JP3646525B2 - 照明光学系、及びこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、照明光を直線偏光光とする照明光学系、及びこれを用いた投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータやテレビなどの表示画面を表示する装置のひとつとして、投写型表示装置がある。投写型表示装置は、光源から射出された光を、ライトバルブと呼ばれる電気光学効果デバイスによって変調し、変調された光をスクリーン上に投影して画像を表示するものである。
【０００３】
このような投写型表示装置のライトバルブとして主に液晶装置が用いられている。液晶装置において、照明光が入射する面には、通常、偏光板が設けられており、所定の直線偏光光のみが照明光として利用され、他の直線偏光光は照明光として利用されない。従って、非偏光な光を有する照明光が液晶装置を照明するような投写型表示装置においては、照明光の利用効率が低下してしまい、照明光の明るさに比べてスクリーン上に投写された画像が暗くなってしまう。この問題を解決するために、従来から、非偏光な照明光を、液晶装置において利用可能な直線偏光光に変換する偏光変換光学系が照明光学系に利用されている。
【０００４】
図６は、従来の照明光学系の要部を示す概略平面図である。この照明光学系１０００は、レンズアレイ１０２０と、偏光分離部１０３０と、複数のλ／２位相差板１０５２とを備えている。偏光分離部１０３０は、偏光分離板１０３５と直角プリズムとを備えている。偏光分離板１０３５は、ガラス基板１０３６上の一方の面に設けられた偏光分離膜１０３８と、他方の面に設けられた反射膜１０３９とで構成されている。偏光分離板１０３５は、偏光分離膜１０３８が直角プリズム１０３１の斜面１０３４に接するように直角プリズム１０３１に貼り合わされている。
【０００５】
図示しない光源から射出された非偏光な光束（ｓ偏光成分およびｐ偏光成分の両方を有する光）は、レンズアレイ１０２０を構成する複数の小レンズ１０２２によって複数の部分光束に分割される。１つの小レンズ１０２２から射出された部分光束は、光入射面１０３２から直角プリズム１０３１に入射して偏光分離膜１０３８に入射する。このとき、偏光分離膜１０３８の偏光分離作用によって、部分光束を構成するｓ偏光成分のほとんどが、入射方向に対してほぼ垂直な方向に反射して直角プリズム１０３１の射出面１０３３の方向に進む。一方、ｐ偏光成分は、偏光分離膜１０３８をほとんど透過して、反射膜１０３５で入射方向に対してほぼ垂直な方向に反射して直角プリズム１０３１の射出面１０３３の方向に進む。これらのｓ偏光の部分光束とｐ偏光の部分光束とは、射出面１０３３の空間的に互いに分離された位置から射出される。なお、レンズアレイ１０２０の他の小レンズ１０２２から射出された部分光束も同様である。すなわち、偏光分離部１０３０によって、非偏光な部分光束のそれぞれは、ｐ偏光光とｓ偏光光の２種類の直線偏光光に分離される。
【０００６】
直角プリズム１０３１の射出面１０３３から射出されたｐ偏光の部分光束の各光路上には、λ／２位相差板１０５２が設けられており、ｐ偏光の部分光束はｓ偏光の部分光束に変換される。この結果、レンズアレイ１０２０から射出された部分光束のそれぞれは、ほとんどｓ偏光光に変換される。
【０００７】
以上のように、この照明光学系１０００は、偏光分離部１０３０と複数のλ／２位相差板１０５２とを有する偏光変換光学系によって、光源から射出された非偏光な光束をほとんど１種類の直線偏光光（ｓ偏光光）に変換して、利用効率の高い照明光学系を実現している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記偏光分離膜１０３８は、複数の誘電体を多層に積層することにより形成されるため、偏光分離板１０３５を形成するための製造が容易ではなく、製造コストも比較的高額となっていた。また、偏光分離膜１０３８の界面が空気と接するとした場合には、偏光分離特性の良い膜を設計することは困難であるため、通常、膜の設計はその界面がガラスに接する条件で行われる。従って、従来の偏光分離部１０３０においては、直角プリズム１０３１を省略することができない。この直角プリズムは、比較的大型で高額であるため、小型化、低価格化が困難である。以上のことから、従来の偏光変換光学系は、簡単に構成することができないという問題があった。
【０００９】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、従来に比べて簡単な構成で偏光変換光学系を実現することにより、光の利用効率の高い照明光学系及びこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題を解決するため、本発明の照明光学系は、
所定の照明領域を照明する照明光学系であって、
非偏光な光束を射出する光源と、
前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学系と、
前記複数の部分光束を所定の直線偏光光に変換して射出する偏光変換光学系と、
前記偏光変換光学系から射出された複数の部分光束のそれぞれが、前記所定の照明領域を照明するように重畳する重畳光学系と、を備え、
前記光束分割光学系は、前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束を集光させるレンズアレイを有しており、
前記偏光変換光学系は、
入射した光束を２種類の直線偏光光に分離するとともに、一方の直線偏光光については反射し、他方の直線偏光光については透過する反射型偏光板と、前記反射型偏光板に平行に配置され、前記反射型偏光板を透過した前記他方の直線偏光光を反射する反射板とを有し、前記レンズアレイから射出された複数の部分光束のそれぞれについて、前記反射型偏光板で反射された一方の直線偏光光と、前記反射板で反射された他方の直線偏光光とに空間的に分離する偏光分離部と、
前記偏光分離部から射出された前記複数の部分光束のそれぞれについて、前記２種類の直線偏光光のうち、一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換して、前記２種類の直線偏光光を所定の直線偏光光に揃える偏光変換部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記照明光学系は、反射型偏光板によって複数の部分光束のそれぞれを２種類の直線偏光光にほぼ分離する構成としている。従って、従来に比べて偏光分離部の製造が容易である。これにより、従来に比べて簡単な構成で偏光変換光学系を実現することができ、光の利用効率の高い照明光学を提供することができる。
【００１２】
上記照明光学系において、
前記反射型偏光板は、前記所定の照明領域を照明する照明光の色が所定の色光となるように光の透過率および反射率が調整されていることが好ましい。このとき、前記反射型偏光板は、入射する光のうち特定の波長領域における光の透過率および反射率が他の波長領域における光の透過率および反射率よりも高くなるように調整されているようにしてもよい。あるいは、前記反射型偏光板は、入射する光のうち特定の波長領域における光の透過率および反射率が他の波長領域の光の透過率および反射率よりも低くなるように調整されているようにしてもよい。
【００１３】
上記のいずれかのようにすれば、所望の色バランスを有する照明光を実現することができる。
【００１４】
本発明の投写型表示装置は、
スクリーン上に画像を投写して表示する投写型表示装置であって、
与えられた画像信号に応じて画像を形成する光を射出する電気光学効果デバイスと、
前記電気光学効果デバイスに照明光を照射する照明光学系と、
前記電気光学効果デバイスから射出された光を投影して前記スクリーン上に画像を投写する投写光学系と、
を備え、
前記照明光学系は、
非偏光な光束を射出する光源と、
前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学系と、
前記複数の部分光束を所定の直線偏光光に変換して射出する偏光変換光学系と、
前記偏光変換光学系から射出された複数の部分光束のそれぞれが、前記所定の照明領域を照明するように重畳する重畳光学系と、を備え、
前記光束分割光学系は、前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束を集光させるレンズアレイを有しており、
前記偏光変換光学系は、
入射した光束を２種類の直線偏光光に分離するとともに、一方の直線偏光光については反射し、他方の直線偏光光については透過する反射型偏光板と、前記反射型偏光板に平行に配置され、前記反射型偏光板を透過した前記他方の直線偏光光を反射する反射板とを有し、前記レンズアレイから射出された複数の部分光束のそれぞれについて、前記反射型偏光板で反射された一方の直線偏光光と、前記反射板で反射された他方の直線偏光光とに空間的に分離する偏光分離部と、
前記偏光分離部から射出された前記複数の部分光束のそれぞれについて、前記２種類の直線偏光光のうち、一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換して、前記２種類の直線偏光光を所定の直線偏光光に揃える偏光変換部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
上記投写型表示装置は上記照明光学系を用いているので、上記照明光学系と同様な作用・効果を得ることができる。これにより、簡単な構成で光の利用効率の高い投写型表示装置を提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、光の進行方向をｚ方向、光の進行方向（ｚ方向）からみて３時の方向をｘ方向、１２時の方向をｙ方向とする。
【００１７】
Ａ．照明光学系：
図１は、本発明の照明光学系の要部を示す概略平面図である。この照明光学系１００は、ほぼ平行な光束を射出する光源１１０と、第１のレンズアレイ１２０と、偏光分離板１３０と、第２のレンズアレイ１４０と、複数のλ／２位相差板１５２と、重畳レンズ１６０とを備えている。照明光学系１００は、照明領域１８０をほぼ均一に照明するためのインテグレータ光学系でもある。
【００１８】
光源１１０は、放射状の光線を射出する放射光源としての光源ランプ１１２と、光源ランプ１１２から射出された放射光をほぼ平行な光線束として射出する凹面鏡１１４とを有している。光源ランプ１１２としては、通常、メタルハライドランプや高圧水銀ランプなどが用いられる。凹面鏡１１４としては、放物面鏡を用いることが好ましいが、楕円面鏡や球面鏡も使用可能である。
【００１９】
第１と第２のレンズアレイ１２０，１４０は、光束分割光学系としての機能を有している。そのうち、第１のレンズアレイ１２０は、光源１１０からの射出光を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束を集光させる機能を有している。また、第２のレンズアレイ１４０は、各部分光束の中心軸をシステム光軸ＳＣに平行に揃える機能を有している。なお、光源からの射出光の平行性が優れている場合には、第２のレンズアレイ１４０を省略することも可能である。
【００２０】
図２は、第１のレンズアレイ１２０の外観を示す斜視図である。第１のレンズアレイ１２０は略矩形状の輪郭を有する小レンズ１２２が直交マトリクス状にＭ行×Ｎ列配列された構成を有している。ここで、ｘ方向がレンズアレイの行方向、ｙ方向が列方向に対応している。この例では、Ｍ＝６，Ｎ＝４である。第１のレンズアレイ１２０の各小レンズ１２２は、光源１１０（図１）から射出された光束を複数の（すなわちＭ×Ｎ個の）部分光束に分割し、各部分光束を第２のレンズアレイ１４０の近傍で集光させる。各小レンズ１２２をｚ方向から見た外形形状は、照明領域１８０の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。この実施例では、小レンズ１２２のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）は４：３に設定されている。第２のレンズアレイ１４０は、第１のレンズアレイ１２０を構成する小レンズ１２２の２倍の数の小レンズがＭ行ＮＮ列のマトリクス状に配列された構成を有している。すなわち、第１のレンズアレイ１２０の小レンズ１２２の１つに対して、第２のレンズアレイ１４０のｘ方向に並ぶ２つの小レンズ１４２，１４３が対応しており、小レンズ１４２，１４３のｘ方向の幅は小レンズ１２２のｘ方向の幅の約１／２である。なお、ＮＮ＝２×Ｎである。
【００２１】
図１に示す偏光分離板１３０は、ガラス基板１３２と、ガラス基板上の一方の面に貼りつけられた反射型偏光板１３４と、他方の面に貼りつけられて反射板１３６とを備えている。この偏光分離板１３０は、反射型偏光板１３４の面が第１のレンズアレイ１２０および第２のレンズアレイ１４０の側を向き、かつ、第１のレンズアレイ１２０の射出面と反射型偏光板１３４とのなす角および第２のレンズアレイ１４０の入射面と反射型偏光板１３４とのなす角がそれぞれ約４５度となるように配置されている。従って、第１のレンズアレイ１２０と第２のレンズアレイ１４０とは、互いに垂直な方向を向いて配置されている。
【００２２】
偏光分離板１３０は、複数のλ／２位相差板１５２とともに以下に説明するように機能する。
【００２３】
図３は、偏光分離板１３０と、第１のレンズアレイ１２０と、第２のレンズアレイ１４０と、複数のλ／２位相差板１５２とを示す概略平面図である。なお、図３では、説明を容易にするため、第１のレンズアレイ１２０によって分割された複数の部分光束のうち一つの部分光束の中心光軸を実線および破線で示している。第１のレンズアレイ１２０から射出した非偏光な部分光束（すなわちｐ偏光成分およびｓ偏光成分の両方を有する部分光束）は、偏光分離板１３０の反射型偏光板１３４に入射する。反射型偏光板１３４は、設定された透過軸方向の光を主に透過し、反射軸方向の光を主に反射する機能を有している。例えば、透過軸がｐ偏光の方向に設定され、反射軸がｓ偏光の方向に設定されている。このとき、反射型偏光板１３４に入射した部分光束に含まれる光のうち、ｓ偏光成分のほとんどは入射方向に対してほぼ垂直な方向に反射する。一方、ｐ偏光成分は、反射型偏光板１３４をそのまま透過し、反射板１３６で入射方向に対してほぼ垂直に反射する。反射型偏光板１３４で反射したｓ偏光成分と反射板１３６で反射したｐ偏光成分とは、互いにｘ軸方向に空間的に分離される。なお、第１のレンズアレイ１２０の他の小レンズ１２２によって分割された他の部分光束も同様である。すなわち、この偏光分離板１３０は、非偏光な部分光束のそれぞれを、ｐ偏光光とｓ偏光光の２種類の直線偏光光に分離する。なお、反射型偏光板の構成については後述する。
【００２４】
λ／２位相差板１５２は、反射板１３６と各小レンズ１４３との間のｐ偏光の部分光束の光路上に設けられている。図３では、各小レンズ１４３の入射面上に貼りつけられて示されている。λ／２位相差板１５２は、偏光分離板１３０で分離された２種類の直線偏光光のうち、一方の直線偏光光の偏光方向を他方の直線偏光光の偏光方向に変換して、２種類の直線偏光光の偏光方向を揃える偏光変換光学系としての機能を有している。図３では、ｐ偏光の各部分光束がｓ偏光の部分光束に変換される。この結果、第２のレンズアレイ１４０に入射する複数の部分光束は、ほとんどｓ偏光光に変換される。なお、ｓ偏光の部分光束の通過する位置にλ／２位相差板を設けて、ほとんどｐ偏光光に変換することもできる。
【００２５】
なお、偏光分離板１３０は本発明の偏光分離部に相当し、複数のλ／２位相差板１５２は本発明の偏光変換部に相当する。そして、偏光分離板１３０と複数のλ／２位相差板１５２とを含む光学系が本発明の偏光変換光学系に相当する。
【００２６】
ここで、上記のように一つの部分光束から分離された２つの直線偏光光の間隔Ｄｐは、偏光分離板１３０の厚みｔの√２倍にほぼ等しくなる。第２のレンズアレイ１４０は、それぞれの部分光束から分離された２つの直線偏光光が、対応する２つの小レンズ１４２，１４３にちょうど入射して有効に利用されるように配置することが好ましい。例えば、第１のレンズアレイ１２０の中心光軸１２０ＬＣ上に反射型偏光板１３４の中心１３４Ｃを合わせるように配置した場合には、第２のレンズアレイ１４０は、その中心光軸１４０ＬＣの位置が反射型偏光板１３４の中心位置１３４Ｃに対して−Ｘ方向にＤｐ／２だけずれるように配置することが好ましい。
【００２７】
図１に戻って、重畳レンズ１６０は、第２のレンズアレイ１４０の各小レンズ１４２，１４３から射出された部分光束を重畳させて、照明領域１８０に集光させる重畳光学系としての機能を有する。
【００２８】
光源１１０から射出された略平行な光束は、第１のレンズアレイ１２０の複数の小レンズ１２２によって複数の部分光束に分割されるとともに、第２のレンズアレイ１４０の近傍で２次光源像を結像するように集光される。一つの部分光束Ｌｐ（ｐ＋ｓ）は非偏光な部分光束は、偏光分離板１３０に入射して、第２のレンズアレイ１４０に向かう光路上のｘ方向の異なる位置を通過する２つの部分光束Ｌｐａ（ｓ），Ｌｐｂ（ｐ）に分離されて射出する。ここで、部分光束Ｌｐａ（ｓ）はｓ偏光光を、Ｌｐｂ（ｐ）はｐ偏光光を示している。ｓ偏光の部分光束Ｌｐａ（ｓ）は、第２のレンズアレイ１４０を通過して重畳レンズ１６０に入射する。重畳レンズ１６０に入射した部分光束Ｌｐａ（ｓ）は、重畳レンズ１６０の重畳作用によって、照明領域１８０を照明する。一方、ｐ偏光の部分光束Ｌｐｂ（ｐ）は、λ／２位相差板１５２に入射してｓ偏光の部分光束Ｌｐｂ（ｓ）に変換されて射出し、重畳レンズ１６０に入射する。重畳レンズ１６０に入射した部分光束Ｌｐｂ（ｓ）は、重畳レンズ１６０の重畳作用によって、部分光束Ｌｐａ（ｓ）と同様に、照明領域１８０を照明する。第１のレンズアレイ１２０によって分割された他の部分光束も同様に、照明領域１８０を照明する。したがって、照明光学系１００は、ほとんどｓ偏光にそろえられた複数の部分光束を射出するとともに、重畳レンズ１６０の重畳作用によって重畳し、照明領域１８０を均一に照明する。
【００２９】
なお、図１では、第２のレンズアレイ１４０と重畳レンズ１６０とを、分離して示しているが、これら２種類のレンズを貼り合わせるようにしてよい。また、重畳レンズ１６０を省略して、第２のレンズアレイ１４０の機能と重畳レンズ１６０の機能とを併せもつ光学要素を備えるようにしてもよい。このような光学要素は、複数の偏心レンズを有するレンズアレイにより実現可能である。
【００３０】
また、偏光分離板１３０の反射型偏光板１３４と反射板１３６とは、第１のレンズアレイ１２０で分割された複数の部分光束に対して必ずしも４５度の角度に傾いて配置されている必要はない。例えば、４５度より大きい角度に傾いて配置されても、４５度より小さい角度に傾いて配置されてもよい。すなわち、偏光分離板１３０に入射した複数の部分光束のそれぞれがｐ偏光成分とｓ偏光成分とに空間的に分離できるように配置されていればよい。
【００３１】
上述したように、偏光分離板１３０のガラス基板上に設けられた反射型偏光板１３４は、従来例で説明した偏光分離膜とほぼ同様の効果を得ることができる。また、反射型偏光板１３４は所望の反射／透過特性を有する反射型偏光板をガラス基板１３２上に貼りつけることにより容易に製造できる。また、反射板１３６もアルミ板等の反射ミラーをガラス基板１３２上に貼りつけることにより容易に製造できる。また、反射板１３６は、反射型偏光板１３４を透過した光の偏光方向を反射軸方向に設定した反射型偏光板を用いることも可能であり、反射型偏光板１３４と同じ反射型偏光板を用いることができる。したがって、偏光分離板１３０を備える偏光変換光学系を簡単な構成で実現することができる。また、反射型偏光板は、単体でその反射／透過特性を決定することができるので、これを用いた偏光変換光学系において、従来例のような直角プリズムを不要とすることができ、装置の小型化も可能である。但し，直角プリズムを設けても良い。また、平行平板ガラスを設けても良い。
【００３２】
図４は、反射型偏光板の構成を示す説明図である。反射型偏光板は、多層構造の高分子材料フィルムとして構成できる。この多層構造フィルムは、重合体を延伸形成したフィルムの積層からなるものであり、異なる２種類の層６０１（Ａ層），６０２（Ｂ層）が交互にＺ軸方向に積層された多層構造を有している。この反射偏光板のＡ層６０１には例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ；polyethylene napthalate ）を延伸したものを用い、Ｂ層６０２には、ナフサレン・ジ・カルボン酸とテレフタル酸とのコポリエステル（ｃｏＰＥＮ；copolyester of napthalene dicarboxylic acid and terephthallic or isothalic acid）を用いることができる。もちろん、本発明に用いる反射型偏光板の材質はこれに限定されるものではなく、適宜その材質を選択できる。
【００３３】
Ａ層６０１のｘ軸方向の屈折率（ｎax）とｙ軸方向の屈折率（ｎay）は互いに異なる。一方、Ｂ層６０２のｘ軸方向の屈折率（ｎbx）とｙ軸方向の屈折率（ｎby）とはほぼ等しくなるように設定している。また、Ａ層６０１のｙ軸方向の屈折率（ｎay）とＢ層６０２のｙ軸方向の屈折率（ｎby）とはほぼ等しくなるように設定されている。つまり、これをまとめると、（ｎax）≠（ｎay），（ｎbx）≒（ｎby）≒（ｎay）となっている。すなわち、ｙ軸方向では各層の屈折率がほぼ同じであり、ｘ軸方向では、隣接する層の屈折率が異なっている。
【００３４】
このように、ｙ軸方向では各積層間に屈折率の差が実質的に無い状態であるため、多層構造フィルムに入射した光のうちｙ軸方向の直線偏光（実施例においてはｓ偏光）の光は、この多層構造フィルムを、その偏光軸のまま透過する。
【００３５】
一方、ｘ軸方向の偏光に関しては、Ａ層とＢ層の膜厚を以下のように設定することによって、ｘ軸方向の直線偏光光が反射されるようにしている。すなわち、Ａ層６０１のｚ軸方向の層厚をｔa とし、これに隣接するＢ層６０２のｚ軸方向の膜厚をｔb とし、反射したい光の波長をλとしたとき、（１）式の関係が得られるように、1組のＡ層／Ｂ層対の膜厚が設定されている。
【００３６】
ｔa ・ｎax＋ｔb ・ｎbx≒λ／２ ・・・（１）
【００３７】
こうすると、波長λの光のうちｘ軸方向の直線偏光（実施例においてはｐ偏光）の光は、隣接するＡ層とＢ層の界面において、ｘ軸方向の偏光の光として反射されることになる。Ａ層６０１とＢ層６０２の層厚ｔa ，ｔb を種々変化させた複数組のＡ層／Ｂ層対を積層し、全可視光の波長あるいは液晶装置により変調させたい色光の波長の広範囲にわたって上記（１）式が成立するようにすれば、ｘ軸方向の直線偏光（ｐ偏光）の白色光や入射する色光を反射することができる。尚、多層構造フィルムは、厚みの異なる層を順次積層させて形成するようにしても良いし、互いに厚みの等しい層が数層積層された積層体を複数積層することによって形成するようにしても良い。また、上記（１）式において、完全に等号が成立することが好ましい。
【００３８】
従って、反射型偏光板は、所望の波長領域の光のみを他の波長領域の光の透過率／反射率に比べて高くなるように、あるいは、低くなるように、Ａ層６０１とＢ層６０２の層厚ｔa ，ｔb を種々に変化させて形成することができる。このようにすれば、この照明光学系１００から射出された照明光の色バランスを種々に調整することができる。例えば、光源の光の成分のうち青色光の成分が少ない場合に、反射型偏光板の青色光の反射／透過特性を他の色光よりも高く設定することにより、色バランスのよい照明光とすることができる。
【００３９】
Ｂ．投写型表示装置：
図５は、本発明の投写型表示装置の要部を示す概略平面図である。この投写型表示装置１０は、上記照明光学系１００を適用した投写型表示装置である。
【００４０】
投写型表示装置１０は、上記照明光学系１００と、ダイクロイックミラー２１０，２１２と、反射ミラー２１８，２２２，２２４と、入射側レンズ２３０と、リレーレンズ２３２と、３枚のフィールドレンズ２４０，２４２，２４４と、３枚の液晶ライトバルブ（液晶パネル）２５０，２５２，２５４と、クロスダイクロイックプリズム２６０と、投写レンズ系２７０とを備えている。
【００４１】
照明光学系１００は、上述したように、偏光方向の揃えられた直線偏光光（上述の例では、ｓ偏光光）の照明光を射出し、照明領域１８０である液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４を照明する。なお、液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４の光の入射面には、通常、偏光板が設けられているため、照明光学系１００から射出される直線偏光光の偏光方向を、これらの偏光板が透過可能な偏光方向とする。このようにすれば、照明光学系１００から射出された照明光を効率よく利用することができる。
【００４２】
２枚のダイクロイックミラー２１０，２１２は、照明光学系から射出された照明光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する色光分離手段としての機能を有する。第１のダイクロイックミラー２１０は、照明光学系１００からされた白色光束の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光は、反射ミラー２１８で反射され、フィールドレンズ２４０を通って赤光用の液晶ライトバルブ２５０に達する。このフィールドレンズ２４０は、第２のレンズアレイ１４０から射出された各部分光束をその中心軸に対して平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ２４２，２４４も同様である。第１のダイクロイックミラー２１０で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー２１２によって反射され、フィールドレンズ２４２を通って緑光用の液晶ライトバルブ２５２に達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー２１２を透過し、入射側レンズ２３０、リレーレンズ２３２および反射ミラー２２２，２２４を備えたリレーレンズ系を通り、さらにフィールドレンズ（射出側レンズ）２４４を通って青色光用の液晶ライトバルブ２５４に達する。なお、青色光にリレーレンズ系が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ２３０に入射した部分光束をそのまま、射出側レンズ２４４に伝えるためである。
【００４３】
３枚の液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４は、与えられた画像情報（画像信号）に従って、３色の色光をそれぞれ変調して画像を形成するための光を射出する電気光学効果デバイスとしての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム２６０は、液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４からそれぞれ射出された３色の色光を合成してカラー画像を形成する色光合成光学系としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム２６０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム２６０で生成された合成光は、投写レンズ系２７０の方向に射出される。投写レンズ系２７０は投写光学系としての機能を有し、クロスダイクロイックプリズム２６０で生成された合成光を投写スクリーン３００上に拡大投写して、カラー画像を表示する。
【００４４】
投写型表示装置１０は、照明光学系１００を用いることによって、簡単な構成で光の利用効率の高い投写型表示装置を実現することができる。
【００４５】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４６】
（１）上記投写型表示装置の説明においては、透過型の投写型表示装置に本発明の照明光学系を適用した場合の例について説明したが、本発明は反射型の投写型表示装置にも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶ライトバルブ等の光変調手段が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、光変調手段が光を反射するタイプであることを意味している。反射型の投写型表示装置では、クロスダイクロイックプリズムは、白色光を赤、緑、青の３色の光に分離する色光分離手段として利用できると共に、変調された３色の光を再度合成して同一の方向に射出する色光合成手段としても利用できる。反射型の投写型表示装置にこの発明を適用した場合にも、透過型の投写型表示装置とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００４７】
（２）また、上記投写型表示装置においては、カラー画像を表示する投写型表示装置を例に説明しているが、モノクロ画像を表示する投写型表示装置に適用することも可能である。この場合にも、上記投写型表示装置と同様な効果を得ることができる。
【００４８】
（３）また、上記投写型表示装置においては、電気光学効果デバイスとして液晶装置（液晶ライトバルブ）を例に説明しているが、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）ディスプレイ等の種々の電気光学効果デバイスを適用した装置に適用可能である。また、投写型表示装置に限らず直視型の表示装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の照明光学系の要部を示す概略平面図である。
【図２】第１のレンズアレイ１２０の外観を示す斜視図である。
【図３】偏光分離板１３０と、第１のレンズアレイ１２０と、第２のレンズアレイ１４０と、複数のλ／２位相差板１５２とを示す概略平面図である。
【図４】反射型偏光板の構成を示す説明図である。
【図５】本発明の投写型表示装置の要部を示す概略平面図である。
【図６】従来の照明光学系の要部を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１０…投写型表示装置
１００…照明光学系
１１０…光源
１１２…光源ランプ
１１４…凹面鏡
１２０…第１のレンズアレイ
１２０ＬＣ…中心光軸
１２２…小レンズ
１３０…偏光分離板
１３２…ガラス基板
１３４…反射型偏光板
１３６…反射板
１４０…第２のレンズアレイ
１４２…小レンズ
１４３…小レンズ
１６０…重畳レンズ
１８０…照明領域
２１０，２１２…ダイクロイックミラー
２１８…反射ミラー
２２２，２２４…反射ミラー
２３０…入射側レンズ
２３２…リレーレンズ
２４０，２４２，２４４…フィールドレンズ
２５０，２５２，２５４…液晶ライトバルブ
２６０…クロスダイクロイックプリズム
２７０…投写レンズ系
３００…投写スクリーン
６０１…Ａ層
６０２…Ｂ層
１０００…照明光学系
１０２０…レンズアレイ
１０２２…小レンズ
１０３０…偏光分離部
１０３１…直角プリズム
１０３２…光入射面
１０３３…射出面
１０３４…斜面
１０３５…反射膜
１０３５…偏光分離板
１０３６…ガラス基板
１０３８…偏光分離膜
１０３９…反射膜

Claims (5)

1. 所定の照明領域を照明する照明光学系であって、
   非偏光な光束を射出する光源と、
   前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学系と、
   前記複数の部分光束を所定の直線偏光光に変換して射出する偏光変換光学系と、
   前記偏光変換光学系から射出された複数の部分光束のそれぞれが、前記所定の照明領域を照明するように重畳する重畳光学系と、を備え、
   前記光束分割光学系は、前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束を集光させるレンズアレイを有しており、
   前記偏光変換光学系は、
   入射した光束を２種類の直線偏光光に分離するとともに、一方の直線偏光光については反射し、他方の直線偏光光については透過する反射型偏光板と、前記反射型偏光板に平行に配置され、前記反射型偏光板を透過した前記他方の直線偏光光を反射する反射板とを有し、前記レンズアレイから射出された複数の部分光束のそれぞれについて、前記反射型偏光板で反射された一方の直線偏光光と、前記反射板で反射された他方の直線偏光光とに空間的に分離する偏光分離部と、
   前記偏光分離部から射出された前記複数の部分光束のそれぞれについて、前記２種類の直線偏光光のうち、一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換して、前記２種類の直線偏光光を所定の直線偏光光に揃える偏光変換部と、を備える、
   照明光学系。
2. 請求項１記載の照明光学系であって、
   前記反射型偏光板は、前記所定の照明領域を照明する照明光の色が所定の色光となるように光の透過率および反射率が調整されている、
   照明光学系。
3. 請求項２記載の照明光学系であって、
   前記反射型偏光板は、入射する光のうち特定の波長領域における光の透過率および反射率が他の波長領域における光の透過率および反射率よりも高くなるように構成されている、
   照明光学系。
4. 請求項２記載の照明光学系であって、
   前記反射型偏光板は、入射する光のうち特定の波長領域における光の透過率および反射率が他の波長領域の光の透過率および反射率よりも低くなるように構成されている、
   照明光学系。
5. スクリーン上に画像を投写して表示する投写型表示装置であって、
   与えられた画像信号に応じて画像を形成する光を射出する電気光学効果デバイスと、
   前記電気光学効果デバイスに照明光を照射する照明光学系と、
   前記電気光学効果デバイスから射出された光を投影して前記スクリーン上に画像を投写する投写光学系と、
   を備え、
   前記照明光学系は、
   非偏光な光束を射出する光源と、
   前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学系と、
   前記複数の部分光束を所定の直線偏光光に変換して射出する偏光変換光学系と、
   前記偏光変換光学系から射出された複数の部分光束のそれぞれが、前記所定の照明領域を照明するように重畳する重畳光学系と、を備え、
   前記光束分割光学系は、前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束を集光させるレンズアレイを有しており、
   前記偏光変換光学系は、
   入射した光束を２種類の直線偏光光に分離するとともに、一方の直線偏光光については反射し、他方の直線偏光光については透過する反射型偏光板と、前記反射型偏光板に平行 に配置され、前記反射型偏光板を透過した前記他方の直線偏光光を反射する反射板とを有し、前記レンズアレイから射出された複数の部分光束のそれぞれについて、前記反射型偏光板で反射された一方の直線偏光光と、前記反射板で反射された他方の直線偏光光とに空間的に分離する偏光分離部と、
   前記偏光分離部から射出された前記複数の部分光束のそれぞれについて、前記２種類の直線偏光光のうち、一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換して、前記２種類の直線偏光光を所定の直線偏光光に揃える偏光変換部と、を備える、
   投写型表示装置。

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