏡の反射面を該第
１の反射鏡の焦点位置を含む光軸に垂直な面まで配置
し、前記第２の反射鏡の反射面を前記焦点位置を含む光
軸に垂直な面から配置する。

【００１８】または、前記光源装置における前記第１の
反射鏡は、前記光源を略焦点位置に配置した回転放物面
鏡とし、前記第２の反射鏡は、光軸に垂直な面内に反射
面を備えた反射鏡とする。そして、前記第２の反射鏡
は、その光軸を中心とし、直径が前記第１の反射鏡の焦
点距離の４倍の円形もしくはこの円形に外接するような
矩形の開口部を備えたものとする。

【００１９】また、前記偏光分離手段は、前記光源装置
側に配置した１／４波長光学位相板と、照射対象側に配
置した直線偏光反射手段を備えたものとし、または、前
記光源装置側に配置したコレステリック液晶層と、照射
対象側に配置した１／４波長光学位相板を備えたものと
する。

【００２０】このような照明装置では、光源装置から出
射し、偏光分離手段に入射した無偏光は互いに偏光状態
が異なる第１の偏光と第２の偏光に分離され、一方は所
望の直線偏光として出射し、他方は円偏光となって光源
装置に戻る。光源に戻った円偏光は第１の反射鏡及び第
２の反射鏡に於いて、奇数回反射した後に再び偏光分離
手段に入射するので、初めに偏光分離手段で反射したと
きとは逆回転の円偏光となり、今度は偏光分離手段を透
過して所望の直線偏光として出射する。すなわち、光源
から出射する不定偏光を効率良く所望の直線偏光に変換
して照明光として出力することができる。また、光源を
第１の反射鏡と第２の反射鏡により大きく覆っているた
め、光源から出射した光束の大部分を照明光束として利
用できる。

【００２１】また、本発明は、光を放射する光源及び該
光源の背後に設けられた反射鏡を備えた光源装置と、こ
の光源装置からの光を互いに偏光状態が異なる第１及び
第２の偏光に分離し、その一方は透過させ、他方は反射
して前記光源装置に戻す偏光分離手段を備えた照明装置
であって、前記光源装置は、前記偏光分離手段により戻
された光を前記反射鏡に於いて２回反射せた後に再び前
記偏光分離手段に入射せしめるよう構成し、前記偏光分
離手段は、光軸に略垂直な面内の前記光源装置側に配置
した１／４波長光学位相板と、照射対象側に配置した直
線偏光反射手段を備え、前記１/４波長光学位相板は光
軸を含む直線で複数の領域に分離され、光軸に対して点
対称の位置関係にある領域の１／４波長光学位相板の遅
相軸が互いに９０°を成すようにしたものである。

【００２２】また、本発明は、光を放射する光源及びこ
の光源の背後に設けられた反射鏡を備えた光源装置と、
この光源装置からの光を互いに偏光状態が異なる第１及
び第２の偏光に分離し、一方は透過させ、他方は反射し
て前記光源手段に戻す偏光分離手段を備えた照明装置で
あって、前記光源装置は、前記偏光分離手段により戻さ
れた光を前記反射鏡において２回反射させた後に再び前
記偏光分離手段に入射せしめるように構成し、前記偏光
分離手段は、光軸に略垂直な面内の前記光源装置側に配
置したコレステリック液晶層と、照射対象側に配置した
１／４波長光学位相板を備え、光軸を含む直線で複数の
領域に分離され、光軸に対して点対称の位置関係にある
領域のコレステリック液晶層の螺旋方向が互いに逆であ
り且つ１／４波長光学位相板の遅相軸が互いに９０°を
成すようにしたものである。

【００２３】そして、前記光源装置における前記反射鏡
は、前記光源を照射対象に遠い側の略焦点位置に配置し
た回転楕円面鏡とし、前記光源装置と前記偏光分離手段
との間に前記光源装置から出力される光束を平行光束に
変換する光路変換手段を備える。

【００２４】または、前記光源装置における前記反射鏡
は、前記光源を略焦点位置に配置した回転放物面鏡とす
る。

【００２５】このような照明装置は、光源装置から出射
し、偏光分離手段に入射した無偏光は互いに偏光状態が
異なる第１の偏光と第２の偏光に分離され、一方は所望
の直線偏光として出射し、他方は円偏光となって光源装
置に戻る。この戻った円偏光は反射鏡で反射した後に偏
光分離手段に再入射するが、反射鏡での反射の回数が偶
数回なので円偏光の回転方向に変化はない。しかし、こ
の円偏光は、初めに偏光分離手段で反射した領域とは異
なる領域、つまりこの円偏光を透過する領域に入射する
ために、今度は偏光分離手段を透過して所望の直線偏光
として出射する。すなわち、光源から出射する不定偏光
を効率良く所望の直線偏光に変換して照明光として出力
することができる。また、光源装置へ戻った光のうち光
軸近傍の光は反射鏡での反射により光軸から離れた位置
から再出射し、光軸から離れた位置に再帰する光は光軸
近傍から再出射するために、光軸近傍と周辺部の光が平
均化されて光強度の分布がより均一な光を出力できる。

【００２６】そして、このような照明装置と、この照明
装置からの偏光を画像情報に応じて変調して画像を形成
する画像形成手段と、この画像形成手段により形成され
た画像光を拡大投射する投射手段を備えた投射型表示装
置を構成するものである。

【００２７】このような投射型表示装置は、光源からの
出射光のほとんどを有効な照明光として利用することが
できるので、光利用効率が向上し、より明るい投写映像
を得ることができる。更に、偏光子における光の吸収が
著しく低減するために、偏光子の温度上昇やこれにとも
なう偏光子の劣化が少ないので、長期に渡って高画質の
映像が得られる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を詳細に説明する。

【００２９】図１は、本発明になる照明装置の一実施形
態を示す断面図である。この照明装置は、光源１０１
と、反射面が回転楕円面で構成される第１の反射鏡１０
２と、中央部に開口部を有する反射面が球面で構成され
る第２の反射鏡１０３と、光路変換手段１０４と、偏光
分離手段としてのコレステリック液晶層１０５及び位相
板１０６とを備える。

【００３０】光源１０１としては、例えばメタルハライ
ドランプやキセノンランプといった発光部が点に近い放
電ランプを用い、この発光部は、第１の反射鏡１０２の
第１焦点（照射対象から遠い側の焦点）１０８に配置す
る。このとき、発光部の長軸を第１の反射鏡１０２の光
軸（主軸；ここでは反射鏡の回転中心軸と一致）１０９
に対して垂直に配置しても良いが、通常の光源の発光分
布を考慮すると、光利用効率を高めるためには平行に配
置することが望ましい。

【００３１】第１の反射鏡１０２は、ガラス上に反射面
を形成したものであり、反射面としては透明で屈折率が
異なる材料を多層重ねることにより高反射率を得る多層
膜反射面を用いても良いし、アルミニウムや銀といった
金属材料を蒸着した金属反射面を用いてもよい。ただ
し、金属反射面の場合は、銀は亜硫酸ガス等により劣化
し易いので、通常はアルミニウムを用い、アルミニウム
の場合であっても酸化防止のために薄いＳｉ０膜等を設
けた方が良い。また、光源１０１としてメタルハライド
ランプを用いた場合は、赤外線の割合が少ないので金属
反射面でも良いが、キセノンランプ等のように赤外線が
多い光源を用いる場合には液晶表示素子等を熱的に保護
するためにも、反射面を多層膜反射面とし、赤外線や紫
外線はほとんど透過するようにしたコールドミラーを用
いることが望ましい。多層膜を構成する材料としては各
種の候補があるが、高屈折側としてはＺｎＳ、低屈折側
としてはＭｇＦ₂を主に使用し、耐熱性を改善するため
にＳｉＯ₂を最終面に採用すると良い。また、高い耐熱
性が要求される場合は、高屈折側としてＴｉＯ₂、低屈
折側としてＳｉＯ₂等を使用すると良い。

【００３２】第１の反射鏡１０２の反射面の形状は回転
楕円面であり、その開口端面は後述の理由から、図示の
ように、主軸１０９に垂直で且つ第１焦点１０８を含む
面１１０と一致するように構成する。

【００３３】第２の反射鏡１０３は、反射面が球面で構
成されており、光源１０１の近傍に曲率中心が位置する
ように第１の反射鏡１０２に対向する位置に配置され
る。この第２の反射鏡１０３は、中央部に開口部１０３
ｈを備える。この開口部１０３ｈの大きさは、光をより
多く取り込むために、光源１０１から出射して第１の反
射鏡１０２で反射した光束を遮らない範囲でできるだけ
小さくすることが望ましい。また、光源１０１から出射
した光が第２の反射鏡１０３の開口部以外から漏れるの
を防ぐために、第２の反射鏡１０３は面１１０を越えて
第１の反射鏡１０２の一部を覆うように構成すると良
い。第２の反射鏡１０３の材質としては、第１の反射鏡
１０２と同様のものを使用することができる。

【００３４】光路変換手段１０４は、第２の反射鏡１０
３の開口部１０３ｈから出射する光束を平行光束に変換
する役目を有する。すなわち、光源１０１から出射し、
第１の反射鏡１０２で反射した光束は、第１の反射鏡１
０２の第２焦点１１１の近傍に向かって集光するが、光
路変換手段１０４はこの集光光束を略平行光束に変換す
るものである。このため、ここでは光路変換手段１０４
として、光軸１０９に垂直な面内に、その焦点位置が第
１の反射鏡１０２の第２焦点１１１の近傍になるよう配
置した平凹状のレンズを用いた。このような平凹状レン
ズの配置は、光路変換手段１０４とその背面に設けるコ
レステリック液晶層１０５及び位相板１０６を第２の反
射鏡１０３の開口部１０３ｈに近付けて設置することが
できるので、装置の小型化に有利である。

【００３５】光路変換手段１０４の背面には、コレステ
リック液晶層１０５と位相板１０６をこの順に配置す
る。

【００３６】コレステリック液晶層１０５は、ヘリカル
な分子配列に基ずく特異な光学特性を示すもので、ヘリ
カル軸に平行に入射した光がコレステリック螺旋の回転
方向に応じて一方の回転方向の偏光は反射し、他方は透
過するとういう特性を有する。従って、コレステリック
液晶層１０５に入射する光束がヘリカル軸と平行となる
ようにするために、コレステリック液晶層１０５は、そ
のヘリカル軸が第１の反射鏡１０２の主軸１０９と平行
になるように配置する。また、この特性反射が起こる波
長域は分子配列のピッチによって決まるので、可視波長
全域で特性反射が起こるようにするために、または、少
なくとも３原色の中心波長域に於いて特性反射が起こる
ようにするために、ピッチの異なる複数のコレステリッ
ク液晶層を積層して用いることが望ましい。尚、可視波
長域で特性反射を得るためにピッチの異なるコレステリ
ック液晶高分子を数層積層する代りに、Asia Display 9
5Digest p735に記載されているようなピッチを連続的に
変化させたコレステリック液晶層を用いても良い。

【００３７】位相板１０６は、コレステリック液晶層１
０５を透過した円偏光を所望の直線偏光に変換するもの
で、可視波長域で１／４波長光学位相板として機能する
ものである。位相板１０６としては、延伸した高分子フ
ィルム、具体的には、ポリビニルアルコール，ポリカー
ボネート，ポリサルフォン，ポリスチレン，ポリアリレ
ート等を用いることができる。この他にも、雲母や水晶
または分子軸を一方向に揃えて配向した液晶層等を用い
ることができる。

【００３８】尚、コレステリック液晶層１０５及び位相
板１０６に光源１０１から出射した有害な光線が入射し
ないようにするために、第２の反射鏡１０３の開口部１
０３ｈに、ガラス上に赤外線及び紫外線を反射する多層
膜を施した、いわゆるＩＲ，ＵＶカットフィルタ１０７
を配置した。

【００３９】次に、この照明装置の動作を図２及び図３
を用いて説明する。図２はコレステリック液晶層１０５
と位相板１０６の動作を示した図であり、理解し易く説
明するためにコレステリック液晶層１０５と位相板１０
６は離して描いてある。

【００４０】光源１０１から出射した不定偏光２０１の
一部は直接第１の反射鏡１０２で反射し、また、他の一
部（２０１Ｒ）は第２の反射鏡１０３で反射した後に、
光源１０１を通過して第１の反射鏡１０２で反射して、
光路変換手段１０４に入射する。光路変換手段１０４に
入射した光は、光路変換手段１０４を通過するときに略
平行光束に変換されてコレステリック液晶層１０５に入
射する。コレステリック液晶層１０５に入射した光束
は、特性反射により、右回りと左回りの円偏光に分か
れ、一方の円偏光（ここでは右回りの円偏光成分２０
２）は透過し、他方の円偏光（左回りの円偏光成分２０
３）は反射される。透過した円偏光２０２は、位相板１
０６で所望の直線偏光に変換され、略平行状態を保った
まま出力される。一方、反射した円偏光２０３は、再び
光源１０１へ向かう。

【００４１】更に、図３を用いて、この照明装置の動作
を説明する。光源１０１から放射された不定偏光２０１
は、（ａ）に示すように、一部が直接第１の反射鏡１０
２で反射し、また、別の一部は第２の反射鏡１０３で反
射した後に光源１０１を通過し、第１の反射鏡１０２で
反射して光路変換手段１０４に入射する。光路変換手段
１０４に入射した光は、光路変換手段１０４を通過する
ときに屈折作用により略平行光束に変換されてコレステ
リック液晶層１０５に入射する。

【００４２】コレステリック液晶層１０５に入射した光
束は、（ｂ）に示すように、一方（ここでは左回り）の
円偏光２０３が反射し、他方（右回り）の円偏光はコレ
ステリック液晶層１０５を透過して位相板１０６により
所望の直線偏光に変換され出力される。反射した円偏光
２０３は、光路変換手段１０４を介して第１の反射鏡１
０２に向かう。

【００４３】反射されて第１の反射鏡１０２に向かう光
２０３は、（ｃ）に示すように、第１の反射鏡１０２で
反射した後に光源１０１を通過して第２の反射鏡１０３
に向かう。

【００４４】第２の反射鏡１０３に向かった光２０３
は、（ｄ）に示すように、第２の反射鏡１０３で反射し
た後に光源１０１を通過し、更に第１の反射鏡１０２で
反射して、光路変換手段１０４を介してコレステリック
液晶層１０５に再入射する。このコレステリック液晶層
１０５に再入射する光は、先にこのコレステリック液晶
層１０５に反射された光２０３が、その後、第１の反射
鏡１０２で２回、第２の反射鏡１０３で１回、合計３回
反射されてこのコレステリック液晶層１０５に再入射す
るものである。ここで、周知の通り、円偏光の回転方向
は、反射により逆回転になる。従って、円偏光２０３の
回転方向は、３回の反射により、始めにコレステリック
液晶層１０５で反射したときとは逆方向の右回りとなっ
ている。このため、今度は、コレステリック液晶層１０
５を透過することができ、位相板１０６の作用によって
所望の直線偏光に変換されて出力される。従って、光源
１０１から出射する不定偏光のほとんどを所望の直線偏
光に効率よく変換して出力することができる。

【００４５】尚、第１の反射鏡１０２の開口端面は、図
１に示すように、主軸１０９に垂直で且つ第１焦点１０
８を含む面１１０と一致するようにすることが望まし
い。つまり、第１の反射鏡１０２の反射面上の点と第１
焦点１０８を結ぶ直線上に第１の反射鏡１０２の反射面
が存在しないようにすることが望ましい。これは、第１
の反射鏡１０２の開口端面が面１１０を越えている場合
には、コレステリック液晶層１０５で反射して戻った光
のうち、第１の反射鏡１０２の面１１０を越える部分に
戻った光は、この第１の反射鏡１０２で２回反射した後
に、コレステリック液晶層１０５に再入射してしまうか
らである。つまり、反射鏡での反射の回数は偶数回（２
回）となってコレステリック液晶層１０５に再入射する
光の円偏光の回転方向は、このコレステリック液晶層１
０５の特性反射の回転方向と同方向のままであるので、
コレステリック液晶層１０５で再び反射されてしまい、
照明光として利用できないために偏光変換の効率が低く
なってしまうからである。

【００４６】言い換えれば、第１の反射鏡１０２の反射
面上の点と第１焦点を結ぶ直線上に第１の反射鏡の反射
面が存在せず、第２の反射鏡１０３の反射面が存在する
ように配置すれば、前述したように、コレステリック液
晶層１０５で反射した光は第１の反射鏡１０２で２回、
第２の反射鏡１０３で１回の合計３回反射した後に再び
コレステリック液晶層１０５に再入射することになる。
つまり、反射の回数は奇数回（３回）となり、コレステ
リック液晶層１０５に再入射した光の偏光の回転方向
は、コレステリック液晶層１０５の特性反射の回転方向
と逆方向となるために、今度は、コレステリック液晶層
１０５を透過して位相板１０６により所望の直線偏光に
変換され出力されるので、偏光変換の効率は高くなる。 ところで、光源１０１から出射し、第２の反射鏡１０３
で反射した光やコレステリック液晶層１０５で反射した
光は、光源１０１を通過することになる。このとき、光
源１０１の発光管封体（透明石英ガラス製もしくは透明
アルミナ製）等で反射や散乱があると光源１０１を透過
する光量が減少してしまうので、この光源１０１の発光
管封体等にはフロスト処理が施していない透明なクリア
タイプの発光管を用いることが望ましい。

【００４７】また、光源１０１の構造としては、２重管
型または１重管型を用いることができるが、それぞれ短
所と長所がある。２重管型の場合は、寿命や安定性に関
しては有利であるが、発光管の外側に配置された外管に
より反射面が増えるために、光源を透過する光量が減少
する。一方、高い光利用効率を求めるのであれば１重管
型にすれば良いが、この場合には、寿命や安定性が２重
管型より劣ることになる。従って、それぞれのシステム
の求める性能に応じて１重管型，２重管型の選択をすれ
ば良い。

【００４８】このように、本発明になる照明装置は、光
源１０１から出射した不定偏光を効率良く所望の直線偏
光に変換して照明光として出力することができる。ま
た、光源１０１を第１の反射鏡１０２と第２の反射鏡１
０３により大きく覆っているために、光源１０１から出
射した光束の大部分を照明光束として利用することがで
きる。つまり、高い偏光変換効率と高い集光効率を有す
る光利用効率の高い照明装置を提供することができる。

【００４９】次に、本発明の他の実施形態について図面
を用いて説明する。図４は、本発明になる照明装置の断
面図である。この実施形態の照明装置は、図１に示した
照明装置における偏光分離手段であるコレステリック液
晶層１０５及び位相板１０６の代わりに、位相板４０１
と直線偏光反射板４０２をこの順に配置したものであ
り、その他は、前述した照明装置と同じである。

【００５０】位相板４０１は、前述した実施形態と同様
に、可視波長域で１／４波長光学位相板として機能する
ものである。

【００５１】直線偏光反射板４０２は、これに入射する
光のうち、特定の直線偏光成分は反射し、これと垂直な
直線偏光成分は透過する機能を有する光学素子であり、
その構成は種々の形態を考えることができる。図５は、
直線偏光反射板４０２の一例を示した断面構造図であ
る。この直線偏光反射板４０２は、片面が平面であり、
これとは逆の面が頂角９０°の三角柱を等ピッチで並べ
た形状のプリズムアレイ４０４，４０５と、これらの重
ね合わせ部に形成した偏光分離面４０３によって構成す
る。プリズムアレイ４０４，４０５は、ポリカーボネー
トで作り、三角柱プリズム上に形成される偏光分離面４
０３は、誘電体多層膜、例えばZrO₂とMgF₂を交互に積層
することで形成する。この構成によって、偏光分離面４
０３に略４５°の角度で入射する不定偏光２０１は、透
過光であるＰ偏光成分２０２と、反射光であるＳ偏光成
分２０３とに分離される。このとき、反射光２０３は、
入射光２０１とは９０°を成す方向に反射し、更に隣接
する偏光分離面４０３で反射することで、入射光２０１
の進行方向とは正反対の方向へ向かう。

【００５２】次に、図面を用いてこの実施形態の動作を
説明する。図６は、本発明になる照明装置の動作の説明
図であり、理解し易く説明するために、位相板４０１と
直線偏光反射板４０２とを離して描いてある。

【００５３】光源１０１から出射した不定偏光２０１
は、図１〜図３に示した実施形態と同様に、第１の反射
鏡１０２で反射し、光路変換手段１０４によって略平行
光束に変換された後に、位相板４０１を不定偏光状態の
まま透過して、直線偏光反射板４０２に入射する。直線
偏光反射板４０２に入射した光束のうち、Ｐ偏光成分
（説明上ここでは紙面に平行な振動方向を有する直線偏
光）２０２は透過し、Ｓ偏光成分（ここでは紙面に垂直
な振動方向を有する直線偏光）２０３は反射する。反射
光２０３は、光源１０１へ向う途中に位相板４０１を透
過するが、このとき、位相板４０１は所望の方向に遅相
軸が設定された１/４波長光学位相板であるために、こ
の作用を受けて円偏光に変換される（図６（a）参
照）。円偏光に変換された反射光２０３は、光路変換手
段１０４を介して第１の反射鏡１０２に向かう。第１の
反射鏡１０２に向かった光２０３は、図１〜図３に示し
た実施形態と同様に、第１の反射鏡１０２で２回、第２
の反射鏡で１回、合計３回反射して位相板４０１に戻っ
てくるために、奇数回の反射により偏光の回転方向が逆
回転となっている。このため、光２０３は位相板４０１
に再入射したときに、位相板４０１の作用によりＰ偏光
となり、今度は、直線偏光反射板４０２を透過する。

【００５４】この実施形態においても、光源１０１から
出射した不定偏光２０１を効率良く所望の直線偏光に変
換して照明光として出力することができる。また、光源
１０１を第１の反射鏡１０２と第２の反射鏡１０３によ
り大きく覆っているために、光源１０１から出射した光
束の大部分を照明光束として利用することができる。つ
まり、高い偏光変換効率、高い集光効率を有する光利用
効率の高い照明装置を提供することができる。

【００５５】尚、直線偏光反射板４０２としては、前記
実施形態の他に、図７に例示したように変形したものを
用いることができる。図７に例示した直線偏光反射板４
０２は、異なる複屈折性高分子を交互に複数層積層した
もので、例えば国際出願の国際公開番号：ＷＯ９５／２
７９１９に述べられている複屈折反射型偏光フィルムで
ある。この他に、直線偏光反射板としては、アルミやク
ロム等の導電性の金属線状パターンを数千オングストロ
ームのピッチで形成したものを用いいることができ、こ
の場合は、線方向の直線偏光成分は反射し、それと垂直
方向の直線偏光成分は透過するようになる。

【００５６】また、プレート状ではないが、直線偏光反
射板と同様な機能を有するものとして、図８に例示した
ものを用いることができる。図８に示した直線偏光反射
手段は、直角2等辺三角形を断面とする三角柱形状のプ
リズム８０１a，８０１ｂの斜辺を貼りあわせ、貼りあ
わされた面に偏光分離作用膜８０２を設けた、いわゆる
偏光ビームスプリッタの光出射面の一つにアルミニウム
を蒸着するなどして反射面８０３を形成した構成となっ
ている。偏光ビームスプリッタに入射した不定偏光２０
１は、偏光分離作用膜８０２で互いに垂直な偏光方向を
有する２つの直線偏光に分離され、偏光分離作用膜８０
２を透過した偏光２０２はそのまま出射し、偏光分離作
用膜８０２で反射した偏光２０３は反射面８０３で反射
し、再度偏光分離作用膜８０２で反射した後に入射方向
へ戻ることで直線偏光反射手段としての機能を果たす。

【００５７】尚、直線偏光反射板は、これに入射する光
のうちの特定の直線偏光成分は反射し、これと垂直な直
線偏光成分は透過する機能を有する光学素子であれば良
く、前述した実施形態に限定されるものではない。

【００５８】図９は、本発明になる照明装置の一部を示
す断面図及び正面図である。ここで述べる実施形態は、
図１や図４に示した照明装置における第２の反射鏡１０
３の開口部１０３ｈの形状に関するものである。これま
で、第２の反射鏡１０３の開口部１０３ｈの形状につい
ては特に限定はしていなかったが、この実施形態では、
第２の反射鏡１０３の開口部１０３ｈの形状を、照明光
の照射対象と相似な形状とすることを提案する。液晶プ
ロジェクタの照明装置の場合は、照射対象である液晶表
示装置の表示部が矩形形状（ここでは縦横比が３：４）
であるので、第２の反射鏡１０３の開口部１０３ｈの形
状もこのような矩形形状とする。この場合、照明装置か
ら出力される照明光束の断面形状は、液晶表示素子の表
示部とほぼ同じ形状になる。従って、照明装置から出力
される照明光束によって液晶表示素子の表示部のほとん
どを過不足無く照明することができるために、照明光束
の断面形状と液晶表示素子の表示部形状とのミスマッチ
による光の損失がほとんどない、光利用効率の高い照明
を行うことができるという効果がある。

【００５９】尚、これまで述べた実施形態では、光路変
換手段１０４として、平凹レンズを例示してきたが、平
凹レンズの代わりに凸レンズを用いても良い。

【００６０】図１０は、光路変換手段１０４として平凹
レンズの代わりに平凸レンズを配置したもので、平凸レ
ンズの焦点を第１の反射板１０２の第２焦点（照射対象
に近い側の焦点）１１１の近傍になるように配置した実
施形態である。この実施形態も前述した実施形態と同様
に、光源１０１から出射した不定偏光を効率良く所望の
直線偏光に変換して照明光として出力することができ
る。また、光源１０１を第１の反射鏡１０２と第２の反
射鏡１０３により大きく覆っているため、光源１０１か
ら出射した光束の大部分を照明光束として利用できる。
つまり、高い偏光変換効率と高い集光効率を有する光利
用効率の高い照明装置を提供することができる。

【００６１】また、この実施形態は、第２の反射鏡１０
３と光路変換手段１０４の間に比較的大きな空間を得る
ことができるため、この空間に冷却風案内通路３０１を
設置し、ファン３０２からの冷却風により光源１０１の
周囲を強制対流させて直接冷却するようにすると良い。

【００６２】次に、本発明の他の実施形態について図面
を用いて説明する。図１１は、本発明になる照明装置を
示す断面図である。この図１１に示した照明装置は、光
源１０１と、反射面が回転放物面から構成された第１の
反射鏡１０２と、中央部に開口部１０３ｈを有する反射
面が球面で構成された第２の反射鏡１０３と、ＵＶ，Ｉ
Ｒカットフィルタ１０７と、位相板４０１及び直線偏光
反射板４０２から構成されている。従って、第１の反射
鏡１０２の反射面の形状が異なることと、レンズがない
こと以外は、図１，図４，図１０に示した実施形態と同
様である。

【００６３】第１の反射鏡１０２は、その焦点位置が光
源１０１の近傍になるように配置し、前述した実施形態
と同様に、第１の反射鏡１０２の開口端面は、主軸１０
９に垂直で且つ焦点位置を含む面１１０と一致している
ことが偏光変換の効率の面から望ましい。また、第２の
反射鏡１０３は、光源１０１の近傍に曲率中心が位置す
るように第１の反射鏡１０２に対向する位置に配置す
る。この第２の反射鏡１０３は、中央部に開口部１０３
ｈを備える。この開口部１０３ｈの大きさは、光源１０
１から出射して第１の反射鏡１０２で反射した光束を遮
らない範囲でできるだけ小さいことが光利用効率の面か
ら望ましい。また、ＵＶ，ＩＲカットフィルタ１０７と
位相板４０１及び直線偏光反射板４０２は第２の反射鏡
１０３の開口部１０３ｈを覆うように配置する。

【００６４】次に、この実施形態の動作を説明する。光
源１０１から出射した光束は、第１の反射鏡１０２で反
射し、略平行光束となってＵＶ，ＩＲカットフィルタ１
０７及び位相板４０１を透過して直線偏光反射板４０２
に入射する。直線偏光反射板４０２に入射した光のう
ち、特定の直線偏光は反射し、これと垂直な直線偏光は
透過する。反射した直線偏光は、再び位相板４０１を透
過するが、このとき１／４波長光学位相板４０１の作用
を受けて円偏光に変換される。そして、円偏光に変換さ
れた反射光は、第１の反射板１０２で２回、第２の反射
鏡１０３で１回の合計３回の反射の後に、位相板４０１
に入射する。このとき位相板４０１に入射した光は奇数
回の反射によって偏光の回転方向が反対方向となってい
るために、位相板４０１を透過するときその作用を受
け、直線偏光反射板４０２を透過する直線偏光に変換さ
れて、今度は、直線偏光反射板４０２を透過する。この
ように、光源１０１から出射した不定偏光を効率良く所
望の直線偏光に変換して照明光として出力することがで
きる。また、光源１０１を第１の反射鏡１０２と第２の
反射鏡１０３によって大きく覆っているために、光源１
０１から出射した光束の大部分を照明光束として利用で
きる。従って、高い偏光変換効率、高い集光効率を有す
る光利用効率の高い照明装置を提供することができる。
また、第１の反射鏡１０２で反射した光は、略平行光束
となっているために、レンズなどの光路変換手段を特に
必要としないので照明装置の部品点数を減らすことがで
きる。

【００６５】尚、この照明装置の偏光分離手段である位
相板４０１及び直線偏光反射板４０２の代わりに、コレ
ステリック液晶層及び位相板をこの順に配置するしても
同じ効果が得られることは前述した実施形態から明らか
であろう。

【００６６】次に、本発明の他の実施形態について図面
を用いて説明する。図１２は、本発明の照明装置の断面
図及び正面図である。この照明装置は、光源１０１と、
反射面が回転放物面で構成された第１の反射鏡１０２
と、この第１の反射鏡１０２の開口端部の近傍で且つ第
１の反射鏡１０２の反射面の回転中心軸である主軸１０
９に垂直な面内に反射面を配置した中央に開口部１０３
ｈを有する第２の反射鏡１０３と、この第２の反射鏡１
０３の開口部１０３ｈを覆うように配置した位相板４０
１と直線偏光反射板４０２とを備える。

【００６７】第２の反射鏡１０３は、プレート状のガラ
ス基板の表面に反射面１０３Ｒを形成したものを用いる
ことができる。反射面１０３Ｒは、図１２に示すよう
に、第１の反射鏡１０２の開口部を覆うように形成さ
れ、その中央部には、主軸１０９を中心とした円または
矩形形状の開口部１０３ｈを有する。この第２の反射鏡
１０３の開口部１０３ｈは、後述する理由から、第１の
反射鏡１０２の反射面形状である回転放物面の焦点距離
をＰとしたときに、半径２Ｐの円もしくはこれに外接す
る矩形にすることが望ましい。また、位相板４０１や直
線偏光反射板４０２に紫外線や赤外線といった有害な光
線が至ることがないように開口部１０３ｈには赤外光及
び紫外光を反射する誘電体多層膜を施すと良い。

【００６８】第１の反射鏡１０２及び第２の反射鏡１０
３の反射面には、前述した実施形態の第１の反射鏡と同
様の反射面を用いることができるが、第２の反射鏡１０
３の反射面１０３Ｒは、特に赤外線や紫外線といった有
害な光線が液晶表示素子等の照射対象に向かうことがな
いように金属反射面を使用することが望ましく、例えば
アルミニウムを蒸着することで形成した金属反射面上に
更に多層膜を形成して反射率の増加や酸化の防止を図っ
たものを用いると良い。

【００６９】次に、この照明装置の動作を説明する。図
１２に示すように、光源１０１の発光部から放射した光
は、第１の反射鏡１０２の反射面で反射して主軸１０９
に略平行な光束となって第２の反射鏡１０３へ入射す
る。第２の反射鏡１０３に入射した光束のうち、開口部
１０３ｈに入射した光２０１は、略平行状態を保って第
２の反射鏡１０３を通過する。一方、第２の反射鏡１０
３の反射面１０３Ｒに入射した光２０１Ｒは反射面１０
３Ｒで反射し、再び第１の反射鏡１０２で反射して光源
１０１に戻り、更に、この光源１０１を通過した後に第
１の反射鏡１０２で反射して、今度は、開口部１０３ｈ
に向う。

【００７０】第２の反射鏡１０３の開口部１０３ｈを通
過した光２０１は、前記実施形態と同様に、位相板４０
１を不定偏光状態のまま透過して直線偏光反射板４０２
に入射する。直線偏光反射板４０２に入射した光束のう
ち、一方の直線偏光は透過してそのまま照射対象に向か
い、これとは垂直な偏光軸をもつ直線偏光は反射する。
直線偏光反射板４０２で反射した光について図１３を用
いて説明する。

【００７１】図１３は、直線偏光反射板４０２で反射し
た光を説明するための図である。直線偏光反射板４０２
で反射した光２０３は、光源１０１へ向うが、その途
中、位相板４０１を透過するときに位相板４０１の作用
を受けて円偏光に変換される。円偏光に変換された反射
光２０３は、図示に示すように、第１の反射鏡１２で４
回、第２の反射鏡１０３で１回、合計５回反射して再び
位相板４０１に入射する。このとき、光２０３は奇数回
の反射により偏光の回転方向が最初とは逆の回転方向と
なっているために、位相板４０１を透過するときに、位
相板４０１の作用により、今度は、直線偏光反射板４０
２を透過する直線偏光となるので、直線偏光反射板４０
２を透過して照射対象に向かう。

【００７２】ところで、開口部１０３ｈは、第１の反射
鏡１０２の反射面を構成する回転放物面の焦点距離をＰ
としたときに、主軸１０９を中心とする半径２Ｐの円以
上の大きさであることが望ましい。このことを、図１４
を用いて説明する。図１４は、第２の反射鏡１０３の開
口部１０３ｈが、主軸１０９を中心とする半径２Ｐの円
より小さい場合を示している。図示のように、開口部１
０３ｈが主軸１０９を中心とする半径２Ｐの円より小さ
い場合には、光源１０１から出射し、第１の反射鏡１０
２を介して第２の反射鏡１０３の反射面１０３Ｒに向か
う光のうち、主軸１０９を中心とする半径２Ｐの円より
主軸側の領域で反射した光１２０１は、第１の反射鏡１
０２と第２の反射鏡１０３の反射面１０３Ｒとの間で反
射を繰り返すだけで、開口部１０３ｈから出射すること
ができない。従って、光源１０１から出射する光を有効
に利用するには、開口部１０３ｈを主軸１０９を中心と
する半径２Ｐの円以上の大きさとすることが望ましい。

【００７３】また、第２の反射鏡１０３の開口部１０３
ｈの大きさは、主軸１０９を中心とする半径２Ｐの円よ
り大きくないことが望ましい場合が考えられる。このこ
とを図１５を用いて説明する。図１５は、第２の反射鏡
１０３の開口部１０３ｈが主軸１０９を中心とする半径
２Ｐの円より大きい場合を示している。図示のように、
開口部１０３ｈが主軸１０９を中心とする半径２Ｐの円
より大きい場合は、直線偏光反射板４０２で反射した光
のうち、主軸１０９を中心とする半径２Ｐの円より大き
い領域で反射した光２０３は、第１の反射鏡１０２で２
回反射した後に、再び位相板４０１を介して直線偏光反
射板４０２に再入射する。このとき、反射の回数は偶数
回であるので、反射光２０３は最初に直線偏光反射板４
０２で反射したときと同じ偏光軸を有する直線偏光とな
るために、再び直線偏光反射板４０２で反射されること
になる。つまり、第１の反射鏡１０２と直線偏光反射板
４０２との間で反射を繰り返すだけで出射することがで
きなくなってしまう。従って、光を効率よく利用するに
は、開口部１０３ｈは主軸１０９を中心とする半径２Ｐ
の円より大きくないことが望ましい。以上から、開口部
１０３ｈの大きさは、主軸１０９を中心とする半径２Ｐ
の円にできるだけ近い形状にすることが望ましい。

【００７４】ところで、第２の反射鏡１０３の位置は、
光源１０１から放射して第１の反射鏡１０２で反射した
光束をより多く利用するために、できるだけ第１の反射
鏡１０２の開口部に近づけることが望ましい。従って、
第２の反射鏡１０３を第１の反射鏡１０２と一体化し、
第２の反射鏡１０３に第１の反射鏡１０２の開口部をシ
ールドする機能を持たせるようにしても良い。ただし、
発光管の冷却を行いたい場合は、第２の反射鏡１０３を
第１の反射鏡１０２と数センチ離した位置に配置し、図
示しないファン等によって発光管を強制対流によって直
接冷却できるようにしても良い。

【００７５】このような実施形態においても、前記実施
形態と同様に、光源１０１から出射した不定偏光を効率
良く所望の直線偏光に変換して照明光として出力するこ
とができる。

【００７６】また、光源１０１を第１の反射鏡１０２と
第２の反射鏡１０３により大きく覆っているために、光
源１０１から出射した光束の大部分を照明光束として利
用することができる。つまり、高い偏光変換効率、高い
集光効率を有する光利用効率の高い照明装置を提供する
ことができる。更に、以上の効果は、通常の照明装置に
プレート状の素子、すなわち第２の反射鏡１０３に位相
板４０１と直線偏光反射板４０２とを積層したプレート
を一枚配置するといった簡単な構成で達成することがで
きるために、光利用効率の高い照明装置を小型，軽量で
提供できるという効果がある。

【００７７】尚、この照明装置の偏光分離手段である位
相板４０１と、直線偏光反射板４０２の代わりにコレス
テリック液晶層及び位相板をこの順に配置しても同じ効
果が得られることは明らかである。

【００７８】次に、本発明になる照明装置の他の実施形
態について説明する。図１６は、本発明になる照明装置
の断面図及び正面図である。この照明装置は、反射面が
回転放物面で構成される反射鏡１５０１と、反射鏡１５
０１の焦点に発光部を配置した光源１０１と、反射鏡１
５０１の開口部を覆うように配置されたＵＶ，ＩＲカッ
トフィルタ１０７と、コレステリック液晶層１５０２，
１５０３と、位相板１５０４，１５０５とを備える。コ
レステリック液晶層１５０２，１５０３と、位相板１５
０４，１５０５は、それぞれ、順に第１の反射鏡１５０
１の主軸１０９に対して垂直な面内に配置されており、
それぞれ主軸１０９を含む直線を境にして、コレステリ
ック液晶層１５０２，１５０３及び位相板１５０４，１
５０５とに分けられている。コレステリック液晶層１５
０２，１５０３は、それぞれ逆の回転方向を有する円偏
光を特性反射するように、コレステリック螺旋の回転方
向が互いに逆向きになっている。位相板１５０４は、コ
レステリック液晶層１５０２を覆うように配置され、位
相板１５０５はコレステリック液晶層１５０３を覆うよ
うに配置される。位相板１５０４，１５０５は、１／４
波長光学位相板であり、それぞれの遅相軸が互いに９０
°をなすように配置される。コレステリック液晶層及び
位相板としては前記実施形態と同様のものを使用するこ
とができる。

【００７９】次に、この照明装置の動作を説明する。光
源１０１から出射した光２０１は、反射鏡１５０１で反
射し、主軸１０９に対して略平行光となり、ＵＶ，ＩＲ
カットフィルタ１０７を通過してコレステリック液晶層
１５０２に入射する。コレステリック液晶層１５０２に
入射した光は、特性反射により、進行方向に対して特定
の回転方向（ここでは右回りとする）の円偏光２０３が
反射し、これとは逆回転（左回り）の円偏光は透過す
る。透過光２０２は、位相板１５０４の作用を受けて直
線偏光となって出射する。一方、コレステリック液晶層
１５０２で反射した光２０３は、図示のように、反射鏡
１５０１で２回反射した後に、コレステリック液晶層１
５０３に入射する。このとき、反射光２０３は、反射鏡
１５０１での反射回数が偶数回であるので、右回りの偏
光のままである。また、コレステリック液晶層１５０３
はコレステリック液晶層１５０２とは逆の回転方向（右
回転）の円偏光は透過するものである。従って、反射光
２０３は、今度は、コレステリック液晶層１５０３を通
過し、位相板１５０５の作用を受けて直線偏光となって
出射する。ここで、この照明装置から出射した透過光２
０２と、反射光２０３は、左回転の円偏光と右回転の円
偏光がそれぞれ遅相軸が互いに９０°をなす位相板１５
０４，１５０５の作用を受けて直線偏光となったもので
あるので、その偏光軸は一致している。つまりこの本照
明装置から出射する光は、偏光軸の揃った直線偏光とな
る。

【００８０】以上に述べたように、この実施形態におい
ても、前記実施形態と同様に、光源１０１から出射した
不定偏光を効率良く所望の直線偏光に変換して照明光と
して出力することができる。従って、高い偏光変換効率
を有する光利用効率の高い照明装置を提供することがで
きる。

【００８１】ところで、コレステリック液晶層１５０
２，１５０３で反射した光のうち、主軸１０９の近傍で
反射した光は、反射鏡１５０１で反射した後に主軸１０
９から離れた位置から出射する。また、主軸１０９から
離れた位置で反射した光は、反射鏡１５０１で反射した
後に、主軸１０９の近傍から出射する。つまり、主軸１
０９の近傍から出射する光と周辺部から出射する光の一
部が入れ替わり、平均化されるために、この照明装置か
ら出射する光の強度は位置によらずに均一になるという
効果もある。

【００８２】更に、以上の効果は、通常の照明装置に１
枚のプレート状の素子を配置するといった簡単な構成で
達成することができるために、光利用効率の高い照明装
置を小型，軽量で提供できるという効果がある。尚、こ
の実施形態では、コレステリック液晶層及び位相板を主
軸１５０６を通る直線で２分割し、それぞれにコレステ
リック螺旋の回転方向の異なるコレステリック液晶層及
び遅相軸が互いに９０°をなす位相板を配置した。即
ち、この発明の照明装置の要点は、反射鏡の主軸に対し
て垂直な面内にそれぞれコレステリック液晶層と位相板
を順に並べ、これらを主軸を通る直線で偶数部分に分割
し、主軸に対して対称な位置にはそれぞれコレステリッ
ク螺旋の回転方向の異なるコレステリック液晶層及び遅
相軸が互いに９０°をなす位相板を配置して偏光軸の揃
った直線偏光が出力するようにすれば良い。

【００８３】従って、図１７に示すような照明装置にお
いても同様な効果が得られる。図１７は、本発明になる
照明装置の他の実施形態を示す断面図及び正面図であ
る。この照明装置は、反射面が回転楕円面で構成される
反射鏡１５０１と，反射鏡１５０１の照射対象から遠い
側の焦点に発光部を配置した光源１０１と、反射鏡１５
０１の開口部を覆うように配置されたＵＶ，ＩＲカット
フィルタ１０７と、光源１０１から出射し、反射鏡１５
０１で反射した光を平行光に変換する光路変換手段１０
４と、コレステリック液晶層１５０２，１５０３と、位
相板１５０４，１５０５を備える。コレステリック液晶
層と位相板は、第１の反射鏡１５０１の主軸１０９に対
して垂直な面内に光路変換手段としての平凹レンズ１０
４の開口部を覆うように配置されており、それぞれ、主
軸１０９を含む直線を境にして、コレステリック液晶層
１５０２，１５０３と、位相板１５０４，１５０５とに
分けられている。コレステリック液晶層１５０２，１５
０３は、それぞれ逆の回転方向を有する円偏光を特性反
射するように、コレステリック螺旋の回転方向が互いに
逆向きになっている。位相板１５０４は、コレステリッ
ク液晶層１５０２を覆い、位相板１５０５はコレステリ
ック液晶層１５０３を覆うように配置される。位相板１
５０４，１５０５は、１／４波長光学位相板であり、そ
れぞれの遅相軸が互いに９０°をなすように配置され
る。

【００８４】この照明装置では、光源１０１から出射
し、反射鏡１５０１で反射したした光が集光光であるた
めに、これを平行化する光路変換手段１０４をＵＶ，Ｉ
Ｒカットフィルタ１０７とコレステリック液晶層との間
に配置しているが、機能としては、図１６を参照して説
明した照明装置と同様の効果が得られる。

【００８５】次に、本発明の照明装置の他の実施形態に
ついて説明する。図１８は、本発明になる照明装置の断
面図及び正面図である。この照明装置は、反射面が回転
放物面で構成される反射鏡１５０１と、反射鏡１５０１
の焦点に発光部を配置した光源１０１と、反射鏡１５０
１の開口部を覆うように配置したＵＶ，ＩＲカットフィ
ルタ１０７と、位相板１８０１，１８０２と、直線偏光
反射板１８０３とを備える。位相板と直線偏光反射板
は、第１の反射鏡１５０１の主軸１０９に対して垂直な
面内に配置されており、位相板は主軸１１０９を含む直
線を境にして、位相板１８０１と位相板１８０２とに分
けられている。位相板１８０１，１８０２は、１／４波
長光学位相板であり、それぞれの遅相軸は互いに９０°
を成し、且つ直線偏光反射板１８０３で反射もしくは透
過する直線偏光の偏光軸に対して４５°を成すように配
置する。位相板１８０１，１８０２及び直線偏光反射板
１８０１としては前記実施形態と同様のものを使用する
ことができる。

【００８６】次に、この照明装置の動作を説明する。光
源１０１から出射した光２０１は、反射鏡１５０１で反
射し、主軸１０９に対して略平行光となってＵＶ，ＩＲ
カットフィルタ１０７を通過して不定偏光のまま位相板
１８０１を通過して直線偏光反射板１８０３に入射す
る。直線偏光反射板１８０３に入射した光のうち、特定
の直線偏光２０２は透過し、これとは偏光軸が垂直な直
線偏光は反射する。反射した光２０３は、位相板１８０
１の作用を受けて円偏光となり、図示のように、反射鏡
１５０１で２回反射した後に、位相板１８０２に入射す
る。このとき、反射光２０３は、反射鏡１５０１での反
射回数が偶数回であるので円偏光の回転方向は元のまま
である。ここで、位相板１８０２の遅相軸は、位相板１
８０１の遅相軸に対して９０°を成している。このため
に、反射光２０３は、位相板１８０２の作用により直線
偏光に変換されたときには、その偏光軸が直線偏光反射
板１８０３の透過軸と一致するために、直線偏光反射板
１８０３を通過することになる。従って、光源１０１か
ら出射した不定偏光の大部分が直線偏光反射板１８０３
を通過するので偏光軸の揃った直線偏光を効率よく出力
できる。

【００８７】ところで、直線偏光反射板１８０３で反射
した光のうち、主軸１０９の近傍で反射した光は、反射
鏡１５０１で反射した後に、主軸１０９から離れた位置
から出射する。また、主軸１０９から離れた位置で反射
した光は、反射鏡１５０１で反射した後に主軸１０９の
近傍から出射する。つまり、主軸１０９の近傍から出射
する光と周辺部から出射する光の一部が入れ替わり、平
均化されるために、この照明装置から出射する光の強度
は位置によらずに均一になるという効果が得られる。

【００８８】更に、以上のような効果は、通常の照明装
置に１枚のプレート状の素子を配置するといった簡単な
構成で達成することができるため、光利用効率の高い照
明装置を小型，軽量で提供できるという効果がある。
尚、この実施形態では、位相板を主軸１０９を通る直線
で２分割し、それぞれの遅相軸が互いに９０°をなすよ
うに各位相板を配置した。即ち、この照明装置の要点
は、反射鏡の主軸に対して垂直な面内に位相板と直線偏
光反射板を順に並べ、位相板は主軸を通る直線で偶数部
分に分割し、主軸に対して対称な位置に遅相軸が互いに
９０°をなすように位相板を配置することで偏光軸の揃
った直線偏光が出力するようにすれば良く、前記実施形
態以外にも種種の変形を考えることができる。

【００８９】次に、本発明の照明装置を用いた投射型表
示装置について図面を用いて説明する。

【００９０】図１９は、本発明になる投写型表示装置の
断面図である。この投写型表示装置は、照明装置１９０
１と、偏光子１７０１，液晶表示素子１７０２，検光子
１７０３からなる画像形成部１９０２と、この画像形成
部１９０２で形成した画像をスクリーン１７０５へ投写
する投写レンズ１７０４を備える。

【００９１】照明装置１９０１としては、前記したよう
な照明装置を用いれば良く、ここでは、光源１０１と、
反射面が回転楕円面で構成される第１の反射鏡１０２
と、中央部に開口部を有する反射面が球面で構成される
第２の反射鏡１０３と、平凹レンズ１０４とコレステリ
ック液晶層１０５と位相板１０６とから構成される照明
装置を使用した。

【００９２】偏光子１７０１及び検光子１７０３は、特
定の直線偏光は透過し、これとは偏光軸が垂直な直線偏
光は吸収するもので、ここでは延伸させたＰＶＡ（ポリ
ビニルアルコール）フィルムにヨウ素を吸収させて偏光
機能を付与した膜の両面にＴＡＣ（トリアセテート）保
護層を施した偏光板を、ガラス基板に粘着した状態のも
のを使用した。

【００９３】液晶表示素子１７０２は、画素を形成する
透明電極を施した２枚のガラス基板の間に誘電異方性が
正のネマティック液晶を封入し、液晶分子長軸が２枚の
ガラス基板間で連続的に９０°ねじれた、いわゆるＴＮ
（Twisted Nematic）液晶素子を用いた。また、液晶の
駆動には各画素ごとにスイッチング素子である薄膜トラ
ンジスタを形成して液晶を駆動するアクティブマトリク
ス方式を用いた。液晶表示素子１７０２の表示部の形状
は、縦横比３：４の長方形である。

【００９４】投写レンズ１７０４は、画像形成部１９０
２で形成された画像をスクリーン１７０５に拡大投写す
るもので、フォーカス調整機構とズーム機構を備える。

【００９５】次に、この投射型表示装置の動作を説明す
る。照明装置１９０１から出力された光束は、画像形成
部１９０２に照射され、偏光子１７０１，液晶表示素子
１７０２，検光子１７０３を通過する際に、液晶表示素
子１７０２において画像情報に応じた変調をうけて光学
像を形成する。この光学像は、投写レンズ１７０４によ
ってスクリーン面１７０５に拡大投映される。

【００９６】ここで、前記したように、照明装置１９０
１の光源１０１から出射する不定偏光のほとんどは特定
の直線偏光に変換されて略平行状態で照明装置１９０１
から出力する。この出力光束１９０３の偏光軸を偏光子
１７０１の透過軸と一致させておけば、偏光子１７０１
での吸収がほとんどない状態で液晶表示素子１７０２を
照明することができる。従って、従来、光源からの不定
偏光の半分以上の光が偏光子で吸収されて利用されてい
なかったのに比べて、この投射型表示装置では、光源１
０１からの出射光のほとんどを有効な照明光として利用
することができるので、光利用効率が向上し、より明る
い投写映像を得ることができる。更に、偏光子１７０１
における光の吸収が著しく低減するために、偏光子の温
度上昇やこれに伴う偏光子の劣化が少ないので、長期に
渡って高画質な映像が得られるという効果もある。

【００９７】また、第２の反射鏡１０３の開口部１０３
ｈの形状を、液晶表示素子１７０２の表示部と相似な長
方形としておけば、照明装置１９０２から出力される光
束の断面形状を液晶表示素子１７０２の表示部とほぼ同
じ形状とすることができる。即ち、照明光束の断面形状
が液晶表示素子１７０２の表示部の形状とほぼ同じ形状
となるために、液晶表示素子１７０２の表示部のほとん
どを過不足無く照明することができる。従って、従来か
ら存在する照明光束の断面形状と液晶表示素子１０７の
表示部の形状とのミスマッチによる光の損失がほとんど
ないので、高い光利用効率を実現することができ、より
明るい投写映像を得ることができる。

【００９８】尚、この実施形態では、透過型のＴＮ液晶
素子を用いたが、この他に、スーパーツイステッドネマ
ティック（ＳＴＮ）液晶素子，強誘電液晶素子，反強誘
電液晶素子，ＥＣＢ効果を用いる液晶素子等の偏光状態
を制御して画像を形成するタイプの液晶を用いても同様
の効果が得られる。また、透過型の液晶素子だけでなく
反射型の液晶素子を用いてもよい。

【００９９】液晶素子の駆動方式としては、アクティブ
マトリクス方式にに限らず、時分割駆動の単純マトリク
ス方式を使用することができる。アクティブ素子として
は、ポリシリコンＴＦＴ，アモルファスシリコンＴＦ
Ｔ，ＭＩＭ等を用いることができる。

【０１００】照明装置としては、図１８に示したものだ
けでなく、前述した本発明になる照明装置を用いること
でこの実施形態と同様な効果が得られる。

【０１０１】また、照明装置からの照明光をダイクロイ
ックミラーやダイクロイックプリズム等の色分離手段を
用いて赤，青，緑の３原色に分離し、分離した光をその
光路中に配置した液晶表示素子により画像情報に応じて
変調することで光学像を形成し、更にこれら光学像を合
成してカラー表示を行う場合でも同様の効果を有する投
写型表示装置が得られることは明らかであろう。

【０１０２】

【発明の効果】本発明の照明装置は、光源装置から出射
して偏光分離手段に入射した無偏光を互いに偏光状態が
異なる第１の偏光と第２の偏光に分離し、一方は所望の
直線偏光として出射し、他方は円偏光として光源装置に
戻す。この戻した円偏光は、第１の反射鏡及び第２の反
射鏡において奇数回反射させた後に再び偏光分離手段に
入射するので、初めに偏光分離手段で反射したときとは
逆回転の円偏光となり、今度は、偏光分離手段を透過し
て所望の直線偏光として出射する。すなわち、光源から
出射する不定偏光を効率良く所望の直線偏光に変換して
照明光として出力することができる。また、光源を第１
の反射鏡と第２の反射鏡により大きく覆っているため、
光源から出射した光束の大部分を照明光束として利用す
ることができる。つまり、高い偏光変換効率と高い集光
効率を有する光利用効率の高い照明装置を提供すること
ができる。

【０１０３】また、本発明の他の照明装置では、光源装
置から出射し、偏光分離手段に入射した無偏光は互いに
偏光状態が異なる第１の偏光と第２の偏光に分離し、一
方は所望の直線偏光として出射し、他方は円偏光として
光源装置に戻す。この戻した円偏光は、反射鏡で反射さ
せた後に偏光分離手段に再入射するが、反射鏡での反射
の回数が偶数回であると円偏光の回転方向に変化はな
い。このとき、この反射光は、初めに偏光分離手段で反
射した領域とは異なる領域、つまりこの円偏光を透過す
る領域に入射することにより、今度は、偏光分離手段を
透過して所望の直線偏光として出射する。すなわち、光
源から出射する不定偏光を効率良く所望の直線偏光に変
換して照明光として出力することができる。また、光源
装置へ戻した光のうち光軸近傍の光は反射鏡での反射に
より光軸から離れた位置から再出射し、光軸から離れた
位置に再帰した光は光軸近傍から再出射するために、光
軸近傍の光と周辺部の光の一部が入れ替わり、平均化さ
れるために光強度分布が均一な光を出力することができ
る。

【０１０４】更に、このような効果は、通常の照明装置
に１枚のプレート状の素子を配置するといった簡単な構
成で得ることができるために、光利用効率の高い照明装
置を小型，軽量で提供できるという効果がある。

【０１０５】また、この発明の投射型表示装置では、本
発明の照明装置を用いることにより、光源からの不定偏
光のほとんどを有効な照明光として利用することができ
るので、光利用効率が向上し、より明るい投写映像を得
ることができる。更に、偏光子における光の吸収が著し
く低減するために、偏光子の温度上昇やこれに伴う偏光
子の劣化を少なくすることができるので、長期に渡って
高画質な映像が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる照明装置の一実施形態を示す断面
図である。

【図２】図１に示した本発明になる照明装置の動作説明
図である。

【図３】図１に示した本発明になる照明装置の動作説明
図である。

【図４】本発明になる照明装置の他の実施形態を示す断
面図である。

【図５】図４に示した本発明になる照明装置で使用する
直線偏光反射板の断面構造図である。

【図６】図４に示した本発明になる照明装置の動作説明
図である。

【図７】本発明になる照明装置において使用する直線偏
光反射板の変形例を示す模式断面構造図である。

【図８】本発明になる照明装置において使用する直線偏
光反射手段の他の変形例を示す断面構造図である。

【図９】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を示
す断面図及び正面図である。

【図１０】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を
示す断面図である。

【図１１】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を
示す断面図である。

【図１２】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を
示す断面図及び正面図である。

【図１３】図１２に示した本発明になる照明装置の原理
説明図である。

【図１４】本発明になる照明装置における第２の反射鏡
の開口部の大きさを特定するための説明図である。

【図１５】本発明になる照明装置における第２の反射鏡
の開口部の大きさを特定するための説明図である。

【図１６】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を
示す断面図及び正面図である。

【図１７】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を
示す断面図及び正面図である。

【図１８】本発明になる照明装置の更に他の実施形態を
示す断面図及び正面図である。

【図１９】本発明になる投射型液晶表示装置の一実施形
態を示す断面図である。

【図２０】従来の照明装置の一例を示す断面図である。

【図２１】従来の照明装置の他の例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０１…光源、１０２…第１の反射鏡、１０３…第２の
反射鏡、１０３ｈ…開口部、１０４…光路変換手段、１
０５…コレステリック液晶層、１０６…（１／４波長光
学）位相板、１０７…ＵＶ，ＩＲカットフィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｂ 21/14 Ｇ０３Ｂ 21/14 Ａ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光を放射する光源と該光源の背後に設けた
   第１の反射鏡及び該第１の反射鏡に反射面を対向させて
   配置した中央部に開口を有する第２の反射鏡を備えた光
   源装置と、この光源装置からの光を互いに偏光状態が異
   なる第１及び第２の偏光に分離し、所望の偏光である第
   １の偏光は透過させ、第２の偏光は反射して前記光源装
   置に戻すようにした偏光分離手段を備えた照明装置であ
   って、前記光源装置は、前記偏光分離手段から戻された
   第２の偏光を前記第１の反射鏡によって前記第２の反射
   鏡に向けて反射し、前記第２の反射鏡は前記第１の反射
   鏡によって反射された第２の偏光を再び第１の反射鏡に
   向けて反射し、この第１の反射鏡は第２の反射鏡で反射
   された第２の偏光を前記偏光分離手段に向けて反射する
   ようにしたことを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記光源装置における
   前記第１の反射鏡は、前記光源を被照射面に遠い側の略
   焦点位置に配置した回転楕円面鏡とし、前記第２の反射
   鏡は、前記光源を略曲率中心位置に配置した球面鏡と
   し、前記光源装置と前記偏光分離手段との間には前記光
   源装置から出力される集光方向の光束を平行光束に変換
   する光路変換手段を備えたことを特徴とする照明装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記光源装置における
   前記第１の反射鏡は、前記光源を略焦点位置に配置した
   回転放物面鏡とし、前記第２の反射鏡は、前記光源を略
   中心位置に配置した球面鏡としたことを特徴とする照明
   装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３の１項において、前記第１の
   反射鏡の反射面を該第１の反射鏡の焦点位置を含む光軸
   に垂直な面まで配置し、前記第２の反射鏡の反射面を前
   記焦点位置を含む光軸に垂直な面から配置したことを特
   徴とする照明装置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記光源装置における
   前記第１の反射鏡は、前記光源を略焦点位置に配置した
   回転放物面鏡とし、前記第２の反射鏡は、光軸に垂直な
   面内に反射面を備えた反射鏡としたことを特徴とする照
   明装置。
6. 【請求項６】請求項５において、前記第２の反射鏡は、
   その光軸を中心とし、直径が前記第１の反射鏡の焦点距
   離の４倍の円形もしくはこの円形に外接するような矩形
   の開口部を備えたことを特徴とする照明装置。
7. 【請求項７】請求項１〜６の１項において、前記偏光分
   離手段は、前記光源装置側に配置した１／４波長光学位
   相板と、照射対象側に配置した直線偏光反射手段を備え
   たことを特徴とする照明装置。
8. 【請求項８】請求項１〜６の１項において、前記偏光分
   離手段は、前記光源装置側に配置したコレステリック液
   晶層と、照射対象側に配置した１／４波長光学位相板を
   備えたことを特徴とする照明装置。
9. 【請求項９】光を放射する光源及び該光源の背後に設け
   られた反射鏡を備えた光源装置と、この光源装置からの
   光を互いに偏光状態が異なる第１及び第２の偏光に分離
   し、その一方は透過させ、他方は反射して前記光源装置
   に戻す偏光分離手段を備えた照明装置であって、 前記光源装置は、前記偏光分離手段により戻された光を
   前記反射鏡に於いて２回反射せた後に再び前記偏光分離
   手段に入射せしめるよう構成し、 前記偏光分離手段は、光軸に略垂直な面内の前記光源装
   置側に配置した１／４波長光学位相板と、照射対象側に
   配置した直線偏光反射手段を備え、前記１/４波長光学
   位相板は光軸を含む直線で複数の領域に分離され、光軸
   に対して点対称の位置関係にある領域の１／４波長光学
   位相板の遅相軸が互いに９０°を成していることを特徴
   とする照明装置。
10. 【請求項１０】光を放射する光源及びこの光源の背後に
    設けられた反射鏡を備えた光源装置と、この光源装置か
    らの光を互いに偏光状態が異なる第１及び第２の偏光に
    分離し、一方は透過させ、他方は反射して前記光源手段
    に戻す偏光分離手段を備えた照明装置であって、 前記光源装置は、前記偏光分離手段により戻された光を
    前記反射鏡において２回反射させた後に再び前記偏光分
    離手段に入射せしめるように構成し、 前記偏光分離手段は、光軸に略垂直な面内の前記光源装
    置側に配置したコレステリック液晶層と、照射対象側に
    配置した１／４波長光学位相板を備え、光軸を含む直線
    で複数の領域に分離され、光軸に対して点対称の位置関
    係にある領域のコレステリック液晶層の螺旋方向が互い
    に逆であり且つ１／４波長光学位相板の遅相軸が互いに
    ９０°を成していることを特徴とする照明装置。
11. 【請求項１１】請求項９または１０において、前記光源
    装置における前記反射鏡は、前記光源を照射対象に遠い
    側の略焦点位置に配置した回転楕円面鏡であり、前記光
    源装置と前記偏光分離手段との間に前記光源装置から出
    力される光束を平行光束に変換する光路変換手段を備え
    たことを特徴とする照明装置。
12. 【請求項１２】請求項９または１０において、前記光源
    装置における前記反射鏡は、前記光源を略焦点位置に配
    置した回転放物面鏡であることを特徴とする照明装置。
13. 【請求項１３】請求項１〜１２の１項に記載された照明
    装置と、この照明装置からの偏光を画像情報に応じて変
    調して画像を形成する画像形成手段と、この画像形成手
    段により形成された画像光を拡大投射する投射手段を備
    えたことを特徴とする投射型表示装置。