【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、偏光方向を揃えた
直線偏光光により矩形の照明領域を均一に照明する偏光
照明系を備え、この偏光照明系から出射された直線偏光
光を液晶ライトバルブにより変調して映像をスクリーン
上に拡大表示する投写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 polarized light illumination system for uniformly illuminating a rectangular illumination area with linearly polarized light having a uniform polarization direction, and to apply a linearly polarized light emitted from the polarized illumination system to a liquid crystal light valve. The present invention relates to a projection-type liquid crystal display device that modulates an image and displays an enlarged image on a screen.
【０００２】[0002]
【従来の技術】矩形の照明領域である液晶ライトバルブ
等を均一に照明するインテグレータ光学系は、例えば、
特開平３−１１１８０６号公報に開示されている。この
インテグレータ光学系は、第１の集光レンズアレイ板を
構成している複数の矩形集光レンズによって光源光束を
分割して、各矩形集光レンズで分割した光源像に対応し
た、集光レンズ群を備えた第２の集光レンズアレイ板を
介して一カ所の照明領域上に重ねて結像させるものであ
り、液晶ライトバルブ上の照明光強度分布を均一にする
ことが出来る。2. Description of the Related Art An integrator optical system for uniformly illuminating a liquid crystal light valve or the like, which is a rectangular illumination area, includes, for example,
It is disclosed in JP-A-3-111806. This integrator optical system divides a light source luminous flux by a plurality of rectangular condenser lenses constituting a first condenser lens array plate, and corresponds to a light source image divided by each rectangular condenser lens. An image is formed by superimposing an image on one illumination area via a second condenser lens array plate having a group, and the illumination light intensity distribution on the liquid crystal light valve can be made uniform.
【０００３】一方、直線偏光光を変調する液晶ライトバ
ルブを用いた投写型液晶表示装置は、偏光板により一方
の直線偏光光（例えばＰ偏光）しか透過できないため、
偏光方向のランダムな光源からの光を半分以下しか利用
することが出来ない。しかし、偏光ビームスプリッタと
１／２波長板を組み合わせた構成を用いて、利用されな
い他方の直線偏光光を偏光変換して利用することで、光
源からの光利用効率を高くすることが可能である。On the other hand, in a projection type liquid crystal display device using a liquid crystal light valve for modulating linearly polarized light, only one linearly polarized light (for example, P-polarized light) can be transmitted by a polarizing plate.
Only less than half of light from a light source with a random polarization direction can be used. However, by using a configuration in which a polarization beam splitter and a half-wave plate are combined and using the other linearly polarized light that is not used by polarization conversion, it is possible to increase the light use efficiency from the light source. .
【０００４】上述のインテグレータ光学系と偏光変換部
とを備えた偏光照明光学系は、例えば特開平８−３０４
７３９号公報に開示されており、液晶ライトバルブを用
いた投写型液晶表示装置の偏光照明装置としてすでに実
用化されている。ここで、従来の偏光照明装置について
説明する。図１１は、特開平８−３０４７８９公報に開
示されている従来の偏光照明装置の光学系を表した概略
構成図である。図１１に示される従来の偏光照明装置４
０１は、光源部４０２、第１の集光レンズアレイ板４０
３、第２の集光レンズアレイ板４０９、および偏光変換
部４０４をシステム光軸４１０に沿って配置して概ね構
成されている。光源部４０２は光源ランプ５０１と放物
面リフレクタ５０２からなり、光源ランプ５０１から放
射されたランダムな偏光光を放物面リフレクタ５０２で
一方向に反射して第１の集光アレイレンズ板４０３に入
射させるものである。第１の集光レンズアレイ板４０３
は矩形の輪郭の微小な集光レンズを縦横に複数配列した
構成で、入射光を矩形集光レンズと同数の光源像に分割
するものである。第２の集光レンズアレイ板４０９は第
１の集光レンズアレイ板４０３を構成する矩形集光レン
ズと同数の集光レンズ５０３を複数配列したもので、第
１の集光レンズアレイ板４０３からの光を集光する作用
がある。偏光変換部４０４は偏光方向がランダムな光を
２つの直線偏光光に分離し、かつ偏光方向を揃えて合成
するものであり、偏光分離器４０６、１／２波長板４０
５、および出射側レンズ４０７から構成される。偏光分
離器４０６は、内部に偏光分離膜５０３を備えた四角柱
状のプリズム合成体からなる偏光ビームスプリッタと、
同じく内部に反射膜５０５を備えた四角柱状のプリズム
合成体からなる反射ミラーとからなる対を基本構成単位
とし、その対を平面的に複数配列したものである。但
し、第２の集光レンズアレイ板４０９を構成する各集光
レンズ５０３に対して、１対の基本構成単位が対応する
ように規則的に配置されている。また、１／２波長板４
０５は、偏光分離器４０６を構成する偏光ビームスプリ
ッタの出射面部分にのみに配置され、反射ミラーの出射
面部分には配置されていない。尚、この例では第１の集
光レンズアレイ板４０３、第２の集光レンズアレイ板４
０９および出射側レンズ４０７でインテグレータ光学系
を構成し、偏光分離器４０６および１／２波長板４０５
で偏光変換部を構成している。A polarized light illumination optical system having the above-described integrator optical system and a polarization converter is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-304.
No. 739, which has already been put to practical use as a polarized light illuminating device for a projection type liquid crystal display device using a liquid crystal light valve. Here, a conventional polarized illumination device will be described. FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an optical system of a conventional polarized light illumination device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-304789. Conventional polarized light device 4 shown in FIG.
01 is a light source unit 402, a first condenser lens array plate 40
3, the second condenser lens array plate 409 and the polarization conversion unit 404 are arranged along the system optical axis 410 and are generally configured. The light source unit 402 is composed of a light source lamp 501 and a parabolic reflector 502, and reflects the randomly polarized light emitted from the light source lamp 501 in one direction by the parabolic reflector 502 to the first condensing array lens plate 403. It is intended to be incident. First condenser lens array plate 403
Has a configuration in which a plurality of minute condenser lenses having a rectangular outline are arranged vertically and horizontally, and divides incident light into the same number of light source images as the rectangular condenser lens. The second condenser lens array plate 409 is formed by arranging a plurality of condenser lenses 503 having the same number as that of the rectangular condenser lenses constituting the first condenser lens array plate 403. Has the function of condensing light. The polarization converter 404 separates light having a random polarization direction into two linearly polarized lights and combines the lights with the same polarization direction. The polarization separator 406 and the half-wave plate 40
5 and an exit lens 407. The polarization beam splitter 406 includes a polarization beam splitter made of a square prism-shaped prism composite having a polarization separation film 503 therein,
Similarly, a pair consisting of a reflecting mirror made of a square prism-shaped prism composite having a reflecting film 505 inside is used as a basic structural unit, and a plurality of such pairs are arranged in a plane. However, a pair of basic constituent units are regularly arranged so as to correspond to each of the condenser lenses 503 constituting the second condenser lens array plate 409. Also, a half-wave plate 4
Reference numeral 05 is disposed only on the output surface of the polarization beam splitter constituting the polarization splitter 406, and is not disposed on the output surface of the reflection mirror. In this example, the first condenser lens array plate 403 and the second condenser lens array plate 4
09 and the exit lens 407 constitute an integrator optical system, and include a polarization separator 406 and a half-wave plate 405.
Constitute a polarization conversion unit.
【０００５】このような偏光照明装置において、光源部
４０２から出射された光は、第１の集光レンズアレイ板
４０３および第２の集光レンズアレイ板４０９により複
数の集光像に分割され、各々の集光像が偏光分離器４０
６の基本構成単位に集光される。そして、偏光分離器４
０６を通過する過程において、第２の集光レンズアレイ
板４０９を構成する各集光レンズからのランダムな偏光
光は偏光分離器４０６の偏光ビームスプリッタにより偏
光方向の異なるＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。分離
されたＰ偏光光は進行方向を変えずに偏光ビームスプリ
ッタをそのまま通過する。他方、Ｓ偏光光は偏光ビーム
スプリッタ内の偏光分離膜で進行方向を約９０度変え、
隣接する反射ミラーでさらに進行方向を９０度変え、最
終的にはＰ偏光光とほぼ平行な角度で偏光分離器４０６
より出射される。その後、前記偏光ビームスプリッタよ
り出射されたＰ偏光光は１／２波長板４０５を通過する
ので、Ｓ偏光光へと変換される。他方、前記隣接する反
射ミラーから出射されたＳ偏光光は１／２波長板４０５
を通過しないので、変換されない。以上により、第２の
集光レンズアレイ板４０９を構成する各集光レンズ５０
３からのランダムな偏光光は、偏光方向が揃った１種類
の偏光光に変換される。その後、１種類の偏光光に揃え
られた光束は出射側レンズ４０７により照明領域４０８
へと導かれ、照明領域４０８上で重なって結像される。In such a polarized light illumination device, light emitted from the light source unit 402 is divided into a plurality of condensed images by a first condensing lens array plate 403 and a second condensing lens array plate 409, Each condensed image is converted by the polarization separator 40.
The light is focused on the six basic constituent units. And a polarization separator 4
In the process of passing through the light beam 06, the randomly polarized light from each condenser lens constituting the second condenser lens array plate 409 is converted into P-polarized light and S-polarized light having different polarization directions by the polarization beam splitter of the polarization separator 406. Is separated into The separated P-polarized light passes through the polarization beam splitter without changing the traveling direction. On the other hand, the traveling direction of the S-polarized light is changed by about 90 degrees by the polarization separation film in the polarization beam splitter,
The traveling direction is further changed by 90 degrees by the adjacent reflection mirror, and finally the polarization separator 406 is turned at an angle almost parallel to the P-polarized light.
Is emitted. Thereafter, the P-polarized light emitted from the polarization beam splitter passes through the half-wave plate 405, and is converted into S-polarized light. On the other hand, the S-polarized light emitted from the adjacent reflection mirror is
Is not converted. As described above, each condenser lens 50 constituting the second condenser lens array plate 409
The random polarized light from No. 3 is converted into one kind of polarized light having a uniform polarization direction. After that, the light beam that has been aligned to one type of polarized light is illuminated by the exit side lens 407 to the illumination area 408.
To form an overlapped image on the illumination area 408.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の偏光照明装置は次のような問題点がある。この偏光照
明装置は、偏光分離器の内部において、偏光ビームスプ
リッタで分離された一方の偏光光を当該偏光ビームスプ
リッタと対の反射ミラーにより、前記偏光ビームスプリ
ッタで分離した他方の偏光光と同方向に反射させる構成
である。そのため、前記偏光分離器での透過光と反射光
の光路長を簡単に調整することが困難であり、インテグ
レータ光学系によって照明領域の位置近傍に出来る焦点
位置がほぼ一致してしまう。すなわち、インテグレータ
光学系としては、照明領域部と液晶ライトバルブ部の面
積を一致させることが光の利用効率が高く、投写画面を
明るくすることとなるが、照明領域周辺部には、輝度ム
ラが発生するため、十分な投写画面を得るためには、こ
の照明領域を液晶ライトバルブ部よりも、大きくしなけ
ればならないので、投写画面上は暗くなる。However, the above-mentioned conventional polarized light illuminator has the following problems. This polarized light illuminating device is configured such that, inside a polarized light separator, one polarized light beam separated by a polarizing beam splitter is directed in the same direction as the other polarized light beam separated by the polarized beam splitter by the polarizing beam splitter and a pair of reflecting mirrors. This is a configuration for reflecting light. For this reason, it is difficult to easily adjust the optical path lengths of the transmitted light and the reflected light in the polarization separator, and the focal positions formed near the position of the illumination area by the integrator optical system almost coincide. That is, in the integrator optical system, the area of the illumination area and the area of the liquid crystal light valve are made to have the same area, so that the light use efficiency is high and the projection screen is brightened. Therefore, in order to obtain a sufficient projection screen, the illumination area must be larger than that of the liquid crystal light valve, and the projection screen becomes dark.
【０００７】その他にも、インテグレータ光学系を構成
する集光レンズアレイのセルサイズによって、前記偏光
分離器のサイズが決まってしまうことにある。光源部の
アーク長によって集光レンズアレイのセル間隔を狭くす
る必要が生じ、また短冊状に配置された１／２波長板の
横幅を狭くする必要があり、また、偏光プリズムの１／
２波長板を貼り合わせている出射面部分にあとから反射
防止膜を蒸着する必要など、コスト高になるとともに特
に偏光変換光学系の限界に達してしまう。Another problem is that the size of the polarization splitter is determined by the cell size of the condenser lens array constituting the integrator optical system. Due to the arc length of the light source unit, it is necessary to narrow the cell interval of the condenser lens array, and it is necessary to narrow the width of the half-wave plate arranged in a strip shape.
For example, it is necessary to vapor-deposit an anti-reflection film on the emission surface portion where the two-wavelength plate is bonded, which increases the cost and particularly reaches the limit of the polarization conversion optical system.
【０００８】さらに、装置開発の度に集光レンズアレイ
のセル間隔の設計が必要であり、それに伴い偏光プリズ
ムアレイの設計を変更しなければならない。Further, every time the device is developed, it is necessary to design the cell spacing of the condenser lens array, and accordingly, the design of the polarizing prism array must be changed.
【０００９】本発明の目的は、上述の課題に鑑みて、イ
ンテグレータ光学系と偏光変換光学系を組み合わせた、
光効率の高く、投写画面上の不具合を低減し、偏光変換
部の温度上昇も低減できる偏光照明装置、およびこれを
備えた小型の投写型液晶表示装置を実現することにあ
る。In view of the above problems, an object of the present invention is to combine an integrator optical system and a polarization conversion optical system.
It is an object of the present invention to realize a polarized light illuminating device that has high light efficiency, reduces defects on a projection screen, and can also reduce a rise in temperature of a polarization conversion unit, and a small projection type liquid crystal display device including the same.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、偏光方向がランダムな光を出射する光源部
と、縦横に並ぶ複数の矩形集光レンズから構成され、前
記光源部から出射される光を集光して複数の２次光源像
を形成するための第１の集光レンズアレイ板と、該２次
光源像の各々に対応する集光レンズを縦横に複数配列し
てなる第２の集光レンズアレイ板と、該第２の集光レン
ズアレイ板の近傍に配置され、前記偏光方向がランダム
な光を２つの直線偏光光に分離し、且つ偏光方向を揃え
て合成する偏光変換部とを含む偏光照明装置において、
前記偏光変換部が、前記第２の集光レンズアレイ板の集
光レンズに対応するように配列された複数のスリット部
を有する反射板と、該反射板におけるスリット間の反射
部を少なくとも覆う１／４波長板と、平板状の偏光分離
器、および出射側レンズとをこの順番で光の入射側から
配置したものであり、前記偏光分離器が、三角柱プリズ
ムを基本構成単位とし、該三角柱プリズムの斜面どうし
を互いに貼り合わせて平板状にすると共に、隣り合う三
角柱プリズムの隣接面にそれぞれ偏光分離膜を形成した
平板状偏光ビームスプリッタアレイであることを特徴と
する。According to the present invention, there is provided a light source unit for emitting light having a random polarization direction, and a plurality of rectangular condensing lenses arranged vertically and horizontally. A first condenser lens array plate for condensing the emitted light to form a plurality of secondary light source images, and a plurality of condenser lenses corresponding to each of the secondary light source images arranged vertically and horizontally. A second condensing lens array plate, and the light that is arranged in the vicinity of the second condensing lens array plate, separates the light having the random polarization direction into two linearly polarized light beams, and combines the lights with the same polarization direction. And a polarization conversion unit comprising:
A polarizing plate having a plurality of slits arranged so as to correspond to a condensing lens of the second condensing lens array plate, and a polarizing plate for covering at least a reflecting portion between the slits in the reflecting plate; A quarter-wave plate, a plate-shaped polarization separator, and an emission-side lens are arranged in this order from the light incident side. The polarization separator uses a triangular prism as a basic constituent unit, Are bonded to each other to form a flat plate shape, and a polarizing beam splitter array in which a polarization separation film is formed on each of the adjacent surfaces of the adjacent triangular prisms.
【００１１】この偏光照明装置においては、前記第２の
集光レンズアレイの各集光レンズの配置間隔Ｓ１と前記
偏光分離器の入射側面における基本構成単位の配置間隔
Ｐ１との間にＰ１＝ｎ×Ｓ１／２（ｎは自然数）の関係
が成り立つように前記偏光変換部が構成されていること
が好ましい。In this polarized light illuminating device, P1 = n is set between the arrangement interval S1 of each condenser lens of the second condenser lens array and the arrangement interval P1 of the basic structural unit on the incident side surface of the polarization separator. It is preferable that the polarization conversion unit is configured so that a relationship of × S1 / 2 (n is a natural number) is satisfied.
【００１２】さらに、前記１／４波長板が、前記反射板
の前記偏光分離器側の全面を覆う１枚の平面板からなる
ものでもよく、また、前記反射板が、平板状の透明部材
の一面に反射部を施し、該反射部以外の透明部をスリッ
ト部としたものであってもよい。Further, the quarter-wave plate may be formed of a single flat plate covering the entire surface of the reflection plate on the side of the polarization separator, and the reflection plate may be formed of a flat transparent member. A reflection portion may be provided on one surface, and a transparent portion other than the reflection portion may be a slit portion.
【００１３】さらに、前記第２の集光レンズアレイ板を
構成する集光レンズが、前記第１の集光レンズアレイ板
を構成する矩形集光レンズと相似形である事が好まし
い。Further, it is preferable that the condensing lens forming the second condensing lens array plate has a similar shape to the rectangular condensing lens forming the first condensing lens array plate.
【００１４】さらに上記の偏光照明装置は、前記偏光変
換部の出射側レンズの代わりに、前記第２の集光レンズ
アレイ板を構成する集光レンズのうちの少なくとも一つ
が偏心系のレンズとなっているものでもよい。Further, in the above-mentioned polarized light illuminating apparatus, at least one of the condensing lenses constituting the second condensing lens array plate is an eccentric lens instead of the emission side lens of the polarization conversion section. It may be what you have.
【００１５】また、本発明は、上記のような偏光照明装
置と、該偏光照明装置からの光を３原色に分離する色分
離光学系と、液晶ライトバルブと、該液晶ライトバルブ
により画像情報に応じて変調された光を合成する色合成
光学系と、投写レンズとから少なくとも構成された投写
型液晶表示装置をも提供する。Further, the present invention provides a polarized light illuminating device as described above, a color separation optical system for separating light from the polarized illuminating device into three primary colors, a liquid crystal light valve, and image information by the liquid crystal light valve. Also provided is a projection type liquid crystal display device comprising at least a color synthesizing optical system for synthesizing light modulated in accordance therewith and a projection lens.
【００１６】（作用）次に、本発明の偏光照明装置の作
用について説明する。(Operation) Next, the operation of the polarized light illuminating device of the present invention will be described.
【００１７】偏光分離器の内部において、第１の偏光分
離膜で分離された一方の偏光光が当該第１の偏光分離膜
と同一の隣り合う第２の偏光分離膜により、前記第１の
偏光分離膜で分離された他方の偏光光と反対方向に反射
する。その後、前記一方の偏光光が前記偏光分離器の外
部に出射され、１／４波長板に入射し、この１／４波長
板を通過後、反射板で反射され、再び１／４波長板を通
過して前記偏光分離器の内部に戻る。１／４波長板を２
回通過する過程において前記一方の偏光光は前記他方の
偏光光の偏光方向と同じになっているので、前記偏光分
離器の内部をそのまま通過する。最終的には、偏光方向
の揃った前記一方の偏光光と前記他方の偏光光の２つの
光路はほぼ平行な角度で前記偏光分離器を出射する。Inside the polarization separator, one of the polarized lights separated by the first polarization separation film is converted into the first polarization light by the adjacent second polarization separation film identical to the first polarization separation film. The light is reflected in the opposite direction to the other polarized light separated by the separation film. Thereafter, the one polarized light is emitted out of the polarized light separator, enters a quarter-wave plate, passes through the quarter-wave plate, is reflected by a reflector, and again passes through the quarter-wave plate. It passes back into the polarization separator. 2/4 quarter wave plate
Since the one polarized light beam has the same polarization direction as the other polarized light beam in the process of passing through the light beam, the polarized light beam passes through the inside of the polarization splitter as it is. Eventually, the two optical paths of the one polarized light and the other polarized light whose polarization directions are aligned exit the polarization splitter at substantially parallel angles.
【００１８】このように偏光分離器の外部に反射光を透
過光と反対方向に一度出射させ、反射板で再び偏光分離
器の内部に入射させる構成であるので、前記偏光分離器
での透過光と反射光の光路長を、前記偏光分離器の板
厚、および反射板と偏光分離器との距離で調整すること
が可能となる。その結果、本発明の偏光照明装置は、イ
ンテグレータ光学系によって照明領域の位置近傍に出来
る焦点位置を２箇所設けることができ、透過光路は明る
さ重視で照明領域と同等の領域を照明し、反射光路は照
明領域よりも大きな領域を照射するように設定すれば、
投写型液晶表示装置の液晶ライトバルブに対して輝度ム
ラを発生させることなく、明るい投写画面映像を供給す
ることが出来る。As described above, the reflected light is once emitted to the outside of the polarized light separator in the direction opposite to the transmitted light, and is again incident on the inside of the polarized light separator by the reflection plate. And the optical path length of the reflected light can be adjusted by the thickness of the polarization separator and the distance between the reflection plate and the polarization separator. As a result, the polarized light illuminating device of the present invention can provide two focal positions near the position of the illuminated area by the integrator optical system, and illuminates an area equivalent to the illuminated area with emphasis on brightness and reflects light. If the light path is set to illuminate an area larger than the illumination area,
A bright projection screen image can be supplied to the liquid crystal light valve of the projection type liquid crystal display device without causing luminance unevenness.
【００１９】また、本発明の偏光照明装置は、前記スリ
ット状の反射板を偏光分離器の入射面側に配置すること
で、第１の集光レンズアレイ板で集光できない光（例え
ば、迷光）の偏光分離器への入射を殆ど遮断する機能も
併せており、偏光分離器での熱負荷を低減できる。In the polarized light illuminating device of the present invention, by disposing the slit-shaped reflecting plate on the incident surface side of the polarized light separator, light that cannot be condensed by the first condensing lens array plate (for example, stray light) ) Also has a function of almost blocking incidence on the polarization beam splitter, so that the heat load on the polarization beam splitter can be reduced.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２１】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施形態である偏光照明装置の要部を平面的に見た
概略構成図である。この図に示される形態の偏光照明装
置１は、光源部２、第１の集光レンズアレイ板３、第２
の集光レンズアレイ板９、および偏光変換部１０をシス
テム光軸１１に沿って配置して概ね構成されている。(First Embodiment) FIG. 1 is a schematic structural view of a principal part of a polarized light illuminating apparatus according to a first embodiment of the present invention, as viewed in plan. The polarized light illuminating device 1 of the embodiment shown in the figure includes a light source unit 2, a first condenser lens array plate 3, a second
And the polarization conversion unit 10 are arranged along the system optical axis 11.
【００２２】光源部２は光源ランプ１０１と放物面リフ
レクタ１０２からなり、光源ランプ１０１から放射され
たランダムな偏光光を放物面リフレクタ１０２で一方向
に反射して第１の集光レンズアレイ板３に入射させるも
のである。ここで、放物面リフレクタの代わりに楕円リ
フレクタや球面リフレクタを用いる事も可能である。The light source unit 2 includes a light source lamp 101 and a parabolic reflector 102, and reflects a randomly polarized light emitted from the light source lamp 101 in one direction by the parabolic reflector 102 to form a first condenser lens array. The light is incident on the plate 3. Here, an elliptical reflector or a spherical reflector can be used instead of the parabolic reflector.
【００２３】図２は第１の集光レンズアレイ板３の外観
斜視図である。この図のように、第１の集光レンズアレ
イ板３は、同一の矩形状の輪郭をした矩形集光レンズ１
０３が縦横に複数配列した構成である。第１の集光レン
ズアレイ板３に入射した光は、矩形レンズ１０３の集光
作用により、システム光軸９と垂直な平面内に矩形集光
レンズ１０３の数と同数の集光像を形成する。この複数
の集光像は、光源ランプの投写像に他ならないため、以
下では２次光源像と呼ぶものとする。FIG. 2 is an external perspective view of the first condenser lens array plate 3. As shown in this figure, the first condenser lens array plate 3 is provided with a rectangular condenser lens 1 having the same rectangular contour.
Reference numeral 03 denotes a configuration in which a plurality of elements are arranged vertically and horizontally. The light incident on the first condenser lens array plate 3 forms the same number of condensed images as the number of the rectangular condenser lenses 103 in a plane perpendicular to the system optical axis 9 by the condensing action of the rectangular lenses 103. . Since the plurality of condensed images is nothing but a projection image of the light source lamp, it is hereinafter referred to as a secondary light source image.
【００２４】第２の集光レンズアレイ板９は第１の集光
レンズアレイ板３とほぼ同様な構成となっている。但
し、第２の集光レンズアレイ板９を構成する集光レンズ
１０４と第１の集光レンズアレイ板３を構成する矩形集
光レンズ１０３とは、全くの同一の寸法形状及びレンズ
特性を有する必要はない。The second condenser lens array plate 9 has substantially the same configuration as the first condenser lens array plate 3. However, the condenser lens 104 constituting the second condenser lens array plate 9 and the rectangular condenser lens 103 constituting the first condenser lens array plate 3 have exactly the same dimensions and lens characteristics. No need.
【００２５】次に、再び図１を参照して本形態の偏光照
明装置の偏光変換部１０について説明する。偏光変換部
１０は、スリット状の反射板４、１／４波長板５、偏光
分離器６、および出射側レンズ７から構成されるもので
あり、第１の集光レンズアレイ板３により形成される２
次光源像をさらに集光する第２の集光レンズアレイ板９
の近傍に配置され、システム光軸９に対して垂直な平面
内に配置されている。この偏光変換部１０は、ランダム
な偏光光を２種類の偏光光に分離する機能と、分離した
２種類の偏光光を偏光方向を揃えて合成する機能とを併
せ持っている。図３は、偏光変換部１０の構成部品の外
観を示している。但し、この図には出射側レンズ７が省
略されている。この図に示すように偏光変換部１０で
は、第２の集光レンズアレイ板９を通過した光が反射板
４のスリット幅１５３を通過し、偏光分離器６に入射す
る。この偏光分離器６は三角柱プリズムを基本構成単位
としており、図３に示すように三角柱プリズムの斜面ど
うしを互いに貼り合わせるように三角柱プリズムを平面
的に複数配列（２次光源像が形成される平面内に配列さ
れる）して平板状にしたもので、かつ、隣り合う三角柱
プリズムの隣接面にそれぞれ偏光分離膜１０５、１０６
を形成した平板状偏光ビームスプリッタアレイである。
偏光分離膜は同一のもので偏光分離器６の内部にのこぎ
り歯状に形成されている。Next, the polarization conversion section 10 of the polarized light illuminating apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. 1 again. The polarization conversion unit 10 includes a slit-shaped reflection plate 4, a 波長 wavelength plate 5, a polarization separator 6, and an exit lens 7, and is formed by the first condenser lens array plate 3. 2
Second condenser lens array plate 9 for further condensing the next light source image
And in a plane perpendicular to the system optical axis 9. The polarization converter 10 has both a function of separating random polarized light into two types of polarized light and a function of combining the separated two types of polarized light with the same polarization direction. FIG. 3 shows the appearance of the components of the polarization conversion unit 10. However, the exit-side lens 7 is omitted in this figure. As shown in this figure, in the polarization conversion unit 10, the light passing through the second condenser lens array plate 9 passes through the slit width 153 of the reflection plate 4 and enters the polarization splitter 6. The polarized light separator 6 has a triangular prism as a basic constituent unit. As shown in FIG. 3, a plurality of triangular prisms are arranged in a plane such that the inclined surfaces of the triangular prism are bonded to each other (a plane on which a secondary light source image is formed). The polarization separation films 105 and 106 are formed on the adjacent surfaces of the adjacent triangular prisms.
Is a plate-shaped polarizing beam splitter array formed with.
The same polarized light separating film is formed in a sawtooth shape inside the polarized light separator 6.
【００２６】本形態では偏光分離器６の基本構成単位の
横幅Ｐ１は、第２の集光レンズアレイ９の各集光レンズ
１０４の横幅Ｓ１と等しい。スリット状反射板４のスリ
ットは開口部であって、第２の集光レンズアレイ９を構
成する縦列の集光レンズ１０４に対応するように規則的
に配列されている。反射板４におけるスリット間の板部
の出射面側部分に１／４波長板５がそれぞれ配置されて
いる。そして、偏光分離器６の各基本構成単位は、スリ
ット状反射板５の隣り合う反射部及びスリット部の組に
対応するように配置されている。また、偏光分離器６の
基本構成単位の横幅の約半分の幅Ｘｐ１５５と、各１／
４波長板５の横幅Ｘ１５４と、スリット状反射板４の各
スリットの横幅Ｘ１５３とは等しい。In this embodiment, the width P1 of the basic constituent unit of the polarization beam splitter 6 is equal to the width S1 of each condenser lens 104 of the second condenser lens array 9. The slits of the slit-shaped reflection plate 4 are openings, and are regularly arranged so as to correspond to the columns of condensing lenses 104 constituting the second condensing lens array 9. Quarter-wavelength plates 5 are arranged on the exit surface side of the plate portion between the slits in the reflection plate 4. Each of the basic constituent units of the polarization separator 6 is arranged so as to correspond to a pair of the adjacent reflection part and the slit part of the slit-shaped reflection plate 5. Further, the width Xp155, which is about half of the width of the basic structural unit of the polarization separator 6, is 1 /
The width X154 of the four-wavelength plate 5 is equal to the width X153 of each slit of the slit-shaped reflection plate 4.
【００２７】ここで、図１、図３及び図４を参照して偏
光変換部１０の機能について説明する。図４に偏光変換
部１０を通過する時の光の様子を模式的に示す。これら
の図に示すように、第２の集光レンズアレイ板９に入射
した偏光方向のランダムな光は反射板４のスリット部を
通過し、１／４波長板５どうしの隙間を通過した後、偏
光分離器６により偏光方向の異なる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。すなわち、Ｐ偏光
光は進行方向を変えずに偏光分離器６をそのまま通過す
る。一方、Ｓ偏光光は、偏光分離器６の偏光分離膜１０
５で反射され、その後に偏光分離膜１０６で反射され
（但し、この時、光軸は約Ｘｐ分シフトする）、１／４
波長板５に入射する。ここで、Ｓ偏光光は、１／４波長
板により偏光面の回転作用により楕円偏光に変換され、
スリット状の反射板４で反射される。そして、反射され
た楕円偏光光は再び１／４波長板５に入射し、偏光面の
回転作用により楕円偏光からＰ偏光光に変換され、偏光
分離器６をそのまま通過する。最終的にはこの２つの光
路においてＰ偏光光がほぼ平行な角度で偏光分離器６を
出射する。以上をまとめると偏光変換部１０により、光
源部２から偏光方向のランダムな光は１種類の直線偏光
光（この場合はＰ偏光光）に変換されることになる。Here, the function of the polarization conversion unit 10 will be described with reference to FIG. 1, FIG. 3, and FIG. FIG. 4 schematically shows the state of light passing through the polarization conversion unit 10. As shown in these figures, the random light in the polarization direction incident on the second condensing lens array plate 9 passes through the slit portion of the reflecting plate 4 and passes through the gap between the quarter-wave plates 5. The polarization separator 6 separates the light into two types of linearly polarized light, P-polarized light and S-polarized light having different polarization directions. That is, the P-polarized light passes through the polarization separator 6 without changing the traveling direction. On the other hand, the S-polarized light is
5 and thereafter reflected by the polarization splitting film 106 (however, at this time, the optical axis shifts by about Xp), and
The light enters the wave plate 5. Here, the S-polarized light is converted into elliptically polarized light by the rotation of the polarization plane by a quarter-wave plate,
The light is reflected by the slit-shaped reflecting plate 4. Then, the reflected elliptically polarized light enters the quarter-wave plate 5 again, is converted from elliptically polarized light to P-polarized light by the rotation of the polarization plane, and passes through the polarization separator 6 as it is. Finally, in these two optical paths, the P-polarized light exits the polarization splitter 6 at substantially parallel angles. In summary, the polarization converter 10 converts light having a random polarization direction from the light source unit 2 into one type of linearly polarized light (in this case, P-polarized light).
【００２８】このようにしてＰ偏光光に揃えられた光束
は、出射側レンズ７により照明領域８へと導かれ、照明
領域８上に重なって結像される。光源部２からの偏光方
向のランダムな光は１つの直線偏光光に変換されて、殆
ど全ての光が照明領域８へと達する。このため、照明領
域８は殆ど１つの偏光光で均一に照明され、光損失が殆
どないため、光利用効率が極めて高い。The luminous flux adjusted to the P-polarized light in this way is guided to the illumination area 8 by the exit lens 7, and forms an image on the illumination area 8 while overlapping. The random light in the polarization direction from the light source unit 2 is converted into one linearly polarized light, and almost all the light reaches the illumination area 8. For this reason, the illumination area 8 is uniformly illuminated with almost one polarized light, and there is almost no light loss, so that the light use efficiency is extremely high.
【００２９】さらに、本形態では横長の矩形形状である
照明領域８の形状に合わせて、第１の集光レンズアレイ
板３を構成する微小な矩形集光レンズ１０３を横長の矩
形形状とし、同時に偏光分離器１０において透過および
反射した２種類の直線偏光光を横方向（水平方向）に分
離する形態となっている。このため、横長の矩形形状を
有する照明領域８を照明する場合でも、光量を無駄にす
ることなく、照明効率を高めることが出来る。Further, according to the present embodiment, the minute rectangular condenser lens 103 constituting the first condenser lens array plate 3 is formed into a horizontally long rectangular shape in accordance with the shape of the illumination region 8 which is a horizontally long rectangular shape. The polarization separator 10 separates two types of linearly polarized light transmitted and reflected in the horizontal direction (horizontal direction). For this reason, even when illuminating the illumination region 8 having a horizontally long rectangular shape, the illumination efficiency can be increased without wasting the light amount.
【００３０】一般に偏光ビームスプリッタを用いて偏光
方向のランダムな光をＰ偏光光とＳ偏光光に単純に分離
すると、偏光ビームスプリッタから出射される光束幅は
２倍に広がり、それに応じて光学系も大型化する。しか
し、本発明の偏光照明系では、インテグレータ光学系の
特徴である微小な２次光源像の生成という過程を高効率
で利用して、光を分離することで光束幅の広がりを吸収
でき、光束の幅は広がらず、小型の光学系を実現できる
特徴がある。In general, when a light beam having a random polarization direction is simply separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam by using a polarizing beam splitter, the width of the light beam emitted from the polarizing beam splitter is doubled. Also increase in size. However, in the polarized illumination system of the present invention, the process of generating a minute secondary light source image, which is a feature of the integrator optical system, can be used with high efficiency to separate the light and absorb the spread of the light beam width. Has a feature that a small optical system can be realized.
【００３１】（第２の実施の形態）上述の実施形態に
は、前記第２の集光レンズアレイの各集光レンズの横方
向（水平方向）の配置間隔Ｓ１が前記偏光分離器の入射
側面における基本構成単位（三角柱プリズム）の配置間
隔Ｐ１と等しい場合を示した。(Second Embodiment) In the above-mentioned embodiment, the horizontal (horizontal) arrangement interval S1 of each condenser lens of the second condenser lens array is different from the incident side surface of the polarization separator. The case where the arrangement interval P1 of the basic constituent units (triangular prisms) is equal to that in FIG.
【００３２】ここでは、Ｐ１＝Ｓ１／２の場合を示す。
図５及び図６には本発明の第２の実施形態である偏光照
明装置の偏光変換部を光が通過する時の様子を示す。図
５に示した、偏光分離器６の入射側面における基本構成
単位の配置間隔Ｐ１が第２の集光レンズアレイの各集光
レンズの配置間隔Ｓ１の１／２である場合においても、
第１の実施形態と同様な効果が得られる。尚、図５に示
される形態の偏光照明装置では、スリット状の反射板４
のスリット幅と、偏光分離器６の基本構成単位（三角柱
プリズム）の横幅とは等しく、前記スリットと前記基本
構成単位とは前記スリットの横幅の半分だけずれて配置
されている。偏光分離器６による透過光と反射光の光軸
は、第１の実施形態における図４で示したＸｐの１／２
だけシフトしている。このような構成を除いては第１の
実施形態と同じである。Here, a case where P1 = S1 / 2 is shown.
FIGS. 5 and 6 show a state where light passes through the polarization conversion unit of the polarized light illumination device according to the second embodiment of the present invention. Even when the arrangement interval P1 of the basic constituent units on the incident side surface of the polarization separator 6 shown in FIG. 5 is １ ／ of the arrangement interval S1 of each condenser lens of the second condenser lens array,
An effect similar to that of the first embodiment can be obtained. Incidentally, in the polarized light illuminating device of the embodiment shown in FIG.
Is equal to the width of the basic structural unit (triangular prism) of the polarization separator 6, and the slit and the basic structural unit are arranged to be shifted from each other by half the width of the slit. The optical axes of the transmitted light and the reflected light by the polarization separator 6 are １ ／ of Xp in the first embodiment shown in FIG.
Is only shifting. Except for such a configuration, it is the same as the first embodiment.
【００３３】また、図６に示す様なＰ１＝３／２Ｓ１の
場合にも第１の実施形態と同様な効果が得られる。この
図６に示される形態の偏光照明装置では、偏光分離器６
の基本構成単位の横幅の約１／３の幅とスリット状の反
射板４のスリット幅とが等しくなっており、スリット状
反射板４の隣り合う反射部とスリット部の境界線に偏光
分離器６の基本構成単位の横幅での中心が対応してい
る。偏光分離器６による透過光と反射光の光軸は、第１
の実施形態における図４で示したＸｐの３／２だけシフ
トしている。このような構成を除いては第１の実施形態
と同じである。Also, in the case of P1 = 3 / 2S1 as shown in FIG. 6, the same effect as in the first embodiment can be obtained. In the polarized light illuminating device of the embodiment shown in FIG.
And the slit width of the slit-shaped reflector 4 is equal to the width of about 1/3 of the width of the basic constitutional unit, and a polarization separator is provided on the boundary between the adjacent reflector and the slit of the slit reflector 4. The center of the width of the six basic constituent units corresponds. The optical axes of the transmitted light and the reflected light by the polarization separator 6 are the first
In this embodiment, the distance is shifted by 3/2 of Xp shown in FIG. Except for such a configuration, it is the same as the first embodiment.
【００３４】以上のように、本発明は基本的にはＰ１＝
ｎ・Ｓ１／２（ｎ：自然数）の場合においてはすべて第
１の実施形態と同様な効果が得られる。As described above, the present invention basically provides P1 =
In the case of n · S1 / 2 (n: natural number), the same effect as in the first embodiment can be obtained.
【００３５】（第３の実施の形態）図７は本発明の第３
の実施形態である偏光照明装置の偏光変換部を光が通過
する時の様子を示す概略図である。この図には第１の実
施形態と同一の構成部品には同一番号を付してある。そ
して、以下では第１の実施形態と異なる構成についての
み説明する。第１及び第２の実施形態に示した１／４波
長板は、図７に示すように１枚の平面板からなる１／４
波長板５１にすることも可能である。この１／４波長板
５１の大きさは第２の集光レンズアレイ板９の有効領域
と同等にすることが好ましい。但し、第１の実施形態と
比べ、１／４波長板を光が通過する回数が増加するた
め、一般的には光損失は第１の実施形態に比べ多くな
る。しかし、製造コストの低減化が可能な偏光照明装置
である。(Third Embodiment) FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention.
It is the schematic which shows the mode when the light passes through the polarization conversion part of the polarized light illuminating device which is embodiment of FIG. In this figure, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Then, only the configuration different from the first embodiment will be described below. The quarter-wave plate shown in the first and second embodiments is a quarter-wave plate composed of one flat plate as shown in FIG.
It is also possible to use the wave plate 51. It is preferable that the size of the 波長 wavelength plate 51 be equal to the effective area of the second condenser lens array plate 9. However, as compared with the first embodiment, the number of times that light passes through the 波長 wavelength plate is increased, so that the optical loss is generally larger than that of the first embodiment. However, this is a polarized light illuminating device capable of reducing the manufacturing cost.
【００３６】尚、図７には第１の実施形態と同じである
Ｐ１＝Ｓ１の場合の構成を示したが、本形態の１／４波
長板はＰ１＝ｎ・Ｓ１／２（ｎ：自然数）の場合の構成
であればどれでも適用する事ができる。FIG. 7 shows the configuration in the case of P1 = S1, which is the same as that of the first embodiment. However, the quarter-wave plate of this embodiment has P1 = n · S1 / 2 (n: natural number) ), Any configuration can be applied.
【００３７】（第４の実施形態）図８は本発明の第４の
実施形態である偏光照明装置の偏光変換部を光が通過し
た時の様子を示す概略図である。この図には第１の実施
形態と同一の構成部品には同一番号を付してある。そし
て、以下では第１の実施形態と異なる構成についてのみ
説明する。第１、第２及び第３の実施形態に示した反射
板は、図８に示すように、スリットとしての開口部の無
い１枚の平面状反射板４１にすることも可能である。こ
の平面状反射板４１の大きさは第２の集光レンズアレイ
板９の有効領域と同等にすることが好ましい。反射板４
１の平面上の反射部４２は一枚の透明部材（例えば平面
ガラス）に反射蒸着、反射フィルム等を施してなり、こ
の反射部４２以外がスリットとしての透明部４３になっ
ている。この透明部４３に反射防止膜を追加することで
透過効率を向上させる事ができる。但し、このような形
態の偏光照明装置は、反射板５の透過部に光を透過させ
る構成のため、第１及び第２の実施形態に比べて一般的
には多くなる。しかし、製造コストの低減化が可能な偏
光照明装置である。(Fourth Embodiment) FIG. 8 is a schematic view showing a state when light passes through a polarization conversion section of a polarized light illuminating apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In this figure, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Then, only the configuration different from the first embodiment will be described below. The reflector shown in the first, second and third embodiments can be a single planar reflector 41 having no opening as a slit as shown in FIG. It is preferable that the size of the planar reflector 41 be equal to the effective area of the second condenser lens array plate 9. Reflector 4
The reflecting portion 42 on one plane is formed by applying a reflective evaporation, a reflecting film, or the like to a single transparent member (for example, flat glass), and a portion other than the reflecting portion 42 is a transparent portion 43 as a slit. By adding an anti-reflection film to the transparent portion 43, the transmission efficiency can be improved. However, the polarization illuminating device of such a configuration generally has more light than the first and second embodiments because it has a configuration in which light is transmitted through the transmission portion of the reflection plate 5. However, this is a polarized light illuminating device capable of reducing the manufacturing cost.
【００３８】尚、図８には第１の実施形態と同じである
Ｐ１＝Ｓ１の場合の構成を示したが、本形態の反射板４
１はＰ１＝ｎ・Ｓ１／２（ｎ：自然数）の場合の構成で
あればどれでも適用する事ができる。FIG. 8 shows a configuration in the case of P1 = S1 which is the same as that of the first embodiment.
1 can be applied to any configuration in the case of P1 = nS1 / 2 (n: natural number).
【００３９】（第５の実施の形態）図５は、本発明の第
５の実施形態である偏光照明装置の要部を平面的に見た
概略構成図である。この図には第１〜４の実施形態で示
した構成部品と同一の部品に同一番号を付してある。(Fifth Embodiment) FIG. 5 is a schematic structural view of a main part of a polarized light illuminating apparatus according to a fifth embodiment of the present invention, as viewed in plan. In this figure, the same parts as those shown in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals.
【００４０】図１〜図８に示された第１〜４の実施形態
の第２の集光レンズアレイ板９は、何れも集光レンズ１
０４と出射側レンズ７を備えている。偏光分離器６に入
射する光は、そのシステム主光線１５２の傾きがシステ
ム主光線９に平行が理想的であることから、集光レンズ
１０４は第１の集光レンズアレイ板３を構成する矩形集
光レンズ１０３と同一のレンズにより構成される場合が
多く、また、出射側のレンズ７は第２の集光レンズアレ
イ板９を通過した光束を所定の照明領域８上に重ねて結
像させる為に必要である。Each of the second condenser lens array plates 9 of the first to fourth embodiments shown in FIGS.
04 and an exit-side lens 7. The light incident on the polarization separator 6 is ideal because the inclination of the system chief ray 152 is ideally parallel to the system chief ray 9, so that the condensing lens 104 is rectangular in the first condensing lens array plate 3. In many cases, the same lens as the condenser lens 103 is used, and the lens 7 on the output side forms an image by superimposing a light beam passing through the second condenser lens array plate 9 on a predetermined illumination area 8. It is necessary for
【００４１】しかし、本形態では、上記の集光レンズ９
を図９に示すような偏心系の集光レンズ１１２〜１１４
に代えた第２の集光レンズアレイ板１１１とすると共
に、偏光分離膜１０５、１０６の設置角度を工夫するこ
とにより、出射側レンズ７を省略する事が可能となり、
光学系の低コスト化が可能となる。However, in the present embodiment, the condenser lens 9 described above is used.
Are shown as eccentric focusing lenses 112 to 114 as shown in FIG.
By changing the installation angle of the polarization separation films 105 and 106 together with the second condenser lens array plate 111 instead of the above, the emission side lens 7 can be omitted,
The cost of the optical system can be reduced.
【００４２】また、本形態のように出射側レンズを使用
しない構成では、第２の集光レンズアレイ板１１１の設
置場所は偏光分離器６の光源側に限定されることなく、
第２の集光レンズアレイ板１１１を構成する偏心系集光
レンズ１１２、１１３、１１４のレンズ特性、および偏
光分離器６の偏光分離膜１０５、１０６の配置角度によ
って第２の集光レンズアレイ板１１１を偏光分離器６よ
りも照明領域８の側に設置することもできる。In the configuration in which the exit side lens is not used as in the present embodiment, the installation position of the second condenser lens array plate 111 is not limited to the light source side of the polarization separator 6,
The second condensing lens array plate depends on the lens characteristics of the eccentric condensing lenses 112, 113, and 114 constituting the second condensing lens array plate 111 and the arrangement angle of the polarization separation films 105 and 106 of the polarization separator 6. It is also possible to install 111 on the side of the illumination area 8 rather than the polarization separator 6.
【００４３】以上のように、第１の集光レンズアレイ板
３により形成される２次光源像の位置とその大きさによ
って、第２の集光レンズアレイ板１１１を構成する偏心
系集光レンズ１１２、１１３、１１４の寸法形状と偏光
分離器６の偏光分離膜１０５、１０６の配置寸法とを最
適化することにより、光源光の利用効率を一層向上する
ことが出来ると共に低コスト化、小型化の効果がある。As described above, the decentered condensing lens constituting the second condensing lens array plate 111 depends on the position and size of the secondary light source image formed by the first condensing lens array plate 3. By optimizing the dimensions and shapes of 112, 113, and 114 and the arrangement of the polarization separation films 105 and 106 of the polarization separator 6, the light source light use efficiency can be further improved, and the cost and size can be reduced. Has the effect.
【００４４】（第６の実施形態）次に、本発明の偏光照
明装置を用いた投写型液晶表示装置について説明する。
図１１は、本発明の第６の実施形態である投写型液晶表
示装置の光学系を示す概略図である。この形態では図１
で示した第１の実施形態の偏光照明装置を用いた投写型
液晶表示装置を例に採って説明する。(Sixth Embodiment) Next, a projection type liquid crystal display device using the polarized light illumination device of the present invention will be described.
FIG. 11 is a schematic diagram showing an optical system of a projection type liquid crystal display device according to a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, FIG.
The projection type liquid crystal display device using the polarized light illuminating device of the first embodiment shown in FIG.
【００４５】図１１に示される形態の投写型液晶表示装
置１００は図１で示した偏光照明装置１を備えている。
この偏光照明装置１では、光源部２から放射された偏光
方向のランダムな光は、第１の集光レンズアレイ板３に
よって集光された状態で第２の集光レンズアレイ板９を
通過し、偏光変換部１０の中の偏光分離器６により２種
類の直線偏光光に分離される。また、分離された各直線
偏光光のうち、Ｐ偏光光はそのまま通過し、Ｓ偏光光に
関しては偏光分離膜１０５、１０６、１／４波長板５及
びスリット状の反射板４を通過又は反射し、偏光分離器
６を通過したときには殆どＰ偏光光に変換されて通過す
る。その後、偏光光の揃えられた光束は所定の照明領域
上に出射側レンズ７により重ねて結像される。このよう
な照明系では、光源部からの光利用効率を照明装置を大
型化することなく従来の約２倍の利用効率を実現してい
る。The projection type liquid crystal display device 100 of the embodiment shown in FIG. 11 includes the polarized light illumination device 1 shown in FIG.
In this polarized light illuminating device 1, the random light in the polarization direction emitted from the light source unit 2 passes through the second condenser lens array plate 9 while being collected by the first condenser lens array plate 3. The light is separated into two types of linearly polarized light by the polarization separator 6 in the polarization converter 10. Further, among the separated linearly polarized lights, the P-polarized light passes as it is, and the S-polarized light passes or is reflected by the polarization splitting films 105 and 106, the quarter-wave plate 5, and the slit-shaped reflection plate 4. When the light passes through the polarization separator 6, it is almost converted into P-polarized light and passes therethrough. After that, the light beam in which the polarized light is aligned is superimposed and imaged on the predetermined illumination area by the exit lens 7. In such an illumination system, the use efficiency of light from the light source unit is approximately twice as large as that of the related art without increasing the size of the illumination device.
【００４６】このような偏光照明装置１から出射した光
束はまず全反射ミラー２１０において、光軸の進行方向
を９０度変更され、青色緑色反射ダイクロイックミラー
２２０において、赤色光を透過し、青色光および緑色光
を反射する。赤色光は反射ミラー２３０で反射され、第
１の液晶ライトバルブ３１０に達する。一方、青色光及
び緑色光のうち、緑色光は、緑色反射ダイクロイックミ
ラー２４０によって反射され第２の液晶ライトバルブ３
２０に達する。The light beam emitted from the polarized light illuminating device 1 is first changed in the direction of the optical axis by 90 degrees in the total reflection mirror 210, transmits red light in the blue-green reflection dichroic mirror 220, and transmits blue light and blue light. Reflects green light. The red light is reflected by the reflection mirror 230 and reaches the first liquid crystal light valve 310. On the other hand, among the blue light and the green light, the green light is reflected by the green reflecting dichroic mirror 240 and is reflected by the second liquid crystal light valve 3.
Reach 20.
【００４７】ここで、青色光は各色光のうちで最も長い
光路長を持つので、青色光に対しては、入射側のレンズ
２５０、リレーレンズ２６０及び出射側のレンズ２７０
からなるリレーレンズ系で構成された導光手段２８０を
設けてある。すなわち、青色光は、緑色反射ダイクロイ
ックミラー２４０を透過した後、まず、入射側レンズ２
５０及び反射ミラー２９０を経て、リレーレンズ２６０
に導かれ、このリレーレンズ２６０に集束された後、反
射ミラー３００によって出射側レンズ２７０に導かれ、
第３の液晶ライトバルブ３３０に達する。ここで、第１
〜３の液晶ライトバルブは、それぞれの色光を変調し、
各色に対応した映像情報を含ませた後に、変調した色光
をダイクロイックプリズム３４０（色合成手段）に入射
する。ダイクロイックプリズム３４０には、赤色反射の
誘電体多層膜と青色反射の誘電体多層膜とが十字状に形
成されており、それぞれの変調光束を含成する。ここ
で、合成された光束は、投写レンズ３５０（投写手段）
を通過してスクリーン３６０上に映像を形成することに
なる。Here, the blue light has the longest optical path length among the respective color lights, so that for the blue light, the lens 250 on the incident side, the relay lens 260 and the lens 270 on the exit side
And a light guiding means 280 composed of a relay lens system. That is, after transmitting the blue light through the green reflecting dichroic mirror 240, first, the incident side lens 2
50 and the reflection mirror 290, the relay lens 260
After being converged by the relay lens 260, guided by the reflection mirror 300 to the emission-side lens 270,
The third liquid crystal light valve 330 is reached. Here, the first
The liquid crystal light valves of ~ 3 modulate each color light,
After the video information corresponding to each color is included, the modulated color light is incident on the dichroic prism 340 (color synthesizing means). In the dichroic prism 340, a red-reflecting dielectric multilayer film and a blue-reflecting dielectric multilayer film are formed in a cross shape, and include respective modulated light beams. Here, the combined luminous flux is supplied to a projection lens 350 (projection unit).
To form an image on the screen 360.
【００４８】このように構成した投写型液晶表示装置１
００では、１種類の直線偏光光を変調するタイプの液晶
ライトバルブが用いられている。従って、従来の照明装
置を用い偏光方向のたランダムな光を液晶ライトバルブ
に導くと、偏光方向のランダムな光の半分は、偏光板
（図示せず）で吸収されて熱に変わってしまうので、光
の利用効率が悪いと共に、偏光板の発熱を抑える大型で
騒音が大きな冷却装置が必要であるという問題点があっ
た。しかし、本形態の投写型液晶表示装置１００では、
上記の問題点が大幅に改善される。The projection type liquid crystal display device 1 configured as described above
In the case of 00, a type of liquid crystal light valve that modulates one type of linearly polarized light is used. Therefore, when random light having a polarization direction is guided to a liquid crystal light valve using a conventional illumination device, half of the random light having a polarization direction is absorbed by a polarizing plate (not shown) and turned into heat. In addition, there is a problem in that a large-sized and noisy cooling device for suppressing the heat generation of the polarizing plate is required, as well as a low light use efficiency. However, in the projection type liquid crystal display device 100 of the present embodiment,
The above problems are greatly improved.
【００４９】すなわち、本形態の投写型液晶表示装置１
００では、図１に示した偏光照明装置１において、一方
の直線偏光光、例えばＳ偏光光に対して、１／４波長板
５によって偏光面を楕円偏光光にし、スリット状の反射
ミラー４で反射し、再度１／４波長板５を通過し、再度
偏光分離器６に入射し、Ｐ偏光光として透過し、偏光方
向の揃った状態となる。That is, the projection type liquid crystal display device 1 of the present embodiment
In the polarization illuminating device 1 shown in FIG. 1, the polarization plane of one linearly polarized light, for example, S-polarized light, is changed to elliptically polarized light by the quarter-wave plate 5 and The light is reflected, passes through the quarter-wave plate 5 again, enters the polarization separator 6 again, is transmitted as P-polarized light, and is in a state where the polarization directions are uniform.
【００５０】それ故、偏光光の揃った光が第１〜第３の
液晶ライトバルブ３１０、３２０、３３０に導かれるの
で、偏光板による光吸収は非常に少なく、光の利用効率
が向上し、明るい投写映像を得ることが出来る。また、
偏光板による光吸収量が低減できるので、偏光板での温
度上昇が抑制される。従って、冷却装置の小型化、低騒
音化、高性能な投写型液晶表示装置を実現できる。Therefore, the light having the uniform polarized light is guided to the first to third liquid crystal light valves 310, 320, 330, so that the light absorption by the polarizing plate is very small, and the light use efficiency is improved. A bright projection image can be obtained. Also,
Since the amount of light absorbed by the polarizing plate can be reduced, the temperature rise in the polarizing plate is suppressed. Therefore, it is possible to realize a projection type liquid crystal display device having a small cooling device, low noise, and high performance.
【００５１】さらに、偏光照明装置１では、偏光変換部
１０において、第２の集光レンズアレイ板９の集光レン
ズ１０４の形状に合わせて２種類の直線偏光光を横方向
に分離している。従って、光量を無駄にすることなく、
横長の矩形形状をした照明領域を形成できる。そのため
に、偏光照明装置１は、横長の液晶ライトバルブを照明
するのに適している。Further, in the polarized light illuminating device 1, the polarization converter 10 separates two types of linearly polarized light in the horizontal direction according to the shape of the condenser lens 104 of the second condenser lens array plate 9. . Therefore, without wasting light,
An illumination area having a horizontally long rectangular shape can be formed. Therefore, the polarized light illumination device 1 is suitable for illuminating a horizontally long liquid crystal light valve.
【００５２】先の第１の実施形態で説明したように、偏
光照明装置１では、偏光変換光学要素を組み入れている
にも関わらず、偏光分離器６を出射する光束幅の広がり
が抑えられている。このことは、液晶ライトバルブを照
明する際に、大きな角度を伴って液晶ライトバルブに入
射する光が殆どないことを意味している。従って、Ｆナ
ンバーの小さい極めて大口径の投写レンズを用いなくて
も、明るい投写映像を実現できる。As described in the first embodiment, in the polarized light illuminating device 1, the spread of the luminous flux exiting the polarization separator 6 is suppressed despite the incorporation of the polarization conversion optical element. I have. This means that when illuminating the liquid crystal light valve, almost no light enters the liquid crystal light valve with a large angle. Therefore, a bright projected image can be realized without using an extremely large-diameter projection lens having a small F-number.
【００５３】また、本形態では、色合成手段として、ダ
イクロイックプリズム３４０を用いているので、小型化
が可能である。また、液晶ライトバルブ３１０、３２
０、３３０と投写レンズ３５０の間の光路長が短いの
で、比較的小さな口径の投写レンズを用いても、明るい
投写映像を実現できる。また、各色光は、３光路の内１
光路のみ、その光路長が異なるので、本形態では光路長
が最も長い青色光に対しては、入射側のレンズ２５０、
リレーレンズ２６０、及び出射側レンズ２７０からなる
リレーレンズ系で構成した導光手段２８０を設けてある
ので、色むら等が発生しないように考慮してある。In this embodiment, since the dichroic prism 340 is used as the color synthesizing means, the size can be reduced. Also, the liquid crystal light valves 310, 32
Since the optical path length between 0 and 330 and the projection lens 350 is short, a bright projection image can be realized even if a projection lens having a relatively small aperture is used. Also, each color light is one of three optical paths.
Since only the optical path has a different optical path length, in this embodiment, for the blue light having the longest optical path length, the lens 250 on the incident side,
Since the light guide means 280 constituted by a relay lens system including the relay lens 260 and the emission side lens 270 is provided, consideration is given to avoiding color unevenness and the like.
【００５４】なお、投写型液晶表示装置としては、色合
成手段に２枚のダイクロイックミラーを用いた光学系に
より構成することもできる。その場合においても本例の
偏光照明装置を組み込むことが可能であり、本形態の場
合と同様に、光の利用効率に優れた明るい投写映像を形
成できる。Incidentally, the projection type liquid crystal display device can also be constituted by an optical system using two dichroic mirrors for the color synthesizing means. Even in such a case, the polarized light illuminating device of the present example can be incorporated, and a bright projection image with excellent light use efficiency can be formed as in the case of the present embodiment.
【００５５】なお、上記各実施形態においては、偏光分
離器で、例えばＳ偏光光をＰ偏光光に揃えるようにして
いるが、勿論、偏光方向は何れの方向に揃えてもよい。In each of the above embodiments, for example, the S-polarized light is adjusted to the P-polarized light by the polarization separator, but the polarization direction may be adjusted to any direction.
【００５６】[0056]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる偏
光照明装置は、偏光方向の揃った直線偏光光を照明領域
に照射できる。従って、偏光方向が揃った直線偏光光を
液晶ライトバルブに供給できるので、光の利用効率が向
上し、投写映像の明るさを向上することができる。As described above, the polarized light illuminating device according to the present invention can irradiate an illuminated area with linearly polarized light having a uniform polarization direction. Accordingly, linearly polarized light having a uniform polarization direction can be supplied to the liquid crystal light valve, so that the light use efficiency is improved and the brightness of the projected image can be improved.
【００５７】また、本発明の偏光照明装置は、偏光分離
器の外部に反射光を透過光と反対方向に一度出射させ、
反射板で再び偏光分離器の内部に入射させる構成である
ので、前記偏光分離器の板厚および、反射板と偏光分離
器との距離によって、前記偏光分離器での透過光と反射
光の光路長を調整することが可能である。その結果、イ
ンテグレータ光学系による照明領域位置近傍に出来る焦
点位置を２箇所設けることができる。したがって、前記
偏光分離器による透過光路は明るさ重視で照明領域同等
程度の領域を照明し、反射光路は、照明領域よりも大き
な領域を照明するように設定すれば、液晶ライトバルブ
に対して輝度ムラのない明るい投写画面を供給すること
が出来る。Further, the polarized light illuminating device of the present invention emits the reflected light to the outside of the polarized light separator once in the opposite direction to the transmitted light,
Since the light is again incident on the inside of the polarization separator by the reflection plate, the optical path of the transmitted light and the reflection light in the polarization separator depends on the thickness of the polarization separator and the distance between the reflection plate and the polarization separator. It is possible to adjust the length. As a result, two focal positions can be provided near the position of the illumination area by the integrator optical system. Therefore, if the transmission light path by the polarization separator is set to illuminate an area equivalent to the illumination area with emphasis on brightness, and the reflection light path is set to illuminate an area larger than the illumination area, the brightness of the liquid crystal light valve becomes higher. A bright projection screen without unevenness can be supplied.
【００５８】また、前記スリット状の反射板を偏光分離
器の入射面側に配置することで、第１の集光レンズアレ
イ板で集光できない光（例えば、迷光）の入射を殆ど遮
断する機能が備えられ、その結果、偏光分離器での熱負
荷を低減する事ができる。Further, by arranging the slit-shaped reflecting plate on the incident surface side of the polarization splitter, a function of almost blocking incidence of light (for example, stray light) which cannot be collected by the first condenser lens array plate. As a result, the heat load on the polarization separator can be reduced.
【００５９】また、偏光方向のランダムな光を１種類の
直線偏光に揃えて液晶ライトバルブに照明する構成であ
るため、液晶ライトバルブの偏光板による光吸収量が低
減でき、偏光板での温度上昇が抑制される。それ故、冷
却装置の小型化や低騒音化を実現できる。In addition, since the liquid crystal light valve is configured to illuminate the liquid crystal light valve with random light having a polarization direction aligned with one type of linearly polarized light, the amount of light absorbed by the polarizing plate of the liquid crystal light valve can be reduced, and the temperature at the polarizing plate The rise is suppressed. Therefore, the size and noise of the cooling device can be reduced.
【００６０】また、前記第２の集光レンズアレイの各集
光レンズの配置間隔Ｓ１と前記偏光分離器の入射側面に
おける基本構成単位の配置間隔Ｐ１との間にＰ１＝ｎ×
Ｓ１／２（ｎ＝１〜３以上の自然数）の関係が成り立つ
ように偏光変換部が構成されているので、集光レンズア
レイのセルサイズに関わらず、前記関係式に従って自由
に偏光ビームスプリッタアレイの基本構成単位のサイズ
を設定することができる。Further, P1 = n × between the arrangement interval S1 of each condenser lens of the second condenser lens array and the arrangement interval P1 of basic structural units on the incident side surface of the polarization splitter.
Since the polarization conversion unit is configured so that the relationship of S1 / 2 (n = 1 to 3 or more natural numbers) is satisfied, the polarization beam splitter array can be freely arranged according to the above relational expression regardless of the cell size of the condenser lens array. The size of the basic structural unit can be set.
【００６１】また、本発明では、インテグレータ光学系
の特徴である微少な２次光源像を生成する過程を利用し
て光の分離により生ずる空間的な広がりを回避してい
る。従って、偏光変換素子を備えた光学系で、更に装置
寸法を従来の照明装置と同じ程度の寸法に抑えることが
出来る。Further, in the present invention, the process of generating a small secondary light source image, which is a feature of the integrator optical system, is used to avoid spatial spread caused by light separation. Therefore, with an optical system having a polarization conversion element, the size of the device can be further reduced to the same size as a conventional illumination device.
【図１】本発明の第１の実施形態である偏光照明装置の
要部を平面的に見た概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a principal part of a polarized light illuminating device according to a first embodiment of the present invention, as viewed in plan.
【図２】図１に示した第１の集光レンズアレイ板の外観
斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view of a first condenser lens array plate shown in FIG.
【図３】図１に示した偏光変換部の構成部品の外観を示
す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing an appearance of components of the polarization conversion unit shown in FIG.
【図４】本発明の第１の実施形態である偏光照明装置の
偏光変換部を光が通過する時の様子を示す概略図であ
る。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state when light passes through a polarization conversion unit of the polarization illuminating device according to the first embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第２の実施形態である偏光照明装置の
偏光変換部を光が通過する時の様子を示す概略図であ
る。FIG. 5 is a schematic diagram showing a state when light passes through a polarization conversion unit of the polarized light illuminating device according to the second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第２の実施形態である偏光照明装置の
偏光変換部の変形例を光が通過する時の様子を示す概略
図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a state in which light passes through a modified example of the polarization conversion unit of the polarized light illumination device according to the second embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第３の実施形態である偏光照明装置の
偏光変換部を光が通過する時の様子を示す概略図であ
る。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a state where light passes through a polarization conversion unit of a polarization illuminating device according to a third embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第４の実施形態である偏光照明装置の
偏光変換部を光が通過する時の様子を示す概略図であ
る。FIG. 8 is a schematic diagram showing a state in which light passes through a polarization conversion unit of a polarization illuminating device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第５の実施形態である偏光照明装置の
偏光変換部を光が通過する時の様子を示す概略図であ
る。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a state where light passes through a polarization conversion unit of a polarization illuminating device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図１０】図１の偏光照明装置が組み込まれた投写型液
晶表示装置の一例を示す光学系の概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an optical system showing an example of a projection type liquid crystal display device in which the polarization illuminating device of FIG. 1 is incorporated.
【図１１】特開平８−３０４７８９公報に開示されてい
る従来の偏光照明装置の光学系を表した概略構成図であ
る。FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an optical system of a conventional polarized light illumination device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-304789.
１ 偏光照明系 ２ 光源部 ３ 第１の集光レンズアレイ板 ４ スリット状の反射板 ５ １／４波長板 ６ 偏光分離器 ７ 出射側レンズ ８ 照明領域 ９ 第２の集光レンズアレイ板 １０ 偏光変換部 １１ システム光軸 ４１ 平面状の反射板 ４２ 光反射部 ４３ 透明部 ５１ 平面状の１／４波長板 １００ 投写型液晶表示装置 １０１ 光源ランプ １０２ 放物面リフレクタ １０３ 矩形集光レンズ １０４ 集光レンズ １０５，１０６ 偏光分離膜 １１２，１１３，１１４ 偏心系の集光レンズ １５２ システム主光線 １５３ スリット幅Ｘ １５４ １／４波長板幅Ｘ １５５ 幅Ｘｐ ２１０ 全反射ミラー ２２０ 青色緑色ダイクロイックミラー ２３０，２９０，３００ 反射ミラー ２４０ 緑色ダイクロイックミラー ２５０ 入射側レンズ ２６０ リレーレンズ ２７０ 出射側レンズ ２８０ 導光手段 ３１０ 第１の液晶ライトバルブ ３２０ 第２の液晶ライトバルブ ３３０ 第３の液晶ライトバルブ ３４０ ダイクロイックプリズム（色合成手段） ３５０ 投写レンズ（投写手段） ３６０ スクリーン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polarization illumination system 2 Light source part 3 1st condensing lens array plate 4 Slit-shaped reflecting plate 5 1/4 wavelength plate 6 Polarization separator 7 Outgoing-side lens 8 Illumination area 9 2nd condensing lens array plate 10 Polarization Conversion unit 11 System optical axis 41 Planar reflector 42 Light reflector 43 Transparent unit 51 Planar 波長 wavelength plate 100 Projection type liquid crystal display device 101 Light source lamp 102 Parabolic reflector 103 Rectangular condenser lens 104 Condenser Lenses 105, 106 Polarization separation films 112, 113, 114 Eccentric focusing lens 152 System principal ray 153 Slit width X 154 Quarter wavelength plate width X 155 Width Xp 210 Total reflection mirror 220 Blue-green dichroic mirror 230, 290, 300 Reflecting mirror 240 Green dichroic mirror 250 Incident side lens 260 Relay lens 27 0 Outgoing side lens 280 Light guide 310 First liquid crystal light valve 320 Second liquid crystal light valve 330 Third liquid crystal light valve 340 Dichroic prism (color combining means) 350 Projection lens (projection means) 360 Screen
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｄ 33/12 33/12Continued on the front page (51) Int.Cl.6 Identification code FI G03B 21/00 G03B 21/00 D 33/12 33/12
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