JP2000155290A - 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的小型の光学系により、被照射面への入
射光線の平行性を維持しながら、明るく照度比の高い照
明光を得られる照明装置を提供する。 【解決手段】 ランプ１からの光束はリフレクタ２によ
って平行化され偏光ビームスプリッタ３に入射される。
偏光ビームスプリッタ３を透過したＰ偏光光束と偏光ビ
ームスプリッタ３により反射され１／４波長板４および
反射ミラー５によって偏光変換されたＰ偏光光束は、プ
リズムアレイ６によって出射方向が揃えられ合成され
て、集光レンズ７によってグラスロッド８の入射面近傍
に集光される。その後、グラスロッド８の内面反射によ
ってインテグレーションされ得られたグラスロッド８出
射面上の照明情報は、結像レンズ９によって液晶パネル
１０上に結像される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置およびそ
れを用いた投写型表示装置に関し、特に液晶を利用した
電気光学装置の画像を拡大投写する投写型表示装置に好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、液晶を利用したこの種の投写型表
示装置（液晶プロジェクタ）は、投写画像の明るさとそ
の均一性を示す照度比の改善に注目が集まっている。こ
れらを同時に実現する技術としては、フライアイレンズ
の組み合わせにより光束を分割し液晶パネル上で重畳さ
せるとともに、その光路上で偏光分離および偏光変換を
する、いわゆるインテグレータ偏光変換光学系が主流に
なってきている。この光学系は明るさと照度比の２つの
特性を両立させる一つの解ではあるが、液晶パネルへの
入射光線の発散角が広がるため、一方では、それを低減
させるための照明系も望まれている。

【０００３】液晶パネルへの入射光線の発散角を低減し
つつ照度比を改善する技術としては、特開平９−１６０
０３４号公報のようなロッドレンズを用いた照明系が提
案されている。これらは、ロッドレンズ出射端面で複数
の光源像を重畳し、その出射端面の照明情報を液晶パネ
ル上に結像する光学系であるため、比較的小型の液晶パ
ネルに対しても入射光線の発散角を低減することができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したロッドレンズ
を用いた照明系は、比較的小型の液晶パネルをターゲッ
トにして入射光線の発散角を低減することを目的とした
光学系であるが、偏光変換光学系を併用しながら本来の
特徴を維持する照明系は実現されていない。従って、後
述するような例えばマイクロレンズを利用した単板型の
投写型表示装置のように入射光線の平行性が重要視され
る光学系では明るさと照度比とがトレードオフの関係に
あった。

【０００５】本発明は上記課題を解決するものであり、
その目的とするところは、比較的小型の光学系により、
被照射面への入射光線の平行性を維持しながら、明るく
照度比の高い照明光を得られる照明装置を実現すること
にある。また、その照明装置を用いることによって、明
るく照度比の高い画像投写の可能な投写型表示装置を実
現することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、光源手段と、該光源手段からの光束を偏
光軸が互いに略直交する第１及び第２の直線偏光光束に
分離する偏光分離手段と、該第１の直線偏光光束の偏光
軸を前記第２の直線偏光光束の偏光軸に揃えるように変
換して前記偏光分離手段に戻す偏光変換手段と、前記偏
光分離手段を透過する前記第１及び第２の直線偏光光束
の進行方向を同一方向に揃えて出射する偏向手段と、該
偏向手段により進行方向が揃えられた前記第１及び第２
の直線偏光光束を集光する集光手段と、該集光手段によ
り集光された光を入射面より入射し内面反射させて出射
面に出射するグラスロッドと、該グラスロッドからそれ
ぞれ出射された光束を被照射面に対して照射する手段と
を有することを特徴とする。

【０００７】上記本発明の構成によれば、光源手段から
の光束を偏光変換し、その後グラスロッドにより光束を
拡散させずに拡散するはずの光成分を重畳させて出射す
る構成と、この重畳された光を被照射面に照射するの
で、光束の広がりが少なく小型の照射面に対して比較的
平行性の高い照明を行うことができる。

【０００８】また、光源手段と、該光源手段からの光束
を平行化する反射手段と、該反射手段からの光束を振動
方向が互いに直交する２つの直線偏光光束に分離する偏
光分離手段と、分離された一方の直線偏光光束を受け該
偏光面を９０゜回転させて前記偏光分離手段に戻す偏光
変換手段と、前記偏光分離手段で分離され出射された直
線偏光光束と前記偏光変換手段で変換され前記偏光分離
手段を通って出射された直線偏光光束とを受け２つの直
線偏光光束の進行方向を揃えて出射させる偏向手段と、
前記２つの直線偏光光束を集光させ一次光源像を形成す
る集光手段と、前記一次光源像からの光束を内面反射に
よって複数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を
形成する光束分割手段と、該光束分割手段の出射面の照
明情報を被照射面に結像する結像手段とから構成される
ことを特徴とする。

【０００９】上記本発明の構成によれば、光源手段から
の比較的平行性の高い光束を偏光変換し、その後光束分
割手段によってインテグレーションして照明する構成で
あるので、偏光分離の際の効率および偏光変換の効率を
高めることができる。また、内面反射を利用した光束分
割手段によるインテグレーションであるため、光束の広
がりが少なく小型の照射面に対して比較的平行性の高い
照明を行うことができる。

【００１０】さらに、本発明は、上記本発明の照明装置
において、前記照射手段と前記被照射面との間に光束の
方向を変化させる第２の集光手段をさらに有する、ある
いは前記結像手段と被照射面との間に前記結像手段から
の光束の方向を変化させる第２の集光手段をさらに有す
ることを特徴とする。

【００１１】本発明の構成によれば、入射光線の方向を
被照射面の法線方向に近づけることによりその平行性を
さらに高めることができるため、被照射面内の照明条件
をより合わせることができる。また、平行性の高い照明
光を必要とする光学系にも使用可能になる。

【００１２】さらに、本発明は、上記本発明の照明装置
において、前記偏光分離手段は、前記光源手段からの光
束を前記第１及び第２の直線偏光光束に分離する偏光分
離膜を斜面に有する直角プリズムを用い、該直角プリズ
ムの一側面側に前記光源手段が配置され、他の側面側に
前記偏光変換手段が配置されることを特徴とする。

【００１３】本発明の構成によれば、偏光分離手段から
出射される２つの直線偏光光束を偏光分離手段の同一の
面から出射させることができるため、以後の光束合成が
容易であり、従って偏光変換のための光学系全体が小型
化される。

【００１４】さらに、本発明は、上記本発明の照明装置
において、前記偏光分離手段は、前記偏光分離膜の出射
側に前記偏光分離膜から出射される光束の方向を制御す
るための光束方向制御手段をさらに有することを特徴と
する。

【００１５】本発明の構成によれば、光束方向制御手段
から出射される光束の、偏向手段に対する入射角を調整
することができるため、入射光束の透過効率を高めると
ともに、偏光分離膜によって光束の出射方向を調整する
必要がなくなるため、偏光分離膜を形成する多層膜の構
成の自由度が向上する。さらに、その偏光分離膜の出射
側に光束方向制御手段を配置するため偏光分離膜の保護
を兼ねることもできる。

【００１６】さらに、本発明は、上記本発明の照明装置
において、前記偏向手段は複数の略三角形形状の凸部が
形成されたプリズムアレイであり、前記偏光分離手段を
出射した前記第１及び第２の直線偏光光束が前記略三角
形状の凸部に対して略対称に入射するように配置され
る、あるいは前記偏向手段はプリズム列が形成されたプ
リズムアレイであり、前記偏光分離手段を出射された２
つの直線偏光光束が前記プリズム列に対して略対称に入
射するように配置されることを特徴とする。

【００１７】本発明の構成によれば、非常に狭い空間の
中で入射する２つの直線偏光光束の進行方向を揃え合成
することができる。

【００１８】さらに、本発明の投写型表示装置は、上記
の照明装置と、該照明装置からの光束を複数の色光に分
離する分光手段と、該分光手段からの光束を変調する電
気光学装置と、該電気光学装置によって形成された光を
投写する投写手段とを備えることを特徴とする。

【００１９】本発明の構成によれば、比較的平行性が高
く照度比の高い照明光を用いることにより、照度比が高
く明るい投写画像を得ることができる。また、照明光に
平行性が要求される例えば単板型の投写型表示装置を高
輝度、高照度比で実現することができる。

【００２０】さらに、本発明は、上記本発明の投写型表
示装置において、前記分光手段は、前記照射手段あるい
は前記結像手段と前記電気光学装置との間に配置される
ことを特徴とする。

【００２１】本発明の構成によれば、インテグレーショ
ン（重畳）された照明光に対して分光を行うため、複数
の色光への分離が確実に行われその後の分光の乱れも少
ない。また、電気光学装置の手前で光学系の光路を折り
曲げることができるため、光学系を小型にすることがで
きる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面などを参照しながら、
本発明の実施の形態をあげて、さらに詳細に説明する。

【００２３】（照明装置の第１の実施形態）図１は、本
発明による照明装置の第１の実施形態を示す図である。

【００２４】本実施形態の照明装置は、光源手段である
ランプ１と、反射手段であるリフレクタ２と、偏光分離
手段である偏光ビームスプリッタ３と、偏光変換手段を
形成する１／４波長板４および反射ミラー５と、入射光
を所定の光軸方向に偏向する偏向手段であるプリズムア
レイ６と、集光手段である集光レンズ７と、光束分割手
段であるグラスロッド８と、集光手段（結像手段）であ
る結像レンズ９とを備え、被照射面である液晶パネル１
０を照明する装置である。本実施の形態では、被照射面
を有する電気光学装置として液晶パネルを例にとってい
る。

【００２５】ランプ１から出射された光束は、パラボラ
形状のリフレクタ２によって反射され略平行光束となっ
て偏光ビームスプリッタ３に入射される。

【００２６】偏光ビームスプリッタ３は、斜面に偏光分
離膜（偏光分離面）３ａが形成された直角プリズム（断
面が直角三角形の角柱プリズム）であり、その一方の側
面３ｂ側にランプ１およびリフレクタ２が配置され、他
方の側面３ｃに近接または接触あるいは接着して１／４
波長板４および反射ミラー５が配置される。従って、偏
光ビームスプリッタ３に入射された平行光束は、偏光分
離面３ａによって振動方向が互いに略直交するＰ偏光光
束（紙面と水平方向の偏光軸を有する）とＳ偏光光束
（紙面と垂直方向の偏光軸を有する）とに分離され、Ｓ
偏光光束は反射されて偏光ビームスプリッタ３の側面３
ｃから出射されて１／４波長板４に入射される。一方、
Ｐ偏光光束Ｐ１は偏光分離面３ａを透過されて偏光ビー
ムスプリッタ３から出射される。図には光源１からの光
の光軸が偏光分離面３ｃで分離されてＳ偏光光束とＰ偏
光光束で異なる方向に反射されることが、一点鎖線で図
示される。なお、偏光ビームスプリッタ３に入射する光
束は、リフレクタ２によって平行化された直後の平行性
の高い光束であるため、偏光ビームスプリッタ３による
偏光分離の効率を高められる構成となっているが、光源
１からの光を平行化する集光レンズを設けて平行化した
光を偏光ビームスプリッタ３に入射しても構わない。

【００２７】偏光変換手段である１／４波長板４は位相
差板であり、その光学軸を入射する直線偏光光束の振動
方向と４５゜傾斜させて配置することにより、入射する
直線偏光光束（実施例の構成ではＳ偏光光束）を円偏光
光束に変換し、逆に入射する円偏光光束を直線偏光光束
に変換する。従って、前述のようにして１／４波長板４
に入射されたＳ偏光光束は反射ミラー５への出射時には
円偏光光束に変換され、反射ミラー５で反射されること
によって円偏光光束の回転方向が逆転され、再び１／４
波長板４に入射される。１／４波長板４に再び入射され
た円偏光光束は偏光ビームスプリッタ３側へ出射される
ときにはＰ偏光光束の直線偏光に変換される。その後こ
の変換されたＰ偏光光束Ｐ２は偏光ビームスプリッタ３
の偏光分離面３ａを透過して出射される。

【００２８】プリズムアレイ６は、偏光ビームスプリッ
タ３の偏光分離面３ａの外側に、面３ａと平行になるよ
うに配置され、面３ａに対向する平面とは反対側に略鋸
歯形状の凸部を一次元方向（紙面に垂直な方向）に有す
るレンズである。このプリズムアレイ６により、偏光ビ
ームスプリッタ３から出射された２つの直線偏光光束Ｐ
１，Ｐ２を略平行光に偏向して出射する。なお、出射さ
れる２つのＰ偏光光束Ｐ１，Ｐ２は光軸１１に対して対
称な幅を持った光束となっている。

【００２９】集光レンズ７は、２つの直線偏光光束Ｐ
１，Ｐ２を、光軸１１の延長線上に集光し、２つの光束
をグラスロッド８に入射するように射出し、グラスロッ
ド８の入射面に光源像Ｇ１を形成する。

【００３０】グラスロッド８は後述するように、入射さ
れる光を内面反射しながらその出射面に光を伝播する柱
状グラスである。グラスロッド８の出射面には、入射面
から入射された光が拡散するのではなく、内面で１回反
射されて出射される光や内面で２回反射されて出射され
る光やそのより多数回反射されて出射される光となって
重畳されて出射される。したがって、グラスロッド８で
は、入射面の光源像Ｇ１が内面反射の回数に応じて分割
され、それが出射面で重畳されるので、出射面形状に応
じた断面形状で、その光束内の光分布が重畳によってほ
ぼ均一化された光束として出射される。この出射光束
は、集光レンズ９により液晶パネル１０に対して照射さ
れる。グラスロッド８の出射面の断面形状は液晶パネル
１０と相似形状であることが好ましい。

【００３１】このように、本発明では、ランプ１から出
射し平行化された直後の平行性の高い光束に対して偏光
分離および偏光変換を行うため、偏光分離および偏光変
換の効率が高められている。また、２つの直線偏光光束
Ｐ１，Ｐ２を同一の面である偏光分離面３ａから出射さ
せることができるため、後述する光束合成が容易であ
り、従って偏光変換のための光学系が小型化されてい
る。

【００３２】以上の説明から明らかなように、偏光ビー
ムスプリッタ３の偏光分離面３ａから出射された２つの
Ｐ偏光光束Ｐ１，Ｐ２は、光軸１１を含み図１の紙面に
直交する面に対して対称な関係にある。従って、その面
あるいはそれに平行な面に対して対称な断面形状のプリ
ズム列からなるプリズムアレイ６を透過させることによ
り、その出射方向を揃え合成させることができる。ま
た、プリズムアレイ６の使用は、非常に狭い空間におけ
る光束合成を可能にしている。

【００３３】図２は、プリズムアレイ６の説明図であ
る。プリズムアレイ６は、透明な樹脂またはガラスより
形成され、その入射面は平面形状であり、出射面は前述
のような対称関係にあるプリズム列が多数形成されたア
レイである。すなわち、プリズムアレイ６のプリズム列
の各凸部は、光軸１１の方向に対してそれぞれ左右対称
の斜面形状である。なお、プリズム列の数は適宜設定可
能である。Ｐ偏光光束（Ｐ１）１２および（Ｐ２）１３
はプリズムアレイ６の入射面で屈折され、対応するプリ
ズム列の面で再度屈折されて、それぞれＰ偏光光束１
２’、１３’となって互いに平行な関係で出射される。
このとき、各プリズム列の頂角は下式の関係を満たすよ
うに設定される。

【００３４】sinα＝ｎ・sinβ ｎ・cos（β＋θ）＝cosθ なお、ここでｎはプリズムアレイ６の屈折率、αはプリ
ズムアレイ６への光線の入射角、βはプリズムアレイ６
内の光線の屈折角、θはプリズムアレイ６の頂角の半角
を示す。例えば、仮に入射角αを４５゜、プリズムアレ
イ６の屈折率を１．５とすれば、θは約２４．５゜とな
る。

【００３５】なお、偏光ビームスプリッタ３を構成する
直角プリズムは、偏向手段であるプリズムアレイ６の入
射面となる平面に接着させて構成してもよい。その場
合、偏光分離膜（偏光分離面）３ａは、直角プリズムの
斜面ではなく、プリズムアレイ６の入射面に形成しても
構わない。また、偏光分離膜（偏光分離面）３ａをプリ
ズムアレイ６の入射面に形成した場合は、直角プリズム
を無くし、反射ミラー５の反射面に１／４波長板４を配
置した構成だけにしても構わない。

【００３６】このプリズムアレイ６から略平行光に揃え
られて出射される２つの直線偏光光束は、集光レンズ７
に入射され、そこでおおよそ平行に入射された２つのＰ
偏光光束を集光し、集光レンズ４からその焦点距離隔て
た位置に配置されたグラスロッド８の入射面近傍に１つ
の一次光源像Ｇ１を形成されることになる。

【００３７】グラスロッド８は、透明なガラスまたは樹
脂製の中実ロッドである。グラスロッド８に入射された
Ｐ偏光光束は、グラスロッド８内で内面反射を繰り返し
複数の二次光源像Ｇ２、Ｇ３、…（図３）を形成する。

【００３８】次に、図３を用いてグラスロッド８による
光束分割作用を説明する。グラスロッド８の断面形状は
図４に示すように横ａ、縦ｂの大きさの四角形であり、
それぞれ互いに対向する反射面（内面）は平行である。
また、ａとｂの比は被照射面である液晶パネル１０の画
素領域（表示領域）の形状と縦横比と略等しく、それら
は相似形である。グラスロッド８の長さは、二次光源像
Ｇ２、Ｇ３、…からの光束の中心光線（一点鎖線で図示
される光軸。これは図１の光軸１１に合わせることが好
ましい。）がグラスロッドの出射面の中心を通るように
設定されている。この際、この断面形状を、グラスロッ
ドの入射面へ集光レンズ７によって集光される入射光束
がグラスロッドが無い状態の場合に生じ得る光束の広が
りＥ（図３）より十分に小さくなるように設定すると、
光束の一部がグラスロッド８の内面で反射されて一次光
源像の虚像となる二次光源像Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４…が複数
生成される。例えば、二次光源像Ｇ２は２回の内面反射
によるものであり、二次光源像Ｇ３は３回の内面反射に
よるものである。図示される一次光源像はＧ１であり、
これはグラスロッドの内面での反射無しに出射面に出射
される光成分の虚像である。また、二次光源像Ｇ３はグ
ラスロッド内面で２回反射されて出射面に出射される光
成分の虚像であって、出射面には斜めに出射される光成
分であるため、Ｇ１から外れた斜め方向に虚像が位置す
る。また、図示しない二次光源像Ｇ４については、グラ
スロッド内面で３回反射されて出射面に出射される光成
分の虚像であって、出射面には斜めに出射される光成分
であるため、Ｇ２およびＧ３から外れた斜め方向に虚像
が位置する。このように、内面反射回数毎に二次光源像
が形成され、複数の二次光源像Ｇ２、Ｇ３、…からの光
束がグラスロッド８の出射面上で重畳され、その出射面
に対するグラスロッド内からの光出射方向も様々な方向
からの重畳された光となるため、その出射面上には明る
さのムラが低減され照度比を高められた照明情報が形成
されることになる。グラスロッド８の出射面に射出され
た光束は、結像レンズ９によって被照射面である液晶パ
ネル１０上に結像されるので、液晶パネル１０は照度比
が高められた照明光により照明されることになる。

【００３９】液晶パネル１０は電気光学装置の一例であ
って、ツイステッドネマチック型、強誘電型など偏光板
を必要とする液晶を用いた場合は、図示しない一対の偏
光板の間に液晶パネル１０を介在させて構成する。ま
た、高分子分散型などの光散乱型の液晶の場合は、偏光
板を用いずに液晶パネルだけ配置する。液晶パネル１０
は、複数の画素がマトリクス状に配置されており、各画
素毎にその画素の表示情報に応じた電圧を印加して、各
画素毎に出射光量を可変させて入射光の変調を行う。液
晶パネル１０が透過型液晶パネルである場合には、入射
側と反対側から光出射され、その変調光により画像表示
がなされる。先に述べたように、グラスロッドの断面形
状は液晶パネル１０の画素領域に応じた相似形状である
ため、この出射面での光束の断面形状も画素領域と相似
形状となり、結像レンズ９により照射された光は液晶パ
ネル１０の画像領域とほぼ一致又は包含するように照射
すると、光の利用効率は高くできる。また、グラスロッ
ド８からの出射光を、偏光面を同一に揃えて液晶パネル
１０に対して重畳しており、さらにグラスロッドからの
出射光束も本来は図３のＥのように拡散する光をグラス
ロッド内面で反射させて重畳して光利用効率を上げ尚且
つ光束の断面において明るさのムラを低減した光束であ
るため、液晶パネル９の画像領域には非常に明るい光照
射を行うことができる。なお、液晶パネル１０の入射側
偏光素子透過軸は、これに照射される光束の偏光軸に合
わせることにより、光利用効率を高めることができる。

【００４０】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、グラスロッド８の内面反射を利用することによって
インテグレーションをするため、光束の広がりが少なく
小型の液晶パネル等の電気光学装置に対しても比較的平
行性の高い照明を、高効率かつ高照度比で行うことがで
きる。

【００４１】（照明装置の第２の実施形態）図５は、本
発明による照明装置の第２の実施形態を示す図である。

【００４２】なお、これ以降の説明において、第１の実
施形態と同様の構成要素については同一符号を付けて説
明を省略する。

【００４３】本実施形態の第１の実施形態との違いは、
結像レンズ（集光レンズ）９と液晶パネル１０との間に
第２の集光手段である集光レンズ１４をさらに設けた点
である。集光レンズ１４は、例えば図５に示すような平
凸レンズであり、その焦点距離は、結像レンズ９ととも
にグラスロッド８の出射面上の照明情報を液晶パネル１
０上に結像するとともに、液晶パネル１０への光線の入
射方向を液晶パネル１０の法線方向に近づけるように設
定される。集光レンズ１４からの光束の断面形状は、液
晶パネル１０の画像領域と相似形であるため、この画素
領域をほぼ一致又は包含するように光束により照射する
ことができる。

【００４４】本実施形態によれば、液晶パネル１０への
入射光線の平行性を高めることができるため、液晶パネ
ル１０表示面内の照明条件をより合わせることができ
る。また、平行性の高い照明光を必要とする光学系にも
使用可能になる。

【００４５】なお、本実施形態は第１の実施形態に集光
レンズ１５を加える形で説明したが、その他の実施形態
においても同様に集光レンズ１５を配置する構成を採用
することができる。

【００４６】（照明装置の第３の実施形態）図６は、本
発明による照明装置の第３の実施形態を示す図である。

【００４７】本実施形態の第１の実施形態との違いは、
第１の実施形態における偏光ビームスプリッタ（偏光分
離手段）および偏光変換手段である１／４波長板、反射
ミラーを、複数の直角プリズム１５（１５ａ、１５ａ、
…）、複数の１／４波長板１６（１６ａ、１６ａ、
…）、複数の反射ミラー１７（１７ａ、１７ａ、…）よ
り構成した点である。すなわち、複数の直角プリズム１
５ａは互いに等しい形状であり、全ての直角プリズム１
５ａの斜面に偏光分離膜（偏光分離面）３ａが形成さ
れ、各直角プリズム１５ａのＳ偏光光束の出射面に近接
または接触あるいは接着して１／４波長板１６ａおよび
反射ミラー１７ａが配置された構成である。この偏光分
離膜３ａは、光源１からの射出光束のうちＳ偏光を反射
し、Ｐ偏光を透過するものであり、その機能は第１の実
施形態における３ｃと同じである。

【００４８】なお、複数の直角プリズム１５ａは、偏向
手段であるプリズムアレイ６の入射面となる平面に接着
させて構成してもよい。その場合、偏光分離膜３ａは、
直角プリズム１５ａの斜面ではなく、プリズムアレイ６
の入射面に形成しても構わない。また、偏光分離膜（偏
光分離面）３ａをプリズムアレイ６の入射面に形成した
場合は、直角プリズムを無くし、反射ミラー１５ａの反
射面に１／４波長板１４ａをそれぞれ配置した構成だけ
にしても構わない。

【００４９】さらに、１／４波長板１６および反射ミラ
ー１７は分割せずに、第１の実施形態と同様の配置位置
に、偏光分離膜３ａから反射された全てのＳ偏光光束出
射面を包括する一面の反射ミラー１７として配置しても
構わない。

【００５０】本実施形態によれば、偏光ビームスプリッ
タ１５を小型で軽量にしながら、第１の実施形態と同様
の偏光分離機能を期待することができる。なお、直角プ
リズム１５の分割数は本実施形態の４つに限らない。

【００５１】（照明装置の第４の実施形態）図７は、本
発明による照明装置の第４の実施形態を示す図である。

【００５２】本実施形態の第１の実施形態との違いは、
偏光ビームスプリッタ３の偏光分離面３ａの出射側に光
束方向制御手段であるプリズムアレイ１８を設けた点で
ある。

【００５３】プリズムアレイ１８は、偏光ビームスプリ
ッタ３と同様の材質であり、偏光分離面３ａと光学的に
接着されている。従って、偏光分離膜３ａは前後から同
質のプリズムに挟持されるため破損しずらい。また、プ
リズム材の屈折率とそれと接する偏光分離膜３ａの屈折
率との関係を調整することによって、偏光分離面３ａか
ら出射される２つの直線偏光光束をおよそ９０゜の分岐
角で進行させることができる。従って、偏光分離面３ａ
のみによって光束の出射方向を調整する必要がなくなる
ため、偏光分離面３ａを形成する誘電体多層膜の構成の
自由度が向上する。プリズムアレイ１８を形成する単位
プリズムは直角プリズムであり、９０゜の分岐角で入射
された２つの直線偏光光束Ｐ１，Ｐ２をほぼ屈折させず
に出射させることができる。従って、偏向手段であるプ
リズムアレイ１９に対して、２つの直線偏光光束Ｐ１，
Ｐ２をともに略４５゜の入射角（図２のα）で入射させ
ることが可能となり、入射光束の透過効率を高めること
ができる。

【００５４】なお、プリズムアレイ１８はその出射側が
略鋸歯形状の三角形のプリズム列を一次元方向（紙面と
垂直な方向）に複数有しており、その三角形の頂角は９
０゜で、２つの斜面はこのプリズムアレイ１８に入射さ
れる２つの直線偏光光束Ｐ１，Ｐ２の入射光軸方向と略
垂直な方向に形成されることが好ましい。すなわち、直
線偏光光束Ｐ１がプリズムアレイ１８から出射する際の
出射面が光束の光軸と略垂直になり、直線偏光光束Ｐ２
がプリズムアレイ１８から出射する際の出射面が光束の
光軸と略垂直になるように、プリズム列の三角形が設定
されることが、光束の光軸に乱れを生じにくくする。

【００５５】なお、光束方向制御手段であるプリズムア
レイ１８は、本実施形態に限定されるものではなく、図
６に示すような偏光ビームスプリッタ１５に対しても、
他の実施形態に対しても適用可能である。また、プリズ
ムアレイ１８および１９の三角形の分割数は適宜設定可
能であるが、プリズムアレイ１８の方を１９より細分化
することが好ましい。

【００５６】（投写型表示装置の実施形態）図８は、本
発明による投写型表示装置の実施形態の全体の構成を示
す図である。本実施形態の投写型表示装置は、前述した
照明装置の各実施形態のいずれかの照明装置を用いるこ
とができるが、図８には一例として第２の実施形態を用
いて示している。従って、以上の照明装置の実施形態に
おいて説明した事項は、本実施形態でも同様であるの
で、共通する事項についての説明は省略する。

【００５７】すでに説明したように、本発明の照明装置
ではグラスロッド８の出射面上の照明情報（出射面の形
状に沿って出射される光束）が結像レンズ９により相似
拡大されて液晶パネル１０を照明することになる。従っ
て、液晶パネル１０の大きさにもよるが、結像レンズ９
と液晶パネル１０または集光レンズ１４（集光レンズ１
４は入射光を平行化して液晶パネル１０に照射する）と
の間には、拡大率に応じた空間が生じる。当然のことな
がら、この距離が大きくなるほど液晶パネル１０への入
射光線の平行性は高まることになる。本実施形態におい
ては、この空間を利用し分光手段であるダイクロイック
ミラー２０を配置した。

【００５８】ダイクロイックミラー２０は、赤色光、緑
色光、青色光を選択的に反射または透過する互いに異な
る波長選択反射膜がそれぞれ形成された３枚のダイクロ
イックミラー２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂを備えている。例
えば、ダイクロイックミラー２０Ｒは、赤色光を反射
し、緑色光、青色光を透過するミラーである。ダイクロ
イックミラー２０Ｇは、ダイクロイックミラー２０Ｒを
透過した緑色光、青色光をさらに分離するミラーであっ
て、緑色光を反射して、青色光を透過する。ダイクロイ
ックミラー２０Ｂは、ダイクロイックミラー２０Ｇを透
過した青色光を反射するミラーである。各ダイクロイッ
クミラー２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、互いに所定の角度
を持って配置されており、反射された光はそれぞれ異な
る方向から液晶パネル１０に入射する。本実施形態では
液晶パネル１０入射前に集光レンズ１４を透過しその屈
折作用を受けるが、光束の分離状態は保たれる。なお、
ダイクロイックミラー２０は３枚のダイクロイックミラ
ーとしているが、光学的に最後のミラー（２０Ｂ）は全
反射ミラーでもよく、少なくとも２つのダイクロイック
ミラーを用いれば分光手段は構成できる。また、ダイク
ロイックミラーでなくとも波長選択反射膜が形成された
プリズムに置き換えてもよい。また、赤色光、緑色光、
青色光の色光の分光の順序はいずれでも構わない。

【００５９】図９は、図８における液晶パネル１０の拡
大図である。液晶パネル１０は、上記の各光束をそれぞ
れ対応する画素に集光するためのマイクロレンズアレイ
２３を備えたアクティブマトリクス液晶パネルであり、
それらの前後には不図示の一対の偏光板が配置される。
液晶パネル１０は、２枚の硝子等の透明基板２４、２５
の間にツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶２６が封入
され、一方の基板２４には共通電極２７および不要光を
遮光するためのブラックマトリクス２８等が形成され、
他方の基板２５には画素電極２９、スイッチング素子と
しての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３０等が形成され、
ＴＦＴ３０を介して画素電極２９に電圧が印加されると
共通電極２７との間に挟まれた液晶２６が駆動される構
成である。なお、他方の基板２５には、複数の走査線と
複数のデータ線が交差して配置され、その交差部付近に
ＴＦＴ３０がゲートを走査線、ソースをデータ線、ドレ
インを画素電極２９に接続して配置される。そして、走
査線には順次選択電圧が印加され、それに応じてオンし
た水平方向の画素のＴＦＴ３０を介して各画素の駆動電
圧が画素電極２９に書き込まれる。ＴＦＴ３０は非選択
電圧の印加によりオフとなり印加された駆動電圧を図示
されない蓄積容量等に保持する。液晶パネルの開口部
（ブラックマトリクス２８の開口部）に相当する領域に
画素電極２９は配置され、ＴＦＴ３０と画素電極２９
（必要に応じて画素電極に接続された蓄積容量）よによ
り各画素が構成される。なお、液晶２６はＴＮだけでな
く、強誘電型や反強誘電型、この他水平配向型、垂直配
向型など種々用いることが可能である。なお、共通電極
２７は各画素電極２９に対して共通の全面電極として形
成されている。

【００６０】また、エッチング等により硝子板上に形成
されたマイクロレンズアレイ２３と一方の基板２４と
が、マイクロレンズや一方の基板より低屈折率の樹脂層
３１を介して互いに接着されている。マイクロレンズア
レイ２３の単位レンズ（レンズの凸部または凹部）は、
液晶パネル１０の水平方向（走査線方向）の画素ピッチ
の３倍に相当するピッチを有し、ダイクロイックミラー
２０を異なる角度で反射して出射する赤色光、緑色光、
青色光がマイクロレンズアレイ２３の各単位レンズに異
なる角度で入射し、この各単位レンズにより赤色光、緑
色光、青色光がそれぞれ水平方向に隣接して単位レンズ
と対応する３つの画素の画素電極２９付近で集光される
ようになる。マイクロレンズアレイ２３の各単位レンズ
は、各色光をこのレンズと対応する３つの隣接画素の画
素電極に入射光を集光するような焦点距離を有する。図
においては、液晶パネルに対して略直進して入射される
緑色光Ｇはマイクロレンズアレイ２３の単位レンズによ
り画素電極２９Ｇに集光されてそのまま出射される。一
方、ダイクロイックミラー２０Ｒと２０Ｂが２０Ｇに対
して有する角度に対応した角度で、緑色光Ｇに対して互
いに対称に入射される赤色光Ｒと青色光Ｂは、単位レン
ズにより画素電極２９Ｒと２９Ｂにそれぞれ集光され、
緑色光Ｇと対称な角度をもって出射される。なお、ダイ
クロイックミラー２０での分光の順序が異なれば、それ
に応じて図９に示される液晶パネル１０への色光の入射
位置も異なる。

【００６１】上記のようにして液晶パネル１０の画素電
極２９近傍で集光した各光束は、液晶パネル１０に印加
された信号に応じた変調を受けて出射し、投写手段であ
る投写レンズ２１によって前方のスクリーン２２上に拡
大投写される。隣接する３つの画素により変調された３
つの色光は、投写レンズ２１によりスクリーン２２上に
おいて同位置に重なるように投写される。なお、本投写
型表示装置は、スクリーン２２を背面から投写するリア
型でも、前面から投写するフロント型でも構わない。

【００６２】本実施形態によれば、比較的平行性が高く
照度比の高い照明光を用いることにより、照度比が高く
明るい投写画像を得ることができる。また、本実施形態
で説明したような、照明光に高い平行性が要求される単
板型の投写型表示装置を高輝度、高照度比で実現するこ
とができる。その際、ダイクロイックミラー２０を結像
レンズ９と液晶パネル１０との間に配置したので、イン
テグレーション（重畳）の終わった照明光に対して原色
光への分離が確実に行われその後の分光の乱れも少な
い。さらに、ダイクロイックミラー２０によって光路を
折り曲げるため、図８に示すように光学系を小型化する
ことができる。

【００６３】なお、本実施形態は単板型の投写型表示装
置に限られるものではなく、液晶パネルを３枚用いた３
板式の投写型表示装置に対しても適応可能である。ま
た、液晶パネルは透過型に限定されず反射型の液晶パネ
ルでも構わない。

【００６４】（変形形態）以上説明した実施形態に限定
されることなく、本発明の趣旨を変更しない範囲で種々
の変形や変更が可能である。

【００６５】例えば、画素の配列順序はマイクロレンズ
の中心に緑色光の画素を配置する場合について説明した
が、その中心に赤色光または青色光の画素を配置しても
構わない。また、グラスロッドは中実のものについて説
明したが、中空（外枠が硝子で中心が空洞の円柱。この
場合は硝子内面で光反射する。）のライトパイプでも構
わない。また、各図で説明したＳ偏光とＰ偏光は、逆で
あっても構わない。

【００６６】なお、本発明におけるグラスロッドは、硝
子や樹脂からなる柱状（棒状）の光伝播材を指す。

【００６７】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明の照
明装置によれば、比較的小型の光学系により、被照射面
への入射光線の平行性を維持しながら、明るく照度比の
高い照明光を得ることができる。また、その照明装置を
用いることによって、明るく照度比の高い画像投写の可
能な投写型表示装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による照明装置の第１の実施形態を示
す図。

【図２】 本発明による照明装置のプリズムアレイの説
明図。

【図３】 本発明による照明装置のグラスロッドによる
光束分割の説明図。

【図４】 本発明による照明装置のグラスロッドの断面
形状の説明図。

【図５】 本発明による照明装置の第２の実施形態を示
す図。

【図６】 本発明による照明装置の第３の実施形態を示
す図。

【図７】 本発明による照明装置の第４の実施形態を示
す図。

【図８】 本発明による投写型表示装置の実施形態を示
す図。

【図９】 本発明による投写型表示装置の液晶パネルの
説明図。

【符号の説明】 １ ランプ ２ リフレクタ ３ 偏光ビームスプリッタ ４ １／４波長板 ５ 反射ミラー ６ プリズムアレイ ７ 集光レンズ ８ グラスロッド ９ 結像レンズ １０ 液晶パネル １４ 集光レンズ １５ 偏光ビームスプリッタ １６ １／４波長板 １７ 反射ミラー １８ プリズムアレイ １９ プリズムアレイ ２０ ダイクロイックミラー ２１ 投写レンズ ２２ スクリーン

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H091 FA02Y FA10Z FA12Z FA14Z FA21Z FA23Z FA26X FA26Z FA41Z GA13 HA07 HA12 LA11 LA17 MA07 2H099 AA12 BA09 CA01 5C060 BA04 BA08 BC01 DA00 DA05 EA00 GA01 GB01 GB06 HC00 HC09 HC11 HC20 HC24 JA00 JA11 JB06

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源手段と、該光源手段からの光束を偏
   光軸が互いに略直交する第１及び第２の直線偏光光束に
   分離する偏光分離手段と、前記第１の直線偏光光束の偏
   光軸を前記第２の直線偏光光束の偏光軸に揃えるように
   変換して前記偏光分離手段に出射する偏光変換手段と、
   前記偏光分離手段を透過する前記第１及び第２の直線偏
   光光束の進行方向を同一方向に揃えて出射する偏向手段
   と、該偏向手段により進行方向が揃えられた前記第１及
   び第２の直線偏光光束を集光する集光手段と、該集光手
   段により集光された光を入射面より入射し内面反射させ
   て出射面に出射するグラスロッドと、該グラスロッドか
   らそれぞれ出射された光束を被照射面に対して照射する
   照射手段とを有することを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の照明装置において、前
   記照射手段と前記被照射面との間に光束の方向を変化さ
   せる第２の集光手段をさらに有することを特徴とする照
   明装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の照明装置において、前
   記偏向手段は略三角形形状の凸部が形成されたプリズム
   アレイであり、前記偏光分離手段を出射した前記第１及
   び第２の直線偏光光束が前記略三角形状の凸部に対して
   略対称に入射するように配置されることを特徴とする照
   明装置。
4. 【請求項４】 光源手段と、該光源手段からの光束を平
   行化する反射手段と、該反射手段からの光束を振動方向
   が互いに略直交する２つの直線偏光光束に分離する偏光
   分離手段と、一方の前記直線偏光光束を受け該偏光面を
   略９０゜回転させて前記偏光分離手段に出射する偏光変
   換手段と、前記偏光分離手段で分離され出射された直線
   偏光光束と前記偏光変換手段で変換され前記偏光分離手
   段を通って出射された直線偏光光束とを受け２つの直線
   偏光光束の進行方向を揃えて出射させる偏向手段と、前
   記２つの直線偏光光束を集光させ一次光源像を形成する
   集光手段と、前記一次光源像からの光束を内面反射によ
   って複数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形
   成する光束分割手段と、該光束分割手段の出射面の照明
   情報を被照射面に結像する結像手段とから構成されるこ
   とを特徴とする照明装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の照明装置において、前
   記結像手段と前記被照射面との間に前記結像手段からの
   光束の方向を変化させる第２の集光手段をさらに有する
   ことを特徴とする照明装置。
6. 【請求項６】 請求項１または４に記載の照明装置にお
   いて、前記偏光分離手段は、前記光源手段からの光束を
   前記第１及び第２の直線偏光光束に分離する偏光分離膜
   を斜面に有する直角プリズムを用い、該直角プリズムの
   一側面側に前記光源手段が配置され、他の側面側に前記
   偏光変換手段が配置されることを特徴とする照明装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の照明装置において、前
   記偏光分離手段は、前記偏光分離膜の出射側に前記偏光
   分離膜から出射される光束の方向を制御するための光束
   方向制御手段をさらに有することを特徴とする照明装
   置。
8. 【請求項８】 請求項４に記載の照明装置において、前
   記偏向手段はプリズム列が形成されたプリズムアレイで
   あり、前記偏光分離手段を出射された２つの直線偏光光
   束が前記プリズム列に対して略対称に入射するように配
   置されることを特徴とする照明装置。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載の照明
   装置と、該照明装置からの光束を複数の色光に分離する
   分光手段と、該分光手段からの光束を変調する電気光学
   装置と、該電気光学装置によって形成された光を投写す
   る投写手段とを備えることを特徴とする投写型表示装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項１９に記載の投写型表示装置に
    おいて、前記分光手段は、前記結像手段あるいは前記照
    射手段と前記電気光学装置との間に配置されることを特
    徴とする投写型表示装置。