JP3528797B2 - 偏光照明装置および投写型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、偏光方向を揃えた偏光光を用いて矩形の照
明領域などを均一に照明する偏光照明装置、及び該偏光
照明装置を用いた投写型表示装置に関するものである。
さらに詳しくは、２つの光源部から射出された光の偏光
方向を揃えながら合成するための構造技術に関するもの
である。

背景技術 液晶素子のように特定の偏光光を変調するタイプの変
調素子を用いた液晶表示装置では、光源から射出される
光が有する２種類の偏光成分のうち、一方の偏光成分し
か利用できない。よって、明るい投写画像を得るには光
の利用効率を高める必要がある。しかしながら、唯一の
光源を用いた投写型表示装置で光の利用効率を高めるに
は限度があるため、複数の光源を用いて光量を増やすこ
とも明るい投写画像を得るための１つの手段である。

しかしながら、単に光源を複数並べただけでは、光源
像の面積が複数倍になり、被照明領域を照明する光の角
度分布も拡大する（照明角の増大）のみであり、ある一
定の面積における光量は唯一の光源を用いた場合と同じ
である。よって、この場合は複数の光源を用いても実質
的に一定面積当たりの光量は増えていないことになる。

また、光源を複数用いて光量を増やしたとしても、光
源から射出される光が有する２種類の偏光成分のうち、
一方の偏光成分しか利用できなければ、その光量の半分
は無駄になってしまい、その効果は半減してしまう。

発明の開示 本発明の課題は、複数の光源を用いながらも照明角を
大きくすることなく、かつ、両方の偏光成分を利用する
ことが可能な偏光照明装置を提供し、また、極めて明る
い投写画像を投写することが可能な投写型表示装置を提
供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、 第１の方向から入射した光を２種類の偏光光に分離し
て、透過光を第３の方向に射出し、反射光を第４の方向
に射出する第１の偏光分離膜と、第２の方向から入射し
た光を２種類の偏光光に分離して、反射光を前記第４の
方向に射出し、透過光を第５の方向に射出する第２の偏
光分離膜とを有する偏光分離光学素子と、 前記第１の方向から前記偏光分離光学素子に光を入射
させる第１の光源部と、 前記第２の方向から前記偏光分離光学素子に光を入射
させる第２の光源部と、 前記偏光分離光学素子によって前記第３の方向に射出
された光の進行方向を略反転させるとともに複数の集光
像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第１の集
光反射光学素子と、 前記偏光分離光学素子によって前記第５の方向に射出
された光の進行方向を略反転させるとともに複数の集光
像を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第２の集
光反射光学素子と、 前記偏光分離光学素子によって前記第４の方向に射出
された光の進行方向を略反転させる反射光学素子と、 前記偏光分離光学素子と前記第１の集光反射光学素子
との間に配置された第１の偏光状態変換光学素子と、 前記偏光分離光学素子と前記第２の集光反射光学素子
との間に配置された第２の偏光状態変換光学素子と、 前記偏光分離光学素子と前記反射光学素子との間に配
置された第３の偏光状態変換光学素子と、 前記偏光分離光学素子から第６の方向へ射出された光
の偏光方向を揃える偏光変換光学素子と、を備えた偏光
照明装置であって、 前記第１の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子
によって反射されて前記偏光変換光学素子に入射する光
束の中心軸と、前記第２の集光反射光学素子の前記微小
集光反射素子によって反射されて前記偏光変換光学素子
に入射する光束の中心軸とは、互いに略平行であり、か
つ重なり合わないことを特徴とする。

本発明の偏光照明装置では、第１の光源部から射出さ
れたランダムな偏光光を、偏光分離光学素子の第１の方
向から入射させ、第１の偏光分離膜により、２種類の偏
光光に分離する。一方、第２の光源部から射出されたラ
ンダムな偏光光を、偏光分離光学素子の第２の方向から
入射させ、第２の偏光分離膜により、２種類の偏光光に
分離する。

このようにして分離された偏光光のうち、第１の偏光
分離膜によって第３の方向に出射された透過光は、第１
の偏光状態変換光学素子を通過し、第１の微小集光反射
光学素子によって反射され、再度第１の偏光状態変換光
学素子を通過し、偏光分離光学素子へ向かう。このと
き、この光は、第１の微小集光反射光学素子によって複
数の中間光束に分離されるとともに、第１の偏光状態変
換光学素子を２回通過することによりその偏光軸が約９
０度異なる偏光光に変換される。したがって、この光
は、第１の偏光分離膜によって反射され、第６の方向へ
射出される。このようにして第６の方向へ射出された偏
光光を、第１の偏光光束とする。

また、第２の偏光分離膜によって第５の方向に出射さ
れた透過光は、第２の偏光状態変換光学素子を通過し、
第２の集光反射光学素子によって反射され、再度第２の
偏光状態変換光学素子を通過し、偏光分離光学素子へ向
かう。このとき、この光は、第２の微小集光反射光学素
子によって複数の中間光束に分離されるとともに、第２
の偏光状態変換光学素子を２回通過することによりその
偏光軸が約９０度異なる偏光光に変換される。したがっ
て、この光は、第２の偏光分離膜によって反射され、第
６の方向へ射出される。このようにして第６の方向へ射
出された偏光光を、第２の偏光光束とする。

第６の方向に射出された第１、第２の偏光光束の中心
軸は、互いに略平行であり、かつ重なり合わない。従っ
て、第１の偏光光束による集光像と、第２の偏光光束に
よる集光像とは、互いに異なる位置に形成されることに
なる。よって、偏光変換光学素子によって、第１の偏光
光束の偏光軸と、第２の偏光光束の偏光軸とを揃えるこ
とができる。

一方、第１の偏光分離膜及び第２の偏光分離膜によっ
て第４の方向に出射された反射光は、第３の偏光状態変
換光学素子を通過し、第３の反射光学素子によって反射
され、再度第３の偏光状態光学素子を通過し、偏光分離
光学素子へ向かう。このとき、この光は、第３の偏光状
態変換光学素子を２回通過することによりその偏光軸が
約９０度異なる偏光光に変換される。したがって、第１
の光源部から射出され、第１の偏光分離膜によって反射
され、第３の偏光状態変換光学素子、第３の反射光学素
子を介して偏光分離光学素子へ戻った光は、第２の偏光
分離膜によって反射され、第２の光源部へ向かう。ま
た、第２の光源部から射出され、第２の偏光分離膜によ
って反射され、第３の偏光状態変換光学素子、第３の反
射光学素子を介して偏光分離光学素子へ戻った光は、第
１の偏光分離膜によって反射され、第１の光源部へ向か
う。すなわち、射出時とは異なる光源部にそれぞれ入射
することになる。ここで、通常、投写型表示装置の光源
部は、光源ランプとリフレクターとを備えているる。従
って、光源部に入射した偏光光は、光源部のリフレクタ
で反射され、そのときに偏光軸の回転作用を受け、その
一部は第１あるいは第２の偏光分離膜を透過できる偏光
光に変換される。このように、第１のあるいは第２の偏
光分離膜を透過できるようになった偏光光は、前述した
第３の方向、第５の方向に射出された偏光光と同様に、
第１の偏光光束、第２の偏光光束となって偏光変換光学
素子に入射し、偏光軸を揃えられる。つまり、偏光分離
光学素子から第１及び第２の光源部に向かった偏光光
も、最終的には、１種類の偏光光に変換されることにな
る。

従って、２つの光源部を用いているにもかかわらず、
照明光の被照明領域に対する入射角度（照明角）を大き
くすることなく、照明する面積をほぼ１つの光源部が照
明する面積と同じにすることができる。このため、一定
面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合と比較し
て約２倍とすることができるので、照明領域を大変明る
く照明することが可能となる。また、各集光反射光学素
子によって分離された中間光束を、１ケ所の被照明領域
上で重畳するようにすれば、被照明領域を均一に照明す
ることが可能となる。したがって、本発明の偏光照明装
置を表示装置の光源として用いれば、極めて均一な明る
さの画像を得ることができる。さらにまた、本発明の偏
光照明装置では、第１及び第２の光源部から射出された
ランダムな偏光光をほとんど損失を伴うことなく１得種
類の偏光光に揃えて合成することができる。したがっ
て、液晶素子のような特定の偏光光を変調するタイプの
変調素子を用いた表示装置に本発明の偏光照明装置を採
用すれば、極めて明るい画像を得ることが可能となる。
さらにまた、第１の集光反射光学素子の微小集光反射素
子によって反射されて偏光変換光学素子に入射する光束
の中心軸と、第２の集光反射光学素子の微小集光反射素
子によって反射されて偏光変換光学素子に入射する光束
の中心軸とが、互いに略平行である、ということは、第
１及び第２の集光反射光学素子の微小集光反射素子によ
って反射された光が、ほぼ同じ角度で偏光分離光学素子
に入射することを意味する。従って、偏光分離光学素子
の偏光分離特性が光の入射角度に依存しやすい場合であ
っても、安定した偏光分離を行うことが可能であり、む
らの少ない照明光を得ることが可能となる。

なお、上記の第１及び第２の集光反射光学素子を配置
する位置については、明確に規定される性質のものでは
ない。要するに、第１及び第２の光源部のそれぞれから
の射出光に含まれている２つの偏光光（第１及び第２の
光源部から出射された直後においては、いずれも第１及
び第２の偏光分離膜を透過する偏光光。）による２次光
源像が、それぞれ空間的に分離された位置に形成される
ように、第１及び第２の集光反射光学素子を配置すれば
よい。

本発明においては、第１の光源部から射出し第１の偏
光分離膜で反射された偏光光、及び、第２の光源部から
射出し第２の偏光分離膜で反射された偏光光が、射出時
とは異なる第２及び第１の光源部に入射するように、反
射光学素子を配置することが好ましい。特に、第１の光
源部の光軸と第２の光源部の光軸とが直交し、また、偏
光分離光学素子が直方体の場合には、反射光学素子を偏
光分離光学素子の「第４の方向」に対応する面と略平行
に配置することが望ましい。その結果、第１の光源部か
ら射出され第１の偏光分離膜と反射光学素子を経て第２
の偏光分離膜で反射される偏光光と、第２の光源部から
射出され第２の偏光分離膜と反射光学素子を経て第１の
偏光分離膜で反射される偏光光とを、それぞれ対応する
第２及び第１の光源部に効率よく入射させることが出来
るため、偏光光の利用効率を向上させ、被照明領域を明
るく照明することが出来る。

本発明において、前記微小集光反射素子の開口形状
は、被照明領域の形状と相似形とすることができる。光
源部からの光は集光反射光学素子によって複数の光の分
割され、最終的に被照明領域で重畳されるため、上記の
ような構成を採用することによって、光源部からの光を
無駄なく被照明領域に導くことが可能である。

本発明において、前記偏光変換光学素子の入射面側或
いは射出面側には、前記偏光分離光学素子から射出され
た光を集光するために、複数の集光素子を備えた集光光
学素子を配置することができる。このように集光光学素
子を配置することによって、集光反射光学素子によって
形成された中間光束のそれぞれを集光しながら偏光変換
光学素子の所定の場所に効果的に導くことが可能となる
ため、偏光変換光学素子における偏光変換効率を向上で
きる効果がある。尚、第１及び第２の集光反射光学素子
を構成する微小集光反射素子の数がそれぞれ異なる場合
には、最も多くの微小集光反射素子によって構成される
集光反射光学素子において、そこに使用されている微小
集光反射素子の数の２倍の数の集光素子によって集光光
学素子を構成することが望ましい。但し、集光光学素子
の光学特性を工夫すれば、集光反射光学素子を構成する
微小集光反射素子と同数の集光素子によって集光光学素
子を構成することも可能である。

本発明において、前記偏光変換光学素子の射出面側に
は、前記偏光変換光学素子から射出された光を被照明領
域上に重畳する重畳光学素子を配置することができる。
このように重畳光学素子を配置することによって、集光
反射光学素子によって形成された中間光束のそれぞれを
被照明領域に効果的に導くことが可能となるため、照明
効率を向上できる効果がある。

本発明において、前記偏光変換光学素子の射出面側に
は、前記偏光変換光学素子から射出された光の光路を変
更する光路変更光学素子を配置することができる。寸法
が比較的大きな２つの光源部の光軸によって規定される
平面と平行な方向に照明光を射出できるように光路変更
光学素子を配置すれば、偏光照明装置の一方方向の厚み
を薄くすることができ、薄型の偏光照明装置を実現でき
る。従って、この偏光照明装置を投写型表示装置等の光
源として用いた場合には、コンパクトな投写型表示装置
を得ることも可能となる。

本発明において、前記第１及び第２の集光反射光学素
子の前記微小集光反射素子は、いずれも複数の曲面反射
ミラーで構成することができる。また、前記第１及び第
２の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子は、レン
ズと、前記レンズの前記偏光分離光学素子とは反対側の
面に設けられた反射面で構成することもできる。このよ
うに構成すると、光源部からの光を複数の中間光束に容
易に分離することができる。ここて、曲面反射ミラーを
偏心ミラーとしたり、或いは、レンズを偏心レンズとす
れば、上述した偏光変換光学素子を集光光学素子を小型
化できると共に、上述した重畳光学素子を用いなくと
も、効果的に光を被照明領域に導くことができる。

本発明に係わる偏光照明装置は、偏光照明装置から射
出された光を変調する光変調素子と、前記光変調素子に
よって変調された光を投写する投写光学系とを有する投
写型表示装置に用いることができる。

さらに、本発明に係る偏光照明装置は、偏光照明装置
から射出された光を複数の色光に分離する色光分離光学
素子と、前記色光分離光学素子によって分離された色光
をそれぞれ変調する複数の光変調素子と、前記複数の光
変調素子によって変調された光を合成する色光合成光学
素子と、前記色光合成光学素子によって合成された光を
投写する投写光学系とを有するカラー画像を表示できる
投写型表示装置に用いることもできる。

また、本発明に係る偏光照明装置は、偏光照明装置か
ら射出された光を変調する反射型光変調素子と、前記偏
光照明装置から射出された光、及び、前記反射型光変調
素子によって変調された光に含まれる複数の偏光成分を
分離する偏光分離光学素子と、前記反射型光変調素子に
よって変調され、前記偏光分離光学素子を介して射出さ
れた光を投写する投写光学系とを有する投写型表示装置
に用いることもできる。

さらにまた、本発明に係る偏光照明装置は、偏光照明
装置から射出された光を変調する複数の反射型光変調素
子と、前記偏光照明装置から射出された光、及び、前記
複数の反射型光変調素子によって変調された光に含まれ
る複数の偏光成分を分離する偏光分離光学素子と、前記
偏光分離光学素子と前記複数の反射型光変調素子との間
に配置され、前記偏光照明装置から射出された光を複数
の色光に分離すると共に、前記複数の反射型光変調素子
から射出された色光を合成する色光分離合成光学素子
と、前記反射型光変調素子によって変調され、前記色光
分離合成光学素子と前記偏光分離光学素子を介して射出
された光を投写する投写光学系とを有する投写型表示装
置に用いることもできる。

さらに加えて、本発明に係る偏光照明装置は、偏光照
明装置から射出された光を複数の色光に分離する色光分
離光学素子と、前記色光分離光学素子によって分離され
た色光をそれぞれ変調する複数の反射型光変調素子と、
前記色光分離光学素子によって分離された各色光、及
び、前記複数の反射型光変調素子によって変調された各
色光に含まれる複数の偏光成分を分離する複数の偏光分
離光学素子と、各々の前記反射型光変調素子によって変
調され、各々の前記偏光分離光学素子を介して射出され
た光を合成する色光合成光学素子と、前記色光合成光学
素子によって合成された光を投写する投写光学系とを有
する投写型表示装置に用いることもできる。

このようにして、本発明の偏光照明装置を用いた投写
型表示装置を構成すると、明るく、かつ、明るさが均一
な投写画像を得ることができる。なお、本発明の偏光照
明装置は、偏光方向の揃った光束を射出するので、光変
調素子として液晶素子を用いた投写型表示装置に適して
いる。

上記投写型表示装置では、前記第１、第２の光源部の
うち、少なくとも一方が着脱可能に構成されていること
が好ましい。このように構成すると、投写型表示装置を
持ち運びする際にいずれか一方の光源部を取り外すこと
が可能となり、可搬性が向上する。

また、上記投写型表示装置では、前記第１、第２の光
源部のうち、少なくとも一方が選択点灯可能となってい
ることが好ましい。このように構成すると、例えば、投
写型表示装置をバッテリ駆動する際に一方の光源のみを
選択点灯することによりバッテリの寿命時間を延ばすこ
とができる。また、周囲が明るい場所で投写画像を観察
する場合には、２つの光源部を点灯させ、周囲が暗い場
所で投写画像を観察する場合には一方のみを選択点灯さ
せるというように投写画像の明るさを環境や観察者の好
みに応じて適宜変化させることが可能となる。

さらに、上記投写型表示装置では、前記第１、第２の
光源部から射出される光の分光特性や輝度特性を互いに
異なった特性とすることもできる。このように構成する
と、照明光の色合いを所定の色合いに容易に設定するこ
とができる。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の実施の形態１に係る偏光照明装置に
構成した光学系の概略構成図である。

図２は、偏光分離光学素子２０１の詳細な構造を説明
するための図である。

図３は、本発明の実施の形態１に係る偏光照明装置に
構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。

図４は、図１に示す偏光照明装置の集光ミラー板の斜
視図である。

図５は、図１に示す偏光照明装置での偏光動作を示す
説明図である。

図６は、図１に示す偏光照明装置のレンズ板の斜視図
である。

図７は、図１に示す偏光照明装置の集光レンズ板にお
ける２次光源像の形成位置を示す説明図である。

図８は、本発明の実施の形態２に係る偏光照明装置に
構成した光学系の概略構成図である。

図９は、本発明の実施の形態３に係る偏光照明装置に
構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。

図１０は、本発明の実施の形態４に係る偏光照明装置
に構成した光学系の基本構成を示す概略構成図である。

図１１は、実施の形態５として、実施の形態１ないし
４に係る偏光照明装置に用いることのできる集光ミラー
板の斜視図である。

図１２は、図１、図３に示す偏光照明光学系を備えた
投写型表示装置の例の光学系のｘｚ平面における概略構
成図である。

図１３は、図１２に示す投写型表示装置の光学系のｙ
ｚ平面における概略構成図である。

図１４は、偏光照明装置の光源ランプの発光スペクト
ルについて示す説明図である。

図１５は、図１、図３に示す偏光照明光学系を備えた
投写型表示装置の別の例の光学系のｘｚ平面における概
略構成図である。

発明を実施するための最良の形態 以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明す
る。

なお、以下の各実施例の説明及び添付図面において
は、相互に対応する部分には同一の符号を付して、それ
らの説明の重複を回避している。また、互いに直交する
３つの空間軸をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とし、ｘ軸に平行な２
つの方向をそれぞれ＋ｘ方向及び−ｘ方向、ｙ軸に平行
な２つの方向をそれぞれ＋ｙ方向及び−ｙ方向、ｚ軸に
平行な２つの方向をそれぞれ＋ｚ方向及び−ｚ方向とす
る。さらに、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向に平行な偏
光軸を有する直線偏光光を、それぞれｘ偏光光、ｙ偏光
光、ｚ偏光光と呼称する。

［実施の形態１］ 図１は本発明の偏光照明装置の第１の実施形態を示す
斜視図である。本実施形態では、偏光方向がランダムな
光（以下、「ランダムな偏光光」と称す。）を射出する
第１の光源部１０１と第２の光源部１０２の２つの光源
部が設けられている。

図１に示すように、本実施の形態に係る偏光照明装置
１は、ｘｙ平面内において直角に交わるシステム光軸Ｌ
１とＬに沿って、第１の光源部１０１、偏光分離光学素
子２０１、第１のλ／４位相差板３５１（第１の偏光状
態変換光学素子）と第３のλ／４位相差板３５３（第３
の偏光状態変換光学素子）、第１の集光ミラー板３０１
（第１の集光反射光学素子）と反射ミラー素子３０９
（反射光学素子）、集光レンズ部４０１（集光光学素
子、偏光変換光学素子及び重畳光学素子）、及び折り返
し反射ミラー５０１（光路変更光学素子）を有してい
る。第１の光源部１０１から射出されたランダムな偏光
光は、後述するように、偏光分離光学素子２０１におい
て２種類の偏光光に分離された後、第１のλ／４位相差
板３５１、第１の集光ミラー板３０１、第３のλ／４位
相差板３５３、反射ミラー素子３０９、偏光分離光学素
子２０１、第２の光源部１０２、及び集光レンズ部４０
１により１種類の偏光光に変換され、折り返し反射ミラ
ー５０１を経て、矩形状の被照明領域６０１に至るよう
になっている。

また、ｙｚ平面内において直角に交わるシステム光軸
Ｌ２、Ｌに沿って、第２の光源部１０２、前記の偏光分
離光学素子２０１、第２のλ／４位相差板３５２（第２
の偏光状態変換光学素子）と前記の第３のλ／４位相差
板３５３、第２の集光ミラー板３０２（第２の集光反射
光学素子）と前記の反射ミラー素子３０９、前記の集光
レンズ部４０１、及び前記の折り返し反射ミラー５０１
が配置された構成になっている。第２の光源部１０２か
ら射出されたランダムは偏光光は、後述するように、偏
光分離光学素子２０１において２種類の偏光光に分離さ
れた後、第２のλ／４位相差板３５２、第２の集光ミラ
ー板３０２、第３のλ／４位相差板３５３、反射ミラー
素子３０９、偏光分離光学素子２０１、第１の光源部１
０１、及び集光レンズ部４０１により第１の光源部１０
１の場合と同じ１種類の偏光光に変換され、同様に折り
返し反射ミラー５０１を経て、矩形状の被照明領域６０
１に至るようになっている。したがって、矩形状の被照
明領域６１０はほぼ１種類の偏光光によって照明され
る。尚、折り返し反射ミラー５０１によってその進行方
向を略９０度曲げられた照明光の射出方向は、第１及び
第２の光源部１０１、１０２を含む平面に対してはほぼ
平行である。

第１及び第２の光源部１０１、１０２は、それぞれ光
源ランプ１１１、１１２と、放物面リフレクター１２
１、１２２とから大略構成されており、光源ランプ１１
１、１１２から放射されたランダムな偏光光は、それぞ
れ放物面リフレクター１２１、１２２によって一方向に
反射され、略平行な光束となって偏光分離光学素子２０
１に入射する。ここで、放物面リフレクター１２１、１
２２に代えて、楕円面リフレクター、球面リフレクター
なども用いることができる。但し、その場合には、第１
及び第２の光源部１０１、１０２から射出される光束を
略平行化する光学素子を、偏光分離光学素子２０１の入
射側に配置することが望ましい。

偏光分離光学素子２０１は略６面体形状の偏光ビーム
スプリッタであり、誘電体多層膜からなる第１及び第２
の偏光分離膜２１１、２１２をガラス製のプリズム２０
２に内蔵した構造となっている。第１の偏光分離膜２１
１は、第１の光源部１０１からの射出光に対して斜め配
置され、偏光分離光学素子２０１の第１の面２２１に対
して角度α１＝４５度をなすように形成されている。ま
た、第２の偏光分離膜２１２は、第２の光源部１０２か
らの射出光に対して斜め配置され、偏光分離光学素子２
０１の第２の面２２２に対して角度α２＝４５度をなす
ように形成されている。

図２は、この偏光分離光学素子２０１の詳細な構造を
説明するための図である。図２に示すように、偏光分離
光学素子２０１は、２つの三角錐プリズム２９１、２９
５と２つの四角錐プリズム２９２、２９４とで構成され
ている。

第１の三角錐プリズム２９１の側面ＢＤＨと第１の四
角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨとの間、及び、第２の
四角錐プリズム２９４の側面ＢＦＨと第２の三角錐プリ
ズム２９５の側面ＢＦＨとの間には、それぞれ第１の偏
光分離膜２１１が形成されている。この第１の偏光分離
膜２１１は、例えば、第１の三角錐プリズム２９１の側
面ＢＤＨと第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＤＨと
のうちのいずれか一方と、第２の四角錐プリズム２９４
の側面ＢＦＨと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＦ
Ｈとのうちのいずれか一方とに、それぞれ誘電体多層膜
を蒸着することによって形成される。ここで、第１の偏
光分離膜２１１を形成する面は、第１の三角錐プリズム
２９１の側面ＢＤＨと第１の四角錐プリズム２９２の側
面ＢＤＨのどちらであっても良く、また、第２の三角錐
プリズム２９４の側面ＢＦＨと第２の三角錐プリズム２
９５の側面ＢＦＨのどちらであっても良い。しかしなが
ら、２つのプリズムに形成される第１の偏光分離膜２１
１は平坦であることが望ましいため、第１の三角錐プリ
ズム２９１の側面ＢＤＨと第２の四角錐プリズム２９４
の側面ＢＦＨとに形成するか、あるいは、第１の四角錐
プリズム２９２の側面ＢＤＨと第２の三角錐プリズム２
９５の側面ＢＦＨとに形成することが好ましい。

一方、第１の三角錐プリズム２９１の側面ＡＢＨと第
２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨとの間、及び、
第１の四角錐プリズム２９２の側面ＢＧＨと第２の三角
錐プリズム２９５の側面ＢＧＨとの間には、それぞれ第
２の偏光分離膜２１２が形成されている。この第２の偏
光分離膜２１２は、第１の三角錐プリズム２９１の側面
ＡＢＨと第２の四角錐プリズム２９４の側面ＡＢＨとの
うちのいずれか一方と、第１の四角錐プリズム２９２の
側面ＢＧＦと第２の三角錐プリズム２９５の側面ＢＧＨ
とのうちのいずれか一方とに、それぞれ誘電体多層膜を
蒸着することによって形成される。ここで、第２の偏光
分離膜２１２を形成する面は、第１の三角錐プリズム２
９１の側面ＡＢＨと第２の四角錐プリズム２９４の側面
ＡＢＨのどちらであっても良く、また、第１の四角錐プ
リズム２９２の側面ＢＧＨと第２の三角錐プリズム２９
５の側面ＢＧＨのどちらであっても良い。しかしなが
ら、２つのプリズムに形成される第２の偏光分離膜２１
２は平坦であることが望ましいため、第１の三角錐プリ
ズム２９１の側面ＡＢＨと第１の四角錐プリズムの側面
ＢＧＨとに形成するか、あるいは、第２の四角錐プリズ
ム２９４の側面ＡＢＨと第２の三角錐プリズム２９５の
側面ＢＧＨとに形成することが好ましい。

さらに、第１の三角錐プリズム２９１と第１の四角錐
プリズム２９２の第１の偏光分離膜２１１が形成された
面ＢＤＨが貼り合わされることにより、第１のプリズム
合成体２９３が形成される。また、第２の四角錐プリズ
ム２９４と第２の三角錐プリズム２９５の偏光分離膜２
１１が形成された面ＢＦＨが貼り合わされることによ
り、第２のプリズム合成体２９６が形成される。最後
に、２つのプリズム合成体２９３、２９６の第２の偏光
分離膜２１２が形成された面ＡＢＧＨが貼り合わされる
ことにより、偏光分離光学素子２０１が完成する。勿
論、上記に示した４つのプリズムの組み上げ順序は一例
に過ぎないため、上記の順序に限定されるものではな
い。

再び、図１に基づいて説明する。偏光分離光学素子２
０１の第３の面側２３１には、これと対向して第１のλ
／４位相差板３５１が、さらにその位相差板の後ろ側に
は第１の集光ミラー板３０１が配置されている。そし
て、本例では、第１のλ／４位相差板３５１と第１の集
光ミラー板３０１とが、第３の面２３１に対してほぼ平
行に配置されている。また、偏光分離光学素子２０１の
第４の面２３３側には、これと対向して第３のλ／４位
相差板３５３が、さらにその位相差板の後ろ側には反射
ミラー素子３０９が配置されている。そして、本例で
は、第３のλ／４位相差板３５３と反射ミラー素子３０
９とが、第４の面２３３に対してほぼ平行に配置されて
いる。さらに、偏光分離光学素子２０１の第５の面２３
２側には、これと対向して第２のλ／４位相差板３５２
が、さらにその位相差板の後ろ側には第２の集光ミラー
板３０２が配置されている。そして、本例では、第２の
λ／４位相差板３５２と第２の集光ミラー板３０２と
が、第５の面２３２に対してほぼ平行に配置されてい
る。第１及び第２の集光ミラー板３０１、３０２の構成
の詳細については後述する。尚、図１では、見やすさを
優先して、第１ないし第３のλ／４位相差板３５１、３
５２、３５３は偏光分離光学素子２０１から離して描か
れているが、偏光分離光学素子２０１に密着させて配置
する方が望ましい。

偏光分離光学素子２０１の第６の面２３４の側には、
後述する集光レンズ板４１１（集光光学素子）、λ／２
位相差板４２１（偏光変換光学素子）、及び重畳レンズ
４３１（重畳光学素子）により構成された集光レンズ部
４０１がシステム光軸Ｌに対して略垂直な向きに設置さ
れている。

以上のように構成された偏光照明装置１において、第
１の光源部１０１から射出されたランダムな偏光光が集
光レンズ部４０１に導かれ、あるいは、第２の光源部１
０２へ導かれる過程について説明する。

図３は、図１のｘｙ平面における断面図を示したもの
である。ここで、図３では図示されない第２の偏光分離
膜２１２が、ｘｙ平面を横切るように偏光分離光学素子
２０１の中に形成されていることに注意する必要があ
る。さらに、上記過程の説明には直接関係がないため、
折り返し反射ミラー５０１は省略され、従って、集光レ
ンズ部４０１から被照明領域６０１に至る光路は直線適
に表現されている。尚、この点に関しては、後述する図
９及び図１０においても同様である。

第１の光源部１０１から射出されたランダムな偏光光
は、ｙ偏光光とｚ偏光光との混合光として考えることが
できる。第１の光源部１０１から射出され、偏光分離光
学素子２０１の第１の面２２１に入射した混合光は、第
１の偏光分離膜２１１によってｙ偏光光とｚ偏光光の２
種類の偏光光に分離される。すなわち、ランダムな偏光
光に含まれるｙ偏光光は、第１の偏光分離膜２１１をそ
のまま透過し第３の面２３１へと向かうが、ｚ偏光光は
第１の偏光分離膜２１１で反射されて偏光分離光学素子
２０１の第４の面２３３へと進行方向を変える。

偏光分離光学素子２０１により分離された２種類の偏
光光は、第１及び第３のλ／４位相差板３５１、３５３
を通過し、第１の集光ミラー板３０１及び反射ミラー素
子３０９によりそれぞれ反射される。

第１の集光ミラー板３０１は、その外観図を図４に示
すように、被照明領域６０１とほぼ相似関係にあるよう
な、いずれも矩形状の外形を有する同一の微小集光ミラ
ー３１１をマトリックス状に複数配列し、その表面にア
ルミニウムの蒸着膜や誘電体多層膜などからなる反射面
３１２を形成してなるものである。本実施の形態では、
微小集光ミラー３１１の反射面３１２は球面状に形成さ
れている。但し、この反射面３１２の曲率形状は、放物
面状、楕円面状、或いは、トーリック面状であってもよ
く、それらは、第１及び第２の光源部１０１、１０２か
らの入射光の特性に応じて設定することが出来る。尚、
後述する第２の集光ミラー板３０２も同様の構成であ
る。一方、反射ミラー素子３０９は平板状の一般的な反
射ミラーであり、その表面にアルミニウムの蒸着膜や誘
電体多層膜などからなる反射面３１２を形成してなるも
のである。

第１の偏光分離膜２１１により分離されたｙ偏光光及
びｚ偏光光は、それぞれ第１及び第３のλ／４位相差板
３５１、３５３を通過し、第１の集光ミラー板３０１及
び反射ミラー素子３０９により反射され、再度λ／４位
相差板３５１、３５３を通過する間に、偏光光の進行方
向を略１８０度反転されると同時に偏光方向が９０度回
転する。この偏光光の変化の様子を図５により説明す
る。尚、この図では説明の簡略化のために、集光ミラー
板３０１を平面状のミラー板３２１として描いてある。
λ／４位相差板３５１に入射したｙ偏光光３２２は、λ
／４位相差板により右回りの円偏光光３２３（但し、λ
／４位相差板の設置の仕方によっては左回りの円偏光光
となる。）に変換されミラー板３２１へと達する。ミラ
ー板３２１により光は反射されると同時に偏光軸の回転
方向も変化する。すなわち、右回りの円偏光光は左回り
の円偏光光（左回りの円偏光光は右回りの円偏光光）へ
と変化する。ミラー板３２１により光の進行方向を略１
８０度反転され、同時に左回りの円偏光光３２４となっ
た偏光光は、再度λ／４位相差板３５１、３５３を通過
する際にｚ偏光光３２５へと変換される。また、同様の
過程を経て、ｚ偏光３２５はｙ偏光３２２へと変換され
る。

再び、図３に基づいて説明する。したがって、第３の
面２３１に達したｙ偏光光は、第１のλ／４位相差板３
５１及び第１の集光ミラー板３０１により偏光光の進行
方向を略１８０度反転されると同時にｚ偏光光へと変換
され、第１の偏光分離膜２１１で反射され進行方向を変
えて、第６の面２３４へと向かう。この時、図示されな
い第２の偏光分離膜２１２はｙｚ平面に対して略垂直に
配置されているため、ｚ偏光光は第２の偏光分離膜２１
２の影響をほとんど受けない。

第１の集光ミラー板３０１は集光作用を有する微小集
光ミラー３１１により構成されているため、偏光光の進
行方向は略反転させると同時に、集光ミラー板３０１を
構成する微小集光ミラー３１１と同数の複数の集光像を
形成する。これらの集光像は光源像に他ならないため、
以下では２次光源像と呼ぶ。本実施形態では、この２次
光源像が形成される位置付近に、集光レンズ部４０１が
配置される。すなわち、第６の面から出射されたｚ偏光
光は、集光レンズ部４０１の所定位置に、複数の２次光
源像を形成することになる。

ここで、第１の集光ミラー板３０１は、ｘ軸に対して
集光ミラー板３０１の略中心がβ１だけ−ｙ方向に平行
シフトした状態で配置されている。したがって、第１の
集光ミラー板３０１の微小集光ミラー３１１によって反
射されたｚ偏光の光束は、その中心軸が、システム光軸
Ｌに対して相対的に−ｘ軸方向にシフトした状態で集光
レンズ部４０１のＰ位置に入射する（図１参照）。すな
わち、第１の集光ミラー板３０１によって形成されるｚ
偏光光による２次光源像は、集光レンズ部４０１におい
て−ｘ軸方向に僅かにシフトした位置に複数形成される
ことになる。本実施の形態の場合には、そのシフト量は
β１の絶対値に等しい。

他方、第４の面２３３に達したｚ偏光光は、第３のλ
／３位相差板３５３及び反射ミラー素子３０９により偏
光光の進行方向を略１８０度反転されると同時にｙ偏光
光へと変換され、偏光分離光学素子２０１へ戻る。ここ
で、図示されない第２の偏光分離膜２１２が、ｙｚ平面
に対して略垂直に配置されているため、このｙ偏光光
は、第２の偏光分離膜２１２で反射されて、図示されな
い第２の光源部１０２へと向かう。反射ミラー素子３０
９は、ｙ軸上にその略中心が位置するようにそれぞれ配
置されている。

以上、図３を用いて説明したように、第１の光源部１
０１から射出されたランダムな偏光光のうち、ｙ偏光光
はｚ偏光光に変換されて集光レンズ部４０１に入射し、
他方、ｚ偏光光はｙ偏光光に変換されて図示されない第
２の光源部１０２に入射する。

次に、図１に基づき、第２の光源部１０２から射出さ
れたランダムな偏光光が集光レンズ４０１に導かれ、あ
るいは第１の光源部１０１へ導かれる過程について説明
する。第２の光源部１０２から射出されたランダムな偏
光光も、第１の光源部１０１から射出されたランダムな
偏光光の場合と原理的には同様な過程を経て、ｚ偏光光
とｙ偏光光とに分離され、ｙ偏光光はｘ偏光光に変換さ
れて集光レンズ部４０１に入射し、ｘ偏光光はｚ偏光光
に変換されて第１の光源部１０１に入射する。すなわ
ち、第２の光源部１０２から射出されたランダムな偏光
光のうち、ｙ偏光光は偏光分離光学素子２０１の第２の
偏光分離膜２１２をそのまま透過し第５の面２３２へと
向かい、ｘ偏光光は第２の偏光分離膜２１２で反射され
て第４の面２３３へと進行方向を変える。このように分
離されたｙ偏光光及びｘ偏光光は、それぞれ第２及び第
３のλ／４位相差板３５２、３５３を通過し、第２の集
光ミラー板３０２及び反射ミラー素子３０９により反射
され、再度λ／４位相差板３５２、３５３を通過する。
従って、第５の面２３２に達したｙ偏光光は、第２のλ
／４位相差板３５２及び第２の集光ミラー板３０２によ
り偏光光の進行方向を略１８０度反転されると同時にｘ
偏光光へと変換され、第２の偏光分離膜２１２で反射さ
れ進行方向を変えて、第６の面２３４へと向かう。この
時、第１の偏光分離膜２１１はｘｙ平面に対して略垂直
に配置されているため、ｘ偏光光は第１の偏光分離膜２
１１の影響をほとんど受けない。

他方、第４の面２３３に達したｘ偏光光は、第３のλ
／４位相差板３５３及び反射ミラー素子３０９により偏
光光の進行方向を略１８０度反転されると同時にｚ偏光
光へと変換され、第１の偏光分離膜２１１で再び反射さ
れて進行方向を略９０度変え、第１の光源部１０１へと
向かう。

ここで、第２の集光ミラー板３０２も第１の集光ミラ
ー板３０１と同様に、集光作用を有する微小集光ミラー
３１１により構成され、ｚ軸に対して集光ミラー板３０
２の略中心がβ２だけ＋ｘ軸方向に平行シフトした状態
で配置されている。従って、第２の集光ミラー板３０２
の微小集光ミラー３１１によって反射されたｘ偏光の光
束は、その中心軸が、システム光軸Ｌに対して相対的に
＋ｘ軸方向にシフトした状態で集光レンズ部４０１のＳ
位置に入射する（図１参照）。すなわち、第２の集光ミ
ラー板３０２によって形成されるｘ偏光光による２次光
源像は、集光レンズ部４０１において＋ｘ軸方向に僅か
にシフトした位置に複数形成されることになる。本実施
の形態の場合には、そのシフト量はβ２の絶対値に等し
い。

集光レンズ部４０１を構成する集光レンズ板４１１
は、その外観を図６に示すように、矩形状の最小レンズ
４１２からなる複合レンズ体であり、第１及び第２の集
光ミラー板３０１、３０２を構成する微小集光ミラー３
１１の数と同数、或いは２倍の数の微小レンズ４１２に
よって構成されている。但し、第１及び第２の集光ミラ
ー板３０１、３０２を構成する微小集光ミラー３１１の
数がそれぞれ異なる場合には、最も多くの微小集光ミラ
ー３１１によって構成される集光ミラー板を基に、微小
集光ミラー３１１の数を調整すれば良い。本実施の形態
では、第１の集光ミラー板３０１を構成する微小集光ミ
ラー３１１の２倍の数の微小レンズ４１２を用いて集光
レンズ板４１１は構成されている。また、後述するよう
に第１及び第２の光源部１０１、１０２からの偏光光を
空間的に異なる位置に集光させるため、それらの偏光光
の集光位置に対応するように微小レンズ４１２は配列さ
れている。本実施の形態では、第１の光源部１０１から
の光によって形成される２次光源像と第２の光源部１０
２からの光によって形成される２次光源像とを、ｘ軸方
向に僅かにずらし、互いに重ならないように形成するた
め、ｘ軸方向に並ぶ微小レンズ４１２の数が第１の集光
ミラー板３０１（第２の集光ミラー板３０２）を構成す
る微小集光ミラー３１１の数の２倍となるように設定さ
れている。

ここで、第７図に示したように、被照明領域６０１側
から集光レンズ板４１１を見た場合、ｚ偏光光が形成す
る２次光源像Ｃ１（右上がりの斜線を付した円形像）
は、ｚ軸方向には微小レンズ４１２に対応するように、
一方、ｘ軸方向には１つ置きの微小レンズ４１２に対応
するように形成される。また、被照明領域６０１側から
集光レンズ板４１１を見た場合、ｘ偏光光が形成する２
次光源像Ｃ２（左上がりの斜線を付した円形像）は、ｚ
軸方向には微小レンズ４１２に対応するように、一方、
ｘ軸方向には１つ置きの微小レンズ４１２に対応するよ
うに形成される。従って、第１の光源部１０１からの偏
光光によって形成される２次光源像Ｃ１と、第２の光源
部１０２からの偏光光によって形成される２次光源像Ｃ
２とがｘ軸方向には互い違いに配列される。このような
配置関係となるのは、先に説明したように、第１の集光
ミラー板３０１は、ｘ軸に対して集光ミラー板３０１の
略中心がβ１だけ−ｙ方向に平行シフトした状態で配置
されており、第２の集光ミラー板３０２が＋ｘ軸方向に
β２だけ平行シフトした状態で配置されているためであ
る。尚、本実施の形態では、集光レンズ部４０１を構成
する微小レンズ４１２の数を第１の集光ミラー板３０１
（及び第２の集光ミラー板３０２）を構成する微小集光
ミラー３１１の２倍に設定しているため、β１、β２は
微小レンズ４１２のｘ軸方向の寸法の半分に設定されて
いる。集光レンズ部４０１の微小レンズ４１２の数を第
１の集光ミラー板３０１（及び第２の集光ミラー板３０
２）の微小集光ミラー３１１の数と同じに設定した場合
には、β１、β２は微小レンズ４１２のｘ軸方向の寸法
の１／４に設定されることが望ましい。

従って、第１の光源部１０１から射出され第１の集光
ミラー板３０１を経て集光レンズ部４０１に入射するｚ
偏光光と、第２の集光ミラー板３０２を経て集光レンズ
部４０１に入射するｘ偏光光とは、それぞれの主光線が
互いに略平行であり、かつ重なり合わない状態で集光レ
ンズ部４０１に入射し、空間的にそれぞれ異なる位置に
対応する２次光源像を形成する。

集光レンズ部４０１を形成する集光レンズ板４１１の
被照射領域６０１側の面には、ｚ偏光光による２次光源
像Ｃ１の形成位置に対応して位相差層４２２が選択的に
形成されたλ／２位相差板４２１が設けられている。し
たがって、ｚ偏光光は位相差層４２２を通過する際に偏
光軸の回転作用を受けｘ偏光光へと変換される。一方、
ｘ偏光光の光路上には位相差層４２２は形成されていな
いので、偏光軸の回転作用を受けずにｘ偏光光の状態で
λ／２位相差板４２１を通過する。それ故、集光レンズ
部４０１から射出される光のほとんどは、ｘ偏光光に揃
えられる。

このようにしてｘ偏光光に揃えられた光は、λ／２位
相差板４２１の被照射領域６０１側の面に配置された重
畳レンズ４３１によって、一ヶ所の被照明領域６０１上
で重畳される。この場合、図１に示されている（図３で
は省略されている）ように、重畳レンズ４３１と被照明
領域６０１との間に配置された折り返し反射ミラー５０
１によって、照明光はその進行方向を約９０度曲げら
れ、被照明領域６０１に達する。すなわち、第１及び第
２の集光ミラー板３０１、３０２の微小集光ミラー３１
１によって切り出された複数のイメージ面は、集光レン
ズ板４１１と重畳レンズ４３１によって一ヶ所に重畳さ
れると共に、λ／２位相差板４２１を通過する際に１種
類の偏光光に変換されてほとんど全ての光が被照明領域
６０１へと達する。被照明領域６０１は複数の２次光源
像によって照明されるため、照明強度のむらが非常に少
なく、ほとんど１種類の偏光光で均一に照明される。

ところで、第１の光源部１０１から偏光分離光学素子
２０１を経て第２の光源部１０２に入射するｘ偏光光
と、逆に、第２の光源部１０２から偏光分離光学素子２
０１を経て第１の光源部１０１に入射するｚ偏光光は共
に、光源部のリフレクター１２１、１２２で反射されて
再びそれぞれの光源部から射出されるが、リフレクター
で反射される間に偏光軸の回転作用を受け、その一部は
第１及び第２の偏光分離膜２１１、２１２を透過できる
偏光光に変換され、第１の集光ミラー板３０１或いは第
２の集光ミラー板３０２に入射する。従って、第１及び
第２の光源部１０１、１０２に入射した偏光光も、結局
は、集光レンズ部４０１に入射する偏光光となって有効
に利用される。

以上説明したように、本実施の形態の偏光照明装置１
によれば、第１及び第２の光源部１０１、１０２から射
出されたランダムな偏光光を偏光分離光学素子２０１で
２種類の偏光光に分離した後、各偏光光をλ／２位相差
板４２１の所定の領域に導いてｚ偏光光をｘ偏光光に変
換する。したがって、第１及び第２の光源部１０１、１
０２から射出されたランダムな偏光光をほとんど損失す
ることなく、ほぼ１種類の偏光光に変換できるので、被
照明領域６０１を明るく照明できるという効果を奏す
る。また、２つの光源部１０１、１０２を用いているに
もかかわらず、照明光の被照明領域に対する入射角度
（照明角）を大きくすることなく、２つの光源部１０
１、１０２からの照明光を合成できるため、照明光の断
面積は１つの光源部を用いた場合と同じであり、従っ
て、一定面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合
と比較してほぼ２倍にすることができる。さらに、第１
及び第２の光源部１０１、１０２からなる２つの光源部
を設けるといっても、双方をｘｚ平面上に配置できる。
この場合、集光レンズ部４０１から射出された照明光の
進行方向を変える折り返し反射ミラー５０１が配置され
ているので、２つの光源部が配置されているｘｚ平面と
照明光の射出方向とを平行にすることが出来る。それ
故、照明装置の薄型化や低背化に適している。つまり、
集光レンズ部４０１の後段に配置された折り返し反射ミ
ラー５０１によって偏光照明装置の小型化のための設計
の自由度はさらに向上する。

しかも、２種類の偏光光をそれぞれλ／２位相差板４
２１の所定の領域に導くには、偏光分離光学素子２０１
の偏光分離性能が高いことが必要であるが、本実施の形
態においては、ガラス製のプリズムと、無機材料からな
る誘電体多層膜とを利用して偏光分離光学素子２０１を
構成してあるので、偏光分離光学素子２０１の偏光分離
性能は、熱的に安定である。それ故、大きな光出力が要
求される照明装置においても常に安定した偏光分離性能
を発揮できるので、満足の得られる性能を有する偏光照
明装置を実現できる。

さらに、本実施の形態では、横長の矩形形状である被
照明領域６０１の形状に合わせて、第１及び第２の集光
ミラー板３０１、３０２の微小集光ミラー３１１を横長
の矩形形状（被照明領域の形状とほぼ相似形）とし、同
時に偏光分離光学素子２０１から射出された２種類の偏
光光の分離の方向（２種類の偏光光によって形成される
２次光源像が並ぶ方向）も被照明領域６０１の形状に合
わせて横方向（ｘ方向）に設定されている。このため、
横長の矩形形状を有する被照明領域６０１を形成する場
合でも、光量を無駄にすることなく、照明効率を高める
ことができる。

さらにまた、第１及び第２の集光ミラー板３０１、３
０２によって集光レンズ部４０１に入射する偏光光束の
中心軸が互いに平行である、ということは、第１及び第
２の集光ミラー板（集光反射光学素子）の微小集光ミラ
ー（微小集光反射素子）によって反射された光が、ほぼ
同じ角度で偏光分離光学素子２０１に入射することを意
味する。従って、偏光分離光学素子２０１の偏光分離特
性が光の入射角度に依存しやすい場合であっても、安定
した偏光分離を行うことが可能であり、むらの少ない照
明光を得ることが可能となる。

本実施の形態において説明してきた第１及び第２の集
光ミラー板３０１、３０２のｘ軸、ｚ軸からのシフト量
β１、β２とそれらのシフトの方向は、本実施の形態に
限定されるものではない。要するに、第１の光源部１０
１からの射出光に含まれているｙ偏光光による２次光源
像と、第２の光源部１０２からの射出光に含まれている
ｙ偏光光による２次光源像とが、それぞれ空間的に分離
された位置に形成されるように、第１及び第２の集光ミ
ラー板３０１、３０２のシフト量β１、β２とそれらの
シフト方向を各々設定すればよい。従って、本実施の形
態とは逆に、第１の集光ミラー板３０１のシフト方向を
＋ｙ軸方向に、第２の集光ミラー板３０２のシフト方向
を−ｘ軸方向に設定することもできる。但し、その場合
には、集光レンズ部４０１からはｚ偏光光が射出される
ことになる。

また、第１の光源部１０１からの射出光に含まれてい
るｚ偏光光や、第２の光源部１０２からの射出光に含ま
れているｘ偏光光が、それぞれ対応する光源部に効率よ
く入射するために、反射ミラー素子３０９は平板状の反
射ミラーによって構成され、その略中心が偏光分離光学
素子２０１の略中心軸上に位置するように配置されるこ
とが望ましい。

本実施の形態においては、λ／２位相差板４２１を集
光レンズ板４１１の被照明領域側に配置したが、２次光
源像が形成される位置近傍ならば他の位置でもよく、限
定されない。例えば、λ／２位相差板４２１を集光レン
ズ板４１１の偏光分離光学素子側に配置してもよい。

また、集光レンズ板４１１を構成する微小レンズ４１
２を偏心レンズとすれば、それぞれの微小レンズ４１２
を射出する光の方向を被照明領域６０１に向けることが
出来るため、集光レンズ板４１１に重畳レンズ４３１の
機能を合わせ持たせることができる。或いは、第１及び
第２の集光ミラー板３０１、３０２を構成する微小集光
ミラー３１１を偏心ミラーとすれば、微小集光ミラー３
１１を射出する光の方向を被照明領域６０１に向けるこ
とが出来るため、同様に第１及び第２の集光ミラー板３
０１、３０２に重畳レンズ４３１の機能を合わせ持たせ
ることも可能である。それらの場合には、重畳レンズ４
３１を省略できるため、偏光照明装置の低コスト化が可
能となる。但し、後者の場合には、図７で示したｚ偏光
光によって形成される２次光源像とｘ偏光光によって形
成される２次光源像との間隔はβ１＋β２よりも狭くな
る。

また、第１及び第２の光源部１０１、１０２から射出
される光の平行性が高い場合には、集光レンズ板４１１
を省略することも可能である。

さらに、集光レンズ板４１１を構成する微小レンズ４
１２は横長の矩形レンズとしたが、その形状については
特に限定されない。但し、図７に示すように、ｚ偏光光
が形成する２次光源像Ｃ１とｘ偏光光が形成する２次光
源像Ｃ２は横方向に並ぶ状態で形成されるので、それぞ
れの２次光源像の形成位置に対応させて、集光レンズ板
４１１を構成する微小レンズ４１２の形状は決定される
ことが望ましい。

また、特性の異なる２種類の位相差層を、ｚ偏光光に
よる２次光源像の形成位置とｘ偏光光による２次光源像
の形成位置のそれぞれに配置し、ある特定の偏光方向を
有する１種類の偏光光に揃えてもよいし、位相差層４２
２をｘ偏光光による２次光源像Ｃ２の形成される位置に
配置して、照明光をｚ偏光光とする構成としてもよい。

［実施の形態２］ 図１に示す偏光照明装置１では、ｚ偏光光が形成する
２次光源像とｘ偏光光が形成する２次光源像とがｘ軸に
ほぼ平行に並ぶ様に、第１及び第２の集光ミラー板３０
１、３０２を配置したが、図８に示す偏光照明装置２の
ように、ｚ偏光光が形成する２次光源像とｘ偏光光が形
成する２次光源像とがｚ軸に平行に並ぶ様に、第１及び
第２の集光ミラー板３０１、３０２を配置してもよい。
この場合には、例えば、第１の集光ミラー板３０１をそ
の略中心がｘ軸に対してγ１だけ−ｚ方向に、第２の集
光ミラー板３０２をその略中心がｚ軸に対してγ２だけ
−ｙ方向に、それぞれ平行シフトした状態に設定すれば
よい（図８はこの状態を示している）。或いは、第１の
集光ミラー板３０１をその略中心がｘ軸に対してγ１だ
け＋ｚ方向に、第２の集光ミラー板３０２をその略中心
がｚ軸に対してγ２だけ＋ｙ方向に、それぞれ平行シフ
トした状態に設定しても良い。本実施の形態の場合に
は、先の実施の形態１の場合と比べて、２次光源像の配
列の仕方が変わるため、その配列の仕方に対応するよう
に、集光レンズ部４０１における集光レンズ板４１１や
λ／２位相差板４２１の配列の仕方を適宜変更する必要
がある。具体的には、位相差層４２２をｚ軸方向に配列
する必要がある。尚、この場合においても、偏光照明装
置としての基本的な原理については、偏光照明装置１と
同様であるため、詳細な説明は省略する。

［実施の形態３］ 図９（ｘｙ平面における断面図を示している。）に示
す偏光照明装置３では、各光学系の配置は、実施の形態
１とほぼ同じであるが、壁面を構成する６枚の透明板２
５２でプリズム構造体２５１を構成し、その内部に第１
の偏光分離膜２１１が形成されている平板状の第１の偏
光分離板２５３と第２の偏光分離膜（図示せず）が形成
されている平板状の第２の偏光分離板（図示せず。ま
た、第２の偏光分離板は第１の偏光分離板２５３によっ
て分離されるため、正確には２枚必要。）とを配置し、
さらに液体２５４を充填してなる構造体を偏光分離光学
素子２０１として用いている点に特徴がある。ここで、
透明板、第１及び第２の偏光分離板、及び液体のそれぞ
れの屈折率をほぼ一致させておくことが必要である。こ
れにより、偏光分離光学素子２０１の低コスト化及び軽
量化を図ることができる。

さらに、偏光照明装置３では、実施の形態１で説明し
たように、集光レンズ部４０１の集光レンズ板４１１を
構成する微小レンズを偏光系のレンズすることによっ
て、集光レンズ板４１１に重畳レンズの機能を合わせ持
たせ、重畳レンズを省略した構成としている。これによ
って、偏光照明装置の低コスト化を及び軽量化を図るこ
とができる。

［実施の形態４］ 図１０に示す偏光照明装置４では、各光学系の配置
は、実施の形態１と同一であるが、偏光分離光学素子２
０１を平板状の構造体としているところに特徴がある。
すなわち、偏光分離膜２６２を２枚のガラス基板２６３
で挟持した構造の２枚（一方の偏光分離板は他方の偏光
分離板によって分離されるため、正確には３枚）の偏光
分離板２６１をシステム光軸Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）に対して
α＝４５度の角度をなすように配置することによって、
６面体形状のプリズムを用いた偏光分離光学素子２０１
（図１参照。）とほぼ同一の機能を発揮させている。こ
れにより、偏光分離光学素子２０１の低コスト化及び軽
量化を図ることができる。なお、本例の偏光分離光学素
子２０１では、第１ないし第３の実施形態における偏光
分離光学素子２０１のごとく、第１ないし第６の面は実
在しない。しかしながら、図中点線で示したように、仮
想的に第１ないし第６の面を有すると考えることができ
る。従って、この仮想的な第１ないし第６の面に対し
て、前述した第１ないし第３の実施形態のごとく、第１
及び第２の光源部１０１、１０２、第１ないし第３のλ
／４位相差板３５１、３５２、３５３、第１及び第２の
集光ミラー板３０１、３０２、反射ミラー素子３０９、
集光レンズ面４０１等を配置すれば良い。

［実施の形態５］ 以上説明した偏光照明装置１ないし４において、第１
及び第２の集光ミラー板３０１、３０２の一部または全
部を図１１に示すような集光ミラー板３０４としてもよ
い。集光ミラー板３０４は、複数の微小レンズ３０５と
反射ミラー板３０６とから構成されたものである。

さらに、この構成において、複数の微小レンズ３０５
のそれぞれを偏心レンズとすれば、微小レンズ３０５を
射出する光の方向を被照明領域６０１に向けることが出
来るため、第１及び第２の集光ミラー板３０１、３０２
に重畳レンズ４３１の機能を合わせ持たせることが可能
である。その場合には、重畳レンズ４３１を省略できる
ため、偏光照明装置の低コスト化が可能となる。

［実施の形態６］ 図１２、図１３には、実施の形態１ないし５に係る偏
光照明装置のうち、実施の形態１に係る偏光照明装置１
を用いて、その投写画像の明るさを向上させた投写型表
示装置の一例が示されている。本実施の形態の投写型表
示装置５においては、光変調素子として透過型の液晶ラ
イトバルブを使用すると共に、偏光照明装置１の２つの
光源部に発光スペクトルが異なる２種類の光源ランプを
用い、それらの光源ランプを選択的に点灯が可能な構成
としている。尚、図１２は投写型表示装置５のｘｚ平面
における断面図であり、図１３は投写型表示装置５のｙ
ｚ平面における断面図である。また、図１２において
は、集光レンズ部４０１や光路変更光学素子である折り
返し反射ミラー５０１等は省略されて描かれている。

図１２、図１３において、本実施の形態の投写型表示
装置５に組み込まれた偏光照明装置１は、ランダムな偏
光光を一方向に射出する第１の光源部１０１、及び第２
の光源部１０２を有し、これらの光源部から射出された
ランダムな偏光光は、偏光分離光学素子２０１において
２種類の偏光光に分離されると共に、分離された各偏光
光のうち、ｚ偏光光については集光レンズ部４０１のλ
／２位相差板４２１によってｘ偏光光に変換され、ほぼ
１種類の偏光状態（ｘ偏光状態）となって集光レンズ部
から射出される。集光レンズ部から射出された偏光光
は、折り返し反射ミラー５０１によって射出方向を−ｚ
方向に変えられ、青色緑色反射ダイクロイックミラー７
０１に入射するようになっている。

この偏光照明装置１から射出された照明光は、まず、
青色光緑色光反射ダイクロイックミラー７０１（色光分
離光学素子）において赤色光が透過し、青色光及び緑色
光が反射される。赤色光は、反射ミラー７０２で反射さ
れ、平行化レンズ７１６を経て、第１の液晶ライトバル
ブ７０３に達する。尚、液晶ライトバルブの入射側及び
射出側には偏光板が配置されているが、図１２には図示
されていない。一方、青色光及び緑色光のうちの緑色光
は、緑色光反射ダイクロイックミラー７０４（色光分離
光学素子）によって反射されて、平行化レンズ７１６を
経て、第２の液晶ライトバルブ７０５に達する。第１及
び第２の液晶ライトバルブ７０３、７０５の入射側に配
置された平行化レンズ７１６は、液晶ライトバルブを照
明する光の広がりを抑え照明効率の向上を図ると共に、
液晶ライトバルブから射出された光を後述する投写レン
ズに効果的に導く機能を有する。尚、第３の液晶ライト
バルブ７１１の入射側には、後述するように導光手段７
５０を構成する射出側レンズ７１０が配置されており、
そこでは射出側レンズ７１０が平行化レンズ７１６の機
能も担っている。但し、これらの平行化レンズは省略す
ることも可能である。

ここで、青色光は他の２色光に比べて光路の長さが長
いので、青色光に対しては、入射側レンズ７０６、リレ
ーレンズ７０８、及び射出側レンズ７１０からなるリレ
ーレンズ系で構成した導光手段７５０を設けてある。す
なわち、青色光は、緑色光反射ダイクロイックミラー７
０４を透過した後に、まず、入射側レンズ７０６及び反
射ミラー７０７を経てリレーレンズ７０８に導かれ、こ
のリレーレンズ７０８で集束された後に、反射ミラー７
０９によって射出側レンズ７１０に導かれる。しかる後
に、第３の液晶ライトバルブ７１１に達する。

第１ないし第３の液晶ライトバルブ７０３、７０５、
７１１は、それぞれの色光を変調し、各色に対応した画
像情報を含ませた後に、変調した色光をクロスダイクロ
イックプリズム７１３（色光合成光学素子）に入射す
る。クロスダイクロイックプリズム７１３は、その内部
に赤色光反射の誘電体多層膜と、青色光反射の誘電体多
層膜とが十字状に形成された構成を有しており、それぞ
れの変調された色光を合成する。合成された光は、投写
レンズ７１４（投写光学系）を透過してスクリーン７１
５上に画像を形成する。

このように構成された投写型表示装置５では、１種類
の偏光光を変調するタイプの液晶ライトバルブが用いら
れている。したがって、従来の照明装置を用いてランダ
ムな偏光光を液晶ライトバルブに導くと、ランダムな偏
光光のうちの半分以上（約６０％）の光は、偏光板で吸
収されて熱に変わってしまうため、光の利用効率が低い
と共に、偏光板の発熱を抑える大型で騒音が大きな冷却
装置が必要であるという問題点があったが、本実施の形
態の投写型表示装置５では、かかる問題点が大幅に解消
されている。

すなわち、本実施の形態の投写型表示装置５では、偏
光照明装置１において、一方の偏光光（たとえば、ｚ偏
光光）のみに対して、λ／２位相差板４２１によって偏
光軸の回転作用を与え、他方の偏光光（たとえば、ｘ偏
光光）と偏光軸が揃った状態となる。それゆえ、偏光方
向の揃った偏光光が第１ないし第３の液晶ライトバルブ
７０３、７０５、７１１に導かれるので、光の利用効率
が向上し、明るい投写画像を得ることができる。また、
偏光板における光吸収量が低減されるので、偏光板での
温度上昇が抑制される。それ故、冷却装置の小型化や低
騒音化を実現できる。さらに、第１及び第２の光源部１
０１、１０２からなる２つの光源部を有し、かつ、いず
れの光源部からの射出光についても損失することなく偏
光方向を揃えているので、明るい投写画像を得ることが
できる。しかも、偏光照明装置１では、偏光分離膜とし
て熱的に安定な誘電体多層膜を用いているため、偏光分
離光学素子２０１の偏光分離性能は熱的に安定である。
それ故、大きな光出力が要求される投写型表示装置５に
おいても常に安定した偏光分離性能を発揮できる。

さらに、２つの光源部１０１、１０２を用いているに
もかかわらず、照明光の被照明領域に対する入射角度
（照明角）を大きくすることなく、２つの光源部１０
１、１０２からの照明光を合成できるため、照明光の断
面積は１つの光源部を用いた場合と同じであり、従っ
て、一定面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合
と比較して２倍にすることができる。従って、より明る
い投写画像を実現できる。

さらにまた、偏光照明装置１では、被照明領域である
液晶ライトバルブの横長の表示領域に対応させて、偏光
分離光学素子２０１から射出された２種類の偏光光は横
方向に分離されていることから、光量を無駄にすること
なく、横長の矩形形状を有する被照明領域を効率的に照
明することが出来る。それゆえに、偏光照明装置１は、
見やすくて、かつ、迫力のある画像を投写できる横長の
液晶ライトバルブ用に適している。

これに加えて、本実施の形態では、色光合成光学素子
としてクロスダイクロイックプリズム７１３を用いてい
るので、小型化が可能であると共に、液晶ライトバルブ
７０３、７０５、７１１と投写レンズ７１４との間の光
路の長さを短く出来る。したがって、比較的小口径の投
写レンズを用いても、明るい投写画像を実現できる特徴
がある。また、各色光は、３光路の内の一光路のみ、そ
の光路の長さが異なるが、本実施の形態においては、光
路の長さが最も長い青色光に対しては、入射側レンズ７
０６、リレーレンズ７０８、及び射出側レンズ７１０等
からなるリレーレンズ系で構成した導光手段７５０を設
けてあるため、色ムラなどが生じない。

さらに、本実施の形態では、偏光変換光学素子である
集光レンズ部４０１と青色光緑色光反射ダイクロイック
ミラー７０１との間に、光路変更光学素子である折り返
し反射ミラー５０１を配置しているので、偏光変換光学
素子から射出された偏光光の進行方向を変えることがで
きる。これによって、色光分離光学素子、色光合成光学
素子、光変調素子及び投写光学系等が配置される平面
と、寸法が比較的大きい２つの光源部を有する偏光照明
装置１を含む平面とを、平行な状態で配置することがで
き、一方向の厚みを薄くした薄型の投写型表示装置を実
現することが出来る。

また、本実施の形態の投写型表示装置５に組み込まれ
た偏光照明装置１において、第１、第２の光源部１０
１、１０２のうち、いずれか一方を着脱可能としてもよ
い。このように構成することによって、例えば投写型表
示装置５を持ち運びする際に、いずれか一方の光源部を
取り外すことが可能となり、可搬性が向上する。

本例の投写型表示装置５に組み込まれた偏光照明装置
１の２つの光源部１０１、１０２には、発光スペクトル
や輝度特性の異なる２種類の光源ランプが用いられ、さ
らに、それらの光源ランプは選択的に点灯できる構成と
なっている。この様な構成を採用することによって、以
下の様な効果を得ることが出来る。

１）発光スペクトルの異なる２種類の光源ランプを組み
合わせて使用することにより、理想的な照明装置、或い
は、投写型表示装置に理想的な照明装置を実現できる。
この点について一例を挙げて説明する。例えば、投写型
表示装置に使用される光源ランプに対しては、青色光、
緑色光、赤色光の全ての液晶域において光出力が大き
く、且つ、それらの割合がバランスしていることが理想
的であるが、現状では、そのような理想的な光源ランプ
は殆どない。第１４図は、光源ランプと偏光照明装置か
ら射出される光のスペクトルについて示す説明図であ
る。例えば、光源ランプとしては、（Ａ）に示すよう
に、発光効率は比較的高いが赤色光の強度が相対的に低
いランプ（一般的な高圧水銀ランプがこの場合に相当す
る）とが、（Ｂ）に示すように、赤色光の発光強度は比
較的大きいが全体の発光効率が相対的に低いランプ（あ
る種のメタルハライドランプがこの場合に相当する）な
どが一般的に多く存在する。この様な光源ランプの現状
において、（Ａ）と（Ｂ）に示した発光スペクトルを有
する２種類の光源ランプを本例の投写型表示装置５の偏
光照明装置１に用い同時点灯した状態で使用すれば、偏
光照明装置１から射出される光のスペクトルは（Ｃ）に
示すような理想的なものとすることができ、明るく高品
位の投写画像を得られる投写型表示装置を容易に実現す
ることが可能となる。

２）発光スペクトルの異なる２種類の光源ランプを選択
的に点灯可能にすることにより、投写画像の色合いを観
察者の好みに応じて適宜変化させることが可能となる。

３）２つの光源ランプを選択的に点灯可能にすることに
より、投写型表示装置を使用する周辺環境に応じて、或
いは、観察者の好みに応じて投者画像の明るさを適宜変
化させることが可能となる。例えば、周囲が明るい場所
で投写画像を観察する場合には２つの光源部を点灯さ
せ、周囲が暗い場所で投写画像を観察する場合には一方
のみを選択点灯させるという具合である。

４）２つの光源ランプを選択的に切り替えて使用する形
態とすれば、光源ランプ自体の寿命を延ばすことができ
ると共に、例えば、一方の光源ランプが寿命や故障など
で点灯できなくなった場合にも、他方の光源ランプを使
用することによって、投写画像を引き続き表示すること
が可能となるなど、使い勝手が向上する。さらには、例
えば投写型表示装置５をバッテリ駆動する際に、一方の
光源ランプのみを選択点灯することによりバッテリの寿
命時間を長く持たせることもできる。

なお、偏光照明装置１の代りに、前に述べた偏光照明
装置２〜４を用いても良いことは勿論である。

［実施の形態７］ 本発明の偏光照明装置は、光変調素子として反射型の
液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置に対しても、
適用することが可能である。

すなわち、図１５（投写型表示装置のｘｚ平面におけ
る断面図）に示す投写型表示装置６では、実施の形態１
に示した偏光照明装置１の変形例（偏光照明装置１’）
が用いられている。具体的には、実施の形態１に示した
偏光照明装置１では、λ／２位相差板４２１における位
相差層４２２は２次光源像Ｃ１に対応する側に配置され
（図７参照）、また、折り返し反射ミラー５０１を備え
ていたが、本実施の形態の偏光照明装置１では、位相差
層４２２は２次光源像Ｃ２に対応する側に配置され（図
７参照）ると共に、折り返し反射ミラー５０１を備えて
いない点が異なっている。従って、第１及び第２の光源
部１０１、１０２から射出されたランダムの偏光光は、
偏光分離光学素子２０１において、２種類の偏光光に分
離されると共に、分離されたそれぞれの偏光光のうちの
ｘ偏光光については、集光レンズ部（図示せず）のλ／
２位相差板（図示せず）によってｚ偏光光に変換され、
３ヶ所の反射型液晶ライトバルブ８０１、８０２、８０
３を照明する構成となっている。

かかる偏光照明装置１から射出された光は、まず、青
色光緑色光反射の誘電体多層膜と赤色光反射の誘電体多
層膜とが十字状に形成されて成る色光分離用クロスダイ
クロイックプリズム８０４（色光分離光学素子）におい
て、赤色光と、青色光及び緑色光とに分離される。赤色
光は反射ミラー８０５と平行化レンズ７１６を経て第１
の偏光ビームスプリッタ８０８に入射する。一方、青色
光及び緑色光は反射ミラー８０６で反射された後に、緑
色光反射ダイクロイックミラー８０８（色光分離光学素
子）によって緑色光（反射光）と青色光（透過光）とに
分離され、それぞれの色光は平行化レンズ７１６を経
て、対応する第２及び第３の偏光ビームスプリッタ８０
９、８１０に入射する。３ヶ所の偏光ビームスプリッタ
ー８０８、８０９、８１０（偏光分離光学素子）は、そ
の内部に偏光分離面８１１を備え、入射する光のうちの
Ｐ偏光光を透過させ、Ｓ偏光光を反射させることで、Ｐ
偏光光とＳ偏光光とを分離する偏光分離機能を有してい
る光学素子である。図１５においては、偏光照明装置１
から射出された光はその大部分がｙ軸方向に偏光軸を有
する偏光光となっており、上述のＳ偏光光に対応してい
る。一方、Ｐ偏光光はｘ軸もしくはｚ軸方向に偏光軸を
有する偏光光である。

偏光照明装置１から射出された光はその大部分がＳ偏
光光であるため、第１ないし第３の偏光ビームスプリッ
タ８０８、８０９、８１０に入射したそれぞれの色光の
大部分は、偏光分離面８１１で反射され進行方向を略９
０度変えられ、隣接する第１ないし第３の反射型液晶ラ
イトバルブ８０１、８０２、８０３に入射する。但し、
第１ないし第３の偏光ビームスプリッタ８０８、８０
９、８１０に入射したそれぞれの色光の中には、Ｓ偏光
光と偏光方向が異なる偏光光（例えば、Ｐ偏光光）が僅
かながら混入している場合がある。その様な偏光方向が
異なる偏光光な偏光分離面８１１をそのまま通過し、偏
光ビームスプリッタの内部で進行方向を変えられること
なく射出されるため、反射型液晶ライトバルブを照明す
る光とはならない。尚、偏光ビームスプリッタの入射側
に配置されている平行化レンズ７１６の機能は、実施の
形態６で説明した投写型表示装置５に使用されている平
行化レンズ７１６と同様である。従って、本実施の形態
に代えて、偏光ビームスプリッタと反射型液晶ライトバ
ルブとの間に平行化レンズを配置しても良い。また、こ
れらの平行化レンズを省略することも可能である。

反射型液晶ライトバルブに入射した光（Ｓ偏光光）
は、それぞれの液晶ライトバルブにおいて外部からの画
像情報に応じた光変調を受け、具体的にはそれぞれの反
射型液晶ライトバルブから射出される光の偏光方向を表
示情報に対応させて変化させ、且つ、光の進行方向を略
反転されて、反射型液晶ライトバルブから射出される。
反射型液晶ライトバルブから射出された光は、再び偏光
ビームスプリッタに入射するが、この時、それぞれの反
射型液晶ライトバルブからの射出光は表示情報に応じて
部分的にＰ偏光光となっているため、偏光ビームスプリ
ッタの偏光選択機能により、Ｐ偏光光のみが偏光ビーム
スプリッタを通過して（この段階で表示画像が形成され
る。）色光合成用クロスダイクロイックプリズム８１２
へと達する。色光合成用クロスダイクロイックプリズム
８１２（色光合成光学素子）に入射したそれぞれの色光
は一つの光学像に合成され、投写レンズ７１４（投写光
学系）によってカラー画像としてスクリーン７１５上に
投写される。

このように、反射型液晶ライトバルブを用いて構成し
た投写型表示装置６においても、１種類の偏光光を変調
するタイプの反射型液晶ライトバルブが用いられている
ため、従来の照明装置を用いてランダムな偏光光を反射
型液晶ライドバルブに導くと、ランダムな偏光光のうち
の半分以上（約６０％）は、偏光板で吸収されて熱に変
わってしまう。従って、従来の照明装置では光の利用効
率が低いとともに、偏光板の発熱を抑える大型で騒音の
大きな冷却装置が必要であるという問題点があったが、
本実施の形態の投写型表示装置６では、かかる問題点が
大幅に解消されている。

すなわち、本実施の形態の投写型表示装置６では、偏
光照明装置１において、一方の偏光光（たとえば、ｘ偏
光光）のみに対して、λ／２位相差板によって偏光軸の
回転作用を与え、他方の偏光光（たとえば、ｚ偏光光）
と偏光軸が揃った状態とつる。それゆえ、偏光方向の揃
った偏光光が第１ないし第３の反射型液晶ライトバルブ
８０１、８０２、８０３に導かれるので、光の利用効率
が向上し、明るい投写画像を得ることができる。また、
偏光板による光吸収量が低減するので、偏光板での温度
上昇が抑制される。それ故、冷却装置の小型化や低騒音
化を実現できる。さらに、第１及び第２の光源部１０
１、１０２からなる２つの光源部を有し、かつ、いずれ
の光源部からの射出光についても損失することなく偏光
方向を揃えているので、明るい投写画像を得ることがで
きる。しかも、偏光照明装置１では、偏光分離膜として
熱的に安定な誘電体多層膜を用いているため、偏光分離
光学素子２０１の偏光分離性能は、熱的に安定である。
それ故、大きな光出力が要求される投写型表示装置６に
おいても常に安定した偏光分離性能を発揮できる。

さらに、２つの光源部１０１、１０２を用いているに
もかかわらず、照明光の被照明領域に対する入射角度
（照明角）を大きくすることなく、２つの光源部１０
１、１０２からの照明光を合成できるため、照明光の断
面積は１つの光源部を用いた場合と同じであり、従っ
て、一定面積当たりの光量を１つの光源部を用いた場合
と比較して２倍にすることができる。従って、より明る
い投写画像を実現できる。

また、本実施の形態の投写型表示装置６においても、
前述したように、第１及び第２の光源部１０１、１０２
のうち、いずれか一方を着脱可能としたり、第１及び第
２の光源部１０１、１０２に発光スペクトルや輝度特性
が互いに異なる２種類の光源ランプを用いたり、２つの
光源ランプを選択的に点灯可能とする構成とすることが
可能であり、前述したような効果を得ることができる。

尚、それぞれの偏光ビームスプリッタ８０８、８０
９、８１０の入射側と、それぞれの偏光ビームスプリッ
タ８０８、８０９、８１０の射出側或いは色光合成用ク
ロスダイクロイックプリズムの射出側の何れかに、偏光
板を配置してもよく、その場合には、表示画像のコント
ラスト比を向上できる可能性がある。

本実施形態のように反射型のライトバルブを用いた投
写型表示装置としては、色分離、及び、色合成の光学系
を、１つの偏光ビームスプリッタと、１つの色分離・合
成プリズムとの組み合わせで構成するものが知られてい
る。この場合は、偏光照明装置から射出された偏光光
を、偏光ビームスプリッタによって色分離・合成プリズ
ムへ導き、この色分離・合成プリズムによって色分離さ
れた光を反射型のライトバルブへ射出する。そして、反
射型のライトバルブによって変調された光を、再度色分
離・合成プリズムへ入射させて合成し、偏光ビームスプ
リッタを介して投写することになる。

なお、偏光照明装置１の代りに、前に述べた偏光照明
装置２〜４を用いても良いことは勿論である。

［その他の実施形態］ 透過型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置にお
いては、実施の形態６の投写型表示装置５で用いたクロ
スダイクロイックプリズム７１３に代えて、２枚のダイ
クロイックミラーによって色光合成光学素子を構成し
た、いわゆるミラー光学系に対しても、本発明の偏光照
明装置を適用することが出来る。ミラー光学系の場合に
は、３ヶ所の液晶ライトバルブと偏光照明装置との間の
光路の長さを等しくできるため、実施の形態１に示した
ような導光手段７５０を用いなくとも、明るさムラや色
ムラの少ない効果的な照明を行える特徴がある。

上記の実施の形態１から６においては、集光レンズ部
４０１においてｚ偏光光をｘ偏光光に変換し、ｘ偏光光
を照明光として用いているが、実施の形態７で説明した
ように、逆にｘ偏光光をｚ偏光光に変換し、ｚ偏光光を
照明光として用いてもよい。この場合にはλ／２位相差
板４２１の位相差層４２２をｘ偏光光による２次光源像
が形成される位置に配置すればよい。また、ｚ偏光光及
びｘ偏光光の双方に対して偏光軸の回転作用を与えるこ
とにより、偏光軸を揃えてもよい。この場合には双方の
偏光光による２次光源像が形成される位置に位相差層を
配置すればよい。

また、上記の例では、λ／２位相差板、λ／４位相差
板として一般的な高分子フィルムからなるものを想定し
ている。しかし、これらの位相差板をツイステッド・ネ
マチック液晶（ＴＮ液晶）を用いて構成してもよい。Ｔ
Ｎ液晶を用いた場合には、位相差板の波長依存性を小さ
くできるので、一般的な高分子フィルムを用いた場合に
比べて、λ／２位相差板及びλ／４位相差板の偏光変換
性能を向上させることができる。

尚、上記実施形態にかかる偏光照明装置は、液晶ライト
バルブのような、特定偏光光を利用するライトバルブを
備えた投写型表示装置に、特に、有効である。しかしな
がら、ＤＭＤ（米テキサスインスツルメント社の登録商
標）等、特定偏光光を利用しないようなライトバルブを
備えた投写型表示装置に本願発明を適用する場合であっ
ても、上記実施形態に係る投写型表示装置と同様の効果
を得ることが可能である。

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の方向から入射した光を２種類の偏
   光光に分離して、透過光を第３の方向に射出し、反射光
   を第４の方向に射出する第１の偏光分離膜と、第２の方
   向から入射した光を２種類の偏光光に分離して、反射光
   を前記第４の方向に射出し、透過光を第５の方向に射出
   する第２の偏光分離膜とを有する偏光分離光学素子と、 前記第１の方向から前記偏光分離光学素子に光を入射さ
   せる第１の光源部と、 前記第２の方向から前記偏光分離光学素子に光を入射さ
   せる第２の光源部と、 前記偏光分離光学素子によって前記第３の方向に射出さ
   れた光の進行方向を略反転させるとともに複数の集光像
   を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第１の集光
   反射光学素子と、 前記偏光分離光学素子によって前記第５の方向に射出さ
   れた光の進行方向を略反転させるとともに複数の集光像
   を形成する複数の微小集光反射素子を備えた第２の集光
   反射光学素子と、 前記偏光分離光学素子によって前記第４の方向に射出さ
   れた光の進行方向を略反転させる反射光学素子と、 前記偏光分離光学素子と前記第１の集光反射光学素子と
   の間に配置された第１の偏光状態変換光学素子と、 前記偏光分離光学素子と前記第２の集光反射光学素子と
   の間に配置された第２の偏光状態変換光学素子と、 前記偏光分離光学素子と前記反射光学素子との間に配置
   された第３の偏光状態変換光学素子と、 前記偏光分離光学素子から第６の方向へ射出された光の
   偏光方向を揃える偏光変換光学素子と、を備えた偏光照
   明装置であって、 前記第１の集光反射光学素子の前記微小集光反射素子に
   よって反射されて前記偏光変換光学素子に入射する光束
   の中心軸と、前記第２の集光反射光学素子の前記微小集
   光反射素子によって反射されて前記偏光変換光学素子に
   入射する光束の中心軸とは、互いに略平行であり、かつ
   重なり合わないことを特徴とする偏光照明装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記第１の光源部から射出し前記第１の偏光分離膜で反
   射された偏光光、及び、前記第２の光源部から射出し前
   記第２の偏光分離膜で反射された偏光光が、射出時とは
   異なる前記第２及び前記第１の光源部に入射するよう
   に、前記反射光学素子が配置されていることを特徴とす
   る偏光照明装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記微小集光反射素子の開口形状は、被照明領域の形状
   と相似形であることを特徴とする偏光照明装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、 前記偏光変換光学素子の入射面側或いは射出面側には、
   前記偏光分離光学素子から射出された光を集光するため
   に、複数の集光素子を備えた集光光学素子が配置されて
   いることを特徴とする偏光照明装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかにおいて、 前記偏光変換光学素子の射出面側には、前記偏光変換光
   学素子から射出された光を被照明領域上に重畳する重畳
   光学素子が配置されていることを特徴とする偏光照明装
   置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかにおいて、 前記偏光変換光学素子の射出面側には、前記偏光変換光
   学素子から射出された光の光路を変更する光路変更光学
   素子が配置されていることを特徴とする偏光照明装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかにおいて、 前記第１及び第２の集光反射光学素子の前記微小集光反
   射素子は、曲面反射ミラーからなることを特徴とする偏
   光照明装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし６のいずれかにおいて、 前記第１及び第２の集光反射光学素子の前記微小集光反
   射素子は、レンズと、前記レンズの前記偏光分離光学素
   子とは反対側の面に設けられた反射面とからなることを
   特徴とする偏光照明装置。
9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかに記載の偏
   光照明装置と、 前記偏光照明装置から射出された光を変調する光変調素
   子と、 前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光
   学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし８のいずれかに記載の
    偏光照明装置と、 前記偏光照明装置から射出された光を複数の色光に分離
    する色光分離光学素子と、 前記色光分離光学素子によって分離された色光をそれぞ
    れ変調する複数の光変調素子と、 前記複数の光変調素子によって変調された光を合成する
    色光合成光学素子と、 前記色光合成光学素子によって合成された光を投写する
    投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装
    置。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし８のいずれかに記載の
    偏光照明装置と、 前記偏光照明装置から射出された光を変調する反射型光
    変調素子と、 前記偏光照明装置から射出された光、及び、前記反射型
    光変調素子によって変調された光に含まれる複数の偏光
    成分を分離する偏光分離光学素子と、 前記反射型光変調素子によって変調され、前記偏光分離
    光学素子を介して射出された光を投写する投写光学系と
    を有することを特徴とする投写型表示装置。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし９のいずれかに記載の
    偏光照明装置と、 前記偏光照明装置から射出された光を変調する複数の反
    射型光変調素子と、 前記偏光照明装置から射出された光、及び、前記複数の
    反射型光変調素子によって変調された光に含まれる複数
    の偏光成分を分離する偏光分離光学素子と、 前記偏光分離光学素子と前記複数の反射型光変調素子と
    の間に配置され、前記偏光照明装置から射出された光を
    複数の色光に分離すると共に、前記複数の反射型光変調
    素子から射出された色光を合成する色光分離合成光学素
    子と、 前記反射型光変調素子によって変調され、前記色光分離
    合成光学素子と前記偏光分離光学素子を介して射出され
    た光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする
    投写型表示装置。
13. 【請求項１３】 請求項１ないし８のいずれかに記載の
    偏光照明装置と、 前記偏光照明装置から射出された光を複数の色光に分離
    する色光分離光学素子と、 前記色光分離光学素子によって分離された色光をそれぞ
    れ変調する複数の反射型光変調素子と、 前記色光分離光学素子によって分離された各色光、及
    び、前記反射型光変調素子によって変調された各色光に
    含まれる複数の偏光成分を分離する複数の偏光分離光学
    素子と、 各々の前記反射型光変調素子によって変調され、各々の
    前記偏光分離光学素子を介して射出された光を合成する
    色光合成光学素子と、 前記色光合成光学素子によって合成された光を投写する
    投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装
    置。
14. 【請求項１４】 請求項１０ないし１３のいずれかにお
    いて、 前記第１、第２の光源部のうち、少なくとも一方が着脱
    可能に構成されていることを特徴とする投写型表示装
    置。
15. 【請求項１５】 請求項１０ないし１３のいずれかにお
    いて、 前記第１、第２の光源部のうち、少なくとも一方が選択
    点灯可能となっていることを特徴とする投写型表示装
    置。