JP2000292745A - 照明装置および投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源が発する無偏光の光を全て同一の直線偏
光として対象範囲全体を均一に照明することが可能な、
軽量かつ製造効率に優れた照明装置、およびこれを用い
た投射型表示装置を提供する。 【解決手段】 照明装置に、偏光分離素子として薄板状
のコレステリック液晶素子または体積ホログラム素子を
備えて、光源からの光を反射光と透過光に分離する。反
射光と透過光は、回転方向が互いに逆の円偏光、または
偏光面が互いに垂直な直線偏光となる。この透過光を反
射素子で反射することにより反射光とはやや異なる光路
を進ませて、両光を位相板によって同一の直線偏光とす
る。また、照明装置に２つのレンズアレイから成るイン
テグレータを備え、同一の直線偏光とした光を照明範囲
全体に均一に導く。この照明装置と液晶バルブと投射レ
ンズで、投射型表示装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置および投
射型表示装置に関し、特に、無偏光を全て同一の直線偏
光に変換するとともに、オプティカルインテグレータを
備えて照明範囲全体を均一な明るさで照明する照明装
置、およびそのような照明装置を備えた投射型表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像に応じて光を変調し、変調後の光を
スクリーンに投射して画像を表示する投射型表示装置が
ある。このような投射型表示装置は、一度に多数の人に
画像を提示するために利用され、近年では、比較的大画
面のテレビ受像器にも用いられるようになっている。一
般に、光の変調は液晶バルブによって行われ、液晶バル
ブに投射用の光を供給するための照明装置が備えられ
る。投射型表示装置は明るくしかも明るさにむらのない
画像を表示することが望ましく、このため、光源からの
光を投射に効率よく利用し、また液晶バルブ全体を均一
に照明することが要求される。

【０００３】液晶バルブは直線偏光を変調するものであ
り、また、光源が発する光は無偏光すなわち右回りの偏
光と左回りの偏光が混在したものであるため、液晶バル
ブを照明するための光を直線偏光とする必要がある。照
明光を直線偏光とするために、従来は液晶バルブの直前
に偏光板を配置することが行われていた。ところが、偏
光板は、無偏光の光の半分しか透過させることができな
いため光の利用効率が悪い上、残りの半分を吸収するた
め温度が上昇して、液晶バルブの性能を低下させるとい
う問題がある。

【０００４】また、光源が発した光の多くを液晶バルブ
に導くために、光源からの光を集光させるリフレクタが
用いられる。しかしながら、リフレクタによって反射さ
れた光の強度分布は一様にはならず、光束の周辺部にな
るほど強度は低下し、中央部も光源自体の陰となって強
度が低下する。このため、照明装置にリフレクタを備え
ても、液晶バルブ全体を均一に照明することはできず、
表示した画像の明るさにむらが生じる。

【０００５】これらの問題を解決するために、例えば特
開平８−２３４２０５号公報に提案されているように、
光源が発した無偏光の光を全て同一の直線偏光とする偏
光変換器と、光源からの光を複数の光束に分割して分割
後の光をそれぞれ液晶バルブの全体に導くオプティカル
インテグレータを照明装置に備えることが行われてい
る。

【０００６】このような照明装置の光学系の概略構成を
図１３に示す。この照明装置７０は、光源７１、リフレ
クタ７２、ＩＲ／ＵＶカットフィルタ７３、三角プリズ
ム７４ａとくさび型プリズム７４ｂを接合して成るプリ
ズム７４、第１のレンズアレイ７５、および第２のレン
ズアレイ７６を備えている。三角プリズム７４ａとくさ
び型プリズム７４ｂの接合面には、ブリュースター角を
利用してＰ偏光とＳ偏光とを分離する偏光分離膜７７が
形成されており、くさび型プリズム７４ｂの表面には全
反射膜７８が形成されている。

【０００７】光源７１が発した無偏光の光は、リフレク
タ７２によって略平行光束とされる。この光は、ＩＲ／
ＵＶカットフィルタ７３によって可視領域の波長のみと
された後、三角プリズム７４ａを透過して、無偏光のま
ま偏光分離膜７７に入射する。この光のうち、偏光分離
膜７７に対してＳ偏光となる成分は偏光分離膜７７によ
って反射され、偏光分離膜７７に対してＰ偏光となる成
分は偏光分離膜７７を透過する。これにより、偏光面が
互いに垂直な直線偏光が分離される。

【０００８】偏光分離膜７７を透過した直線偏光は全反
射膜７８によって反射され、Ｐ偏光として偏光分離膜７
７に再び入射し、これを透過する。偏光分離膜７７によ
って反射された直線偏光と全反射膜７８によって反射さ
れた直線偏光は、共に第１のレンズアレイ７５に入射す
るが、偏光分離膜７７と全反射膜７８が平行ではないた
め、第１のレンズアレイ７５への両偏光の入射角には差
が生じる。

【０００９】第１のレンズアレイ７５を構成する各レン
ズは、入射する光をそれぞれ収束させる。第２のレンズ
アレイ７６は、第１のレンズアレイ７５による光の収束
位置近傍に配置されており、第２のレンズアレイ７６の
各レンズ上には光源７１の像が形成される。ここで、第
１のレンズアレイ７５への２つの直線偏光の入射角が異
なるため、第２のレンズアレイ７６の各レンズ上に形成
される光源７１の像は２つになる。

【００１０】第２のレンズアレイ７６を構成するレンズ
それぞれの、偏光分離膜７７によって反射された直線偏
光が入射する部位には、１／２波長位相板７９が設けら
れている。偏光分離膜７７によって反射された直線偏光
は、１／２波長位相板７９を透過することにより偏光面
が９０゜回転して、全反射膜７８によって反射された直
線偏光と同一の偏光成分となって第２のレンズアレイ７
６に入射する。第２のレンズアレイ７６の各レンズはそ
れぞれ、自己の上に形成された光源７１の像の光を照明
範囲である液晶バルブ８０の全面に導く。

【００１１】このように、照明装置７０では、プリズム
７４の接合面に形成された偏光分離膜７７によって偏光
成分の分離がなされ、１／２波長位相板７９によって偏
光変換が行われて、光源７１が発した無偏光の光は全て
同一の直線偏光とされる。また、第１のレンズアレイ７
５と第２のレンズアレイ７６から成るインテグレータに
よって、照明範囲全体が均一な明るさで照明される。し
たがって、この照明装置７０を備えた投射型表示装置
は、明るくしかも明るさが均一な画像を表示することが
できる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の照明
装置では、上述のように、偏光分離膜を重量のあるプリ
ズムの接合面に形成しているため、軽量化が困難であっ
た。また、ブリュースター角を用いて偏光成分を分離す
るためには、多くの層を重ねて偏光分離膜を形成する必
要があり、その形成のために膜蒸着を多数回行わなけれ
ばならない。このため、偏光分離膜の形成工程に長時間
を要し、装置の製造効率の向上の妨げとなっていた。当
然、照明装置やそれを用いた投射型表示装置のコスト低
減にも限界があった。

【００１３】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、光源が発する無偏光の光を全て同一の直線偏光と
して対象範囲全体を均一に照明することが可能な、軽量
かつ製造効率に優れた照明装置、およびこれを用いた投
射型表示装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、無偏光の光を発する光源、光源が発し
た光を略平行光束とする平行化手段、複数のレンズより
成り、平行化手段から複数のレンズに入射する光それぞ
れを収束させる第１のレンズアレイ、表裏両面共に平坦
な薄板状であって、無偏光の光のうち第１の偏光成分を
反射し残りの第２の偏光成分を透過させる特性を有し、
第１のレンズアレイからの光の光路上に、その光路に対
して傾けて配置された偏光分離素子、第２の偏光成分を
反射して第２の偏光成分に保つ特性を有し、偏光分離素
子の近傍に偏光分離素子に対して略平行に配置され、偏
光分離素子を透過した第１のレンズアレイからの光を反
射して、主光線が第１のレンズアレイからの光の入射部
位の間を通るように、偏光分離素子を透過させる反射素
子、偏光分離素子によって反射された第１のレンズアレ
イからの光と、偏光分離素子を透過した反射素子からの
光を、同一の直線偏光とする直線偏光化手段、および、
複数のレンズより成り、第１のレンズアレイによる光の
収束位置近傍に配置され、偏光分離素子から複数のレン
ズに入射する光それぞれを所定の照明範囲の略全体に導
く第２のレンズアレイで、照明装置を構成する。

【００１５】この照明装置では、光源が発する無偏光の
光を２つの偏光成分に分離するための偏光分離素子とし
て、表裏両面共に平坦な薄板状のものを備えており、プ
リズムを使用しない。したがって、装置全体が軽量にな
る。

【００１６】光源からの光は略平行光束とされた後、第
１のレンズアレイによって、それぞれ収束光となる光に
分割される。第１のレンズアレイは、第２のレンズアレ
イとと共に、インテグレータを成す。第１のレンズアレ
イによって分割された各光は偏光分離素子によって、反
射される第１の偏光成分と透過する第２の偏光成分に分
離され、第２の偏光成分は反射素子によって反射されて
偏光分離素子に再入射する。反射素子は、第２の偏光成
分をそのまま反射する特性を有しており、再入射した光
は偏光分離素子を透過して、反射された光とともに第２
のレンズアレイに入射する。

【００１７】反射素子は、偏光分離素子の近傍にかつ偏
光分離素子に対して平行に配置されており、反射素子に
よって反射された第２の偏光成分の主光線の偏光分離素
子への再入射部位は、第１のレンズアレイからの光の入
射部位の間である。また、第２のレンズアレイは第１の
レンズアレイによる光の収束位置の近傍に配置されてい
る。したがって、第１の偏光成分と第２の偏光成分は互
いに平行に進み、しかも重ならずに第２のレンズアレイ
に入射する。

【００１８】すなわち、第１の偏光成分と第２の偏光成
分は第２のレンズアレイ近傍で分離した光束となってお
り、いずれか一方の偏光成分を他方の偏光成分に変換す
ることは容易である。直線偏光化手段はこの変換を行う
とともに、偏光成分が直線偏光でないときには、直線偏
光に変換する。したがって、光源が発した無偏光の光は
全て同一の直線偏光として照明範囲に導かれる。

【００１９】第２のレンズアレイの各レンズは、それぞ
れに入射する光を共通の照明範囲の全体に導く。第２の
レンズアレイの各レンズに入射する光の量にはそれらの
位置に応じて差があるが、第２のレンズアレイの全ての
レンズが入射した光を照明範囲全体に導くことで、照明
範囲のどの部位も略同じ量の光を受けることになる。

【００２０】本発明では、また、無偏光の光を発する光
源、光源が発した光を略平行光束とする平行化手段、複
数のレンズより成り、平行化手段から複数のレンズに入
射する光それぞれを収束させる第１のレンズアレイ、表
裏両面共に平坦な薄板状であって、無偏光の光のうち第
１の偏光成分を反射し残りの第２の偏光成分を透過させ
る特性を有し、第１のレンズアレイからの光の光路上
に、その光路に対して傾けて配置された偏光分離素子、
第２の偏光成分を反射して第１の偏光成分とし、第１の
偏光成分を反射して第２の偏光成分とする特性を有し、
偏光分離素子の近傍に偏光分離素子に対して略平行に配
置され、偏光分離素子を透過した第１のレンズアレイか
らの光を反射して偏光分離素子に入射させ、偏光分離素
子によって反射された光を再度反射して、主光線が第１
のレンズアレイからの光の入射部位の間を通るように、
偏光分離素子を透過させる反射素子、偏光分離素子によ
って反射された第１のレンズアレイからの光と、偏光分
離素子を透過した反射素子からの光を、同一の直線偏光
とする直線偏光化手段、および、複数のレンズより成
り、第１のレンズアレイによる光の収束位置近傍に配置
され、偏光分離素子から複数のレンズに入射する光それ
ぞれを所定の照明範囲の略全体に導く第２のレンズアレ
イで、照明装置を構成する。

【００２１】この照明装置は上記の照明装置と類似の構
成である。相違点は、反射素子が、第２の偏光成分をそ
のまま反射するのではなく、入射光が第２の偏光成分で
あれば反射光を第１の偏光成分に変え、入射光が第１の
偏光成分であれば反射光を第２の偏光成分に変える点に
ある。第１のレンズアレイから偏光分離素子に入射して
これを透過した第２の偏光成分は、反射素子によって反
射され、第１の偏光成分となって偏光分離素子に入射し
て、反射される。この第１の偏光成分は反射素子に再度
入射して反射され、第２の偏光成分となってもう一度偏
光分離素子に入射して、これを透過する。すなわち、こ
の照明装置では、反射素子は２回の反射によって、偏光
分離素子を透過した光を偏光分離素子を再透過し得る光
とする。偏光分離素子を経た後の光に対する作用は、前
述のとおりである。

【００２２】本発明では、また、無偏光の光を発する光
源、光源が発した光を略平行光束とする平行化手段、表
裏両面共に平坦な薄板状であって、無偏光の光のうち第
１の偏光成分を反射し残りの第２の偏光成分を透過させ
る特性を有し、平行化手段からの光の光路上に、その光
路に対して傾けて配置された偏光分離素子、第２の偏光
成分を反射して第２の偏光成分に保つ特性を有し、偏光
分離素子の近傍に偏光分離素子に対してやや傾けて配置
され、偏光分離素子を透過した平行化手段からの光を反
射して、偏光分離素子によって反射された平行化手段か
らの光に対して非平行になるように、偏光分離素子を透
過させる反射素子、複数のレンズより成り、偏光分離素
子から複数のレンズに入射する光それぞれを収束させる
第１のレンズアレイ、偏光分離素子によって反射され第
１のレンズアレイを透過した平行化手段からの光と、偏
光分離素子を透過し第１のレンズアレイを透過した反射
素子からの光を、同一の直線偏光とする直線偏光化手
段、および、複数のレンズより成り、第１のレンズアレ
イによる光の収束位置近傍に配置され、第１のレンズア
レイから複数のレンズに入射する光それぞれを所定の照
明範囲の略全体に導く第２のレンズアレイで、照明装置
を構成する。

【００２３】この照明装置も、光源が発する無偏光の光
を２つの偏光成分に分離するための偏光分離素子とし
て、表裏両面共に平坦な薄板状のものを備えており、軽
量である。光源からの光は略平行光束とされた後、偏光
分離素子によって、反射される第１の偏光成分と透過す
る第２の偏光成分に分離され、第２の偏光成分は反射素
子によって反射されて偏光分離素子に再入射する。反射
素子は、第２の偏光成分をそのまま反射する特性を有し
ており、再入射した光は偏光分離素子を透過して、反射
された光とともに第１のレンズアレイに入射する。

【００２４】反射素子は、偏光分離素子の近傍にかつ偏
光分離素子に対してやや傾けて配置されており、偏光分
離素子によって反射された第１の偏光成分と反射素子に
よって反射された第２の偏光成分は、進行方向がやや異
なり大部分が重なり合った光束として第１のレンズアレ
イに入射する。第１のレンズアレイは、その収束位置近
傍に配置された第２のレンズアレイと共に、インテグレ
ータを成す。第１のレンズアレイに入射した光は、各レ
ンズによってそれぞれ収束光となる光に分割されるが、
第１の偏光成分と第２の偏光成分は進行方向がやや異な
るため、第１のレンズアレイの同一のレンズを透過した
両偏光成分は、第２のレンズアレイ近傍で分離した光束
となる。

【００２５】直線偏光化手段は、このように分離した第
１の偏光成分と第２の偏光成分の一方を他方の偏光成分
に変換し、偏光成分が直線偏光でないときには、さらに
直線偏光とする。したがって、光源が発した無偏光の光
は全て同一の直線偏光として照明範囲に導かれる。第２
のレンズアレイの各レンズは、それぞれに入射する光を
共通の照明範囲の全体に導いて、照明範囲全体を均一に
照明する。

【００２６】本発明では、また、無偏光の光を発する光
源、光源が発した光を略平行光束とする平行化手段、表
裏両面共に平坦な薄板状であって、無偏光の光のうち第
１の偏光成分を反射し残りの第２の偏光成分を透過させ
る特性を有し、平行化手段からの光の光路上に、その光
路に対して傾けて配置された偏光分離素子、第２の偏光
成分を反射して第１の偏光成分とする特性を有し、偏光
分離素子を透過した平行化手段からの光を反射して偏光
分離素子に入射させて反射させる第１の反射素子、第１
の偏光成分を反射して第２の偏光成分とする特性を有
し、偏光分離素子によって反射された第１の反射素子か
らの光を反射して、偏光分離素子によって反射された平
行化手段からの光に対して非平行になるように、偏光分
離素子を透過させる第２の反射素子、複数のレンズより
成り、偏光分離素子から複数のレンズに入射する光それ
ぞれを収束させる第１のレンズアレイ、偏光分離素子に
よって反射され第１のレンズアレイを透過した平行化手
段からの光と、偏光分離素子を透過し第１のレンズアレ
イを透過した第２の反射素子からの光を、同一の直線偏
光とする直線偏光化手段、および、複数のレンズより成
り、第１のレンズアレイによる光の収束位置近傍に配置
され、第１のレンズアレイから複数のレンズに入射する
光それぞれを所定の照明範囲の略全体に導く第２のレン
ズアレイで、照明装置を構成する。

【００２７】この照明装置は上記の照明装置と類似の構
成である。相違点は、第２の偏光成分をそのまま反射す
る反射素子を１つ備えるのではなく、第２の偏光成分を
反射して第１の偏光成分とする第１の反射素子と、第１
の偏光成分を反射して第２の偏光成分とする第２の反射
素子の２つを備える点と、これらの反射素子が、必ずし
も、偏光分離素子の近傍に偏光分離素子に対してやや傾
けて配置されるのではないという点にある。

【００２８】平行化手段から偏光分離素子に入射してこ
れを透過した第２の偏光成分は、第１の反射素子によっ
て反射され、第１の偏光成分となって偏光分離素子に再
入射して、反射される。この第１の偏光成分は第２の反
射素子に入射して反射され、第２の偏光成分となっても
う一度偏光分離素子に入射して、これを透過する。この
第２の偏光成分と偏光分離素子によって反射された第１
の偏光成分は非平行とされるが、両偏光成分の光路のな
す角は、偏光分離素子に対する第１の反射素子と第２の
反射素子の傾きによって定まる。偏光分離素子を経た後
の光に対する作用は、前述のとおりである。

【００２９】上記の各照明装置の偏光分離素子として
は、後に直線偏光化手段が同一の直線偏光とし得る２つ
の偏光成分に分離するものであって、素子全体を薄板状
としてもそれらの偏光成分を十分に分離することが可能
なものであれば、何を用いてもよい。

【００３０】例えば、コレステリック液晶素子を偏光分
離素子として使用する。コレステリック液晶は、ブラッ
グ反射によって円偏光を選択的に反射するもので、無偏
光の光に含まれる回転方向が互いに逆の２つの円偏光の
うち、一方を反射し他方を透過させる特性を有する。ま
た、薄板状の素子として構成しても、その特性を発揮し
易い。

【００３１】コレステリック液晶素子を透過した円偏光
は、キラリティが逆になるように設定した別のコレステ
リック液晶素子によって、回転方向を保ったまま反射す
ることができる。また、通常の全反射ミラーのような全
反射素子によって、回転方向を逆転させながら反射する
こともできる。したがって、偏光分離素子を透過した第
２の偏光成分を反射するための反射素子の選択も容易で
ある。

【００３２】偏光分離素子としてコレステリック液晶素
子を使用する場合、直線偏光化手段は１／４波長位相板
と１／２波長位相板で構成することができる。回転方向
が互いに逆の第１の偏光成分と第２の偏光成分は、１／
４波長位相板を透過させることにより偏光面が互いに垂
直な直線偏光とすることができ、それらの直線偏光の一
方を１／２波長位相板を透過させることによってその偏
光面を９０゜回転させて、両者を同一の直線偏光とする
ことが可能である。

【００３３】偏光分離素子として、体積ホログラム素子
を使用することも可能である。体積ホログラム素子は、
所定の振動方向の偏光成分をブラッグ反射によって全反
射し、その振動方向に対して垂直な振動方向の偏光成分
を透過させるものであり、無偏光の光を、偏光面が互い
に垂直な２つの直線偏光に分離する特性を有している。
すなわち、体積ホログラム素子は干渉を利用して２つの
偏光成分を分離するもので、薄板状の素子としてもその
特性は損なわれず、また、ブリュースター角を利用して
分離する素子のように膜を多層に形成する必要がない。

【００３４】偏光分離素子として体積ホログラム素子を
使用する場合、直線偏光化手段は１／２波長位相板で構
成することができる。体積ホログラム素子によって分離
された第１の偏光成分と第２の偏光成分は、偏光面が互
いに垂直な直線偏光になっており、その一方を１／２波
長位相板を透過させることによって、両者を同一の直線
偏光とすることができる。

【００３５】コレステリック液晶素子や体積ホログラム
素子は、光の入射角が多少変動しても、ブリュースター
角を用いて偏光を分離する偏光分離素子のように分離性
能が大きく低下することはない。したがって、素子への
光の入射角を特に厳密に設定しなくても、良好な分離性
能を得ることが可能である。

【００３６】本発明では、また、上記のいずれかの照明
装置、照明装置の照明範囲に略等しい大きさを有し、そ
の照明範囲に配置されて照明装置からの光を変調する液
晶バルブ、液晶バルブによって変調された光の光路上に
配置された偏光板、および、偏光板を透過した光を投射
して結像させる投射光学系で、投射型表示装置を構成す
る。光源からの無偏光の光を全て同一の直線偏光に変換
し、その直線偏光で照明範囲全体を均一に照明するとい
う照明装置の特徴により、明るくしかも明るさにむらの
ない画像を提供する表示装置が得られる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の照明装置および投
射型表示装置の実施形態について、図面を参照しながら
説明する。図１に第１の実施形態の照明装置１の光学系
の概略構成を示す。照明装置１は、光源１１、リフレク
タ１２、ＩＲ／ＵＶカットフィルタ１３、第１のレンズ
アレイ１４、第２のレンズアレイ１５、第１のコレステ
リック液晶素子１６、第２のコレステリック液晶素子１
７、１／４波長位相板１８、および１／２波長位相板１
９を備えている。

【００３８】光源１１は可視領域全体にわたる波長の光
を発する。光源１１としては、可視領域全体の強度分布
に偏りが少なく発光量の多いものを使用するのが好まし
く、例えばメタルハライドランプやキセノンランプが好
適である。光源１１が発する光は、右回りの偏光と左回
りの偏光が混在する無偏光である。

【００３９】リフレクタ１２は光源１１が発した指向性
のない光を反射して集光する。リフレクタ１２の反射面
は放物面とされており、その焦点に光源１１が配置され
ている。したがって、リフレクタ１２によって反射され
た光源１１からの光は平行光束となる。なお、反射面が
放物面のリフレクタ１２に代えて他のリフレクタを用
い、その反射光を平行光束とするコンデンサレンズを備
えるようにしてもよい。

【００４０】ＩＲ／ＵＶカットフィルタ１３は、赤外領
域および紫外領域の光を遮断して、透過した光を可視領
域の光のみとする。

【００４１】第１のレンズアレイ１４および第２のレン
ズアレイ１５はオプティカルインテグレータを成す。第
１のレンズアレイ１４は、複数のレンズ１４ａを２次元
に配列して成り、ＩＲ／ＵＶカットフィルタ１３を透過
したリフレクタ１２からの光の光路上に配置されてい
る。第１のレンズアレイ１４は、その中心をリフレクタ
１２の光軸が通り、かつその光軸に対して対して垂直に
なるように設定されている。第１のレンズアレイ１４に
入射するリフレクタ１２からの光は、レンズ１４ａによ
ってそれらと同数の光束に分割され、分割された各光束
は収束光とされる。

【００４２】第１のコレステリック液晶素子１６は、表
裏両面共に平坦な薄板状であり、第１のレンズアレイ１
４を透過したリフレクタ１２からの光の光路上に、リフ
レクタ１２の光軸に対して４５゜傾けて配置されてい
る。コレステリック液晶素子１６は、右回りの円偏光を
反射し左回りの円偏光を透過させるように設定されてお
り、コレステリック液晶素子１６に入射する無偏光の光
は、右回りの円偏光である反射光と、左回りの円偏光で
ある透過光に分離される。

【００４３】第１のコレステリック液晶素子１６を透過
した光は、第２のコレステリック液晶素子１７に入射す
る。コレステリック液晶素子１７も薄板状であるが、コ
レステリック液晶素子１６とは逆のキラリティに設定さ
れており、左回りの円偏光を反射し右回りの円偏光を透
過させる。コレステリック液晶素子１６を透過した光は
左回りの円偏光であるから、コレステリック液晶素子１
７によって全て反射される。また、その反射光は、コレ
ステリック液晶の特性により、左回りの円偏光のままと
なる。

【００４４】コレステリック液晶素子１７は、コレステ
リック液晶素子１６に近接して、かつコレステリック液
晶素子１６に対して平行に配置されている。したがっ
て、コレステリック液晶素子１７によって反射された光
は、コレステリック液晶素子１６に再入射してこれを透
過し、その光路はコレステリック液晶素子１６によって
反射された光の光路と平行になる。

【００４５】また、２つのコレステリック液晶素子１
６、１７の間隔は、第１のレンズアレイ１４のレンズ１
４ａの配列間隔の１／２√２程度に設定されている。こ
のため、コレステリック液晶素子１７によって反射され
た光の主光線がコレステリック液晶素子１６に再入射す
る位置は、レンズアレイ１４の各レンズ１４ａからの光
がコレステリック液晶素子１６に入射する位置の中間と
なる。したがって、コレステリック液晶素子１６によっ
て反射された光の光路とコレステリック液晶素子１７に
よって反射された光の光路は、略等間隔で交互に分布す
る。

【００４６】第２のレンズアレイ１５は、コレステリッ
ク液晶素子１６によって反射された第１のレンズアレイ
１４からの光の光路上に配置されている。レンズアレイ
１５は、その中心をコレステリック液晶素子１６によっ
て折り返されたリフレクタ１２の光軸が通り、その光軸
に対して垂直になるように設定されている。また、レン
ズアレイ１４からコレステリック液晶素子１６を経てレ
ンズアレイ１５に至る光路長は、レンズアレイ１４の各
レンズ１４ａの焦点距離に略等しく設定されており、第
２のレンズアレイ１５は第１のレンズアレイ１４による
光の収束位置の近傍に位置する。

【００４７】レンズアレイ１５は、レンズアレイ１４の
レンズ１４ａの半分の大きさのレンズ１５ａ、１５ｂを
２次元に配列して成る。隣合う１対のレンズ１５ａ、１
５ｂがレンズアレイ１４の１つのレンズ１４ａに対応す
る。レンズアレイ１４の各レンズ１４ａによって収束光
とされた光は、レンズアレイ１５近傍に収束して対応す
るレンズ上に光源１１の点状の像を形成する。このと
き、レンズアレイ１４ａの各レンズ１４ａからの光は、
コレステリック液晶素子１６、１７によって光路が平行
な２つの光に分離されており、コレステリック液晶素子
１６によって反射された光がレンズ１５ａに、コレステ
リック液晶素子１７によって反射された光がレンズ１５
ｂに入射する。

【００４８】レンズアレイ１５の前面側には、レンズア
レイ１５全体にわたる大きさの１／４波長位相板１８が
配置されている。また、コレステリック液晶素子１７に
よって反射された光が入射するレンズ１５ｂと１／４波
長位相板１８の間には、１／２波長位相板１９が配置さ
れている。

【００４９】コレステリック液晶素子１６によって反射
された右回りの円偏光と、コレステリック液晶素子１７
によって反射された左回りの円偏光は、１／４波長位相
板１８を透過することにより、偏光面が互いに垂直な直
線偏光となる。コレステリック液晶素子１７によって反
射された光は、さらに１／２波長位相板１９を透過する
ことにより偏光面が９０゜回転して、コレステリック液
晶素子１６によって反射された光と偏光面が一致した直
線偏光となる。こうして、光源１１が発した無偏光の光
は全て同一の直線偏光とされて、第２のレンズアレイ１
５に入射する。

【００５０】なお、ここでは１／２波長位相板１９をレ
ンズアレイ１５の前面側に配置しているが、１／２波長
位相板１９を後面側に配置して、レンズアレイ１５を透
過した後に２つの直線偏光の偏光面を一致させるように
してもよい。また、１／２波長位相板１９をレンズ１５
ｂに対応して配置して、コレステリック液晶素子１７に
よって反射された光の偏光面を回転させるようにしてい
るが、１／２波長位相板１９をレンズ１５ａに対応して
配置して、コレステリック液晶素子１６によって反射さ
れた光の偏光面を回転させるようにしてもよい。

【００５１】第２のレンズアレイ１５のレンズ１５ａ、
１５ｂはいずれも、入射した光を共通の照明範囲Ｓの全
体に導くように設定されている。リフレクタ１２によっ
て平行光束とされた光の断面の強度分布は一様ではない
ため、第１のレンズアレイ１４に入射する光の量は位置
に応じて差があり、当然、第２のレンズアレイ１５に入
射する光の量にも差がある。しかしながら、第２のレン
ズアレイ１５の個々のレンズ１５ａ、１５ｂが照明範囲
Ｓの一部分ずつに光を導くのではなく、全てのレンズ１
５ａ、１５ｂが照明範囲Ｓの全体に光を導くようにした
ことにより、照明範囲Ｓのどの部位においても受光量は
等しくなり、照明範囲Ｓの全体を均一に照明することが
できる。

【００５２】コレステリック液晶素子１６、１７につい
て、詳しく説明する。コレステリック液晶は分子が螺旋
状に配向したものであり、螺旋の旋回方向と同じ回転方
向の円偏光を選択的に反射し、螺旋の旋回方向と逆の回
転方向の円偏光を透過させる。コレステリック液晶によ
る反射は、式１で示されるブラッグの反射条件に従い、
波長λを中心とする帯域幅Δλの光を反射する。帯域幅
Δλは、おおよそ式２で与えられる。

【００５３】 λ ＝ ｎ・ｐ・ｃｏｓ（θ） ・・・ 式１ Δλ ＝ ｐ・（ｎe−ｎo） ・・・ 式２ ここで、ｎeは異常光に対する液晶の屈折率、ｎoは常光
に対する屈折率、ｎは平均の屈折率（ｎeとｎoの平
均）、ｐは液晶分子の螺旋の周期、θは液晶への光の入
射角である。

【００５４】したがって、周期が一定の単一の液晶層で
可視領域の全ての波長に対して優れた反射特性を得るこ
とは難しいが、略５０〜１００ｎｍの波長範囲に対して
は良好な反射特性を得ることができる。

【００５５】照明装置１は可視領域全体を対象としてお
り、コレステリック液晶の上記の特性を考慮して、反射
帯域の異なる３つの層をコレステリック液晶素子１６に
設けている。コレステリック液晶素子１６の断面を図１
２に模式的に示す。

【００５６】コレステリック液晶素子１６は、青色
（Ｂ）光を反射帯域とする層ＬＢ、緑色（Ｇ）光を反射
帯域とする層ＬＧ、および赤色（Ｒ）光を反射帯域とす
る層ＬＲを、２枚の透明なガラス基板１６ａの間に有し
ている。層ＬＢ、ＬＧ、ＬＲは散乱の少ない粘着層１６
ｂで仕切られている。層ＬＢ、ＬＧ、ＬＲの厚さは、液
晶材料の特性、反射帯域、光の入射角および製造条件を
考慮して設定するが、数μｍ〜数十μｍとするのがよ
い。

【００５７】コレステリック液晶素子１６に入射する無
偏光の光のうち、右回りのＢ光、Ｇ光、Ｒ光は、層Ｌ
Ｂ、ＬＧ、ＬＲによってそれぞれ反射され、透過する光
は左回りのＢ光、Ｇ光、Ｒ光のみとなる。層ＬＢ、Ｌ
Ｇ、ＬＲが上記のように薄いため、コレステリック液晶
素子１６によって反射されたＢ光、Ｇ光、Ｒ光が分離す
ることはなく、透過したＢ光、Ｇ光、Ｒ光も分離するこ
とはない。

【００５８】第２のコレステリック液晶素子１７も同様
に、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光をそれぞれ反射帯域とする３つの
層で構成されている。ただし、前述のように、コレステ
リック液晶素子１７のキラリティはコレステリック液晶
素子１６とは逆に設定されている。

【００５９】なお、層ＬＢ、ＬＧ、ＬＲの液晶材料とし
ては、螺旋のピッチを制御することができるものであれ
ば、何を使用してもよい。特に、所定温度での熱処理に
より所望のピッチとなり、急冷や紫外線による硬化でそ
のピッチに固定される材料が、処理の簡便さの面で好ま
しい。

【００６０】また、ここではコレステリック液晶素子１
６、１７を３層構造としているが、液晶層の数はこれに
限られない。例えば、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光のそれぞれに対
して反射帯域が少し異なる２つの層を設けて、合計６層
とすることにより、反射特性を一層向上させるようにし
てもよい。また、分子の螺旋のピッチを層の内部で変化
させて、１つの層の反射帯域を広くするようにすれば、
２層あるいは１層で可視領域全体に対応することもでき
る。

【００６１】コレステリック液晶素子１６、１７の反射
帯域に入らない光は、コレステリック液晶素子１６、１
７の双方を透過するため、照明範囲Ｓには導かれない。
したがって、照明装置１は、色純度の低下や発熱の原因
となる不要な成分を含まない、良質の光を供給すること
ができる。

【００６２】コレステリック液晶素子１６のキラリティ
を逆に設定して、左回りの円偏光を反射し右回りの円偏
光を透過させるようにしてもよい。その場合、コレステ
リック液晶素子１７のキラリティも逆にして、右回りの
円偏光を反射する設定とする。なお、レンズアレイ１４
のレンズ１４ａの配列間隔に応じた厚さのスペーサを介
してコレステリック液晶素子１６、１７を固定して、両
者を一体の部材としておくのが好ましい。そのようにす
ると、組み立て時にコレステリック液晶素子１６、１７
の間隔を調整する必要がなくなり、装置の製造が容易に
なる。

【００６３】第２の実施形態の照明装置２の光学系の概
略構成を図２に示す。この照明装置２は、照明装置１の
コレステリック液晶素子１６に代えて体積ホログラム素
子２６を備え、コレステリック液晶素子１７に代えて全
反射素子２７を備えたものである。また、１／４波長位
相板１８は除かれている。他の構成要素は照明装置１の
構成要素と同じである。以下、既述の構成要素には同一
の符号を付して、重複する説明は省略する。

【００６４】体積ホログラム素子２６および全反射素子
２７は薄板状であり、それぞれコレステリック液晶素子
１６および１７と同様に配置されている。すなわち、体
積ホログラム素子２６は、第１のレンズアレイ１４を透
過したリフレクタ１２からの光の光路上に、リフレクタ
の１２の光軸に対して４５゜傾けて配置されており、全
反射素子２７は、レンズアレイ１４のレンズ１４ａの配
列間隔の１／２√２程度の間隙を介して、体積ホログラ
ム素子２６に対して平行に配置されている。

【００６５】体積ホログラム素子２６は、例えば、透明
なガラス基板上に設けた１０μｍ程度の厚さのホログラ
ム感光材料の層に、２光束干渉露光方法を用いて干渉縞
を形成することにより、作成されている。体積ホログラ
ム素子２６は、光の入射位置における法線とその入射光
を含む面に対して垂直な振動方向の電気ベクトル（図
中、丸印で表す）をもつ偏光成分すなわちＳ偏光を反射
し、法線と入射光を含む面に対して平行な振動方向の電
気ベクトル（図中、矢印で表す）をもつ偏光成分すなわ
ちＰ偏光を透過させるように、設定されている。したが
って、体積ホログラム素子２６に入射する無偏光の光
は、偏光面が互いに垂直なＳ偏光とＰ偏光の２つの直線
偏光に分離される。

【００６６】体積ホログラム素子による偏光成分の反射
はブラッグ反射に従い、その反射特性は光の波長に依存
する。ここでは、照明装置１のコレステリック液晶素子
１６と同様に、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光に対応する反射帯域を
有する３つのホログラム層を重ねて体積ホログラム素子
２６を構成している。

【００６７】体積ホログラム素子２６を透過した光は、
全反射素子２７によって偏光状態を維持したまま反射さ
れる。全反射素子２７によって反射された光は、Ｐ偏光
として体積ホログラム素子２６に再入射してこれを透過
し、体積ホログラム素子２６によって反射された光と平
行な光路を進む。体積ホログラム素子２６によって反射
された光は、第２のレンズアレイ１５のレンズ１５ａに
直接入射し、全反射素子２７によって反射された光は、
１／２波長位相板１９を透過した後、第２のレンズアレ
イ１５のレンズ１５ｂに入射する。偏光面が互いに垂直
であった２つの直線偏光は、一方が１／２波長位相板１
９を透過してその偏光面を９０゜回転させられることに
より、同一の直線偏光となる。

【００６８】こうして、同一の直線偏光として入射し、
レンズアレイ１５上に光源１１の像を形成した光は、レ
ンズ１５ａ、１５ｂによって照明範囲Ｓの全体に導かれ
て、照明範囲Ｓを均一に照明する。なお、全反射素子２
７としては、例えば、金属面、全反射膜等を使用するこ
とができる。これらは、偏光状態を変化させることなく
直線偏光を反射する。

【００６９】第３の実施形態の照明装置３の光学系の概
略構成を図３に示す。この照明装置３は、第１の実施形
態の照明装置１の第２のコレステリック液晶素子１７に
代えて、全反射素子２７を備えたものである。全反射素
子２７は、コレステリック液晶素子１６に対して平行に
配置されているが、コレステリック液晶素子１６と全反
射素子２７の間隔は、照明装置１におけるコレステリッ
ク液晶素子１６と１７の間隔の１／２に設定されてい
る。

【００７０】コレステリック液晶素子１６を透過した左
回りの円偏光は、全反射素子２７によって反射され、コ
レステリック液晶素子１６に再入射する。全反射素子２
７は、直線偏光に対してはその偏光状態を変化させない
が、円偏光に対しては回転方向を逆転する作用を有す
る。したがって、コレステリック液晶素子１６に再入射
する光は右回りの円偏光となっており、反射される。コ
レステリック液晶素子１６によって反射されたこの光
は、全反射素子２７によって再度反射され、左回りの円
偏光となって、コレステリック液晶素子１６にもう一度
入射する。この光はコレステリック液晶素子１６を透過
して、コレステリック液晶素子１６によって反射された
レンズアレイ１４からの光と平行な光路を進む。

【００７１】ここで、コレステリック液晶素子１６と全
反射素子２７の間隔が上記のように設定されていること
により、全反射素子２７からコレステリック液晶素子１
６に入射する左回りの円偏光の主光線の位置は、レンズ
アレイ１４の各レンズ１４ａからの光がコレステリック
液晶素子１６に入射する位置の中間になる。したがっ
て、コレステリック液晶素子１６と全反射素子２７を経
た後の光の状態は、照明装置１のコレステリック液晶素
子１６、１７を経た後の光の状態と全く同じになる。

【００７２】第４の実施形態の照明装置４の光学系の概
略構成を図４に示す。この照明装置４は、第１の実施形
態の照明装置１の第１のレンズアレイ１４に代えてレン
ズアレイ２４を備えており、第２のレンズアレイ１５に
代えてレンズアレイ２５を備えている。また、第１のコ
レステリック液晶素子１６と第２のコレステリック液晶
素子１７は、近接してはいるものの、平行ではなく、互
いに対してやや傾けて配置されている。コレステリック
液晶素子１６、１７は、リフレクタ１２の光軸に対して
４５゜の傾きを成す平面に関して対称である。

【００７３】レンズアレイ２４、２５はインテグレータ
を成す。第１のレンズアレイ２４のレンズ２４ａの数
と、第２のレンズアレイ２５のレンズ２５ａの数は同じ
であり、レンズ２４ａとレンズ２５ａは１対１に対応す
る。

【００７４】第１のレンズアレイ２４は、第１のコレス
テリック液晶素子１６によって反射された光の光路上に
配置されており、その中心を上記対称面によって折り返
されたリフレクタ１２の光軸が通り、その光軸に対して
垂直になるように設定されている。第２のレンズアレイ
２５は、第１のレンズアレイ２４を透過した第１のコレ
ステリック液晶素子１６からの光の光路上に配置されて
おり、その中心をリフレクタ１２の折り返された光軸が
通り、その光軸に対して垂直になるように設定されてい
る。

【００７５】また、レンズアレイ２４からレンズアレイ
２５までの光路長は、レンズアレイ２４の各レンズ２４
ａの焦点距離に略等しく設定されている。したがって、
第２のレンズアレイ２５は第１のレンズアレイ２４によ
る光の収束位置近傍に位置する。

【００７６】光源１１からの無偏光の光は、リフレクタ
１２によって平行光束とされたまま第１のコレステリッ
ク液晶素子１６に入射する。この光は反射される右回り
の円偏光と、透過する左回りの円偏光に分離され、透過
した光はコレステリック液晶素子１７によって反射され
る。コレステリック液晶素子１７によって反射された光
は偏光状態を維持しており、左回りの円偏光としてコレ
ステリック液晶素子１６に再入射して、これを透過す
る。

【００７７】コレステリック液晶素子１６を透過したコ
レステリック液晶素子１７からの光は、コレステリック
液晶素子１６によって反射されたリフレクタ１２からの
光と重なり合って、第１のレンズアレイ２４に入射す
る。レンズアレイ２４に入射した光は各レンズ２４ａよ
って分割され、分割された光束はそれぞれ収束光とされ
る。

【００７８】ここで、コレステリック液晶素子１６、１
７が互いに傾けて配置されていることにより、コレステ
リック液晶素子１６を透過したコレステリック液晶素子
１７からの光の光路と、コレステリック液晶素子１６に
よって反射されたリフレクタ１２からの光の光路は一致
せず、両光路には角度αが生じる。この角度αは、コレ
ステリック液晶素子１７とコレステリック液晶素子１６
が成す角の２倍である。

【００７９】レンズアレイ２４の各レンズ２４ａに入射
する光のうち、コレステリック液晶素子１６を透過した
コレステリック液晶素子１７からの光と、コレステリッ
ク液晶素子１６によって反射されたリフレクタ１２から
の光は、入射角が異なることにより、収束位置近傍で分
離する。すなわち、第２のレンズアレイ２５の同一のレ
ンズ２５ａ上に光源１１の２つの像が形成される。

【００８０】レンズアレイ２５の前面には、レンズアレ
イ２５全体にわたる大きさの１／４波長位相板１８が配
置されている。また、レンズ２５ａのうちのコレステリ
ック液晶素子１６によって反射された光が入射する部位
と１／４波長位相板１８の間には、１／２波長位相板１
９が配置されている。

【００８１】コレステリック液晶素子１６によって反射
された右回りの偏光と、コレステリック液晶素子１７に
よって反射された左回りの偏光は、１／４波長位相板１
８を透過することにより、偏光面が互いに垂直な直線偏
光となる。コレステリック液晶素子１６によって反射さ
れた光は、さらに１／２波長位相板１９を透過すること
により偏光面が９０゜回転して、コレステリック液晶素
子１７によって反射された光と偏光面が一致した直線偏
光となる。こうして、光源１１が発した無偏光の光は全
て同一の直線偏光とされて、第２のレンズアレイ２５に
入射する。

【００８２】なお、前述のように、１／２波長位相板１
９をレンズアレイ２５の後面側に配置して、レンズアレ
イ２５を透過した後に２つの直線偏光の偏光面を一致さ
せるようにしてもよい。また、１／２波長位相板１９
を、レンズ２５ａのうち、コレステリック液晶素子１７
によって反射された光が入射する部位に配置してもよ
い。

【００８３】第２のレンズアレイ２５のレンズ２５ａは
いずれも、入射した光を共通の照明範囲Ｓの全体に導く
ように設定されている。レンズ２５ａに入射する光の量
にはそれらの位置に応じて差があるが、全てのレンズ２
５ａが照明範囲Ｓの全体に光を導くことで、照明範囲Ｓ
の全体を均一に照明することができる。

【００８４】第１の実施形態の照明装置１では、分離し
た光の光路を平行にするとともに両光路をずらすことに
よって、一方の光だけに偏光変換を行うことを可能にし
たが、本実施形態の照明装置４では、分離した光の光路
に角度差を生じさせることによって、一方の光だけに偏
光変換を行うことを可能にしている。前者の構成では、
光源から第２のレンズアレイまでの光路長を短くするこ
とができるという特徴があり、後者の構成では、第２の
レンズアレイと第１のレンズアレイのレンズを同数にす
ることができるという特徴がある。

【００８５】なお、本実施形態の照明装置４では、リフ
レクタ１２の光軸に対して４５゜の傾きを成す平面に関
して対称にコレステリック液晶素子１６、１７を配置し
ているが、いずれか一方をリフレクタ１２の光軸に対し
て４５゜傾けて配置し、他方をやや異なる角度で配置す
るようにしてもよい。その場合、コレステリック液晶素
子１６を透過したコレステリック液晶素子１７からの光
の光路と、コレステリック液晶素子１６によって反射さ
れたリフレクタ１２からの光の光路は、第１のレンズア
レイ２４の各レンズ２４ａの光軸に関して僅かながら非
対称になるから、それを補正するために、レンズアレイ
２４の各レンズ２４ａを少し偏心させておくとよい。

【００８６】第５の実施形態の照明装置５の光学系の概
略構成を図５に示す。この照明装置５は、上記の照明装
置４のコレステリック液晶素子１６に代えて、第２の実
施形態で説明した体積ホログラム素子２６を備え、コレ
ステリック液晶素子１７に代えて全反射素子２７を備え
たものである。また、１／４波長位相板１８は除かれて
いる。体積ホログラム素子２６と全反射素子２７は、互
いに対してやや傾けて、リフレクタ１２の光軸に対して
４５゜の傾きを成す平面に関して対称に配置されてい
る。他の構成要素は照明装置４の構成要素と同じであ
る。

【００８７】照明装置５では、リフレクタ１２からの無
偏光の光を、体積ホログラム素子２６によって、偏光面
が互い垂直な２つの直線偏光に分離し、全反射素子２７
によって、分離後の光の光路に角度αを生じさせる。そ
して、１／２波長位相板１９によって、一方の直線偏光
の偏光面を９０゜回転させて、照明範囲Ｓに導く光を全
て同一の直線偏光とする。

【００８８】第６の実施形態の照明装置６の光学系の概
略構成を図６に示す。この照明装置６は、第１の実施形
態の照明装置１の、光源１１、リフレクタ１２、ＩＲ／
ＵＶカットフィルタ１３、第１のレンズアレイ１４の組
と、第２のレンズアレイ１５、１／４波長位相板１８、
１／２波長位相板１９の組の、コレステリック液晶素子
１６に対する角度を変えたものである。

【００８９】コレステリック液晶素子１６、１７は、リ
フレクタ１２の光軸に対して略６０゜傾けて配置されて
おり、したがって、コレステリック液晶素子１６への第
１のレンズアレイ１４からの光の入射角は略３０゜であ
る。第２のレンズアレイ１５は、コレステリック液晶素
子１６によって折り返されたリフレクタ１２の光軸に対
して垂直に配置されている。コレステリック液晶素子１
６、１７の間隔は、両者によって反射された光の光路が
等間隔で分布するように、レンズアレイ１４のレンズ１
４ａの配列間隔の１／２程度に設定されている。他の構
成は、照明装置１と同じである。

【００９０】一般に、コレステリック液晶層は、分子の
螺旋軸が液晶層の法線方向に一致するように配向させる
と作成が容易であり、また、分子の螺旋軸が液晶層の法
線方向に一致している場合は、入射角が小さいほど分離
性能が高くなる。したがって、本実施形態のように入射
角を小さくすることは、コレステリック液晶素子１６の
作成を容易にし、分離性能を向上させる。しかも、コレ
ステリック液晶素子１６への入射角を小さくすると、光
源１１、リフレクタ１２、フィルタ１３、第１のレンズ
アレイ１４の組と、第２のレンズアレイ１５、１／４波
長位相板１８、１／２波長位相板１９の組が接近するこ
とになり、照明装置６を小型化することができる。

【００９１】なお、本実施形態で示した略３０゜という
値は、コレステリック液晶素子１６への入射角の一例で
あり、他の入射角に設定してもよい。また、コレステリ
ック液晶素子１６、１７に代えて体積ホログラム２６と
全反射素子２７を備えた第２の実施形態の照明装置２
や、コレステリック液晶素子１７に代えて全反射素子２
７を備えた第３の実施形態の照明装置３も、照明装置６
と同様に、体積ホログラム素子２６やコレステリック液
晶素子１６への光の入射角を４５゜以外の配置とするこ
とができる。

【００９２】第７の実施形態の照明装置７の光学系の概
略構成を図７に示す。この照明装置７は、第４の実施形
態の照明装置４の、光源１１、リフレクタ１２、ＩＲ／
ＵＶカットフィルタ１３の組と、第１のレンズアレイ２
４、第２のレンズアレイ２５、１／４波長位相板１８、
１／２波長位相板１９の組の、コレステリック液晶素子
１６に対する角度を変えたものである。照明装置７にお
いても、第１のコレステリック液晶素子１６に対するリ
フレクタ１２からの光の入射角を３０゜程度としてい
る。

【００９３】このように、２つの偏光成分の一方に選択
的に変換を施すために、分離した光の光路に角度αをも
たらす構成とする場合も、コレステリック液晶素子１６
への光の入射角を４５゜以外の値にすることは有用であ
る。コレステリック液晶素子１６、１７に代えて体積ホ
ログラム素子２６と全反射素子２７を備えた第５の実施
形態の照明装置５も、同様の構成とすることができる。

【００９４】第８の実施形態の照明装置８の光学系の概
略構成を図８に示す。この照明装置８は、第４の実施形
態の照明装置４の第２のコレステリック液晶素子１７に
代えて、第１の全反射素子２９と第２の全反射素子３０
を備えたものである。

【００９５】第１の全反射素子２９は、コレステリック
液晶素子１６を間にして、リフレクタ１２に略対向して
配置されており、第２の全反射素子３０は、コレステリ
ック液晶素子１６を間にして、第１のレンズアレイ２４
に略対向して配置されている。全反射素子２９と全反射
素子３０の成す角は９０゜に近いが、分離後の光の光路
に角度αをもたらすために、９０゜以外の値に設定され
ている。

【００９６】コレステリック液晶素子１６に入射したリ
フレクタ１２からの無偏光の光は、反射される右回りの
円偏光と、透過する左回りの円偏光に分離される。コレ
ステリック液晶素子１６を透過した光は、全反射素子２
９によって反射されて右回りの円偏光となり、コレステ
リック液晶素子１６に再入射して反射される。この光は
全反射素子３０によって反射されて左回りの円偏光に戻
り、コレステリック液晶素子１６にもう一度入射して透
過する。

【００９７】コレステリック液晶素子１６を透過した全
反射素子３０からの光およびコレステリック液晶素子１
６によって反射されたリフレクタ１２からの光に対す
る、第１のレンズアレイ２４、１／４波長位相板１８、
１／２波長位相板１９および第２のレンズアレイ２５の
作用は、前述のとおりである。この構成によっても、光
源１１が発する無偏光の光を全て同一の直線偏光とし、
その直線偏光で照射範囲Ｓの全体を均一に照明すること
ができる。

【００９８】第９の実施形態の照明装置９の光学系の概
略構成を図９に示す。この照明装置９は、体積ホログラ
ム素子２６を備える第５の実施形態の照明装置５の全反
射素子２７に代えて、上記照明装置８の２つの全反射素
子２９、３０と、２つの１／４波長位相板３１、３２を
備えたものである。１／４波長位相板３１は体積ホログ
ラム素子２６と全反射素子２９の間に、全反射素子２９
に近接して配置されており、１／４波長位相板３２は体
積ホログラム素子２６と全反射素子３０の間に、全反射
素子３０に近接して配置されている。

【００９９】体積ホログラム素子２６にリフレクタ１２
から入射した無偏光の光は、反射されるＳ偏光と、透過
するＰ偏光の２つの直線偏光に分離される。体積ホログ
ラム素子２６を透過した光は、全反射素子２９によって
反射されて体積ホログラム素子２６に再入射するが、こ
の間に１／４波長位相板３１を２回透過することにな
り、偏光面が９０゜回転する。したがって、再入射の時
には体積ホログラム素子２６に対してＳ偏光となってお
り、反射される。

【０１００】体積ホログラム素子２６によって反射され
たこの光は、全反射素子３０によって反射されて体積ホ
ログラム素子２６にもう一度入射するが、この間に１／
４波長位相板３２を２回透過する。したがって、全反射
素子３０からの光は、Ｐ偏光に戻って体積ホログラム素
子２６に入射し、これを透過する。

【０１０１】体積ホログラム素子２６を透過した全反射
素子３０からの光および体積ホログラム素子２６によっ
て反射されたリフレクタ１２からの光に対する、第１の
レンズアレイ２４、１／２波長位相板１９および第２の
レンズアレイ２５の作用は、前述のとおりである。この
構成においても、照射範囲Ｓ全体は、光源１１が発した
光の全てを変換して得られた直線偏光によって、均一に
照明される。

【０１０２】第１０の実施形態の照明装置１０の光学系
の概略構成を図１０に示す。この照明装置１０は、第８
の実施形態の照明装置８の、光源１１、リフレクタ１
２、ＩＲ／ＵＶカットフィルタ１３の組と、第１のレン
ズアレイ２４、第２のレンズアレイ２５、１／４波長位
相板１８、１／２波長位相板１９の組の、コレステリッ
ク液晶素子１６に対する角度を変えたものである。光源
１１からの光に対する各構成要素の作用は前述のとおり
であり、繰り返しとなる説明は省略する。

【０１０３】なお、照明装置１０においても、コレステ
リック液晶素子１６に対するリフレクタ１２からの光の
入射角を略３０゜としているが、既に述べたように、こ
の入射角は他の値に設定してもよい。第９の実施形態の
照明装置９も、照明装置１０と同様に、体積ホログラム
素子２６への光の入射角を４５゜以外の値とすることが
できる。

【０１０４】本発明の投射型表示装置の実施形態につい
て説明する。図１１に、第１１の実施形態の投射型表示
装置５０の光学系の概略構成を示す。この投射型表示装
置５０は、第１の実施形態の照明装置１、透過型液晶バ
ルブ５１、コンデンサレンズ５２、偏光板５３、投射レ
ンズ５４、およびスクリーン５５を備えている。液晶バ
ルブ５１は、それぞれＢ光、Ｇ光、Ｒ光を選択的に変調
する３種の画素を２次元に多数配列して成る。各画素に
よる光の変調は、不図示の制御回路によって、画像を表
す信号に応じて個別に制御される。

【０１０５】液晶バルブ５１は、図１に示した照明装置
１の照明範囲Ｓの全体に略等しい大きさであり、照明範
囲Ｓ上またはその近傍に配置されている。コンデンサレ
ンズ５２は、液晶バルブ５１に近接して配置されてお
り、照明装置１の第２のレンズアレイ１５からの光を、
液晶バルブ５１に対して略垂直に入射させる。

【０１０６】偏光板５３は、液晶バルブ５１に関して照
明装置１の反対側に配置されており、液晶バルブ５１に
よって変調された後の光に含まれる偏光面が互いに垂直
な直線偏光の一方を透過させ、他方を遮断する。液晶バ
ルブ５１による変調で偏光面が９０゜回転した直線偏光
によって画像を表示する場合は、偏光板５３の透過方向
を、照明装置１から導かれる直線偏光に対して垂直に設
定し、液晶バルブ５１による変調で偏光面が回転せずに
残った直線偏光によって画像を表示する場合は、偏光板
５３の透過方向を、照明装置１から導かれる直線偏光に
対して平行に設定する。

【０１０７】投射レンズ５４は、偏光板５３を透過した
光をスクリーン５５に投射して結像させて、その光が表
す画像をスクリーン５５上に形成する。スクリーン５５
上の画像を照明装置１側から観察する場合は、スクリー
ン５５として反射型のもを用い、テレビ受像器のように
スクリーン５５上の画像を照明装置１の反対側から観察
する場合は、スクリーン５５として透過型で光散乱作用
を有するものを用いる。

【０１０８】照明装置１は、光源１１が発した光を全て
同一の直線偏光として液晶バルブ５１に導くため、液晶
バルブ５１の前面側に偏光板を備える必要はない。ただ
し、迷光が混入してコントラストが低下することを防止
するために、破線で示したように、液晶バルブ５１とコ
ンデンサレンズ５２の間に、照明装置１からの直線偏光
のみを透過させる偏光板５６を備えるようにしてもよ
い。

【０１０９】なお、ここでは照明装置１を備える投射型
表示装置５０の例を示したが、照明装置１に代えて、前
述の照明装置２〜１０のいずれをも備えることができ
る。どの照明装置も光の利用効率が高く、照明範囲全体
を均一に照明するものであるから、明るく、明るさにむ
らのない画像を表示することが可能である。

【０１１０】

【発明の効果】本発明の照明装置では、無偏光の光を２
つの偏光成分に分離し、分離後の偏光成分に偏光変換を
施して全てを同一の直線偏光とするため、光の利用効率
がよい。また、２つのレンズアレイから成るイングレー
タによって、照明範囲の全体を均一に照明することがで
きる。しかも、偏光を分離するための偏光分離素子とし
て、プリズムの如き重量のあるものではなく、薄板状の
ものを用いているため、軽量な装置となる。

【０１１１】偏光分離素子としてコレステリック液晶素
子または体積ホログラム素子を備えた構成では、分離の
ために多数の膜層を形成する必要がなく、製造効率が向
上し、製造コストも低く抑えることができる。

【０１１２】また、本発明の投射型表示装置は、明るく
しかも明るさにむらのない画像を提供することが可能
な、軽量かつ安価な装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態の照明装置の光学系の概略構
成を示す図。

【図２】 第２の実施形態の照明装置の光学系の概略構
成を示す図。

【図３】 第３の実施形態の照明装置の光学系の概略構
成を示す図。

【図４】 第４の実施形態の照明装置の光学系の概略構
成を示す図。

【図５】 第５の実施形態の照明装置の光学系の概略構
成を示す図。

【図６】 第６の実施形態の照明装置の光学系の概略構
成を示す図。

【図７】 第７の実施形態の照明装置の光学系の概略構
成を示す図。

【図８】 第８の実施形態の照明装置の光学系の概略構
成を示す図。

【図９】 第９の実施形態の照明装置の光学系の概略構
成を示す図。

【図１０】 第１０の実施形態の照明装置の光学系の概
略構成を示す図。

【図１１】 第１１の実施形態の投射型表示装置の光学
系の概略構成を示す図。

【図１２】 第１の実施形態および他の実施形態の照明
装置に備えたコレステリック液晶素子の断面を模式的に
示す図。

【図１３】 従来の照明装置の光学系の概略構成を示す
図。

【符号の説明】

１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０ 照明装置 １１ 光源 １２ リフレクタ（平行化手段） １３ ＩＲ／ＵＶカットフィルタ １４ レンズアレイ １５ レンズアレイ １６ コレステリック液晶素子（偏光分離素子） １７ コレステリック液晶素子（反射素子） １８ １／４波長位相板（直線偏光化手段） １９ １／２波長位相板（直線偏光化手段） ２４ レンズアレイ ２５ レンズアレイ ２６ 体積ホログラム素子（偏光分離素子） ２７ 全反射素子（反射素子） ２９ 全反射素子（反射素子） ３０ 全反射素子（反射素子） ３１ １／４波長位相板 ３２ １／４波長位相板 ５０ 投射型表示装置 ５１ 液晶バルブ ５２ コンデンサレンズ ５３ 偏光板 ５４ 投射レンズ（投射光学系） ５５ スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ Ｇ０３Ｂ 21/14 Ｇ０３Ｂ 21/14 Ａ Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA05 BA06 BA07 BA43 BB03 BC22 CA01 CA05 CA22 CA28 2H052 BA03 BA06 BA14 2H088 EA13 EA46 EA47 GA03 HA15 HA17 HA20 HA21 HA25 HA28 MA04 MA06 2H091 FA10Z FA11Z FA14Z FA19Z FA29Z FA41Z FD14 LA18 MA07 2H099 AA12 BA09 CA01 CA07 CA08 CA11 CA17 DA05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無偏光の光を発する光源、 前記光源が発した光を略平行光束とする平行化手段、 複数のレンズより成り、前記平行化手段から前記複数の
   レンズに入射する光それぞれを収束させる第１のレンズ
   アレイ、 表裏両面共に平坦な薄板状であって、無偏光の光のうち
   第１の偏光成分を反射し残りの第２の偏光成分を透過さ
   せる特性を有し、前記第１のレンズアレイからの光の光
   路上に、該光路に対して傾けて配置された偏光分離素
   子、 前記第２の偏光成分を反射して第２の偏光成分に保つ特
   性を有し、前記偏光分離素子の近傍に前記偏光分離素子
   に対して略平行に配置され、前記偏光分離素子を透過し
   た前記第１のレンズアレイからの光を反射して、主光線
   が前記第１のレンズアレイからの光の入射部位の間を通
   るように、前記偏光分離素子を透過させる反射素子、 前記偏光分離素子によって反射された前記第１のレンズ
   アレイからの光と、前記偏光分離素子を透過した前記反
   射素子からの光を、同一の直線偏光とする直線偏光化手
   段、および複数のレンズより成り、前記第１のレンズア
   レイによる光の収束位置近傍に配置され、前記偏光分離
   素子から前記複数のレンズに入射する光それぞれを所定
   の照明範囲の略全体に導く第２のレンズアレイを備える
   ことを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 無偏光の光を発する光源、 前記光源が発した光を略平行光束とする平行化手段、 複数のレンズより成り、前記平行化手段から前記複数の
   レンズに入射する光それぞれを収束させる第１のレンズ
   アレイ、 表裏両面共に平坦な薄板状であって、無偏光の光のうち
   第１の偏光成分を反射し残りの第２の偏光成分を透過さ
   せる特性を有し、前記第１のレンズアレイからの光の光
   路上に、該光路に対して傾けて配置された偏光分離素
   子、 前記第２の偏光成分を反射して前記第１の偏光成分と
   し、前記第１の偏光成分を反射して前記第２の偏光成分
   とする特性を有し、前記偏光分離素子の近傍に前記偏光
   分離素子に対して略平行に配置され、前記偏光分離素子
   を透過した前記第１のレンズアレイからの光を反射して
   前記偏光分離素子に入射させ、前記偏光分離素子によっ
   て反射された光を再度反射して、主光線が前記第１のレ
   ンズアレイからの光の入射部位の間を通るように、前記
   偏光分離素子を透過させる反射素子、 前記偏光分離素子によって反射された前記第１のレンズ
   アレイからの光と、前記偏光分離素子を透過した前記反
   射素子からの光を、同一の直線偏光とする直線偏光化手
   段、および複数のレンズより成り、前記第１のレンズア
   レイによる光の収束位置近傍に配置され、前記偏光分離
   素子から前記複数のレンズに入射する光それぞれを所定
   の照明範囲の略全体に導く第２のレンズアレイを備える
   ことを特徴とする照明装置。
3. 【請求項３】 無偏光の光を発する光源、 前記光源が発した光を略平行光束とする平行化手段、 表裏両面共に平坦な薄板状であって、無偏光の光のうち
   第１の偏光成分を反射し残りの第２の偏光成分を透過さ
   せる特性を有し、前記平行化手段からの光の光路上に、
   該光路に対して傾けて配置された偏光分離素子、 前記第２の偏光成分を反射して第２の偏光成分に保つ特
   性を有し、前記偏光分離素子の近傍に前記偏光分離素子
   に対してやや傾けて配置され、前記偏光分離素子を透過
   した前記平行化手段からの光を反射して、前記偏光分離
   素子によって反射された前記平行化手段からの光に対し
   て非平行になるように、前記偏光分離素子を透過させる
   反射素子、 複数のレンズより成り、前記偏光分離素子から前記複数
   のレンズに入射する光それぞれを収束させる第１のレン
   ズアレイ、 前記偏光分離素子によって反射され前記第１のレンズア
   レイを透過した前記平行化手段からの光と、前記偏光分
   離素子を透過し前記第１のレンズアレイを透過した前記
   反射素子からの光を、同一の直線偏光とする直線偏光化
   手段、および複数のレンズより成り、前記第１のレンズ
   アレイによる光の収束位置近傍に配置され、前記第１の
   レンズアレイから前記複数のレンズに入射する光それぞ
   れを所定の照明範囲の略全体に導く第２のレンズアレイ
   を備えることを特徴とする照明装置。
4. 【請求項４】 無偏光の光を発する光源、 前記光源が発した光を略平行光束とする平行化手段、 表裏両面共に平坦な薄板状であって、無偏光の光のうち
   第１の偏光成分を反射し残りの第２の偏光成分を透過さ
   せる特性を有し、前記平行化手段からの光の光路上に、
   該光路に対して傾けて配置された偏光分離素子、 前記第２の偏光成分を反射して前記第１の偏光成分とす
   る特性を有し、前記偏光分離素子を透過した前記平行化
   手段からの光を反射して前記偏光分離素子に入射させて
   反射させる第１の反射素子、 前記第１の偏光成分を反射して前記第２の偏光成分とす
   る特性を有し、前記偏光分離素子によって反射された前
   記第１の反射素子からの光を反射して、前記偏光分離素
   子によって反射された前記平行化手段からの光に対して
   非平行になるように、前記偏光分離素子を透過させる第
   ２の反射素子、 複数のレンズより成り、前記偏光分離素子から前記複数
   のレンズに入射する光それぞれを収束させる第１のレン
   ズアレイ、 前記偏光分離素子によって反射され前記第１のレンズア
   レイを透過した前記平行化手段からの光と、前記偏光分
   離素子を透過し前記第１のレンズアレイを透過した前記
   第２の反射素子からの光を、同一の直線偏光とする直線
   偏光化手段、および複数のレンズより成り、前記第１の
   レンズアレイによる光の収束位置近傍に配置され、前記
   第１のレンズアレイから前記複数のレンズに入射する光
   それぞれを所定の照明範囲の略全体に導く第２のレンズ
   アレイを備えることを特徴とする照明装置。
5. 【請求項５】 前記偏光分離素子はコレステリック液晶
   素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項４の
   いずれか１項に記載の照明装置。
6. 【請求項６】 前記直線偏光化手段は１／４波長位相板
   と１／２波長位相板から成ることを特徴とする請求項５
   に記載の照明装置。
7. 【請求項７】 前記偏光分離素子は体積ホログラム素子
   であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいず
   れか１項に記載の照明装置。
8. 【請求項８】 前記直線偏光化手段は１／２波長位相板
   から成ることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
9. 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれか１項
   に記載の照明装置、 前記所定の照明範囲に略等しい大きさを有し、前記所定
   の照明範囲に配置されて前記照明装置からの光を変調す
   る液晶バルブ、 前記液晶バルブによって変調された光の光路上に配置さ
   れた偏光板、および前記偏光板を透過した光を投射して
   結像させる投射光学系を備えることを特徴とする投射型
   表示装置。