JP3528798B2 - 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、第２の光源部と、 前記第１の光源部から射出された光のうち、偏光方向
が入射面に平行な直線偏光光を透過し、偏光方向が入射
面に直交する直線偏光光を反射する第１の偏光分離膜
と、前記第２の光源部から射出された光のうち、偏光方
向が入射面に直交する直線偏光光を透過し、偏光方向が
入射面に平行な直線偏光光を反射する第２の偏光分離膜
と、を有する偏光分離・合成光学素子と、 前記第１の偏光分離膜を透過した前記直線偏光光の進行
方向を略反転させるとともに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、 前記第１の偏光分離膜、及び、前記第２の偏光分離膜
によって反射された前記直線偏光の進行方向を略反転さ
せるとともに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、 前記第２の偏光分離膜を透過した前記直線偏光の進行
方向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の微
小集光反射素子を備えた第３の集光反射光学素子と、 前記偏光分離・合成光学素子と前記第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・合成光学素子と前記第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・合成光学素子と前記第３の集光反射光
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・合成光学素子によって合成された直線
偏光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及び前記第３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の構成を、より詳細に説明する
と、以下のようになる。

まず、第１の光源部から射出された偏光方向がランダ
ムな光（以下、「ランダムな偏光光」という）のうち、
偏光方向が入射面に平行な直線偏光光は第１の偏光分離
膜を透過し、偏光方向が入射面に直交する直線偏光光は
第１の偏光分離膜によって反射される。一方、第２の光
源部から射出されたランダムな偏光光のうち、偏光方向
が入射面に直交する直線偏光光は第２の偏光分離膜を透
過し、偏光方向が入射面に平行な直線偏光光は第２の偏
光分離膜によって反射される。ここで、「入射面」と
は、光学の分野において用いられる技術用語であり、膜
に対して入射する光束の中心軸と膜に対する法線とを含
む仮想平面を意味する。

第１の偏光分離膜を透過した直交偏光光は、第１の偏
光状態変換光学素子を通過し、第１の集光反射光学素子
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・合成光学素子へ向かう。このとき、
この光は、第１の集光光学反射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方向が約９０度異
なる直線偏光光に変換される。したがって、この光が、
偏光分離・合成光学素子へ戻ると、第１の偏光分離膜に
よって反射され、偏光変換光学素子へ向かう。このよう
にして偏光変換光学素子へ向かう偏光光を、第１の偏光
光束とする。

第１の偏光分離膜、及び、第２の偏光分離膜によって
反射された直線偏光光は、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・
合成光学素子へ向かう。このとき、これらの光は、第２
の集光光学反射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方向が約９０度異なる直線偏光光
に変換される。したがって、この光が、偏光分離・合成
光学素子へ戻ると、第１、第２の偏光分離膜を透過し
て、偏光変換光学素子へ向かう。このようにして偏光変
換光学素子へ向かう偏光光は、第１の偏光光束と偏光方
向がほぼ直交する偏光光である。これを、第２の偏光光
束とする。

第２の偏光分離膜を透過した直線偏光光は、第３の偏
光状態変換光学素子を通過し、第３の集光反射光学素子
によって反射され、再度第３の偏光状態変換光学素子を
通過し、偏光分離・合成光学素子へ向かう。このとき、
この光は、第３の集光光学反射素子によって複数の中間
光束に分離されるとともに、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方向が約９０度異
なる直線偏光光に変換される。したがって、この光が、
偏光分離・合成光学素子へ戻ると、第２の偏光分離膜に
よって反射され、偏光変換光学素子へ向かう。この偏光
光は、第１の偏光光束と同じ偏光方向を有する。したが
って、これも第１の偏光光束とする。

第１の偏光光束の中心軸と、第２の偏光光束の中心軸
とは、互いに平行であり、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
光束の偏光方向と、第２の偏光光束の偏光方向を揃える
ことができる。

以上述べたような構成により、本発明の偏光照明装置
では、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ヶ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及び第３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、互いに平
行である、ということは、第１〜第３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・合成素子に入射することを意味す
る。従って、偏光分離・合成素子の偏光分離・合成特性
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・合成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。

尚、第１ないし第３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の中間光束と第３の中間光束とが偏光変
換光学素子上で重なり合うように、かつ、第１及び第３
の中間光束と、第２の中間光束とが偏光変換光学素子上
で重なり合わないように、第１ないし第３の集光反射光
学素子を配置すればよい。

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に分
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・合成光学素子から射
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
よって分割形成された複数の光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ないし第３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ればよい。

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分割形成された複数の光のそれぞ
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ないし第３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ない
し第３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・合成光学素子と
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。ここで、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や集光光学
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。尚、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・合成光学素子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。

尚、以下の各実施形態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軸に平行な偏光方向の光をｘ偏光光、ｙ
軸に平行な偏光方向の光をｙ偏光光、ｚ軸に平行な偏光
方向の光をｚ偏光光とする。

［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・合成
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２のλ／４位相差板３５２
（第２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）と第２の集光ミラー
板３０２（第２の集光反射光学素子）、集光レンズ部４
０１（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、後で説明するとおり、偏光分離・
合成光学素子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２のλ／４位相差板３５２、第２の集光ミ
ラー板３０２、偏光分離・合成光学素子２０１、及び集
光レンズ部４０１により再び１種類の偏光光として合成
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・合成光学素子２０１、第３のλ／４位相差板３５３
（第３の偏光状態変換光学素子）と前記の第２のλ／４
位相差板３５２、第３の集光ミラー板３０３（第３の集
光反射光学素子）と前記の第２の集光ミラー板３０２、
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な偏光光は、後で説明
するとおり、偏光分離・合成光学素子２０１において２
種類の偏光光に分離された後、第３のλ／４位相差板３
５３、第３の集光ミラー板３０３、第２のλ／４位相差
板３５２、第２の集光ミラー板３０２、偏光分離・合成
光学素子２０１、及び集光レンズ部４０１により再び１
種類の偏光光として合成され、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６０１に至るよう
になっている。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
対してほぼ平行である。

尚、システム光軸Ｌ１は第１の光源部から射出された
光の中心軸とほぼ一致しており、システム光軸Ｌ２は第
２の光源部から射出された光の中心軸とほぼ一致してお
り、システム光軸Ｌは偏光分離・合成光学素子から射出
された合成光の中心軸とほぼ一致している。

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・合成光学素
子２０１に入射する。ここで、放物面リフレクター１２
１、１２２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。

偏光分離・合成光学素子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２０２に内蔵した構造となっている。第１の偏光分離
膜２１１は、第１の光源部１０１から射出される光の中
心軸に対して斜めに配置され、偏光分離・合成光学素子
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２１
２は、第２の光源部１０２から射出される光の中心軸に
対して斜めに配置され、偏光分離・合成光学素子２０１
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・合成光学素子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・合成光学素子２０１は、２つの三角錐プリズム
２９１、２９５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と四
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の三角錐プリズムの側面ＢＦＨ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ＢＤ
Ｈのどちらであっても良く、また、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２１１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２
９１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２９５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・合成光学素子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・合成光学
素子２０１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外
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とほぼ平行に
配置されている。また、偏光分離・合成光学素子２０１
の第４の面２３２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外側には第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４の面２３２とほぼ平行に配置されて
いる。さらに、偏光分離・合成光学素子２０１の第５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外側には第３の集光ミ
ラー板３０３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と第３の集光ミラー板３０３
とが、第５の面２３３とほぼ平行に配置されている。第
１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３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３５
１、３５２、３５３は偏光分離・合成光学素子２０１か
ら離して描かれているが、偏光分離・合成光学素子２０
１に密着させて配置する方が望ましい。

偏光分離・合成光学素子２０１の第６の面２３４の側
には、後で詳しく説明する集光レンズ板４１１、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２
種類の偏光光に分離され、集光レンズ板４０１に導かれ
るまでの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、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に至る光路は直線的に
表現されている。尚、後に説明する図９、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、偏光方向が第１の偏光分離膜２１１の入射面（ｘｙ
平面）と平行な直線偏光光と、偏光方向が第１の偏光分
離膜２１１の入射面（ｘｙ平面）と直交する直線偏光光
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・合成光
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。ここで、第１の偏光分離膜
２１１は、偏光方向が第１の偏光分離膜の入射面（ｘｙ
平面）と平行な直線偏光光であるｙ偏光光を透過し、偏
光方向が第１の偏光分離膜２１１と直交する直線偏光光
であるｚ偏光光を反射する。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へと向かい、ｚ偏光光は第
１の偏光分離膜２１１で反射されて偏光分離・合成光学
素子２０１の第４の面２３２へと進行方向を変える。
尚、偏光分離膜２１１は、Ｐ偏光光を透過し、Ｓ偏光光
を反射する偏光分離膜として、通常用いられているもの
である。

偏光分離・合成光学素子２０１により分離された２種
類の偏光光は、第１及び第２のλ／４位相差板３５１、
３５２を通過し、第１及び第２の集光ミラー板３０１、
３０２によりそれぞれ反射される。

これらの集光ミラー板３０１、３０２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１０
１、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３の集光ミラー板３０３も同様
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２のλ／４位相差板
３５１、３５２を通過し、第１及び第２の集光ミラー板
３０１、３０２により反射され、再度λ／４位相差板３
５１、３５２を通過する間に、偏光光の進行方向を略１
８０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、
３０２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方向の回転
方向も変化する。すなわち、右回りの円偏光光は左回り
の円偏光光へと（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１８０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、３５２を
通過する際にｚ偏光光３２５へと変換される。また、λ
／４位相差板３５２に入射したｚ偏光光３２５は、λ／
４位相差板により左回りの円偏光光３２４（但し、λ／
４位相差板の設置の仕方によっては右回りの円偏光光と
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方向の回転
方向も変化する。すなわち、左回りの円偏光光は右回り
の円偏光光へと（右回りの円偏光光は左回りの円偏光光
へと）変化する。ミラー板３２１により光の進行方向を
略１８０度反転され、同時に右回りの円偏光光３２３と
なった偏光光は、再度λ／４位相差板３５２を通過する
際にｘ偏光光３２２へと変換される。

再び、図３に基づいて説明する。第３の面２３１に達
したｙ偏光光は、第１のλ／４位相差板３５１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１８
０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。他方、第４の面２３２に達したｚ
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、今度は第１の
偏光分離膜２１１をそのまま透過し、第６の面２３４へ
と向かう。すなわち、第１の偏光分離膜２１１は偏光合
成膜としても機能していることになるので、光学素子２
０１は、偏光分離・合成光学素子として機能する。

第１及び第２の集光ミラー板３０１、３０２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、各々
の集光ミラー板３０１、３０２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。本実施形態の偏光照明装置１では、このような二
次光源像が形成される位置付近に、集光レンズ部４０１
が配置されている。

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方向にシフ
トした状態で配置されている。また、第２の集光ミラー
板３０２は、ｙ軸に対して集光ミラー板３０２の略中心
がβ２だけ−ｘ方向にシフトした状態でそれぞれ配置さ
れている。

上記のように各々の集光ミラー板はその位置がｘ軸或
いはｙ軸に対してずらしてあるので、第１の集光ミラー
板３０１の微小集光ミラー３１１によって反射されて集
光レンズ部４０１に入射するｚ偏光の光束の中心軸と、
第２の集光ミラー板３０２の微小集光ミラー３１１によ
って反射されて集光レンズ部４０１に入射するｘ偏光の
光束の中心軸とは、互いに平行であり、かつ重なり合わ
ない。すなわち、第１の集光ミラー板３０１によって形
成されるｚ偏光光により２次光源像と、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
像とは、図１中にＳ１とＰ１で概念的に示されるよう
に、ｘ軸方向に僅かに異なった位置に形成されることに
なる。

次に、図１に基づき、偏光照明装置１において、第２
の光源部１０２から射出されたランダムな偏光光が２種
類の偏光光に分離され、集光レンズ板４０１に導かれる
までの過程について説明する。

第１の光源部１０２から射出されたランダムな偏光光
は、偏光方向が第２の偏光分離膜２１２の入射面（ｙｚ
平面）と平行な直線偏光光と、偏光方向が第２の偏光分
離膜２１２の入射面（ｙｚ平面）と直交する直線偏光光
との混合光として考えることができる。

第２の光源部１０２から射出され、偏光分離・合成光
学素子２０１の第１の面２２１に入射した混合光は、第
２の偏光分離膜２１２によってｘ偏光光とｚ偏光光の２
種類の偏光光に分離される。ここで、第２の偏光分離膜
２１２は、第１の偏光分離膜２１１と異なり、偏光方向
が第２の偏光分離膜の入射面（ｙｚ平面）と平行な直線
偏光光であるｚ偏光光を反射し、偏光方向が第２の偏光
分離膜２１２と直交する直線偏光光であるｘ偏光光を透
過する。すなわち、ランダムな偏光光に含まれるｘ偏光
光が、第１の偏光分離膜２１１をそのまま透過し第３の
面２３１へと向かい、ｚ偏光光が第１の偏光分離膜２１
１で反射されて偏光分離・合成光学素子２０１の第４の
面２３２へと進行方向を変える。このように、入射面と
平行なＰ偏光光を反射し、入射面と直交するＳ偏光光を
反射する偏光分離膜は、ＦＴＩＲ（Frustrated Total I
nternal Reflection）膜と称されている。そして、誘電
体多層膜によるＦＴＩＲ膜は、ベースとなるガラス等の
材料、多層膜の材料、多層膜の構成等の条件を適宜設定
することによって形成できることが知られている。ＦＴ
ＩＲ膜については周知であるため、その詳細な構成につ
いての説明は、省略する。

第２の偏光分離膜２１２により分離されたｚ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及び第３の集光ミラー板
３０２、３０３により反射され、再度λ／４位相差板３
５２、３５３を通過する間に、偏光光の進行方向を略１
８０度反転されると同時に偏光方向が約９０度回転す
る。この偏光光の変化の過程は、先に図５で説明した過
程と同様である。

したがって、第４の面２３２に達したｚ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３０
２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を
そのまま透過し、第６の面２３４へと向かう。他方、第
５の面２３３に達したｘ偏光光は、第３のλ／４位相差
板３５３及び第３の集光ミラー板３０３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、第２の偏光分離膜２１２によって反射されて
ｚ偏光光となって第６の面２３４へと向かう。

第２及び第３の集光ミラー板３０２、３０３は、先に
説明したように、集光作用を有する微小集光ミラー３１
１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、各々の集光ミラー板３０２、３０３
を構成する微小集光ミラー３１１と同数の複数の集光像
（２次光源像）を形成する。

ここで、第２の集光ミラー板３０２は、ｙ軸に対して
集光ミラー板３０２の略中心がβ２だけ−ｘ方向にシフ
トした状態で配置されている。また、第３の集光ミラー
板３０３は、ｙ軸に対して集光ミラー板３０２の略中心
がβ３だけ＋ｘ方向にシフトした状態でそれぞれ配置さ
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によって反射されて集光レンズ部４０１に入射す
るｘ偏光の光束の中心軸と、第３の集光ミラー板３０３
の微小集光ミラー３１１によって反射されて集光レンズ
部４０１に入射するｚ偏光の光束の中心軸とは、互いに
平行であり、かつ重なり合わない。すなわち、第１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
次光源像と、第３の集光ミラー板３０３によって形成さ
れるｚ偏光光による２次光源像とは、図１中にＰ１とＳ
１で概念的に示されるように、ｘ軸方向に僅かに異なっ
た位置に形成されることになる。但し、このとき形成さ
れる２種類の２次光源像（ｚ偏光光による２次光源像と
ｘ偏光光による２次光源像）は、第１の光源部１０１か
ら射出された光によって形成される２種類の２次光源像
と、それぞれ偏光方向が一致するように重なる。すなわ
ち、第１の光源部１０１から射出され、第１の偏光分離
膜２１１、第１のλ／４位相差板３５１、第１の集光ミ
ラー板３０１を介して形成されたｚ偏光光による２次光
源像と、第２の光源部から射出され、第２の偏光分離膜
２１２、第３のλ／４位相差板３５３、第３の集光ミラ
ー板３０３を介して形成されたｚ偏光光による２次光源
像とは、図１中に概念的に示されるように、重なるよう
に同じ位置Ｓ１に形成される。また、第１の光源部から
射出され、第１の偏光分離膜２１１、第２のλ／４位相
差板３５２、第２の集光ミラー板３０２を介して形成さ
れたｘ偏光光による２次光源像と、第２の光源部から射
出され、第２の偏光分離膜２１２、第２のλ／４位相差
板３５２、第２の集光ミラー板３０２を介して形成され
たｘ偏光光による２次光源像とは、図１に概念的に示さ
れるように、重なるように同じ位置Ｐ１に形成される。
そのため、第３の集光ミラー板のシフト量β３はβ１と
等しくなるように設定されている。

次に、上記のようにして集光レンズ部４０１に導かれ
た光束の偏光方向が揃えられ、被照明領域６０１に至る
過程を説明する。

集光レンズ部４０１の集光レンズ板４１１は、その外
観を図６に示すように、矩形状の微小レンズ４１２から
なる複合レンズ体である。そして、集光レンズ板４１１
は、第１ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３
０３を構成する微小集光ミラー３１１の数の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
ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３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
れる集光ミラー板において、その集光ミラー板を構成す
る微小集光ミラーの数の２倍の数の微小レンズ４１２に
よって構成される。

ここで、本実施の形態の場合には、ｘ偏光光による２
次光源像とｚ偏光光による２次光源像との配列間隔はβ
１＋β２に等しい。すなわち、被照明領域６０１側から
集光レンズ板４１１を見た場合に２種類の偏光光が形成
する２次光源像を第７図に示すと、ｘ偏光光が形成する
２次光源像Ｃ１（円形の像のうち、右上がりの斜線を付
した領域）と、ｚ偏光光が形成する２次光源像Ｃ２（円
形の像のうち、左上がりの斜線を付した領域）の２つの
２次光源像がβ１＋β２の間隔を隔ててｘ軸方向に並ぶ
状態で形成されることになる。これに対して、集光レン
ズ板４１１の被照射領域６０１側の面には、ｘ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４２
２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、ｘ偏光光は、位相差層４２２を
通過する際に偏光方向の回転作用を受け、ｘ偏光光はｚ
偏光光へと変換される。一方、ｚ偏光光は、位相差層４
２２を通過しないので、偏光方向の回転作用を受けずに
そのまま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、ｚ偏
光光に揃えられる。

このようにしてｚ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、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５０１
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〜第３の集
光ミラー板３０１、３０２、３０３の微小集光ミラー３
１１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。従って、被照明領域６０１はほと
んど１種類の偏光光で照明される。同時に、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、被照明領域６０１は均一
に照明される。

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・合成光学素子２
０１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１種類の偏光方向
に揃える。したがって、第１及び第２の光源部１０１、
１０２から射出されたランダムな偏光光を損失すること
なく、ほとんど１種類の偏光光に揃えた状態で合成でき
るため、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１０１、１
０２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
て約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の後段に設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・合成光学素子
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・合成光学
素子２０１を構成してあるので、偏光分離・合成光学素
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ないし第３の集
光ミラー板３０１、３０２、３０３の微小集光ミラー３
１１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・合成光学素子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の集光ミラー板３０１及び第３の集
光ミラー板３０３の微小集光反射素子によって反射され
て集光レンズ部４０１に入射するｚ偏光の光束の中心軸
と、第２の集光反射光学素子の微小集光反射素子によっ
て反射されて集光レンズ部４０１に入射するｘ偏光の光
束の中心軸とが、互いに平行である、ということは、第
１〜第３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・合成素子
２０１に入射することを意味する。従って、偏光分離・
合成素子２０１の偏光分離・合成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・合成
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ないし第３の
集光ミラー板３０１、３０２、３０３のｘ軸、ｙ軸、ｚ
軸からのシフト量β１、β２、β３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、ｚ偏光光による２次光源像とｘ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
れると共に、第１の光源部１０１の射出光から形成され
るｚ偏光光による２次光源像と第２の光源部１０２の射
出光から形成されるｚ偏光光による２次光源像とが重な
り合うように、また、第１の光源部１０１の射出光から
形成されるｘ偏光光による２次光源像と第２の光源部１
０２の射出光から形成されるｘ偏光光による２次光源像
とが重なり合うように、第１ないし第３の集光ミラー板
のシフト量β１、β２、β３とそれらのシフトの方向を
各々設定すればよい。

従って、第１ないし第３の集光ミラー板の全てを対応
するそれぞれの軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）に対して平行シ
フトさせる必要は必ずしもない。例えば、第２の集光ミ
ラー板３０２のみを平行シフトさせ、第１及び第３の集
光ミラー板３０１、３０３は平行シフトさせずに、それ
ぞれの集光ミラー板の略中心をｘ軸或いはｚ軸が通過す
るように配置しても良い。逆に、第１及び第３の集光ミ
ラー板３０１、３０３のみを平行シフトさせ、第２の集
光ミラー板３０２は平行シフトさせずに、第２の集光ミ
ラー板３０２の略中心をｙ軸が通過するように配置して
も良い。但し、第１ないし第３の集光ミラー板のシフト
量とそれらのシフトの方向によっては、集光レンズ部４
０１をｙ軸に対して同様にシフトさせる必要がある場合
もある。

尚、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、限定がない。例えば、λ／２位相差板４２１を集光
レンズ板４１１の光源部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ない
し第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３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３１１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ないし第３の集
光ミラー板３０１、３０２、３０３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。但し、後者の場合に
は、図７で示したｘ偏光光によって形成される２次光源
像とｚ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
特に限定がない。但し、図７に示すように、ｘ偏光光が
形成する２次光源像Ｃ１とｚ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４
１１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、ｘ偏光光に
よる２次光源像の形成位置とｚ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ｚ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ｘ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、ｘ偏光光が形成する
２次光源像とｚ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ないし第３の集光ミラー板３
０１、３０２、３０３を配置したが、図８に示す偏光照
明装置２のように、ｘ偏光光が形成する２次光源像とｚ
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ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３
０３を配置してもよい。図８中、Ｐ２、Ｓ２は、それぞ
れ、ｘ偏光光、ｚ偏光光による２次光源像が形成される
位置を概念的に示したものである。そして、この場合に
は、例えば、第１の集光ミラー板３０１はその略中心が
ｘ軸に対してγ１だけ−ｚ方向に、第２の集光ミラー板
３０２はその略中心がｙ軸に対してγ２だけ＋ｚ方向
に、第３の集光ミラー板３０３はその略中心がｚ軸に対
してγ３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。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・合
成光学素子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・合成光学素子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心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・合成光学
素子２０１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、偏心分離膜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・合成光
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・合成光学素子２０１
の低コスト化及び軽量化を図ることができる。尚、本例
の偏光分離・合成光学素子２０１では、第１ないし第３
の実施形態における偏光分離・合成光学素子２１０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、光源部１０１、１０２、λ／
４位相差板３５１、３５２、３５３、集光ミラー板３０
１、３０２、３０３、集光レンズ部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
ないし第３の集光ミラー板３０１、３０２、３０３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ないし第３の集光ミラー板に重畳レンズ
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
示装置の一例を示してある。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可能としてい
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ｙｚ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・合成光学素子２０１に
おいて２種類の偏光光に分離された後、偏光方向が揃え
られて集光レンズ部から射出される。本実施形態では、
偏光方向は、ｚ方向に揃えられている。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７０１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後述する投写レンズに入射する光
を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７５０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、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）を通過してスクリーン７１
５上に画像を形成する。

このように構成した投写型表示装置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
ともに、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、ｘ偏
光光）のみに対して、λ／２位相差板４２１によって偏
光方向の回転作用を与え、他方の偏光光（たとえば、ｚ
偏光光）と偏光方向が揃った状態とする。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１０１、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・合成光学素子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・合成光学素子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、赤色光の全ての波長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）とか、（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写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。

尚、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が用いられており、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
光光は、偏光分離・合成光学素子２０１において２種類
の偏光光に分離された後、偏光方向が揃えられて集光レ
ンズ部から射出される。本実施形態では、偏光方向は、
ｚ方向に揃えられ、この偏光光によって、３ヶ所の反射
型液晶ライトバルブ８０１、８０２、８０３を照明する
構成となっている。

かかる偏光照明装置１（本実施の形態においても、先
の投写型表示装置５の場合と同様に、集光レンズ部や光
路変更光学素子である折り返し反射ミラー等を備えてい
るが、それらは省略されて描かれている。）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８０
７（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８０９、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。偏光照明装置１の
集光レンズ部４０１（図１）から射出された光はその大
部分がｚ偏光光である。このｚ偏光光は、折り返しミラ
ー５０１で反射されるとｙ偏光光となるが、ｙ偏光光
は、第１乃至第３の偏光ビームスプリッタ８０８、８０
９、８１０の偏光分離面８１１に対してはＳ偏光光であ
る。したがって、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
異なる偏光光は偏光分離面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％）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（図示せず）によ
って偏光方向の回転作用を与え、他方の偏光光（たとえ
ば、ｚ偏光光）と偏光方向が揃った状態とする。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１０１、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・合成光学素子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、
偏光変換光学素子である集光レンズ部（図示せず。）と
色光分離用クロスダイクロイックプリズム８０４との間
に、光路変更光学素子である折り返し反射ミラー（図示
せず。）を配置しているので、実施の形態６で述べたよ
うに、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。

さらにまた、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。

また、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。

尚、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。

上記の何れの実施の形態においても、集光レンズ部４
０１においてはｘ偏光光をｚ偏光光に変換し、偏光方向
がｚ方向に揃えられた光を照明光として用いているが、
逆にｚ偏光光をｘ偏光光に変換し、偏光方向がｘ方向に
揃えられた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ｚ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方向の回
転作用を与えることにより、偏光方向を揃えてもよい。
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。

また、上記の実施形態では、いずれも、第２の偏光分
離膜を誘電体多層膜で構成しているが、ＦＴＩＲ膜は、
所定の液晶材料によって構成できることも知られてい
る。従って、第２の偏光分離膜をこのような液晶材料に
よる液晶層で構成することも可能である。

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 (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１、第２の光源部と、 前記第１の光源部から射出された光のうち、偏光方向が
   入射面に平行な直線偏光光を透過し、偏光方向が入射面
   に直交する直線偏光光を反射する第１の偏光分離膜と、
   前記第２の光源部から射出された光のうち、偏光方向が
   入射面に直交する直線偏光光を透過し、偏光方向が入射
   面に平行な直線偏光光を反射する第２の偏光分離膜と、
   を有する偏光分離・合成光学素子と、 前記第１の偏光分離膜を透過した前記直線偏光光の進行
   方向を略反転させるとともに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、 前記第１の偏光分離膜、及び、前記第２の偏光分離膜に
   よって反射された前記直線偏光の進行方向を略反転させ
   るとともに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、 前記第２の偏光分離膜を透過した前記直線偏光の進行方
   向を略反転させるとともに集光像を形成する複数の微小
   集光反射素子を備えた第３の集光反射光学素子と、 前記偏光分離・合成光学素子と前記第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・合成光学素子と前記第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・合成光学素子と前記第３の集光反射光学
   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・合成光学素子によって合成された直線偏
   光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及び前記第３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。
3. 【請求項３】 請求項１または２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・合成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。
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。
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。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかにおいて、 前記第１ないし第３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。
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ないし第３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・合
   成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。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７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。
9. 【請求項９】 請求項１ないし７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。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし７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。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし７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。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし７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。
13. 【請求項１３】 請求項９ないし１２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。
14. 【請求項１４】 請求項９ないし１２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。