JP2004354881A - Illuminating device and projection type display device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized illuminating device of high illuminance capable of efficiently performing conversion of polarized light, and to provide a projection type display device. <P>SOLUTION: The illuminating devices 11r, 11g, 11b for illuminating optical modulating means 31, 32, and 33 of the projection type display device 10 are provided with light sources for emitting random polarized light, polarized light separating means 17a and 17b for separating the polarized light into one polarized light and the other polarized light, a polarized light conversion means 16 arranged between the light source and the polarized light separating means 17a and 17b so as to generate a prescribed phase difference. First reflecting means 18a and 18b are arranged on the exit surfaces of the other polarized light of the polarized light separating means 17a and 17b, a second reflecting means for reflecting the light ahead is arranged in the light source, and one polarized light is emitted from the polarized light separating means 17a and 17b, the other polarized light is reflected by the 1st reflecting means 18a and 18b, thereafter, successively made incident on the polarized light conversion means 16, the second reflecting means, the polarized light conversion means 16, and the polarized light separating means 17a and 17b. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置および投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、投射型表示装置などに光変調素子として用いられている液晶ライトバルブは、直線偏光した光の偏光方向を変えることで入射した光の透過率を変えている。そのため、例えば偏光していない光源からの光を単に偏光板を使って直線偏光化すると、液晶ライトバルブに入射される光量が半分になり、表示される画像の明るさが暗くなってしまう。画像の明るさが暗くなるのを防ぐために、さまざまな偏光変換光学系を用いた照明装置が提案されている。
【０００３】
偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ、以下、ＰＢＳと略記する）は、上述した偏光変換光学系の１つである。
ＰＢＳは、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性部材が、順次張り合わされた形状を有している。透光性部材の界面には、無機物質からなる多層膜で構成された偏光分離膜と、反射膜とが交互に形成されている。偏光分離膜あるいは反射膜の光の出射面の光出射方向の写像部分には、λ／２位相差板が選択的に貼り付けられている。
【０００４】
ＰＢＳの入射面に、ｐ偏光成分とｓ偏光成分とを含む非偏光（ランダムな偏光方向を有する入射光）が入射されると、この入射光は、まず、偏光分離膜によってｐ偏光とｓ偏光とに分離される。ｐ偏光は偏光分離膜をそのまま透過し、外部へ出射される。
一方、ｓ偏光は偏光分離膜によってほぼ垂直に反射され、反射膜によってさらに反射される。反射膜に反射されたｓ偏光の出射面には、λ／２位相差板が配置されており、このｓ偏光はｐ偏光に変換され、外部へ出射される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
国際公開第９７／３４１７３号パンフレット （第１８−２３頁、第４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のＰＢＳを用いた照明装置においては、ＰＢＳに入射した非偏光が偏光分離膜により、ｐ偏光は透過されｓ偏光は反射されて分離されていた。ｓ偏光はλ／２位相差板によりｐ偏光に変換され、ＰＢＳから出射されていた。
このＰＢＳの構成上、入射した非偏光をｐ偏光に変換できる入射面とｐ偏光が出射する出射面との面積比は略１対２となっている。そのため、ＰＢＳの全面に非偏光を入射させると、略１／２の非偏光が上記入射面に入射してｐ偏光に変換され、残りの非偏光は変換されずに捨てられていた。つまり、光源から出射された光の変換効率が略５０％であって、利用効率が良くなかったという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、小型で効率良く偏光変換でき、照度の高い照明装置および投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の照明装置は、ランダムな偏光を有する光を出射する光源と、光源から出射された光を互いに直交する直線偏光である一方の偏光および他方の偏光に分離する偏光分離手段と、光源と偏光分離手段との間に設けられ、透過する光の波長に対して所定の位相差を発生させる偏光変換手段とを備えてなり、偏光分離手段における他方の偏光の出射面には、他方の偏光を反射する第１の反射手段が備えられ、光源の後方には、光を前方に反射する第２の反射手段が備えられ、一方の偏光は偏光分離手段から出射され、他方の偏光は第１の反射手段により反射され偏光変換手段を透過して第２の反射手段に入射され、再び前方に向けて反射され、前記偏光変換手段、前記偏光分離手段に順次入射されることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明の照明装置においては、光源から出射されたランダムな偏光を有する光（以後、非偏光と表記する。）が偏光変換手段に入射され、所定の位相差を持つ光に変換されて偏光分離手段に向けて出射される。偏光分離手段に入射された非偏光は、互いに直交する直線偏光である一方の偏光と他方の偏光とに分離され、一方の偏光は偏光分離手段から出射される。他方の偏光は、第１の反射手段に反射され偏光変換手段に入射される。偏光変換手段を透過する際に他方の偏光は所定の位相差を持つ偏光に変換され、光源に向けて出射され、第２の反射手段に入射して再び前方に反射される。この前方に反射された光は、上述した光源から出射された非偏光と同じ経路を繰り返し伝搬する。
【００１０】
上記偏光分離手段から出射されなかった他方の偏光は、第１の反射手段および第２の反射手段の間を繰り返し反射される。他方の偏光は反射経路中に配置された偏光変換手段により変換されるため、その一部は一方の偏光に変換され、偏光分離手段で分離されて出射される。つまり、光源から出射された光から分離された一方の偏光と、他方の偏光が変換されて得られた一方の偏光とが同時に出射される。他方の偏光が旋光されて得られた一方の偏光が加わることにより、従来の照明装置の照度よりも高い照度を得ることができ、高効率な偏光変換を行うことができる。
【００１１】
上記偏光分離手段は、分離した他方の偏光を前方に出射していないので他方の偏光用の出射面を設ける必要がなく、その入射面と出射面とを略同じ面積で形成することができる。つまり、偏光分離手段の面積と入射面の面積と出射面の面積とを略一致させることができ、従来のＰＢＳのようにＰＢＳに入射した光の略１／２がロスされることがない。偏光分離手段に入射された光はロスされることなく一方の偏光および他方の偏光に分離されるので、光源から出射された光を効率よく偏光変換することができる。さらに、従来のＰＢＳのように、光が入射する面に働きをなさない部分がないので、小型化を図ることができる。
【００１２】
また、光源の後方に第２の反射手段が配置されていることにより、偏光分離手段から出射されなかった他方の偏光は、第１の反射手段により反射されて、光源近傍に戻され、光源および第２の反射手段により前方に向けて反射されている。このことにより、光源近傍からは、光源からの非偏光と、光源および第２の反射手段により前方に向けて反射された偏光とが出射されていることになる。つまり、光源近傍の輝度を向上することができ、光源から出射された光の利用効率を向上させることができる。
【００１３】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記偏光変換手段として、入射した偏光の波長に対して１／４波長の位相差を発生させる１／４波長板を備えることが望ましい。
この構成によれば、第１の反射手段に反射され偏光変換手段に入射した他方の偏光は、１／４波長の位相差を持つ偏光つまり円偏光に変換され、第２の反射手段に向けて出射される。第２の反射手段に入射した偏光は、前方に反射される際に逆回りの円偏光となり、再び偏光変換手段に入射する。偏光変換手段に入射した逆回りの円偏光は１／４波長の位相差を持つ偏光つまり一方の偏光に変換される。つまり、偏光分離手段で分離された他方の偏光は一方の偏光に変換され、偏光分離手段を透過して出射される。
このため、光源から出射された非偏光の略全てを一方の偏光として出射させることができるので、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００１４】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記偏光変換手段として、入射した偏光の波長に対してランダムな位相差を発生させるランダム位相差板を備えることが望ましい。
この構成によれば、第１の反射手段に反射され偏光変換手段に入射した他方の偏光は、ランダムな位相差を持つ偏光に変換され第２の反射手段に向けて出射される。第２の反射手段に入射した偏光は、前方に反射され、再び偏光変換手段に入射してさらにランダムな位相差を持つ偏光に変換され非偏光となる。つまり、光源から出射された時と同じ状態になり、再び偏光分離手段において一方の偏光および他方の偏光に分離される。
このため、上記過程を繰り返すことにより、光源から出射された非偏光の略全てを一方の偏光として出射させることができるので、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００１５】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記偏光変換手段として、入射した偏光の波長に対して所定の位相差を発生させる位相差フィルムを備えることが望ましい。
この構成によれば、位相差フィルムはその厚さが薄くフィルム状であるため、配置するのにスペースを取らず、小型化を図りやすくなる。
また、偏光分離手段の非偏光が入射する面に、位相差フィルムを貼り付けることができるため、偏光分離手段と位相差フィルムとを同一部品として取り扱うことができ、照明装置を製造しやすくなる。
【００１６】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記偏光分離手段として、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を備えることが望ましい。
この構成によれば、ＰＢＳはもともと平板状の形状を有しているため、配置するのにスペースをとらず照明装置の小型化が図りやすくなる。
【００１７】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源と偏光変換手段との間に、光源からの出射光を平行光化する平行光化手段を備えることが望ましい。
この構成によれば、光源から出射され、平行光化手段を透過した光は平行光となるので、偏光変換手段および偏光分離手段を透過するときに光が漏れることがない。光が漏れることがないので、光源から出射された非偏光がロスされることなく一方の偏光に変換されて出射され、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００１８】
また、上記光平行光化手段は、上記第１の反射手段に反射された光を光源上に集光する。光源の後方には第２の反射手段が配置されているので、光源上に集光された光は前方に反射される。つまり、第１の反射手段で反射された光を漏らすことなく再び前方に反射させることができるので、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００１９】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源として発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下ＬＥＤと略記する）を用いることができる。
現在、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の各色光について高出力のＬＥＤが提供されており、この種のＬＥＤをアレイ状に平面的にまたは曲面的に配列することができるため、光源の寸法を小さく収めることができる。そのため、本発明の照明装置に好適な光源を得ることができる。
また、ＬＥＤは、波長帯域の狭い単色の光を出射させることができるので、偏光変換手段は上記波長帯域の光だけを変換すれば良い。広帯域の波長の光を変換させる時と比べて、上記波長帯域の光だけを変換させる場合は、その変換量を調節しやすくなり、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００２０】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記第２の反射手段の光源側の面が凹曲面状に形成されても良い。
この構成によれば、上記第２の反射手段に入射された光は、光源から出射された光および第１の反射手段に反射された光の区別なく、前方の偏光変換手段に向かって集光するように反射される。そのため、第２の反射手段から偏光変換手段に向かって伝搬する光のうち偏光変換手段に入射しない光の割合が少なくなり、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００２１】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記第２の反射手段の光源側の面が平面状に形成されても良い。
この構成によれば、光を反射する面が平面に形成されているので、加工、研磨などの工程に費やす労力が少なくて済み、製作を容易にすることができる。
【００２２】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源および第２の反射手段が、偏光変換手段および偏光分離手段の光軸からオフセットして配置され、第３の反射手段が前記光源の近傍に設けられ、第３の反射手段に第１の反射手段に反射された光が入射するように、第３の反射手段が配置されても良い。
この構成によれば、光源から出射され、第１の反射手段に反射された光は、光源が上記光軸に対してオフセットして配置されているので光源上には戻らず、第３の反射手段に入射される。第３の反射手段に入射された光は、その前方に光源などの光を吸収、散乱する要素がないため、その強度が弱められることなく前方に反射され、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００２３】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の反射手段が、入射する光に対して傾斜角を持つように配置され、第３の反射手段が光源の近傍に設けられ、第３の反射手段に第１の反射手段に反射された光が入射するように、第３の反射手段が配置されても良い。
この構成によれば、光源から出射され、第１の反射手段に反射された光は、第１の反射手段が入射する光に対して傾斜角を持つように配置されているので光源上には戻らず、第３の反射手段に入射される。第３の反射手段に入射された光は、その前方に光源などの光を吸収、散乱する要素がないため、その強度が弱められることなく前方に反射され、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００２４】
光源を備えた照明装置と、該照明装置からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置の照明装置に、上記本発明の照明装置を備えることができる。
投射型表示装置の照明装置に上記照明装置が用いられることにより、投射型表示装置の小型化を図ることができるとともに、光源からの光を効率良く偏光変換して照度を高めることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施形態について図１および図２を参照して説明する。
図１は、本実施の形態の投射型表示装置１０の全体の概略を示す図である。
本実施の形態の投射型表示装置１０は、図１に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの各色光を出射可能な照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからそれぞれ出射されたＲ、Ｇ、Ｂの色光に対応した液晶ライトバルブ（光変調手段）３１、３２、３３と、液晶ライトバルブ３１、３２、３３に変調された各色光を合成するクロスダイクロイックプリズム３５と、合成された光束をスクリーンＳに投射する投射レンズ（投射手段）４１とから概略構成されている。
【００２６】
図２は、本実施の形態の照明装置１１ｇの概略を示す図であり、図３（ａ）は、ＬＥＤチップ周辺部の構成を示す縦断面の概略図であり、図３（ｂ）は、平面視したときの概略図である。
照明装置１１ｇと照明装置１１ｒ、１１ｂとは、その構成要素であるＰＢＳと第１のミラーとの配置が異なるだけであるので、まず照明装置１１ｇについて構成を説明する。その後、照明装置１１ｒ、１１ｂの構成のうち照明装置１１ｇと異なる部分の説明をする。
【００２７】
本実施の形態の照明装置１１ｇは、図１から図３に示すように、Ｇの色光を出射するＬＥＤチップ（光源）１２ｇと、光を前方に反射する第２のミラー（第２の反射手段）１３と、ＬＥＤチップ１２ｇおよび第２のミラー１３を封止する樹脂からなる封止部１４と、ＬＥＤチップ１２ｇから出射された光を略平行光化する非球面コリメータレンズ（平行光化手段）１５と、１／４波長の位相差を発生する１／４波長板（偏光変換手段）１６と、透過する光をｐ偏光およびｓ偏光に分離するＰＢＳ（偏光分離手段）１７ａと、分離されたｓ偏光を反射する第１のミラー（第１の反射手段）１８ａとから概略構成されている。
【００２８】
ＬＥＤチップ１２ｇおよび第２のミラー１３は、その中心軸がシステム光軸Ｃと一致するように配置されている。
第２のミラー１３は、図３（ａ）に示すように、アルミ、銀、または金などの反射率の高い金属で作成され、ＬＥＤチップ１２ｇは第２のミラー１３上に載置されている。第２のミラー１３のＬＥＤチップ１２ｇを載置する面は、凹曲面状に形成されている。また、第２のミラー１３は、図３（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ１２ｇより大きく、かつ封止部１４より小さくなるように形成されている。
【００２９】
封止部１４の前端部は、図２に示すように、半球状に形成され、ＬＥＤチップ１２ｇから出射された光を非球面コリメータレンズ１５へ集光する半球レンズ１９として構成されている。非球面コリメータレンズ１５および半球レンズ１９の光軸は、システム光軸Ｃと一致するように配置されている。
１／４波長板１６は、非球面コリメータレンズ１５とＰＢＳ１７ａとの間に設けられるとともに、ｐ偏光およびｓ偏光の偏光軸に対して、１／４波長板１６の光軸が略４５度傾くように配置されている。
【００３０】
ＰＢＳ１７ａは、図２に示すように、柱状の透光性部材２０、２０を組み合わせて略直方体となるように構成されている。ＰＢＳ１７ａのＬＥＤチップ１２ｇから出射された非偏光が入射する面は、システム光軸Ｃに対して略垂直になるように配置され、柱状の透光性部材２０、２０の組み合わせ面は、システム光軸Ｃに対して略４５°の傾きを持つように構成されている。
この組合せ面には、ｐ偏光を透過してｓ偏光を反射する偏光分離膜２１が設けられている。
ＰＢＳ１７ａのＬＥＤチップ１２ｇから出射された非偏光が入射する面に隣接する面であってｓ偏光が出射する面には、第１のミラー１８ａが設けられている。第１のミラー１８ａは、入射するｓ偏光に対して略垂直となるように配置されている。
【００３１】
次に、照明装置１１ｒ、１１ｂについて、照明装置１１ｇと異なる部分について説明する。
照明装置１１ｒ、１１ｂのＰＢＳ（偏光分離手段）１７ｂには、図１に示すように、ＬＥＤチップ（光源）１２ｒ、１２ｂから出射された非偏光が入射する面に対向する面に第１のミラー１８ｂが設けられている。第１のミラー（第１の反射手段）１８ｂは、入射するｐ偏光に対して略垂直となるように配置されている。
【００３２】
液晶ライトバルブ３１、３２、３３は液晶パネルと、入射側偏光板（図示せず）と、出射側偏光板（図示せず）とから構成され、液晶パネルには、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用されている。
クロスダイクロイックプリズム３５は４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。
【００３３】
次に、上記の構成からなる投射型表示装置１０における作用について説明する。
照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからそれぞれ出射された色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、図１に示すように、各色光に対応する液晶ライトバルブ３１、３２、３３に入射される。入射された各色光は液晶ライトバルブ３１、３２、３３により変調されてクロスダイクロイックプリズム３５に出射される。変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム３５において合成されて投射レンズ４１に出射される。投射レンズ４１は、合成された各色光をスクリーンＳに向かって拡大投射する。
【００３４】
次に、本発明の特徴部である照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂにおける作用について説明する。
照明装置１１ｇの作用と照明装置１１ｒ、１１ｂとは略同一であるので、まず照明装置１１ｇの作用につき説明し、照明装置１１ｒ、１１ｂについてはその異なる点について説明する。
【００３５】
図１および図２に示すように、ＬＥＤチップ１２ｇから非偏光の色光Ｇが出射され、前方に伝搬した非偏光は、半球レンズ１９を透過して封止部１４の外部に出射される。ＬＥＤチップ１２ｇから後方に伝搬した非偏光は、第２のミラー１３の凹曲面状の面に入射し、前方の半球レンズ１９に向けて反射される。半球レンズ１９を透過した非偏光は、非球面コリメータレンズ１５に入射しシステム光軸Ｃと略平行に伝搬する略平行光に変換されて出射される。
【００３６】
略平行光化された非偏光は１／４波長板１６に入射する。入射した非偏光のうち、１／４波長板１６の光軸と偏光軸が一致する偏光はそのまま透過し、それ以外の偏光は元の偏光の偏光軸から１／４波長の位相差を持つ偏光に変換されて出射される。つまり、１／４波長板１６に入射した非偏光は、非偏光なまま出射される。
１／４波長板１６を出射した非偏光は、ＰＢＳ１７ａに入射し偏光分離膜２１においてｐ偏光およびｓ偏光に偏光分離される。ｐ偏光は、偏光分離膜２１を透過して、液晶ライトバルブ３２に向けて出射される。ｓ偏光は、偏光分離膜２１に反射され、入射方向に対して略９０度方向に出射される。
【００３７】
ｓ偏光は、第１のミラー１８ａに略垂直に入射し、入射方向と略同じ方向に向けて反射される。反射されたｓ偏光は、さらに偏光分離膜２１に反射され、１／４波長板１６に向けて出射される。
１／４波長板１６に入射されたｓ偏光は、その偏光軸が１／４波長板１６の光軸に対して略４５度傾いているので、１／４波長板により偏光軸が回転する円偏光に変換される。
【００３８】
システム光軸Ｃと略平行な平行光である円偏光は、非球面コリメータレンズ１５により、半球レンズ１９を介してＬＥＤチップ１２ｇ近傍に集光される。集光された円偏光は、第２のミラー１３に入射して半球レンズ１９方向に反射される。第２のミラー１３に反射されるときに、円偏光は偏光の回転方向が逆転して逆回りの円偏光に変換される。
【００３９】
逆回りの円偏光は、再び、半球レンズ１９および非球面コリメータレンズ１５を透過してシステム光軸Ｃと略平行に伝搬する平行光に変換され、１／４波長板１６に入射される。１／４波長板１６に入射した逆回りの円偏光は、ｐ偏光に変換されてＰＢＳ１７ａに向けて出射される。ＰＢＳ１７ａに入射したｐ偏光は、偏光分離膜２１を透過して液晶ライトバルブ３２に向けて出射される。
【００４０】
照明装置１１ｒ、１１ｂは、照明装置１１ｇと比べてＰＢＳ１７ｂおよび第１のミラー１８ｂの配置関係のみが異なるので、ＰＢＳ１７ｂ周辺の作用の説明をする。
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｂから出射し、半球レンズ１９および非球面コリメータレンズ１５により略平行光化された非偏光は、１／４波長板１６を透過しＰＢＳ１７ｂに入射される。ＰＢＳ１７ｂに入射された非偏光は、偏光分離膜２１においてｐ偏光およびｓ偏光に分離偏光される。
【００４１】
ｓ偏光は、偏光分離膜２１より入射方向に対して略９０度方向に反射され、液晶ライトバルブ３１、３３に向けて出射される。ｐ偏光は、偏光分離膜２１を透過して、第１のミラー１７ｂに略垂直に入射する。第１のミラー１７ｂに入射したｐ偏光は、入射方向と略同じ方向に向けて反射され、偏光分離膜２１を透過して１／４波長板１６に入射される。
１／４波長板１６に入射されたｐ偏光は、その偏光軸が１／４波長板１６の光軸に対して略４５度傾いているので、１／４波長板により円偏光に変換される。
【００４２】
円偏光は、非球面コリメータレンズ１５等を介してＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｂ近傍に集光され、第２のミラー１３に入射して半球レンズ１９方向に反射される。円偏光は、第２のミラー１３に反射されるときに、偏光の回転方向が逆転して逆回りの円偏光に変換される。
【００４３】
逆回りの円偏光は、再び非球面コリメータレンズ１５等を透過して平行光化され、１／４波長板１６に入射される。１／４波長板１６に入射した逆回りの円偏光は、ｓ偏光に変換されてＰＢＳ１７ｂに向けて出射される。ＰＢＳ１７ｂに入射したｓ偏光は、偏光分離膜２１に反射されて液晶ライトバルブ３２に向けて出射される。
【００４４】
上記の構成によれば、ＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）は、分離したｓ偏光（ｐ偏光）を液晶ライトバルブ３２（３１、３３）に向けて出射していないのでｓ偏光（ｐ偏光）用の出射面を設ける必要がなく、ＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）の入射面と出射面とを略同じ面積で形成することができる。
つまり、ＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）に入射された光はロスされることなくＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）内部に入射され偏光分離膜２１によりｐ偏光およびｓ偏光に分離されるので、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）から出射された光を効率よく偏光変換することができる。
さらに、従来のＰＢＳのように、ＰＢＳの光入射面側に光が入射しない面がないので、小型化を図りやすくなる。
【００４５】
ＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）から出射されなかったｓ偏光（ｐ偏光）は、第１のミラー１８ａ（１８ｂ）により反射されて、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）近傍に戻され、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）および第２のミラー１３により前方に向けて反射されている。このことにより、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）近傍からは、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）からの非偏光と、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）および第２のミラー１３により前方に向けて反射された偏光とが出射されていることになる。
つまり、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）近傍の輝度を向上させることができる。
【００４６】
また、ＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）から出射されなかったｓ偏光（ｐ偏光）は、第１のミラー１８ａ（１８ｂ）および第２のミラー１３により反射される伝搬経路中に配置された１／４波長板１６を２回透過することと、第２のミラー１３に反射されることにより、偏光の偏光軸が１／２波長の位相差を持つｐ偏光（ｓ偏光）に変換される。
このため、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）から出射された非偏光の略全てをｐ偏光（ｓ偏光）として出射させることができるので、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００４７】
非球面コリメートレンズ１５が配置されているので、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）から出射された非偏光は平行光となるので、１／４波長板１６およびＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）を透過するときに光が漏れることがない。光が漏れることがないので、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）から出射された非偏光がロスされることなくｐ偏光（ｓ偏光）に変換されて出射され、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００４８】
また、非球面コリメートレンズ１５は、第１のミラー１８ａ、１８ｂに反射された光をＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）上に集光する。ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）の後方には第２のミラー１３が配置されているので、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）上に集光された光は前方に反射される。つまり、第１のミラー１８ａ、１８ｂで反射された光を漏らすことなく再び前方に反射させることができるので、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００４９】
ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）は、波長帯域の狭い単色の光を出射させることができるので、１／４波長板１６は上記波長帯域の光だけを変換すれば良い。広帯域の波長の光を変換する時と比べて、上記波長帯域の光だけを変換する場合は、所望の偏光変換が行える、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００５０】
第２のミラー１３に入射された光は、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）から出射された非偏光および第１のミラー１８ａ、１８ｂに反射された偏光の区別なく、前方の１／４波長板１６に向かって集光するように反射される。そのため、第２のミラー１３から１／４波長板１６に向かって伝搬する光のうち１／４波長板１６に入射しない光の割合が少なくなり、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００５１】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について図４から図６を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態とは、照明装置が異なっている。よって、本実施の形態においては、図４から図６を用いて照明装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
図４は、本実施の形態の照明装置５１ｇの概略を示す図であり、図５は、本実施の形態の照明装置５１ｒ、５１ｂの概略を示す図であり、図６は、本実施の形態のランダム位相差板の拡大断面図である。
照明装置５１ｇと照明装置５１ｒ、５１ｂとは、その構成要素であるＰＢＳと第１のミラーとの配置が異なるだけであるので、照明装置５１ｒ、５１ｂの構成については、図５を示してその説明を省略する。
【００５２】
照明装置５１ｇには、図４に示すように、非球面コリメータレンズ１５とＰＢＳ１７ａとの間にランダム位相差板（偏光変換手段）５２が設けられている。
ランダム位相差板５２は複屈折材料からなり、図６に示すように、非球面コリメータレンズ１５側の面５３ａは平らに形成され、ＰＢＳ１７ａ、１７ｂ側の面５３ｂには、深さの異なる凹部形状が形成されている。そのため、ランダム位相差板５２の板厚はランダムに形成されている。
【００５３】
次に、上記の構成からなる照明装置５１ｒ、５１ｇ、５１ｂにおける作用について説明する。
照明装置５１ｇの作用と照明装置５１ｒ、５１ｂとは略同一であるので、まず照明装置５１ｇの作用につき説明し、照明装置５１ｒ、５１ｂについては図５を示し、その説明を省略する。
ＬＥＤチップ１２ｇから出射された非偏光は、半球レンズ１９を透過して封止部１４の外部に出射され、非球面コリメータレンズ１５に入射し略平行光化されて出射される。
【００５４】
略平行光化された非偏光はランダム波長板５２に入射して、ランダム波長板５２の光軸と偏光軸が一致する偏光はそのまま透過し、それ以外の偏光は入射した場所の板厚に応じた位相差を持つ偏光に変換されて出射される。
ランダム波長板５２を出射した非偏光は、ＰＢＳ１７ａに入射して、ｐ偏光は、偏光分離膜２１を透過して、液晶ライトバルブ３２に向けて出射され、ｓ偏光は、偏光分離膜２１に反射され、入射方向に対して略９０度方向に出射される。
【００５５】
ｓ偏光は、第１のミラー１８ａにより、入射方向と略同じ方向に向けて反射され、偏光分離膜２１に反射されてランダム波長板５２に向けて出射される。ランダム波長板５２に入射されたｓ偏光は、入射した場所の板厚に応じた位相差を持つ偏光に変換されてランダムな偏光からなる非偏光に変換される。
【００５６】
変換された非偏光は、非球面コリメータレンズ１５により、半球レンズ１９を介してＬＥＤチップ１２ｒ近傍に集光され、第２のミラー１３に入射して半球レンズ１９方向に反射される。
反射された非偏光は、再び、半球レンズ１９および非球面コリメータレンズ１５を透過して平行光化され、ランダム波長板５２に入射される。ランダム波長板５２に入射した非偏光は、再び入射した地点の板厚に応じた位相差を持つ偏光に変換されてＰＢＳ１７ａに向けて出射される。ＰＢＳ１７ａに入射した非偏光は、偏光分離膜２１により、ｐ偏光およびｓ偏光に偏光分離され、ｐ偏光はＰＢＳ１７ａを透過して液晶ライトバルブ３２に向けて出射される。ｓ偏光は偏光分離膜２１に反射され、上述した過程を繰り返す。
【００５７】
上記の構成によれば、第１のミラー１８ａに反射されランダム波長板５２に入射したｓ偏光は、ランダムな位相差を持つ偏光に変換され第２のミラー１３に向けて出射される。第２のミラー１３に入射した偏光は、前方に反射され、再びランダム波長板５２に入射してさらにランダムな位相差を持つ偏光に変換され非偏光となる。つまり、ＬＥＤチップ１２ｇから出射された時と同じ状態になり、再びランダム波長板５２においてｐ偏光およびｓ偏光に分離される。上記過程を繰り返すことにより、ＬＥＤチップ１２ｇから出射された非偏光の略全てをｐ偏光として出射させることができるので、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００５８】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態について図７および図８を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態とは、照明装置が異なっている。よって、本実施の形態においては、図７および図８を用いて照明装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
【００５９】
図７（ａ）は、本実施の形態の照明装置６１ｇの概略を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視図であり、図８は、本実施の形態の照明装置６１ｒ、６１ｂの概略を示す図である。
照明装置６１ｇと照明装置６１ｒ、６１ｂとは、その構成要素であるＰＢＳと第１のミラーとの配置が異なるだけであるので、照明装置６１ｒ、６１ｂの構成については、図８を示してその説明を省略する。
【００６０】
照明装置６１ｇは、図７（ａ）に示すように、非球面コリメータレンズ１５および半球レンズ１９が、それらの光軸とシステム光軸Ｃとが一致するように配置されている。
ＬＥＤチップ１２ｇおよび第２のミラー（第２の反射手段）６２は、システム光軸Ｃに対してオフセットされて配置され、ＬＥＤチップ１２ｇおよび第２のミラー６２のシステム光軸Ｃに対して軸対称となる位置に第３のミラー６３が配置されている。
【００６１】
第３のミラー６３は、アルミ、銀、または金などの反射率の高い金属からなり、半球レンズ１９側の面が平らな反射面として形成されているとともに、システム光軸Ｃに対して略直角に配置されている。
ＰＢＳ１７ａの非球面コリメータレンズ１５側の面には、位相差フィルム（偏光変換手段）６４が貼り付けられている。
【００６２】
次に、上記の構成からなる照明装置６１ｒ、６１ｇ、６１ｂにおける作用について説明する。
照明装置６１ｇの作用と照明装置６１ｒ、６１ｂとは略同一であるので、まず照明装置６１ｇの作用につき説明し、照明装置６１ｒ、６１ｂについては図８を示し、その説明を省略する。
【００６３】
ＬＥＤチップ１２ｇから出射された非偏光は、半球レンズ１９を透過して封止部１４の外部に出射され、非球面コリメータレンズ１５に入射される。非球面コリメータレンズ１５に入射された非偏光は、ＬＥＤチップ１２ｇがシステム光軸Ｃに対してオフセットされているため、システム光軸Ｃに対して角度ａ１を持つ平行光として出射される。
【００６４】
非球面コリメータレンズ１５から出射された非偏光は位相差フィルム６４に入射して、位相差フィルム６４の光軸と偏光軸が一致する偏光はそのまま透過し、それ以外の偏光は偏光の波長に応じた位相差を持つ偏光に変換されて出射される。
位相差フィルム６４から出射された非偏光は、ＰＢＳ１７ａにおいて偏光分離され、ｐ偏光は偏光分離膜２１を透過して、液晶ライトバルブ３２に向けて出射され、ｓ偏光は偏光分離膜２１に反射され、入射角に応じた出射角で出射される。
【００６５】
ｓ偏光は、第１のミラー１８ａにより、入射角に応じた出射角で反射され、位相差フィルム６４に向けて出射される。位相差フィルム６４に向けて出射されたｓ偏光は、システム光軸Ｃに対して角度ａ２（角度ａ１と同じ角度で逆傾斜）を持つ平行光として出射され、位相差フィルム６４において、偏光の波長に応じた位相差を持つ非偏光に変換されて出射される。
【００６６】
位相差フィルム６４から出射された平行光は、非球面コリメートレンズ１５に入射し、システム光軸Ｃに対して角度ａ２を持つため、球面レンズ１９を介して第３のミラー６３に集光される。
第３のミラー６３に入射した非偏光は、その入射角に応じた反射角度で反射され、球面レンズ１９、非球面コリメートレンズ１５を透過してシステム光軸Ｃに対して角度ａ１を持つ平行光として出射される。
【００６７】
上記の構成によれば、ＬＥＤチップ１２ｇから出射され、第１のミラー１８ａに反射された光は、ＬＥＤチップ１２ｇがシステム光軸Ｃに対してオフセットして配置されているのでＬＥＤチップ１２ｇ上には戻らず、第３のミラー６３に入射される。第３のミラー６３に入射された光は、その前方にＬＥＤチップ１２ｇなどの光を吸収、散乱する要素がないため、その強度が弱められることなく前方に反射され、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００６８】
位相差フィルム６４はその厚さが薄くフィルム状であるため、配置するのにスペースを取らず、照明装置６１ｒ、６１ｇ、６１ｂの小型化を図りやすくなる。
また、ＰＢＳ１７ａ、１７ｂの非偏光が入射する面に、位相差フィルム６４を貼り付けるため、ＰＢＳ１７ａ、１７ｂと位相差フィルム６４とを同一部品として取り扱うことができ、照明装置６１ｒ、６１ｇ、６１ｂを製造しやすくなる。
【００６９】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態について図９および図１０を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態とは、照明装置が異なっている。よって、本実施の形態においては、図９および図１０を用いて照明装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
図９（ａ）は、本実施の形態の照明装置７１ｇの概略を示す図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＤ−Ｄ線矢視図であり、図１０は、本実施の形態の照明装置７１ｒ、７１ｂの概略を示す図である。
照明装置７１ｇと照明装置７１ｒ、７１ｂとは、その構成要素であるＰＢＳと第１のミラーとの配置が異なるだけであるので、照明装置７１ｒ、７１ｂの構成については、図１０を示してその説明を省略する。
【００７０】
照明装置７１ｇは、図９（ａ）に示すように、ＰＢＳ１７ａの非偏光が入射する面に隣接した面に第１のミラー（第１の反射手段）７２ａが設けられ、第１のミラー７２ａは、システム光軸Ｃに対して傾斜角を持つように配置されている。
ＬＥＤチップ１２ｇの周囲には、第３のミラー（第３の反射手段）７３が設けられている。第３のミラー７３は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、アルミ、銀、または金などの反射率の高い金属からなり、半球レンズ１９側の面が平らな反射面として形成されているとともに、システム光軸Ｃに対して略直角に配置されている。
【００７１】
次に、上記の構成からなる照明装置７１ｒ、７１ｇ、７１ｂにおける作用について説明する。
照明装置７１ｇの作用と照明装置７１ｒ、７１ｂとは略同一であるので、まず照明装置７１ｇの作用につき説明し、照明装置７１ｒ、７１ｂについては図１０を示し、その説明を省略する。
ＬＥＤチップ１２ｇから出射された非偏光は、半球レンズ１９を透過して封止部１４の外部に出射され、非球面コリメータレンズ１５により、システム光軸Ｃと略平行な平行光として出射される。
【００７２】
非球面コリメータレンズ１５から出射された非偏光は位相差フィルム６４に入射して、位相差フィルム６４の光軸と偏光軸が一致する偏光はそのまま透過し、それ以外の偏光は偏光の波長に応じた位相差を持つ偏光に変換されて出射される。
位相差フィルム６４から出射された非偏光は、ＰＢＳ１７ａにおいて偏光分離され、ｐ偏光は偏光分離膜２１を透過して、液晶ライトバルブ３２に向けて出射され、ｓ偏光は偏光分離膜２１に反射され、システム光軸Ｃに対して略９０度方向に出射される。
【００７３】
ｓ偏光は、第１のミラー７２ａに入射し、入射角に応じた出射角で反射され、偏光分離膜２１で位相差フィルム６４に向けて反射されて平行光として出射される。ＰＢＳ１７ａから出射されたｓ偏光は、位相差フィルム６４において、偏光の波長に応じた位相差を持つ非偏光に変換されて出射される。
【００７４】
位相差フィルム６４から出射された平行光は、非球面コリメートレンズ１５に入射し、球面レンズ１９を介して第３のミラー７３に集光される。
第３のミラー７３に入射した非偏光は、その入射角に応じた反射角度で反射され、球面レンズ１９、非球面コリメートレンズ１５を透過して位相差フィルム６４に向けて出射される。
【００７５】
上記の構成によれば、ＬＥＤチップ１２ｇから出射され、第１のミラー７２ａに反射された光は、第１のミラー７２ａが入射する光に対して傾斜角を持つように配置されているのでＬＥＤチップ１２ｇ上には戻らず、第３のミラー７３に入射される。第３のミラー７３に入射された光は、その前方にＬＥＤチップ１２ｇなどの光を吸収、散乱する要素がないため、その強度が弱められることなく前方に反射され、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００７６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、光源がＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂより構成されているものに適応して説明したが、このＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂより構成されているものに限られることなく、レーザや、ランプ等、その他各種の光源に適応することができるものである。
【００７７】
また、上記の実施の形態においては、ランダム位相差板５２をその板厚がランダムな複屈折材料からなるものに適応して説明したが、この板厚がランダムな複屈折材料からなるものに限られることなく、高次の１／４波長板などに適応することができるものである。
高次の１／４波長板は、設計波長の光に対しては１／４波長の位相差を発生させられる。しかし、波長帯域の広い光、つまり設計波長以外の光に対しては、１／４波長の位相差を発生できない。そのため、高次の１／４波長板は、波長帯全体でみるとランダムな偏光状態を作ることができる。
【００７８】
また、上記の実施の形態においては、第１のミラー７２ａ、７２ｂがＰＢＳ１７ａ、１７ｂから離れ独立したミラーから構成されたものに適応して説明したが、このＰＢＳ１７ａ、１７ｂから離れ独立したミラーから構成されたものに限られることなく、ＰＢＳ１７ａ、１７ｂの一面を傾けて研磨してミラーを構成したものなど、その他各種のミラーから構成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による投射型表示装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による照明装置の拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による照明装置の拡大断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１０・・・投射型表示装置、 １１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、５１ｒ、５１ｇ、５１ｂ・・・照明装置、 １２ｒ、１２ｇ、１２ｂ・・・ＬＥＤチップ（光源）、 １３・・・第２のミラー（第２の反射手段）、 １５・・・非球面コリメータレンズ（平行光化手段）、 １６・・・１／４波長板（偏光変換手段）、 １７ａ、１７ｂ・・・ＰＢＳ（偏光分離手段）、 １８ａ、１８ｂ・・・第１のミラー（第１の反射手段）、 ３１、３２、３３・・・液晶ライトバルブ（光変調手段）、 ４１・・・投射レンズ（投射手段）、 ５２・・・ランダム位相差板（偏光変換手段）、 ６２・・・第２のミラー（第２の反射手段）、 ６４・・・位相差フィルム（偏光変換手段）、 ７２ａ、７２ｂ・・・第１のミラー（第１の反射手段）、 ７３・・・第３のミラー（第３の反射手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a lighting device and a projection display device.
[0002]
[Prior art]
Generally, a liquid crystal light valve used as a light modulation element in a projection display device or the like changes the transmittance of incident light by changing the polarization direction of linearly polarized light. Therefore, for example, when light from an unpolarized light source is linearly polarized by simply using a polarizing plate, the amount of light incident on the liquid crystal light valve is halved, and the brightness of the displayed image is reduced. In order to prevent the brightness of an image from becoming dark, illumination devices using various polarization conversion optical systems have been proposed.
[0003]
A polarized beam splitter (hereinafter abbreviated as PBS) is one of the above-described polarization conversion optical systems.
The PBS has a shape in which a plurality of columnar translucent members each having a parallelogram cross section are sequentially laminated. At the interface of the translucent member, a polarization separation film composed of a multilayer film made of an inorganic substance and a reflection film are alternately formed. A λ / 2 retardation plate is selectively adhered to a mapping portion of the light exit surface of the polarization separation film or the reflection film in the light exit direction.
[0004]
When non-polarized light (incident light having a random polarization direction) including a p-polarized component and an s-polarized component is incident on the incident surface of the PBS, the incident light is first converted into p-polarized light and s-polarized light by a polarization separation film. And separated into The p-polarized light passes through the polarization separation film as it is and is emitted to the outside.
On the other hand, the s-polarized light is reflected almost vertically by the polarization splitting film, and further reflected by the reflecting film. A λ / 2 retardation plate is disposed on the emission surface of the s-polarized light reflected by the reflection film, and the s-polarized light is converted into p-polarized light and emitted to the outside (for example, see Patent Document 1). .
[0005]
[Patent Document 1]
WO 97/34173 pamphlet (pages 18-23, Fig. 4)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in a conventional illumination device using a PBS, non-polarized light incident on the PBS is transmitted by the polarization splitting film, where p-polarized light is transmitted and s-polarized light is reflected and separated. The s-polarized light was converted to p-polarized light by a λ / 2 retardation plate and emitted from the PBS.
Due to the configuration of the PBS, the area ratio between the incident surface that can convert the incident non-polarized light into the p-polarized light and the exit surface from which the p-polarized light exits is approximately 1: 2. Therefore, when non-polarized light is incident on the entire surface of the PBS, approximately one-half of the non-polarized light is incident on the incident surface and converted into p-polarized light, and the remaining non-polarized light is discarded without being converted. In other words, there is a problem that the conversion efficiency of the light emitted from the light source is approximately 50%, and the utilization efficiency is not good.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has as its object to provide an illumination device and a projection display device which are small, can efficiently perform polarization conversion, and have high illuminance.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a lighting device according to the present invention includes a light source that emits light having random polarization, and one light and another polarization that are linear polarizations orthogonal to each other. Polarized light separating means, provided between the light source and the polarized light separating means, and a polarization converting means for generating a predetermined phase difference with respect to the wavelength of the light to be transmitted, the other polarized light in the polarized light separating means The output surface is provided with first reflecting means for reflecting the other polarized light, and behind the light source, second reflecting means for reflecting light forward is provided, and one polarized light is emitted from the polarization separating means. The other polarized light is reflected by the first reflecting means, passes through the polarization converting means, enters the second reflecting means, is reflected forward again, and sequentially enters the polarization converting means and the polarization separating means. Is characterized by being That.
[0009]
That is, in the lighting device of the present invention, light having random polarization (hereinafter, referred to as non-polarized light) emitted from the light source is incident on the polarization conversion means, and is converted into light having a predetermined phase difference. The light is emitted toward the polarization splitting means. The non-polarized light that has entered the polarized light separating means is separated into one polarized light and the other polarized light, which are linear polarized lights orthogonal to each other, and one polarized light is emitted from the polarized light separating means. The other polarized light is reflected by the first reflection means and enters the polarization conversion means. When passing through the polarization conversion means, the other polarized light is converted into polarized light having a predetermined phase difference, emitted toward the light source, incident on the second reflection means, and reflected forward again. The light reflected forward repeats the same path as the non-polarized light emitted from the light source described above.
[0010]
The other polarized light not emitted from the polarized light separating means is repeatedly reflected between the first reflecting means and the second reflecting means. Since the other polarized light is converted by the polarization converting means arranged in the reflection path, a part of the converted light is converted into one polarized light, and is separated and emitted by the polarization separating means. That is, one polarized light separated from the light emitted from the light source and one polarized light obtained by converting the other polarized light are simultaneously emitted. By adding one polarized light obtained by rotating the other polarized light, it is possible to obtain an illuminance higher than the illuminance of the conventional illumination device, and it is possible to perform highly efficient polarization conversion.
[0011]
Since the polarized light separating means does not emit the other polarized light forward, it is not necessary to provide an emission surface for the other polarized light, and the incident surface and the emission surface can be formed with substantially the same area. That is, the area of the polarization splitting means, the area of the incident surface, and the area of the output surface can be made substantially equal, and almost half of the light incident on the PBS unlike conventional PBSs is not lost. Since the light incident on the polarization separation means is separated into one polarized light and the other polarized light without loss, the light emitted from the light source can be efficiently subjected to polarization conversion. Furthermore, unlike the conventional PBS, there is no portion that does not function on the surface on which light is incident, so that downsizing can be achieved.
[0012]
Further, since the second reflecting means is arranged behind the light source, the other polarized light not emitted from the polarization separating means is reflected by the first reflecting means and returned to the vicinity of the light source. The light is reflected forward by the second reflecting means. As a result, unpolarized light from the light source and polarized light reflected forward by the light source and the second reflecting means are emitted from the vicinity of the light source. That is, the luminance near the light source can be improved, and the utilization efficiency of light emitted from the light source can be improved.
[0013]
In order to realize the above configuration, more specifically, it is desirable to provide a と し て wavelength plate that generates a 差 wavelength phase difference with respect to the wavelength of incident polarized light as the polarization conversion means.
According to this configuration, the other polarized light that has been reflected by the first reflection means and entered the polarization conversion means is converted into polarized light having a phase difference of 波長 wavelength, that is, circularly polarized light, and is directed toward the second reflection means. Is emitted. The polarized light that has entered the second reflecting means becomes reverse circularly polarized light when being reflected forward, and enters the polarization converting means again. The counter-circularly polarized light incident on the polarization conversion means is converted into polarized light having a phase difference of 1/4 wavelength, that is, one polarized light. That is, the other polarized light separated by the polarized light separating means is converted into one polarized light, and transmitted through the polarized light separating means and emitted.
For this reason, almost all of the non-polarized light emitted from the light source can be emitted as one polarized light, so that more efficient polarization conversion can be performed.
[0014]
In order to realize the above configuration, more specifically, it is desirable to provide a random phase difference plate for generating a random phase difference with respect to the wavelength of the incident polarized light as the polarization conversion means.
According to this configuration, the other polarized light that has been reflected by the first reflecting means and entered the polarization conversion means is converted into polarized light having a random phase difference, and is emitted toward the second reflecting means. The polarized light that has entered the second reflecting means is reflected forward, enters the polarization converting means again, is converted into polarized light having a random phase difference, and becomes non-polarized light. In other words, the state is the same as when the light is emitted from the light source, and is again separated into one polarized light and the other polarized light by the polarization separating means.
For this reason, by repeating the above process, almost all of the non-polarized light emitted from the light source can be emitted as one polarized light, so that more efficient polarization conversion can be performed.
[0015]
In order to realize the above configuration, more specifically, it is desirable to provide a phase difference film that generates a predetermined phase difference with respect to the wavelength of the incident polarized light, as the polarization conversion means.
According to this configuration, since the thickness of the retardation film is thin and in the form of a film, no space is required for disposing the retardation film, and it is easy to reduce the size.
In addition, since the retardation film can be attached to the surface of the polarized light separating means on which non-polarized light enters, the polarized light separating means and the retardation film can be handled as the same component, and the lighting device can be easily manufactured.
[0016]
In order to realize the above configuration, more specifically, it is desirable to provide a polarization beam splitter (PBS) as the polarization separation means.
According to this configuration, since the PBS originally has a flat plate shape, a space is not required for disposing the PBS, and it is easy to reduce the size of the illumination device.
[0017]
In order to realize the above configuration, more specifically, it is desirable to provide a parallel light converting means for converting the light emitted from the light source into parallel light between the light source and the polarization conversion means.
According to this configuration, the light emitted from the light source and transmitted through the parallel light conversion unit becomes parallel light, so that light does not leak when transmitting through the polarization conversion unit and the polarization separation unit. Since no light leaks, the non-polarized light emitted from the light source is converted into one polarized light and emitted without loss, and more efficient polarization conversion can be performed.
[0018]
The light collimating means condenses the light reflected by the first reflecting means on a light source. Since the second reflecting means is disposed behind the light source, the light collected on the light source is reflected forward. That is, since the light reflected by the first reflecting means can be reflected forward again without leaking, more efficient polarization conversion can be performed.
[0019]
In order to realize the above configuration, more specifically, a light emitting diode (Light Emitting Diode, hereinafter abbreviated as LED) can be used as a light source.
At present, LEDs with high output for each color light such as R, G, B, etc. are provided, and since these kinds of LEDs can be arranged in an array in a plane or a curved surface, the size of the light source can be reduced. be able to. Therefore, a light source suitable for the lighting device of the present invention can be obtained.
In addition, since the LED can emit monochromatic light having a narrow wavelength band, the polarization conversion means only needs to convert light in the above wavelength band. When only the light in the above-mentioned wavelength band is converted as compared with the case where the light having a wide band wavelength is converted, the amount of conversion can be easily adjusted, and more efficient polarization conversion can be performed.
[0020]
In order to realize the above configuration, more specifically, the surface on the light source side of the second reflecting means may be formed in a concave curved shape.
According to this configuration, the light incident on the second reflection means is focused toward the front polarization conversion means without distinction between the light emitted from the light source and the light reflected on the first reflection means. Is reflected as you do. Therefore, the proportion of the light propagating from the second reflection unit to the polarization conversion unit that does not enter the polarization conversion unit is reduced, and more efficient polarization conversion can be performed.
[0021]
In order to realize the above configuration, more specifically, the surface on the light source side of the second reflection means may be formed in a planar shape.
According to this configuration, since the light-reflecting surface is formed as a flat surface, the labor required for processes such as processing and polishing is reduced, and the production can be facilitated.
[0022]
In order to realize the above configuration, more specifically, the light source and the second reflection unit are arranged offset from the optical axes of the polarization conversion unit and the polarization separation unit, and the third reflection unit is provided for the light source. The third reflecting means may be provided in the vicinity so that the light reflected by the first reflecting means is incident on the third reflecting means.
According to this configuration, the light emitted from the light source and reflected by the first reflection means does not return to the light source because the light source is disposed offset with respect to the optical axis, and the third reflection light Incident on the means. Since the light incident on the third reflecting means has no element for absorbing and scattering light such as a light source in front of the light, the light is reflected forward without reducing its intensity, thereby performing more efficient polarization conversion. Can be.
[0023]
In order to realize the above configuration, more specifically, the first reflecting means is disposed so as to have an inclination angle with respect to the incident light, and the third reflecting means is provided near the light source; The third reflector may be arranged so that the light reflected by the first reflector is incident on the third reflector.
According to this configuration, the light emitted from the light source and reflected by the first reflecting means is arranged so as to have an inclination angle with respect to the light incident on the first reflecting means, and therefore, is not provided on the light source. Instead of returning, it is incident on the third reflecting means. Since the light incident on the third reflecting means has no element for absorbing and scattering light such as a light source in front of the light, the light is reflected forward without reducing its intensity, thereby performing more efficient polarization conversion. Can be.
[0024]
A lighting device having a light source, a light modulating means for modulating light from the lighting device, and a projecting means for projecting the light modulated by the light modulating means. The lighting device of the present invention can be provided.
By using the above-described illumination device for the illumination device of the projection display device, the size of the projection display device can be reduced, and the illuminance can be increased by efficiently converting the light from the light source into a polarized light.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an entire projection display device 10 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the projection display device 10 according to the present embodiment includes illumination devices 11r, 11g, and 11b capable of emitting R, G, and B color lights, and illumination devices 11r, 11g, and 11b, respectively. Liquid crystal light valves (light modulating means) 31, 32, and 33 corresponding to the emitted R, G, and B color lights, and a cross dichroic prism 35 that combines the respective color lights modulated by the liquid crystal light valves 31, 32, and 33. And a projection lens (projection means) 41 for projecting the combined light beam onto the screen S.
[0026]
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a lighting device 11g according to the present embodiment, FIG. 3A is a schematic diagram of a vertical cross-section illustrating a configuration of a peripheral portion of an LED chip, and FIG. It is the schematic diagram when it planarly views.
Since the illumination device 11g and the illumination devices 11r and 11b differ only in the arrangement of the PBS and the first mirror, which are the components, the configuration of the illumination device 11g will be described first. After that, portions of the configuration of the lighting devices 11r and 11b that are different from the lighting device 11g will be described.
[0027]
As shown in FIGS. 1 to 3, the lighting device 11g according to the present embodiment includes an LED chip (light source) 12g that emits G color light, and a second mirror (second reflecting unit) that reflects light forward. ) 13, a sealing portion 14 made of a resin for sealing the LED chip 12g and the second mirror 13, and an aspherical collimator lens (parallel light converting means) for converting light emitted from the LED chip 12g into substantially parallel light. 15, a quarter-wave plate (polarization conversion means) 16 for generating a quarter-wave phase difference, and a PBS (polarization separation means) 17a for separating transmitted light into p-polarized light and s-polarized light. and a first mirror (first reflecting means) 18a that reflects the s-polarized light.
[0028]
The LED chip 12g and the second mirror 13 are arranged such that their central axes coincide with the system optical axis C.
As shown in FIG. 3A, the second mirror 13 is made of a metal having a high reflectance such as aluminum, silver, or gold, and the LED chip 12g is mounted on the second mirror 13. . The surface of the second mirror 13 on which the LED chip 12g is mounted is formed in a concave curved shape. The second mirror 13 is formed so as to be larger than the LED chip 12g and smaller than the sealing portion 14, as shown in FIG.
[0029]
As shown in FIG. 2, the front end of the sealing portion 14 is formed in a hemispherical shape, and is configured as a hemispherical lens 19 for condensing light emitted from the LED chip 12 g to the aspherical collimator lens 15. The optical axes of the aspherical collimator lens 15 and the hemispherical lens 19 are arranged so as to coincide with the system optical axis C.
The quarter-wave plate 16 is provided between the aspherical collimator lens 15 and the PBS 17a, and the optical axis of the quarter-wave plate 16 is inclined by approximately 45 degrees with respect to the polarization axes of the p-polarized light and the s-polarized light. Are located in
[0030]
As shown in FIG. 2, the PBS 17 a is configured so as to form a substantially rectangular parallelepiped by combining the columnar translucent members 20. The surface of the PBS 17a on which the non-polarized light emitted from the LED chip 12g is incident is disposed so as to be substantially perpendicular to the system optical axis C, and the combined surface of the columnar light-transmitting members 20, 20 is connected to the system optical axis. It is configured to have an inclination of approximately 45 ° with respect to C.
On this combination surface, a polarization separation film 21 that transmits p-polarized light and reflects s-polarized light is provided.
A first mirror 18a is provided on a surface adjacent to a surface on which non-polarized light emitted from the LED chip 12g of the PBS 17a is incident and on which s-polarized light is emitted. The first mirror 18a is disposed so as to be substantially perpendicular to the incident s-polarized light.
[0031]
Next, portions of the lighting devices 11r and 11b that are different from the lighting device 11g will be described.
As shown in FIG. 1, a PBS (polarization separating means) 17b of the illumination devices 11r and 11b has a first mirror on a surface opposite to a surface on which non-polarized light emitted from the LED chips (light sources) 12r and 12b is incident. 18b is provided. The first mirror (first reflection means) 18b is disposed so as to be substantially perpendicular to the incident p-polarized light.
[0032]
The liquid crystal light valves 31, 32, and 33 each include a liquid crystal panel, an incident-side polarizing plate (not shown), and an output-side polarizing plate (not shown). 2. Description of the Related Art A TN (Twisted Nematic) mode active matrix type transmissive liquid crystal cell using a Thin Film Transistor (hereinafter abbreviated as TFT) is used.
The cross dichroic prism 35 is formed by laminating four right angle prisms, and a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are formed in a cross shape on the inner surface.
[0033]
Next, the operation of the projection display device 10 having the above configuration will be described.
The color lights R, G, and B emitted from the illumination devices 11r, 11g, and 11b respectively enter the liquid crystal light valves 31, 32, and 33 corresponding to the color lights, as shown in FIG. Each of the incident color lights is modulated by the liquid crystal light valves 31, 32, and 33 and emitted to the cross dichroic prism 35. The modulated color lights are combined in the cross dichroic prism 35 and output to the projection lens 41. The projection lens 41 enlarges and projects the combined color lights toward the screen S.
[0034]
Next, the operation of the lighting devices 11r, 11g, and 11b, which are features of the present invention, will be described.
Since the operation of the illumination device 11g and the illumination devices 11r and 11b are substantially the same, the operation of the illumination device 11g will be described first, and the differences between the illumination devices 11r and 11b will be described.
[0035]
As shown in FIGS. 1 and 2, the non-polarized color light G is emitted from the LED chip 12 g, and the non-polarized light that has propagated forward passes through the hemispherical lens 19 and is emitted outside the sealing portion 14. The non-polarized light that has propagated backward from the LED chip 12g is incident on the concave curved surface of the second mirror 13 and is reflected toward the front hemispherical lens 19. The non-polarized light transmitted through the hemispherical lens 19 is incident on the aspherical collimator lens 15, converted into substantially parallel light that propagates substantially parallel to the system optical axis C, and emitted.
[0036]
The substantially parallel non-polarized light enters the quarter-wave plate 16. Of the incident non-polarized light, the polarized light whose polarization axis coincides with the optical axis of the 波長 wavelength plate 16 is transmitted as it is, and the other polarized light has a phase difference of １ ／ wavelength from the polarization axis of the original polarized light. And emitted. That is, the non-polarized light that has entered the quarter-wave plate 16 is emitted without being polarized.
The non-polarized light emitted from the 波長 wavelength plate 16 enters the PBS 17 a and is polarized and separated into p-polarized light and s-polarized light by the polarization separation film 21. The p-polarized light passes through the polarization splitting film 21 and is emitted toward the liquid crystal light valve 32. The s-polarized light is reflected by the polarization splitting film 21 and emitted in a direction substantially 90 degrees with respect to the incident direction.
[0037]
The s-polarized light enters the first mirror 18a substantially perpendicularly, and is reflected in a direction substantially the same as the incident direction. The reflected s-polarized light is further reflected by the polarization separation film 21 and emitted toward the quarter-wave plate 16.
Since the polarization axis of the s-polarized light that has entered the quarter-wave plate 16 is inclined at about 45 degrees with respect to the optical axis of the quarter-wave plate 16, the s-polarized light is rotated by the quarter-wave plate. Converted to polarized light.
[0038]
Circularly polarized light, which is parallel light substantially parallel to the system optical axis C, is collected by the aspherical collimator lens 15 through the hemispherical lens 19 near the LED chip 12g. The collected circularly polarized light enters the second mirror 13 and is reflected toward the hemispherical lens 19. When the circularly polarized light is reflected by the second mirror 13, the direction of rotation of the polarized light is reversed, and the circularly polarized light is converted into the circularly polarized light in the opposite direction.
[0039]
The counterclockwise circularly polarized light is again converted into parallel light that passes through the hemispherical lens 19 and the aspherical collimator lens 15 and propagates substantially parallel to the system optical axis C, and enters the quarter-wave plate 16. The counter-circularly polarized light incident on the quarter-wave plate 16 is converted into p-polarized light and emitted toward the PBS 17a. The p-polarized light that has entered the PBS 17a passes through the polarization separation film 21 and is emitted toward the liquid crystal light valve 32.
[0040]
The illumination devices 11r and 11b differ from the illumination device 11g only in the positional relationship between the PBS 17b and the first mirror 18b. Therefore, the operation around the PBS 17b will be described.
Non-polarized light emitted from the LED chips 12r and 12b and made substantially parallel by the hemispherical lens 19 and the aspherical collimator lens 15 is transmitted through the quarter wavelength plate 16 and is incident on the PBS 17b. The non-polarized light that has entered the PBS 17b is separated into p-polarized light and s-polarized light by the polarization separation film 21.
[0041]
The s-polarized light is reflected from the polarization separation film 21 in a direction substantially 90 degrees with respect to the incident direction, and is emitted toward the liquid crystal light valves 31 and 33. The p-polarized light passes through the polarization separation film 21 and is incident on the first mirror 17b substantially perpendicularly. The p-polarized light that has entered the first mirror 17b is reflected in substantially the same direction as the incident direction, passes through the polarization separation film 21, and enters the quarter-wave plate 16.
The p-polarized light incident on the 波長 wavelength plate 16 is converted into circularly polarized light by the 波長 wavelength plate because its polarization axis is inclined at approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the 波長 wavelength plate 16. .
[0042]
The circularly polarized light is collected near the LED chips 12 r and 12 b via the aspherical collimator lens 15 and the like, enters the second mirror 13 and is reflected toward the hemispherical lens 19. When the circularly polarized light is reflected by the second mirror 13, the direction of rotation of the polarized light is reversed and converted to the circularly polarized light in the opposite direction.
[0043]
The counterclockwise circularly polarized light again passes through the aspherical collimator lens 15 and the like, becomes parallel light, and is incident on the 波長 wavelength plate 16. The counterclockwise circularly polarized light incident on the １ ／ wavelength plate 16 is converted into s-polarized light and emitted toward the PBS 17b. The s-polarized light that has entered the PBS 17b is reflected by the polarization separation film 21 and emitted toward the liquid crystal light valve 32.
[0044]
According to the above configuration, the PBS 17a (17b) does not emit the separated s-polarized light (p-polarized light) toward the liquid crystal light valve 32 (31, 33). There is no need to provide them, and the entrance surface and the exit surface of the PBS 17a (17b) can be formed with substantially the same area.
That is, the light incident on the PBS 17a (17b) is incident on the PBS 17a (17b) without loss and is separated into p-polarized light and s-polarized light by the polarization separation film 21, so that the LED chip 12g (12r, 12b) The emitted light can be efficiently subjected to polarization conversion.
Further, unlike the conventional PBS, there is no surface on which light is not incident on the light incident surface side of the PBS, so that the size can be easily reduced.
[0045]
The s-polarized light (p-polarized light) not emitted from the PBS 17a (17b) is reflected by the first mirror 18a (18b), returned to the vicinity of the LED chip 12g (12r, 12b), and returned to the LED chip 12g (12r, 12b). ) And the second mirror 13 are reflected forward. As a result, from the vicinity of the LED chip 12g (12r, 12b), non-polarized light from the LED chip 12g (12r, 12b) is reflected forward by the LED chip 12g (12r, 12b) and the second mirror 13. This means that the polarized light is emitted.
That is, the brightness near the LED chips 12g (12r, 12b) can be improved.
[0046]
The s-polarized light (p-polarized light) not emitted from the PBS 17 a (17 b) is reflected by the first mirror 18 a (18 b) and the second mirror 13 in the 経 路 wavelength plate 16 disposed in the propagation path. Is transmitted twice and reflected by the second mirror 13, whereby the polarization axis of the polarized light is converted into p-polarized light (s-polarized light) having a phase difference of １ ／ wavelength.
Therefore, almost all of the non-polarized light emitted from the LED chips 12g (12r, 12b) can be emitted as p-polarized light (s-polarized light), so that more efficient polarization conversion can be performed.
[0047]
Since the aspherical collimating lens 15 is disposed, the non-polarized light emitted from the LED chips 12g (12r, 12b) becomes parallel light, so that the light is transmitted when passing through the quarter-wave plate 16 and the PBS 17a (17b). Does not leak. Since light does not leak, non-polarized light emitted from the LED chips 12g (12r, 12b) is converted into p-polarized light (s-polarized light) without loss and emitted, and more efficient polarization conversion is performed. Can be.
[0048]
Further, the aspherical collimating lens 15 condenses the light reflected by the first mirrors 18a and 18b on the LED chips 12g (12r and 12b). Since the second mirror 13 is disposed behind the LED chips 12g (12r, 12b), the light collected on the LED chips 12g (12r, 12b) is reflected forward. That is, since the light reflected by the first mirrors 18a and 18b can be reflected forward again without leaking, more efficient polarization conversion can be performed.
[0049]
Since the LED chips 12g (12r, 12b) can emit monochromatic light with a narrow wavelength band, the quarter-wave plate 16 only needs to convert light in the above-mentioned wavelength band. When only the light in the above-mentioned wavelength band is converted as compared with the case of converting light of a broadband wavelength, more efficient polarization conversion can be performed in which desired polarization conversion can be performed.
[0050]
The light incident on the second mirror 13 is divided into a non-polarized light emitted from the LED chips 12g (12r, 12b) and a polarized light reflected on the first mirrors 18a, 18b, without being distinguished from each other. The light is reflected so as to converge toward 16. Therefore, the proportion of the light propagating from the second mirror 13 toward the quarter-wave plate 16 that does not enter the quarter-wave plate 16 is reduced, and more efficient polarization conversion can be performed.
[0051]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the projection display device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but differs from the first embodiment in the lighting device. Therefore, in this embodiment, only the periphery of the lighting device will be described with reference to FIGS. 4 to 6, and description of the liquid crystal light valve and the like will be omitted.
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a lighting device 51g according to the present embodiment, FIG. 5 is a diagram schematically illustrating lighting devices 51r and 51b according to the present embodiment, and FIG. 6 is a diagram illustrating the present embodiment. It is an expanded sectional view of the random phase difference plate of FIG.
Since the illumination device 51g and the illumination devices 51r and 51b differ only in the arrangement of the PBS and the first mirror, which are the constituent elements, the configuration of the illumination devices 51r and 51b will be described with reference to FIG. Is omitted.
[0052]
As shown in FIG. 4, the illumination device 51g is provided with a random phase difference plate (polarization conversion means) 52 between the aspherical collimator lens 15 and the PBS 17a.
The random phase difference plate 52 is made of a birefringent material. As shown in FIG. 6, the surface 53a on the aspherical collimator lens 15 side is formed flat, and the surface 53b on the PBS 17a, 17b side has concave portions having different depths. Is formed. Therefore, the thickness of the random phase difference plate 52 is formed at random.
[0053]
Next, the operation of the illumination devices 51r, 51g, and 51b having the above configuration will be described.
Since the operation of the illuminating device 51g and the illuminating devices 51r and 51b are substantially the same, the operation of the illuminating device 51g will be described first, and the illuminating devices 51r and 51b will be described with reference to FIG.
The non-polarized light emitted from the LED chip 12g passes through the hemispherical lens 19 and is emitted to the outside of the sealing unit 14, is incident on the aspherical collimator lens 15, is converted into substantially parallel light, and is emitted.
[0054]
The substantially parallel non-polarized light is incident on the random wavelength plate 52, and the polarized light whose polarization axis coincides with the optical axis of the random wavelength plate 52 is transmitted as it is, and the other polarized light depends on the plate thickness at the incident position. The light is converted into polarized light having a phase difference and emitted.
The non-polarized light emitted from the random wave plate 52 enters the PBS 17a, the p-polarized light passes through the polarized light separating film 21 and is emitted toward the liquid crystal light valve 32, and the s-polarized light is reflected by the polarized light separating film 21. The light is emitted in a direction substantially 90 degrees with respect to the incident direction.
[0055]
The s-polarized light is reflected by the first mirror 18a in a direction substantially the same as the incident direction, is reflected by the polarization splitting film 21, and is emitted toward the random wavelength plate 52. The s-polarized light incident on the random wavelength plate 52 is converted into polarized light having a phase difference corresponding to the plate thickness at the incident position, and is converted into non-polarized light composed of random polarized light.
[0056]
The converted non-polarized light is condensed by the aspherical collimator lens 15 via the hemispherical lens 19 near the LED chip 12r, enters the second mirror 13 and is reflected toward the hemispherical lens 19.
The reflected non-polarized light passes through the hemispherical lens 19 and the aspherical collimator lens 15 again, is converted into parallel light, and is incident on the random wave plate 52. The non-polarized light incident on the random wavelength plate 52 is converted into polarized light having a phase difference corresponding to the plate thickness at the point where the random wave plate 52 is incident again, and is emitted toward the PBS 17a. The non-polarized light that has entered the PBS 17a is separated into p-polarized light and s-polarized light by the polarization separation film 21, and the p-polarized light passes through the PBS 17a and is emitted toward the liquid crystal light valve 32. The s-polarized light is reflected by the polarization separation film 21, and the above-described process is repeated.
[0057]
According to the above configuration, the s-polarized light reflected by the first mirror 18a and incident on the random wavelength plate 52 is converted into polarized light having a random phase difference and emitted toward the second mirror 13. The polarized light that has entered the second mirror 13 is reflected forward, enters the random wave plate 52 again, is converted into polarized light having a further random phase difference, and becomes non-polarized light. In other words, the state is the same as when the light is emitted from the LED chip 12g, and is again separated into p-polarized light and s-polarized light in the random wave plate 52. By repeating the above process, almost all of the non-polarized light emitted from the LED chip 12g can be emitted as p-polarized light, so that more efficient polarization conversion can be performed.
[0058]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the projection display device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but differs from the first embodiment in the lighting device. Therefore, in this embodiment, only the periphery of the lighting device will be described with reference to FIGS. 7 and 8, and description of the liquid crystal light valve and the like will be omitted.
[0059]
FIG. 7A is a diagram schematically illustrating a lighting device 61g according to the present embodiment, FIG. 7B is a view taken along line BB in FIG. 7A, and FIG. It is a figure showing the outline of lighting equipment 61r and 61b of this embodiment.
Since the illumination device 61g and the illumination devices 61r and 61b differ only in the arrangement of the PBS and the first mirror, which are the components, the configuration of the illumination devices 61r and 61b will be described with reference to FIG. Is omitted.
[0060]
As shown in FIG. 7A, the illuminating device 61g includes an aspherical collimator lens 15 and a hemispherical lens 19 arranged such that their optical axes coincide with the system optical axis C.
The LED chip 12g and the second mirror (second reflection means) 62 are arranged offset with respect to the system optical axis C, and are axially symmetric with respect to the system optical axis C of the LED chip 12g and the second mirror 62. The third mirror 63 is arranged at a position where.
[0061]
The third mirror 63 is made of a metal having a high reflectivity such as aluminum, silver, or gold. The third mirror 63 has a flat reflecting surface on the side of the hemispherical lens 19 and is substantially perpendicular to the system optical axis C. Are located in
A retardation film (polarization conversion means) 64 is attached to a surface of the PBS 17a on the side of the aspherical collimator lens 15.
[0062]
Next, the operation of the lighting devices 61r, 61g, and 61b having the above configuration will be described.
Since the operation of the illuminating device 61g and the illuminating devices 61r and 61b are substantially the same, the operation of the illuminating device 61g will be described first, and the illuminating devices 61r and 61b will be described with reference to FIG.
[0063]
The non-polarized light emitted from the LED chip 12g passes through the hemispherical lens 19, is emitted out of the sealing unit 14, and is incident on the aspherical collimator lens 15. The non-polarized light incident on the aspherical collimator lens 15 is emitted as parallel light having an angle a1 with respect to the system optical axis C because the LED chip 12g is offset with respect to the system optical axis C.
[0064]
The non-polarized light emitted from the aspherical collimator lens 15 is incident on the phase difference film 64, and the polarized light whose optical axis and the polarization axis coincide with each other is transmitted as it is, and the other polarized light depends on the wavelength of the polarized light. The light is converted into polarized light having a phase difference and emitted.
The non-polarized light emitted from the retardation film 64 is polarized and separated by the PBS 17a, the p-polarized light passes through the polarized light separating film 21, is emitted toward the liquid crystal light valve 32, and the s-polarized light is reflected by the polarized light separating film 21. , At an emission angle corresponding to the incident angle.
[0065]
The s-polarized light is reflected by the first mirror 18 a at an emission angle corresponding to the incident angle, and is emitted toward the retardation film 64. The s-polarized light emitted toward the phase difference film 64 is emitted as parallel light having an angle a2 (the same angle as the angle a1 and a reverse inclination) with respect to the system optical axis C. Is converted into non-polarized light having a phase difference corresponding to the light, and is emitted.
[0066]
The parallel light emitted from the retardation film 64 is incident on the aspherical collimating lens 15 and has an angle a2 with respect to the system optical axis C, and is condensed on the third mirror 63 via the spherical lens 19. .
The non-polarized light that has entered the third mirror 63 is reflected at a reflection angle corresponding to the incident angle, passes through the spherical lens 19 and the aspherical collimating lens 15, and is parallel light having an angle a1 with respect to the system optical axis C. Is emitted.
[0067]
According to the above configuration, light emitted from the LED chip 12g and reflected by the first mirror 18a is reflected on the LED chip 12g because the LED chip 12g is arranged offset with respect to the system optical axis C. Does not return, and is incident on the third mirror 63. The light incident on the third mirror 63 is reflected forward without its intensity being weakened because there is no element that absorbs and scatters light such as the LED chip 12g in front of the third mirror 63, thereby providing more efficient polarization conversion. It can be carried out.
[0068]
Since the thickness of the retardation film 64 is thin and in the form of a film, no space is required to arrange the retardation film 64, and it is easy to reduce the size of the lighting devices 61r, 61g, and 61b.
In addition, since the retardation film 64 is attached to the surface of the PBSs 17a and 17b where non-polarized light is incident, the PBSs 17a and 17b and the retardation film 64 can be handled as the same part, and the lighting devices 61r, 61g and 61b are manufactured. Easier to do.
[0069]
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the projection display device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but differs from the first embodiment in the lighting device. Therefore, in the present embodiment, only the periphery of the lighting device will be described with reference to FIGS. 9 and 10, and the description of the liquid crystal light valve and the like will be omitted.
FIG. 9A is a diagram schematically illustrating a lighting device 71g according to the present embodiment, FIG. 9B is a view taken along line DD in FIG. 9A, and FIG. It is a figure which shows the outline of the illuminating devices 71r and 71b of this Embodiment.
Since the illumination device 71g and the illumination devices 71r and 71b are different only in the arrangement of the PBS and the first mirror, which are the components, the configuration of the illumination devices 71r and 71b will be described with reference to FIG. Is omitted.
[0070]
As shown in FIG. 9A, the illumination device 71g includes a first mirror (first reflection unit) 72a provided on a surface adjacent to a surface of the PBS 17a on which non-polarized light is incident. , Are arranged to have an inclination angle with respect to the system optical axis C.
A third mirror (third reflecting means) 73 is provided around the LED chip 12g. As shown in FIGS. 9A and 9B, the third mirror 73 is made of a metal having high reflectance such as aluminum, silver, or gold, and has a flat reflecting surface on the hemispheric lens 19 side. And is arranged substantially perpendicular to the system optical axis C.
[0071]
Next, the operation of the lighting devices 71r, 71g, 71b having the above configuration will be described.
Since the operation of the illumination device 71g and the illumination devices 71r and 71b are substantially the same, the operation of the illumination device 71g will be described first, and the illumination devices 71r and 71b will be described with reference to FIG.
The non-polarized light emitted from the LED chip 12g passes through the hemispherical lens 19 and is emitted outside the sealing portion 14, and is emitted by the aspherical collimator lens 15 as parallel light substantially parallel to the system optical axis C.
[0072]
The non-polarized light emitted from the aspherical collimator lens 15 is incident on the phase difference film 64, and the polarized light whose optical axis and the polarization axis coincide with each other is transmitted as it is, and the other polarized light depends on the wavelength of the polarized light. The light is converted into polarized light having a phase difference and emitted.
The non-polarized light emitted from the retardation film 64 is polarized and separated by the PBS 17a, the p-polarized light passes through the polarized light separating film 21, is emitted toward the liquid crystal light valve 32, and the s-polarized light is reflected by the polarized light separating film 21. Are emitted in a direction substantially 90 degrees with respect to the system optical axis C.
[0073]
The s-polarized light enters the first mirror 72a, is reflected at an emission angle corresponding to the incident angle, is reflected by the polarization separation film 21 toward the retardation film 64, and is emitted as parallel light. The s-polarized light emitted from the PBS 17a is converted by the retardation film 64 into non-polarized light having a phase difference corresponding to the wavelength of the polarized light, and emitted.
[0074]
The parallel light emitted from the phase difference film 64 enters the aspherical collimating lens 15 and is condensed on the third mirror 73 via the spherical lens 19.
The non-polarized light that has entered the third mirror 73 is reflected at a reflection angle corresponding to the incident angle, passes through the spherical lens 19 and the aspheric collimating lens 15, and is emitted toward the phase difference film 64.
[0075]
According to the above configuration, the light emitted from the LED chip 12g and reflected by the first mirror 72a is disposed so as to have an inclination angle with respect to the light incident on the first mirror 72a. Instead of returning to the position above the chip 12g, the light is incident on the third mirror 73. The light that has entered the third mirror 73 is reflected forward without its intensity being weakened because there is no element that absorbs and scatters the light such as the LED chip 12g in front of the third mirror 73, and provides more efficient polarization conversion. It can be carried out.
[0076]
Note that the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the light source is described as being applied to the one configured by the LED chips 12r, 12g, 12b, but is limited to the one configured by the LED chips 12r, 12g, 12b. Without any limitation, the present invention can be applied to various other light sources such as a laser and a lamp.
[0077]
In the above-described embodiment, the random retardation plate 52 has been described as being applied to a plate having a random thickness of a birefringent material. The present invention can be applied to a high-order quarter-wave plate or the like without being performed.
The higher-order quarter-wave plate can generate a quarter-wave phase difference for light of the design wavelength. However, a phase difference of 1/4 wavelength cannot be generated for light having a wide wavelength band, that is, light other than the design wavelength. Therefore, a high-order quarter-wave plate can create a random polarization state when viewed over the entire wavelength band.
[0078]
In the above embodiment, the first mirrors 72a and 72b have been described as being applied to mirrors that are independent of the PBSs 17a and 17b. However, the first mirrors 72a and 72b are independent of the PBSs 17a and 17b. The mirrors are not limited to those described above, and may be formed of other various mirrors, such as mirrors formed by tilting and polishing one surface of the PBSs 17a and 17b.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a projection display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a lighting device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged sectional view of the lighting device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a lighting device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a lighting device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a lighting device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a lighting device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a lighting device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a lighting device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a lighting device according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference numeral 10: Projection display device, 11r, 11g, 11b, 51r, 51g, 51b: Illumination device, 12r, 12g, 12b: LED chip (light source), 13: Second mirror (No. 2 ... reflection means) 15 ... aspherical collimator lens (parallel light conversion means) 16 ... 1/4 wavelength plate (polarization conversion means) 17a, 17b ... PBS (polarization separation means) 18a , 18b: first mirror (first reflection means), 31, 32, 33: liquid crystal light valve (light modulation means), 41: projection lens (projection means), 52: random Phase difference plate (polarization conversion means), 62 ... second mirror (second reflection means), 64 ... phase difference film (polarization conversion means), 72a, 72b ... first mirror (second 73) Third mirror Third reflecting means)

Claims (12)

ランダムな偏光を有する光を出射する光源と、該光源から出射された光を互いに直交する直線偏光である一方の偏光および他方の偏光に分離する偏光分離手段と、前記光源と前記偏光分離手段との間に設けられ、透過する光の波長に対して所定の位相差を発生させる偏光変換手段とを備えてなり、
前記偏光分離手段における他方の偏光の出射面には、他方の偏光を反射する第１の反射手段が備えられ、
前記光源には、光を前方に反射する第２の反射手段が備えられ、
前記一方の偏光は前記偏光分離手段から出射され、前記他方の偏光は第１の反射手段により反射され偏光変換手段を透過して第２の反射手段に入射され、再び前方に向けて反射され、前記偏光変換手段、前記偏光分離手段に順次入射されることを特徴とする照明装置。A light source that emits light having random polarization, a polarization separation unit that separates the light emitted from the light source into one polarization and the other polarization that are linear polarizations orthogonal to each other, and the light source and the polarization separation unit. And a polarization conversion means for generating a predetermined phase difference with respect to the wavelength of transmitted light,
On the emission surface of the other polarized light in the polarized light separating means, a first reflecting means for reflecting the other polarized light is provided,
The light source includes a second reflection unit that reflects light forward,
The one polarized light is emitted from the polarized light separating unit, and the other polarized light is reflected by the first reflecting unit, passes through the polarization converting unit, is incident on the second reflecting unit, and is reflected forward again. An illumination device which is sequentially incident on the polarization conversion unit and the polarization separation unit. 前記偏光変換手段が、入射した偏光の波長に対して１／４波長の位相差を発生させる１／４波長板であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。The illumination device according to claim 1, wherein the polarization conversion unit is a quarter-wave plate that generates a quarter-wave phase difference with respect to the wavelength of the incident polarized light. 前記偏光変換手段が、入射した偏光の波長に対してランダムな位相差を発生させるランダム位相差板であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。The illumination device according to claim 1, wherein the polarization conversion unit is a random retardation plate that generates a random phase difference with respect to the wavelength of the incident polarized light. 前記偏光変換手段が、入射した偏光の波長に対して所定の位相差を発生させる位相差フィルムであることを特徴とする請求項１記載の照明装置。The illumination device according to claim 1, wherein the polarization conversion unit is a retardation film that generates a predetermined phase difference with respect to the wavelength of the incident polarized light. 前記偏光分離手段が、偏光ビームスプリッタからなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の照明装置。The illumination device according to claim 1, wherein the polarization separation unit includes a polarization beam splitter. 前記光源と前記偏光変換手段との間に、光源からの出射光を平行光化する平行光化手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の照明装置。The illumination device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a collimating unit that collimates light emitted from the light source between the light source and the polarization conversion unit. 前記光源が発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の照明装置。The lighting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the light source is a light emitting diode. 前記第２の反射手段の反射面が、凹曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。The lighting device according to claim 1, wherein a reflection surface of the second reflection unit is formed in a concave curved shape. 前記第２の反射手段の反射面が、平面状に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。The lighting device according to claim 1, wherein a reflecting surface of the second reflecting unit is formed in a planar shape. 前記光源および前記第２の反射手段が、前記偏光変換手段および前記偏光分離手段の光軸からオフセットして配置され、
第３の反射手段が前記光源の近傍に設けられ、
前記第３の反射手段に前記第１の反射手段で反射された光が入射するように、前記第３の反射手段が配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。The light source and the second reflection means are arranged offset from the optical axis of the polarization conversion means and the polarization separation means,
A third reflecting means is provided near the light source;
The third reflection means is arranged such that the light reflected by the first reflection means is incident on the third reflection means. Lighting equipment. 前記第１の反射手段が、入射する光に対して傾斜角を持つように配置され、
第３の反射手段が前記光源の近傍に設けられ、
前記第３の反射手段に前記第１の反射手段に反射された光が入射するように、前記第３の反射手段が配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。The first reflecting means is arranged to have an inclination angle with respect to incident light;
A third reflecting means is provided near the light source;
8. The device according to claim 1, wherein the third reflection unit is arranged such that light reflected by the first reflection unit is incident on the third reflection unit. 9. Lighting equipment. 光源を備えた照明装置と、該照明装置からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、
前記照明装置が、請求項１から１１のいずれかに記載の照明装置を備えることを特徴とする投射型表示装置。An illumination device including a light source, a light modulation unit that modulates light from the illumination device, and a projection display device including a projection unit that projects light modulated by the light modulation unit,
A projection display device, comprising: the illumination device according to claim 1.

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