【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、異なる方向の偏光
成分を含む光束を単一の偏光方向の光束に変換するため
の偏光変換素子、およびそのような偏光変換素子を用い
て構成した投射光学系により液晶パネル上の画像をスク
リーンに拡大投影して画像を表示する投射型液晶表示装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization conversion element for converting a light beam containing polarization components of different directions into a light beam of a single polarization direction, and projection optics configured using such a polarization conversion element. The present invention relates to a projection type liquid crystal display device that displays an image by enlarging and projecting an image on a liquid crystal panel onto a screen by a system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、液晶パネルを光スイッチング素子
として利用し、液晶パネル上の画像を投射光学系によっ
てスクリーン上に拡大投影するようにした液晶プロジェ
クタや液晶プロジェクションＴＶ等の投射型液晶表示装
置が登場している。この種の液晶表示装置には、Ｂ
（青），Ｒ（赤），Ｇ（緑）の３色のカラーフィルタ
（ＣＦ）を備えた液晶パネルを１枚用いて構成した単板
方式と、モノクロ液晶パネルをＢ，Ｒ，Ｇの各光路ごと
に設けて構成した３板方式とがある。このような投射型
液晶表示装置では、通常、液晶パネルの入射側および出
射側にそれぞれ偏光板を配して、入射側の偏光板によっ
て偏光方向を１方向に揃えた直線偏光光束を液晶パネル
に入射し、この入射光に対して画素ドットごとに偏光方
向の変調を行い、この変調された光を出射側の偏光板に
よって検光することで、画素ドットごとに強度変調され
た光学画像を形成し、これを投射光学系によりスクリー
ン上に投影するようになっている。2. Description of the Related Art In recent years, a projection type liquid crystal display device such as a liquid crystal projector or a liquid crystal projection TV, which uses a liquid crystal panel as an optical switching element and enlarges and projects an image on the liquid crystal panel onto a screen by a projection optical system. Has appeared. This type of liquid crystal display device includes B
(B), R (Red), G (Green), a single-panel system using one liquid crystal panel having three color filters (CF), and monochrome liquid crystal panels of B, R, G There is a three-plate system provided for each optical path. In such a projection type liquid crystal display device, usually, a polarizing plate is arranged on each of an incident side and an emitting side of a liquid crystal panel, and a linearly polarized light beam whose polarization direction is aligned in one direction by the incident side polarizing plate is usually applied to the liquid crystal panel. The incident light is modulated for each pixel dot in the direction of polarization of this incident light, and the modulated light is analyzed by a polarizing plate on the emission side to form an optical image that is intensity-modulated for each pixel dot. Then, this is projected on a screen by a projection optical system.
【０００３】上記の偏光板は、異なる方向の偏光成分を
含む入射光のうちのある１つの偏光方向（偏光軸方向）
成分のみを通過させ、他の偏光方向の光を遮断するもの
であり、その遮断された光は吸収されて損失となる。こ
のため、入射側偏光板においては、そのような吸収によ
る偏光板の発熱の問題が生ずると共に、そのような損失
による光量低下が問題となる。[0003] The above-mentioned polarizing plate has a certain polarization direction (polarization axis direction) of incident light containing polarization components in different directions.
It passes only components and blocks light in other polarization directions, and the blocked light is absorbed and lost. For this reason, in the incident side polarizing plate, a problem of heat generation of the polarizing plate due to such absorption occurs, and a decrease in light amount due to such a loss becomes a problem.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】この問題を解決する１
つの方法として、照明光学系における主光線がテレセン
トリック（光軸に平行）となっている領域に偏光分離合
成素子といわれる素子を配置することが提案されてい
る。この偏光分離合成素子は、図１１に示したように、
Ｐ偏光とＳ偏光とが混合したＰＳ混合入射光（Ｐ＋Ｓ）
のうちのＰ偏光成分を透過しＳ偏光成分を反射すること
により、この入射光束を互いに直交する偏光方向をもつ
２つの直線偏光光束に分離するＰＳ分離プリズム１０１
と、ＰＳ分離プリズム１０１によって分離されたＳ偏光
光束を反射してＰＳ分離プリズム１０１を透過したＰ偏
光光束と同一方向に出射する反射プリズム１０２と、反
射プリズム１０２から出射されたＳ偏光光束の偏光方向
を９０度変化させてＰ′偏光光束に変換する位相板１０
３とを備えている。位相板１０３は２分の１波長板で構
成される。ここで、Ｐ偏光とは入射面内で振動する直線
偏光であり、Ｓ偏光とは入射面と直交する面内で振動す
る直線偏光である。なお、この図１１では、光線経路を
示す線との錯綜を避けるため、ＰＳ分離プリズム１０１
および反射プリズム１０２についての断面ハッチングを
省略している。また、この図で位相板１０３によって偏
光方向を変換された偏光光束は、ＰＳ分離プリズム１０
１を透過したＰ偏光光束と同一偏光方向をもつが、両者
の区別のため、便宜上、上記のようにＰ′偏光光束と表
記している。Problems to be Solved by the Invention 1
As one method, it has been proposed to arrange an element called a polarization splitting / combining element in a region where the principal ray in the illumination optical system is telecentric (parallel to the optical axis). As shown in FIG. 11, this polarization separation / combination element
PS mixed incident light where P polarized light and S polarized light are mixed (P + S)
A PS separation prism 101 that transmits the P-polarized light component and reflects the S-polarized light component to separate this incident light beam into two linearly polarized light beams having polarization directions orthogonal to each other.
And a reflecting prism 102 that reflects the S-polarized light beam separated by the PS separating prism 101 and emits the light in the same direction as the P-polarized light beam transmitted through the PS separating prism 101, and the polarization of the S-polarized light beam emitted from the reflecting prism 102. Phase plate 10 for changing the direction by 90 degrees and converting it into a P 'polarized light beam
3 is provided. The phase plate 103 is constituted by a half-wave plate. Here, P-polarized light is linearly polarized light that oscillates in the plane of incidence, and S-polarized light is linearly polarized light that oscillates in a plane perpendicular to the plane of incidence. In FIG. 11, the PS separation prism 101 is used in order to avoid confusion with the line indicating the ray path.
In addition, the cross-section hatching of the reflection prism 102 is omitted. In this figure, the polarized light beam whose polarization direction has been changed by the phase plate 103 is
Although it has the same polarization direction as the P-polarized light flux transmitted through 1, it is referred to as the P'-polarized light flux as described above for the sake of convenience in distinguishing the two.
【０００５】このような構成の偏光分離合成素子を投射
型液晶表示装置の照明光学系に配置した場合には、光源
から放射されて偏光分離合成素子に入射したＰＳ混合光
のほぼすべてが、光量損失をほとんど伴わずに、単一の
方向に偏光した直線偏光（図１１の例ではＰ偏光）光束
に変換される。したがって、この偏光分離合成素子から
出射する直線偏光の偏光方向と液晶パネルの入射側偏光
板（図示せず）の偏光軸の方向とを一致させるようにす
れば、この入射側偏光板では吸収がほとんど生じない。
このため、上記した吸収による発熱および光量低下とい
う問題点を改善することができる。When the polarization separation / combination element having such a configuration is arranged in the illumination optical system of the projection type liquid crystal display device, almost all of the PS mixed light emitted from the light source and incident on the polarization separation / combination element has a light intensity. The light is converted into a linearly polarized light (P-polarized light in the example of FIG. 11) polarized in a single direction with almost no loss. Therefore, if the polarization direction of the linearly polarized light emitted from the polarization separation / combination element is made to coincide with the direction of the polarization axis of the incident-side polarizing plate (not shown) of the liquid crystal panel, the absorption by the incident-side polarizing plate will be reduced. Rarely occurs.
For this reason, it is possible to improve the problems of heat generation and light quantity reduction due to the above-mentioned absorption.
【０００６】ところが、図１１に示した構成の偏光分離
合成素子においては、入射光束の幅Ｗ１に対して出射光
束全体の幅Ｗ２はほぼ２倍に拡大されており、装置サイ
ズが大きくなってしまうという問題点がある。However, in the polarization splitting / combining device having the configuration shown in FIG. 11, the width W2 of the entire outgoing light beam is almost twice as large as the width W1 of the incident light beam, and the device size becomes large. There is a problem.
【０００７】これに対して、例えば図１２に示したよう
に、液晶パネルにおける面内照度分布を均一化するイン
テグレータとしてのフライアイレンズ部１１５の光出射
側にＰＳ分離合成素子１２０を配置するようにした投射
型液晶表示装置が提案されている。On the other hand, as shown in FIG. 12, for example, a PS separation / combination element 120 is arranged on the light emission side of a fly-eye lens unit 115 as an integrator for uniforming the in-plane illuminance distribution in a liquid crystal panel. A projection type liquid crystal display device has been proposed.
【０００８】この図に示したフライアイレンズ部１１５
は、微小なレンズ要素を２次元的に多数配列して構成し
た第１のレンズアレイ１２１と、この第１のレンズアレ
イ１２１の各レンズ要素に対応してレンズ要素を２次元
的に配列して構成した第２のレンズアレイ１２２とによ
って構成されている。第１のレンズアレイ１２１の各レ
ンズ要素は、入射光束を複数の小光束に分割して出射
し、それぞれを第２のレンズアレイ１２２の対応するレ
ンズ要素に集光させる。第１のレンズアレイ１２１の各
レンズ要素から出射した各小光束は、第２のレンズアレ
イ１２２の対応するレンズ要素およびコンデンサレンズ
１１６によって、互いに重なり合う方向にそれぞれ出射
させられ、液晶パネル１２３上で互いに重畳されるよう
になっている。なお、図１２では、説明の簡略化のため
に、第１のレンズアレイ１２１および第２のレンズアレ
イ１２２のレンズ要素を図の上下方向に各４個配列する
ように表しているが、実際には、８×１０＝８０個とい
う多数のレンズ要素が配列されるようになっており、そ
れぞれのサイズは微小なものとなる。The fly-eye lens unit 115 shown in FIG.
Is a first lens array 121 configured by arranging a large number of minute lens elements two-dimensionally, and two-dimensionally arranging lens elements corresponding to each lens element of the first lens array 121. And the second lens array 122 thus configured. Each lens element of the first lens array 121 divides an incident light beam into a plurality of small light beams and emits the light beams, and condenses each of the light beams on a corresponding lens element of the second lens array 122. Each small light flux emitted from each lens element of the first lens array 121 is emitted in a direction overlapping each other by the corresponding lens element of the second lens array 122 and the condenser lens 116, and mutually emitted on the liquid crystal panel 123. It is designed to be superimposed. In FIG. 12, for the sake of simplicity, four lens elements of the first lens array 121 and the second lens array 122 are shown arranged in the vertical direction in the figure. Has a large number of 8 × 10 = 80 lens elements arranged therein, and each has a very small size.
【０００９】この照明光学系では、さらに、第２のレン
ズアレイ１２２の直後にＰＳ分離合成素子１２０を配置
するようにしている。このＰＳ分離合成素子１２０は、
図示のように、ＰＳ分離プリズムアレイ１１７と位相板
１１８とから構成されている。ＰＳ分離プリズムアレイ
１１７は、図１１に示したようなＰＳ分離プリズム１０
１と反射プリズム１０２を交互に配列して構成したもの
である。ＰＳ分離プリズム１０１および反射プリズム１
０２の双方を合わせた配列ピッチは、第２のレンズアレ
イ１２２のレンズ要素の配列ピッチの半分となってい
る。より具体的には、各ＰＳ分離プリズム１０１は第２
のレンズアレイ１２２のレンズ要素から出射した光束の
集光点近傍に配置され、反射プリズム１０２は、第２の
レンズアレイ１２２における互いに隣接するレンズ要素
の間に対応する位置に配置されている。なお、この図１
２では、光線経路を示す線との錯綜を避けるため、ＰＳ
分離プリズムアレイ１１７およびコンデンサレンズ１１
６についての断面ハッチングを省略している。In this illumination optical system, a PS separation / combination element 120 is arranged immediately after the second lens array 122. This PS separation / combination element 120
As shown in the figure, it is composed of a PS separation prism array 117 and a phase plate 118. The PS separation prism array 117 includes the PS separation prism 10 as shown in FIG.
1 and the reflecting prisms 102 are arranged alternately. PS separation prism 101 and reflection prism 1
02 is a half of the arrangement pitch of the lens elements of the second lens array 122. More specifically, each PS separation prism 101 has a second
The reflection prism 102 is arranged at a position corresponding to a position between mutually adjacent lens elements in the second lens array 122. Note that FIG.
In order to avoid confusion with the line indicating the ray path,
Separating prism array 117 and condenser lens 11
The cross-section hatching for No. 6 is omitted.
【００１０】このような構成の照明光学系によれば、入
射するＰＳ混合光（Ｐ＋Ｓ）のほぼすべてを単一の偏光
方向の直線偏光（Ｐ＋Ｐ′）に変換できるばかりでな
く、入射光束の幅に対して出射光束の幅を拡大すること
がないので、装置サイズが大きくなることがない。According to the illumination optical system having such a configuration, almost all of the incident PS mixed light (P + S) can be converted into linearly polarized light (P + P ') having a single polarization direction, and the width of the incident light beam can be changed. Since the width of the emitted light beam is not increased, the size of the device does not increase.
【００１１】しかしながら、図１２に示した照明光学系
では、ＰＳ分離合成素子１２０におけるＰＳ分離プリズ
ム１０１および反射プリズム１０２の双方を合わせた配
列ピッチを、第２のレンズアレイ１２２の配列ピッチの
半分としているため、これらの各プリズムのサイズが小
さくなり、その加工が困難となる。第２のレンズアレイ
１２２のレンズ要素数は、液晶パネルの面内照度分布の
均一性の向上を図るためにかなりの数（例えば８０個以
上）とする必要があり、このため各レンズ要素のサイズ
が微小化する傾向にあることから、ＰＳ分離合成素子１
２０を構成するＰＳ分離プリズム１０１および反射プリ
ズム１０２の個々のサイズをさらに微小化しなければな
らないからである。However, in the illumination optical system shown in FIG. 12, the arrangement pitch of both the PS separation prism 101 and the reflection prism 102 in the PS separation / combination element 120 is set to half of the arrangement pitch of the second lens array 122. Therefore, the size of each of these prisms is reduced, and its processing becomes difficult. The number of lens elements of the second lens array 122 needs to be a considerable number (for example, 80 or more) in order to improve the uniformity of the in-plane illuminance distribution of the liquid crystal panel. Tend to be miniaturized, the PS separation / combination element 1
This is because the size of each of the PS separation prism 101 and the reflection prism 102 constituting 20 must be further reduced.
【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その第１の目的は、光束幅の拡大を伴うことなく
偏光混合光を単一偏光方向の偏光光に変換することがで
き、しかも製作加工が容易な偏光変換素子を提供するこ
とにある。また、本発明の第２の目的は、装置サイズを
大きくすることなく偏光混合光束を単一偏光方向の偏光
光束に変換して光利用効率を向上させることができ、し
かも製作が容易な投射型液晶表示装置を提供することに
ある。The present invention has been made in view of such a problem, and a first object of the present invention is to convert a polarized light mixture into a polarized light having a single polarization direction without enlarging the light beam width. Moreover, it is to provide a polarization conversion element that can be easily manufactured. A second object of the present invention is to improve the light use efficiency by converting a polarization-mixed light beam into a polarized light beam in a single polarization direction without increasing the size of the apparatus, and to improve the light-emitting efficiency of the projection type. It is to provide a liquid crystal display device.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の偏光変換素子
は、入射された平行光束を集束させる集光手段と、集光
手段によって集束された光を互いに直交する方向に偏光
した２つの直線偏光光束に分離すると共に、これらの２
つの直線偏光光束の進行方向をほぼ一致させて出射する
偏光分離手段と、偏光分離手段によって分離された２つ
の直線偏光光束のうちの一方の光束を他方の光束と同じ
偏光方向の直線偏光光束に変換する偏光方向変換手段
と、偏光方向変換手段によって偏光方向が変換された直
線偏光光束と偏光方向変換手段によって偏光方向が変換
されなかった直線偏光光束とをそれぞれ平行光束に変換
する光束平行化手段とを備えている。ここで、集光手段
は、複数のレンズ要素を含むコンデンサレンズアレイで
構成し、光束平行化手段は、コンデンサレンズアレイの
各レンズ要素のほぼ半分の開口サイズを有しコンデンサ
レンズアレイの各レンズ要素の配列ピッチのほぼ半分の
配列ピッチで配列された複数のレンズ要素を含むコリメ
ータレンズアレイで構成するのが好適である。この場合
において、集光手段の各レンズ要素および光束平行化手
段の各レンズ要素はシリンドリカルレンズで構成可能で
ある。また、光束平行化手段を構成するレンズ要素のう
ち、偏光方向変換手段によって偏光方向が変換された直
線偏光光束を平行光束に変換するためのレンズ要素の開
口サイズと、偏光方向変換手段によって偏光方向が変換
されなかった直線偏光光束を平行光束に変換するための
レンズ要素の開口サイズとの間に、それぞれに入射する
光束の幅に応じた差を設けるように構成するのが好適で
ある。According to the present invention, there is provided a polarization conversion device comprising: a light condensing means for converging an incident parallel light beam; and two linearly polarized lights which converge the lights converged by the light converging means in directions orthogonal to each other. Split into luminous flux and these two
A polarization separating unit that emits the two linearly polarized light beams while making the traveling directions of the two linearly polarized light beams substantially coincide with each other, and converts one of the two linearly polarized light beams separated by the polarization separating unit into a linearly polarized light beam having the same polarization direction as the other light beam. Polarization direction converting means for converting, and light beam collimating means for converting a linearly polarized light beam whose polarization direction has been converted by the polarization direction converting means and a linearly polarized light beam whose polarization direction has not been converted by the polarization direction converting means into parallel light beams, respectively. And Here, the condensing means is constituted by a condenser lens array including a plurality of lens elements, and the light beam collimating means has an aperture size which is substantially half of each lens element of the condenser lens array, and each lens element of the condenser lens array. It is preferable to configure a collimator lens array including a plurality of lens elements arranged at an arrangement pitch that is approximately half of the arrangement pitch. In this case, each lens element of the condensing means and each lens element of the light beam collimating means can be constituted by a cylindrical lens. Further, among the lens elements constituting the light beam collimating means, the aperture size of the lens element for converting the linearly polarized light beam whose polarization direction has been converted by the polarization direction converting means into a parallel light beam, and the polarization direction by the polarization direction converting means. It is preferable that a difference corresponding to the width of the light beam incident on the lens element is provided between the linearly polarized light beam that has not been converted and the aperture size of the lens element for converting the light beam into a parallel light beam.
【００１４】本発明の投射型液晶表示装置は、入射され
た平行光束を集束させる集光手段、集光手段によって集
束された光を互いに直交する方向に偏光した２つの直線
偏光光束に分離すると共にこれらの２つの直線偏光光束
の進行方向をほぼ一致させて出射する偏光分離手段、偏
光分離手段によって分離された２つの直線偏光光束のう
ちの一方の光束を他方の光束と同じ偏光方向の直線偏光
光束に変換する偏光方向変換手段、および偏光方向変換
手段によって偏光方向が変換された直線偏光光束と偏光
方向変換手段によって偏光方向が変換されなかった直線
偏光光束とをそれぞれ平行光束に変換する光束平行化手
段を有する偏光変換素子と、偏光変換素子から出射した
平行光束を照明光として利用し、画素ドットごとの選択
的な空間変調を行うことにより光学像を形成する液晶表
示素子とを備えている。According to the projection type liquid crystal display device of the present invention, the light converging means for converging the incident parallel light beam, the light converged by the light converging means is separated into two linearly polarized light beams polarized in directions orthogonal to each other. A polarization separating unit that emits the two linearly polarized light beams while making the traveling directions of the two linearly polarized light beams substantially coincide with each other, and converts one of the two linearly polarized light beams separated by the polarized light separating device into a linearly polarized light having the same polarization direction as the other light beam. A polarization direction converting means for converting the light into a light flux, and a parallel light beam for converting the linearly polarized light flux whose polarization direction has been converted by the polarization direction converting means and the linearly polarized light flux whose polarization direction has not been converted by the polarization direction converting means into a parallel light flux. A polarization conversion element having a conversion means and a parallel light beam emitted from the polarization conversion element are used as illumination light to perform selective spatial modulation for each pixel dot. And a liquid crystal display element for forming an optical image by.
【００１５】本発明の偏光変換素子では、集光手段によ
って集束された光が偏光分離手段によって互いに直交す
る方向に偏光した２つの直線偏光光束に分離され、さら
に、これらの２つの直線偏光光束は同一方向に出射され
る。偏光分離手段によって分離された２つの直線偏光光
束のうちの一方の光束は、偏光方向変換手段によって、
他方の光束と同じ偏光方向の直線偏光光束に変換され
る。そして、偏光方向変換手段によって偏光方向が変換
された直線偏光光束および偏光方向変換手段によって偏
光方向が変換されなかった直線偏光光束は、共に光束平
行化手段によって平行光束に変換される。すなわち、こ
の偏光変換素子では、光束幅が絞られてから偏光分離合
成が行われるので、最終的に出力される光束の幅が入射
光束幅よりも大きくならないようにすることができる。
したがって、平行性を維持しつつ、かつ光束幅の拡大を
伴わずに偏光変換を行うことが可能となる。In the polarization conversion device of the present invention, the light condensed by the light condensing means is separated into two linearly polarized light beams polarized in directions orthogonal to each other by the polarization separating means, and these two linearly polarized light beams are separated. The light is emitted in the same direction. One of the two linearly polarized light beams separated by the polarization separation means is polarized by the polarization direction conversion means.
The light beam is converted into a linearly polarized light beam having the same polarization direction as the other light beam. The linearly polarized light beam whose polarization direction has been converted by the polarization direction conversion means and the linearly polarized light beam whose polarization direction has not been converted by the polarization direction conversion means are both converted into parallel light beams by the light beam collimating means. That is, in this polarization conversion element, polarization separation / combination is performed after the light beam width is narrowed, so that the width of the light beam finally output can be prevented from becoming larger than the width of the incident light beam.
Therefore, it is possible to perform polarization conversion while maintaining parallelism and without enlarging the light beam width.
【００１６】本発明の投射型液晶表示装置では、偏光変
換素子によって、平行性を維持しつつかつ光束幅の拡大
を伴わずに偏光変換が行われ、これにより得られた直線
偏光光束が液晶表示素子に対する照明光として利用さ
れ、画素ドットごとの選択的な空間変調が行われて光学
像が形成される。In the projection type liquid crystal display device of the present invention, the polarization conversion element performs the polarization conversion while maintaining the parallelism and without enlarging the luminous flux width. It is used as illumination light for the element, and selective spatial modulation is performed for each pixel dot to form an optical image.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１８】［第１の実施の形態］図１は本発明の一実
施の形態に係る投射型液晶表示装置の光学系の概略構成
を表すもので、装置を真上から見下ろした状態を示して
いる。なお、この図では、煩雑さを避けるために、光線
の包絡経路を描いている。この装置は、３板式の投射型
カラー液晶表示装置として構成されたものであり、白色
光を放射する光源１１と、光源１１から放射された白色
光のうち紫外および赤外領域の光を除去するＵＶ／ＩＲ
カットフィルタ１２と、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１２
を通過後発散する光をほぼ平行な光束に変換するコリメ
ータレンズ１３と、本発明の一実施の形態に係る偏光変
換素子としてのＰＳ分離合成素子１４と、第１レンズア
レイ２１および第２レンズアレイ２２からなるフライア
イレンズ部１５と、フライアイレンズ部１５の第２レン
ズアレイ２２を透過した光束を後述する液晶パネル４０
Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに向けて集光するコンデンサレンズ
１６とを備えている。なお、図１に示した各光学素子に
ついては、紙面内で光軸１０と直交する方向を水平方
向、紙面と垂直な方向を垂直方向と呼び、以下の説明で
もこれらの定義に従うものとする。[First Embodiment] FIG. 1 shows a schematic configuration of an optical system of a projection type liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention, and shows a state in which the device is viewed from directly above. I have. Note that, in this figure, in order to avoid complication, an envelope path of a light ray is drawn. This device is configured as a three-panel projection type color liquid crystal display device, and a light source 11 that emits white light, and removes light in the ultraviolet and infrared regions of the white light emitted from the light source 11. UV / IR
Cut filter 12 and UV / IR cut filter 12
Lens 13 for converting light diverging after passing through to a substantially parallel light beam, PS separation / combination element 14 as a polarization conversion element according to one embodiment of the present invention, first lens array 21 and second lens array A fly-eye lens unit 15 made up of a second lens array 22 and a light beam transmitted through the second lens array 22 of the fly-eye lens unit 15
A condenser lens 16 for converging light toward R, 40G, and 40B. Note that, for each optical element shown in FIG. 1, a direction perpendicular to the optical axis 10 in the plane of the paper is referred to as a horizontal direction, and a direction perpendicular to the plane of the paper is referred to as a vertical direction, and the following description will follow these definitions.
【００１９】光源１１は、発光体１１ａと、回転対称な
凹面鏡１１ｂとを含んで構成される。発光体１１ａとし
ては、例えばメタルハライド系のランプが用いられる。
凹面鏡１１ｂとしてはできるだけ集光効率のよい形状の
ものがよく、例えば回転楕円面鏡が用いられる。The light source 11 includes a light emitting body 11a and a rotationally symmetric concave mirror 11b. As the luminous body 11a, for example, a metal halide lamp is used.
The concave mirror 11b preferably has a shape with as high a light collection efficiency as possible. For example, a spheroidal mirror is used.
【００２０】ＰＳ分離合成素子１４の詳細については後
述する。The details of the PS separation / combination element 14 will be described later.
【００２１】第１レンズアレイ２１および第２レンズア
レイ２２からなるフライアイレンズ部１５は、光源１１
から出射した白色光を拡散させて後述する液晶パネル４
０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂにおける面内照度分布を均一化す
るためのインテグレータとして機能するものである。こ
のうち、第１レンズアレイ２１は、多数の微小なレンズ
要素を２次元的に配列して（例えば、８×１０＝８０個
程度配列して）構成され、ＰＳ分離合成素子１４からの
ほぼ平行な単一光束を各レンズ要素によって複数の小光
束に分割してそれぞれ集光するようになっている。第１
レンズアレイ２１の各レンズ要素の形状は液晶パネル４
０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの形状と相似形となっており、両
者は像共役の関係にある。また、第２レンズアレイ２２
は、第１レンズアレイの各レンズ要素に対応して２次元
的に配列された複数のレンズ要素を含んで構成されてい
る。この第２レンズアレイ２２の各レンズ要素は、第１
レンズアレイ２１の対応するレンズ要素から入射された
各小光束を互いに重ね合わせるようにしてそれぞれ出射
するようになっている。そして、第２レンズアレイ２２
の各レンズ要素からそれぞれ出射された小光束は、コン
デンサレンズ１６や図示しないリレーレンズ等によって
液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂのそれぞれに対して
集光され、そこで重畳されるようになっている。ここ
で、フライアイレンズ部１５が本発明における「光強度
分布均一化手段」に対応し、第１レンズアレイ２１が本
発明における「第１のレンズアレイ」に対応し、第２レ
ンズアレイ２２が本発明における「第２のレンズアレ
イ」に対応する。The fly-eye lens unit 15 including the first lens array 21 and the second lens array 22
The liquid crystal panel 4 described later diffuses white light emitted from the
It functions as an integrator for equalizing the in-plane illuminance distribution in the 0R, 40G, and 40B. Among them, the first lens array 21 is configured by two-dimensionally arranging a large number of minute lens elements (for example, arranging about 8 × 10 = 80), and is substantially parallel from the PS separation / combination element 14. A single light beam is divided into a plurality of small light beams by each lens element and collected. First
The shape of each lens element of the lens array 21 is the liquid crystal panel 4
The shapes are similar to the shapes of 0R, 40G, and 40B, and they are in an image conjugate relationship. Also, the second lens array 22
Is configured to include a plurality of lens elements two-dimensionally arranged corresponding to each lens element of the first lens array. Each lens element of the second lens array 22 is
The small light beams incident from the corresponding lens elements of the lens array 21 are emitted so as to overlap each other. Then, the second lens array 22
The small luminous flux emitted from each lens element is focused on each of the liquid crystal panels 40R, 40G, and 40B by the condenser lens 16 and a relay lens (not shown), and is superimposed there. Here, the fly-eye lens unit 15 corresponds to “light intensity distribution uniformizing means” in the present invention, the first lens array 21 corresponds to “first lens array” in the present invention, and the second lens array 22 corresponds to This corresponds to the “second lens array” in the present invention.
【００２２】この投射型液晶表示装置はまた、コンデン
サレンズ１６の後方の同一光路上に所定間隔を隔てて順
次設けられると共にコンデンサレンズ１６から出射され
た白色光束から色表示の基本となるＲ（赤），Ｇ（緑）
の各色光をそれぞれ色分離して入射方向と直交する方向
に反射するダイクロイックミラー３６Ｒ，３６Ｇと、ダ
イクロイックミラー３６Ｇの後方に配置され、ダイクロ
イックミラー３６Ｒ，３６ＧによってＲ，Ｇ成分を分離
された残りの色成分であるＢ（青）色光を入射方向と直
交する方向に反射する反射ミラー３７ａと、この反射ミ
ラー３７ａで反射されたＢ色光をさらに入射方向と直交
する方向に反射する反射ミラー３７ｂと、ダイクロイッ
クミラー３６Ｒで分離反射されたＲ色光を入射方向と直
交する方向に反射する反射ミラー３７ｃとを備えてい
る。The projection type liquid crystal display device is also provided at predetermined intervals on the same optical path behind the condenser lens 16 at predetermined intervals, and R (red) which serves as a basic color display from a white light beam emitted from the condenser lens 16. ), G (green)
Dichroic mirrors 36R and 36G that respectively separate the respective color lights and reflect in the direction orthogonal to the incident direction, and the remaining dichroic mirrors 36R and 36G that separate the R and G components from each other. A reflecting mirror 37a for reflecting B (blue) light, which is a color component, in a direction orthogonal to the incident direction; a reflecting mirror 37b for further reflecting the B color light reflected by the reflecting mirror 37a in a direction orthogonal to the incident direction; A reflection mirror 37c for reflecting the R color light separated and reflected by the dichroic mirror 36R in a direction orthogonal to the incident direction.
【００２３】この投射型液晶表示装置は、さらに、ダイ
クロイックミラー３６Ｒ，３６Ｇで色分解されたＲ，
Ｇ，Ｂの各色光を所定の偏光方向の直線偏光に変換する
入射側偏光板３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂと、これらの入射
側偏光板３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂを通過した各色光の偏
光方向をそれぞれ表示する画像に応じて画素ドットごと
に変調する液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂと、液晶
パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂで変調された各色光のう
ち所定の方向の偏光成分のみをそれぞれ通過させる出射
側偏光板４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂと、出射側偏光板４１
Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを通過した各色光を色合成して出射
する色合成用ダイクロイックプリズム４２と、色合成用
ダイクロイックプリズム４２から出射した合成光を集光
してスクリーン３１上に投影する投影レンズ４３とを備
えている。ここで、液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ
が本発明における「液晶表示素子」に対応する。This projection type liquid crystal display device further comprises R, R, and R, which are color-separated by dichroic mirrors 36R and 36G.
The incident-side polarizers 39R, 39G, and 39B that convert the G and B color lights into linearly polarized light having a predetermined polarization direction, and the polarization directions of the respective color lights that have passed through these incident-side polarizers 39R, 39G, and 39B are displayed. Liquid crystal panels 40R, 40G, and 40B that modulate each pixel dot in accordance with an image to be reproduced, and an output-side polarizing plate that passes only a polarized component in a predetermined direction among color lights modulated by the liquid crystal panels 40R, 40G, and 40B. 41R, 41G, 41B and the output side polarizing plate 41
A color combining dichroic prism 42 that combines and emits each color light that has passed through R, 41G, and 41B, and a projection lens 43 that condenses the combined light emitted from the color combining dichroic prism 42 and projects the combined light on the screen 31. And Here, the liquid crystal panels 40R, 40G, 40B
Corresponds to the “liquid crystal display element” in the present invention.
【００２４】次に、図２〜図４を参照して、ＰＳ分離合
成素子１４について説明する。ここで、図２は図１にお
けるＰＳ分離合成素子１４の全体を光軸１０を通り紙面
に垂直な面で切ったときの断面構造を表し、図３は図２
に示したＰＳ分離合成素子１４の断面構造の一部を拡大
して表し、図４はＰＳ分離合成素子１４の斜視外観を表
すものである。なお、図２および図３では、光線経路を
示す線との錯綜を避けるためＰＳ分離プリズムアレイ１
４２についての断面ハッチングを省略している。Next, the PS separation / combination element 14 will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 2 shows a cross-sectional structure when the whole of the PS separation / combination element 14 in FIG. 1 is cut along a plane passing through the optical axis 10 and perpendicular to the paper surface, and FIG.
4 is an enlarged view of a part of the cross-sectional structure of the PS separation / combination element 14, and FIG. In FIG. 2 and FIG. 3, the PS separation prism array 1
The cross-sectional hatching of 42 is omitted.
【００２５】これらの図に示したように、ＰＳ分離合成
素子１４は、光軸１０と直交する垂直方向に沿って複数
（この図では４個）のレンズ要素を配列して構成したコ
ンデンサレンズアレイ１４１と、コンデンサレンズアレ
イ１４１の後方に配置された、複数のＰＳ分離プリズム
１４２ａおよび複数の反射プリズム１４２ｂからなるＰ
Ｓ分離プリズムアレイ１４２と、反射プリズム１４２ｂ
の出射面側に配置された２分の１波長板からなる位相板
１４３と、ＰＳ分離プリズムアレイ１４２の後方に配置
され、コンデンサレンズアレイ１４１を構成するレンズ
要素の数の２倍の数（この図では８個）のレンズ要素を
配列して構成したコリメータレンズアレイ１４４とを含
んで構成されている。ここで、コンデンサレンズアレイ
１４１が本発明における「集光手段」に対応し、ＰＳ分
離プリズムアレイ１４２が本発明における「偏光分離手
段」に対応し、位相板１４３が本発明における「偏光方
向変換手段」に対応し、コリメータレンズアレイ１４４
が本発明における「光束平行化手段」に対応する。As shown in these figures, the PS separation / combination element 14 is a condenser lens array formed by arranging a plurality of (four in this figure) lens elements along a vertical direction perpendicular to the optical axis 10. 141 and a plurality of P separating prisms 142 a and a plurality of reflecting prisms 142 b disposed behind the condenser lens array 141.
S separation prism array 142, reflection prism 142b
And a phase plate 143 composed of a half-wave plate disposed on the exit surface side of the lens, and a number twice as large as the number of lens elements disposed behind the PS separation prism array 142 and constituting the condenser lens array 141 (8 in the figure) and a collimator lens array 144 in which lens elements are arranged. Here, the condenser lens array 141 corresponds to “condensing means” in the present invention, the PS separation prism array 142 corresponds to “polarization separating means” in the present invention, and the phase plate 143 corresponds to “polarization direction changing means” in the present invention. Corresponding to the collimator lens array 144.
Corresponds to “light beam collimating means” in the present invention.
【００２６】本実施の形態において、コンデンサレンズ
アレイ１４１の各レンズ要素は、入射面がシリンドリカ
ル面（円柱面）で出射面が平面であるようなシリンドリ
カルレンズとして構成されている。これらの各レンズ要
素は、それぞれ、入射した平行光束を線状に集光するよ
うになっている。コンデンサレンズアレイ１４１の全体
は、例えば合成樹脂を用いた射出成形法やガラスプレス
法等により一体に形成される。In the present embodiment, each lens element of the condenser lens array 141 is configured as a cylindrical lens whose entrance surface is a cylindrical surface (cylindrical surface) and whose exit surface is flat. Each of these lens elements condenses an incident parallel light beam in a linear manner. The entire condenser lens array 141 is integrally formed by, for example, an injection molding method using a synthetic resin, a glass pressing method, or the like.
【００２７】ＰＳ分離プリズムアレイ１４２は、正方形
断面を有する短冊状のＰＳ分離プリズム１４２ａおよび
反射プリズム１４２ｂをコンデンサレンズアレイ１４１
の各レンズ要素の配列方向と同方向に交互に配列して構
成されている。各ＰＳ分離プリズム１４２ａおよび反射
プリズム１４２ｂは、図３に示したように、コンデンサ
レンズアレイ１４１の各レンズ要素幅の半分の幅に形成
されている。このうち、ＰＳ分離プリズム１４２ａは、
４５度の底角をもつ２つの三角プリズムの斜面同士を接
合して構成されたもので、その接合面は、ＰＳ分離膜が
形成されたＰＳ分離面１４２ｃとなっている。このＰＳ
分離プリズム１４２ａは、その中心がコンデンサレンズ
アレイ１４１のレンズ要素の光軸１４５上に位置するよ
うに配置されており、コンデンサレンズアレイ１４１の
レンズ要素から出射したＰＳ混合光（Ｐ＋Ｓ）が上記Ｐ
Ｓ分離面１４２ｃ上のほぼ中央で線状に焦点を結び、こ
こで、そのまま入射方向と同方向に進むＰ偏光光束と、
入射方向と直交する方向に進むＳ偏光光束とに分離され
るようになっている。また、反射プリズム１４２ｂは、
ＰＳ分離プリズム１４２ａを構成する三角プリズムと同
形状の２つの三角プリズムの斜面同士を接合して構成さ
れたもので、その接合面は、反射膜が形成された反射面
１４２ｄとなっている。この反射プリズム１４２ｂは、
その中心がコンデンサレンズアレイ１４１における互い
に隣接するレンズ要素の間の部分に対応する位置にくる
ように配置されており、ＰＳ分離プリズム１４２ａのＰ
Ｓ分離面１４２ｃで反射されたＳ偏光光束をさらに上記
反射面１４２ｄによって入射方向と直交する方向に反射
する。これにより、反射プリズム１４２ｂから出射する
主光線は、ＰＳ分離プリズム１４２ａから出射する主光
線と共に光軸１４５と平行となる。なお、反射プリズム
１４２ｂの代わりにＰＳ分離プリズム１４２ａと同一構
成のプリズムを用いるようにしてもよい。また、ＰＳ分
離プリズムアレイ１４２は、図示のような正方形断面を
もつ短冊状の接合プリズムを配列して構成するのではな
く、同一の形状およびサイズの斜方体プリズムを配列し
て構成するようにしてもよい。The PS separation prism array 142 includes a strip-shaped PS separation prism 142a and a reflection prism 142b having a square cross section and a condenser lens array 141.
Are alternately arranged in the same direction as the arrangement direction of each lens element. Each of the PS separation prism 142a and the reflection prism 142b is formed to have a half width of each lens element width of the condenser lens array 141 as shown in FIG. Among them, the PS separation prism 142a
It is formed by joining slopes of two triangular prisms having a base angle of 45 degrees to each other, and the joining surface is a PS separation surface 142c on which a PS separation film is formed. This PS
The separating prism 142a is arranged such that the center thereof is located on the optical axis 145 of the lens element of the condenser lens array 141, and the PS mixed light (P + S) emitted from the lens element of the condenser lens array 141
A P-polarized light flux that is focused linearly at substantially the center on the S separation surface 142c, and proceeds in the same direction as the incident direction as it is,
The light is separated into an S-polarized light beam traveling in a direction perpendicular to the incident direction. The reflecting prism 142b is
The PS separation prism 142a is formed by joining the slopes of two triangular prisms having the same shape as the triangle prism constituting the PS separation prism 142a, and the joining surface is a reflection surface 142d on which a reflection film is formed. This reflecting prism 142b is
The center thereof is arranged at a position corresponding to a portion between lens elements adjacent to each other in the condenser lens array 141.
The S-polarized light beam reflected by the S separation surface 142c is further reflected by the reflection surface 142d in a direction orthogonal to the incident direction. Thereby, the principal ray emitted from the reflection prism 142b is parallel to the optical axis 145 together with the principal ray emitted from the PS separation prism 142a. Note that a prism having the same configuration as the PS separation prism 142a may be used instead of the reflection prism 142b. Further, the PS separation prism array 142 is not constituted by arranging strip-shaped junction prisms having a square cross section as shown in the figure, but is constituted by arranging oblique prisms having the same shape and size. You may.
【００２８】位相板１４３は、各反射プリズム１４２ｂ
の出射面のサイズとほぼ同サイズの板形状を有し、各反
射プリズム１４２ｂの出射面に密着または接近して配置
されている。この位相板１４３は、入射光束における互
いに直交する電場ベクトル成分間に入射光波長の２分の
１の位相差を生じさせることができるもので、例えば白
雲母や複屈折現象を呈する合成樹脂等によって形成され
る。そして、この位相板１４３に入射したＳ偏光光束
は、その偏光方向が９０度変化し、Ｐ偏光光束として出
射されるようになっている。The phase plate 143 is connected to each of the reflection prisms 142b.
And has a plate shape substantially the same size as that of the light exit surface of each of the reflection prisms 142b. The phase plate 143 can generate a phase difference of half the wavelength of the incident light between electric field vector components orthogonal to each other in the incident light flux, and is made of, for example, muscovite or a synthetic resin exhibiting a birefringence phenomenon. It is formed. Then, the S-polarized light beam incident on the phase plate 143 changes its polarization direction by 90 degrees, and is emitted as a P-polarized light beam.
【００２９】コリメータレンズアレイ１４４の各レンズ
要素１４４ａは、入射面が平面で出射面がシリンドリカ
ル面であるようなシリンドリカルレンズとして構成され
ている。コリメータレンズアレイ１４４の全体は、コン
デンサレンズアレイ１４１と同様に、例えば合成樹脂を
用いた射出成形法やガラスプレス法等により一体に形成
される。本実施の形態では、コリメータレンズアレイ１
４４の各レンズ要素は、コンデンサレンズアレイ１４１
のレンズ要素の半分の配列方向幅を有し、ＰＳ分離プリ
ズムアレイ１４２のＰＳ分離プリズム１４２ａおよび反
射プリズム１４２ｂの各出射面に対向するようにして配
置されている。そして、このコリメータレンズアレイ１
４４は、ＰＳ分離プリズムアレイ１４２の各ＰＳ分離プ
リズム１４２ａおよび反射プリズム１４２ｂから出射し
た光を平行光束に変換して出射するようになっている。Each lens element 144a of the collimator lens array 144 is configured as a cylindrical lens having a flat entrance surface and a cylindrical exit surface. Like the condenser lens array 141, the entire collimator lens array 144 is integrally formed by, for example, an injection molding method using a synthetic resin, a glass pressing method, or the like. In the present embodiment, the collimator lens array 1
Each lens element 44 includes a condenser lens array 141
And has a width in the arrangement direction that is half of that of the lens element of the first embodiment, and is arranged so as to face each of the exit surfaces of the PS separation prism 142a and the reflection prism 142b of the PS separation prism array 142. And this collimator lens array 1
Reference numeral 44 converts the light emitted from each of the PS separation prisms 142a and the reflection prism 142b of the PS separation prism array 142 into a parallel light flux and emits the light.
【００３０】次に、このような構成の投射型液晶表示装
置の動作および作用を説明する。Next, the operation and operation of the projection type liquid crystal display device having such a configuration will be described.
【００３１】まず、図１の光学系を参照して、この投射
型液晶表示装置全体の動作を説明する。図１に示したよ
うに、光源１１から出た白色光は、ＵＶ／ＩＲカットフ
ィルタ１２によって紫外および赤外域の光を除去されて
一旦収束したのち発散してコリメータレンズ１３に入射
する。コリメータレンズ１３は入射してきた光を光軸１
０にほぼ平行な光束に変換して出射する。この平行光束
は、様々な方向の偏光成分を含む偏光混合光であるが、
ＰＳ分離合成素子１４に入射することにより、平行性を
維持しつつほぼ一方向（本実施の形態では、図１の紙面
に垂直な方向）に偏光した直線偏光光束に変換され、出
射される。このＰＳ分離合成素子１４における詳細な作
用は後述する。First, the operation of the entire projection type liquid crystal display device will be described with reference to the optical system shown in FIG. As shown in FIG. 1, white light emitted from the light source 11 is subjected to removal of light in the ultraviolet and infrared regions by the UV / IR cut filter 12, converges once, diverges, and enters the collimator lens 13. The collimator lens 13 transmits the incoming light to the optical axis 1.
The light is converted into a light flux substantially parallel to 0 and emitted. This parallel light flux is a polarized light mixture containing polarized light components in various directions,
By being incident on the PS separation / combination element 14, the light is converted into a linearly polarized light beam that is polarized in substantially one direction (in the present embodiment, a direction perpendicular to the plane of FIG. 1) while maintaining parallelism, and is emitted. The detailed operation of the PS separation / combination element 14 will be described later.
【００３２】図５に示したように、ＰＳ分離合成素子１
４から出射した平行光束は、第１レンズアレイ２１に入
射し、ここで各レンズ要素２１ａによって複数の小光束
に分割される。ここで、図５は、ＰＳ分離合成素子１４
から液晶パネル４０に到る光路を表すものである。な
お、この図では、説明の便宜上、図１に示したように実
際にはダイクロイックミラー３６Ｒ，３６Ｇによって屈
曲されている光路を直線光路に直して等価的に描くと共
に、煩雑さを避けるために主たる光線の経路のみを描き
他を省略し、また、入射側偏光板３９Ｒ，３９Ｇ，３９
Ｂについては入射側偏光板３９で代表し、液晶パネル４
０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂについては液晶パネル４０で代表
している。As shown in FIG. 5, the PS separation / combination element 1
The parallel light beam emitted from 4 enters the first lens array 21, where it is divided into a plurality of small light beams by each lens element 21a. Here, FIG.
3 represents an optical path from the light source to the liquid crystal panel 40. In this figure, for convenience of explanation, the optical path actually bent by the dichroic mirrors 36R and 36G is equivalently drawn as a straight optical path as shown in FIG. 1 and is mainly drawn to avoid complication. Only the paths of the light rays are drawn, and the others are omitted. Also, the incident side polarizing plates 39R, 39G, 39
B is represented by the incident side polarizing plate 39, and the liquid crystal panel 4
The liquid crystal panels 40 represent 0R, 40G, and 40B.
【００３３】さて、第１レンズアレイ２１の各レンズ要
素２１ａによって分割された各小光束は、第２レンズア
レイ２２における対応するレンズ要素２２ａのほぼ中央
に収束したのち、ここから拡散し、コンデンサレンズ１
６に入射する。コンデンサレンズ１６は第２レンズアレ
イ２１からの入射光束をほぼテレセントリックな光束に
変換する。Each small light beam divided by each lens element 21a of the first lens array 21 converges substantially at the center of the corresponding lens element 22a in the second lens array 22 and then diffuses from there to form a condenser lens. 1
6 is incident. The condenser lens 16 converts an incident light beam from the second lens array 21 into a substantially telecentric light beam.
【００３４】コンデンサレンズ１６によってほぼテレセ
ントリックとなった光束は、ダイクロイックミラー３６
Ｒ，３６Ｇ（図１）に順次入射する。ダイクロイックミ
ラー１６Ｒは入射光束からＲ色光を分離して入射方向と
直交する方向に反射する。ダイクロイックミラー１６Ｇ
はダイクロイックミラー１６Ｒを通過してきた光束から
Ｇ色光を分離して入射方向と直交する方向に反射する。
ダイクロイックミラー１６Ｇを通過したＢ色光は反射ミ
ラー３７ａによって入射方向と直交する方向に反射され
る。The light beam almost telecentric by the condenser lens 16 is converted into a dichroic mirror 36.
R, 36G (FIG. 1). The dichroic mirror 16R separates the R color light from the incident light beam and reflects the R light in a direction perpendicular to the incident direction. Dichroic mirror 16G
Separates the G light from the light flux passing through the dichroic mirror 16R and reflects the light in a direction perpendicular to the incident direction.
The B color light that has passed through the dichroic mirror 16G is reflected by the reflection mirror 37a in a direction orthogonal to the incident direction.
【００３５】ダイクロイックミラー１６Ｒで反射された
Ｒ色光は反射ミラー３７ｃによって入射方向と直交する
方向に反射されたのち、入射側偏光板３９Ｒを通過し
て、液晶パネル４０Ｒに入射する。ダイクロイックミラ
ー１６Ｇで反射されたＧ色光は、入射側偏光板３９Ｇを
通過して、液晶パネル４０Ｇに入射する。反射ミラー３
７ａで反射されたＢ色光は、さらに、反射ミラー３７ｂ
によって入射方向と直交する方向に反射されたのち、入
射側偏光板３９Ｂを通過して、液晶パネル４０Ｂに入射
する。The R-color light reflected by the dichroic mirror 16R is reflected by the reflection mirror 37c in a direction orthogonal to the incident direction, passes through the incident side polarizing plate 39R, and enters the liquid crystal panel 40R. The G color light reflected by the dichroic mirror 16G passes through the incident side polarizing plate 39G and enters the liquid crystal panel 40G. Reflection mirror 3
The B-color light reflected by 7a is further reflected by a reflection mirror 37b.
Then, the light is reflected in a direction orthogonal to the incident direction, passes through the incident side polarizing plate 39B, and enters the liquid crystal panel 40B.
【００３６】入射側偏光板３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂは、
それぞれ、入射した各色光について、所定の偏光方向
（紙面と垂直な方向）の直線偏光成分のみを透過させ
る。入射側偏光板３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂを透過し完全
な直線偏光となった各色光は、液晶パネル４０Ｒ，４０
Ｇ，４０Ｂにそれぞれ入射する。液晶パネル４０Ｒ，４
０Ｇ，４０Ｂは、それぞれ、Ｂ，Ｒ，Ｇの各色光の偏光
方向ををカラー画像信号に応じて変調して出射する。The incident side polarizing plates 39R, 39G, 39B are
For each of the incident color lights, only a linearly polarized light component in a predetermined polarization direction (a direction perpendicular to the paper surface) is transmitted. Each color light that has passed through the incident-side polarizing plates 39R, 39G, and 39B and has become completely linearly polarized light is transmitted to the liquid crystal panels 40R and 40R.
G and 40B. Liquid crystal panel 40R, 4
0G and 40B respectively modulate the polarization directions of the B, R and G color lights in accordance with the color image signal and emit the same.
【００３７】液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂからそ
れぞれ出射された各色光は、出射側偏光板４１Ｒ，４１
Ｇ，４１Ｂによってそれぞれ検光され、所定方向の偏光
成分のみがこれを通過する。これにより、画素ドットご
とに強度変調された各色光ごとの空間光学像が形成され
る。この空間光学像を形成する各色光は、さらに、色合
成用ダイクロイックプリズム４２に３方向から入射し、
ここで色合成されて出射され、投影レンズ４３によって
スクリーン３１上に投影される。The respective color lights emitted from the liquid crystal panels 40R, 40G, 40B are respectively output to the output side polarizing plates 41R, 41R.
G and 41B respectively analyze light, and only a polarized light component in a predetermined direction passes through it. As a result, a spatial optical image is formed for each color light whose intensity is modulated for each pixel dot. Each color light forming this spatial optical image further enters the color synthesizing dichroic prism 42 from three directions,
Here, the colors are combined, emitted, and projected on the screen 31 by the projection lens 43.
【００３８】なお、上記したように第１レンズアレイ２
１の各レンズ要素の形状は液晶パネル４０の形状と相似
形となっており、両者は像共役の関係にある。このた
め、図５に示したように、第１レンズアレイ２１の各レ
ンズ要素を通った各小光束は液晶パネル４０上にそれぞ
れ拡大投影され、ここですべて重畳される。これによ
り、第１レンズアレイ２１に入射する前の段階では光束
断面内強度分布が相当不均一であったとしても、液晶パ
ネル４０上における照度分布は十分均一なものとなる。As described above, the first lens array 2
The shape of each lens element 1 is similar to the shape of the liquid crystal panel 40, and both have an image conjugate relationship. For this reason, as shown in FIG. 5, each small light beam that has passed through each lens element of the first lens array 21 is magnified and projected onto the liquid crystal panel 40, where it is superimposed entirely. Thereby, even if the intensity distribution in the cross section of the light beam is considerably non-uniform at the stage before entering the first lens array 21, the illuminance distribution on the liquid crystal panel 40 is sufficiently uniform.
【００３９】次に、図２〜図４を参照して、本発明の特
徴の１つであるＰＳ分離合成素子１４の作用を説明す
る。Next, the operation of the PS separation / combination element 14, which is one of the features of the present invention, will be described with reference to FIGS.
【００４０】このＰＳ分離合成素子１４におけるコンデ
ンサレンズアレイ１４１の各レンズ要素は、入力された
ＰＳ混合の平行光束をそれぞれ集光し、ＰＳ分離プリズ
ムアレイ１４２における各ＰＳ分離プリズム１４２ａの
ＰＳ分離面１４２ｃ上に合焦させる。各ＰＳ分離プリズ
ム１４２ａのＰＳ分離面１４２ｃは、Ｐ偏光成分をその
まま透過して直進させると共に、Ｓ偏光成分を入射方向
と直交する方向に反射する。Each lens element of the condenser lens array 141 in the PS separation / combination element 14 condenses the input PS-mixed parallel light beams, and the PS separation surface 142c of each PS separation prism 142a in the PS separation prism array 142. Focus on top. The PS separation surface 142c of each PS separation prism 142a transmits the P-polarized component as it is and makes it go straight, and reflects the S-polarized component in a direction orthogonal to the incident direction.
【００４１】各ＰＳ分離プリズム１４２ａのＰＳ分離面
１４２ｃを透過したＰ偏光光束は、コリメータレンズア
レイ１４４の対応するレンズ要素に入射し、これによっ
て平行光束に変換されて出射される。The P-polarized light beam transmitted through the PS separation surface 142c of each PS separation prism 142a enters a corresponding lens element of the collimator lens array 144, and is converted into a parallel light beam and emitted.
【００４２】一方、各ＰＳ分離プリズム１４２ａに隣接
する反射プリズム１４２ｂの反射面１４２ｄは、ＰＳ分
離プリズム１４２ａのＰＳ分離面１４２ｃで反射されて
入射してきたＳ偏光光束を入射方向と直交する方向に反
射する。このＳ偏光光束は、位相板１４３を通過するこ
とによりＰ′偏光光束に変換され、さらに、コリメータ
レンズアレイ１４４の対応するレンズ要素に入射し、こ
れによって平行光束に変換されて出射される。On the other hand, the reflection surface 142d of the reflection prism 142b adjacent to each PS separation prism 142a reflects the incident S-polarized light beam reflected by the PS separation surface 142c of the PS separation prism 142a in a direction orthogonal to the incident direction. I do. The S-polarized light beam is converted into a P'-polarized light beam by passing through the phase plate 143, and further enters a corresponding lens element of the collimator lens array 144, thereby being converted into a parallel light beam and emitted.
【００４３】このようにして、ＰＳ分離合成素子１４
は、入射されるＰＳ混合光の平行性を保ったままそのほ
ぼすべてをＰ偏光光束に変換して出射することとなる。
この場合、図２に示したように、入射光束の幅Ｗ３に対
して出射光束の幅Ｗ４は拡大しておらず、しかも出射光
束の平行性が保たれている。また、ＰＳ分離合成素子１
４では、各面における反射損失等を除いて、入射光のほ
とんどすべてがＰ偏光に変換されるので、そこでの光量
損失は微小である。Thus, the PS separation / combination element 14
Means that almost all of the incident PS mixed light is converted into a P-polarized light beam and emitted while maintaining the parallelism.
In this case, as shown in FIG. 2, the width W4 of the outgoing light beam is not enlarged with respect to the width W3 of the incoming light beam, and the parallelism of the outgoing light beam is maintained. Also, the PS separation / combination element 1
In No. 4, almost all of the incident light is converted into P-polarized light except for the reflection loss at each surface and the like, so that the light amount loss there is very small.
【００４４】なお、ＰＳ分離プリズム１４２ａのＰＳ分
離面１４２ｃにおけるＰＳ分離特性にもよるが、ＰＳ分
離合成素子１４は、完全なＰＳ分離を行うことは一般に
困難であり、出射するＰ偏光光束にはわずかにＳ偏光成
分が含まれるが、このような残留Ｓ偏光成分は、さら
に、後段の入射側偏光板３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂによっ
て吸収されて除去される。但し、そこで吸収されるＳ偏
光成分の大きさは微小であるので、問題となるような発
熱や光量低下は生じない。Although it depends on the PS separation characteristics of the PS separation surface 142c of the PS separation prism 142a, it is generally difficult for the PS separation / combination element 14 to perform perfect PS separation. Although the S-polarized component is slightly contained, such a residual S-polarized component is further absorbed and removed by the subsequent incident-side polarizing plates 39R, 39G, and 39B. However, since the magnitude of the S-polarized light component absorbed therein is very small, there is no problematic heat generation or light quantity reduction.
【００４５】このように、本実施の形態に係る投射型液
晶表示装置によれば、照明光学系において平行性が保た
れているコリメータレンズ１３とフライアイレンズ部１
５との間の部分に図２〜図４に示したような構成のＰＳ
分離合成素子１４を配設するようにしたので、入射光束
の平行性を維持しつつ光束幅を拡大せずにＰＳ変換を行
うことができる。したがって、投射型液晶表示装置のサ
イズを大きくすることなく光利用効率を高めることがで
きる。As described above, according to the projection type liquid crystal display device of the present embodiment, the collimator lens 13 and the fly-eye lens unit 1 whose parallelism is maintained in the illumination optical system.
5 is a PS having a configuration as shown in FIGS.
Since the separation / combination element 14 is provided, the PS conversion can be performed without increasing the width of the light beam while maintaining the parallelism of the incident light beam. Therefore, the light use efficiency can be increased without increasing the size of the projection type liquid crystal display device.
【００４６】また、ＰＳ分離合成素子１４をフライアイ
レンズ部１５の前側に配置し、光がフライアイレンズ部
１５に入射する前に偏光変換を行うようにしたので、図
１２に示した従来の場合と異なり、ＰＳ分離合成素子１
４の製作が容易となる。これは次のような理由による。
すなわち、従来の図１２の場合において、液晶パネル１
２３上の照度分布の均一性を高めるためには第１のレン
ズアレイ１２１および第２のレンズアレイの分割数をよ
り多くする必要があることから各レンズ要素のサイズを
微小化しなければならず、また、液晶パネルのサイズを
小型化する必要がある場合にもフライアイレンズの各レ
ンズ要素を縮小しなければならない。このため、それに
対応して、ＰＳ分離合成素子１２０の各構成要素の微小
化も必要である。ＰＳ分離合成素子１２０はフライアイ
レンズ部１１５で分割された各小光束ごとにＰＳ分離合
成を行なうものだからである。したがって、特にＰＳ分
離プリズムアレイ１１７の製作が困難である。これに対
して、本実施の形態のＰＳ分離合成素子１４では、フラ
イアイレンズ部１５によって分割される前の単一光束に
対してＰＳ分離合成を行うようにしているので、第１レ
ンズアレイ２１および第２レンズアレイ２２の分割数や
各レンズ要素のサイズを考慮する必要がなく、コンデン
サレンズアレイ１４１の各レンズ要素の分割数（図２で
は４個）を小さくすることができる。このため、コンデ
ンサレンズアレイ１４１の各レンズ要素のサイズを大き
くすることができ、これに対応して、ＰＳ分離プリズム
アレイ１４２のＰＳ分離プリズム１４２ａおよび反射プ
リズム１４２ｂならびにコリメータレンズアレイ１４４
の各レンズ要素のサイズを大きくすることができる。し
たがって、特にＰＳ分離プリズムアレイ１４２の製作が
容易となり、ＰＳ分離合成素子１４全体としての製作も
容易となる。Further, the PS separation / combination element 14 is disposed in front of the fly-eye lens unit 15 so as to perform polarization conversion before light enters the fly-eye lens unit 15. Unlike the case, PS separation / combination element 1
4 becomes easy. This is for the following reasons.
That is, in the conventional case of FIG.
Since the number of divisions of the first lens array 121 and the second lens array needs to be increased in order to increase the uniformity of the illuminance distribution on the lens 23, the size of each lens element must be reduced. Also, when it is necessary to reduce the size of the liquid crystal panel, each lens element of the fly-eye lens must be reduced. Accordingly, it is necessary to miniaturize each component of the PS separation / combination element 120 correspondingly. This is because the PS separation / combination element 120 performs PS separation / combination for each small light beam divided by the fly-eye lens unit 115. Therefore, it is particularly difficult to manufacture the PS separation prism array 117. On the other hand, in the PS separation / combination element 14 of the present embodiment, the PS separation / combination is performed on a single light beam before being divided by the fly-eye lens unit 15, so that the first lens array 21 It is not necessary to consider the number of divisions of the second lens array 22 and the size of each lens element, and the number of divisions (four in FIG. 2) of each lens element of the condenser lens array 141 can be reduced. Therefore, the size of each lens element of the condenser lens array 141 can be increased, and correspondingly, the PS separation prism 142a and the reflection prism 142b of the PS separation prism array 142 and the collimator lens array 144
The size of each lens element can be increased. Therefore, in particular, the production of the PS separation prism array 142 is facilitated, and the production of the PS separation / combination element 14 as a whole is also facilitated.
【００４７】また、図１２において、インテグレータと
してのフライアイレンズ部１１５における光量損失を防
止して光利用効率を向上させることを目的として第２レ
ンズアレイ１２２の各レンズ要素の形状を異形化する方
法も考えられるが、この方法を図１２に示した構成に適
用する場合には、ＰＳ分離プリズムアレイ１１７の各プ
リズム要素の形状を短冊状ではなくサイコロ状のブロッ
クにすると共に各ブロックのサイズを第２レンズアレイ
１２２の各レンズ要素の形状やサイズに合わせて互いに
異ならせる必要があるので、加工が一層困難となる。こ
れに対して、本実施の形態のＰＳ分離合成素子１４で
は、第２レンズアレイ２２のレンズ要素を異形化する場
合であっても、これらのレンズ要素の形状に左右される
ことなく、ＰＳ分離プリズムアレイ１４２を構成する各
ＰＳ分離プリズム１４２ａおよび反射プリズム１４２ｂ
をすべて同形の短冊形状とすればよいので、この点でも
製作がより容易となる。In FIG. 12, a method of deforming the shape of each lens element of the second lens array 122 for the purpose of preventing light loss in the fly-eye lens unit 115 as an integrator and improving light use efficiency. However, when this method is applied to the configuration shown in FIG. 12, the shape of each prism element of the PS separation prism array 117 is changed to a dice-shaped block instead of a strip shape, and the size of each block is reduced to the first size. Since it is necessary to make them different from each other in accordance with the shape and size of each lens element of the two-lens array 122, processing becomes more difficult. On the other hand, in the PS separation / combination element 14 of the present embodiment, even if the lens elements of the second lens array 22 are deformed, the PS separation / synthesis element is not affected by the shapes of these lens elements. Each PS separation prism 142a and reflection prism 142b constituting the prism array 142
Can be made into the same strip shape, so that the production is easier in this respect as well.
【００４８】また、本実施の形態に係る投射型液晶表示
装置によれば、ＰＳ分離合成素子１４によって予め光束
のほぼすべてを単一方向に偏光した直線偏光光束に変換
するようにしたので、入射側偏光板３９Ｒ，３９Ｇ，３
９Ｂにおける光量損失を少なくすることができ、発熱の
問題も生じない。Further, according to the projection type liquid crystal display device of the present embodiment, almost all of the light beam is converted into a linearly polarized light beam polarized in a single direction by the PS separation / combination element 14 in advance. Side polarizing plates 39R, 39G, 3
9B can be reduced, and the problem of heat generation does not occur.
【００４９】なお、本実施の形態のＰＳ分離合成素子１
４においては、コリメータレンズアレイ１４４の各レン
ズ要素の幅をすべて同一としたが、例えば図６に示した
ように、コリメータレンズアレイ１４４′を構成するレ
ンズ要素のうち、ＰＳ分離プリズムアレイ１４２の反射
プリズム１４２ｂに対応するレンズ要素１４４ｂの幅を
大きく、ＰＳ分離プリズム１４２ａに対応するレンズ要
素１４４ｃの幅を小さく形成するようにしてもよい。図
示のように、レンズ要素１４４ｂに到る光路とレンズ要
素１４４ｃに到る光路との間にはＰＳ分離プリズム１４
２ａおよび反射プリズム１４２ｂのサイズに対応した光
路差が存在するので、レンズ要素１４４ｂへの入射光束
の径はレンズ要素１４４ｃへの入射光束の径よりも大き
くなっている。したがって、レンズ要素１４４ｂの幅を
より大きくすることにより、そこでの入射光束のケラレ
を防止することができ、ＰＳ分離合成素子１４全体とし
て光量損失を少なくすることができる。The PS separation / combination element 1 of the present embodiment
4, the width of each lens element of the collimator lens array 144 is all the same. For example, as shown in FIG. 6, the reflection of the PS separation prism array 142 among the lens elements constituting the collimator lens array 144 '. The width of the lens element 144b corresponding to the prism 142b may be increased, and the width of the lens element 144c corresponding to the PS separation prism 142a may be reduced. As shown, the PS splitting prism 14 is provided between the optical path reaching the lens element 144b and the optical path reaching the lens element 144c.
Since there is an optical path difference corresponding to the sizes of 2a and the reflecting prism 142b, the diameter of the light beam incident on the lens element 144b is larger than the diameter of the light beam incident on the lens element 144c. Therefore, by increasing the width of the lens element 144b, it is possible to prevent vignetting of the incident light beam there, and it is possible to reduce the light amount loss as a whole of the PS separation / combination element 14.
【００５０】また、本実施の形態では、コンデンサレン
ズアレイ１４１の各レンズ要素およびコリメータレンズ
アレイ１４４の各レンズ要素の形状をシリンドリカルと
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例え
ば図７に示したように、コンデンサレンズアレイ２４１
の各レンズ要素およびコリメータレンズアレイ２４４の
各レンズ要素を通常の球面レンズとして形成するように
してもよい。但し、この場合も、ＰＳ分離プリズムアレ
イ２４２の各プリズム要素および位相板２４３は上記実
施の形態の場合と同様に短冊状としてよい。なお、この
図では、垂直方向に２列、水平方向に４列のレンズ要素
を配列してコンデンサレンズアレイ２４１を構成すると
共に、垂直方向に４列、水平方向に４列のレンズ要素を
配列してコリメータレンズアレイ２４４を構成している
が、これらの数に限定されるものではない。In the present embodiment, the shape of each lens element of the condenser lens array 141 and the shape of each lens element of the collimator lens array 144 are cylindrical. However, the present invention is not limited to this. 7, the condenser lens array 241
Each lens element of the collimator lens array 244 may be formed as a normal spherical lens. However, also in this case, each prism element of the PS separation prism array 242 and the phase plate 243 may be formed in a strip shape as in the above-described embodiment. In this figure, two rows of lens elements in the vertical direction and four rows of lens elements in the horizontal direction are arranged to form the condenser lens array 241, and four rows of lens elements in the vertical direction and four rows in the horizontal direction are arranged. To form the collimator lens array 244, but is not limited to these numbers.
【００５１】また、本実施の形態では、フライアイレン
ズ部１５とは別個にＰＳ分離合成素子１４を形成して配
置するものとしたが、例えば図８に示したように、ＰＳ
分離合成素子３４０におけるコリメータレンズアレイと
フライアイレンズ部３１５における第１レンズアレイと
を共用化して、１つのコリメータ兼用第１アレイレンズ
３２１を設けるようにしてもよい。これにより、部品点
数を減らすことができる。なお、この図で、ＰＳ分離プ
リズムアレイ３４２および位相板３４３は、それぞれ、
図７に示したＰＳ分離プリズムアレイ２４２および位相
板２４３と同様の構成である。また、図８の例では、コ
ンデンサレンズアレイ３４１を２つのシリンドリカルレ
ンズで構成したが、図７に示したコンデンサレンズアレ
イ２４１のように、８個（＝２×４）の球面レンズで構
成してもよい。なお、各要素の配列数は、ここに例示し
た数に限定されるものではない。Further, in this embodiment, the PS separation / combination element 14 is formed and arranged separately from the fly-eye lens unit 15, but, for example, as shown in FIG.
The collimator lens array in the separation / combination element 340 and the first lens array in the fly-eye lens unit 315 may be shared so that one collimator / first array lens 321 is provided. Thereby, the number of parts can be reduced. In this figure, the PS separation prism array 342 and the phase plate 343 are respectively
The configuration is the same as that of the PS separation prism array 242 and the phase plate 243 shown in FIG. Further, in the example of FIG. 8, the condenser lens array 341 is configured by two cylindrical lenses, but is configured by eight (= 2 × 4) spherical lenses as in the condenser lens array 241 illustrated in FIG. Is also good. Note that the number of arrays of each element is not limited to the number exemplified here.
【００５２】〔第２の実施の形態〕図９は、本発明の他
の実施の形態に係る投射型液晶表示装置の光学系の概略
構成を表すもので、図１と同様に装置を真上から見下ろ
した状態を示している。なお、この図では、煩雑さを避
けるために、光線の包絡経路を描き、また、上記実施の
形態における図１と同一構成要素には同一の符号を付す
ものとする。この装置は、単板ＣＦレスマイクロレンズ
方式の投射型液晶表示装置として構成されたものであ
り、光源１１と、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１２と、コ
リメータレンズ１３と、ＰＳ分離合成素子１４と、フラ
イアイレンズ部１５と、コンデンサレンズ１６とを備え
ている。これらの各素子は上記実施の形態（図１）にお
ける各対応素子と同一構成を有するので、ここでは説明
を省略する。[Second Embodiment] FIG. 9 shows a schematic configuration of an optical system of a projection type liquid crystal display device according to another embodiment of the present invention. This shows a state looking down from. In this figure, in order to avoid complication, an envelope path of a light ray is drawn, and the same components as those in FIG. 1 in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. This device is configured as a single-plate CF-less micro-lens projection type liquid crystal display device, and includes a light source 11, a UV / IR cut filter 12, a collimator lens 13, a PS separation / combination element 14, An eye lens unit 15 and a condenser lens 16 are provided. Since each of these elements has the same configuration as each corresponding element in the above-described embodiment (FIG. 1), the description is omitted here.
【００５３】この投射型液晶表示装置はさらに、コンデ
ンサレンズ１６の後方の光路上に順次設けられ、コンデ
ンサレンズ１６から出射された白色光束をＢ，Ｒ，Ｇの
各色光に色分解すると共にこれらの各色光を互いに異な
る角度で反射するダイクロイックミラー６６Ｂ，６６
Ｒ，６６Ｇと、ダイクロイックミラー６６Ｂ，６６Ｒ，
６６Ｇで色分解されたＢ，Ｒ，Ｇの各色光のそれぞれに
ついて所定の偏光方向の偏光のみを透過させる入射側偏
光板６７と、この入射側偏光板６７を通過した各色光の
偏光方向をカラー画像信号に応じて画素ドットごとに変
調する液晶パネル６８と、液晶パネル６８からの出射光
を検光して所定の方向の偏光成分のみを通過させる出射
側偏光板６９と、この出射側偏光板６９からの出射光を
集光してスクリーン７１上に投影して色合成する投影レ
ンズ７０とを備えている。The projection type liquid crystal display device is further provided on the optical path behind the condenser lens 16 in order to separate white light emitted from the condenser lens 16 into B, R, and G color lights and to separate these light beams. Dichroic mirrors 66B and 66 that reflect each color light at different angles
R, 66G, and dichroic mirrors 66B, 66R,
For each of the B, R, and G color lights color-separated by 66G, an incident-side polarizing plate 67 that transmits only polarized light having a predetermined polarization direction, and the polarization direction of each color light that has passed through the incident-side polarizing plate 67 is colored. A liquid crystal panel 68 that modulates each pixel dot in accordance with an image signal; an output polarizer 69 that detects light emitted from the liquid crystal panel 68 and passes only polarized light components in a predetermined direction; And a projection lens 70 for condensing the light emitted from 69 and projecting it on a screen 71 for color synthesis.
【００５４】ダイクロイックミラー６６Ｂ，６６Ｒ，６
６Ｇは互いに微小角をなすように配置されており、コン
デンサレンズ１６から出射した光軸１０とほぼ平行な光
束を約９０°の角度で選択的に反射してＢ，Ｒ，Ｇの３
色光に色分解し、それぞれを液晶パネル６８に異なる角
度で入射させる機能を有している。この例では、ダイク
ロイックミラー６６Ｂ，６６Ｒ，６６Ｇは、Ｒ光が液晶
パネル１８に垂直に入射し、Ｂ光およびＧ光がＲ光に対
してそれぞれ〔＋θ〕，〔−θ〕の角度をもって液晶パ
ネル６８に入射するように配置されている。但し、液晶
パネル６８に垂直入射する光がＢ光（またはＧ光）であ
り、垂直方向に対してそれぞれ〔＋θ〕，〔−θ〕の角
度で入射する光がＲ光，Ｇ光（またはＲ光，Ｂ光）であ
るように配置してもよい。Dichroic mirrors 66B, 66R, 6
6G are arranged so as to form a small angle with respect to each other, and selectively reflect a light flux substantially parallel to the optical axis 10 emitted from the condenser lens 16 at an angle of about 90 ° to B, R, and G.
It has a function of separating the light into color light and making each of the light enter the liquid crystal panel 68 at a different angle. In this example, the dichroic mirrors 66B, 66R, and 66G transmit the R light perpendicularly to the liquid crystal panel 18 and the B light and the G light with respect to the R light at angles of [+ θ] and [−θ], respectively. 68. However, light vertically incident on the liquid crystal panel 68 is B light (or G light), and light incident at angles of [+ θ] and [−θ] with respect to the vertical direction is R light, G light (or R light). (Light, B light).
【００５５】液晶パネル６８はＣＦレスマイクロレンズ
方式の液晶パネルであり、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応して
規則的に２次元配置された画素電極（図示せず）と、液
晶層（図示せず）を挟んでＲ，Ｇ，Ｂ用の３個の画素電
極（図示せず）ごとに１つずつ対向配置された集光用の
マイクロレンズ（図示せず）とを含んで構成される。こ
こで、集光用のマイクロレンズは、ダイクロイックミラ
ー６６Ｂ，６６Ｒ，６６Ｇで色分解されたのち互いに異
なる角度で入射してくるＢ，Ｒ，Ｇの３色光をそれぞれ
集光してＢ，Ｒ，Ｇの３色に対応した画素にそれぞれ入
射させるためのものである。液晶パネル６８については
後に詳述する。The liquid crystal panel 68 is a CF-less micro-lens type liquid crystal panel. Pixel electrodes (not shown) regularly two-dimensionally arranged corresponding to each of R, G and B colors, and a liquid crystal layer (not shown). (Not shown), and each of the three pixel electrodes (not shown) for R, G, and B is configured to include a condensing microlens (not shown) that is disposed to face each other. . Here, the condensing microlens condenses the three color lights B, R, and G, which are separated by the dichroic mirrors 66B, 66R, and 66G and then incident at different angles, respectively, and B, R, and G, respectively. This is for allowing the light to enter the pixels corresponding to the three colors of G, respectively. The liquid crystal panel 68 will be described later in detail.
【００５６】図１０は図１における液晶パネル６８を水
平方向に切ったときの断面構造を拡大して表すものであ
る。この図に示したように、液晶パネル６８は、画素電
極が多数形成された画素基板８１と、対向電極およびマ
イクロレンズが形成された対向基板８２と、画素基板８
１と対向基板８２とによって挟まれた液晶層８３とを備
えている。FIG. 10 shows an enlarged cross-sectional structure of the liquid crystal panel 68 shown in FIG. 1 when it is cut in the horizontal direction. As shown in this figure, the liquid crystal panel 68 includes a pixel substrate 81 on which a number of pixel electrodes are formed, a counter substrate 82 on which a counter electrode and a microlens are formed, and a pixel substrate 8.
1 and a liquid crystal layer 83 sandwiched between the opposing substrates 82.
【００５７】画素基板８１は、ガラス基板８１ａと、ガ
ラス基板８１ａの片面側（光入射側）に規則的に（周期
的に）配置されたＢ光，Ｒ光，Ｇ光用の画素電極８１
Ｂ，８１Ｒ，８１Ｇ等と、これらの各画素電極に対して
画像信号に応じた電圧を印加するためのスイッチング素
子として機能するＴＦＴ（図示せず）等からなるブラッ
クマトリクス部８１ｂとを含んで構成されている。上記
のＴＦＴは例えばポリシリコンからなるゲート電極、ド
レイン電極およびソース電極（いずれも図示せず）を有
している。このうち、ゲート電極は、図の紙面内で左右
に走るアドレス配線（図示せず）に接続され、ソース電
極は図の紙面と垂直な方向に走るＢ，Ｒ，Ｇ用の各デー
タ配線（図示せず）に接続され、ドレイン電極は各画素
電極８１Ｂ，８１Ｒ，８１Ｇに接続されている。そし
て、アドレス配線とデータ配線とによって選択された画
素電極にＢ，Ｒ，Ｇの画像信号電圧が選択的に印加され
ることによって、その画素電極と対向電極８２ｄとの間
の液晶層８３中の液晶分子配向が変化し、ここを通過す
る光の偏光方向を変化させるようになっている。ブラッ
クマトリクス部８１ｂは、図示しないアルミニウム等の
金属膜で遮光され、光照射によってＴＦＴが誤動作する
ことがないようになっている。The pixel substrate 81 is composed of a glass substrate 81a and pixel electrodes 81 for B light, R light and G light which are regularly (periodically) arranged on one side (light incident side) of the glass substrate 81a.
B, 81R, 81G, etc., and a black matrix portion 81b including a TFT (not shown) functioning as a switching element for applying a voltage corresponding to an image signal to each of the pixel electrodes. Have been. The above-mentioned TFT has a gate electrode, a drain electrode and a source electrode (all not shown) made of, for example, polysilicon. Of these, the gate electrode is connected to address wiring (not shown) running left and right in the plane of the drawing, and the source electrode is connected to each data wiring for B, R, and G running in the direction perpendicular to the drawing (the drawing). (Not shown), and the drain electrode is connected to each of the pixel electrodes 81B, 81R, and 81G. Then, B, R, and G image signal voltages are selectively applied to the pixel electrode selected by the address wiring and the data wiring, so that the liquid crystal layer 83 in the liquid crystal layer 83 between the pixel electrode and the counter electrode 82d. The orientation of the liquid crystal molecules is changed, and the polarization direction of light passing therethrough is changed. The black matrix portion 81b is shielded from light by a metal film such as aluminum (not shown) so that the TFT does not malfunction due to light irradiation.
【００５８】一方、対向基板８２は、ガラス基板８２ａ
と、ガラス基板８２ａの一面側（光出射側）に形成され
た集光用のマイクロレンズ８２ｂからなるマイクロレン
ズアレイと、マイクロレンズ８２ｂに密着して配置され
たカバーガラス８２ｃと、カバーガラス８２ｃ上に形成
された対向電極８２ｄとを備えている。対向電極８２ｄ
は、カバーガラス８２ｃの全面あるいは必要な領域（す
なわち、少なくとも画素基板８１の画素電極８１Ｂ，８
１Ｒ，８１Ｇと対向する領域）に形成された透明電極で
あり、一定の電位に固定されている。マイクロレンズ８
２ｂは、例えば基板をレンズ状にエッチングして透明樹
脂を埋め込む方法や選択的イオン拡散法による屈折率分
布型レンズとして形成されるが、その他の任意の方法で
形成されたものであってもよい。また、マイクロレンズ
８２ｂは、通常は図の紙面と垂直方向に軸を有する蒲鉾
型レンズとして形成されるが、そのほか、一般の球面状
またはそれに近い曲面のレンズであってもよい。ここ
で、液晶パネル１６が本発明における「液晶表示素子」
に対応する。On the other hand, the opposite substrate 82 is a glass substrate 82a.
And a microlens array composed of condensing microlenses 82b formed on one surface side (light emission side) of the glass substrate 82a, a cover glass 82c disposed in close contact with the microlenses 82b, and a cover glass 82c. And an opposing electrode 82d formed on the substrate. Counter electrode 82d
Indicates the entire surface of the cover glass 82c or a necessary area (that is, at least the pixel electrodes 81B and 8 of the pixel substrate 81).
1R, 81G), and is fixed to a constant potential. Micro lens 8
2b is formed as a gradient index lens by, for example, a method of embedding a transparent resin by etching a substrate into a lens shape or a selective ion diffusion method, but may be formed by any other method. . The micro lens 82b is usually formed as a semi-cylindrical lens having an axis perpendicular to the plane of the drawing, but may be a general spherical lens or a lens having a curved surface close thereto. Here, the liquid crystal panel 16 is the “liquid crystal display element” of the present invention.
Corresponding to
【００５９】図１０に示したように、マイクロレンズ８
２ｂは、画素基板８１の３つの画素電極８１Ｂ，８１
Ｒ，８１Ｇに対して１個ずつ形成配置されており、異な
る３方向から入射したＢ，Ｒ，Ｇの光束をそれぞれ集光
して液晶層８３を経て画素電極８１Ｂ，８１Ｒ，８１Ｇ
にそれぞれ入射させるようになっている。ここで、例え
ば垂直入射するＲ光に着目すると、マイクロレンズ８２
ｂの焦点が画素電極８１Ｒ上もしくはその近傍に来るよ
うに設定するのが通常であるが、必要に応じてガラス基
板８１ａの内部の深い所に焦点が来るように設定しても
よい。他の光（Ｂ光およびＧ光）についても同様であ
る。As shown in FIG. 10, the micro lens 8
2b denotes three pixel electrodes 81B, 81B of the pixel substrate 81.
R, 81G are formed and arranged one by one. Light beams of B, R, and G incident from three different directions are respectively condensed and passed through the liquid crystal layer 83 to form the pixel electrodes 81B, 81R, 81G.
Are respectively made to enter. Here, for example, when attention is paid to the vertically incident R light, the micro lens 82
Normally, the focal point b is set to be on or near the pixel electrode 81R. However, if necessary, the focal point may be set to be deep inside the glass substrate 81a. The same applies to other lights (B light and G light).
【００６０】次に、このような構成の投射型液晶表示装
置の動作および作用を説明する。Next, the operation and operation of the projection type liquid crystal display device having such a configuration will be described.
【００６１】図１０の投射型液晶表示装置において、光
源１１からコンデンサレンズ１６までの各素子に係る作
用は上記実施の形態（図１）で説明した作用と同一なの
で、ここでは説明を省略する。本実施の形態の投射型液
晶表示装置では、コンデンサレンズ１６によってほぼテ
レセントリックとなった光束は、ダイクロイックミラー
６６Ｂ，６６Ｒ，６６Ｇ（図１）に順次入射する。ダイ
クロイックミラー６６Ｂ，６６Ｒ，６６Ｇは、入射光束
をＢ，Ｒ，Ｇの３色光に色分解すると共に、各色光を互
いに異なる角度方向に反射する。ダイクロイックミラー
６６Ｂ，６６Ｒ，６６Ｇで色分解され反射された各色光
は入射側偏光板６７（図１）に入射する。この入射側偏
光板６７は、入射した各色光について、所定の偏光方向
の直線偏光成分のみを透過させる。入射側偏光板６７を
透過し完全な直線偏光となった各色光は、液晶パネル６
８の各マイクロレンズ８２ｂ（図１０）に対しそれぞれ
異なる方向から入射する。液晶パネル６８は、Ｂ，Ｒ，
Ｇの各色光の偏光方向をカラー画像信号に応じて変調し
て出射する。In the projection type liquid crystal display device shown in FIG. 10, the operation of each element from the light source 11 to the condenser lens 16 is the same as the operation described in the above-mentioned embodiment (FIG. 1), and the description is omitted here. In the projection type liquid crystal display device of the present embodiment, the light flux that has become almost telecentric by the condenser lens 16 sequentially enters the dichroic mirrors 66B, 66R, 66G (FIG. 1). The dichroic mirrors 66B, 66R, and 66G separate the incident light beam into three color lights of B, R, and G, and reflect each color light in different directions. Each color light separated and reflected by the dichroic mirrors 66B, 66R, and 66G is incident on the incident side polarizing plate 67 (FIG. 1). The incident side polarizing plate 67 transmits only a linearly polarized light component of a predetermined polarization direction for each of the incident color lights. Each color light that has passed through the incident-side polarizing plate 67 and has been converted into perfect linearly polarized light is transmitted to the liquid crystal panel 6.
8 enter the microlenses 82b (FIG. 10) from different directions. The liquid crystal panel 68 has B, R,
The polarization direction of each color light of G is modulated according to the color image signal and emitted.
【００６２】ここで、図１０を参照して、マイクロレン
ズ８２ｂのうちの１つのマイクロレンズＭＬに入射する
光の経路について考える。Ｒ光はガラス基板８２ａに垂
直に入射するので、マイクロレンズＭＬの光軸が通る画
素電極８１Ｒの中央またはその近傍に焦点を結ぶ。ま
た、Ｂ光はガラス基板８２ａに入射角θで入射し、屈折
角ψで屈折したのち、これと同じ入射角ψでマイクロレ
ンズＭＬに入射し、画素電極８１Ｒと隣り合っている画
素電極のうちマイクロレンズＭＬの光軸と角ψをなす直
線が中心を通っている方の画素電極８１Ｂの中央または
その近傍に焦点を結ぶ。同様に、Ｇ光はガラス基板８２
ａに入射角〔−θ〕で入射し、屈折角ψで屈折したの
ち、これと同じ入射角ψでマイクロレンズＭＬに入射
し、画素電極８１Ｒと隣り合っている画素電極のうちマ
イクロレンズＭＬの光軸と角〔−ψ〕をなす直線が中心
を通っている画素電極８１Ｇの中央またはその近傍に焦
点を結ぶ。このとき、与えられた画素信号に応じて画素
電極８１Ｂ，８１Ｒ，８１Ｇへの印加電圧が変化し、こ
れに応じて液晶層８３中を通過するＢ，Ｒ，Ｇの各色光
の偏光方向が変調を受ける。なお、図１０に示したよう
に、各色光は完全なる平行光束ではなく、入射発散角α
の範囲内で主光線と角度をなす光を含んでいる。Here, with reference to FIG. 10, a path of light incident on one microlens ML of the microlenses 82b will be considered. Since the R light is perpendicularly incident on the glass substrate 82a, it is focused on the center of the pixel electrode 81R through which the optical axis of the microlens ML passes or in the vicinity thereof. Further, the B light is incident on the glass substrate 82a at an incident angle θ and is refracted at a refraction angle 、. Then, the B light is incident on the microlens ML at the same incident angle ψ, and among the pixel electrodes adjacent to the pixel electrode 81R. A focus is formed at or near the center of the pixel electrode 81B where the straight line that forms the angle と with the optical axis of the microlens ML passes through the center. Similarly, the G light is applied to the glass substrate 82.
a at an incident angle [−θ] and refracted at a refraction angle ψ, and then incident on the microlens ML at the same incident angle ψ, and among the pixel electrodes adjacent to the pixel electrode 81R, the microlens ML A straight line that forms an angle [− と] with the optical axis focuses on or near the center of the pixel electrode 81G passing through the center. At this time, the voltage applied to the pixel electrodes 81B, 81R, and 81G changes according to the applied pixel signal, and the polarization directions of the B, R, and G color lights passing through the liquid crystal layer 83 are modulated accordingly. Receive. In addition, as shown in FIG. 10, each color light is not a perfect parallel light beam, but an incident divergence angle α.
Within this range, light that forms an angle with the principal ray is included.
【００６３】画素基板８１の画素電極８１Ｂ，８１Ｒ，
８１Ｇ上またはその近傍にそれぞれ焦点を結んだＢ，
Ｒ，Ｇの各色光は、再びそれぞれ拡がりながらガラス基
板８１ａから出射し、図１の出射側偏光板６９を選択的
に透過したのち、投影レンズ７０によって投射されてス
クリーン７１上に到達し、色合成される。このようにし
て、スクリーン７１上にカラー画像が投影表示される。The pixel electrodes 81B, 81R,
B focused on or near 81G,
Each of the R and G light beams is emitted from the glass substrate 81a while spreading again, selectively passes through the emission-side polarizing plate 69 in FIG. 1, and then projected by the projection lens 70 to reach the screen 71, where the color light is emitted. Synthesized. Thus, a color image is projected and displayed on the screen 71.
【００６４】ＰＳ分離合成素子１４の作用については、
上記実施の形態で説明した内容と同様であるので、ここ
での説明を省略する。Regarding the operation of the PS separation / combination element 14,
Since the content is the same as that described in the above embodiment, the description is omitted here.
【００６５】なお、フライアイレンズ部１５の第１レン
ズアレイ２１の各レンズ要素から出射した複数の小光束
は、上記実施の形態で示した図５の場合と同様に、それ
ぞれ、第２レンズアレイ２２の各対応するレンズ要素を
通り、さらに、コンデンサレンズ１６によって、液晶パ
ネル６８の有効領域にほぼ平行に（正確には、図１０に
示した入射発散角αをもって）入射する。これにより、
液晶パネル６８は、第１レンズアレイ２１のすべてのレ
ンズ要素からの光源光によって重畳的に照明されること
となる。これにより、液晶パネル６８上の面内照度分布
が均一化され、スクリーン７１上に拡大投影される画像
の輝度分布も均一なものとなる。A plurality of small luminous fluxes emitted from each lens element of the first lens array 21 of the fly-eye lens unit 15 are respectively provided in the second lens array, as in the case of FIG. 5 shown in the above embodiment. The light passes through the corresponding lens elements 22 and is incident on the effective area of the liquid crystal panel 68 almost parallel (accurately, with the incident divergence angle α shown in FIG. 10) by the condenser lens 16. This allows
The liquid crystal panel 68 is illuminated in a superimposed manner by the light source light from all the lens elements of the first lens array 21. Thereby, the in-plane illuminance distribution on the liquid crystal panel 68 is made uniform, and the luminance distribution of the image enlarged and projected on the screen 71 is also made uniform.
【００６６】以上のように、本実施の形態によれば、単
板ＣＦレスマイクロレンズ方式の投射型液晶表示装置の
照明光学系において平行性が保たれているコリメータレ
ンズ１３とフライアイレンズ部１５との間の部分に図２
に示したような構成のＰＳ分離合成素子１４を配設する
ようにしたので、入射光束の平行性を維持しつつ光束幅
を拡大せずにＰＳ変換を行うことができる。すなわち、
上記実施の形態で示した３板方式の投射方液晶表示装置
の場合と同様に、単板ＣＦレスマイクロレンズ方式の投
射型液晶表示装置においても、ＰＳ分離合成素子を設け
ることによって装置サイズが大きくなるということがな
い。As described above, according to the present embodiment, the collimator lens 13 and the fly-eye lens unit 15 maintain parallelism in the illumination optical system of the single-panel CF-less micro-lens projection type liquid crystal display device. Figure 2 in the part between
Since the PS separation / combination element 14 having the structure shown in FIG. 1 is provided, PS conversion can be performed without increasing the light beam width while maintaining the parallelism of the incident light beam. That is,
As in the case of the three-panel projection liquid crystal display device described in the above embodiment, in the single-panel CF-less projection micro-lens projection liquid crystal display device, the device size is increased by providing the PS separation / combination element. It never happens.
【００６７】なお、本実施の形態に係る単板ＣＦレスマ
イクロレンズ方式の投射型液晶表示装置においても、図
６に示したように、ＰＳ分離合成素子１４における反射
プリズム１４２ｂに対応するレンズ要素１４４ｂの幅を
大きく形成すると共に、ＰＳ分離プリズム１４２ａに対
応するレンズ要素１４４ｃの幅を小さくするようにして
もよい。また、図７に示したように、ＰＳ分離合成素子
１４のコンデンサレンズアレイ２４１の各レンズ要素お
よびコリメータレンズアレイ２４４の各レンズ要素をシ
リンドリカルレンズでなく球面レンズとして形成するよ
うにしてもよい。さらに、図８に示したように、ＰＳ分
離合成素子３４０におけるコリメータレンズアレイとフ
ライアイレンズ部３１５における第１レンズアレイとを
共用化して、１つのコリメータ兼用第１アレイレンズ３
２１を設けるようにしてもよい。In the single-panel CF-less micro-lens projection type liquid crystal display device according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, the lens element 144b corresponding to the reflection prism 142b in the PS separation / combination element 14 is also provided. May be made large and the width of the lens element 144c corresponding to the PS separation prism 142a may be made small. Further, as shown in FIG. 7, each lens element of the condenser lens array 241 and each lens element of the collimator lens array 244 of the PS separating / combining element 14 may be formed as spherical lenses instead of cylindrical lenses. Further, as shown in FIG. 8, the collimator lens array in the PS separation / combination element 340 and the first lens array in the fly-eye lens unit 315 are shared, so that one collimator / first array lens 3
21 may be provided.
【００６８】以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発
明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定さ
れず、種々変更可能である。例えば、上記各実施の形態
のＰＳ分離合成素子１４では、位相板１４３を反射プリ
ズム１４２ｂの出射面に配置することにより、ＰＳ分離
合成素子１４から出射する光をすべてＰ偏光光束にする
こととしたが、本発明はこれに限られることはなく、位
相板１４３をＰＳ分離プリズム１４２ａの出射面に配置
することにより、ＰＳ分離合成素子１４から出射する光
をすべてＳ偏光光束にするようにしてもよい。但し、こ
の場合には、図１における入射側偏光板３９Ｒ，３９
Ｇ，３９Ｂ、液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ、およ
び出射側偏光板４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの配置方向や、
図９における入射側偏光板６７、液晶パネル６８、およ
び出射側偏光板６９の配置方向を、それぞれ９０度ずつ
回転させる必要がある。As described above, the present invention has been described with reference to some embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments and can be variously modified. For example, in the PS separation / combination element 14 of each of the above-described embodiments, by arranging the phase plate 143 on the exit surface of the reflection prism 142b, all light emitted from the PS separation / combination element 14 is converted into a P-polarized light beam. However, the present invention is not limited to this, and by arranging the phase plate 143 on the exit surface of the PS separation prism 142a, all the light emitted from the PS separation / combination element 14 may be converted into an S-polarized light beam. Good. However, in this case, the incident side polarizing plates 39R and 39 in FIG.
G, 39B, the liquid crystal panels 40R, 40G, 40B, and the arrangement directions of the output side polarizing plates 41R, 41G, 41B,
It is necessary to rotate the arrangement directions of the incident side polarizing plate 67, the liquid crystal panel 68, and the emitting side polarizing plate 69 in FIG. 9 by 90 degrees.
【００６９】また、ＰＳ分離合成素子１４のコンデンサ
レンズアレイ１４１の各レンズ要素、コリメータレンズ
アレイ１４４の各レンズ要素の形状、およびＰＳ分離プ
リズムアレイ１４２の各ＰＳ分離プリズム１４２ａおよ
び反射プリズム１４２ｂの形状、サイズ、配列数および
配列方向等は上記した例には限定されず、適宜変更し、
最適化することが可能である。The shape of each lens element of the condenser lens array 141 of the PS separation / combination element 14, the shape of each lens element of the collimator lens array 144, the shape of each PS separation prism 142a and the reflection prism 142b of the PS separation prism array 142, The size, the number of arrays, the array direction, and the like are not limited to the above examples, and may be appropriately changed,
It is possible to optimize.
【００７０】また、上記の各実施の形態では、集光効率
の点から光源の凹面反射鏡として回転楕円鏡を用いるこ
ととしたが、これに限定されず、例えば回転放物面鏡
（パラボラミラー）を用いるようにしてもよい。なお、
この場合には、コリメータレンズ１３は不要である。In each of the above embodiments, a spheroidal mirror is used as the concave reflecting mirror of the light source from the viewpoint of light collection efficiency. However, the present invention is not limited to this. For example, a rotating parabolic mirror (parabolic mirror) may be used. ) May be used. In addition,
In this case, the collimator lens 13 is unnecessary.
【００７１】[0071]
【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項５のいずれかに記載の偏光変換素子によれば、入射光
束の光束幅を絞った状態で、混合偏光光束を単一偏光方
向の直線偏光光束に変換するようにしたので、偏光変換
素子から出力される光束の幅が入射光束の幅を大きく上
回るのを回避することが可能となる。すなわち、光束幅
の拡大をほとんど伴わずに偏光変換を行うことが可能と
なる。このため、この偏光変換素子が適用される光学装
置のサイズが大きくならずに済むという効果がある。ま
た、本発明の偏光変換素子は、光学系における光束平行
性が保たれている部分に使用されるものであって、入射
する平行光束に対して偏光変換を行い平行光束として出
射することができるので、光学系における他の構成要素
に影響を与えることがなく、かつ、他の構成要素から影
響を受けることもない。すなわち、他の構成要素と独立
した設計・製作が可能となる。例えば、本発明の偏光変
換素子を面内照度均一化を行うインテグレータとしての
フライアイレンズと共に使用することを想定すると、フ
ライアイレンズの後方に配置して使用することを前提と
して構成された従来の偏光変換素子と異なり、本発明の
偏光変換素子は、形状やサイズがそのような他の構成要
素（フライアイレンズ）の形状やサイズに依存して制限
を受けることがないので、設計や製作が従来よりも容易
になるという効果がある。さらに、本発明の偏光変換素
子は、そのようなフライアイレンズとの関係が独立して
いることから、フライアイレンズの各レンズ要素の形状
やサイズを互いに異ならせるという方法を採ることも自
由となり、光学系における光利用効率を高める等、光学
系の性能向上が容易となる。As described above, according to the polarization conversion element according to any one of the first to fifth aspects, the mixed polarized light beam is directed in a single polarization direction while the light beam width of the incident light beam is narrowed. Since the light beam is converted into a linearly polarized light beam, it is possible to avoid that the width of the light beam output from the polarization conversion element greatly exceeds the width of the incident light beam. That is, polarization conversion can be performed with almost no increase in the light beam width. Therefore, there is an effect that the size of the optical device to which the polarization conversion element is applied does not need to be increased. Further, the polarization conversion element of the present invention is used in a portion of the optical system where light beam parallelism is maintained, and can perform polarization conversion on an incident parallel light beam and emit it as a parallel light beam. Therefore, it does not affect other components in the optical system, and is not affected by other components. That is, it is possible to design and manufacture independently of other components. For example, assuming that the polarization conversion element of the present invention is used together with a fly-eye lens as an integrator for performing in-plane illuminance uniformity, a conventional configuration configured on the assumption that the polarization conversion element is disposed behind the fly-eye lens and used. Unlike the polarization conversion element, the polarization conversion element of the present invention is not limited in shape and size depending on the shape and size of such other components (fly-eye lens), so that the design and production are not limited. There is an effect that it becomes easier than before. Furthermore, since the polarization conversion element of the present invention is independent of the relationship with such a fly-eye lens, it is also free to adopt a method in which the shape and size of each lens element of the fly-eye lens are different from each other. In addition, the performance of the optical system can be easily improved, for example, by increasing the light use efficiency of the optical system.
【００７２】特に請求項５記載の偏光変換素子によれ
ば、光束平行化手段を構成するレンズ要素のうち、偏光
方向変換手段によって偏光方向が変換された直線偏光光
束を平行光束に変換するためのレンズ要素の開口サイズ
と、偏光方向変換手段によって偏光方向が変換されなか
った直線偏光光束を平行光束に変換するためのレンズ要
素の開口サイズとの間に、それぞれに入射する光束の幅
に応じた差を設けるように構成したので、光束平行化手
段を構成する各レンズ要素での光束のけられがなくな
り、光量損失を回避することができるという効果があ
る。In particular, according to the polarization conversion element of the present invention, among the lens elements constituting the light beam collimating means, the linearly polarized light beam whose polarization direction has been converted by the polarization direction converting means is converted into a parallel light beam. Depending on the width of the light beam incident on the lens element between the aperture size of the lens element and the aperture size of the lens element for converting a linearly polarized light beam whose polarization direction has not been converted by the polarization direction conversion means into a parallel light beam. Since the configuration is such that the difference is provided, there is an effect that the light beam is not shaken by each lens element constituting the light beam collimating means, and the light amount loss can be avoided.
【００７３】請求項６または請求項７に記載の投射型液
晶表示装置によれば、入射する平行光束の光束幅を絞っ
てから偏光変換を行って平行に出射するようにした偏光
変換素子を利用するように構成したので、平行性を維持
しつつかつ光束幅の拡大を伴わずに偏光変換を行うこと
ができる。また、これにより得られた単一偏光方向の直
線偏光光束を照明光として利用して液晶表示素子による
光学像を投射するようにしたので、光利用効率を高める
ことができる。したがって、装置サイズを大きくするこ
となく投射画像の輝度を高めることができるという効果
がある。また、例えば、偏光変換素子を上記のようなフ
ライアイレンズと共に使用することを想定すると、装置
全体としての製作が従来よりも容易になるという効果が
ある。According to the projection type liquid crystal display device of the present invention, a polarization conversion element is used which narrows down the light beam width of the incident parallel light beam, performs polarization conversion, and emits the light in parallel. As a result, the polarization conversion can be performed while maintaining the parallelism and without enlarging the light beam width. In addition, since the optical image obtained by the liquid crystal display device is projected by using the linearly polarized light beam having the single polarization direction obtained as the illumination light, the light use efficiency can be improved. Therefore, there is an effect that the brightness of the projection image can be increased without increasing the size of the device. Further, for example, assuming that the polarization conversion element is used together with the fly-eye lens as described above, there is an effect that the manufacture of the entire device becomes easier than before.
【００７４】特に、請求項７記載の投射型液晶表示装置
によれば、さらに、複数のレンズ要素を２次元的に配列
して構成されると共に入射された光束をレンズ要素によ
り複数の小光束に分割して出射してそれぞれを集光させ
る第１のレンズアレイと、第１のレンズアレイの各レン
ズ要素に対応して２次元的に配列されると共に第１のレ
ンズアレイの対応するレンズ要素を経て入射してきた各
小光束を互いに重なり合う方向にそれぞれ出射させる複
数のレンズ要素を含んで構成された第２のレンズアレイ
とを含んで構成されるインテグレータとしての光強度分
布均一化手段を備える場合には、第１のレンズアレイが
偏光変換素子の光束平行化手段としての機能をも果たす
ように構成することとしたので、光強度分布均一化手段
と偏光変換素子とをまったく別個に設ける場合に比べて
部品点数を低減することができるという効果がある。In particular, according to the projection type liquid crystal display device of the present invention, furthermore, a plurality of lens elements are arranged two-dimensionally, and the incident light beam is converted into a plurality of small light beams by the lens element. A first lens array that divides and emits light and condenses each light; and a two-dimensionally arranged lens element corresponding to each lens element of the first lens array and a corresponding lens element of the first lens array. A light intensity distribution uniformizing means as an integrator including a second lens array including a plurality of lens elements configured to include a plurality of lens elements for emitting the respective small light beams that have entered through the respective directions. Is designed so that the first lens array also functions as a light beam collimating means of the polarization conversion element. There is an effect that it is possible to reduce the number of parts as compared with the case where all separately provided.
【図１】本発明の一実施の形態に係る投射型液晶表示装
置の光学系の概略構成を表す平面図である。FIG. 1 is a plan view illustrating a schematic configuration of an optical system of a projection type liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１におけるＰＳ分離合成素子の構造を表す断
面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a structure of a PS separation / combination element in FIG.
【図３】図２に示したＰＳ分離合成素子の一部の拡大断
面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view of a part of the PS separation / combination element shown in FIG.
【図４】図２示したＰＳ分離合成素子の構成を表す外観
斜視図である。FIG. 4 is an external perspective view showing a configuration of a PS separation / combination element shown in FIG.
【図５】図１の投射型液晶表示装置の要部光路を等価的
に描いた図である。FIG. 5 is a drawing equivalently depicting a main part optical path of the projection type liquid crystal display device of FIG. 1;
【図６】ＰＳ分離合成素子の変形例を表す断面図であ
る。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a modification of the PS separation / combination element.
【図７】ＰＳ分離合成素子の他の変形例を表す断面図で
ある。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating another modified example of the PS separation / combination element.
【図８】ＰＳ分離合成素子のさらに他の変形例を表す断
面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating still another modified example of the PS separation / combination element.
【図９】本発明の他の実施の形態に係る投射型液晶表示
装置の光学系の概略構成を表す平面図である。FIG. 9 is a plan view illustrating a schematic configuration of an optical system of a projection type liquid crystal display device according to another embodiment of the present invention.
【図１０】図９の投射型液晶表示装置における液晶パネ
ルの要部構造を表す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a main structure of a liquid crystal panel in the projection type liquid crystal display device of FIG.
【図１１】従来のＰＳ分離合成素子の構造を表す断面図
である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a structure of a conventional PS separation / combination element.
【図１２】従来の他のＰＳ分離合成素子の構造を表す断
面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a structure of another conventional PS separation / combination element.
１３…コリメータレンズ、１４，２４０、３４０…ＰＳ
分離合成素子、１５、３１５…フライアイレンズ部、１
６…コンデンサレンズ、２１…第１レンズアレイ、２
２，３２２…第２レンズアレイ、３９Ｒ，３９Ｇ，３９
Ｂ，６７…入射側偏光板、４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ，６
８…液晶パネル、１４１，２４１，３４１…コンデンサ
レンズアレイ、１４２，２４２，３４２…ＰＳ分離プリ
ズムアレイ、１４３、２４３，３４３…位相板、１４
４，１４４′，２４４…コリメータレンズアレイ、３２
１…コリメータ兼用第１レンズアレイ13 ... collimator lens, 14, 240, 340 ... PS
Separating / combining element, 15, 315 ... Fly eye lens unit, 1
6: condenser lens, 21: first lens array, 2
2,322 ... second lens array, 39R, 39G, 39
B, 67: incident side polarizing plate, 40R, 40G, 40B, 6
8 liquid crystal panel, 141, 241, 341 condenser lens array, 142, 242, 342 PS separation prism array, 143, 243, 343 phase plate, 14
4,144 ', 244 ... collimator lens array, 32
1. 1st lens array that also serves as collimator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｄ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ 9/31 9/31 Ｃ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl.6 Identification code FI G09F 9/00 360 G09F 9/00 360D H04N 5/74 H04N 5/74 A 9/31 9/31 C
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| JP10004260AJPH11202129A (en) | 1998-01-12 | 1998-01-12 | Polarized light converting element and projection type liquid crystal display device |
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| JPH11202129Atrue JPH11202129A (en) | 1999-07-30 |
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